Разработка методов оценки физико-химических свойств нефтяных углеводородных систем тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.17.07, кандидат технических наук Гайсина, Айгуль Ралифовна

• Гайсина, Айгуль Ралифовна
• кандидат технических наук
• 2009

Оглавление диссертации кандидат технических наук Гайсина, Айгуль Ралифовна

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ МОДЕЛИРОВАНИЯ И ИНЖЕНЕРНЫХ РАСЧЕТОВ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ

СВОЙСТВ НЕФТЯНЫХ УГЛЕВОДОРОДНЫХ СИСТЕМ.

1.1 Краткий исторический обзор.

1.2 Основные понятия и определения учения о моделировании и расчете ФХС.

1.3 Основы теории подобия.

1.4 Методы расчета физико-химических свойств углеводородных систем.

1.4.1 Плотность.

1.4.2 Молярная масса.

1.4.3 Стандартная температура кипения индивидуальных углеводородов' и нефтяных фракций.

1.4.4 Критические константы.

1.4.5 Теплота испарения.

1.5 Методы исследования химического состава нефтяных фракций.

1.5.1 Определение структурного химического состава светлых нефтепродуктов.

1.5.2 Определение группового химического состава высококипящих фракций.

2. МЕТОДЫ РАСЧЕТА ХАРАКТЕРИСТИЧЕСКИХ КОНСТАНТ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ НЕФТЯНЫХ

УГЛЕВОДОРОДНЫХ СИСТЕМ.

2.1 Расчет молярной массы углеводородных систем.

2.2 Аналоговый метод расчета характеристических констант.

2.2.1 Конститутивный метод.

2.2.2 Аналогово-информативный метод.

2.3 Информативный метод.

3. ТЕРМИЧЕСКАЯ И БАРИЧЕСКАЯ МОДЕЛИ РАСЧЕТА ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ НЕФТЯНЫХ УГЛЕВОДОРОДНЫХ

СИСТЕМ.

3.1 Термическая модель энтальпии испарения.

3.2 Информативная модель температуры кипения при различных давлениях.

4. МЕТОД ИССЛЕДОВАНИЯ УГЛЕВОДОРОДНОГО СОСТАВА КОМПОНЕНТОВ И ТОВАРНЫХ МОТОРНЫХ ТОПЛИВ.

4.1 Структурный алкановый индекс.

4.2 Качественная идентификация углеводородного состава нефтяных систем.

4.3 Исследование фракционного и углеводородного составов моторных топлив.

ВЫВОДЫ.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка методов оценки физико-химических свойств нефтяных углеводородных систем»

В связи с переходом на интенсивные методы развития технологии и строительством высокопроизводительных комбинированных установок большую роль играет повышение качества расчетов процессов и аппаратов нефтепереработки и нефтехимии, оптимизация действующих и проектируемых технологических схем.

Поиск необходимых физико-химических свойств (ФХС) веществ и нефтяных фракций составляет 10-20 % от полного объема затрат на I проектирование [1]. Сегодняшние исследователи в области прикладной химии и проектировщики, использующие в своей работе вычислительную технику, все еще вынуждены пользоваться данными; представленными в многотомных справочниках в виде таблиц, номограмм или графических зависимостей. От назревающего кризиса из-за роста необработанной информации может избавить лишь разработка и внедрение в химическую технологию универсальных математических моделей, адекватно описывающих ФХС углеводородных систем.

К настоящему времени появилось большое число методов расчета ФХС, что свидетельствует, с одной стороны, о потребности заменить экспериментальное исследование расчетом, а с другой — пока нет универсального метода, позволяющего рассчитать физико-химическое свойство углеводородных систем. Ценность метода определения ФХС зависит от следующих факторов: точности, простоты и универсальности.

Цель работы. Применительно к нефтяным углеводородным системам разработать:

- методы для расчета характеристических констант ФХС;

- модели для расчета термических и барических зависимостей ФХС;

- идентифицирующий показатель вероятного углеводородного состава;

- методику исследования вероятного углеводородного состава топливных фракций.

