石油煉制工程-4質(zhì)量要求

1第四章石油產(chǎn)品的質(zhì)量要求2

從石油中能得到上千種產(chǎn)品，我國現(xiàn)將石油產(chǎn)品分為以下六大類：

（1）燃料包括汽油、柴油、噴氣燃料（航空煤油）等發(fā)動機燃料以及燈用煤油、燃料油等。燃料的數(shù)量約占石油產(chǎn)品的80％，其中發(fā)動機燃料占60%；柴油和汽油的比例為2：1，而實際消費的比例在2.2：1。

（2）潤滑劑和有關產(chǎn)品包括潤滑油和潤滑脂，主要用于降低機械部件的摩擦和防止磨損，以減少能耗、延長機械壽命。產(chǎn)量不多，僅占石油產(chǎn)品總量的2％左右，但品種達數(shù)百種之多。3

（3）石油瀝青用于道路、建筑和防水等方面，產(chǎn)量約占石油產(chǎn)品總量的3％。

（4）石油蠟是輕工、化工和食品工業(yè)的原料，產(chǎn)量約占總量的1％。（5）石油焦用于制造煉鋁和煉鋼用電極，其產(chǎn)量約為2％。（6）溶劑和化工原料占石油產(chǎn)品產(chǎn)量的10％，包括制取乙烯的原料－輕油、石油芳烴和各種溶劑油。4

汽油機又稱點燃式發(fā)動機，主要用于輕型汽車、摩托車、小型飛機和快艇。一、汽油機的工作原理§4.1汽油1、汽油機的構(gòu)造及工作原理??5上止點和下止點：壓縮比：V1/V2，表征發(fā)動機性能的重要指標；沖程：從上止點到下止點的直線距離。6沖程1：進氣過程混合氣溫度：85～130℃沖程2：壓縮過程混合氣溫度：300～450℃

混合氣壓力：0.7～1.5MPa沖程3：點火燃燒（作功過程）氣體最高溫度：2000～2500℃氣體最高壓力：3.0～4.0MPa沖程4：排氣過程廢氣溫度：700～800℃7一、汽油機的工作原理§4.1汽油2、汽油機對燃料的使用要求①所有工況下，具有足夠揮發(fā)性以形成可燃混合氣；②燃燒平穩(wěn)，不產(chǎn)生爆震燃燒現(xiàn)象；③儲存安定性好，生成膠質(zhì)的傾向?。虎軐Πl(fā)動機沒有腐蝕作用；⑤排出的污染物少。8

二、汽油的蒸發(fā)性

??反映蒸發(fā)性的主要指標是餾程和飽和蒸汽壓。

（2）50％餾出溫度表示汽油的平均蒸發(fā)性能，對汽油機的加速性能有影響，我國要求≤120℃。

1、餾程（1）10％餾出溫度表示汽油中所含低沸點餾分的多少，決定汽油機的啟動難易程度，我國要求≤70℃。9

（3）90％餾出溫度和干點表示汽油中所含重餾分的多少，我國要求90％餾出溫度≤190℃，干點≤205℃

。

2、飽和蒸汽壓雷德蒸汽壓（RVP)：GB257，燃料氣：液＝4：1，38℃。衡量汽油產(chǎn)生氣阻、儲存運輸中的損耗指標。車用汽油：秋冬季：RVP≯80～88kPa

春夏季：RVP≯67～74kPa10

三、汽油的安定性反映汽油在常溫、液相條件下抵抗氧化的能力。

1、安定性與化學組成的關系汽油中的不飽和烴是導致性質(zhì)不安定的主要原因，易發(fā)生氧化和疊合反應，生成膠質(zhì)。

產(chǎn)生膠質(zhì)的傾向：鏈烯烴<環(huán)烯烴<二烯烴

含硫化合物，如硫酚和硫醇，促進膠質(zhì)的生成；

含氮化合物，導致膠質(zhì)的生成；汽油在空氣中變紅變深，產(chǎn)生沉淀。112、影響安定性的外界因素（1）溫度：每升高10℃，膠質(zhì)生成速度快2.5倍；（2）金屬的催化作用；（3）與空氣的接觸面積。3、評定安定性的指標（1）碘值

