Контрольная работа по "Химии нефти и газа"

Содержание

Технологические и эксплуатационные свойства нефтепродуктов 2

Определение шифра нефти 9

Задачи 12

Приложения 32

Библиографический список 40

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Технологические и эксплуатационные свойства нефтепродуктов

Технологические и эксплуатационные свойства нефтепродуктов характеризуются испаряемостью, прокачиваемостью, воспламеняемостью, горючестью, склонностью к образованию отложений, коррозионной активностью и совместимостью с материалами, защитной способностью, противоизносными свойствами, охлаждающей способностью, сохраняемостью, токсичностью и пожаровзрывоопасностью.

1.Испаряемость - способность нефтепродуктов переходить из жидкого в газообразное состояние.Оценивается по фракционному составу и давлению насыщенных паров.

1.1.Фракционный состав нефтепродукта -состав нефтепродукта, определяющий количественное содержание фракций, выкипающих в определенных температурных пределах, остаток и потери при перегонке в заданных условиях.

1.2.Давление (в Па, мм рт.ст.) насыщенных паров - это давление паров, находящихся в равновесии с жидкой фазой при определенных соотношениях объемов жидкой и паровой фаз и данной температуре. Давление насыщенных паров наиболее распространенных нефтепродуктов в соответствии с ГОСТ 1756 приведено в таблице 1.

 

 

 

 

 

Таблица 1 Давление насыщенных паров нефтепродуктов

Наименование нефтепродукта

Давление насыщенных паров,мм рт.ст.

Автобензины

До 700

Авиабензины

Не выше 360

Керосин тракторный

40…60

Керосин осветительный

20…30

Дизельное топливо

6…10


2.Прокачиваемость характеризует поведение нефтепродуктов при перекачках их по трубопроводам и топливным системам и фильтровании, определяя бесперебойность подачи нефтепродуктов при разных температурах. Прокачиваемость оценивается кинематической и динамической вязкостями при низких температурах, температурами помутнения, начала кристаллизации и застывания, предельной температурой фильтруемости, содержанием воды и механических примесей, коэффициентом фильтруемости, содержанием мыл и нафтеновых кислот, вспениваемостью, плотностью, степенью чистоты.

2.1.Динамическая вязкость - мера внутреннего трения нефтепродукта, равная отношению тангенциального напряжения к градиенту скорости сдвига при ламинарном течении ньютоновской жидкости.

2.2.Кинематическая вязкость нефтепродукта -отношение динамической вязкости к плотности нефтепродукта.

2.3.Температура начала кристаллизации - температура, при которой в нефтепродукте начинается образование кристаллов в условиях испытания.

2.4. Температура помутнения - температура, при которой жидкий прозрачный нефтепродукт начинает мутнеть в условиях испытания.

2.5.Предельная температура фильтруемости - температура, при которой топливо после охлаждения в определенных условиях способно еще проходить через фильтр с установленной скоростью.

2.6.Коэффициент фильтруемости -это отношение времени фильтрования последних 2 см3 (десятой порции) ко времени фильтрования первых 2 см3 топлива.Степень чистоты масла оценивается по числу фильтраций и количеству осадков, задерживаемых фильтром.

3.Воспламеняемость характеризует особенности и результаты процессов воспламенения смесей паров нефтепродукта с воздухом; оценивается температурами вспышки и самовоспламенения, удельной электрической проводимостью.

3.1.Температура вспышки нефтепродукта - минимальная температура, при которой происходит кратковременное воспламенение паров нефтепродукта от пламени в условиях испытания.

3.2.Температура самовоспламенения нефтепродукта - температура возгорания паров нефтепродукта без контакта с пламенем в условиях испытания.

4.Горючесть характеризует особенности и результаты процессов горения с воздухом паров нефтепродуктов. Оценивается по детонационной стойкости, цетановому числу, удельной теплоте сгорания, содержанию антидетонатора, люминометрическому числу, высоте некоптящего пламени, содержанию ароматических и нафталиновых углеводородов.

4.1.Детонационная стойкость -физико-химическое свойство, определяющее способность бензина сгорать без взрыва в двигателе с искровым зажиганием.

