Оптические свойства нефти

В дополнение к химическим методам анализа для определе­ния физико-химических свойств нефти используют такие опти­ческие свойства, как цвет, показатель преломления, оптическая активность и пр. Эти показатели внесены в ГОСТы на некото­рые нефтепродукты. Кроме того, по оптическим показателям можно судить о глубине очистки нефтепродуктов, о возрасте и происхождении нефти.

Цвет нефтей меняется в пределах одного месторождения. Вопреки общераспространенному мнению нефть не всегда быва­ет черного цвета. Существуют «белые» и «красные» нефти. «Бе­лая» нефть — прозрачная, почти бесцветная жидкость малой плотности и имеет, как правило, газоконденсатное происхожде­ние. «Красная» нефть плотнее, она богата бензино-керосиновы- ми фракциями. Всю цветовую гамму нефтей можно встретить в Баку на нефтяных промыслах у с. Саруханы. Там на глуби­не 200 м залегает «белая» нефть плотностью 0,782 г/см³; на глу­бине 420 м залегает «красная» нефть плотностью 0,810 г/см³; еще глубже цвет нефти меняется от коричневого до черного. Цвет нефтям и нефтепродуктам придают содержащиеся в них высоко­молекулярные вещества, в состав которых одновременно входят углерод, водород, кислород, сера, часто азот и металлы. Обычно чем тяжелее нефть и нефтепродукты, тем больше содержится в них таких веществ и тем они темнее. Например, гептан и октан, входящие в состав бензиновых фракций, — бесцветные жидко­сти с плотностью соответственно 0,780 и 0,785 г/см³. Плотность и цвет конденсированных ароматических углеводородов или конденсированных систем, содержащих различные гетероатомы, колеблются соответственно в пределах от 0,85 до 0,90 г/см³ и от коричневого до черного. Эти системы характерны для высококипящих фракций нефти — мазутов, гудронов и пр. Осветление нефти в природных условиях происходит при ее миграции в не­драх Земли. Известняки, песчаники и глинистые пласты в этом случае выступают как огромные сита, удерживающие тяжелые углеводороды. Эти выводы подкрепляются фактом нахождения конденсированных ароматических веществ в глиняных пластах нефтяных месторождений. При нефтепереработке получить бес­цветные нефтепродукты можно благодаря глубокой термиче­ской, термокаталитической и гидрогенизационной очистке неф­тяных дистиллятов.

Оптическая активность — это свойство нефтепродуктов поворачи­вать вокруг оси (вращать) плоскость луча поляризованного света (глав­ным образом вправо). Измерение угла вращения проводят с помощью поляриметров. Природа этого явления ясна не до конца, однако многие исследователи считают, что оно связано с присутствием в нефтях полициклических нафтенов и аренов. По убыванию оптической активности углеводороды располагаются в ряд: полициклические циклоалканы, циклоалканоарены, полициклические арены, моноциклические арены, алканы.

Важное значение для исследований нефтяных дисперсных систем имеет такой показатель, как оптическая плотность, который позволяет оценить размеры частиц дисперсной фазы. Оптическая плотность (D, от англ. density) — это мера непрозрачности слоя вещества для световых лучей. Равна десятичному логарифму отношения потока излучения F₀, падающего на слой, к ослабленному в результате поглощения и рассеивания потоку F, прошедшему через этот слой,

D=lg(F₀/F)

Показатель преломления позволяет судить о групповом углеводородном составе нефти и нефтяных дистиллятов, а в сочетании с плотностью и молекулярной массой — рассчитать структурно-групповой со­став нефтяных фракций. Показатель преломления, или коэффи­циент рефракции, и плотность являются важнейшими физиче­скими константами индивидуальных соединений. С их помощью устанавливается чистота синтезированных или выделенных из нефти веществ.

При переходе световых лучей из одной среды в другую их скорость и направление меняются. Эти явления известны в физике под названием лучепреломления, или рефракции.

Если луч попадает из оптически менее плотной среды в оптически более плотную, то он приближается к перпендикуляру, восстановлен­ному в точке перехода. Если же, наоборот, луч попадает из оптически более плотной среды в оптически менее плотную, то он удаляется от этого перпендикуляра. С изменением угла падения меняется угол пре­ломления, но отношение величин этих углов для одной и той же среды остается постоянным

Это отношение называется коэффициентом, или показателем, пре­ломления

Величина показателя преломления зависит от длины волны падающего на границу раздела двух сред света и температуры сре­ды. Поэтому в символе показателя преломления должно быть ука­зано и то, и другое. Чаще всего определяют показатель пре­ломления для желтой линии натрия (длина волны I при температуре 20 °С. Определение ведется при дневном свете либо при освещении лампой с парами натрия на специальных приборах — рефрактометрах с точностью до 0,0001. Точность оп­ределения имеет большое значение, потому что величины показа­телей преломления у разных углеводородов близки (табл. 1.3).

Для нефтепродуктов показатель преломления определяют при про­хождении светового луча из воздуха в нефтепродукт, поэтому он всегда выше единицы.

Между коэффициентом преломления и плотностью для различных гомологов одного и того же ряда существует линейная зависимость. Показатель преломления (так же, как и плотность) углеводородных мо­лекул тем меньше, чем больше в них относительное содержание водо­рода. При одинаковом содержании углеродных и водородных атомов в молекуле показатель преломления и плотность циклических углеводо­родов будут выше, чем алифатических. Например, бензола больше, чем гексена, а последнего больше, чем гексана.

В общем случае наибольшими плотностью и коэффициентом пре­ломления обладают ароматические углеводороды, а наименьшим — ме­тановые. Нафтены занимают промежуточное положение.

алканы < циклоалканы < ароматические углеводороды.

Так, для алканов от С₆ до С₁₈ установлено следующее со­отношение:

Для смесей углеводородов показатель преломления подчиня­ется правилу аддитивности. Это позволяет определить содержа­ние того или иного компонента в бинарной смеси, если известен показатель преломления этой смеси и каждого компонента:

где — соответственно показатели преломления

смеси, первого и второго компонентов; х — содержание первого компонента в смеси, % мае.

Закономерности, изложенные выше для индивидуальных углеводо­родов, наблюдаются также и для нефтяных фракций.

Поиск по сайту: