Методика определения шифра нефти

Ставрополь, 2013

 

Методические указания составлены в соответствии с требованиями Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования, рабочего учебного плана и программы дисциплины «Химия нефти» для студентов специальности 131000.62 «Нефтегазовое дело».

В методических указаниях к контрольной работе приведены задания для самостоятельного выполнения и требования к оформлению. Выполнение контрольной работы способствует более глубокому пониманию дисциплины «Химия нефти и газа» и овладению практическими навыками по определению физико-химических характеристик углеводородного сырья, его целевых фракций и товарных продуктов.

 

 

Автор: старший преподаватель А.С. Овчарова

 

Рецензент: доктор технических наук С.Н.Овчаров

Дисциплина «Химия нефти и газа» одна из основных специальных дисциплин при подготовке инженеров-нефтяников. Человек и энергия – эти понятия неразделимы на протяжении всей истории существования человечества. Вначале неосознанно, а со временем, когда человек научился добывать огонь, осознанное использование различных видов энергии явилось необходимым условием существования, значение которого продолжает расти до наших дней. Уже второе десятилетие нефть играет решающую роль в снабжении человечества энергией. Нефть и газ определяют не только технический потенциал и социально-экономическое положение государства, но часто и его политику.

Природные энергоносители, добываемые из недр земли, после очистки и предварительной подготовки перерабатываются в основном в топлива, а также в масла и специальные продукты.

Основное общее требование к нефтяным продуктам заключается в том, что их физико-химические свойства должны соответствовать требованиям потребителей, условиям хранения, транспортирования, климатическим условиям эксплуатации. Сейчас большое внимание уделяется ООС, в связи с чем ужесточаются требования к качеству нефтепродуктов.

«Химия нефти и газа» решает задачи по исследованию химического состава нефтей, НП, газоконденсатов и газов с помощью современных физико-химических методов анализа, а также исследование физико-химических свойств углеводородов и других компонентов нефти и их влияния на свойства НП.

Целью курса «Химия нефти и газа» является формирование у студента понятия о химической природе и составах нефти и газа и методах их исследования, изучение физико-химические свойств нефти и газа и получаемых из них продуктов.

 

ТРЕБОВАНИЯ К ОФОРМЛЕНИЮ

При изучении курса «Химия нефти и газа» студенты выполняют контрольную работу, состоящую из ответа на теоретический вопрос, задания по определению шифра нефти и решения задач.

Вариант выбирается студентом в соответствии с номером по общему списку группы по следующему принципу:

 

№ п/п

Вариант

 

Контрольная работа выполняется в последовательности представленных заданий.

Примерный план контрольной работы:

– Титульный лист.

– Содержание.

– Теоретический вопрос.

– Определение шифра нефти.

– Задачи.

– Литература.

Контрольную работу рекомендуется выполнять с помощью средств компьютерной техники в редакторе Microsoft Word и представить в распечатанном виде.

Текст должен иметь следующие параметры:

− формат бумаги А4 (210х297 мм), бумага белая;

− поля: верхнее и нижнее – 20 мм, левое – 25 мм, правое – 15 мм;

− межстрочный интервал – одинарный или полуторный;

− переплет – 0 см;

− ориентация книжная;

− шрифт Times New Roman;

− размер шрифта 14 пунктов;

− абзац – 1,25 см;

− формулы выравнивают по центру.

− рисунки и таблицы нумеруются по порядку.

Задание к контрольной работе выдает преподаватель, читающий курс лекции по дисциплине «Химия нефти и газа». Выполнение заданий производится в соответствии с данными методическими указаниями.

Защита контрольной работы проводится в виде собеседования. По итогам выполнения и защиты выставляется оценка.