В первой главе диссертации рассмотрено современное состояние моделирования и инженерных расчетов ФХС нефтяных углеводородных систем, приведены методы исследования группового химического состава нефтяных фракций.

Во второй главе представлены методы расчета характеристических констант физико-химических свойств нефтяных углеводородных систем.

В третьей главе приведены методы расчета термических и барических зависимостей ФХС нефтяных углеводородных систем.

В четвертой главе диссертации рассматривается методика первичной оценки вероятного углеводородного состава компонентов, товарных моторных топлив.

В заключении приводятся основные выводы по работе.

Научная новизна

1 Предложены новые методы расчета молярной массы, стандартных и псевдокритических констант узких нефтяных фракций, выкипающих до 350°С.

2 Для инженерных расчетов разработана новая зависимость температуры кипения индивидуальных углеводородов и нефтяных систем от давления.

3 Впервые предлагается показатель оценки вероятного углеводородного состава нефтяных топливных фракций с достаточно высокой для инженерных расчетов идентифицирующий способностью.

Практическая ценность

Предложенные методы позволяют рассчитать по температуре кипения и относительной плотности (или показателю преломления) следующие свойства узких нефтяных фракций, выкипающих до 350 °С:

- молярную массу;

- стандартные и псевдокритические константы;

- энтальпию испарения при температурах от кипения до критической;

- температуру кипения при нестандартных давлениях.

Разработанные формулы применяются студентами и магистрантами на практических занятиях по дисциплинам: «Инженерные расчеты физико-химических свойств веществ», «Современные проблемы химической технологии», курсовом и дипломном проектировании для специальностей 24.04.03 «Химическая технология природных энергоносителей и углеродных материалов», 24.01.00 «Химическая технология и биотехнология».

На основе методики исследования вероятного углеводородного состава | нефтяных топливных фракций разработана новая лабораторная работа: «Определение физических свойств и гипотетической брутто-формулы нефтяной фракции», которая используется студентами в учебном процессе при проведении занятий по дисциплине «Химия природных энергоносителей» для специальности 24.04.03 «Химическая технология природных энергоносителей и углеродных материалов».

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались и обсуждались:

- 59-й научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых УГНТУ, Уфа, 2008 г.; международной научно-практической конференции

Нефтепереработка - 2008», Уфа, 2008 г.; международной научно-практической конференции

Нефтегазопереработка - 2009», Уфа, 2009 г.

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 10 научных работ, в том числе 4 статьи и 6 материалов докладов.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов и изложена на 122 страницах, включает 27 таблиц, 16 рисунков и 15 стр. приложения.

Заключение диссертации по теме «Химия и технология топлив и специальных продуктов», Гайсина, Айгуль Ралифовна

выводы

1 Для инженерных расчетов технологических процессов нефтехимпереработки разработана новая зависимость температуры кипения индивидуальных углеводородов и нефтяных систем от давления.

2 В аналоговый метод расчета ФХС внесены следующие дополнения:

- в конститутивном методе рассчитаны значения инкрементов для структурных составляющих индивидуальных углеводородов;

- в аналогово-информативном методе разработана модель зависимости изомольного алканового индекса от температуры кипения и показателя преломления.

3 Предложены новые формулы для расчета молярной массы, стандартных и псевдокритических констант узких нефтяных фракций, выкипающих до 350°С:

- по стандартной температуре кипения и относительной плотности;

- по стандартной температуре кипения и показателю преломления.

4 Предлагаются модели для определения вероятного углеводородного состава и брутто-формулы нефтяной фракции.

5 Разработана новая методика исследования вероятного углеводородного состава нефтяных топливных фракций, которая используется студентами в учебном процессе при проведении занятий по дисциплине «Химия природных энергоносителей» для специальности 24.04.03 «Химическая технология природных энергоносителей и углеродных материалов».

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Гайсина, Айгуль Ралифовна, 2009 год

1. Илембитова Р.Н Разработка методов расчета теплофизических и физико-химических свойств нефтяных фракций и нефтепродуктов. Дис. .канд.техн.наук. Уфа: УНИ, 1984. - 278 с.

