Дәріс 3, 4 - Мұнайдың негізгі технологиялық сипаттамалары

Дәріс жоспары:

1. 
   Тығыздық. Сипаттаушы фактор
   
2. 
   Молекулалық масса
   
3. 
   Температуралық қасиеттері
   
4. 
   Тұтқырлық және тұтқыр-температуралық қасиеттері
   
5. 
   Мұнайдың оптикалық қасиеттері
   
6. 
   Мұнайдың электрлік қасиеттері
   
7. 
   Кризистік (шектелген) қасиеттері және жуықталған параметрлері
   

1. 
   Тығыздығы;
   
2. 
   Молекулалық массасы
   
3. 
   Тұтқырлығы
   
4. 
   Температуралық сипаттамалары (тұтану, лаулау, өздігінен лаулау, қату температурасы және басқалары)
   





Алайда тығыздықты керек температурада өлшеуге болады. Онда салыстырмалы тығыздықты мына формуламен есептейді: _ (1), мұндағы _ - 20⁰С-тағы мұнай өнімінің салыстырмалы тығыздығы, _ - берілген t температурадағы мұнай өнімінің салыстырмалы тығыздығы; _-температура 1С⁰-қа өзгергендегі тығыздықтың өзгеруін түзету шамасы.

Кейбір есептеулерде тығыздықтың _ мәнін қолданады. _ ны _-ке қайта есептеу үшін мына формуланы қолдануға болады: _.

Мұнай өнімдерінің тығыздығын анықтаудың бірнеше әдістері бар. Тығыздықты ареометрмен, Мор Вестораль гидростатикалық таразысымен немесе дәлірек пикнометрлік әдіспен анықтайды.

Мұндағы К – сипаттаушы фактор; Т_{орт.мол} – мұнай өнімінің орташа молярлық қайнау температурасы, К; - 15С температурадағы мұнай өнімі мен судың салыстырмалы тығыздығы.

Мұнай өнімінің орташа молярлық қайнау температурасы (Т_{орт.мол}, К) деп фракцияның қайнауы басталған және аяқталу арасындағы орташа температураны айтады.

Кейбір мұнай өнімдерінің сипаттаушы факторларының орташа мәні:

Парафинді мұнай өнімдері . . . . . . . . . . . . . . . . 12,5-13,0

Нафтенароматты . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10,0-11,0

Ароматталған . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10,0

Крекинг өнімдері . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10,0-11,0

Сипаттаушы фактор мәні (кейде Ватсонның парафинділік факторы деп аталады) әдетте тар мұнай фракцияларының молекулалық массасын одан әрі есептеу үшін қолданылады.

2. Мұнай және мұнай өнімдері жеке көмірсутектер мен басқа да қосылыстардың қоспасын білдіреді, сондықтан да олар орташа молекулалық массамен сипатталады. Көптеген мұнайлардың орташа молекулалық массасы 250-300 кг/кмоль-ге тең. Сұйық көмірсутектердің бірінші өкілі – пентан С₅Н₁₂ – молекулалық масасы 72 кг/кмоль. Молекулалық массасы жоғарылау мұнайдың гетероатомды қосылыстарының және оның жоғары тұтқырлы фракцияларының молекулалық массасы 1200-2000 кг/кмоль-ді құрайды. Неғұрлым фракциялардың орташа қайнау температурасы жоғары болған сайын, соғұрлым молекулалық массасы үлкен.

Қайнау аралықтары бірдей, бірақ әртүрлі мұнайлардан алынған фракциялардың молекулалық массалары өзара жақын. Сондықтан да көптеген жағдайларда 1 кестеде келтірілген эксперименттік мәндерді қолдануға немесе молекулалық массаны Б.П. Воинов формуласымен есептеп табуға болады:

мұндағы М_орт – фракциялардың молекулалық массасы; Т_{орт.мол} – эксперимент жүзінде және арнайы графикпен анықталатын ашық түсті мұнай дистилляттарының орташа молярлық қайнау температурасы, К.

Дәлірек нәтижелерді сипаттаушы фактор К ескеріп шығарылған Воинов-Эйгенсон формуласы береді:

М_орт =7К– 21,5+(0,76-0,04К)Т_{орт.мол}+(0,0003К-0,00245)Т²_{орт.мол}

мұндағы М_орт – фракциялардың молекулалық массасы; Т_{орт.мол} –мұнай дистилляттарының орташа молярлық қайнау температурасы, К; К – сипаттаушы фактор.

Тағы Крэг формуласымен өрнектелетін салыстырмалы тығыздыққа молекулалық массаның тәуелділігі шығарылды:

мұндағы - 15С температурадағы мұнай өнімі мен судың салыстырмалы тығыздығы.



Шартты (ВУ) және кинематикалық тұтқырлық () шамалары арасында келесі эмпирикалық тәуелділік бар:

Кинематикалық тұтқырлық 1 ден 120 сСт болатындар үшін:

₁7,24ВУ₁ -

ал кинематикалық тұтқырлық 120 сСт дан жоғары болатындар үшін:

₁7,24ВУ немесе ВУ₁0,135₁

мұндағы t – мұнай өнімдерін сынау температурасы, ⁰С; ₁ – мұнай өнімдерін сынау температурасындағы кинематикалық тұтқырлық, сСт (1 сСт  10^-2 Ст).

Күрделі қоспалар болып келетін мұнай және мұнай өнімдері үшін тұтқырлық олардың химиялық құрамының, молекулалық массасының функциясы болып табылады, және молекулааралық әрекеттесу күшімен анықталады. Мұнай фракцияларының қайнау температуралары неғұрлым жоғары болатын болса, соғұрлым тұтқырлығы жоғары болады. Бензиндер үшін кинематикалық тұтқырлық 20⁰С температурада 0,6 сСт құрайды, ауыр майлар үшін 300-400 сСт арасында болады. Әртүрлі кен орындарынан алынған мұнайлар кинематикалық тұтқырлықтары 2 ден 300 сСт дейінгі аралықта болады, және көпшілік мұнайлар үшін 40-60 сСт аспайды.

Жоғары молекулалық көмірсутектердің тұтқырлықтарын анықтау бойынша әртүрлі зерттеулер мәліметтерін талқылай отырып келесі қорытындыларды жасауға болады:

• 
  молекуланың бірдей құрылымдарында нафтенді сақиналардың болуы көпшілік жағдайда (және кейде едәуір шамада) ароматты сақиналармен салыстырғанда (₅₀ – мұнай өнімдерін 50⁰С, сП І сП 10^-2 П сынау температурасындағы динамикалық тұтқырлық) тұтқырлықты жоғарылатады;
  
• 
  молекуладағы циклдар саны жоғары болған сайын, тұтқырлық жоғары болады;
  
• 
  күрделі көмірсутектердің молекулаларында бірдей сақина санында бүйірлік парафиндік тізбектер саны жоғары болған сайын тұтқырлық жоғары болады;
  
• 
  бүйірлік тізбектердің тармақталуы өз кезегінде тұтқырлықты арттырады.
  

Мұнай майларының тұтқырлықты-температуралық қасиеттерін бағалау үшін тұтқырлық индексі ұсынылған: 500 және 100⁰С температуралардағы тұтқырлық қатынасы () және т.б. Тұтқырлық индексі (ТИ) – шартты көрсеткіш, ол сыналушы май және эталондық май салыстырмалы сипаттамасы болып табылады. Тұтқырлық индексі мәні майлар ₅₀ және ₁₀₀ мәндері негізінде құрастырылған арнайы кесте бойынша есептеледі. Температура өзгерген сайын тұтқырлық мәні аз өзгеретін болса, солғұрлым оның ТИ жоғары болады. Тұтқырлық индексі майдың химиялық құрамына және көмірсутектердің құрылымына байланысты екендігі анықталған. Тұтқырлық индексінің ең жоғарғы мәніне парафинді көмірсутектер ие, ал төменгі мәніне бүйірлік тізбектері қысқа полициклді ароматты көмірсутектер ие.

Тұтқырлық аддитивті емес қасиет және мұнай дистиляттары қоспасы немесе майлар үшін экспериментальды немесе арнайы номограммалар бойынша анықталады.

5. Мұнайдың физика-механикалық қасиеттерін анықтау үшін арналған талдаулардың химиялық әдістеріне қосымша түсі, сыну көрсеткіші, оптикалық активтілігі сияқты оптикалық қасиеттерді пайдаланады. Бұл көрсеткіштер кейбір мұнай өнімдері үшін жасалған ГОСТ-ға енгізілген. Одан басқа, оптикалық көрсеткіштері бойынша мұнай өнімдерінің тазалану тереңдігі, мұнайдың жасы және табиғаты туралы білуге болады.

