Материал: Плотность нефти и нефтепродуктов-1
СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts
3
1 Плотность нефти и нефтепродуктов
Плотность является важнейшей характеристикой, позволяющей в совокупности с другими константами ориентировочно оценивать химический и фракционный состав нефти и нефтепродуктов. На ранних этапах развития нефтяной промышленности плотность была основным показателем качества нефти и продуктов ее переработки, который применяли для примерной оценки бензина и (особенно) керосина,
получаемых из сырой нефти. Однако установленные зависимости между плотностью нефти и ее фракционным составом были применимы только по отношению к определенному типу нефти и неприменимы к другим. Тем не менее, плотность все еще используют в качестве показателя примерной оценки качества нефти и нефтепродуктов.
Плотность принято выражать абсолютной и относительной величиной. Абсолютной плотностью (далее по тексту плотность)
считается масса вещества, заключенная в единице объема. Плотность имеет размерность кг/м3 или г/см3 . В практике нефтепереработки принято использовать безразмерную величину относительной плотности нефти
(нефтепродукта) t1t2. Это безразмерная величина, показывающая отноше-
ние плотности нефтепродукта при температуре t1 к плотности дистил-
лированной воды при температуре t2. Стандартными температурами в нашей стране приняты: для воды t2 = 4°С, для нефтепродукта t1 = 20оС и относительная плотность обозначается 204. Поскольку плотность воды при 4 °С равна единице, то числовые значение относительной и абсолютной плотности совпадают.
В некоторых зарубежных странах за стандартную принята одинаковая температура нефти (нефтепродукта) и воды, равная 60°F, что соответствует 15,5°С. В этом случае относительная плотность обозначается 1515 .
СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts
4
Взаимный пересчет значений 204 и 1515
15 |
|
|
|
0,0035 |
||
15 |
= |
20 |
+ |
|
20 |
|
4 |
|
|||||
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
4 |
||
|
|
|
|
|
||
производится по формулам (1, 2):
(1)
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
20 |
+5 |
|
, |
(2) |
|
|
15 |
= |
4 |
||||||
|
|
15 |
|
|
|
|
|
|
|
где |
|
- поправка на изменение плотности при изменении температуры на |
|||||||
|
|
||||||||
один градус (таблица А6). |
|
||||||||
|
|
|
В США и других странах широко используется величина плотности, |
||||||
измеряемая в градусах API связанная c 1515 соотношением: |
|
||||||||
|
|
|
|
141,5 |
131,5 |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
15 |
|
|
|
|
ºAPI= |
15 |
|
|
|
(3) |
||||
|
|
|
Плотность большинства исследованных нефтей находится в |
||||||
пределах |
830-960 кг/м3. Чем меньше плотность нефти, тем |
меньше в |
|||||||
ней содержится смолисто-асфальтеновых веществ и больше алифатических соединений. В большинстве случаев, чем больше геологический возраст и соответственно больше глубина залегания пласта,
тем нефть имеет меньшую плотность.
Плотность является важным химмотологическим нормируемым показателем (таблица 1), определяющим эксплуатационные свойства
топлив и масел.
Таблица 1 – Значение относительной плотности нефтепродуктов при 20°С.
Наименование нефтепродукта |
Плотность, г/см3 |
Бензин |
0,710-0,750 |
Керосин |
0,750-0,780 |
Дизельное топливо |
0,800-0,850 |
Масляные погоны |
0,910-0,980 |
Мазут |
0,950 |
Гудрон |
0,990-1,0 |
Для углеводородных и других газов за стандартные условия прини-
мают давление 0,1 МПа (760 мм рт. ст.) и температуру 0 °С. Обычно оп-
ределяют относительную плотность, т. е. отношение плотности газа к
СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts
5
плотности воздуха (1,293 кг/м3). Плотность любого газа при стандартных условиях может быть найдена как частное от деления его молекулярной массы на объем 1 кмоля, т.е. 22,4 м3. Плотность газа ( , кг/м 3) при
условиях, отличных от стандартных (давлении Р, МПа; температуре Т, К),
можно определить по формуле (4):
= 11,8 МР/Т , |
(4) |
где М- молекулярная масса газа.
В таблице 2 приведены данные о плотности углеводородных и
некоторых других газов при 0°С и 760 мм рт. ст.
Таблица 2 - Плотности углеводородных и других газов при 0°С и 760 мм рт. ст.