100g汽油所消耗的碘的克數(shù)。（2）實際膠質(zhì)

150℃的熱空氣吹過100ml汽油表面蒸發(fā)至干所留下的棕色或黃色殘余物的mg數(shù)。12

（3）誘導期一定量的油樣放入標準鋼筒中，充入氧氣0.7MPa，放入100℃的水中，至氧壓明顯下降所經(jīng)歷的時間，以分鐘表示。4、改善汽油安定性的方法精制除去不飽和烴和非烴化合物；加入適量的抗氧化劑和金屬鈍化劑。13

四、汽油的抗爆性衡量燃料是否易于發(fā)生爆震燃燒的性質(zhì)。

1、爆震燃燒（1）現(xiàn)象14

（2）危害增大氣缸的熱損失，降低輸出功率10％；發(fā)動機過熱，機件磨損；燃料消耗增加，冒黑煙。（3）原因發(fā)動機的結(jié)構(gòu)和工作條件；燃料質(zhì)量。15

2、反映汽油抗爆性的指標－辛烷值（1）辛烷值（OctaneNumber,ON）是在標準的試驗用可變壓縮比單缸汽油發(fā)動機中，將待測試樣與標準燃料試樣進行對比試驗測得的。標準燃料正庚烷ON=0異辛烷（2，2，4－三甲基戊烷）ON＝10016

（2）測定方法馬達法（MON):900r/min，冷卻水100℃，混合氣150℃；研究法（RON):600r/min，冷卻水100℃，混合氣溫度不計。

RON>MON

（3）道路辛烷值用汽車實測或全功率試驗臺上模擬汽車在公路上行駛的條件測定的，數(shù)值介于RON和MON之間。17

（4）抗爆指數(shù)ONIONI＝（MON+RON)/2

（5）品度對航空汽油，還規(guī)定了用增壓航空法測定在富混合氣條件下的抗爆性，稱為品度。品度是汽油在富混合氣條件下，不發(fā)生爆震燃燒所發(fā)生的最大功率與用異辛烷（品度為100）工作所發(fā)出的最大功率之比。183、抗爆性與燃料組成的關系

分子量相近時，辛烷值的高低有如下規(guī)律：芳香烴>異構(gòu)烷烴和異構(gòu)烯烴>正構(gòu)烯烴和環(huán)烷烴>正構(gòu)烷烴；19烴類RONMON烷烴正戊烷62622－甲基丁烷92902，2－二甲基丙烷8580正己烷25262－甲基戊烷73732，2－二甲基丁烷9293正庚烷002－甲基己烷42462，2－二甲基戊烷93962，2，3－三甲基丁烷>100>100烷烴分子的碳鏈上分枝越多、排列越緊湊，抗爆性越好；20烴類RONMON烯烴1－己烯76632－己烯93814－甲基－2－戊烯99841－辛烯29352－辛烯56563－辛烯72682，2，4－三甲基－1－戊烯>10086烯烴比同碳數(shù)直鏈烷烴好，雙鍵越接近中間，抗爆性越好；21烴類RONMON環(huán)烷烴環(huán)戊烷-85甲基環(huán)戊烷9180乙基環(huán)戊烷6761正丙基環(huán)戊烷3128異丙基環(huán)戊烷8176環(huán)己烷8377甲基環(huán)己烷7571乙基環(huán)己烷4641正丙基環(huán)己烷1814環(huán)烷烴比同碳數(shù)的正構(gòu)烷烴好得多，但比異構(gòu)烷烴的差；如環(huán)上帶側(cè)鏈則抗爆性變差，鏈越長，辛烷值越低，側(cè)鏈有分枝，改善；22烴類RONMON芳香烴苯>100>100甲苯>100>100二甲苯>100>100乙苯>10098正丙苯>10098異丙苯>100991，3，5－三甲基苯>100>100芳烴的抗爆性最好，帶側(cè)鏈稍差，其辛烷值隨側(cè)鏈的加長而降低。234、改善汽油抗爆性的方法調(diào)和高辛烷值的催化裂化汽油或催化重整汽油；調(diào)和高辛烷值組分，如烷基化油、MTBE、TAME；加入抗爆劑，如四乙基鉛（TEL）。MTBE的性質(zhì)辛烷值高，RON=118，MON＝101；無毒，穩(wěn)定性好；加入后不改變汽油的性質(zhì)；可以改善汽油的餾程；可以減少NO、CO的排放。245、壓縮比與爆震燃燒的關系汽油機的壓縮比越大，所需汽油辛烷值越高；1920s，壓縮比只有4～5，現(xiàn)已達8～10，相應的辛烷值也從80提高到90甚至97。車型壓縮比RON油耗，L/100km標致5048.09011.0北京2138.29011.0桑塔納8.5939.0奧迪10010.0978.725

