Radoslav D. Mićić, doc. PhD, Hemija nafte i gasa

Presentation 9.

Destilacione krive

S obzirom da su nafta i njene frakcije složene

smese ugljovodonika, njihovo temeljno svojstvo

isparljivosti je područje ključanja (eng. Boiling

range), koje se određuje laboratorijskim postup-

cima destilacije.

Destilacija je postupak kojim se u prikladnoj

tikvici isparava tečna naftna frakcija na atmo-

sferskom ili nižem pritisku pri čemu se dobijaju

podaci o temperaturnom području ključanja ispiti-

vanog uzorka.

Dobijene vrednosti temperatura ukazuju na sastav

ispitivanog uzorka s obzirom da temperatura

ključanja zavisi od molekulske mase i strukture.

Temperatura ključanja povećava se s povećanjem

molekulske mase, a izoparafini imaju niže

temperature ključanja od odgovarajućih n-

parafina.

Temperatura ključanja na odgovarajućem pritisku

za pojedine ugljovodonike je fizička konstanta.

Smeša ugljovodonika, različitih molekulskih masa

i struktura, ključa u odredjenon intervalu tempe-

ratre čija širina zavisi od razlike temperatura

najtežih i najlakših ugljovodonika.

Iz nafte se pri njenoj preradi destilacijom izdvajaju

u određenim temperaturnim intervalima frakcije

ugljovodonika čiji prinos zavisi od hemijskog

sastava nafte tj. udela ugljovodonika koji ključaju

u datom temperaturnom intervalu.

Destilacijoni opseg ima veliko značenje u oceni

nafte i naftnih frakcija, a dobijene informacije

osobito su važne pri projektovanju i pracenju rada

destilacionih kolona.

Buduci da je isparljivost primarna funkcija tečnost,

ona je, povezana s ostalim fizičkim

karakteristikama, temeljna u karakterizaciji

tekucih naftnih goriva, kao što su tečni naftni gas,

prirodni benzin, motorni i avionski benzini,

petrolej, gasna ulja, dizelska goriva i lož ulja.

Standardna (ASTM) destilacija

Standardna ili ASTM desti-

laciona kriva dobija se destila-

cijom nafte ili njenih frakcija u

standardnoj aparaturi koja se

sastoji od balona za isparava-

nje uzoraka, termometra i

hladnjaka.

Destilacija se izvodi na

atmosferskom pritisku i pri to-

me se meri temperatura počet-

ka ključanja, a zatim kada

predestiliše 5, 10, 20, 30...90 i

95% uzorka polazne zapremine

ispitivanog uzorka, kao i zavr-

šetak destilacije.

Destilacijom lakših nafti dobija se više destilata u

odnosu na predestilisani deo teške nafte.

Ova metoda se naročito koristi za karakterizaciju

tečnih proizvoda nafte.

Ona je brza i jednostavna, ali se njom postiže samo

grubo frakcionisanje.

Na ovaj način se određuje interval ključanja uzorka

što je važan podatak za tečna goriva.

Osim toga, pomoću podataka ove destilacije moguće je

izračunati srednje temperature ključanja za

ispitivane uzorke.

Postupak destilacije provodi se po standardnoj metodi, a podaci

se izračunavaju i prikazuju u skladu sa sledec im nazivima:

Početak destilacije - očitavanje na termometru, zabeleženo

kada prva kap kondenzata padne iz donjeg kraja cevi za

kondenzaciju.

Završetak destilacije - maksimalno očitavanje na termometru

za vreme ispitivanja. to se obično događa nakon isparavanja

sve tečnosti sa dna tikvice.

Procenat predestilisane - zapremine u ml kondenzata koji se

dobije u menzuri, a povezan je sa paralelnim očitanjem na

termometru.

Procenat ukupno predestiliranog - zbir procenta

predestilisanog i ostatka.

Procenat gubitka - 100 minus procenat ukupno predestilisanog.

Procenat ostatka - procenat ukupno predestilisanog umanjen

za procenat predestiliranog, ili zapreminu ostatka u ml

direktno izmeren.

Procenat isparenog - zbir procenata predestilisanog i ostatka.

Ravnotežna destilaciona linija

Na engleskom jeziku se označava kao EFV-kriva ili Flash-

kriva (eqvilibrium flash vaporisation).