Газы |
Плотность, кг/м3 |
Относительная плотность, (по воздуху) |
Метан |
0,717 |
0,554 |
Этан |
1,356 |
1,049 |
Пропан |
2,020 |
1,562 |
н-Бутан |
2,703 |
2,091 |
Этилен |
1,260 |
0,975 |
Водород |
0,090 |
0,069 |
Сероводород |
1,538 |
1,191 |
Окись углерода |
1,250 |
0,967 |
Двуокись углерода |
1,977 |
1,521 |
Воздух |
1,293 |
1,000 |
Плотность нефтей и нефтепродуктов уменьшается с повышением
температуры. Эта зависимость имеет линейный характер и хорошо опи-
сывается формулой Д. И. Менделеева (5):
t4= 204 - (t-20) , |
(5) |
|
где: |
t4 - |
относительная плотность нефтепродукта при заданной |
температуре; |
204 - относительная плотность нефтепродукта при |
|
стандартной температуре (20°С); - поправка на изменение плотности при изменении температуры на один градус (таблица А4).
Все нефтепродукты представляют собой смеси углеводородов различных групп. Допуская аддитивность их объемов, среднюю плотность нефтепродукта находят по правилу смешения:
СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts
6
cр = |
V V |
..... V |
; |
|
||||||
1 |
1 |
2 |
2 |
|
|
n |
n |
|
||
|
|
|
|
|
||||||
|
|
V V |
... V |
|
|
|
||||
|
|
|
1 |
2 |
|
|
n |
|
|
|
ср = |
|
|
m m m ... m |
|
, |
|||||
|
|
1 |
|
2 |
3 |
n |
|
|||
|
m |
/ m |
/ |
... m |
/ |
n |
||||
|
|
1 |
1 |
|
2 |
2 |
|
n |
|
|
(6)
(7)
где 1, 2, ..., n - относительные плотности компонентов смеси;
Vl, V2, ..., Vn - соответственно их объемы; ml, m2 , ...,mn - массы компонентов смеси.
Расчет по предложенным формулам не всегда точен, так как в одних случаях смешение сопровождается расширением смеси (гексан +
бензол), а в других - сжатием, если нефтяные фракции резко различной плотности.
Существует несколько методов определения плотности нефте-
продуктов. Выбор того или другого зависит от имеющегося количества нефтепродукта, его вязкости, требуемой точности определения и отводимого для анализа времени.
Простейшим прибором для определения плотности жидких нефтепродуктов является ареометр (плотномер, нефтеденсиметр).
Применение нефтеденсиметров основано на законе Архимеда, согласно которому на тело, погруженное в жидкость, действует сила, направленная вертикально вверх и равная весу вытесненной жидкости в объеме погруженной части тела. Часто в среднюю часть нефтеденсиметра
(поплавок) впаивают термометр, шарик которого одновременно выполняет роль груза. Устройство такого ареометра показано на рисунке 1. За счет груза и симметричной формы нефтеденсиметр всегда находится в жидкости в вертикальном положении. Нефтеденсиметры выпускаются с ценой деления шкалы от 0,0005 до 0,005 с термометрами и без них.
СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts
7
Рисунок 1 - Ареометры
Груз ареометров подбирается таким образом, чтобы при погружении в испытуемые жидкости они не тонули и не всплывали бы выше той части,
где нанесена градуировочная шкала плотности. По закону Архимеда,
нефтеденсиметр, плавая в жидкости, будет погружаться на большую
глубину в более легкой жидкости и на меньшую в более тяжелой.
В равновесном состоянии по верхнему краю мениска отсчитывают
на шкале плотность жидкости.
Градуировка ареометра отнесена к плотности воды при 4°С и его показания соответствуют t4. Ареометром можно определить плотность
только с точностью до 0,001 для |
маловязких и 0,005 для |
вязких |
||
нефтепродуктов. |
|
|
|
|
Для определения ареометром |
плотности |
высоковязкого |
(более |
|
200ссm при 50°С) нефтепродукта |
поступают |
следующим |
образом. |
|
Нефтепродукт разбавляют равным |
количеством |
керосина |
известной |
|
плотности (рк) и измеряют плотность смеси ( см). Затем подсчитывают плотность нефтепродукта по формуле (8):
н = 2 см - к |
(8) |
Для малого количества жидких нефтепродуктов (капли) либо для |
|
твердых веществ (парафина, |
битума и др.) пользуются методом |