Современные представления о механизме образования парафиновых отложений на скважинном оборудовании 7 можно условно подразделить на осадочно-объемную теорию и кристаллизационно-поверхностную. Первая предполагает, что кристаллы парафина образуются в объеме движущейся нефти и постепенно оседают на поверхности металла и закрепляются на ней, образуя осадочный слой органических отложений. По второму механизму — парафиновые кристаллы образуются непосредственно на металлической поверхности и постепенно кристаллизуются в комплексы. Процесс кристаллизации парафина на поверхности идет за счет подпитки из нефтяного раствора. Существует еще и третий механизм — эго смешанный путь, сочетающий все особенности первых двух. При этом состояние поверхности и ее природа существенным образом влияют на течение процесса образования парафиновых отложений.
Необходимыми условиями формирования парафиновых отложений являются:
- — наличие в нефти высокомолекулярных соединений углеводородов — в первую очередь парафинов;
- — снижение пластового давления до давления насыщения;
- — снижение температуры потока до значений, при которых происходит выделение твердой фазы из нефти;
- — наличие подложки с пониженной температурой, на которой кристаллизуются высокомолекулярные углеводороды с достаточно прочным сцеплением их с поверхностью, исключающим возможность срыва отложений потоком газожидкостной смеси или нефти при заданном технологическом режиме.
Существует множество и других факторов, способствующих или препятствующих интенсивному формированию парафиновых отложений. К наиболее существенным из них могут быть отнесены скорость потока нефти, процесс выделения газа при снижении давления в трубопроводе, наличие механических примесей, являющихся активными центрами кристаллизации, состояние поверхности оборудования, обводненность продукции скважины и др.
При изменении температуры парафиновые углеводороды претерпевают фазовые переходы — плавление, кристаллизацию, переход из одной кристаллической модификации в другую, растворение одной фазы в другой, насыщение или пересыщение одной фазы другой [6].
Характер кристаллизации парафинов (церезинов) при охлаждении нефти и нефтепродуктов зависит от скорости зарождения кристаллизационных центров и скорости роста кристаллов. Чем ниже температура, тем выше скорость зарождения центров кристаллизации, но меньше скорость роста кристаллов. Поэтому обычно при относительно высоких температурах образуется небольшое число крупных кристаллов, а при низких температурах — много мелких. Кроме того, на форму, структуру и количество образующейся кристаллической фазы оказывают влияние свойства кристаллизующихся компонентов (температура и теплота плавления) и среды (вязкость), их растворимость, наличие поверхностно-активных веществ и различных примесей, скорость охлаждения, степень перемешивания и др. [25].
Общая скорость кристаллизации определяется скоростью образования центров кристаллизации (или зародышей новой фазы) и скоростью роста кристаллов. Вторая стадия кристаллизации — многоступенчатый процесс, который по различным причинам может останавливаться на любой промежуточной стадии. Условия кристаллизации влияют не только на скорость этого процесса, но и на характер образующихся кристаллических структур. Монокристаллы образуются только в особых условиях. Обе стадии кристаллизации сильно зависят от температуры. Понижение температуры благоприятствует образованию зародышей кристаллизации, но в то же время уменьшает молекулярную подвижность, а вместе с ней и скорость роста кристаллов. Поэтому температурная зависимость скорости кристаллизации проходит через максимум [6, 26].
Первой ступенью процесса кристаллизации, обусловленного присутствием в нефтях парафиновых углеводородов, является выделение кристаллов из парафинов. Рост зародышей может быть одномерным, двумерным или трехмерным, при этом образуются стержни (иглы), диски (пластины) или крупные сферические образования (сферолиты), поэтому форма кристаллов парафинов различна (рис. 4).
