Анализ нефти

и

            Handbook of Petroleum Analysis







JAMES G. SPEIGHT
CD-WINC Laramic, Wyoming

W1LEY-INTERSCIENCE

A JOHN WILEY & SONS, INC., PUBLICATION
New York • Chichester • Weinheim • Brisbane • Singapore • Toronto

Джеймс Г. Спейт





                Анализ нефти





Справочник








Перевод с английского под редакцией канд. хим. наук НехамкинойЛ. Г., канд. хим. наук Новикова Е. А.

Санкт-Петербург
2012

ЦЕНТР
ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ
ПРОГРАММ

ПРОФЕССИЯ

  ББК 35.514я2
  УДК 665.61:543(035)
  С71



      Джеймс Г. Спейт
С71 Анализ нефти. Справочник: пер. с англ, под ред. Л. Е Нехамкиной, Е. А. Новикова — СПб.: ЦОП «Профессия», 2012. — 480 с., ил.

      ISBN 978-5-91884-014-6
      ISBN 978-3-0-471-36167-1 (англ.)

      Уникальный справочник полностью посвящен вопросам анализа нефти. Книга содержит информацию о химических, физических, оптических, электрических и термических свойствах нефти. Все методы анализа описаны всоответствии сдействующими международными стандартами и снабжены комментариями и пояснениями. Отдельные главы посвящены вопросам нестабильности, несовместимости, структуре нефти и картированию сырья.
      Издание предназначено для широкого круга специалистов и сотрудников производственных и испытательных лабораторий нефтедобывающих и нефтеперерабатывающих производств, НПЗ, нефтехимических предприятий, специалистов по дистрибуции и экспорту нефти и нефтепродуктов, исследователей и студентов профильных специальностей.


ББК 35.514я2
УДК 665.61:543(035)




    All rights reserved (including those of translation into other languages). This translation published under license. No part of this book may be reproduced in anyform by photoprinting, microfilm or any other means -nor transmitted or translated into a machine language without written permission from the publishers. Registered names, trademarks, etc. used in this book, even when not specifically marked as such, are not to be considered unprotected by law.

Все права защищены. Никакая. часть данной книги не может быть воспроизведена в какой бы то ни было форме без письменного разрешения владельцев авторских, прав.

Информация, содержащаяся в данной книге, получена из источников, рассматриваемых издательством как надежные. Тем не менее, имея в виду возможные человеческие или технические ошибки, издательство не может гарантировать абсолютную точность и полноту приводимых сведений и не несет ответственности за возможные ошибки, связанные с использованием книги.










ISBN 978-0-471-36167-1 (англ.)
ISBN 978-5-91884-014-6

                                               © John Wiley & Sons, Inc., 2001
                © ЦОП «Профессия», 2010
                © Перевод, оформление: ЦОП «Профессия», 2010

                    (компания «ЭПАК-Сервис», один из признанных лидеров в области поставок аналитических приборов и лабораторного оборудования, рада представить российскому читателю перевод фундаментального труда по анализу нефти,
                    Россия - один из крупнейших поставщиков нефти на мировой рынок, и роль контроля качества нефти трудно переоценить. Высокий уровень развития нефтегазовой отрасли в России требует при подготовке квалифицированных специалистов кардинальных изменений, направленных на углубление профессиональных знаний, а это, в свою очередь, требует новых учебных и научных пособий, отвечающих мировому уровню техники и методов анализа нефти.
                    Принимая участие в подготовке данного издания, мы хотели бы быть полезными российскому нефтегазовому делу не только в традиционной для нас области поставок наукоемких приборов и оборудования, но ив более широком обеспечении их специализированной теоретической и прикладной информацией.
                    Книга «Анализ нефти. Справочник» отражает, на наш взгпзд, наиболее полный и современный уровень знаний в области анализа нефти. Справочник состоит из статей, посвященных практическим аспектам лабораторного анализа нефти. Он найдет своих читателей среди специалистов испытательных лабораторий, работающих с современным аналитическим оборудованием на нефтепромыслах, сотрудников центров сертификации и метрологии, сотрудников научно-исследовательских структур, аспирантов и студентов профильных вузов,
                    b/ы искренне рады разделить с Вами удовольствие от прочтения этой замечательной книги


                Г енеральный директор
                ЗАО «ЭПАК-Сервис», кандфиз -мат. наук.


Свинарев НВ

    Предисловие к русскому изданию

Уважаемые читатели!
Перед вами русский перевод книги Джеймса Спейта «Руководство по анализу нефти». Книга не является ни учебником, ни справочником. Это именно «руководство» в широком понимании этого слова. Задача книги, по словам самого автора, — «нарисовать целостную картину нефти». В определенной мере автору это удалось. Картина эта, как полотно Рубенса, написана широкими мазками и яркими красками. Также, как и Рубенс, автор, в угоду общей картине, не уделяет большого внимания деталям. Речь автора мало похожа на речь письменного изложения, она больше напоминает серию лекций, прочитанных вслух и потом записанных. Лектор как бы держит в руках научные публикации, посвященные анализу нефти, перебирает их, рассказывает о каждой, об одной кратко, о другой — более подробно. Он не всегда обращает внимание на литературную стройность изложения и грамматическую правильность фраз, называет нефть «зверем», доходчиво и наглядно объясняет, почему неверны устоявшееся в прошлом веке представление о больших, даже гигантских размерах «молекул» асфальтенов. Компоненты асфальтенов — скорее малые полия-дерные ароматические системы, а укрупнение этих компонентов происходит в процессе выделения, подобно укрупнению «молекул» белка при варке яиц, что говорит об «измерении свойств» и т п. Переводчики и редакторы старались по возможности найти компромисс между оригинальностью авторского стиля и читабельностью текста.
  Книга хорошо и правильно структурирована. Спейт рассказывает о нефти ad hoc: начинает с происхождения нефтей и развития нефтеаналитической химии, говорит о химическом составе и классификации нефтей, перечисляет и кратко описывает все основные методы испытаний по категориям: термические, электрические, опти-ческие/спектральные, хроматографические, методы с использованием химических превращений, определение структурных групп, молекулярной массы, нестабильности и несовместимости. Особенно важными для нефтепереработчика являются две последние главы, посвященные продуктивному использованию полученных аналитических данных в целях извлечения наибольший выгоды при переработке.
  Большинство аналитических методов, на которые ссылается автор, являются методами Американского общества по испытанию материалов (ASTM), аутентичные переводы которых на русский язык доступны. Но есть и много ссылок на научные работы 90-х гг прошлого века, малодоступных для российского читателя, да и сильно устаревших. Однако это не умаляет достоинств книги. Ее задача в другом.
  Это - введение в аналитическую химию нефти, попытка систематизации методов и представления их во взаимосвязи. Это — обзор литературы, посвященной исследованию состава и свойств нефти, существовавшей на момент написания книги. Обзор систематический, но весьма краткий. Не руководство по анализу, а руководство по пониманию того, что и зачем нужно анализировать. Автор систематически

Предисловие к русскому изданию 7

развивает главную мысль о том, что основной целью анализа является понимание того, что можно из данной нефти произвести наиболее оптимальным образом. Не это ли самое главное дая нефтепереработчика?
  Новой идеей для российского читателя, которую сам автор новой не считает, является представление нефти как двумерного «континуума», непрерывного спектра соединений в координатах молекулярная масса — типы соединений. Основная идея такого представления состоит в том, что соединения конкретных химических типов, в том числе углеродных, содержатся во всем спектре, причем количество их плавно меняется от одной части спектра к другой. В левой части спектра, соответствующей небольшим молекулярным массам, находятся большей частью парафиновые, нафтеновые и ароматические углеводороды, а асфальтеновая фракция и смолы располагаются в высокомолекулярном конце этого спектра. Автор использует термин «структура нефти», понимая под ней именно такой спектр из типов соединений в качестве «структурных элементов». Таким образом, в классификацию нефтей вносится второе измерение, что является новым для российской нефтяной школы.
  Книга издана в оригинале в 2001 г., и с того времени аналитическая наука ушла далеко вперед. Так, например, для определения серы методом рентгеновской флуоресценции больше не применяют радиоактивные изотопы. В хроматографических методах набивные колонки повсеместно вытеснены капиллярными. Для определения площади пиков спектров давно уже не взвешивают бумагу. Появились и новые инструментальные методы определения металлов. Тем не менее практически все основные методы ASTM, упомянутые в книге, являются актуальными и сегодня.
  К сожалению, можно добавить, что других системных обобщающих трудов по анализу нефти и нефтепродуктов ни в США, ни в Европе (не говоря уже о России) с тех пор не появилось. Это не удивительно. Все секреты, связанные с таким стратегическим продуктом, как нефть, тщательно охраняются нефтяными компаниями и в публичные публикации просачиваются редко и помалу. Поэтому книгу можно назвать открытием. Безусловны и неоспоримы факты научных творческих поисков. А также сомнений, неудач, редких озарений, удачных догадок; «прорехи» в науке, изучающей сложную загадку природы нефти, делаютее интересной, живой со своими компромиссами, неожиданными выводами и решениями. Пусть эта книга станет если не настольной, то просто ценной книгой в коллекциях всех, интересующихся нефтью, поможет понять, как «чистая» наука тесно переплетена с практической, привьет молодым исследователям уважение к классикам, научит их не бояться спорить с устоявшимися представлениями и классиками, идти дальше них.



                                                Нехамкина Людмила Григорьевна
                                                  Новиков Евгений Анатольевич

    Оглавление

Химический анализ. Перечень монографий по аналитической химии и областей применения ее методов.........................................11
Таблица используемых в тексте аббревиатур и сокращений...................16
Предисловие..............................................................17

Глава 1. Определения и история ........................................... 20
1.1.  Введение...........................................................20
1.2.  Определения........................................................25
1.3.  Исторические аспекты...............................................29
1.4.  Современное состояние..............................................35
1.5.  Анализы и спецификации.............................................37
Список использованных источников.........................................42

Глава 2. Хилшческий состав...............................................43
2.1.  Введение...........................................................43
2.2.  Элементный состав..................................................44
2.3.  Химический состав..................................................46
Список использованных источников.........................................72

Глава 3. Классификация ................................................. 76
3.1.  Введение...........................................................76
3.2.  Системы классификации..............................................77
3.3.  Другие системы.....................................................90
Список использованных источников.........................................94

Глава 4. Физические свойства............................................. 96
4.1.  Введение...........................................................96
4.2.  Элементный состав.................................................101
4.3.  Содержание металлов...............................................108
4.4.  Плотность, удельный вес и плотность в градусах API................Ill
4.5.  Вязкость..........................................................117
4.6.  Поверхностное и межфазное натяжения...............................128
Список использованных источников........................................133

Глава 5. Термические свойства ........................................... 135
5.1.  Введение..........................................................135
5.2.  Летучесть.........................................................135
5.3.  Сжижение и затвердевание..........................................150
5.4.  Углеродистый (коксовый) остаток...................................155
5.5.  Анилиновая точка..................................................158
5.6.  Теплоемкость......................................................159
5.7.  Скрытая теплота...................................................160
5.8.  Энтальпия, или теплосодержание....................................163
5.9.  Теплопроводность..................................................163
5.10. Зависимостидавление-объем-температура.............................164
5.11. Теплота сгорания..................................................165
5.12. Критические свойства..............................................167
Список использованных источников........................................169

Оглавление

9

Гпава 6. Электрические и оптические свойства.............................171
6.1.  Введение...........................................................171
6.2.  Электрические свойства.............................................172
6.3.  Оптические свойства................................................175
Список использованных источников.........................................179
Глава 7. Спектральные методы.............................................180
7.1.  Введение...........................................................180
7.2.  Инфракрасная спектроскопия.........................................181
7.3.  Ядерный магнитный резонанс.........................................184
7.4.  Масс-спектрометрия.................................................191
7.5.  Ультрафиолетовая спектроскопия.....................................197
7.6.  Дифракция рентгеновских лучей......................................197
Список использованных источников.........................................198
Глава 8. Химические методы ............................................. 200
8.1.  Введение...........................................................200
8.2.  Анализ функциональных групп........................................202
8.3.  Гидрирование ......................................................207
8.4.  Окисление..........................................................213
8.5.  йлогенирование.....................................................216
8.6.  Термические методы.................................................217
8.7.  Другие методы......................................................220
Список использованных источников.........................................221
Глава 9. Фракционный состав..........................................    223
9.1.  Введен ие..........................................................223
9.2.  Дистилляция........................................................225
9.3.  Обработка растворителями...........................................234
9.4.  Адсорбция..........................................................242
9.5.  Химические методы..................................................252
Список использованных источников.........................................257
Глава 10. Хроматографический анализ ..................................... 259
10.1. Введение...........................................................259
10.2. 1азовая хроматография..............................................260
10.3. Имитированная дистилляция..........................................266
10.4. Адсорбционная хроматография........................................269
10.5. 1ель-проникающая хроматография.....................................275
10.6. Ионообменная хроматография.........................................279
10.7. Высокоэффективная жидкостная хроматография.........................281
10.8. Сверх1фитическая флюидная хроматография............................283
10.9. Тонкослойная хроматография.........................................285
Список использованных источников.........................................286
Глава 11. Структурно-групповой анализ....................................290
11.1. Введение...........................................................290
11.2. Методы, основанные на физических свойствах.........................293
11.3. Спектральные методы................................................306
11.4. Методы анализа гетероатомных систем................................323
Список использованных источников.........................................327

Оглавление

Глава 12. Молекулярная масса............................................332
12.1. Введение..........................................................332
12.2. Методы измерения молекулярной массы ..............................333
12.3. Молекулярная масса летучих фракций................................344
12.4. Молекулярная масса нелетучих фракций..............................344
Список использованных источников.........................................355
Глава 13. Нестабильность и несовместимость ............................... 357
13.1. Введен ие.........................................................357
13.2. Оценка нестабильности и несовместимости...........................364
13.3. Прямые методы испытаний...........................................367
13.4. Косвенные методы испытаний........................................373
Список использованных источников.........................................382
Глава 14. Использование данных — структура нефти ......................... 384
14.1. Введение..........................................................384
14.2. Структура нефти...................................................386
14.3. Стабильность и нестабильность сырой нефти.........................394
Список использованных источников.........................................403
Глава 15. Использование данных — картирование и предсказуемость ........... 406
15.1. Введение..........................................................406
15.2. Картирование сырья................................................408
15.3. Заключение........................................................428
Список использованных источников.........................................428
Стандартные методы ASTM. упоминаемые в тексте книги (по состоянию на 01 июля 2010 г.)......................................... 430
Глоссарий ............................................................ 449
Предметный указатель.................................................. 468