Тепловые свойства нефтей

Повышение температуры снижает вязкость нефти, увеличивает её текучесть. Количество энергии, которое необходимо затратить для нагревания аномально вязких или высокопарафинистых нефтей, зависит от их теплоёмкости.

Под теплоёмкостью понимается количество теплоты, которое необходимо передать единице массы этого вещества, чтобы повысить его температуру на 1° Цельсия или Кельвина → c = dQ/M·dT.

Величина теплоёмкости зависит от температуры, поэтому каждое её значение необходимо относить к определенной температуре (с_t) или к интервалу температур.

Для большинства нефтей величины теплоёмкости (с_t) лежат в пределах: 1500–2500 Дж/(кг·К) ≈ 350–600 кал/(кг·К) при температурах от 0 до 50 ^оС. Теплоемкость пресной воды = 4190 Дж/(кг·К).

Для повышения температуры нефти объёма (V) c плотностью (ρ) от температуры (Т₁) до (Т₂) необходимо затратить количество (Q) энергии, равное:

Q =ρ·c·(Т₂ – Т₁)·V. (3.20)

Теплопроводность нефтей определяет перенос энергии от более нагретых участков неподвижной нефти к более холодным.

Коэффициент теплопроводности (l) описывается законом теплопроводности Фурье и характеризует количество теплоты (dQ), переносимой в веществе через единицу площади (S) в единицу времени (t) при градиенте температуры (dT/dx), равном единице:

. (3.21)

Коэффициент теплопроводности (l) для нефтей находится в интервале 0,1–0,2 Вт/(м·К).

Теплота сгорания (теплотворная способность)характеризует количество тепла, выделившегося при полном сгорании 1 кг топлива до углекислоты и воды. Различают высшую (Q_в) и низшую (Q_н) теплоту сгорания.

Высшая теплота сгорания – это количество тепла, выделившегося при сгорании 1 кг топлива при наличии в нём влаги.

Низшая теплота сгорания – это количество тепла, выделившегося при сгорании 1 кг топлива за вычетом тепла, направленного на испарение воды и влаги.

Высшая теплота сгорания отличается от низшей на величину теплоты полной конденсации водяных паров, образующихся при сгорании углеводородов. Теплота испарения воды ≈ 600 ккал/кг, а количество воды в продуктах сгорания слагается из влаги топлива (W) и воды (9Н), образующейся при сгорании водорода (2Н₂ + О₂ = 2Н₂О). При сгорании 1 кг водорода образуется 9 кг воды. Разность между высшей и низшей теплотой сгорания составляет:

Q_в – Q_н= 600·(W + 9Н). (3.22)

Теплота сгорания растёт с увеличением молекулярной массы углеводорода и влажности. Наибольшей величиной теплотворной способности обладают бензины (≈11230 ккал/кг). При переходе к тяжёлым фракциям теплотворная способность снижается. Наименьшую величину теплоты сгорания имеют мазуты (≈ 10843 ккал/кг).

Теплоту сгорания определяют экспериментально сжиганием топлив в калориметрах или оценивают по эмпирическим формулам, например по формуле Д.И. Менделеева: Q = 81·С + 300·Н – 26·(O–S), ккал/кг (C, Н, О, S – содержание в топливе углерода, водорода, кислорода и серы в %) или Крэго → Q_в = 12400 – 2100·d² (d –удельный вес), Q_н = Q_в – 50,45·Н.