六、汽油的品種與牌號

用途航空汽油：按辛烷值/品度分為100/130、95/130、75車用汽油車用汽油：按RON分為90、93、95含鉛汽油：按RON分為90、93、97

五、汽油的腐蝕性影響汽油腐蝕性的物質(zhì)：（1）硫及含硫化合物；（2）有機酸主要是環(huán)烷酸；（3）水溶性酸堿。26無鉛汽油標準（2000.7.1）抗爆性:研究法辛烷值（RON）不小于909395GB/T5487抗爆指數(shù)（RON+MON）/2不小于858890GB/T503，GB/T5487鉛含量,g/l不大于0.005GB/T8020餾程:10%蒸發(fā)溫度,℃不高于7050%蒸發(fā)溫度,℃不高于120GB/T653690%蒸發(fā)溫度,℃不高于90終餾點,℃不高于205殘留量,%（V/V）不大于2蒸氣壓,kpa從9月16日至3月15日不大于88GB/T8017從3月16日至9月15日不大于7427實際膠質(zhì),mg/100ml不大于5GB/T8019誘導期,min不小于480GB/T8018硫含量,%（m/m）

不大于0.10GB/T3807硫醇（滿足下列要求之一）:博士試驗通過硫醇硫含量,%（m/m）不大于0.001GB/T1792銅片腐蝕（50℃,3h）,級不大于1GB/T5096水溶性酸或堿無GB/T259機械雜質(zhì)及水分無目測苯含量,%（V/V）

不大于2.5芳烴含量,%（V/V）

不大于40GB/T11132烯烴含量,%（V/V）

不大于35GB/T1113228

七、醇類汽油機燃料

在各種可以替代汽油的各種物質(zhì)中，甲醇和乙醇是最有希望的燃料，它們可從天然氣、煤或植物中轉(zhuǎn)化而來。

1、優(yōu)點（1）辛烷值高，甲醇114/95，乙醇111/94;

（2）不易積碳、冒黑煙，發(fā)動機清潔；（3）污染物排放少，對保護環(huán)境有利。2、缺點（1）熱值比汽油小很多，摻入量≯

15％；（2）沸點低，易揮發(fā)，易產(chǎn)生氣阻；（3）醇類對金屬有一定的腐蝕性；（4）有毒性。29第二節(jié)柴油柴油是柴油機（又稱壓燃式發(fā)動機）的燃料，根據(jù)柴油機轉(zhuǎn)速的不同，使用不同類型的柴油：轉(zhuǎn)速>1000rpm:輕柴油轉(zhuǎn)速500～1000rpm：重柴油