Ravnotežna destilaciona linija daje temperature na

kojima se uspostavljaju ravnoteže između različitih udela

i tečne i parne faze smeše.

Pri njenom određivanju se pare ne odvode, odnosno sastav

ukupne smeše (para+tečnost) se ne menja od početka

ključanja do potpunog isparavanja.

Parnu fazu sačinjavaju prvobitno nastale pare i pare

naknadnim isparavanjem na račun osetne toplote tečnih

komponenata.

Ravnotežna destilaciona linija, koja se koristi pri

proračunavanju peći za zagrevanje nafte, separatora faza i

dr. može da se izračuna i iz podataka TBP destilacije.

TBP destilaciona kriva Za određivanje prinosa raznih frakcija nafte tj. njenog

frakcionog sastava najčešće koristi metoda za određjivanje

pravih temperatura ključanja, tzv, TBP-destilacija (TBP = True

boiling points).

Uopšteno, broj i širina informacija

koje se mogu dobiti destilacionim

postupcima zavise od sastava

uzorka, kao i o tipu aparature koji

se koristi za ispitivanje.

Tako se primenom jednostavne

ASTM destilacije dobiju samo podaci

o području ključanja neke frakcije,

dok TBP (eng. True boiling point)

destilacija omogucava određivanje

sastava ugljovodoničnih smesa.

Za izvođenje TBP destilacije koristi se aparatura čiji su osnovni

delovi kolona za frakcionisanje sa razdeljivačem povratnog

toka (refluksa), balon za zagrevanje i isparavanje uzorka,

termometar, vakummetar, hladnjak i sudovi za merenje

prinosa frakcija.

Pare ugljovodonika iz balona se kreću naviše kroz kolonu za

frakcionisanje nasuprot tečnoj fazi (refluksu) se kojom dolaze u

višestepeni kontakt.

U takvom suprotno strujnom dodiru komponente tečne faze sa

nižom temperaturom ključanja postupno isparavaju, a

komponente sa višom temperaturom ključanja iz parne faze

kondenzuju.

Kada se prva kap destilata pojavi registruje se početna

temperatura destilacije na kojoj isparavaju najlakše

komponente. Frakcije se prihvataju u odmerni sud u

određenom intervalu temperatura.

Po jednoj od metoda destilacijom uzorka na atmosferskom

pritisku izdvaja se 10 frakcija nafte na svakih 25°C.

Frakcijama se određuje masa, gustina, indeks refrakcije,

molska masa i druge fizičko-hemijske karakteristike.

Za frakcije uzanog intervala ključanja odredjuje se,

eventualno, i hemijski sastav. Ostatak atmosferske

destilacije se dalje razdvaja u vakuumu na 53,6 m Bara.

Time se izbegava moguće termičko razlaganje ugljovodonika

na temperaturama iznad 350oC.

Frakcije dobijene u vakuumu i ostatak vakuum destilacije se

analiziraju na isti način kao i one dobijene na atmosferskom

pritisku.

Temperature ključanja u vakuumu se preračunavaju na

atmosferski pritisak i konstruiše jedinstven dijagram

destilacije nafte za celu oblast ispitivanja.

Pri konstruisanju TBP-destilacione linije na apscisu se nanose

kumulativne vrednosti svih predestilisanih frakcija u masenim, ili

zapreminskim procentima, a ordinatu temperature njihovih para.

Na isti način se konstruišu i dijagrami promene raznih fizičko

hemijskih svojstava dobijenih frakcija u zavisnosti. od njihovog

zbirnog prinosa.

Pomoću TBP-destilacionih linija može se za ispitivanu naftu odrediti

prinos i kvalitet frakcija za uže ili šire intervale ključanja.

Frakcije ugljovodanika koje su, uopšte, najznačajnije za svaku naftu

su: benzinska, čiji je interval ključanja do oko 205oC, kerozinska ili

petrolejska (od 180°C do oko 240°C) i frakcija za razna dizel goriva

(do oko 350°C).

Navedene frakcije se dobijaju atmosferskom destilacijom nafte.

Ostatak atmosferske destilacije, koji se naziva i laki-ostatak ili

mazut, destiluje se dalje u vakuumu u frakcije sa intervalom

ključanja do oko 550oC, pritiska računato na atmosferski pritisak.