Показателем детонационной  стойкости топлива в единицах эталонной шкалы является октановое  число. Октановое число равно  содержанию (в объемных %) изооктана  в смеси с н-гептаном, эквивалентной  по детонационной стойкости топливу, испытуемому в стандартных условиях.

4.2.Цетановое число - показатель, указывающий скорость нарастания давления при сгорании жидкого нефтяного топлива в топливно-воздушной смеси от сжатия, выраженной в единицах эталонной шкалы.

4.3.Удельная теплота сгорания - количество теплоты, выделяющееся при сгорании единицы массы топлива. Высшая удельная теплота сгорания является мерой химической энергии, содержащейся в топливе. Низшая удельная теплота сгорания характеризует предельное количество химической энергии топлива, которое может быть использовано при сжигании топлива в тепловой машине (двигателе). Значение низшей теплоты сгорания меньше значения высшей теплоты сгорания топлива на величину теплоты испарения воды, выделенной и образовавшейся из топлива в процессе сгорания.

4.4.Люминометрическое число -показатель, указывающий интенсивность светового излучения пламени при сгорании жидкого нефтяного топлива в условиях испытания.

4.5.Высота некоптящего пламени - показатель, указывающий максимальную высоту пламени, которая может быть достигнута без образования копоти, при сжигании нефтепродукта в условиях испытания.

5.Склонность к образованию отложений характеризует особенности и результаты процессов образования отложений компонентов и продуктов превращения нефтепродуктов в камерах сгорания, топливных, впускных и выпускных системах; оценивается по концентрации фактических смол, йодному числу, коксуемости, зольности, щелочному числу, содержанию ароматических углеводородов, количеству осадка, растворимых и нерастворимых смол, моющему потенциалу, термоокислительной стабильности, индукционному периоду осадкообразования, количеству отложений на установке НАМИ-1, моющей способности на установках ПЗВ, УИМ-6-НАТИ, ИМ-1, ОД-9.

5.1.Фактические смолы -комплексные продукты окисления, полимеризации и конденсации углеводородов, содержащиеся в моторном топливе и образующиеся при его выпаривании под струей воздуха и водяного пара в условиях испытания.

5.2.Йодное число - показатель, характеризующий присутствие в нефтепродукте непредельных соединений и численно равный количеству граммов йода, присоединяющемуся к 100 г нефтепродукта.

5.3.Коксуемость нефтепродукта - показатель, указывающий склонность нефтепродукта образовывать коксовые отложения при сгорании.

5.4.Зольность нефтепродукта - показатель, указывающий наличие в нефтепродукте несгораемых веществ.

5.5.Щелочное число - количество гидрооксида калия в миллиграммах, эквивалентное содержанию всех щелочных компонентов в 1 г испытуемого продукта.

6. Кислотность (кислотное число) - количество миллиграммов гидроксида калия, которое требуется для нейтрализации 1,0 см3 (1 г) нефтепродукта. 
Коррозионная активность нефтепродуктов определяется по потере массы металлических пластин, находившихся в нефтепродукте в условиях испытания. 
Время деэмульсации определяется временем, в течение которого масло отделяется от воды после эмульгирования в условиях испытания.

7. Защитная способность характеризует особенности и результаты процессов защиты от коррозии материалов, которые могут протекать при их контакте с агрессивной средой в присутствии нефтепродукта; оценивается по защитной способности в условиях периодической конденсации влаги, консервационным свойствам. Консервационные свойства характеризуют способность нефтепродукта предохранять поверхность материалов от коррозионных агентов.

8.Противоизносные свойства характеризуют особенности и результаты процессов изнашивания трущихся поверхностей, протекающих в присутствии нефтепродукта при его применении; оцениваются по кинематической и условной вязкостям, кислотности, износу плунжеров и шайбы на стенде ВНИИ НП, показателю износа, критической нагрузке заедания, индексу задира, содержанию активных элементов противоизносных и противозадирных присадок, смазывающим свойствам. 
Условная вязкость - отношение времени истечения из вискозиметра типа ВУ 200 см3 испытуемого нефтепродукта при температуре испытания ко времени истечения 200 см3 дистиллированной воды при температуре 20 °С.