Рис. 4. Игольчатые (а) и пластинчатые (б) кристаллы парафинов
В работе [27] также указывается, что в зависимости от условий кристаллизации парафиновые углеводороды могут кристаллизоваться либо в форме пластин, либо в виде игл, при этом пластинчатая форма является основной при кристаллизации из растворов слабой и средней концентрации, а иглы образуются при охлаждении сильно концентрированных растворов. Аналогичное наблюдение содержится в [28]. Здесь вводится понятие «концентрация изменения», под которым подразумевается та концентрация, нри которой исчезают пластины и появляются иглы. Ряд исследователей, наоборот, отмечает, что форма кристаллов не зависит от условий кристаллизации, а определяется строением парафиновых углеводородов [29].
Большинство алканов имеет несколько аллотропических модификаций, кристаллизуясь в гексагональной, триклинной, моноклинной и орторомбической формах. Некоторые изоалканы, преимущественно с симметричным и компактным расположением боковых цепей в молекуле, при охлаждении застывают в стекловидную массу. Все н-алканы с нечетным числом атомов углерода (нечетные), начиная с С% и с четным, начиная с Сзб, относящиеся к полиморфным соединениям, могут кристаллизоваться во всех четырех формах [19]. При температуре большей, чем температура полиморфного перехода, все нечетные н-алканы образуют кристаллы гексагональной формы, а ниже этой температуры — ромбической. Для четных н-алканов, начиная с С24, в высокотемпературной области характерна гексагональная кристаллическая структура, которая при понижении температуры переходит в три- клинную (для С^-Сгб) и моноклинную (для С25-С36) [30].
Для низкомолекулярных алканов температура перехода одной кристаллической структуры в другую на десятки градусов ниже температуры плавления, в то время как для высокомолекулярных алканов этот интервал составляет всего 3-16°С, а для некоторых вообще не обнаруживается. При кристаллизации из неполярных растворителей, в том числе из неполярных фракций, образуются кристаллы орторомбической формы. Характерна ступенчатая слоистость кристаллов, т.е. каждый новый слой кристаллизуется на предыдущем, образуя пирамиду из параллельных ромбических плоскостей [26].
Скорость выделения твердой фазы из раствора на образовавшихся центрах кристаллизации в значительной мере зависит от вязкости среды, средней длины диффузионного пути молекул к центрам кристаллизации, среднего радиуса молекул твердых углеводородов и разности между концентрацией раствора и растворимостью выделившейся твердой фазы при температуре кристаллизации [6].
В присутствии САК структура кристаллов резко изменяется. При этом влияние САК проявляется не только в диспергирующем эффекте, но и в глубоких изменениях формы и структуры самих кристаллов [30].
Асфальтены, уже находящиеся в условиях кристаллизации в твердой фазе, не могут образовывать с углеводородами совместные кристаллы или твердые растворы. Они могут участвовать в этом процессе лишь как центры кристаллизации или как частицы, способствующие агрегированию кристаллов углеводородов. Однако такое их поведение возможно лишь при предварительном разрушении их сольватной оболочки путем нагрева [31]. Таким образом, при формировании твердой фазы асфальтены выступают как компонент, способствующий укрупнению частиц, превращая их в агрегат сложной структуры.
Молекулы смол, содержащие длинные алкильные цепи, способны образовывать с парафинами совместные кристаллы за счет этих цепей. При этом полициклическая полярная часть молекул смол оказывается направленной наружу и тем самым затрудняет доступ парафиновых молекул к поверхности кристаллов и блокирует дальнейший их рост. В результате в присутствии таких смол образуются относительно мелкие кристаллы неправильной формы [32].
