石油的化学组成与物理性质课件

1、石油的化学组成与物理性质(Physical Properties of Petroleum) Crude Oil Distillation Fractions Products (Gasoline, Diesel, Lube base oil etc.)石油的化学组成与物理性质石油的化学组成石油的化学组成石油的物理性质石油的物理性质石油的加工特性石油的加工特性与产品的使用性能与产品的使用性能Micro-structureMacro-properties石油的化学组成与物理性质第一节第一节 前言前言一、研究石油物性的重要性一、研究石油物性的重要性 决定加工过程、产品质量、装置设计的关键性指标决定

2、加工过程、产品质量、装置设计的关键性指标二、物性研究的发展趋势二、物性研究的发展趋势 准确性高、更具理论根据的状态方程准确性高、更具理论根据的状态方程 基于更精确的结构分析结果，解决广泛的物性估算基于更精确的结构分析结果，解决广泛的物性估算三、物性研究的方法三、物性研究的方法 测定测定 经验关联式经验关联式 模型计算模型计算理论与实验值的结合理论与实验值的结合石油的化学组成与物理性质四、物性与化学组成的关系四、物性与化学组成的关系1、纯物质、纯物质 结构和化学组成均反映在基础物性上，物性为定值结构和化学组成均反映在基础物性上，物性为定值。2、混合物、混合物 物性取决于：组成和结构物性取决于：组

3、成和结构 可加和性可加和性分子可加分子可加 体积可加体积可加不可和加不可和加实测和估算实测和估算确定组成确定组成不确定组成不确定组成测定性质测定性质“平均平均”石油的化学组成与物理性质五、主要内容：五、主要内容： 石油物性的概念、测试方法、预测方法石油物性的概念、测试方法、预测方法 石油加工与物性变化石油加工与物性变化六、学习与考试方式，参考材料六、学习与考试方式，参考材料 石油的化学组成与物理性质第二节第二节 石油及产品的化学组成石油及产品的化学组成石油的化学组成与物理性质原油原油电化学脱水脱盐电化学脱水脱盐常常 减减 压压 蒸蒸 馏馏汽油馏分汽油馏分异构化异构化汽油调和组分汽油调和组分航煤

4、馏分航煤馏分柴油馏分柴油馏分催化重整催化重整高辛烷值汽油或芳烃高辛烷值汽油或芳烃精制与脱蜡精制与脱蜡航空煤油航空煤油液体石蜡液体石蜡加氢或化学精制加氢或化学精制柴油调和组分柴油调和组分常压渣油常压渣油减减 压压 蒸蒸 馏馏减压馏分油减压馏分油减压渣油减压渣油催化裂化催化裂化加氢裂化加氢裂化润滑油生产润滑油生产脱沥青脱沥青延迟焦化延迟焦化催化裂化汽柴油催化裂化汽柴油气体气体汽煤柴油汽煤柴油润滑油基础油润滑油基础油石蜡石蜡脱沥青油脱沥青油沥青沥青焦化汽油、柴油、蜡油焦化汽油、柴油、蜡油焦炭焦炭石油的化学组成与物理性质 元素组成：元素组成：C、H、O、S、N、微量元素、微量元素石油的化学组成石油的化

5、学组成 烃类组成：烷烃、环烷烃、芳香烃烃类组成：烷烃、环烷烃、芳香烃 非烃类组成：含非烃类组成：含S、N、O化合物化合物 单体烃单体烃: 用于石油气及低沸点石油组分用于石油气及低沸点石油组分烃类组成烃类组成 族组成族组成: 仪器气相色谱（仪器气相色谱（GC） 轻馏分轻馏分 填充柱冲洗填充柱冲洗 中间馏分和重馏分中间馏分和重馏分 结构族组成结构族组成 : 一般用易测的物理性质关联一般用易测的物理性质关联 如如n-d-m法，法，BL法法石油的化学组成与物理性质化学组成化学组成物理性质物理性质如何影响？如何影响？分子间作用！分子间作用！分子间距分子间距分子极性分子极性分子空间结构和极性基团分子空间结