Nafte iz raznih regiona sveta međusobno se razlikuju po

frakcionom sastavu, odnosno daju različit prinos benzina

i drugih značajnih proizvoda.

Postoje nafte koje daju čak 83% frakcija koje ključaju do

300° C. Većina svetskih nafti sadrže 15-30% frakcije koja

ključa do 200°C i 40-50% frakcije koja ključa do oko 300-

550°C.

Nađene su teške nafte koje uopšte ne sadrže lakše

frakcije.

Neke od njih počinju da ključaju tek na oko 200°C i često

sadrže samo 20% frakcije koja ključa do 300°C na

atmosferskom pritisku.

TBP destilaciona kriva je veoma važan padatak za

projektovanje kolona i drugih uređaja za preradu nafte.

Ona direktno daje prinose bilo koje frakcije nafte, obično

u masenim.i zapreminskim procentima.

Zato se TBP destilacija često naziva "randman-analiza“

(analiza prinosa).

Osim za karakterizaciju nafte TBP krive služe i za

karakterizaciju proizvoda od nafte ili koje smeše

ugljovodonika heterogenog frakcionog sastava.

Komparacija TBP i ASTM destilacije

Postupak obrade rezultata TBP i prikaz krive je isti kao u

slučaju standardne destilacije -destilacije.

Obe, TBP, ASTM destilacijone krive se dobijaju merenjem

na 1 atm pritisku. U oba slučaja, se mere tačke ključanja

različitih zapreminskih frakcija.

Osnovna razlika između TBP krive i ASTM destilacije

krive je da dok se TBP kriva je meri korišc enjem batch

destilacionog aparata koji se sastoji od ne manje od 100

podova i veoma velikog refluksnog odnosa, ASTM

destilacija se meri u aparatu sa jednim stepenom (single

stage apparatus), bez refluksa.

Na sledećim slikama se vide zavisnosti temperature (oF) od

zapreminskih procenata destiliata (%V/V) . Na slici 4. su

upoređene destilacione krive dobijene ASTM, TBP i EFV

destilacijom za kerozin.

Druga slika daje TBP destilacione krive u zavisnosti od

API gustine nafte.

Na trećoj slici mogu se videti tipične ASTM destilacione

krive za naftne frakcije: laku naftu, benzin, tešku naftu,

kerozin, dizel i gasno ulje.

FIZIČKE KARAKTERISTIKE NAFTNIH FRAKCIJA

Srednje temperature ključanja

Frakcije nafte su smeše sastavljene pretežno od

ugljovodonika, koji ključaju u odredjenim intervalima

temperatura.

Za proračune potrebno je oblast ključanja frakcije

predstaviti jednom temperaturam, tzv. srednjom

temperaturom.

Postoji više načina definisanja srednje temperature

ključanja koje služe se određivanje vrednosti drugih fizičkih

karakteristika.

Srednje temperature ključanja se obično računaju na

osnovu; ASTM destilacione krive.

Zapreminska srednja temperatura ključanja je definisana kao:

𝑡𝑧 =𝑡10% +⋯+ 𝑡50% + 𝑡60% + 𝑡70% + 𝑡80% + 𝑡90%

9 [𝑜𝐶]

t10% - t90% označavaju temperature na kojima 10 zapr.% -

90 zapr.% frakcije prodestiliše.

Pomoću tz mogu se, međutim, izračunati srednje temperature

ključanja uz korišćenje odgovarajućih korekcija.

Matematički se tz definiše na sledeći način:

𝑡𝑧 = 𝜈𝑖𝑡𝑖

𝑛

𝑖=1

[𝑜𝐶]

gde ν predstavljaju zapreminske udele komponenata,a ti

srednju temperaturu ključanja odgovarajućeg zapreminskog

udela.

Kada frakcija ključa u uskom intervalu temperature tada se

t50% može uzeti za srednju temperaturu.

Ako se frakcijama dobijenim ASTM destilacijom odredi

gustina onda se može izračunati masena srednja

temperatura ključanja koja se matematički definiše kao:

𝑡𝑤 = 𝑔𝑖𝑡𝑖

𝑛

𝑖=1

[𝑜𝐶]

gde gi predstavljaju masene udele komponenata, a ti

srednju temperaturu ključanja odgovarajućeg masenog

udela.

