Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 [ 99 ] 100 101 102 103 104 105 106

Другой источник таких частиц

ограниченная раствори-

мость отдельных компонентов. При превышении предельной концентрации они выделяются из раствора. Это, в частности, относится к продуктам глубокого окисления и копдепсации углеводородов. Так, в коллоидном состоянии находятся асфальтепы, высокомолекулярные смолы и различные ПАВ, концентрация которых выше критической копцептрации мицеллообразовапия.

Третий источник образования нефтяных дисперсных систем связан с первыми двумя, по оп характерен для углеводородов масел. Вязкость таких масел значительно выше, чем это следует из их невысокой молекулярной массы (450-650), и она очень быстро возрастает с понижением температуры. Например, при снижении температуры с 20 до 10°С вязкость масел может возрастать в 5-10 раз и больше. Объясняются эти свойства тем, что молекулы масляных углеводородов и масел ассоциироваппы, т.е. связаны между собой физическими силами притяжения и «сцеплением» или, лучше сказать, «зацеплением» переплетающихся молекулярных цепей. Последнее можно представить себе, если сложить две щетки. Для сдвига одной относительно другой нужно провести работу по деформированию (изгибанию) волосков щетки. С понижением температуры ассоциация молекул быстро возрастает, с

одной стороны, потому, что уменьшается тепловое движение молекул, ослабляющее связи молекул и разрушающее ассоциаты, с другой, становятся менее подвижными переплетающиеся молекулярные цепи.

Наконец, четвертый источник - углистые и минеральные частицы и вода. Многие из таких природных частиц носят случай-

пыи характер и в значительной мере удаляются при отстаивании, обессоливапии и обезвоживании нефти.

Таким образом, нефть - сложная мпогокомпопептпая и лабильная дисперсная система, в которой соотношение между дис-

перепои фазой и дисперсионной средой может, изменяться в зависимости от температуры и копцептрации. На рис. 1 показана схема зависимости ассоциации различных компонентов нефти от температуры. Изменению ассоциации соответствует содержание дисперсной фазы этих веществ; при отсутствии ассоциации исчезает дисперсная фаза. Отдельные виды дисперсной фазы взаимодействуют друг с другом, например, смолы могут стабилизировать асфальтепы, а молекулы ПАВ - адсорбироваться па многих твердых частицах. Ассоциация углеводородов масел носит дипамиче-

Рис. 1. Влияние температуры на ассоциацию молекул в нефти и нефтепродуктах (СА - доля ассоциированных молекул): а - молекулы углеводородов; б - молекулы неуглеводородных компонентов; 1 - твердые парафины; 2 - высокомолекулярные углеводороды; 3 - низкомолекулярные углеводороды; 4 - углеродистые частицы (карбены, карбоиды и т. п.); 5 - вода; 6 - поверхностно-активные вещества

скии характер, и между ними и остальными компонентами нефти может не быть поверхности раздела, т. е. они не образуют частиц.

2. Межмолекулярные взаимодействия и свойства нефтяных масел

Нефтяные (минеральные) масла состоят в основном из углеводородов с молекулярной массой порядка 400-550. В небольших количествах они включают производные углеводородов, смолы, низкомолекулярные продукты окисления углеводородов и т. п. Производятся масла, состоящие почти целиком из нафтеновых и

парафиновых углеводородов или из ароматических углеводородов. Но большинство технических масел содержит в разных соотношениях все три группы углеводородов.

В состав масел входят сложные молекулы углеводородов, сочетающие несколько нафтеновых или ароматических колец с ал-кильными радикалами.

Вязкость масел - одно из главных физических и эксплуатационных свойств, лежащих в основе их подбора и применения. Если сравнивать вязкость жидкостей при одинаковых условиях.

например при течении в трубе постоянного сечения, то вязкость характеризует силу, которую необходимо приложить к жидкости

для поддержания заданной скорости течения, иначе говоря, сопротивление течению с заданной скоростью.

Вязкость жидкостей определяется объемом, строением молекул и их взаимодействием. У низших углеводородов, например, гексапа, декана, циклогексапа и т. п., преобладающее значение имеют первые два фактора. По этой причине у таких углеводородов в пределах одного гомологического ряда существует простая линейная зависимость вязкости от молекулярной массы. У масля-

ных углеводородов и соответственно нефтяных масел, например, преобладает третий фактор, а при температуре ниже 50-100°С оп становится наиболее существенным.

Вязкость масел сильно зависит от температуры. Во многих областях применения важно, чтобы она возможно меньше изменялась в широком интервале температуры, поэтому величина, характеризующая эту зависимость, например так называемый индекс вязкости, служит показателем качества масел.

Однако даже у лучших нефтяных масел благодаря межмоле-кулярпому взаимодействию вязкость быстро возрастает со снижением температуры, особенно ниже 20°С. При температуре выше 200-250°С зависимость вязкости масел от температуры становится такой же, как у пизкомолекулярпых углеводородов. Последняя

выражается линейной зависимостью логарифма вязкости от температуры. Это позволяет экстраполировать такую зависимость па более низкие температуры (см. пунктирные линии па рис. 2) и таким образом оценивать величину вязкости, не зависящую от меж-молекулярпого взаимодействия. Действительные значения вязкости (см. сплошные линии па рис. 2) намного выше. Из полученных

данных можно оцепить вклад молекулярной и ассоциативной составляющих (ассоциация за счет молекулярных связей). Последняя имеет превалирующее значение при повышенных температурах.

Ассоциация молекул масла еще не означает, что они образуют дисперсные системы. Ассоциаты равномерно распределяются в жидкости, и, главное, между ними и «свободными» молекулами пет поверхности раздела. И все же в той системе возникает так называемая надмолекулярная структура. Ее свойства в некоторых отношениях аналогичны свойствам дисперсных систем (например, они могут застывать).