30

一、柴油機的工作原理柴油機又稱壓燃式發(fā)動機，主要用于農(nóng)用機械、重型車輛、鐵路機車、船舶、工程和礦山機械。

1、柴油機的工作原理??工作循環(huán)和汽油機基本一樣，也有進氣、壓縮、膨脹和排氣四個過程。31

主要差別：??（1）壓縮比不同

柴油機約為16～20，壓縮后氣體的溫度、壓力比較高。

500～700℃，壓力3～5MPa

（汽油機：300～450℃，壓力0.7～1.5MPa）

（2）點燃方式不同柴油是自燃發(fā)火（自燃點200～250℃）汽油是電火花點火32

（3）熱效率不同柴油機的熱效率高于汽油機，功率相同時可節(jié)省燃料20～30％。2、柴油機對燃料的使用要求具有良好的霧化、蒸發(fā)和燃燒性能；良好的燃料供給性能；對發(fā)動機沒有腐蝕和磨損作用；良好的儲存和熱安定性。33

二、柴油的燃燒性柴油的燃燒性好是指噴入燃燒室內(nèi)與高溫空氣形成可燃混合氣后，能在較短的時間內(nèi)發(fā)火自燃并完全燃燒。1、柴油機內(nèi)燃料的燃燒過程分為四個階段：滯燃期、急燃期、緩燃期、后燃期。3435滯燃期（發(fā)火延遲期）：A-B,從噴油開始到混合氣開始著火燃燒之間的時間，1～3ms。物理延遲：噴油、霧化、受熱、蒸發(fā)、擴散成可燃氣；化學延遲：燃料受熱開始氧化鏈反應，生成過氧化物，達一定濃度便自燃。36急燃期：B-C，開始燃燒，速度極快，到壓力不再急劇增加的階段；緩燃期:C-D，主要階段，50～60%燃料在這段燃燒，壓力不再急劇升高，到壓力開始下降。后燃期：D-E，壓力迅速下降到燃燒結(jié)束。37??汽油自燃點不能太低，不能易燃；??柴油自燃點不能太高，要易燃。38

2、柴油發(fā)火性能的評定指標―十六烷值柴油的十六烷值（CetaneNumber,CN)也是在標準的試驗用柴油機中測定的。標準燃料－甲基萘CN=0七甲基壬烷CN=15

正十六烷CN＝10039十六烷值低，則燃料發(fā)火困難，滯燃期長，發(fā)動機工作狀態(tài)粗暴；十六烷值高，發(fā)火性能好，滯燃期短，燃燒均勻，發(fā)動機工作平穩(wěn)；十六烷值過高，局部燃燒不完全，冒黑煙。高速柴油機：40～60

中速柴油機：30～35

低速柴油機：<2540

3、十六烷值與化學組成的關系各種烴類的十六烷值顯著不同，大體規(guī)律如下：正構(gòu)烷烴十六烷值最高，分子量大CN高；異構(gòu)烷烴的CN低于正構(gòu)烷烴；正構(gòu)稀烴CN較高；環(huán)烷烴CN低；芳烴CN最低。414243

三、柴油的蒸發(fā)性

1、蒸發(fā)性對柴油機工作的影響柴油機內(nèi)可燃性混合氣的形成速度主要由柴油的蒸發(fā)速度決定；蒸發(fā)速度由燃燒室內(nèi)空氣的溫度和餾分輕重決定；44柴油餾分越輕，蒸發(fā)速度越快；柴油餾分過重，蒸發(fā)慢，燃燒不完全，功率下降，油耗增加；餾分過輕，蒸發(fā)太快導致氣缸內(nèi)壓力急劇上升，發(fā)動機工作不穩(wěn)定。45

2、評定指標

（2）90％及95％餾出溫度表示柴油所含重餾分的多少，我國要求前者≯355℃，后者≯365℃。

1、餾程（1）50％餾出溫度表示柴油中所含輕餾分的多少，決定柴油機的啟動難易程度，我國要求≯300℃。462、閃點為了控制柴油的蒸發(fā)性不致過強，規(guī)定了柴油的閃點：－35號和－50號輕柴油閃點不低于45℃