9.Охлаждающая способность характеризует особенности и результаты процессов поглощения и отвода тепла от нагретых поверхностей при применении нефтепродуктов в качестве хладоагентов; оценивается по удельной теплоемкости и теплопроводности.

Удельная теплоемкость - отношение количества теплоты, сообщенной системе, к изменению ее температуры  на 1 °С, отнесенное к единице массы. 
Теплопроводность - количество тепла, которое проходит в единицу времени через единицу площади при разности температур в 1 °С.

10.Сохраняемость характеризуется стабильностью показателей качества нефтепродуктов при хранении. Оценивается по времени окисления, периоду стабильности.

11. Токсичность характеризует особенности и результаты воздействия нефтепродуктов и продуктов их применения на человека и окружающую среду. Оценивается по классу токсичности, предельно допустимой концентрации в рабочей зоне, предельно допустимой концентрации в атмосфере населенных пунктов, предельно допустимой концентрации в воде водоемов, концентрации свинца.

12.Пожаровзрывоопасность нефтепродуктов характеризуется температурами вспышки и самовоспламенения, группой пожароопасности.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Определение шифра нефти

Определить  шифр ставропольской нефти по ГОСТ 38.1197-80 и ГОСТ Р 51858-2002.

Нефтедобывающая промышленность Ставропольского края имеет значительно небольшую  историю-первое нефтяное месторождение  Озек-Суат было открыто в 1953 г.

Все известные месторождения Ставрополья  расположены В Прикумском нефтеносном  районе, приуроченному к долине р.Кумы от г.Прикумска до его низовьев.

В зависимости от географического  расположения нефтяных месторождений, геологического возраста и глубины  залегания нефти Ставропольского края незначительно различаются по физико-химической характеристике и по качеству получаемых из них нефтепродуктов.

 

Определение шифра нефти в соответствии с  технологической классификацией .

Нефть

Содержание серы, % (масс.)

Выход фракций до 350 °С (% масс.)

Потенциальное содержание базовых масел, % (масс.)

Индекс вязкости

Содержание парафинов в нефти, % (масс.)

Шифр нефти

нефть

бензин

реактивное топливо

дизельное топливо

на нефть

на

мазут

ставропольская

0,11

следы

0,014

0,040

55,9

6,8

44,6

85

21,6

IT1M3И1П3


 

Шифр нефти ставропольской по технологической  классификации– IT1М3И1П3.

Определение шифра  нефти в соответствии с технической  классификацией

Нефть

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

Ставропольская

0,11

823,2

826,6

0,40

120

0,04

450

20

1.0.1.1 ГОСТ  Р 51858-2002


 

 

Шифр ставропольской товарной нефти по технической классификации с содержанием серы 0,11% масс. (класс 1), плотностью при 20 °С 823,2 кг/м3 (тип 0), концентрацией хлористых солей 120 мг/дм3, содержанием воды           0,40 % масс. (группа 1), с содержанием сероводорода менее 20 ppm (вид 1) обозначают 1.0.1.1 ГОСТ  Р 51858-2002

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задачи

Задача 1. Смесь нефтяных остатков (гудрон, крекинг-остаток, крекинг-остаток утяжеленный, экстракт селективной очистки масел), являющая сырьем процесса замедленного коксования, имеет следующие характеристики: массу G кг/ч; среднюю молекулярную массу М кг/кмоль, плотность при 20 °С ρ кг/м3. Найти: массовый, мольный и объемный состав смеси с точностью до 1-ой десятой процента. Ответ представить в виде таблицы.

Значение

параметров

Номера варианта

10

G1, кг

8900

G2, кг

6250

G3, кг

13850

G4, кг

8500

M1, кг/кмоль

585

M2, кг/кмоль

618

M3, кг/кмоль

645

M4, кг/кмоль

432

ρ1, кг/м3

995

ρ2, кг/м3

1010

ρ3, кг/м3

1029

ρ4, кг/м3

955


 

Решение

Масса смеси:

 

Массовый процент каждого компонента:

Число кмоль можно посчитать по формуле: ;

Общее число молей N смеси:

 

Молярная доля компонента выражается отношением числа молей этого компонента к общему числу молей смеси:

Объем каждого компонента смеси: ,

Общий объем смеси:

 

Объемный процент компонентов  смеси можно определить по формулам:

 или

№ п/п

Компонент

Массовый процент, % масс.

