石油及其產(chǎn)品的性質(zhì).ppt

第一章 石油及其產(chǎn)品的性質(zhì),知識(shí)目標(biāo)： 了解石油一般性狀、元素組成、烴類組成、餾分組成和非烴類組成； 了解石油產(chǎn)品的分類；潤滑油、瀝青、石蠟、石油焦等石油產(chǎn)品的規(guī)格指標(biāo)以及它們與產(chǎn)品組成之間的關(guān)系； 了解各類型發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理； 熟悉石油及其產(chǎn)品的一般物理性質(zhì)； 初步掌握我國原油主要特點(diǎn)。 掌握汽油、柴油、航空煤油等石油燃料的性能指標(biāo)，使用要求，產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)等；,主要內(nèi)容:,第一節(jié) 石油及其產(chǎn)品的組成和性質(zhì),第二節(jié)石油產(chǎn)品分類和石油產(chǎn)品的使用要求,本章小結(jié),第一節(jié) 石油及其產(chǎn)品的組成和性質(zhì),一、石油的一般性狀及化學(xué)組成 1、石油的外觀性質(zhì),各類原油的主要外觀性質(zhì),我國幾種原油的主要物理性質(zhì),2.石油的元素組成 石油主要由碳、氫兩種元素以及硫、氮、氧 及一些微量金屬、非金屬元素組成。,原油中元素組成的質(zhì)量分?jǐn)?shù),*含量均為質(zhì)量分?jǐn)?shù),3.石油的烴類組成 石油中的烴類主要是由烷烴、環(huán)烷烴和芳香烴這三種烴類構(gòu)成 。 1）烴類類型及分布規(guī)律,石油及其餾分中烴類類型及其分布規(guī)律,2）烴類的性質(zhì)及用途 在一般條件下，烷烴的化學(xué)性質(zhì)很不活潑，不易與其它物質(zhì)發(fā)生反應(yīng) 環(huán)烷烴的抗爆性較好、凝點(diǎn)低、有較好的潤滑性能和粘溫性，是汽油、噴氣燃料及潤滑油的良好組分。 芳香烴抗爆性很高，是汽油的良好組分，常作為提高汽油質(zhì)量的調(diào)合劑,4.石油的非烴組成 石油中的非烴化合物主要指含硫、氮、氧的化合物。非烴化合物在石油餾分中的分布是不均勻的，大部分集中在重質(zhì)餾分和殘碴油中。 a、含硫化合物 硫在石油中少量以元素硫和硫化氫形式存在，大多數(shù)以有機(jī)硫化物形式存在，如硫醇、硫醚、環(huán)硫醚、二硫化物、噻吩及其同系物等。 主要危害是：對(duì)設(shè)備管線有腐蝕作用。使油品某些使用性能（汽油的感鉛性、燃燒性、儲(chǔ)存安定性等）變壞。污染環(huán)境，含硫油品燃燒后生成二氧化硫、三氧化硫等，污染大氣，對(duì)人有害。在二次加工過程中，使某些催化劑中毒，喪失催化活性。,b、含氮化合物 石油中的氮化物大多數(shù)是氮原子在環(huán)狀結(jié)構(gòu)中的雜環(huán)化合物，主要有吡啶、喹啉等的同系物（統(tǒng)稱為堿性氮化物）及吡咯、吲哚等的同系物（統(tǒng)稱為非堿性氮化物）。石油中另一類重要的非堿性氮化物是金屬卟啉化合物，分子中有四個(gè)吡咯環(huán)，重金屬原子與卟啉中的氮原子呈絡(luò)合狀態(tài)存在。 當(dāng)油品中含有氮化物時(shí)，儲(chǔ)存日期稍久，就會(huì)使顏色變深，氣味發(fā)臭，這是因?yàn)椴环€(wěn)定的氮化物長(zhǎng)期與空氣接觸氧化生成了膠質(zhì)。氮化物也是某些二次加工催化劑的毒物。,C、含氧化合物 石油中的氧均以有機(jī)物形式存在。