Molska srednja temperatura ključanja, tM, daje se sledećim

izrazom:

𝑡𝑀 = 𝑦𝑖𝑡𝑖

𝑛

𝑖=1

[𝑜𝐶]

gde yi predstavljaju molske udele komponenata, a ti njegove

srednje temperature ključanja.

Postoji i srednja kubna temperatura ključanja, tk, koja je

data izrazom:

𝑡𝑘 = 𝜈𝑖𝑡𝑖1/3

𝑛

𝑖=1

3

[𝑜𝐶]

gde νi predstavljaju zapreminske udele komponenata, a ti

srednju temperaturu ključanja odgovarajućeg

zapreminskog udela.

Opšta srednja temperatura ključanja, ts, se dobija kao

srednja aritmetička vrednost iz molske i kubne

temperature ključanja:

𝑡𝑘 =𝑡𝑀 + 𝑡𝑘2 [𝑜𝐶]

Gustina (ρ)

Definiše se kao masa uzorka u jedinici zapremine fluida.

Gustina je funkcija stanja, i za čista jedinjenja zavisi od

temperature i pritiska, a izražava se u g/cm3 ili kg/m3.

𝜌 =𝑚

𝑉

U ovoj formuli ρ označava gustinu, m označava masu tela, a

V njegovu zapreminu.

Gustine tečnosti se smanjuju sa porastom temperature, a

efekat pritiska kod tečnih fluida pri umerenim (srednjim)

pritiscima je obično zanemarljiv.

Na niskim i srednjim pritiscima (manjim od nekoliko

barova), gustina zasićene tečnosti je slična stvarnoj gustina

na istoj temperaturi.

Gustina zasićenja tečnosti, je gustina tečnosti čije je

temperatura i pritisak takva da svako smanjenje pritiska

bez promene temperature prouzrokuje da ona proključa.

Parametar d se naziva apsolutna gustina i razlikuje se

od relativne gustina.

Drugi parametri koji predstavljaju gustinu su specifična

zapremina (l/d), molarna zapremina (M/d), i molarna

gustina (g/M).

Generalno, apsolutna gustina se koristi kao

karakteristični parametar da se klasifikuju svojstva

ugljovodonika.

Gustine tečnost za ugljovodonike obično se izražava kao

specifična težina (SG) ili relativna gustina.

Relativna gustina – definiše se kao odnos mase

određene zapremine uzorka i mase iste zapremine vode,

pa je prema tome bezdimenzijska veličina.

Ona je definisana:

𝑆𝐺 =𝑔𝑢𝑠𝑡𝑖𝑛𝑎 𝑡𝑒č𝑛𝑜𝑠𝑡𝑖 𝑛𝑎 𝑇

𝑔𝑢𝑠𝑡𝑖𝑛𝑎 𝑣𝑜𝑑𝑒 𝑛𝑎 𝑇

Gustina i relativna gustina ugljikovodičnih naftnih

frakcija dve su karakteristike koje imaju široku primenu

za njihovu preliminarnu karakterizaciju.

Gustoća se još izražava i u stepenima °API (API,

American Petroleum Institute), a izračunava se iz

sledećeg izraza:

Relativne gustine naftnih frakcija uobičajeno imaju

vrednosti od 0.8 (45.3 °API) za lakše frakcije do iznad

1.0 (10 °API) za teške asfaltenske frakcije.

Na gustinu naftnih frakcija utiče njihov hemijski

sastav.

Povećanje sadržaja aromatskih jedinjenja izaziva

povećanje gustine dok povećanje sadržaja zasićenih

jedinjenja izaziva smanjenje gustine naftne frakcije.

Gustina (relativna gustina) i °API mogu se izmeriti

pomoću tzv. areometra ili pomoću piknometra.

Na osnovu °API nomenklature izvršena je podela

nafti na lakše i isparljivije i teške i viskozne.

Lake nafte imaju API gustinu od 30 do 40 stepeni,

što znači da je gustina je mnogo manje od 1,0 g / cc.

Nasuprot tome, neke teške nafte imaju API gustinu

manju od 12 stepeni, što znači da su teže od vode.

Zavisnost gustine od temperature, odnosno

koeficijent širenja vrlo je važna tehnološka

karakteristika jer se većina naftnih proizvoda

prodaje s obzirom na zapreminu te se relativna

gustoća najčešće određuje pri temperaturi (21 °C), a

ne na standardnoj temperaturi(15.56 °C).