Мұнайлардың түсі бір кен орны шегінде өзгереді. Жалпы таралған пікірлер бойынша мұнай үнемі қара түсті бола бермейді. Сонымен бірге «ақ» және «қызыл» түсті мұнайлар болады. «Ақ» мұнай – мөлдір, кіші тұтқырлықтағы түссіз сұйықтық және қағида бойынша газоконденсатты табиғатты болып келеді. «Қызыл» мұнай тығыздау, және ол бензин-керосинді фракцияларға бай келеді. Мұнайлардың барлық түсті гаммаларын Бакуде Сарухан кен орындарынан кездестіруге болады. Онда 200 м тереңдікте «ақ» мұнай, тығыздығы 0,782 г/см³; ал 420 м тереңдікте «қызыл» мұнай, тығыздығы 0,810 г/см³; және одан да тереңдікте мұнайдың түсі қоңырдан қараға дейін жетеді. Мұнай және мұнай өнімдеріне түсті олардың құрамындағы жоғары молекулалық заттар, яғни құрамында көміртегі, сутегі, оттегі, күкірт, азот және металдар бар заттар береді. Әдетте мұнай және мұнай өнімдері неғұрлым ауыр болған сайын олардың құрамында жоғарыда аталған заттар көп және түсі қара болады.

Оптикалық активтілік. Мұнай және оның фракциялары оптикалық активті заттар болып табылады. Оптикалық активтілік дегеніміз заттардың олар арқылы жазықполяризацияланған жарықты өткізген кезде поляризация жазықтығының бұрылуын тудыруы болып табылады.

Сыну көрсеткіші ортаның оптикалық тығыздығын сипаттайды және мұнай және мұнай өнімдерінің топтық көмірсутектік құрамы туралы білуге, сонымен қатар тығыздық және молекулалық массамен бірге алғанда – мұнай фракцияларының құрылымдық-топтық құрамын есептеуге мүмкіндік береді. Сыну көрсеткіші немесе рефракция коэффициенті, және тығыздық дербес заттардың маңызды физикалық константасы болып табылады. Олардың көмегімен мұнайдан синтезделген немесе бөлінген заттар тазалығы анықталады.

Сыну көрсеткішінің шамасы жарық екі ортасының шекарасына берілетін толқын ұзындығына және ортаның температурасына байланысты болады. Сондықтан сыну көрсеткішінің символында аталған екі көрсеткіш те көрсетілуі тиіс. Көпшілік жағдайда n²⁰_D: бұл 20⁰С температурада натрийдің сары сызығы үшін арналған сыну көрсеткіші (толқын ұзындығы λ₀589 ммк). Анықтау күн жарығында немесе шаммен жарығымен натрий буын арнайы приборларда қыздыру арқылы жүргізіледі, приборлар ретінде дәлдігі 0,0001 рефрактометрлер қолданылады. Анықтау дәлдігі үлкен маңызға ие, себебі әртүрлі көмірсутектердің сыну көрсеткіштері бір – біріне жақын шамада болып келеді (кесте 1.3).

Молеку-ладағы көміртек атомы саны	Алкандар		Алкендер		Цикландар		Ароматты
	Көмір-сутек		Көмір-сутек		Көмір-сутек		Көмір-сутек
С5	пентан	1,3575	Пентен-1	1,3715	Цикло-пентан	1,4065	-	-
С6	гексан	1,3749	Гексен-1	1,3879	Цикло-гексан	1,4262	бензол	1,5011
С7	гептан	1,3876	Гептен-1	1,3998	Метил-цикло-гексан	1,4230	толуол	1,4969
С8	октан	1,3974	Октен-1	1,4087	Этил-цикло-гексан	1,4330	Этил-бензол	1,4959
С9	нонан	1,4054	Нонен-1	1,4157	Пропил-цикло-гексан	1,4371	Пропил-бензол	1,4920
С10	декан	1,4119	Декен-1	1,4217	Бутил-цикло-гексан	1,4408	Бутил-бензол	1,4898

Таза (сусыз) мұнай және мұнай өнімдері диэлектрліктер (яғни, оқшаулағыштар) – электр тогын өткізбейтін заттар болып табылады. Оларды кабельдер үшін электр-оқшаулағыш материалдар, трансформаторлар үшін қорғағыш құймалар және т.б. ретінде қолданады. Сұйық диэлектриктердің өткізгіштігі ылғал мөлшері және температураға байланысты болады. Мұнай өнімдерінің диэлектрлік өткізгіштігінің салыстырмалы мәні (ε) 2 шамасында, яғни шыны (ε7), фарфор (ε5-7), мрамор (ε8-9) оқшаулағыштардан 3-4 есе аз болып келеді. Сусыз, таза мұнай өнімдерінде электрөткізгіштік елеусіз: 2х10^-10 нан 0,3х10^-18 1/(Ом*см) (парафин). Электрөткізгіштігі төмен болуы салдарынан парафин радиотехникада таптырмайтын оқшаулағыш болып табылады.