這些含氧化合物分為酸性氧化物和中性氧化物兩類。酸性氧化物中有環(huán)烷酸、脂肪酸和酚類，總稱石油酸。中性氧化物有醛、酮和酯類，它們?cè)谑椭泻繕O少。含氧化合物中以環(huán)烷酸和酚類最重要，特別是環(huán)烷酸，約占石油酸總量的90%，而且在石油中的分布也很特殊，主要集中在中間餾分中（沸程約為250350），而在低沸餾分或高沸餾分中含量都比較低。 酸類也有強(qiáng)烈的氣味，具有腐蝕性。但可作為消毒劑，還是合成纖維、醫(yī)藥、染料、炸藥等的原料。,d、膠狀瀝青狀物質(zhì) 膠質(zhì)一般能溶于石油醚（低沸點(diǎn)烷烴）及苯，也能溶于一切石油餾分。膠質(zhì)有很強(qiáng)的著色力，油品的顏色主要來自膠質(zhì)。膠質(zhì)受熱或在常溫下氧化可以轉(zhuǎn)化為瀝青質(zhì)。瀝青質(zhì)是暗褐色成深黑色脆性的非晶體固體粉末，不溶于石油醚而溶于苯。膠質(zhì)和瀝青質(zhì)在高溫時(shí)易轉(zhuǎn)化為焦炭。,5、石油的餾分組成 蒸餾（或分餾）就是根據(jù)各組分沸點(diǎn)的不同，用蒸餾的方法把石油“分割”成幾個(gè)部分，這每一部分稱為餾分。從原油直接分餾得到的餾分稱為直餾餾分，其產(chǎn)品稱為直餾產(chǎn)品。 沸點(diǎn)200的餾分稱汽油餾分或低沸餾分；200350的餾分稱煤、柴油餾分或中間餾分；350500的餾分稱減壓餾分或高沸餾分；大于500的餾分為渣油餾分。,二、 石油及其產(chǎn)品的物理性質(zhì) （一）蒸發(fā)性能 1蒸汽壓 石油及石油餾分的蒸汽壓不僅與溫度有關(guān)，而且與氣化率（或液相組成）有關(guān)，在溫度一定時(shí)，氣化量變化會(huì)引起蒸汽壓的變化。 油品的蒸汽壓通常有兩種表示方法：一種是油品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中的雷德（Reid）蒸汽壓，是在規(guī)定條件（38、氣相體積與液相體積之比為4:1）下測(cè)定的；另一種是真實(shí)蒸汽壓，指氣化率為零時(shí)的蒸汽壓。,2餾程與平均沸點(diǎn) 常用的餾程測(cè)定方法有實(shí)沸點(diǎn)蒸餾與恩氏蒸餾 實(shí)沸點(diǎn)蒸餾適用于原油評(píng)價(jià)及制定產(chǎn)品的切割方案，恩氏蒸餾餾程常用于生產(chǎn)控制、產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及工藝計(jì)算 平均沸點(diǎn)的概念，用于設(shè)計(jì)計(jì)算及其它物性常數(shù)的求定。平均沸點(diǎn)有五種表示方法，分別是體積平均沸點(diǎn)、質(zhì)量平均沸點(diǎn)、立方平均沸點(diǎn)、實(shí)分子平均沸點(diǎn)、中平均沸點(diǎn) 。,（二）密度、特性因數(shù)、平均分子量 1密度 相對(duì)密度 ：20時(shí)油品的密度與4時(shí)水的密度之比 比重指數(shù) ： 141.5一131.5 數(shù)值愈大，表示密度愈小 同一原油的不同餾分油，隨沸點(diǎn)范圍升高密度增大。當(dāng)沸點(diǎn)范圍相同時(shí)，含芳香烴愈多，密度愈大；含烷烴愈多，密度愈小。,2特性因數(shù) 特性因數(shù)的定義為： K1.216T1/3 式中： T 烴類的沸點(diǎn)、石油或石油餾分的立方平均沸點(diǎn)或中平均沸點(diǎn)，K。 不同烴類的特性因數(shù)是不同的。