Библиографическое описание:

Сафаров Б. Ж., Хаитов А. А., Комилов М. З., Солихов О. Ф., Бахронов Б. Б., Тошпулотов С. К., Кудратов М. А. Зависимость структурно-механических характеристик парафинов от температуры // Молодой ученый. — 2015. — №4. — С. 258-261.

Процесс структурообразования в расплавах парафинов при понижении температуры включает образование новой твёрдой фазы, накопление её, формирование и дальнейшее развитие пространственной дисперсной структуры. При этом температурные зависимости структурно-механических характеристик, таких как прочность, контракция (сжатие) наиболее полно оценивают закономерности структурообразования. Эти данные в литературе мало освещены. В основном приводятся лишь результаты измерения твёрдости по пенетрации [1,2], хотя указанные эксплуатационные свойства парафинов при различных температурах практически важны для их потребителей.

Нами изучался процесс структурообразования нефтяных парафинов Бухарского НПЗ в температурном интервале от начала кристаллизации до 200С. Физико-химические показатели, а также результаты спектрального и хроматографического анализа качества исследованных парафинов Чулкуварской нефти приведены в табл. 1,2.

Таблица 1

Марки парафинов

Температура плавления, 0С

Плотность, р420

Содержание масла, вес. %

Содержание ароматических углеводородов, вес. %, в том числе

Моноцикли­ческих

Бицикличес­ких

Полицик­лических

В3

П-1

Т

Нс

53,4

55,4

52,6

50,0

0,8118

0,8108

0,8076

0,8056

0,45

0,45

2,3

5,0

0,21

0,10

0,82

1,5

0,014

0,003

0,04

0,18

следы

следы

 

Таблица 2

Распределение н-алканов по числу углеродных атомов

Число атомов углерода

Вес. %

Число атомов углерода

Вес. %

В3

П-1

Т

Нс

В3

П-1

Т

Нс

С11

С12

С13

С14

С15

С16

С17

С18

С19

С20

-

0,11

0,11

0,13

0,11

0,13

0,25

0,23

0,38

-

0,14

0,18

0,18

0,18

0,26

0,29

0,33

0,11

0,09

0,09

0,09

0,11

0,04

0,21

0,37

0,44

1,42

0,11

0,09

0,09

0,09

0,11

0.04

0,21

0,36

0,72

2,61

С25

С26

С27

С28

С29

С30

С31

С32

С33

С34

11,84

12,51

13,05

11,46

10,70

8,11

5,57

3,38

1,80

0,66

12,52

12,51

12,67

10,02

8,92

6,47

4,27

2,59

1,49

0,61

13,61

11,26

10,19

7,74

6,75

4,51

3,13

1,55

0,97

0,30

12,73

11,19

8,85

5,77

4,81

3,05

1,82

0,79

1,42

0,74

 

Комплексное исследование структурно-механических характеристик парафинов проводилось на специально созданной лабораторной установке, позволяющей при программированном охлаждении образца определять температуры фазовых превращений (начала кристаллизации t1 и модификационного перехода в твёрдом состоянии t2), контракцию ( V) как в [3,4] и прочность образующейся структуры по величине предельного напряжения сдвига (Pm).

Образование и накопление твёрдой фазы парафинов исследовалось дилатометрическим методом, а формирование структуры оценивалось путём измерения величины её прочности. Методика экспериментов заключалась в следующем: расплавы парафинов нагревались до 800С и выдерживались при этой температуре 10 мин. Охлаждение осуществлялось со скоростью v0 =10С/мин, причём опыт проводился каждый раз с новой пробой образца. Соблюдение этих условий проведения опыта обеспечивает надёжность установленных закономерностей [3,4]. Зависимости Pm и V от температуры охлаждения (t0) для пищевого (П-1), экспортного (В3), а также технического (Т) и спичечного (Нс) парафинов приведённых на рис. 1,2.