 

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.)
	Малосернистая	До 0,60 включительно
	Сернистая	От 0,61 до 1,80
	Высокосернистая	От 1,81 до 3,50
	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
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
Содержание воды, % (масс.), не более	0,5	0,5	1,0
Концентрация хлоридов (хлористых солей), мг/дм3, не более
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
Содержание сероводорода, млн-1 (ppm), не более
Суммарное содержание метил- и этилмеркаптанов, млн-1 (ppm), не более

 

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		0,04

 

 

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
Азот
Углекислый газ
Сероводород
Метан
Этан
Пропан
Изо-бутан
Н-бутан

 

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
Азот
Углекислый газ
Сероводород
Метан
Этан
Пропан
Изо-бутан
Н-бутан

 

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
t1, °С
	0,845	0,823	0,831	0,850	0,830	0,835	0,865	0,848	0,832	0,860
t2, °С

 

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

 

 

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

Основная литература

1. Технология переработки нефти. В 2-х частях. Часть первая. Первичная переработка нефти / Под ред. О.Ф. Глаголевой и В.М. Капустина. – М.: Химия, КолосС, 2005. – 400 с.

2. Мановян А.К. Технология первичной переработки нефти и природного газа. − М.: Химия, 2001. – 568 с.

3. Мановян А.К. Технология переработки природных энергоносителей. − М.: Химия, КолосС, 2004. – 456 с.

4. Ахметов С.А. Технология глубокой переработки нефти и газа. – Уфа: "Гилем", 2002. – 671 с.

5. Технология и оборудование процессов переработки нефти и газа / С.А. Ахметов, Т.П. Сериков, И.Р. Кузеев и др. – СПб.: Недра, 2006. – 868 с.

6. Нефти и газовые конденсаты России. Справочник. В 2 т. Т.2. Нефть Сибири / Под ред. К. А. Демиденко. − М.: «Техника», 2000. – 160 с.

7. Нефти СССР. Справочник. В 4 т. Т.1. Нефти северных районов Европейской части СССР и Урала. – М.: Химия, 1971. – 225 с.

8. Нефти СССР. Справочник. В 4 т. Т.2. Нефти среднего и нижнего Поволжья. – М.: Химия, 1972. – 391 с.

9. Нефти СССР. Справочник. В 4 т. Т.3. Нефти Кавказа и западных районов Европейской части СССР. – М.: Химия, 1972. – 616 с.

10. Нефти СССР. Справочник. В 4 т. Т.4. Нефти Средней Азии, Казахстана, Сибири и острова Сахалин. − М.: Химия, 1974. – 781 с.

11. ГОСТ Р 51858 «Нефть. Общие технические условия».

 

Дополнительная литература:

1. Рябов В.Д. Химия нефти и газа. - М.: изд-во "Техника", ТУМА ГРУПП, 2004. – 288 с.

2. Химия нефти и газа / Под ред. В.А. Проскурякова, А.Е. Драбкина. – Л.: Химия, 1989. – 424 с.

3. Переверзев А.Н. Технология нефти и газа. Уч. пособие. – Ставрополь: СевКавГТУ, 2005. – 143 с.

4. Рудин М.Г., Сомов В.Е., Фомин А.С. Карманный справочник нефтепереработчика – М.: ЦНИИТЭнефтехим, 2004. – 336 с.

5. Хорошко С.И., Хорошко А.Н. Сборник задач по химии и технологии нефти и газа. - Минск.: Высшая школа, 1989. – 122 с.

 

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к контрольной работе по дисциплине «Химия нефти и газа»

для студентов специальности

131000.62 «Нефтегазовое дело» ОФО и ЗФО

 

Составитель: старший преподаватель А.С. Овчарова

 

 

Редактор:

Корректор:

 

Подписано к печати

Формат 60x84 1/16. Усл. п. л. – Уч.-изд. л. –

Бумага газетная. Печать офсетная. Заказ Тираж 50 экз.

ФГАОУ ВПО «Северо-Кавказский федеральный университет»

355029, г. Ставрополь, пр. Кулакова, 2

Издательство ФГАОУ ВПО Северо-Кавказский федеральный

университет

Отпечатано в типографии ФГАОУ ВПО «СКФУ»