烷烴的最高，環(huán)烷烴的次之，芳香烴的最低。 含烷烴多的石油餾分的特性因數(shù)較大，約為12.513.0；含芳香烴多的石油餾分的較小，約為1011；一般石油的特性因數(shù)在9.713之間。,3平均分子量 石油餾分的平均分子量隨餾分沸程的升高而增大。汽油的平均分子量約為100120，煤油為180200，輕柴油為2l0240，低黏度潤滑油為300360，高黏度潤滑油為370500。,（三）流動(dòng)性能 1黏 度 黏度的表示方法有動(dòng)力黏度、運(yùn)動(dòng)黏度及恩氏黏度等。 一般地，石油餾分愈重、沸點(diǎn)愈高，黏度愈大。溫度對(duì)油品黏度影響很大。溫度升高，液體油品的黏度減小，而油品蒸汽的黏度增大。 粘溫性是潤滑油的重要指標(biāo)之一 ，表示方法常用的有兩種，即黏度比和黏度指數(shù)（VI）。 烴類中以正構(gòu)烷烴的粘溫性最好，環(huán)烷烴次之，芳香烴的最差。烴類分子中環(huán)狀結(jié)構(gòu)越多，粘溫性越差，側(cè)鏈越長(zhǎng)則粘溫性越好。,2低溫性能 油品在低溫下失去流動(dòng)性的原因有兩種：粘溫凝固 ；構(gòu)造凝固 油品低溫流動(dòng)性能包括濁點(diǎn)、冰點(diǎn)、結(jié)晶點(diǎn)、傾點(diǎn)、凝點(diǎn)和冷濾點(diǎn)等 油品的低溫流動(dòng)性與其化學(xué)組成有密切關(guān)系。油品的沸點(diǎn)愈高，特性因數(shù)愈大或含蠟量愈多，其傾點(diǎn)或凝點(diǎn)就愈高，低溫流動(dòng)性愈差。,（四）燃燒性能 油品的燃燒性能主要用閃點(diǎn)、燃點(diǎn)和自燃點(diǎn)等來描述 。 油品的沸點(diǎn)越低，其閃點(diǎn)和燃點(diǎn)越低，而自燃點(diǎn)越高。含烷烴多的油品，其自燃點(diǎn)低，但閃點(diǎn)高。 閃點(diǎn)、燃點(diǎn)和自燃點(diǎn)對(duì)油品的儲(chǔ)存、使用和安全生產(chǎn)都有重要意義，是油品安全保管、輸送的重要指標(biāo)，在儲(chǔ)運(yùn)過程中要避免接近火源與高溫。,（五）油品的熱性質(zhì) 比熱 ：油品的比熱隨密度增加而減小，隨溫度升高而增大。 氣化潛熱 ：汽油的氣化潛熱約為290315kJkg，煤油的為250270kJkg，柴油的為230250 kJ/kg，潤滑油的為190230kJkg。 焓 ：油品的焓與其化學(xué)組成有關(guān)。在相同溫度下，油品的密度越小，特性因數(shù)越大，其焓值越高。 燃燒熱：石油餾分的熱值隨其密度增大而下降，一般凈熱值約為4044MJkg。,（六）油品的其它物理性質(zhì) 折射率（折光率） ：在其它條件相同的情況下，烷烴的折射率最低，芳香烴的最高，烯烴和環(huán)烷烴的介于它們之間。對(duì)環(huán)烷和芳香烴，分子中環(huán)數(shù)愈多則折射率愈高。 含硫量 ：含硫量是指油品中含硫元素的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)。 膠質(zhì)、瀝青質(zhì)和蠟含量 殘?zhí)恐?： 殘?zhí)颗c油品的化學(xué)組成有關(guān)。生成焦炭的主要物質(zhì)是瀝青質(zhì)、膠質(zhì)和芳香烴，在芳香烴中又以稠環(huán)芳香烴的殘?zhí)孔罡摺?第二節(jié) 石油產(chǎn)品分類和石油產(chǎn)品的使用要求,一、石油產(chǎn)品的分類 石油產(chǎn)品分為燃料、溶劑和化工原料、潤滑劑和有關(guān)產(chǎn)品、蠟、瀝青、焦六大類 。