Молекулы смол, не содержащие длинных алкильных цепей, не могут внедряться в кристаллы парафинов и образовывать смешанные кристаллы. Однако они обладают определенной поверхностной активностью, благодаря которой адсорбируются на поверхности кристаллов твердых углеводородов [6]. Адсорбция таких смол на поверхности кристаллов в процессе кристаллизации вызывает поверхностные перенапряжения, усиливающиеся в связи с одновременным ростом и сжатием кристаллов из-за снижения температуры, вследствие чего поверхность кристаллов деформируется за счет смещения слоев. Активные участки, образовавшиеся в результате таких деформаций, не блокированные в момент образования смолами, служат новыми центрами кристаллизации, что приводит к образованию дендритных кристаллов, сформировавшихся из нескольких центров кристаллизации [26]. Так, в зависимости от условий кристаллизации могут возникать различные модификации кристаллических структур: дендритная, сферолитная и смешанная — дендритно-сферолигная.
Сферолиты состоят из множества кристаллических волокон (фибрилл), которые растут радиально из общего центра. Фибриллы представляют собой лентообразные пластинки, скручивающиеся вдоль собственной оси и принимающие при этом винтообразную форму. При повышении температуры кристаллизации или при большом содержании в нефти САВ фибриллы могут собираться в обособленные пучки. Исследования показали [6], что динамика роста сферолита состоит в удлинении основных радиальных фибрилл, дающих впоследствии соответствующие ответвления в сторону жидкой фазы с более высокой концентрацией молекул парафина.
Различают две стадии процесса роста сферолигов. Первая стадия характеризуется ростом кристаллических фибрилл ог центра кристаллита к периферии, в процессе которого промежуточное пространство между фибриллами заполняется нефтью. При этом на боковых гранях кристаллизация идет медленнее, но с течением времени все большее пространство заполняется кристаллическими нитями и плотность сферолитов увеличивается. На второй стадии внутри сферолита происходят процессы перекристаллизации, приводящие к общему уплотнению его структуры. Микроскопические исследования кристаллитов, возникающих в нефти, показали, что они имеют дендритно-сферолитную структуру [6].
Видео:Урок 119 (осн). Плавление и кристаллизация. Удельная теплота плавленияСкачать
Молекулярная физика. Плавление и кристаллизация.
Переход вещества из твердого кристаллического состояния в жидкое называется плавлением. Чтобы расплавить твердое кристаллическое тело, его нужно нагреть до определенной температуры, т. е. подвести тепло. Температура, при которой вещество плавится, называется температурой плавления вещества.
Обратный процесс — переход из жидкого состояния в твердое — происходит при понижении температуры, т. е. тепло отводится. Переход вещества из жидкого состояния в твердое называется отвердеванием, или кристал лизацией. Температура, при которой вещество кристаллизуется, называется температурой кристалли зации.
Опыт показывает, что любое вещество кристаллизуется и плавится при одной и той же температуре.
На рисунке представлен график зависимости температуры кристаллического тела (льда) от времени нагревания (от точки А до точки D) и времени охлаждения (от точки D до точки K). На нем по горизонтальной оси отложено время, а по вертикальной — температура.
Из графика видно, что наблюдение за процессом началось с момента, когда температура льда была -40 °С, или, как принято говорить, температура в начальный момент времени tнач = -40 °С (точка А на графике). При дальнейшем нагревании температура льда растет (на графике это участок АВ). Увеличение температуры происходит до 0 °С — температуры плавления льда. При 0°С лед начинает плавиться, а его температура перестает расти. В течение всего времени плавления (т.е. пока весь лед не расплавится) температура льда не меняется, хотя горелка продолжает гореть и тепло, следовательно, подводится. Процессу плавления соответствует горизонтальный участок графика ВС. Только после того как весь лед расплавится и превратится в воду, температура снова начинает подниматься (участок CD). После того, как температура воды достигнет +40 °С, горелку гасят и воду начинают охлаждать, т. е. тепло отводят (для этого можно сосуд с водой поместить в другой, больший сосуд со льдом). Температура воды начинает снижаться (участок DE). При достижении температуры 0 °С температура воды перестает снижаться, несмотря на то, что тепло по-прежнему отводится. Это идет процесс кристаллизации воды — образования льда (горизонтальный участок EF). Пока вся вода не превратится в лед, температура не изменится. Лишь после этого начинает уменьшаться температура льда (участок FK).