2. Ахметов C.A., Аль-Окла В.А. Моделирование и инженерные расчеты физико-химических свойств углеводородных систем. Учебное пособие. -Уфа: РИО РУНМЦ МО РБ, 2003. 160 с.

3. Ахметов С.А., Гостенова ILA. Практикум по инженерным расчетам физико-химических свойств углеводородных систем. Уфа: Изд-во УГНТУ, 2006.-148 с.

4. Доломатов М.Ю., Ахметов C.A. О связи энтропии и молекулярной массы вещества в критическом состоянии // Известие вузов. Нефть и газ, №2, 2001, с.103-107.

5. Быков Г.В. История органической химии. М.: Наука, 1978. — 379 с.

6. Быков Г.В. История классической теории химического строения. М.: Издво АН СССР, 1960.-312 с.

7. Татевский В.М. Теория ФХС молекул и веществ. М.: Изд-во МГУ, 1987. — 239 с.

8. Татевский В.М. Закономерности и методы расчета физико-химических свойств парафиновых углеводородов. М.: Гостоптехиздат, 1980. — 114 с.

9. Карапетьянц М.Х., Чен Гуанг-Юл. Температура кипения и давление насыщенных паров углеводородов. М.: Гостоптехиздат, 1962. — 242 с.

10. Рид Р., Шервуд Т. Свойства газов и жидкостей. — JL: Химия, 1971. 702 с.

11. Рид Р., Праусниц Дж., Шервуд Т. Свойства газов и жидкостей. JL: Химия, 1982.-592 с.

12. Бретшнайдер С. Свойства газов и жидкостей. М.: Химия, 1966. — 535 с.

13. Татевский В.М. Физико-химические свойства индивидуальных углеводородов. М.: Гостоптехиздат, 1960. - 412 с.

14. Волькенштейн М.В. Строение и физические свойства молекул. М.: Химия, 1986.-191 с.

15. Яровой С.С. Методы расчета физико-химических свойств углеводородов. -М.: Химия, 1978.-256 с.

16. Уэйлес С. Фазовые равновесия в химической технологии. В 2-х ч. 4.1. -М.: Мир, 1989.-304 с.

17. Методы расчета теплофизических свойств газов и жидкостей / ВНИИПИнефть. -М.: Химия, 1974.-248 с.

18. Морачевский А.Г., Сладков И.Б. Физико-химические свойства молекулярных неорганических соединений (экспериментальные данные и методы расчета): справ, издание. СПб.: Химия, 1996. — 312 с.

19. Карапетьянц М.Х. Методы сравнительного расчета физико-химических свойств. -М., Наука, 1965, 403 с.

20. Доломатов М.Ю., Будрина Н.Г., Тимофеева М.Ю.* Адгезия и фазовые переходы в сложных высокомолекулярных системах. Учебное пособие. Уфа: УТИС.-2001, 41с.

21. Самарский А.А, Михайлов А.П. Математическое моделирование в информационную эпоху // Вестник Российской академии наук 2004. -Т.4. - №9. - С.781-784.

22. Доломатов М.Ю., Ярмухаметова Г.У. Определение средней молекулярной массы нефтей и нефтяных остатков по цветовым характеристикам // Химия и технология топлив и масел. 2009, №4, с.32-34.

23. Эконометрика: Учебник / Валентинов В.А. — М.: Издательско-торговая корпорация «Дашков и Ко», 2006. 448 с.

24. Статистика: Учебное пособие / Харченко Л.П., Долженкова В.Г., Ионин В.Г. и др. -М.: ИНФРА-М, 2002.-384 с.

25. Теория вероятностей и математическая статистика: Учебное пособие для вузов/Гмурман В.Е. -М.: Высшая школа, 2003.- 479 с.

26. М. Yu. Dolomatov and G.U. Yarmukhametova. Correlation of color characteristics with conradson carbon residue and molecular weight of complex hydrocarbon media// Journal of Applied Spectroscopy. Vol.75. №3. 2008. pp. 433-437.

27. Доломатов М.Ю. Фрагменты теории реального вещества. М.: Химия, 2005.-208с.

28. Кафаров В.В. Методы кибернетики в химии и химической технологии. —i1. М.: Химия, 1976. 464 с.

