Теоретический вопрос

Теоретический вопрос выбирают согласно номеру варианта:

1. Алканы нефти и газа.

2. Циклоалканы нефти.

3. Арены и гибридные углеводороды нефти.

4. Гетероатомные соединения нефти.

5. Смолисто-асфальтеновые вещества и минеральные компоненты нефти.

6. Фракционный состав нефти.

7. Плотность нефти и ее фракций.

8. Вязкость нефти и нефтепродуктов.

9. Оптические, электрические и тепловые свойства нефти и нефтепродуктов.

10. Характерные температуры.

При ответе на вопросы, относящихся к групповому химическому составу нефти и нефтяных фракций, необходимо привести содержание соединений в различных нефтях, дать характеристику физическим и химическим свойствам, влиянию на свойства продуктов, методам количественного определения и идентификации.

При ответе на вопросы, относящие к свойствам нефти и нефтепродуктов необходимо дать их характеристику и подробно описать методы определения.

Определение шифра нефти

Для определения единого подхода к техническим требованиям к нефти, производимой нефтегазодобывающими организациями при подготовке к транспортировке по магистральным нефтепроводам, наливным транспортом для поставки потребителям Российской Федерации и на экспорт, с 1 июля 2002 г. введен в действие ГОСТ Р 51858-2002 «Нефть. Общие технические условия». Этот стандарт распространяется на нефти, подготовленные нефтегазодобывающими предприятиями к транспортировке и для поставки потребителям. В настоящем стандарте дается определение понятий сырой и товарной нефти. Сырая нефть – жидкая природная ископаемая смесь углеводородов широкого фракционного состава, которая содержит растворенный газ, воду, минеральные соли, механические примеси и служит основным сырьем для производства жидких энергоносителей (бензина, керосина, дизельного топлива, мазута), смазочных масел, битума и кокса. Товарная нефть – нефть, подготовленная к поставке потребителю в соответствии с требованиями действующих нормативных и технических документов, принятых в установленном порядке.

Задание по вариантам для определения шифра нефти:

1. Определить шифр туймазинской нефти по ГОСТ Р 51858-2002

2. Определить шифр шаимской нефти по ГОСТ 51858-2002

3. Определить шифр яринской нефти по ГОСТ 51858-2002

4. Определить шифр мегионской нефти по ГОСТ 51858-2002

5. Определить шифр ромашкинской нефти по ГОСТ 51858-2002

6. Определить шифр пронькинской нефти по ГОСТ 51858-2002

7. Определить шифр арланской нефти по ГОСТ 51858-2002

8. Определить шифр коробковской нефти по ГОСТ 51858-2002

9. Определить шифр тенгизской нефти по ГОСТ 51858-2002

10. Определить шифр уланхольской нефти по ГОСТ 51858-2002

Методика определения шифра нефти

В соответствии с новым ГОСТ Р 51858−2002 нефть подразделяют по физико-химическим свойствам, степени подготовки, содержанию сероводорода и легких меркаптанов на классы, типы, группы и виды.

В зависимости от массовой доли серы нефть подразделяют на следующие классы.

Таблица 1 – Класс нефти

Класс нефти	Наименование	Содержание серы, % (масс.)
1	Малосернистая	До 0,60 включительно
2	Сернистая	От 0,61 до 1,80
3	Высокосернистая	От 1,81 до 3,50
4	Особо высокосернистая	Свыше 3,50

По плотности нефти подразделяют на пять типов: 0 – особо легкая; 1 – легкая; 2 – средняя; 3 – тяжелая; 4 – битуминозная. С 1 января 2004 г. обязательно определение плотности при 15°С.

Таблица 2 – Тип нефти

Наименование параметра	Норма для нефти типа
	0	1	2	3	4
Плотность, кг/м3, при температуре 20 °С 15 °С	Не более 830,0 Не более 833,7	830,1-850,0 833,8-853,6	850,1-870,0 853,7-873,5	870,1-895,0 873,6-898,4	Более 895,0 Более 898,4

По степени подготовки нефть подразделяют на группы.