Число кмоль, кмоль

Мольный процент, % мол.

Объем, м3

Объемный процент, % об.

Гудрон

23,7

15,21

22,89

8,94

23,84

Крекинг-остаток

16,8

10,11

15,21

6,188

16,5

Крекинг-остаток утяжеленный

36,9

21,47

32,3

13,46

35,9

Экстракт селективной очистки  масел

22,6

19,67

29,6

8,90

23,74

 

Сумма

100%

66,46

100%

37,488

100%





Задача 2. Газовая смесь состоит азота, углекислого газа, сероводорода, метана, этана, пропана, изо-бутана и н-бутана. Смесь находится при следующих условиях давление Р=10,5 атм., температура Т=125 °С. Найти: общую массу смеси, массовый и мольный состав смеси с точностью до 1-ой десятой процента, зная объем компонентов при этих условиях. Ответ представить в виде таблицы.

Объем компонентов, м3

Номера вариантов

10

Азот

85

Углекислый газ

450

Сероводород

610

Метан

4190

Этан

1300

Пропан

810

Изо-бутан

340

Н-бутан

360


 

Решение

Объем газовой  смеси:

 

Пересчет  объема газа к нормальным условиям проводится с помощью уравнения  Менделеева-Клапейрона:

 

Где давление, объем и температура, соответственно, при н.у.

, .

 давление, объем и температура,  соответственно, при заданных условиях. ,

.

Число кмоль компонентов:

Где .

Масса компонента:

Молярный процент:

Массовый процент:

Компонент

Объем V, м3

Нормальный объем Vн  
нм3 (1 атм., 0 °С)

Число кмолей, 
кмоль

Молярная масса, 
кг/кмоль

Масса компонента, 
кг

Молярный процент, 
% мол.

Массовый процент, 
% масс.

Азот

85

612,2

3.79

28

106.12

0.928

1

Углекислый газ

450

3241,0

20.08

44

883.52

4.91

8.20

Сероводород

610

4393,3

27.23

34

925.82

6.67

8.7

Метан

5190

37379,7

231.69

16

3707.04

56.8

34.43

Этан

1300

9362,9

58.03

30

1740.9

14.21

16.17

Пропан

810

5833,8

36.16

44

1591.04

8.85

14.77

Изо-бутан

340

2448,7

15.17

58

879.86

3.71

8.17

Н-бутан

360

2592,8

16.07

58

932.06

3.93

8.65

Сумма

9145

65864,4

408.22

  

10766.36

100,0%

100,0%


 

 

Задача 3. Найти среднюю молярную массу нефтяных фракций A, B, C и D по их физическим характеристикам: начало кипения н.к., °С, конец кипения к.к., °С, характеризующий фактор К, абсолютная плотность при 20°С, ρ кг/м3. Определить среднюю молярную массу смеси этих фракций, если они смешиваются:

в молярном соотношении A/B/C/D;

в массовом соотношении A/B/C/D;

в объемном соотношении A/B/C/D.

Значение

параметров

Номера вариантов

Ответ

10

M,

Фракция А

н.к., °С

к.к., °С

Характериз. фактор, К

 

140

180

11.3

  

Фракция B

н.к., °С

к.к., °С

Характериз. фактор, К

 

140

180

12.5

  

Фракция C

Плотность при 20°С ρ, кг/м3

 

775

  

Фракция D

Плотность при 20°С ρ, кг/м3

 

770

  

Молярное соотношение A/B/C/D

2/5/4/6

  

Массовое соотношение A/B/C/D

5/2/8/4

  

Объемное соотношение A/B/C/D

4/3/4/8

  

 

Решение

Среднюю молярную массу для фракции A и B можно найти по формуле Войнова:

 

где К – характеризующий фактор;

t – средняя молярная температура кипения,. . (Среднее арифметическое н.к. и к.к., ).

Для фракции A средняя молярная масса:

 

Из формулы Крэга:

 

 

 

Для фракции B средняя молярная масса:

 

Из формулы Крэга:

 

 

Для фракций C и D необходимо вначале выполнит пересчет значений и по формуле: .