Мұнай өнімдері құбырлар қабырғаларына үйкелген кезде туындайтын электрлік зарядттарды аккумуляциялауға (жинақтау) қабілетіне ие. Кейбір шарттарда электрлік зарядтар ұшқындар тудырып және мұнай өнімдерінің балқуына алып келуі мүмкін, және ол өз кезегінде өрттерге және жарылыстарға алып келеді. Статикалық электр зарядының жинақталуымен күресудің сенімді тәсілі болып аппаратуралардың, сораптардың, құбырлар-дың және т.б. барлық жерлерін жермен байланыстыру есептеледі.

7. Заттардың кризистік қасиеттеріне кризистік температура (Т_кр), кризистік қысым (Р_кр) және кризистік молдік көлем (V_mкр) жатады.

Кризистік температура (Т_кр) – бұл заттардың сұйық және газ тәрізді күйі арасындағы айырмашылық жоғалатын, яғни сұйықтық бумен тепе-тең күйде болуы мүмкін ең жоғары температура. Кризистік температурада зат заттың екі әртүрлі фазалары барлық қасиеттері жағынан мәндес болып келетін кризистік күйге өтеді. Кризистік температурадан жоғары жағдайда газ немесе түзілген бу ешқандай қысым әсерінен сұйылтыла алмайды.

Кризистік қысым (Р_кр) – кризистік температурадағы химиялық заттардың қаныққан буларының қысымы.

Кризистік молдік көлем (V_mкр) – кризистік температура мен қысымда зат иеленетін молдік меншікті көлем, см³/моль.

Бір компонентті жүйе (таза зат( жағдайында кризистік күй тек «сұйық – бу» тепе-теңдігі үшін мүмкін. Таза зат кризистік күйде үш кризистік параметрлермен сипатталады: кризистік температура (Т_кр), кризистік қысым (Р_кр) және кризистік молдік көлем (V_mкр). Мысалы, су үшін Т_кр = 647,3К, Р_кр = 22,13 МПа, V_mкр = 54,88 см³/моль. Екі компонентті жүйеде кризистік күй төрт параметрлермен сипатталады: температура, қысым, молдік немесе меншікті көлем және молдік немесе массалық үлес.

Кризистік көлем (V_mкр) – кризистік температура мен қысымда зат иеленетін меншікті көлем:

мұндағы V_кр – кризистік көлем, см³/г; V_mкр – кризистік температура мен қысымда зат иеленетін молдік меншікті көлем, см³/моль; М – заттың молекулалық массасы, г/моль.

Жуықталған параметрлерді келесі түрде есептейді:

;
мұндағы Т_пр, Р_пр, V_пр – тиісінше заттың жуықталған температурасы, қысымы және көлемі; Т_кр, Р_кр, V_кр – тиісінше заттың кризистік температурасы, қысымы және көлемі; Т, Р, V – тиісінше заттың температурасы, қысымы және көлемі.

Дәріс материалдарын игергеннен кейін білуге қажетті негізгі түсініктер: Тығыздық, сипаттаушы фактор, молекулалық масса, температуралық қасиеттері, тұтқырлық және тұтқыр-температуралық қасиеттері, оптикалық қасиеттері, электрлік қасиеттері, кризистік қасиеттері және жуықталған параметрлері

Өзін өзі бақылауға арналған сұрақтар:

1. 
   Мұнайдың тұтқырлық және тұтқыр-температуралық қасиеттерін сипаттаңыз
   
2. 
   Шартты және динамикалық тұтқырлық деген не
   
3. 
   Мұнайдың оптикалық қасиеттерін сипаттаңыз
   
4. 
   Мұнайдың электрлік қасиеттерін атаңыз
   
5. 
   Тығыздық, салыстырмалы тығыздық дегеніміз не
   

1. 
   Г.К. Бишімбаева, А.Е. Букетова. Мұнай және газ химиясы мен технологиясы. – Алматы.: Бастау, 2007. 21-34 б.
   
2. 
   Ахметов С.А. Технология глубокой переработки нефти и газа. Уфа: Гилем, 2002. С. 91-103.