Таблица 3 – Группа нефти

Показатель	Норма для группы
	1	2	3
Содержание воды, % (масс.), не более	0,5	0,5	1,0
Концентрация хлоридов (хлористых солей), мг/дм3, не более	100	300	900
Содержание механических примесей, % (масс.), не более	0,05	0,05	0,05
Давление насыщенных паров, кПа (мм. рт. ст.), не более	66,7 (500)	66,7 (500)	66,7 (500)
Содержание хлорорганических соединений, млн-1 (ppm)	Не нормируется. Определение обязательно

По массовой доле сероводорода и легких меркаптанов нефти делятся на виды.

Таблица 4 – Вид нефти

Показатель	Норма для группы
	1	2	3
Содержание сероводорода, млн-1 (ppm), не более	20	50	100
Суммарное содержание метил- и этилмеркаптанов, млн-1 (ppm), не более	40	60	100

Таким образом, по технической классификации в соответствии с ГОСТ Р 51858−2002 условное обозначение нефти состоит из четырех цифр, соответствующих обозначениям класса, типа, группы и вида нефти.

Для определения шифра нефти необходимо найти по справочникам [7−10] необходимые данные для определения шифра нефти. В контрольной работе также необходимо привести геологическую характеристику и схему размещения нефтяного месторождения. Затем указать в таблице 5 характеристики, необходимые для определения шифра нефти. Определить класс, тип, группу и вид нефти и записать полный шифр нефти.

Например, нефть (при поставке потребителю в России) с содержанием серы 1,15% (масс.) (класс 2), плотностью при 20 °С 860,0 кг/м³ (тип 2), концентрацией хлористых солей 120 мг/дм³, содержанием воды 0,40% (масс.) (группа 2), с содержанием сероводорода менее 20 ppm (вид 1) обозначают 2.2.2.1 ГОСТ 51858−2002.

Таблица 5 – Определение шифра нефти в соответствии с технической классификацией

Содержание серы, % (масс.)	Плотность нефти, кг/м3		Содержание воды, % масс.	Концентрации хлористых солей, мг/дм3	Содержание механических примесей, % масс.	Давление насыщенных паров, мм рт. ст.	Массовая доля сероводорода, млн.-1 (ppm)	Шифр нефти
	при 20 °С	при 15 °С
			0,45	80	0,04	420

Задачи

Задача 1. Газовая смесь состоит азота, углекислого газа, сероводорода, метана, этана, пропана, изо-бутана и н-бутана. Смесь находится при нормальных условиях. Найти: общую массу смеси, массовый и молярный состав смеси с точностью до 1-ой десятой процента, зная объем компонентов. Ответ представить в виде таблицы:

Компонент	Объем V, м3	Число кмоль	Молярная масса, кг/кмоль	Масса, кг	Молярный процент, % мол.	Массовый процент, % масс.
Азот
Углекислый газ
Сероводород
Метан
Этан
Пропан
Изо-бутан
Н-бутан
Сумма:					100,0%	100,0%

Таблица 6 – Варианты к задаче 1

Объем компонентов, м3	Номера вариантов
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Азот	80	100	50	30	120	100	55	70	90	85
Углекислый газ	320	210	350	90	250	130	60	350	65	450
Сероводород	195	520	430	130	270	145	30	190	135	610
Метан	1150	3320	5280	1350	2100	6120	4120	1350	3900	5190
Этан	1400	2100	2940	1460	930	520	1400	1800	1050	1300
Пропан	3850	1590	1200	4680	760	170	880	2600	420	810
Изо-бутан	3350	930	630	4100	510	45	260	2400	120	340
Н-бутан	2150	740	550	3390	540	60	220	2160	100	360

Решение

В практических расчетах состав многокомпонентной смеси выражается в долях или процентах. Соотношение между долями и процентами. 1:100.

Массовая доля компонента представляет собой отношение его массы m_i к массе смеси m:

Очевидно, что

Молярная доля x_i’ компонента выражается отношением числа молей N_i этого компонента к общему числу молей N смеси:

Аналогично массовой доле

Пересчет массового состава в молярный и обратный пересчет осуществляются по формулам:

где M_i - молярная масса компонента, кг/кмоль.

Объемная доля x_Vi компонента есть отношение его объема V_i к объему всей смеси V:

Для пересчета объемного состава в массовый и обратно необходимо знать плотность каждого компонента:

где ρ_i - молярная масса компонента, кг/м³.

Для жидкой смеси прямой пересчет объемных долей в молярные довольно сложен, поэтому лучше его проводить с помощью массовых долей. Для газовой смеси состав, выраженный объемными и молярными долями, одинаков.