29. Умергалин Т.Г. Математическое моделирование основных химико-технологических процессов. Часть 1: учебное пособие. Уфа: Изд-во УГНТУ, 2001.-61 с.

30. Умергалин Т.Г. Основы вычислительной математики: учебное пособие. -Уфа: Изд-во УГНТУ, 2003. 106 с.

31. Mandelbrot В.В. The fractal geometry of nature. N.V.: Freeman, 1983. — 400c.

32. Седов Л.И. Методы подобия и размерности в механике. М.: Наука, 1987. - 432 с.

33. Веников В.А., Веников Г.В. Теория подобия и моделирования: учебник для вузов. М.: Высшая школа, 1984. - 439 с.

34. Кирпичев М.В. Теория подобия. М.: Изд-во АН СССР, 1953. - 94 с.

35. Веников В.А. Теория подобия и моделирования. М.: Высшая школа, 1976.-479 с.

36. Ахметов С.А. и др. Технология, экономика и автоматизация процессов переработки нефти и газа: учебное пособие. М.: Химия, 2005. - 736 с.

37. Столяров Е.А, Орлова Н.Г. Расчет физико-химических свойств жидкостей. Справочник. Д.: Химия, 1976, 112 с.

38. Филиппов Л.П. Подобие свойств веществ. М.: МГУ, 1978. - 256 с.

39. Дьяконов Г.К. Вопросы теории подобия в области физико-химических процессов. -М.: АНСССР, 1956.-206 с.

40. Майков В.М. Энтропийные методы моделирования в химической технике. М.: МИХМ, 1981.

41. Власов В.Г. Физико-химические свойства нефтей, нефтяных фракций и товарных нефтепродуктов: учебное пособие для вузов. Самара: СГТУ, 2005, 138 с.

42. Эйгенсон А.С., Ивченко Б.Г. Методы расчета некоторых свойств дистиллятных нефтей // Сб. трудов ГрозНИИ. 1976. - С. 124-131.

43. Магомадов А.С. Методика расчета плотности тяжелых нефтей при различных температурах и давлении // Известие вузов. Нефть и газ — 2004 №6. - С.46-49.

44. ГОСТ Р 8.610-2004 Государственная система обеспечения единства измерений. Плотность нефти.

45. Галимов Ж.Ф. Химия природных энергоносителей. Уфа: Изд-во УГНТУ, 2007. - 442 с.

46. Воинов Б.П. Новое уравнение зависимости мольного веса углеводородов и фракций от их удельного веса и температуры кипения // Нефт. хоз-во. -1948.-№ 5.-С. 52-53.

47. Анисимов М.А., Рабинович В.А., Сычев В.В. Термодинамика критического состояния индивидуальных веществ. М.: Энергоиздат, 1990.-190 с.

48. Танатаров М.А. и др. Технологические расчеты установок переработки нефти.-М.: Химия, 1987.-352 с.

49. Hersch R.E., Fenske M.R. Ring analyses of Hydrocarbon mixtures // J. Inst. Petroleum 1950. - v.36. - p.624-630.

50. Сарданашвили А.Г., Львова, А.И. Примеры и задачи по технологии переработки нефти и газа. М.: Химия, 1980. — 256 с.

51. Самойлов H.A., Ильина Е.Г. Инженерные методы расчета физико-химических свойств веществ: учебное пособие. Уфа: Изд-во УГНТУ, 2004. - 190 с.

52. Гаркушин И.К., Агафонов И.А., Копнина А.Ю., Калинина И.П. Фазовые равновесия в системах с участием н-алканов, циклоалканов и аренов. — Екатеринбург: УрО РАН, 2006. 127 с.

53. Агафонов И.А. Физико-химический анализ.некоторых двукомпонентных систем из я.алканов: Дис.канд.хим.наук. Самара, 1998. — 127 с.

54. Пимерзин A.A. Химическая термодинамика процессов изомеризации неконденсированных аренов и циклоалканов: Дис.докт.хим.наук. Самара, 2006. 327 с.

55. Умергалин Т.Г., Галиаскаров Ф.М. Методы расчетов основного оборудования нефтепереработки и нефтехимии: учебное пособие. — Уфа: Изд-во «Нефтегазовое дело», 2007. 236 с.

56. Большаков Г.Ф. Восстановление и контроль качества нефтепродуктов. -Л.: Недра, 1982, 350 с.

57. Кузнецов A.A., Кагерманов С.М., Судаков E.H. Расчеты процессов и аппаратов нефтеперерабатывающей промышленности. М., Химия, 1974. -335 с.

58. Ахметов С.А., Гостенова H.A. Метод расчета стандартных и критических физико-химических свойств углеводородов по их структурным формулам // Известия ВУЗов. Нефть и газ. 2005. - №6. - С. 92-95.

59. Ахметов С. А., Гостенова H.A. Конститутивный метод расчета стандартных и критических свойств углеводородов: материалы конференции «Газ Нефть 2004». Уфа: Изд-во ГУП ИНХП. - 2004. - С. 267-268.

60. Фасхутдинов P.P. и др. Химия природных энергоносителей. — Уфа: Изд-во УГНТУ, 2003.-88 с.

61. Эрих В.Н., Расина М.Г., Рудин М.Г. Химия и технология нефти и газа. —1. Л.: Химия, 1977.-424 с.

62. Юхно Г.Ф. Расчет физико-химических свойств газов и газовых смесей с использованием ЭВМ: учебное пособие. — Уфа: Изд-во УНИ, 1979. 80с.

63. Эрих В.Н. Химия нефти и газа. М.: Химия, 1966. - 282 с.

64. Курганов В.М., Стародубская Р.Я, Новикова З.И. К расчету молекулярного веса нефтепродуктов // Химия и технология топлив и масел. 1973. - №4. - С.59-60.

65. Абаев Г.Н. Определение молярной массы и плотности нефтепродуктов при помощи компьютерной системы // Химическое и нефтегазовое машиностроение. 2003. - №9. - С. 17-18.

66. Занозин И.Ю. Инструментальные методы исследования в системе мониторинга качества нефтей и нефтепродуктов // Научно-техническая конференция молодых специалистов. 2001.

67. Сарангэрэл П., Сафиева Р.З., Сюняев Р.З., Демыгин С.С., Чулюков О.Г. Экспресс-анализ показателей качества бензиновых фракций // Нефтепереработка и нефтехимия. 2004. - №3. - С.25-30.

68. Иванова Л.В., Сафиева Р.З., Кошелев В.Н. РЖ спектрометрия в анализе нефти и нефтепродуктов // Вестник Башкирского университета. — 2008. -Т. 13. -№4. -С.869-874.

69. Ахметов С.А. Одна формула и. вся химия. Уфа: Изд-во УГНТУ, 2000. -33 с.

70. Хмельницкий P.A., Зимина К.И., Полякова A.A. Масс-спектрометрический метод анализа бензинов // Химия и технология топлив и масел. 1961. - №6. - С.55-61.

71. Хмельницкий P.A., Полякова A.A. Масс-спектрометрический метод определения парафиновых углеводородов нормального и разветвленного строения // Химия и технология топлив и масел. 1962. - №8. - С.70-73.

72. Шамова H.A. Новые методы расчета физико-химических свойств нефтяных углеводородных систем: Дис.канд.техн.наук. Уфа, 2006. — 95с.

73. Гилязетдинов Л.П. Новый метод структурного анализа углеводородных топлив и масел // Химия и технология топлив и масел. 1959. - №8. - С.42-49.

74. Рыбак Б.М. Анализ нефти и нефтепродуктов. М.: Гостоптехиздат, 1969.- 883 с.

75. Ахметов С.А. Информационно-энтропийный метод моделирования физико-химических свойств // Тезисы докладов 5 международной конференции «Методы кибернетики химико-технологических процессов». -Т.2, Кн.1. Уфа: УГНТУ, 1999. С.48-49.

76. Ахметов С.А., Умергалин Т.Г., Ка A.C. Моделирование характеристических свойств индивидуальных углеводородов // Тезисы докладов 5 международной конференции «Методы кибернетики химико-технологических процессов». Т.2, Кн.1. Уфа: УГНТУ, 1999. — С.99-100.

77. Ахметов С. А., Ка A.C. Математическая модель критического коэффициента сжимаемости // Тезисы докладов 5 международной конференции «Методы кибернетики химико-технологических процессов».- Т.2. Кн. 1. Уфа: УГНТУ, 1999. С. 101 -102.

78. Справочник химика. В 5 т. — 2-е изд., перераб. и доп. — Л.: Химия, 1968.

79. Перри Дж. Справочник инженера-химика: В 2 т. Л.: Химия, 1969. — Т. 1. — 640 е.; Т. 2. 504 с.

80. Варгафтик Н.Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. 2-е изд., доп. и перераб. М.: Наука, - 1972. - 708 с.

81. Химия. Большой энциклопедический словарь / под ред. Кнунянца И.Л. — 2-е изд. М.: Большая Российская энциклопедия, 1998. — 792 с.

82. Физико-химические свойства индивидуальных углеводородов / под. ред. М.Д. Тиличеева. М. - Л.: Гостоптехиздат, 1945. - вып. 1. - 287 е.; 1947. - вып. 2. - 320 е.; 1951. - вып. 3. - 538 е.; 1953. - вып. 4. - 436 е.; - 1954. -вып. 5.-490 с.

83. Нефти СССР: справочник. М.: Химия. Т. 1. - 1971. - 504 е.; Т. 2. -1972.- 392 е.; Т. 3. - 1972. - 616 е.; Т.4. - 1974. - 787 с.

84. Ахметов С.А. Технология глубокой переработки нефти и газа: учебное пособие для вузов. — Уфа: Гилем, 2002. 672 с.

85. Ахметов С.А. Экологическая химмотология топлив и масел. — Уфа: УГНТУ, 2008. 150 с.

86. Ахметов С.А. Лекции по технологии глубокой переработки нефти в моторные топлива: учебное пособие. СПб.: Недра, 2007. 312 с.

87. Краткий справочник физико-химических величин / Под ред. К.П. Мищенко и A.A. Равделя. Изд-во 7 Л.: Химия, 1974. - 200 с.

88. Таблицы физических величин: справочник / под ред. И.К. Кикоина. М.: Атомиздат, 1976. - 1008 с.

89. Ахметов С.А., Гайсина А.Р. Метод определения молярного состава топливных фракций нефти. // Материалы международной научнопрактической конференции «Нефтепереработка 2008». - Уфа: изд-во ГУЛ ИНХП. - 2008. - С.278-279.

90. Ахметов С.А., Гайсина А.Р. Аналоговый метод моделирования и расчетов молярной массы, стандартных и критических констант углеводородов и узких нефтяных фракций. // Вестник АН РБ — 2008. Т13. -№3. - С. 14-24.

91. Ахметов С.А., Гайсина А.Р. Исследование фракционного и группового углеводородного составов компонентов и товарных моторных топлив по температурным пределам и плотностям. // Технология нефти и газа. —• 2009. -№3. С.

92. Ахметов С.А., Гайсина А.Р. Исследование фракционного и группового углеводородного составов компонентов и товарных автобензинов по температурным пределам кипения и показателям преломления. // Нефтепереработка и нефтехимия. 2009. - №2. - С. 15-19.

93. Ахметов С. А., Гайсина А.Р. Исследование качественного углеводородного состава бензина каталитического риформинга. // Материалы международной научно-практической конференции «Нефтегазопереработка 2009». - Уфа: изд-во ГУП ИНХП. - 2009. -С.134-136.

94. Ахметов С. А., Гайсина А.Р. Расчет критических констант углеводородных систем информативным методом. // Материалы международной научно-практической конференции «Нефтегазопереработка — 2009». Уфа: изд-во ГУП ИНХП. - 2009. -С.307-308

95. ГОСТ 11011-85 Метод определения фракционного состава в аппарате АРН-2.

96. Ахметов С.А. Универсальная математическая модель для расчета температур кипения при нестандартных давлениях // Тезисы докладов 5 международной конференции «Методы кибернетики химико-технологических процессов». — Т.2, Кн.1. Уфа: УГНТУ, 1999. — С.98.