石油化学05-第3章-石油及油品的物理性质

1,第3章石油及油品的物理性质,本章的主要内容：1恩氏蒸馏和实沸点蒸馏2平均分子量及分子量测定3密度和相对密度4光学性质5粘度6热性质、电性质等,2,1恩氏蒸馏和实沸点蒸馏,石油及其产品是由许多分子大小不同的烃类与非烃类所组成的复杂混合物，它们的沸点不象单体化合物那样具有恒定值，而是随气化的过程在一定温度范围内逐步升高，这个沸点范围称为沸程。,1.1恩氏蒸馏,恩氏蒸馏是在石油产品馏程测定器中，按照规定的标准方法进行的简单蒸馏，国外又将此方法称为ASTM蒸馏或恩氏蒸馏。,1恩氏蒸馏和实沸点蒸馏,3,其测定过程如下:将100mL油品放入标准的蒸馏瓶中，按规定的加热速度进行加热。,1恩氏蒸馏和实沸点蒸馏,4,初馏点(InitialBoilingPoint，简称IBP)：馏出的第一滴冷凝液的气相温度。10%、20%90%馏出温度：馏出液达10ml、20ml、直至90ml时的气相温度。终馏点(EndPoint)或干点：气相温度所能达到的最高值。,根据测得的馏程数据，以气相馏出温度为纵坐标，以馏出体积百分数为横坐标作图即可得到某一油品的蒸馏曲线。,1恩氏蒸馏和实沸点蒸馏,5,图3-1-1大庆原油中汽油、喷气燃料、轻柴油馏分的恩氏蒸馏曲线,一般用蒸馏曲线的斜率来表示该油品的沸程的宽窄。斜率越小，表示沸程越窄。,1恩氏蒸馏和实沸点蒸馏,6,一般常用平均沸点来表征其气化性能。油品平均沸点的定义如下：,体积平均沸点tv（）：,质量平均沸点tw（）：,1恩氏蒸馏和实沸点蒸馏,7,立方平均沸点Tcu（K）：,实分子平均沸点tm（）：,中平均沸点tme（）：,1恩氏蒸馏和实沸点蒸馏,8,1.2实沸点蒸馏,实沸点蒸馏(TrueBoiling-PointDistillation，TBP)又称真沸点蒸馏，是一种评价原油的蒸馏方法。,测定装置：相当于1418块理论板数的填充精馏柱的精馏装置。,1恩氏蒸馏和实沸点蒸馏,9,实沸点蒸馏测定过程：第一步常压蒸馏，切取从初馏点到200的各个馏分。第二步在残压为1.33KPa左右进行的减压蒸馏，切取200395的各个馏分。第三步在残压为0.27KPa下不用精馏柱的减压蒸馏，切取395500的各个馏分，釜底的残液为500以上的减压渣油。,将蒸馏过程中的气相馏出温度与相应的馏出物累计质量收率(m%)作图，即可得到实沸点蒸馏曲线。,1恩氏蒸馏和实沸点蒸馏,10,图3-1-2原油实沸点蒸馏曲线,1恩氏蒸馏和实沸点蒸馏,11,2平均分子量及分子量测定,石油的分子量是进行炼油设计、关联石油物性、研究石油的化学组成中所必不可少的基础数据。由于石油及其产品是由许多分子大小不同的化合物所组成的复杂混合物，而各种合物的分子量又各不相同，其范围也很宽，所以只能用平均分子量来表示。,2.1平均分子量的定义,由于石油及其产品是一种多分散体系，用不同的统计方法可以得到不同定义的平均分子量。,2平均分子量及分子量测定,12,(1)数均分子量,2平均分子量及分子量测定,13,(2)重均分子量,2平均分子量及分子量测定,14,2.2数均分子量的测定方法,2平均分子量及分子量测定,15,（1）冰点下降法,从物理化学中我们可以知道，在溶剂中加入少量的溶质后的溶液，其冰点要比纯溶剂低，冰点下降的数值Tf除了与溶剂的性质有关外，还与溶液的浓度有关，关系式如下：TfKf()KfmB,Kf溶剂的冰点降低常数WB溶质的质量(g)WA溶剂的质量(g)MB溶质的分子量mB溶液的质量摩尔浓度(mol/Kg溶剂),2平均分子量及分子量测定,16,通过测定冰点下降值Tf来测定样品(溶质)的分子量MB。