,石油產(chǎn)品及潤滑劑總分類,（一）燃料,燃料的分組,潤滑劑 ：包括潤滑油和潤滑脂，主要用于降低機(jī)件之間的摩擦和防止磨損，以減少能耗和延長(zhǎng)機(jī)械壽命。 石油瀝青：用于道路、建筑及防水等方面 石油蠟 ：是輕工、化工和食品等工業(yè)部門的原料 。 石油焦 ：石油焦可用以制作煉鋁及煉鋼用電極等 溶劑和化工原料 ：包括制取乙烯的原料（輕油）以及石油芳烴和各種溶劑油。,二、石油燃料的使用要求 （一）車用汽油和柴油的使用要求 1車用汽油的使用要求 汽油是用作點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)燃料的石油輕質(zhì)餾分。對(duì)汽油的使用要求主要有： 在所有的工況下，具有足夠的揮發(fā)性以形成可燃混合氣。 燃燒平穩(wěn)，不產(chǎn)生爆震燃燒現(xiàn)象。 儲(chǔ)存安定性好，生成膠質(zhì)的傾向小。 對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)沒有腐蝕作用。 排出的污染物少。,（1）抗爆性 汽油機(jī)產(chǎn)生爆震的原因主要有兩個(gè)：一是與燃料性質(zhì)有關(guān)。如果燃料很容易氧化，形成的過氧化物不易分解，自燃點(diǎn)低，就很容易產(chǎn)生爆震現(xiàn)象。二是與發(fā)動(dòng)機(jī)工作條件有關(guān)。如果發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比過大，汽缸壁溫度過高，或操作不當(dāng)，都易引起爆震現(xiàn)象。 汽油的抗爆性用辛烷值表示。汽油的辛烷值越高，其抗爆性越好。辛烷值分馬達(dá)法和研究法兩種。在測(cè)定車用汽油的辛烷值時(shí)，人為選擇了兩種烴做標(biāo)準(zhǔn)物：一種是異辛烷（2，2，4三甲基戊烷），它的抗爆性好，規(guī)定其辛烷值為100；另一種是正庚烷，它的抗爆性差，規(guī)定其辛烷值為0。,提高汽油辛烷值的途徑有以下幾種： 改變汽油的化學(xué)組成，增加異構(gòu)烷烴和芳香烴的含量。 加入少量提高辛烷值的添加劑，即抗爆劑。 調(diào)入其它的高辛烷值組分，如含氧有機(jī)化合物醚類及醇類等。 在各類烴中，正構(gòu)烷烴的辛烷值最低，環(huán)烷、烯烴次之，高度分支的異構(gòu)烷烴和芳香烴的辛烷值最高。各族烴類的辛烷值隨分子量增大、沸點(diǎn)升高而減小。,（2）蒸發(fā)性 餾程和蒸氣壓是評(píng)價(jià)汽油蒸發(fā)性能的指標(biāo)。汽油的餾程用恩氏蒸餾裝置進(jìn)行測(cè)定。,汽油的初餾點(diǎn)和10%餾出溫度反映汽油的啟動(dòng)性能，此溫度過高，發(fā)動(dòng)機(jī)不易啟動(dòng)。50%餾出溫度反映發(fā)功機(jī)的加速性和平穩(wěn)性， 90%餾出溫度和干點(diǎn)反映汽油在氣缸中蒸發(fā)的完全程度 。,（3）安定性 汽油的安定性一般是指化學(xué)安定性，它表明汽油在儲(chǔ)存中抵抗氧化的能力。 使用安定性差的汽油，會(huì)嚴(yán)重破壞發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作。 改善汽油安定性的方法通常是在適當(dāng)精制的基礎(chǔ)上添加一些抗氧化添加劑。 