Gustina proizvoda - Relativna gustina smeše

frakcija nafte u tečnom stanju računa se po pravilu

aditivnosti:

gde je:

n broj komponenata smeše,

di su gustine komponenti,

νi zapreminski udeli komponenata,

gi maseni udeli komponenata.

Zapreminski udeli se mogu izračunati na osnovu

masenih udela, preko sledeće relacije:

smd =

n

i i

i

i

n

i

i

d

gdv

1

1

1 (1)

i

sm

iid

dgv

Viskozitet

Viskozitet je najvažnija karakteristika tečnosti,

koja utiče na tečljivost nafte i naftnih proizvoda i

mera je unutrašnjeg otpora pomeranja tečnosti

koje izazivaju kohezione sile među molekulama ili

molekulskim aglomeratima.

Indeks viskoznosti se uzima u obzir prilikom

procene stepena filtrabilnosti u formiranju

eksploatacione bušotine, i kod izbora i

izračunavanju pumpi za naftu i drugo.

Nafta je neidealan sistem (fluid). U pogledu

hemije ugljovodonika i međusobne hetero

interakcije (fizičke, Van der Waals mehaničke

interakcije).

Sa matematičke tačke gledišta sve posmatrane

makrokarakteristike sistema nafte ne mogu se

dobiti prostim principom aditivnosti

komponenata, zbog međusobne interakcije

komponenata.

Parametar viskoznost najuže korelira sa

stepenom tih interakcija između komponenata.

Dinamički viskozitet

(apsolutna, dinamička viskoznost) definiše se kao odnos

primenjenog naprezanja smicanja i gradijenta brzine

smicanja. Predstavlja silu trenja (unutrašnji otpor), koji

nastaje između dva susedna sloja unutar tečnosti ili gasa na

jedinici površine jedinice u njihovom međusobnom pomeranju

(kretanju).

Jedinice kojima se iskazuje dinamički viskozitet u CGS

sistemu mera je poise (poise) odnosno centipoaz (centipoise),

a u SI sistemu mera Pascal sekunda (Pascal sekunda, Pa x s,

mPa x s), odnosno mili Pascal sekunda (mPa x s), što je

identički jednako sa kg·m−1·s−1 ili u CGS sistemu 1 stoks =

100 centistoksa = 1 cm2·s−1 = 0,0001 m2·s−1.

Kinematska viskoznost

Je mera za otpor tečenju pod uticajem gravitacije.

Predstavlja osobinu fluida koja obezbeđuje otpornost na

kretanje jednog dela tečne faze u odnosu na drugu uzimajući

u obzir silu gravitacije.

Određuje se merenjem vremena protoka tečnosti kroz

kapilaru poznatih dimenzija, a predstavlja odnos

dinamičkog viskoziteta i relativne gustine.

𝜈 =𝜇

𝜌

Jedinice mere za kinematski viskozitet su: u SI sistemu - 1

stoks = 100 centistoksa = 1 cm2·s−1 = 0,0001 m2·s−1, a u -

CGS sistemu - 1 centistoks = 1 mm2·s-1 = 10-6m2·s−1.

Konverzija iz CGS sistema u SI = 10−4 m2/s

Viskoznost slojne nafte uvek se značajno se razlikuje od

viskoznosti separisane (stabilizovane) nafte, zbog velikog

količine rastvorenog gasa, povećanog pritiska i temperature.

Viskoznost se smanjuje sa povećanjem količine

ugljovodoničnog gasa rastvorenog u nafti.

Sa povećanjem molekulske težina gasne komponente (od

SN4 do S4N10) viskozitet nafte se smanjuje, a sa

povećanjem molekulske mase tečne komponente (od S5N12

na više) viskozitet nafte raste.

Sa porastom količine azota rastvorenog u nafti viskozitet

slojne nafte raste.

Povećanje pritiska izaziva povećanje viskoziteta, a

temperature - smanjenje.

Viskoznost "sirove" nafte je viši od viskoziteta nafte nakon

separacije.

Naftne smeše koja imaju viši sadržaj arena (aromata)

imaju i viši viskozitet, od smeša kod kojih su dominantni

alkani (aromatska i parafinska nafta).

Mnoge nafte sadrže i asfaltene i smole (polarnije

komponente), veće viskoznosti.