Для решения задачи вначале необходимо определить число кмоль компонентов:

где V_m – молярный объем газа, равный 22,4 л/моль (м³/кмоль).

Зная число кмоль компонентов и их молярные массы легко определить массу компонентов, а затем и массу, молярный и массовый состав газовой смеси.

Задача 2. Найти абсолютную и относительную плотность газа при нормальных условиях (t = 0 °С, Р = 1 атм.), а также плотность этого газа при температуре t = 100°С и давлении Р = 0,8 МПа, зная массовый состав газа (% масс.).

Таблица 7 – Варианты к задаче 2

Состав газа, % масс.	Номера вариантов
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Азот	2	2	1	3	1	1	3	5	2	1
Углекислый газ	3	3	5	2	1	3	3	1	1	2
Сероводород	1	4	8	4	2	5	2	1	2	4
Метан	47	62	54	58	65	57	49	74	50	55
Этан	18	12	12	14	13	15	16	8	17	15
Пропан	15	7	8	8	7	9	12	6	10	9
Изо-бутан	4	3	6	4	7	4	4	2	8	5
Н-бутан	6	5	3	5	3	4	7	2	6	7

Решение

Относительная плотность газа равна отношению массы m газа, занимающего объем V при некоторой температуре и давлении, к массе m₁ воздуха, занимающего тот же объем V при тех же температуре и давлении.

Если считать газ идеальным, то при Т=273 К и давлении Р = 1 атм. и V=22,4 м³ масса m равна молекулярной массе M газа. В тех же условиях масса 22,4 м³ воздуха составляет 28,9 кг, откуда относительная плотность газа относительно воздуха равна:

Абсолютную плотность газов при нормальных условиях можно найти, зная массу M и объем 1 кмоль газа (22,4 м³), по формуле:

Молярная масса - величина аддитивная, и для смеси ее можно определять по формуле:

где m₁, m₂, …, m_n - массы компонентов смеси; M₁, M₂, …, М_n - молекулярные массы компонентов.

Плотность газа при заданных условиях можно определить по формуле Менделеева-Клапейрона.

Задача 3. Нефть закачали в резервуар при температуре t₁, °С. Определенная плотность составила . На следующий день температура нефти поднялась до t₂, °С. Определить плотность нефти при температуре t₂.

Таблица 8 – Варианты к задаче 3

Значение параметров	Варианты
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
t1, °С	10	15	12	8	13	11	5	9	14	6
	0,845	0,823	0,831	0,850	0,830	0,835	0,865	0,848	0,832	0,860
t2, °С	22	25	20	16	23	18	15	20	25	15

Решение

Плотность нефтей и нефтепродуктов уменьшается с повышением температуры. Эта зависимость имеет линейный характер и выражается формулой:

= − α(t – 20),

где − относительная плотность нефтепродукта при заданной температуре t; − относительная плотность нефтепродукта при температуре 20 °С; α – средняя температурная поправка относительной плотности.

Вначале необходимо из формулы выразить , а затем найти .

Таблица 9 – Средняя температурная поправка относительной плотности

ρ	α	ρ	α
0,7000-0,7099	0,000897	0,8500-0,8599	0,000699
0,7100-0,7199	0,000884	0,8600-0,8699	0,000686
0,7200-0,7299	0,000870	0,8700-0,8799	0,000673
0,7300-0,7399	0,000857	0,8800-0,8899	0,000660
0,7400-0,7499	0,000844	0,8900-0,8999	0,000647
0,7500-0,7599	0,000831	0,9000-0,9099	0,000633
0,7600-0,7699	0,000818	0,9100-0,9199	0,000620
0,7700-0,7799	0,000805	0,9200-0,9299	0,000607
0,7800-0,7899	0,000792	0,9300-0,9399	0,000594
0,7900-0,7099	0,000778	0,9400-0,9499	0,000581
0,8000-0,8099	0,000765	0,9500-0,9599	0,000567
0,8100-0,8199	0,000752	0,9600-0,9699	0,000554
0,8200-0,8299	0,000725	0,9700-0,9799	0,000541
0,8300-0,8399	0,000725	0,9800-0,9899	0,000522
0,8400-0,8499	0,000712	0,9900-1,0000	0,000515