－20號閃點不低于50℃

其余牌號閃點不低于55℃

柴油的閃點也是保證安全性的指標。47

四、柴油的流動性1、粘度柴油的粘度影響供油量的大小和霧化性能的好壞。粘度過小或過大，都會影響形成均勻的混合氣，造成燃燒不完全。粘度大小與化學組成有關。482、低溫流動性柴油的低溫流動性關系到發(fā)動機供油情況、儲存和運輸。（1）凝點（2）冷濾點低溫流動性與化學組成有關，正構(gòu)烷烴的含量越高，低溫流動性越差。49

第三節(jié)噴氣燃料（航空煤油)點燃式發(fā)動機：飛行高度低于10000m,

飛行速度低于900km/hr噴氣式發(fā)動機：飛行高度超過20000m,

飛行速度超過2馬赫，1馬赫＝1190km/hr50

一、噴氣發(fā)動機的工作過程

1、噴氣發(fā)動機的構(gòu)造和工作過程51

噴氣發(fā)動機與活塞發(fā)動機的區(qū)別：（1）噴氣發(fā)動機中燃料與空氣同時連續(xù)進入燃燒室，點燃后燃燒過程連續(xù)進行；而活塞發(fā)動機的燃料供給和燃燒是周期性的；（2）噴氣發(fā)動機中燃燒是在高速氣流中進行，而活塞發(fā)動機燃料的燃燒是在密閉的空間進行。52脈沖式噴氣飛機53

2、噴氣發(fā)動機對燃料的要求?噴氣發(fā)動機的能量轉(zhuǎn)化過程是在高空飛行條件下，對燃料的質(zhì)量要求非常嚴格：(1)良好的燃燒性能；(2)適當?shù)恼舭l(fā)性；(3)較高的熱值和密度；(4)良好的安定性；(5)良好的低溫性能；(6)無腐蝕性；(7)良好的潔凈性；(8)較小的起電性；(9)適當?shù)臐櫥浴?4

二、噴氣燃料的燃燒性能

1、燃料的起動性、燃燒穩(wěn)定性及燃燒完全度燃料起動性：在較低壓力（0.01～0.02MPa）、較低溫度（－55℃

）下易形成可燃混合氣并順利點燃。取決于燃料的自燃點、著火延滯期、燃燒極限、燃料蒸發(fā)性能和粘度等。55?噴氣燃料燃燒時，最基本的要求首先是易于啟動和燃燒穩(wěn)定，其次是要求燃燒要完全。

燃燒穩(wěn)定性：連續(xù)穩(wěn)定的燃燒，與燃料的烴類組成及餾分輕重有關。烷烴與環(huán)烷烴是較理想的組分，理想的餾分是煤油餾分。燃燒完全度：單位質(zhì)量的燃料燃燒時實際發(fā)出的熱量占燃料凈熱值的百分率，直接影響動力性能、航程遠近和經(jīng)濟性能。受燃料的粘度、蒸發(fā)性和化學組成的影響。

56各種烴類燃燒完全度的大小順序是：正構(gòu)烷烴>異構(gòu)烷烴>單環(huán)環(huán)烷烴>雙環(huán)環(huán)烷烴>單環(huán)芳烴>雙環(huán)芳烴噴氣燃料中芳烴的體積分數(shù)不能大于20％572、積炭的傾向積炭的傾向取決于燃燒室的構(gòu)造、發(fā)動機的工作條件和燃料性質(zhì)，特別是化學組成。各種烴類在燃燒室中生成積炭的比較試驗時間（１５分鐘）烴類積炭，克正庚烷很少異辛烷很少環(huán)己烷0.45苯1.64甲基萘2.7958

表征積炭傾向的指標是：萘系烴的含量、煙點和輝光值。煙點：又稱無煙火焰高度，是指油料在標準燈具中作點燈試驗所能達到的無煙火焰的最大高度，單位mm，指標≮25mm。593、熱值和密度噴氣燃料的熱值有質(zhì)量熱值（kJ/kg）、體積熱值（kJ/dm3）。質(zhì)量熱值大，發(fā)動機的推力就大，耗油率低；該熱值與H/C有關。體積熱值大，可以延長航程；它與密度有關。

H/C:烷烴>環(huán)烷烴>芳烴，密度則相反。兼顧質(zhì)量熱值和體積熱值，環(huán)烷烴是理想組分。60C10烴類的密度、重量熱值和體積熱值烴類相對密度重量熱值kJ/kg體積熱值kJ/dm3正庚烷0.72994425432300丁基環(huán)己烷0.79924343834716丁基苯0.8646415043588461

三、噴氣燃料的安定性

1、儲存安定性

噴氣燃料在儲存過程中易起變化的指標有膠質(zhì)、酸度和顏色等。膠質(zhì)和酸度的變化受少量不安定組分如烯烴、帶不飽和側(cè)鏈的芳烴和非烴的影響。溫度、空氣、金屬和水分，都能促進噴氣燃料的變質(zhì)。622、熱安定性飛機在超音速飛行時，油箱溫度達100℃以上；燃料中的不安定組分容易氧化生成膠質(zhì)和沉淀。燃料中的芳烴、膠質(zhì)和含硫化合物會使熱安定性明顯變差。63

四、噴氣燃料的低溫性能

是指在低溫下燃料在飛機燃料系統(tǒng)中能否順利泵送和過濾的性能，用結(jié)晶點或冰點來表示。不同烴類的結(jié)晶點相差懸殊，分子量較大的正構(gòu)烷烴及某些芳烴的結(jié)晶點較高，而環(huán)烷烴和烯烴的較低。燃料中如果含有水分，在低溫下會形成冰晶，造成過濾器堵塞，影響供油。水在不同烴類中的溶解度是不同的。64水在各種烴類中的溶解度烴類溫度，℃溶解度，％正戊烷250.011正庚烷250.015苯220.066甲苯220.052二甲苯220.03865

六、噴氣燃料的潔凈度

??由于噴氣發(fā)動機的精密度很高，即使較細的顆粒也會造成故障，對燃料的潔凈度要求較高，影響潔凈度的有水分、表面活性物質(zhì)、固體物質(zhì)及微生物。水分除了對燃料的腐蝕性和低溫性能產(chǎn)生不良影響，還會破壞燃料在系統(tǒng)部件中所起的潤滑作用，并導致絮狀物的生成和微生物的滋長。燃料中游離水的含量低于30ppm。66

表面活性物質(zhì)會增強油水乳化，使油中的水分不易分離，并促使一些細微雜質(zhì)聚集在過濾器表面，大大縮短過濾器的使用周期。固體物質(zhì)主要是腐蝕產(chǎn)生的氧化鐵和塵土等。67

七、噴氣燃料的起電性

機場采用高速加油，4m3/min,燃料與管路的摩擦會產(chǎn)生大量的靜電，如遇可燃氣，就會爆炸起火。燃料的導電率會影響靜電荷的積累，導電率大的燃料靜電荷消失快。質(zhì)量標準中要求電導率為50～450Ps/m。68

八、噴氣燃料的品種和牌號噴氣燃料（生產(chǎn)方法分類）二次加工噴氣燃料直餾噴氣燃料噴氣燃料（餾分分類）煤油型：140～280℃重煤油型：密度>0.83g/cm3寬餾分型：60～280℃－亞音速超音速69噴氣燃料的牌號RP-3:較重煤油型，180～280℃，結(jié)晶點不高于－47℃；RP-4:寬餾分型，60～280℃，結(jié)晶點不高于－40℃；RP-1:煤油型，150～250℃，結(jié)晶點不高于－60℃；RP-2:煤油型，150～250℃，結(jié)晶點不高于－50℃；707172第四節(jié)煤油煤油是原油180～310℃的直餾餾分油，主要用于照明、炊事燃料、魚雷燃料和醫(yī)藥、油漆溶劑，其中以燈用煤油量最大。

一、燈用煤油的使用性能燈用煤油是用燈芯吸油進行燃燒，要求吸油通暢、不結(jié)燈花、有亮度、不冒黑煙、無臭味、使用安全。73