Рис. 1. Зависимость прочности Рm(кривая 1) и концентрации ∆V (кривая 2) от температуры t0 для нефтяного пищевого парафина

 

Рис. 2. Зависимость прочности Рm структур парафинов от температуры t0: марки парафинов: 1-Нс-(спичечный;, 2-Т (технический); 3-Вз -(экспортный)

 

Дилатометрические исследования показали, что характер контракциограмм для всех изученных парафинов идентичен, поэтому графическая зависимость V = f (t0) представлена лишь для пищевого парафина (рис. 1).

Как видно из рис. 1 и 2, у всех исследуемых парафинов понижение температуры вызывает закономерное уменьшение объема их расплавов и увеличение прочности формирующихся структур. При этом в температурном интервале от начала кристаллизации до модификационного фазового перехода происходит процесс накопления дисперсной фазы парафина и формирования пространственной структуры, сопровождающийся резким уменьшением объёма образца и медленным нарастанием прочности. Процесс модификационного превращения всех парафинов в твёрдом состоянии сопровождается значительным нарастанием прочности и характеризуется самой большой величиной температурного коэффициента прочности.

Обнаруженные закономерности в нарастании Pm парафинов при понижении температуры связаны с особенностями их кристаллографической структуры. Так, гексагональная структура парафинов, формирующаяся в интервале температур от начала кристаллизации до фазового перехода в твёрдом состоянии, обладает легкой деформируемостью и повышенной эластичностью; орторомбическая же структура, существующая при температурах ниже фазового перехода, высокохрупкая и характеризуется значительным преобладанием полученные нами при исследовании синтетических парафинов. Обобщенные результаты исследований температур фазовых превращений парафинов, прочности и контракции их структур, формирующихся при t=200С, для сравнения приведены в табл. 3.

Таблица 3

Продукты

Температура, 0С

Прочность структуры Pm ∙10–5 при 20 0С, Н/м2

Величина контракции V в интервале от t1 до 20 0С, %

Начала кристаллизации t1

Модификацинного фазового перехода t2

Нефтяные парафины марки:

Нс

Т

В3

П-1

 

 

50,4

52,8

54,0

55,6

 

 

35,0

39,0

39,0

 

 

7,5

11,9

15,0

14,6

 

 

16,8

17,3

18,0

18,0

Синтетические парафины:

н18 Н38

н-С19 Н40

н-С20 Н42

 

 

28,4

32,2

36,8

 

 

21,2

 

 

29,0

23,0

35,0

 

 

17,2

19,2

19,7

 

Выводы

1.         Проведено комплексное исследование прочностных дилатометрических свойств нефтяных парафинов в интервале температур от начала кристаллизации до 20 0С.

2.         Показано, что в температурном интервале от начала кристаллизации до модификационного фазового перехода в твёрдом состоянии происходит процесс накопления твёрдой фазы парафина и формирования пространственной структуры, сопровождающийся резким уменьшением объёма и медленным нарастанием прочности.

3.         Модификационный фазовый переход в твёрдом состоянии сопровождается значительным увеличением прочности.

4.         Обнаруженные закономерности в измерении Pm и V парафинов при понижении температуры связаны с кристаллографическими особенностями их структуры.

 

Литература:

 

1.         Керамиди А. С. Экспериментальное исследование коэффициента динамической вязкости жидких парафиновых углеводородов и нефтепродуктов: Дис. канд. техн. наук. Одесса, 2004. 218 с.

2.         Богатов Г. Ф., Расторгуев Ю. Л., Григорьев Б. А. Теплопроводность нормальных парафиновых углеводородов при высоких давлениях и температурах // Хим. и технол. топлив и масел. 1989. № 9. с.47–51.

3.         Лобачёв Ю. Ю. и др. «заводская лаборатория», 1977, № 8, с.981–983.

4.         Александрова Э. А., Гришин А. П., Лобачёв Ю. Ю. «Нефть и газ», 1977. № 6, с. 52.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle