СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЫСШЕЙ УДЕЛЬНОЙ ТЕПЛОТЫ СГОРАНИЯ НЕФТЕЙ Российский патент 1998 года по МПК G01N27/02 

Изобретение относится к усовершенствованию (оптимизации) процесса нефтепереработки, оперативности оценки качества нефтей на всех стадиях от добычи до переработки и может быть использовано в сфере потребления нефтепродуктов.

Аналогом является стандартное определение удельной теплоты сгорания образцов нефти в соответствии с ГОСТ 21261-91 (Нефтепродукты. Методы определения удельной теплоты сгорания) на калориметрической установке В-08МБ с самоуплотняющейся бомбой объемом 0,270 м³, которая обеспечивает получение результатов с погрешностью 0,04%.

Теплоемкость калориметра устанавливается по эталонной бензойной кислоте с теплотой сгорания 26434 кДж/кг при отнесении массы к вакууму.

Указанный образцовый метод требует отбора проб, тщательной подготовки опыта и его проведения.

Удельная теплота сгорания нефти является очень важным фактором оценки ее качества, связанного со структурными (фракционными) фрагментами. Потребность в повышении оперативности и мобильности определения этого параметра назрела давно, особенно при непрерывном, безопасном (в процессе работы с большими массами продукта), без отбора проб, анализе и контроле на всем жизненном цикле нефтей различных месторождений. Это приводит к ранней диагностике о качестве нефтей, к оптимизации процессов работы с нефтями на всех стадиях.

Задача изобретения - создание ранней диагностики о качестве нефтей, оптимизации процессов на всех стадиях работы с нефтями различных месторождений и их смесями.

Сущность настоящего изобретения заключается в следующем:
Вначале измеряют критерий тождественности нефтей являющийся отношением электропроводностей нефтей при частоте 1 МГц к электропроводности нефтей при частоте 1 кГц при данной температуре в диапазоне от 0 до 50^oC, а теплоту сгорания находят по эмпирической формуле
Qas

= (q-a)-(Δq-b)•l_nn_t, кДж/кг, (1)
где
q = 47250,2 - теплота сгорания нефти, содержащей легкие фракции, кДж/кг;
Δ q = 758 - уменьшение теплоты сгорания q по сравнению с таковой для нефтей, содержащих тяжелые фракций, кДж/кг;
a = a₂t² + a₁t = 0,143 t² + 2,878 t - часть теплоты сгорания нефти, содержащей легкие фракции, обусловленная структурными изменениями при температуре, отличающейся от 0^oC, кДж/кг;
b = b₂t² - b₁t = 143t² - 4,25t -часть теплоты сгорания нефти, содержащей тяжелые фракции, обусловленная структурными изменениями при температуре, отличающейся от 0^oC, кДж/кг;
a₁b₁ - эмпирические коэффициенты, кДж/кг ^oC;
a₂b₂ - эмпирические коэффициенты кДж/кг (^oC)²;
l_nb_t -натуральный логарифм критерия тождественности при данной температуре;
t - температура нефти, ^oC.

При температуре t = 0^oC формула приобретает вид
Qas

= q-Δq•ln n_t=0°_C
В идеальном гипотетическом случае при отсутствии тяжелых фракций в нефти - Qas = q.

Преимущество предлагаемого способа определения удельной теплоты сгорания состоит в том, что в значительной степени сокращается время анализа, появляется возможность ранней диагностики в изменении качества нефтей и оперативное воздействие на процессы ее переработки, в том числе, исключая отбор проб.

Способ определения удельной теплоты сгорания нефтей и их смесей реализуется следующим образом:
определяют критерий тождественности с помощью универсального прибора, позволяющего измерять электропроводности при частотах 1 МГц и 1 кГц;
присоединяют к прибору емкостную ячейку (датчик) для измерения электропроводности;
заполняют ячейку нефтью (погружают в резервуар с нефтью) или помещают ее в нефтепровод, по которому движется нефть, и при данной температуре t с помощью прибора определяют электропроводность нефти при частоте f₁ = 1 МГц и электропроводность нефти при частоте f₂ = 1 кГц, при этом критерий тождественности находят по формуле (Способ определения качества нефтей и их смесей. Патент N 2065157 РФ, 10.08.96. БИ N 22);
Определяют удельную теплоту сгорания по формуле (I)
Пример конкретного выполнения способа:
1. Для определения критерия тождественности нефтей использовали измеритель иммитанса Е7-12 на частоте 1 МГц и измеритель иммитанса Е7-14 на частоте 1 кГц.

2. Заполняют ячейку нефтью Ухтинского месторождения и при температуре t = 10^oC измеряют электропроводности
= 5,89 • 10^-6, См.

= 0,119 • 10^-6, См.

3. Определяют критерий тождественности

4. Определяют удельную теплоту сгорания по формуле (1) при t = 10^oC и l_n n_t = 3,904
Qas

= (47250,2 - 2,878 • 10 - 0,2374 • 100) - (758 + 4,25 • 10 - 0,143 • 100) • 3,904 = 44128,93 кДж/кг.

Теплоту сгорания определяют по формуле Qas

= (q - a) - ( Δ q - b)ln n_t(кДж/кг), где n_t - критерий тождественности нефтей при температуре t в диапазоне от 0 до 50^oC; q = 47250,2 кДж/кг - теплота сгорания нефти, содержащей легкие фракции, Δ q = 758 кДж/кг - уменьшение теплоты сгорания для нефти, содержащей тяжелые фракции, a = 0,2374t² + 2,878t; b = 0,143t² - 4,25t. Предлагаемый способ позволяет осуществлять раннюю диагностику качества нефтей.

Способ определения высшей удельной теплоты сгорания нефтей, отличающийся тем, что измеряют критерий тождественности нефтей n_t, равный отношению электропроводности нефтей при частоте 1МГц к электропроводности нефтей при частоте 1 кГц при данной температуре в диапазоне 0 - 50^oC, а теплоту сгорания находят по эмпирической формуле кДж/кг,
Qas

= (q-a)-(Δq-b)•lnn_t,
где q = 47250,2 - теплота сгорания нефти, содержащей легкие фракции, кДж/кг;
Δq = 758 - уменьшение теплоты сгорания q по сравнению с таковой для нефтей, содержащих тяжелые фракции, кДж/кг;
a = a₂t²+a₁t = 0,2374•t² + 2,878•t - часть теплоты сгорания нефти, содержащей легкие фракции, обусловленная структурными изменениями при температуре, отличающейся от 0^oC, кДж/кг;
b = b₂t² - b₁t = 0,143•t² - 4,25•t - часть теплоты сгорания нефти, содержащей тяжелые фракции, обусловленная структурными изменениями при температуре, отличающейся от 0^oC, кДж/кг;
a₁b₁ - эмпирические коэффициенты, кДж/кг ^oC;
a₂b₂ - эмпирические коэффициенты, кДж/кг (^oC)²;
lnn_t - натуральный логарифм критерия тождественности при данной температуре;
t - температура нефти, ^oC.