Вид рассмотренного графика объясняется следующим образом. На участке АВ благодаря подводимому теплу средняя кинетическая энергия молекул льда увеличивается, и температура его повышается. На участке ВС вся энергия, получаемая содержимым колбы, тратится на разрушение кристаллической решетки льда: упорядоченное пространственное расположение его молекул сменяется неупорядоченным, меняется расстояние между молекулами, т.е. происходит перестройка молекул таким образом, что вещество становится жидким. Средняя кинетическая энергия молекул при этом не меняется, поэтому неизменной остается и температура. Дальнейшее увеличение температуры расплавленного льда-воды (на участке CD) означает увеличение кинетической энергии молекул воды вследствие подводимого горелкой тепла.
При охлаждении воды (участок DE) часть энергии у нее отбирается, молекулы воды движутся с меньшими скоростями, их средняя кинетическая энергия падает — температура уменьшается, вода охлаждается. При 0°С (горизонтальный участок EF) молекулы начинают выстраиваться в определенном порядке, образуя кристаллическую решетку. Пока этот процесс не завершится, температура вещества не изменится, несмотря на отводимое тепло, а это означает, что при отвердевании жидкость (вода) выделяет энергию. Это как раз та энергия, которую поглотил лед, превращаясь в жидкость (участок ВС). Внутренняя энергия у жидкости больше, чем у твердого тела. При плавлении (и кристаллизации) внутренняя энергия тела меняется скачком.
Металлы, плавящиеся при температуре выше 1650 ºС, называют тугоплавкими (титан, хром, молибден и др.). Самая высокая температура плавления среди них у вольфрама — около 3400 °С. Тугоплавкие металлы и их соединения используют в качестве жаропрочных материалов в самолетостроении, ракетостроении и космической технике, атомной энергетике.
Подчеркнем еще раз, что при плавлении вещество поглощает энергию. При кристаллизации оно, наоборот, отдает ее в окружающую среду. Получая определенное количество теплоты, выделяющееся при кристаллизации, среда нагревается. Это хорошо известно многим птицам. Недаром их можно заметить зимой в морозную погоду сидящими на льду, который покрывает реки и озера. Из-за выделения энергии при образовании льда воздух над ним оказывается на несколько градусов теплее, чем в лесу на деревьях, и птицы этим пользуются.
Видео:Химические уравнения // Как Составлять Уравнения Реакций // Химия 9 классСкачать
Плавление аморфных веществ .
Наличие определенной точки плавления — это важный признак кристаллических веществ. Именно по этому признаку их можно легко отличить от аморфных тел, которые также относят к твердым телам. К ним, в частности, относятся стекла, очень вязкие смолы, пластмассы.
Аморфные вещества (в отличие от кристаллических) не имеют определенной температуры плавления — они не плавятся, а размягчаются. При нагревании кусок стекла, например, сначала становится из твердого мягким, его легко можно гнуть или растягивать; при более высокой температуре кусок начинает менять свою форму под действием собственной тяжести. По мере нагревания густая вязкая масса принимает форму того сосуда, в котором лежит. Эта масса сначала густая, как мед, затем — как сметана и, наконец, становится почти такой же маловязкой жидкостью, как вода. Однако указать определенную температуру перехода твердого тела в жидкое здесь невозможно, поскольку ее нет.
Причины этого лежат в коренном отличии строения аморфных тел от строения кристаллических. Атомы в аморфных телах расположены беспорядочно. Аморфные тела по своему строению напоминают жидкости. Уже в твердом стекле атомы расположены беспорядочно. Значит, повышение температуры стекла лишь увеличивает размах колебаний его молекул, дает им постепенно все большую и большую свободу перемещения. Поэтому стекло размягчается постепенно и не обнаруживает резкого перехода «твердое—жидкое», характерного для перехода от расположения молекул в строгом порядке к беспорядочному.