Viskozitet nafti iz različitih izvorišta i oblasti se razlikuje,

može da se kreće od 100 do desetak mPa × s.

Viskozitet in-situ nafti (sirovih) može i 10 puta da bude

niži od viskoziteta nafte nakon separacije.

Izračunavanje viskoziteta smeše iz viskoziteta

komponenti nafte, vrši se pomoću jednačine:

5,17,05.1085.0

5,17.0

)(

)))(log(log())(log(log

2

1

ii

i

i

n

i

iiii

za

za

f

fgf

ig

i maseni udeli komponenata, viskoziteti komponenata smeše.

Napon pare

Napon pare - je pritisak pare iznad tečnosti.

Molekul na površini tečnosti može u sudaru sam

molekulom iz unutrašnjosti (usled toplotnog kretanja) da

dobije komponentu brzine normalnu na površinu tečnosti i

da se tako 'otkine' sa površine.

To je dobro poznati proces isparavanja.

Iznad svake tečnosti postoji izvestan broj molekula (ili

atoma za atomske tečnosti) u gasnoj fazi koji obrazuju paru.

Kao i svaki drugi gas, para na datim uslovima vrši određeni

pritisak što zovemo napon pare.

Na isti način na koji molekuli napuštaju površinu tečnosti,

mogu u nju da se vrate.

Molekul usled toplotnog kretanja udara površinu tečnosti i

postoji konačna verovatnoća da ga na površini zadrže privlačne

međumolekulske sile. To je proces koji zovemo kondenzacija.

Jasno da se isparavanje i kondenzacija istovremeno odigravaju

i ako je sistem zatvoren i prepušten samome sebi nakon

dovoljno dugog vremena uspostaviće se ravnoteža - broj

molekula koji ispare u jedinici vremena po jedinici površine

jednak je broju molekula koji se kondenzuju.

Kada se uspostavi ravnoteža brzina isparavanja i brzina

kondenzacije se izjednačavaju i na datoj temperaturi napon

pare dostiže konstantnu vrednost, dakle, dostignut

je ravnotežni napon pare ili pritisak zasićene pare.

Ravnotežni napon pare zavisi od vrste tečnosti, a za za svaku

tečnost zavisi od temperature.

Ukoliko temperatura raste, raste i pritisak, dobijajući

maksimalnu vrednost pri kritičnoj temperaturi i tada se on

naziva i kritični pritisak.

Iznad svoje kritične temperature gasna faza se ne može

pritiskom prevesti u tečnost.

Iznad kritične temperature govorimo o gasu, a ispod o pari.

Na primer kritična temperatura vode je 374 °C pa u

svakodnevnom životu govorimo o vodenoj pari.

Tečnost ključa kada se njen napon pare izjednači sa

spoljašnjim pritiskom.

Pritisak zasićene pare daje se kao jedan od parametara kojima

se karakterišu tečnost.

Molekulska masa

Molekulska masa je osnovna fizičko-hemijska

karakteristika nafte i naftnih frakcija.

Ona zavisi od hemijskog sastava i određuje se kao srednja

vrednost prisutnih ugljovodonika u frakciji i/ili nafti. najniži

član tečnih ugljovodonika pentan, ima molekulsku masu 72,

a najteži sastojci nafte imaju molekulsku masu 5000-8000.

Srednje molekulske mase mnogih nafti nalaze se u

granicama od 200 do 600. Sa povećanjem temperature

ključanja, frakcija nafte, srednja molekulska masa raste.

Postoje više metoda za određivanje srednje molekulske

mase.

Za lakše frakcije koriste se krioskopske, a za teže frakcije

ebulioskopske metode. Za frakcije ključanja preko 200oC

koristi se metoda parno-fazne osmometrije.

Ova metoda se zasniva na principu osmoze, tj. prirodnoj

težnji molekula rastvarača da kroz polupropustljivu

membranu pređu iz razblaženog u koncentrovani rastvor

da bi se uspostavila ravnoteža.

Pri ispitivanju, razblaženi rastvor ima koncentraciju

nula, dok koncentrovani rastvor sadrži naftnu frakciju.

Efekat prolaska rastvarača kroz membranu dovodi do

razlike u pritiscima što zavisi od koncentracije i

molekulske mase naftnih frakcija.

n

i

iin

i i

i

i

n

i

ism Mx

M

gdxM

1

1

1

1

ix

id

ig

Primenljivost, za Mn između 20.000 i 200.000, dok

se za za Mn < 20.000 koristi osmometrija parne faze. Molekulska masa - smeše računa se pomoću

jednačine:

gde je

molski udeo i-te komponente u smeši su gustine komponenti,

maseni udeli komponenata.

Pored ovog izračunavanja za određivanje molekulske mase

mogu se koristiti i određeni empirijski podaci i nomogrami,

dobijeni iz fizičko-hemijskih parametara kao što su relativna

gustina, srednja molekulska temperatura ključanja, indeks

refrakcije itd.

Takve empirijske zavisnosti prikazane su sledećim

jednačinama:

M = 44,2 d1515/(1,03 − d15

15)

Ova jednačina važi za sve klase ugljovodonika, a d1515 je

relativna gustina ispitivane frakcije.

𝑀 = 𝑎 + 𝑏𝑡𝑚 + 𝑐𝑡𝑚2

gde je tm srednja molska temperatura ključanja

a, b, c su konstante za različite serije ugljovodonika.

Za alkane:

𝑀 = 60 + 0,3𝑡𝑚 + 0,001𝑡𝑚2

Za cikloalkane:

𝑀 = 7𝐾 − 21,5 + (0,76 − 0,04𝐾)𝑡𝑚 + (0,0003𝐾 − 0,00245)𝑡𝑚2

Vredmnost K se nalazi u granicicama 10 do 12,5.

OKTANSKI BROJ (OB)

Oktanski broj je mera za antidetonatorsko svojstvo benzina. Definisan je kao maseni udeo izooktana u smeši sa normalnim

heptanom, izražen u procentima. Izooktan ima oktanski broj

100, a n-heptan ima oktanski broj 0. Detonacija je pojava kod benzinskih motora do koje dolazi kada smeša benzina i

vazduha ne sagoreva ravnomerno. Posledica toga je lupanje i

pregrejavanje motora i gubitak snage.

Za povećanje oktanskog broja benzinu se dodaju oksigenati

(metil-tercijarni butil etar MTBE, alkoholi), jedinjenja

mangana MMT, dok su se pre koristila i jedinjenja olova, npr.

TEO- tetraetil-olovo ili TMO- tetrametil-olovo. Od aditiva

sada se koriste: Ferrocene, Tetraethyllead, Methyl

cyclopentadienyl manganese tricarbonyl (MMT), Toluene,

Isooctane, Iron Pentacarbonyl

OB smeše računa se iz relacije:

i

n

i

i IOBvIOB

1

CETANSKI BROJ

To je mera za određivanje kvaliteta paljenja dizel

goriva.

Definiše se kao procenat n-cetana u smeši n-cetana i -

metil-naftalena, koja ima isto zakašnjenje paljenja kao

ispitivano gorivo kada se testira na CFR motoru.

Od dizela se zahteva da nema zakašnjenje pri

paljenju, za razliku od benzina koji ne sme naglo

sagorevati.

i

n

i

ism SgS

1

ig

iS

Sadržaj sumpora Jedinjenja sumpora koja se nalaze u nafti ili nastaju pri

procesima prerade nafte i imaju koroziono dejstvo. To su najčešće

merkaptani i sumporovodonik koji čine tzv.aktivni sumpor čije

prisustvo je neophodno kontrolisati.

Njihovo prisustvo u derivatima se eksperimentalno utvrdjuje

pomoću srebrnih i bakarnih listića koji se uranjaju u naftu (ili

derivat ) zagrejanu na 50-1000 C .

Ukoliko sumpora nema na ovim pločicama nema sivih ili crnih mrlja. Za procese korozije je posebnošstetno istovremeno

prisustvo i soli i sumpora.

Npr.brzina korozije čelika pod dejstvom soli-hlorida je 5-20 mm/godišnje ali istovremeno prisustvo soli i sumporovodonika

ubrzava koroziju čelika 3-4 puta.

S obzirom da je sumor aditivna veličina, ukupan sadržaj sumpora u smeši se računa prema jednačini:

je maseni udeo komponenata,

je sadržaj sumpora u i-toj frakciji.

Termičke osobine

a) Temperatura zamućenja je temperaturu na kojoj

se opaža prvo zamućenje u nafti koje je posledica

izdvajanja parafina veće molekulske mase u

čvrstom agregatnom stanju.

Temperatura na kojoj se pojavi zamućenje ulja uzima

se kao tačka zamućenja.

Tačka zamućenja se određuje tako što se naftnom

proizvodu smanjuje temperatura u kontrolisanim

uslovima.

b) Temperatura stinjavanja-stinište je temperaturu na

kojoj nafta gubi odlike fluida i ne može više da teče.

Ona je obično niža za 2-3 0C u odnosnu na tempetaturu

zamućenja.

Ove temperature su različite za različite nafte i kreću se u

opsegu od –20 do 320oC.

Važno je napomenuti da stinjavanje nafte nije promena

hemijskog sastava nafte već promene agregatnog stanja

viših parafina iz tečnog u čvrsto.

Treba ga razlikovati od zgušnjavanja nafte koje se dešava

kada se isparavanjem lakih frakcija nafte promeni njen

hemijski sastav pa i rastvorljivost viših parafina usled čega

se oni izdvajaju u čvrstom stanju.

Ove temperature je neophodno poznavati jer su stinjavanje i

zgušnjavanje nepoželjani procesi koji uzrokuju teškoće pri

transportu i preradi nafte.

c) Tačka paljenja - Flash point (FP)- temperatura

paljenja je temperaturu na kojoj se nafta pali.

Ona je za većinu nafti u opsegu izmedju 30 i 700 C.

Nafta sa temperaturom paljenja ispod 200 C spada u klasu

lako zapaljivih tečnosti i rukovanje sa njom uključuje

specijalne mere predostrožnosti.

To je najniža temperatura na kojoj će doći do paljenja

naftnog proizvoda prinošenjem plamena sa strane.

Ova temperatura se određuje testiranjem u laboratoriji

korišćenjem aparature koja se sastoji od zatvorene/otvorene

posude u kojoj se naftni proizvod zagreva, opreme za

grejanje i opreme sa prilagođenim plamenom.

Tipovi opreme i metoda koje se koriste mogu biti:

• za srednje destilate i goriva je PENSKY MARTENS (PM)

(ASTM D 93) aparatura,

• za kerozin i svetle destilate koristi se metoda po

ABBEL-u (DIN 51755),

• za uljne destilate primenjuje se metoda sa otvorenom

posudom po CLEVELAND-u ( JUS ISO 2592, ASTM D

92).

Postoji dosta empirijskih metoda za određivanje tačke

paljenja iz ASTM destilacione krive. Jedna takva korelacija

je data izrazom:

FP= 0.77 (ASTM 5% - 88.64) FP i ASTM u (°C)

Temperatura paljenja smeše računa se iz jednačine:

03,7

1

03.7 1841.0005.0)1841.005.0(

n

i

iFPFP

d) Plamište je temperaturu na kojoj će pare iznad

nafte planuti kada im se primakne plamen gorionika.

e) Gorište je temperatura na kojoj se pare iz nafte

izdvajaju (kontinualno) takvom brzinom da mogu

stacionarno da gore.

Ovi podaci se odredjuju eksperimentalno u praksi i to

za teža ulja na Markusonovom aparatu a za lakša ulja

na Penski-Martenovom aparatu.

f) Napon pare smeše - Reid vapour pressure (RVP)

To je laboratorijski test koji se koristi da se odredi pritisak

para benzinskih frakcija na 100°F. Pravi pritisak para

isparavanja je za oko 5 - 9% viši nego što se utvrdi ovim

testom. Laboratorijska metoda za određivanje napona para

je ISO 3007, odn. ASTM 323.

određuje se iz sledeće jednačine:

n

i

ii RVPvRVP1

25.125.1

g) toplotna vrednost (ranije nazivana kalorična moć)

predstavlja količinu toplote koju oslobodi jedinica

zapremine (za gasna) ili jedinica mase (za tečna i

čvrsta goriva).

Ona za naftu iznosi izmedju 44000-48000 kJ/kg a za

zemni gas 31000-50000kJ/m3.

Odredjuje se eksperimentalno u laboratoriji u

kalorimetru ili se računa na osnovu hemijskog sastava

nafte.

Poznavanje termičkih osobina nafte je neophodno zbog

sprečavanja pojave požara i eksplozija.