Для фракции C ,

 

 

Для фракции D ,

 

Связь между молекулярной массой и  относительной плотностью нефтяных фракций устанавливается формулой Крэга:

 

Для фракции C средняя молярная масса:

 

Для фракции D средняя молярная масса:

 

Доля каждой фракции при молярном соотношении 2/5/4/6 следующие

; ; ; .

Молярную массу смеси рассчитывают по правилу аддитивности исходя из известного состава и молярных масс компонентов:

 

Доля каждой фракции при массовом соотношении 5/2/8/4следующие:

; ; ; .

 

Доля каждой фракции при объемном соотношении 4/3/4/8следующие:

; ; ; .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задача 4. В качестве сырья каталитического риформинга для получения ксилолов используется узкая бензиновая фракция 120-140 °С плотностью . Известно содержание (в молярных долях) в сырье 5-градусных фракций: 120-125 °С, 125-130 °С, 130-135 °С, 135-140 °С. Найти среднюю молярную массу сырья, а также плотность при температуре 250 °С и давлении 5 МПа.

Значение

параметров

Номера вариантов

10

0,754

Содержание фр. 120-125 °С

0,22

Содержание фр. 125-130 °С

0,25

Содержание фр. 130-135 °С

0,27

Содержание фр. 135-140 °С

0,26


 

Решение

Среднюю молярную температуру кипения сырья  можно найти по формуле:

 

 

- молярная доля компонентов

 – средние арифметические температуры кипения узких фракций

 

 .

 

Характеризующий фактор К определяется по формуле:

 

Среднюю молярную массу можно найти по формуле Войнова:

 

 

Для определения  плотности при 20 °С и повышенном давлении можно воспользоваться  номограммой для определения  поправки к плотности с учетом давления (Приложение 1). Из номограммы следует (красная линия) что при  температуре 20 °С и давлении 5 МПа  плотность сырья будет равна:

 

Для нахождения плотности при повышенной температуре, зная плотность при 20 °С и величину характеристического фактора находят  плотность по номограмме (Приложение 2).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задача 5. Найти абсолютную и относительную плотность газа при нормальных условиях (.), а также плотность этого газа при температуре t = 100°С и давлении Р = 0,8 МПа, зная массовый состав газа (% масс.).

Состав газа, % масс.

Номера вариантов

10

Азот

1

Углекислый газ

2

Сероводород

4

Метан

55

Этан

15

Пропан

9

Изо-бутан

5

Н-бутан

7


 

Решение

Р = 1 Если считать  газ идеальным, то при Т=273 К и  давлении атм. и V=22,4 м3 масса m равна молекулярной массе M газа ( ).

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

 

 

Относительная плотность  газа равна отношению массы  газа, занимающего объем V при некоторой температуре и давлении, к массе 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 ( ).

 

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

 

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

 

 

Абсолютную плотность газов  при этих условиях можно найти, зная массу :

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задача 6. Узкая нефтяная фракция при атмосферном давлении имеет среднюю температуру кипения t1, °С. Определить давление насыщенных паров этой фракции при t2, °С, молярную массу и относительную плотность .

Значение

параметров

Номера вариантов

10

t1, °С

145

t2, °С

200


 

 

Решение

Для подсчета давления насыщенных паров  узких нефтяных фракций при низких давлениях используют формулу Ашворта:

 

 

где P – давление насыщенных паров, МПа; T – температура кипения при давлении P, К; T0 – температура кипения при атмосферном давлении (для нефтяной фракции – средняя температура кипения), К.

 

 

 

 

По формуле Войнова находят среднюю молярную массу:

 

Из  формулы Крэга выражается :

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задача 7. Средняя температура кипения узкой бензиновой фракции при атмосферном давлении (≈1∙105 Па) составляет t1, °C. Найти ее температуру кипения t2, °C при давлении p2.

Значение

параметров

Номера вариантов

10

t1, °С

104

p2, Па

2,5∙105

Контрольная работа по Химии нефти и газа 📙 Контрольная → 🆔 76097

Контрольная работа по Химии нефти и газа 📙 Контрольная → 🆔 76097

Контрольная работа по "Химии нефти и газа"