此法常用的溶剂是苯，其Kf5.12/质量摩尔浓度。由于苯的冰点较低，为5.5，所以此法仅适用于测定轻质油品的分子量，对于较重的油品或含蜡的油品在低温下不仅溶解性差，而且还会有蜡结晶析出。如若用萘作溶剂，因其冰点较高，为80.3,可应用于较重的油品，其Kf7.0/质量摩尔浓度。,2平均分子量及分子量测定,17,（2）沸点上升法,此方法的基本原理是：由于不挥发的溶质的存在使溶液的蒸气压比纯溶剂的要低，从而导致溶液的沸点升高，这个沸点的升高值Tb除了与溶剂的性质有关外，还取决于溶液的浓度，它们之间的定量关系如下：TBKB()KBmB,KB溶剂的沸点上升系数WB溶质的质量(g)WA溶剂的质量(g)MB溶质的分子量mB溶液的质量摩尔浓度(mol/Kg溶剂),2平均分子量及分子量测定,18,蒸气压渗透法又称气相渗透法，更确切地说应称为蒸气压平衡法，其基本原理与沸点升高法相似，也是利用了溶液的依数性，即利用不挥发性溶质的存在使溶液的蒸气压低于纯溶剂这个性质，它与沸点上升法不同之处在于VPO法并不是在沸腾状态下测定，而是在低于沸点的情况下测定的。由于较小的蒸气压下降值很难测定，为此在专门的仪器上将这个差值转化成电阻的差值进而度量由此产生的电位差。,（3）蒸气压渗透法(VaporPressureOsmometry),2平均分子量及分子量测定,19,VPO法分子量测定仪基本原理见图,在恒温、密闭、充有溶剂饱和蒸气的测量室中(温度T0，溶剂的饱和蒸气压P0)，放入A、B两个匹配的热敏电阻，这两个热敏电阻连于惠斯通电桥作为两个桥臂，以精确测量两者间的温差。,2平均分子量及分子量测定,20,当A、B的表面均挂上溶剂液滴时，两者的温度是相等的，温差为零。如果其中一个热敏电阻(如A)挂上的是溶液时，那么由于在温度T0下溶液的蒸气压(P0-P)低于纯溶剂的饱和蒸气压P0，溶剂蒸气分子便会从饱和蒸气相扩散凝聚到A的溶液液滴上，这样溶剂蒸气凝聚时所放出的热量便会使溶液液滴的温度升高到T0+T，与此同时，溶液液滴的蒸气压也相应提高到P0，溶液在T0+T下的蒸气压与T0下溶剂的蒸气压相等，此时不再有溶剂蒸气在A上凝聚，温度不再上升。由此产生的A、B两者之间的温差T是由溶液液滴的浓度决定的。,2平均分子量及分子量测定,21,TKmm,K仪器常数m溶液中溶质的摩尔分率n1、n2溶剂和溶质的摩尔数,2平均分子量及分子量测定,22,2.3石油馏分平均分子量的近似计算方法,石油馏分的平均分子量还可以有一些经验公式进行计算，常用的经验公式有：,式中：t石油馏分的实分子平均沸点()a,b,c随馏分的特性因数K不同而变化的参数,T油品中平均沸点,2平均分子量及分子量测定,23,表3-2-1计算分子量经验公式中的常数与特性因数的关系,当实分子平均沸点相同时，K值越大时，其平均分子量也越大。,2平均分子量及分子量测定,24,针对我国原油提出了如下的计算平均分子量的经验公式：,Mn184.52.295T-0.2332KT1.32910-5(KT)2-0.62217T,式中：T馏分的中平均沸点()K馏分的特性因数馏分油在20时的密度，g/cm3,2平均分子量及分子量测定,25,2.4石油及其馏分的数均分子量,图3-2-3几种原油馏分的分子量分布,2平均分子量及