實(shí)際膠質(zhì)含量越少、誘導(dǎo)期越長(zhǎng)，則汽油安定性越好。,（4）腐蝕性 汽油的腐蝕性說明汽油對(duì)金屬的腐蝕能力。 若汽油中含有一些非烴雜質(zhì)，如硫及含硫化合物、水溶性酸堿、有機(jī)酸等，都對(duì)金屬有腐蝕作用。 評(píng)定汽油腐蝕性的指標(biāo)有酸度、硫含量、銅片腐蝕、水溶性酸堿等。,2、柴油的使用要求 按照柴油機(jī)的類別，柴油分為輕柴油和重柴油。 由于使用條件的不同，對(duì)輕、重柴油制定了不同的標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)以輕柴油為例說明其質(zhì)量指標(biāo)。 輕柴油的主要質(zhì)量要求是： 具有良好的燃燒性能； 具有良好的低溫性能； 具有合適的黏度。,（1）燃燒性能 柴油的燃燒性能用柴油的抗爆性和蒸發(fā)性來衡量。 柴油的抗爆性用十六烷值表示。十六烷值高的柴油，表明其抗爆性好。在測(cè)定柴油的十六烷值時(shí)，人為地選擇了兩種標(biāo)準(zhǔn)物：一種是正十六烷，它的抗爆性好，將其十六烷值恒定為100；另一種是甲基萘，它的抗爆性差，將其十六烷值恒定為0。 柴油的抗爆性與所含烴類的自燃點(diǎn)有關(guān)，自燃點(diǎn)低不易發(fā)生爆震。在各類烴中，正構(gòu)烷烴的自燃點(diǎn)最低，十六烷值最高，烯烴、異構(gòu)烷烴和環(huán)烷烴居中，芳香烴的自燃點(diǎn)最高，十六烷值最低。所以含烷烴多、芳烴少的柴油的抗爆性能好。 柴油的蒸發(fā)性用餾程和殘?zhí)縼碓u(píng)定。,（2）低溫性能 國產(chǎn)柴油的低溫性能主要以凝固點(diǎn)（簡(jiǎn)稱凝點(diǎn)）來評(píng)定，并以此作為柴油的商品牌號(hào)，凝點(diǎn)低表示其低溫性能好。 從燃燒性能和低溫性能上看，柴油的理想組分是帶一個(gè)或兩個(gè)短烷基側(cè)鏈的長(zhǎng)鏈異構(gòu)烷烴，它們具有較低的凝點(diǎn)和足夠的十六烷值。 改善柴油低溫流動(dòng)性能的主要途徑有三種：脫蠟，柴油脫蠟成本高而且收率低，在特殊情況下才采用；調(diào)入二次加工柴油；向柴油中加入低溫流動(dòng)改進(jìn)劑，此種方法較經(jīng)濟(jì)且簡(jiǎn)便，因此采用較多。,（3）黏度 柴油的供油量、霧化狀態(tài)、燃燒情況和高壓油泵的潤滑等都與柴油黏度有關(guān)。 要求柴油的黏度在合適的范圍內(nèi)，一般輕柴油要求運(yùn)動(dòng)黏度為2.58.0mm2/s。 除了上述幾項(xiàng)質(zhì)量要求外，對(duì)柴油也有安定性、腐蝕性等方面的要求。,（三）其它石油產(chǎn)品使用要求 1石油瀝青 針入度 ：針入度表示石油瀝青的硬度，針入度越小表明瀝青越稠硬。 延度 ：延度表示瀝青在應(yīng)力作用下的稠性和流動(dòng)性，也表示它拉伸到斷裂前的伸展能力。延度大，表明瀝青的塑性變形性能好，不易出現(xiàn)裂紋，即使出現(xiàn)裂紋也容易自愈。 軟化點(diǎn) ：軟化點(diǎn)高，表示石油瀝青的耐熱性能好，受熱后不致迅速軟化，并在高溫下有較高的粘滯性。 抗老化性 ：要求瀝青有較好的抗老化性能，以延長(zhǎng)其使用壽命。,2石油蠟 按精制深度不同，石蠟分為粗石蠟、半精煉石蠟、全精煉石蠟三類。石蠟一般以熔點(diǎn)作為劃分牌號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)。 地蠟的主要用途之一是作潤滑脂的稠化劑。 地蠟也是制造電子