Видео:Плавление и кристаллизация твердых тел, температура плавления, удельная теплота плавления. 8 класс.Скачать
Теплота плавления .
Теплота плавления — это количество теплоты, которое необходимо сообщить веществу при постоянном давлении и постоянной температуре, равной температуре плавления, чтобы полностью перевести его из твердого кристаллического состояния в жидкое. Теплота плавления равна тому количеству теплоты, которое выделяется при кристаллизации вещества из жидкого состояния. При плавлении вся подводимая к веществу теплота идет на увеличение потенциальной энергии его молекул. Кинетическая энергия не меняется, поскольку плавление идет при постоянной температуре.
Изучая на опыте плавление различных веществ одной и той же массы, можно заметить, что для превращения их в жидкость требуется разное количество теплоты. Например, для того чтобы расплавить один килограмм льда, нужно затратить 332 Дж энергии, а для того чтобы расплавить 1 кг свинца — 25 кДж.
Физическая величина, показывающая, какое количество теплоты необходимо сообщить кристаллическому телу массой 1 кг, чтобы при температуре плавления полностью перевести его в жидкое состояние, называется удельной теплотой плавления.
Удельную теплоту плавления измеряют в джоулях на килограмм (Дж/кг) и обозначают греческой буквой λ (лямбда).
Удельная теплота кристаллизации равна удельной теплоте плавления, поскольку при кристаллизации выделяется такое же количество теплоты, какое поглощается при плавлении. Так, например, при замерзании воды массой 1 кг выделяются те же 332 Дж энергии, которые нужны для превращения такой же массы льда в воду.
Чтобы найти количество теплоты, необходимое для плавления кристаллического тела произвольной массы, или теплоту плавления, надо удельную теплоту плавления этого тела умножить на его массу:
Количество теплоты, выделяемое телом, считается отрицательным. Поэтому при расчете количества теплоты, выделяющегося при кристаллизации вещества массой m, следует пользоваться той же формулой, но со знаком «минус»:
Видео:Как составлять ХИМИЧЕСКИЕ УРАВНЕНИЯ | 4 лайфхака - 95 ВСЕХ РЕАКЦИЙ в химии!Скачать
Теплота сгорания .
Теплота сгорания (или теплотворная способность, калорийность) — это количество теплоты, выделяющейся при полном сгорании топлива.
Для нагревания тел часто используют энергию, выделяющуюся при сгорании топлива. Обычное топливо (уголь, нефть, бензин) содержит углерод. При горении атомы углерода соединяются с атомами кислорода, содержащегося в воздухе, в результате чего образуются молекулы углекислого газа. Кинетическая энергия этих молекул оказывается большей, чем у исходных частиц. Увеличение кинетической энергии молекул в процессе горения называют выделением энергии. Энергия, выделяющаяся при полном сгорании топлива, и есть теплота сгорания этого топлива.
Теплота сгорания топлива зависит от вида топлива и его массы. Чем больше масса топлива, тем больше количество теплоты, выделяющейся при его полном сгорании.
Физическая величина, показывающая, какое количество теплоты выделяется при полном сгорании топлива массой 1 кг, называется удельной теплотой сгорания топлива. Удельную теплоту сгорания обозначают буквой q и измеряют в джоулях на килограмм (Дж/кг).
Количество теплоты Q, выделяющееся при сгорании m кг топлива, определяют по формуле:
Чтобы найти количество теплоты, выделяющееся при полном сгорании топлива произвольной массы, нужно удельную теплоту сгорания этого топлива умножить на его массу.
Видео:Химические уравнения. СЕКРЕТНЫЙ СПОСОБ: Как составлять химические уравнения? Химия 8 классСкачать
Химическое уравнение можно составить для процесса кристаллизации плавления парафина
Тесты по химии 8 класс. Тема: «Физические и химические явления»
Правильный вариант ответа отмечен знаком +
1. Какой параметр изменяется при физическом явлении?
