Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 4
ГЛАВА 1. ФИЗИКО - ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА И ЦВЕТОВЫЕ
ХАРАКТЕРИСТИКИ НЕФТЯНЫХ ДИСПЕРСНЫХ СИСТЕМ 9
-
Общие сведения о природе и строении нефтяных дисперсных систем 9
-
Основные методы экспериментального исследования физических свойств нефтей и нефтяных остатков 11
-
Краткая характеристика расчетных методов определения физических свойств углеводородных систем 17
-
Определение различных физико-химических свойств ИК- и ЯМР спектроскопией 22
-
Цветовые характеристики нефтяных дисперсных систем. Природа цвета нефтей и нефтепродуктов 28
1.6 Современные методики определения цветовых характеристик сложных
оптических сред по методике CIE XYZ и RGB 36
Система RGB 36
-
Применение критерия Фишера для статистического обоснования адекватности корреляции цвет - свойства 39
-
Корреляция цвет - свойства и их применение в исследование нефтяных дисперсных систем 41
ГЛАВА 2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 44
-
Физико-химические свойства нефтей и нефтяных остатков 44
-
Характеристика объектов исследования 50
-
Электронная абсорбционная спектроскопия нефтей и нефтепродуктов 57
-
Использование методов феноменологической электронной спектроскопии для контроля качества нефтей и нефтепродуктов 58
2.5 Метод определения цветовых характеристик прозрачных сред по электронным
абсорбционным спектрам поглощения в системе XYZ и RGB 59
-
Выбор оптимальной концентрации для определения цветовых характеристик растворов нефтей и нефтепродуктов 62
-
Разработка алгоритма и программы определения цветовых характеристик НДС 64
Выводы к главе 2 67
ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ЦВЕТОВЫХ ХАРАКТЕРИСТИК НЕФТЕЙ, БИТУМОВ И ПРЯМОГОННЫХ НЕФТЯНЫХ ОСТАТКОВ В СИСТЕМЕ
RGBHXYZ 68
3.1. Исследование цветовых характеристик нефтей 68
-
Цветовые охваты пластовых и товарных нефтей 75
-
Исследование цветовых характеристик прямогонных нефтяных остатков 78
-
Исследование цветовых характеристик асфальтов, битуминозных материалов..85
-
Цветовые охваты битумов и битуминозных материалов 88
3.6 Влияние химического состава нефтей и прямогонных нефтяных остатков на их
цветовые характеристики 89
Выводы к главе 3 95
ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ОЦЕНКИ СВОЙСТВ НДС 96
ПО КОРРЕЛЯЦИЯМ ЦВЕТ - СВОЙСТВА 96
-
Теоретические основы взаимосвязи ФХС и цветовых свойств углеводородных систем 96
-
Исследование корреляций цвет — свойства в товарных и пластовых нефтях 98
-
Исследование корреляций цвет — свойства в прямогонных нефтяных остатках.104
-
Исследование корреляций цвет — свойства в битуминозных материалах 110
Выводы к главе 4 115
ГЛАВА 5. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ОЦЕНКИ СВОЙСТВ ПО ЦВЕТОВЫМ ХАРАКТЕРИСТИКАМ И ЕЕ ПРИМЕНЕНИЕ В
НЕФТЕХИМПЕРЕРАБОТКЕ 116
-
разработка методики контроля свойств нефтей и прямогонных нефтяных остатков на предприятиях нефтехимпереработки 116
-
Применение зависимости цвет - свойства для контроля свойств нефтеполимерных композиций на основе гудрона и стирола 131
-
Применение корреляций цвет-свойства для определения соотношений компонентов в компаундах нефти и нефтяных остатках 141
Выводы к главе 5 145
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 146
Литература 147
Приложение 1. Таблицы произведений спектрального распределения источника на
функции сложения 156
Приложение 2. Сопоставление относительных плотностей 159.
4 ОСНОВНЫЕ СОКРАЩЕНИЯ
ЦХ - цветовая характеристика;
НДС- нефтяная дисперсная система;
ГСК- гудронстирольная композиция;
ФХС - физико-химическое свойство;
g- коксуемость по Конрадсону, % масс;
Еа - энергия активации вязкого течения, кДж/моль;
М - молекулярная масса, г/моль;
к (к)- коэффициент поглощения, л/г*см;
ПИ - потенциал ионизации, эВ;
МО - молекулярная орбиталь;
СЭ - сродство к электрону, эВ.
Введение к работе
Актуальность работы. В связи с интенсивным развитием нефтепереработки и нефтехимической технологии и соответствующих производств, непрерывно возрастает потребность в информации о физико-химических свойствах (ФХС) нефтяных дисперсных систем (НДС), к которым относятся нефтяные высокомолекулярные, высококипящие фракции - нефтяные остатки. Без данных о ФХС этих веществ невозможен какой-либо научный, технологический или проектно-инженерный расчет. Быстрая оценка ФХС НДС актуальна также для проведения экологического мониторинга окружающей среды и для оперативного контроля качества сырья и режимных характеристик установок нефтехимпереработки. Несмотря на то, что в настоящее время имеется большое число экспериментальных и теоретических способов определения и измерения ФХС существующие методы характеризуются трудоемкостью, длительностью, исследования и не всегда соответствуют задачам оперативного контроля производств. Определенные перспективы открывают спектроскопические методы, которые, начиная с 70-х годов прошлого столетия, активно используются для изучения свойств НДС.
В ранее проведенных исследованиях под руководством М.Ю. Доломатова было установлено, что для веществ, в том числе для НДС, существуют связи между цветовыми характеристиками и ФХС, которые получили название корреляция цвет - свойство. Эти зависимости позволяют рассчитывать свойства НДС по их цветовым характеристикам, что позволяет быстро получать информацию о ФХС и отслеживать ситуацию на технологических установках переработки. Основными недостатками данных методов является: отсутствие методики определения ФХС по цветовым характеристикам, пригодной для производства; ограниченность исследования одной колориметрической системой и недостаточное теоретической обоснование полученных зависимостей.
Цель работы. Разработка методики определения совокупности ФХС нефтей и нефтяных остатков по их цветовым характеристикам в колориметрической системе XYZ и RGB. Для достижения цели необходимо решить следующие задачи:
Исследование природы цвета и количественных цветовых характеристик НДС.
Исследование зависимостей, связывающих ЦХ и ФХС (зависимости цвет-свойство) в колориметрической системе RGB.
Уточнение зависимостей, связывающих цветовые и физические свойства нефтей и прямогонных нефтяных остатков.
Разработка методики определения ФХС нефтей и прямогонных нефтяных остатков для использования в лабораториях и предприятиях нефтяной и нефтеперерабатывающей промышленности.
Апробация методики в технологических процессах получения нефтеполимерных материалов и компаундирования нефтей и нефтяных остатков.
Научная новизна
Установлено, что цвет НДС определяется цветом асфальтосмолистых веществ, полициклических углеводородов и гетероциклических соединений с числом ароматических колец больше трех, а также цветом стабильных свободных радикалов, входящих в состав НДС.
Установлены корреляции между ФХС нефтей и прямогонных нефтяных остатков и цветовыми характеристиками их растворов в колориметрической системе CIE RGB.
Предложена методика исследования цветовых характеристик нефтей и нефтяных остатков в современных колориметрических системах CIE XYZ и CIE RGB.
Практическая ценность
Предлагается экспрессная методика определения совокупности ФХС нефтей и нефтяных остатков: коксуемости, средней молекулярной массы,
7 энергии активации вязкого течения, относительной плотности по корреляциям цвет- свойства. Точность данной методики не уступает стандартным и общепринятым методам.
Показаны направления применения разработанных методов определения ФХС для контроля качества нефтеполимерных гудронстирольных композиций.
Показана перспективность метода в оценке состава и качества компаундов нефтей и нефтяных остатков.
Разработан алгоритм и программа расчета ФХС нефтей и нефтяных остатков по зависимостям цвет - свойства и спектр - свойства. Программа для ЭВМ и соответствующие методики внедрены на кафедре физики УГАЭС и департаменте технологии и исследований ООО «РН - УфаНИПИнефть».
Разработанная методика используются в Уфимской государственной академии экономики и сервиса, Уфимском филиале АТиСО в учебном процессе при проведении лабораторных работ по дисциплинам «Физика» и «Информатика».
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались и обсуждались: на международных конференциях «Газ Нефть - 2008», «Газ Нефть -2009»; Уфа; четвертой, пятой и шестой Международных конференциях «Высокие технологии, фундаментальные прикладные исследования, образования»; Санкт-Петербург, Политехнический университет, 2007-2009;
II Международном форуме «Аналитика и аналитики»; ВТУ, Воронеж, 2008; XII- XIII Международных научно- технических конференциях при XII-XIII специализированной выставке «Строительство. Коммунальное хозяйство. Насосы. Трубопроводы»; Уфа, УГНТУ, 2008, 2009.
Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы технических, естественных и гуманитарных наук»; Уфа, УГНТУ,
8 2008.
Международной научно-практической конференции «Шестые международные надировские чтения»; Актау, Актауский государственный университет им. Ш. Есенова, 2008. - региональном семинаре «Актуальные проблемы исследования сложных систем»; Уфа, 2007 - 2009. - четвертой Всероссийской зимней школе-семинаре аспирантов и молодых ученых «Актуальные проблемы науки и техники»; Уфа, УГАТУ, 2009. На защиту выносятся:
Экспериментальные результаты по исследованию совокупности ФХС и оптических свойств нефтей и нефтяных остатков прямогонного происхождения.
Методика определения ФХС нефтяных остатков по корреляциям цвет -свойства и направление ее технологической реализации на НПЗ.
Применение методики определения ФХС в процессах получения и компаундирования нефтей и нефтяных остатков.
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано: 24 научных работы, в том числе 4 статьи в рецензируемых журналах по перечню ВАК Минобразования РФ, получено свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ, подготовлено одно учебное пособие.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов и приложений и изложена на 160 страницах, включает 50 таблиц и 20 рисунков.
Библиография содержит 150 источников.