2. Традиционное название «сухого льда»:
3. Какой способ разделения смеси используется при отделении спирта от воды?
4. Насколько правильны утверждения?
А. Сублимация — изменение агрегатного состояния из твердого в газообразное.
Б. Сублимация относится к химическим явлениям.
— и утверждение Б, и утверждение А правильные
— правильное лишь утверждение Б
+ правильное лишь утверждение А
— оба утверждения неправильные
5. Методы отстаивания и разделения с использованием делительной воронки используются для разделения:
6. Что используется в качестве фильтра на водоочистных станциях?
7. Какая из смесей является примером гомогенной системы?
8. Какое из явлений не относится к химическим?
— гниение опавших листьев
9. С какой целью используется открытие физических законов?
— для разработок научных приборов
— для изучения дисциплин о неживой природе
— для усовершенствования техники
+ для изучения других наук о природе и для создания различных устройств и приборов
тест 10. Выберите явление, которое является физическим:
11. Выберите смесь гомогенной системы:
+ раствор хлорида натрия
— смесь воды и масла
— раствор гашеной извести
12. Выберите физическую величину:
13. Физическими телами являются:
— парафин и глиняный кувшин
— бумага и алюминий
+ зерно ячменя и стул
14. К химическим явлениям относится:
15. Для выделения NaCl из раствора используется метод:
16. Реакция Na₂CO₃ с CH3COOH (укс. к-той) – пример химического явления, потому что в процессе взаимодействия:
17. Плавление свечи – это физическое явление, так как:
— наблюдаем горение огня
+ парафин становится жидким
— изменяется цвет свечи
18. Процесс получения муки из зерна – это явление:
— нет верного ответа
19. Смесь нефти с водой является примером … структуры.
— нет верного ответа
тест-20. Выберите гетерогенную смесь:
— раствор уксуса в воде
— раствор сахара в воде
21. Как называются явления, в процессе которых одни вещества образуются из других?
22. За счёт чего можно легко обнаружить выделение кислорода в реакциях?
23. Для очистки йода используется метод:
24. Выберите процесс, который не относится к физическим явлением:
25. Какой метод разделения смеси изображен на рисунке?
26. Свойство веществ, которое лежит в основе такого метода, как отстаивание:
27. Методы отстаивания, фильтрования, перегонки основаны на … свойствах.
— все ответы верные
28. Дистиллированной считается вода, если в ней:
+ отсутствуют примеси, растворённые вещества, посторонние включения
29. Какой метод удаления растворителя из раствора представлен на рисунке?
тест_30. Выберите неоднородную смесь:
🌟 Видео
Химические уравнения - Как составлять уравнения реакций // Составление Уравнений Химических РеакцийСкачать
Как решать задачи на плавление. 8 классСкачать
ФИЗИКА | Плавление и кристаллизацияСкачать
Химические Цепочки — Решение Цепочек Химических Превращений // Химия 8 классСкачать
Как расставлять коэффициенты в уравнении реакции? Химия с нуля 7-8 класс | TutorOnlineСкачать
Плавление и отвердевание, температура плавления, удельная теплота плавления. Физика 8 классСкачать
КристаллизацияСкачать
Как Работает Плавление и Кристаллизация? (Физика для начинающих)Скачать
Определение температуры кристаллизацииСкачать
Химические Цепочки — Решение Цепочек Химических Превращений // Химия 8 классСкачать
Химия | Молекулярные и ионные уравненияСкачать
Урок 120 (осн). Задачи на теплоту плавленияСкачать
Типы Химических Реакций — Химия // Урок Химии 8 КлассСкачать
Физика. 8 класс. Плавление и кристаллизация твердых тел. Температура плавленияСкачать
ЭТОТ метод поможет на уроках ХИМИИ / Химия 9 классСкачать