6、构和极性基团石油的化学组成与物理性质第三节第三节 石油及其产品的物理性质石油及其产品的物理性质重量特性重量特性蒸发特性蒸发特性流动特性流动特性燃烧特性燃烧特性组成结构对这组成结构对这些特性的影响些特性的影响石油的化学组成与物理性质1、密度和相对密度、密度和相对密度 比重指数：比重指数： 影响油品密度的因素影响油品密度的因素 油品的馏分组成、化学组成、温度和压力等油品的馏分组成、化学组成、温度和压力等 重量特性重量特性分子结构与体积分子结构与体积石油的化学组成与物理性质A、油品密度与馏分组成和化学组成的关系、油品密度与馏分组成和化学组成的关系 相同碳数烃类，烷烃的密度最小，芳烃的密度最大相同碳数

7、烃类，烷烃的密度最小，芳烃的密度最大 同一原油，馏分油沸点升高和分子量增大，同一原油，馏分油沸点升高和分子量增大， 密度随之变大密度随之变大 不同原油，相同馏分油的密度相差很大不同原油，相同馏分油的密度相差很大重量特性重量特性石油的化学组成与物理性质六六 碳碳 八八 碳碳 九九 碳碳 名称名称 20名称名称 20名称名称 203甲基戊烷甲基戊烷0.66422甲基庚烷甲基庚烷0.7000正壬烷正壬烷0.7719正己烷正己烷0.65722,2,4-三甲基戊烷三甲基戊烷0.7033正丙基环己烷正丙基环己烷0.7933己烯己烯10.6740正辛烷正辛烷0.7037正丙苯正丙苯0.8613甲基环戊烷甲基

8、环戊烷0.7503辛烯辛烯-10.7193 环己烷环己烷0.7780乙基环己烷乙基环己烷0.7908 -甲基苯乙烯甲基苯乙烯0.9110苯苯0.8774邻二甲苯邻二甲苯0.8847 烷烃、环烷烃、芳烃密度比较烷烃、环烷烃、芳烃密度比较石油的化学组成与物理性质序序 号号 馏分沸点范围，馏分沸点范围， 馏馏 份份 油油 密密 度度 大庆原油大庆原油羊三木原油羊三木原油12002500.80390.863022503000.81670.890033003500.82830.910043504000.83680.932054004500.85740.943364505000.87230.9482不同原

9、油、不同馏分密度比较不同原油、不同馏分密度比较石油的化学组成与物理性质油品油品相对密度相对密度比重指数比重指数原油原油0.65 1.0686 2汽油汽油0.70 0.7770 52煤油煤油0.75 0.8357 39柴油柴油0.82 0.8741 31润滑油润滑油0.85环烷烃环烷烃芳烃芳烃石油馏分石油馏分富含烷烃的馏分富含烷烃的馏分K值为值为12.513.0, 富含芳香烃的馏分富含芳香烃的馏分K值为值为1011。原油原油:大庆原油大庆原油K12.5，胜利原油胜利原油K12.1。名 称相对密度，特性因数，K正庚烷0.68412.772甲基己烷0.678912.71甲基环己烷0.76911.35

10、苯0.8799.7甲苯0.86710.03邻二甲苯0.880210.2用途用途：了解化学性质、原油分类、确定原油加工方案等：了解化学性质、原油分类、确定原油加工方案等来源来源：直接查图，或由其它物性通过关联式得到。：直接查图，或由其它物性通过关联式得到。石油的化学组成与物理性质 3、平均平均分子质量分子质量 油品是烃类混合物，其分子质量是各组分分子质量的加权平均油品是烃类混合物，其分子质量是各组分分子质量的加权平均值。值。 石油馏分的平均分子质量随沸点的升高而增大，石油馏分的平均分子质量随沸点的升高而增大， 汽油馏分的平均分子质量大约为汽油馏分的平均分子质量大约为100120， 煤油为煤油为1

11、80200，轻柴油为，轻柴油为210240， 轻质润滑油为轻质润滑油为300380，重质润滑油为，重质润滑油为370470。 平均分子质量是设计计算中常用数据之一，可以平均分子质量是设计计算中常用数据之一，可以实测实测得到；得到； 也可以根据其它易测的物性数据进行关联。也可以根据其它易测的物性数据进行关联。石油的化学组成与物理性质流动特性流动特性 1、粘度、粘度 粘度是表示流体在外力作用下流动时，流体内部各流动层作粘度是表示流体在外力作用下流动时，流体内部各流动层作相对运动时的相互间的摩擦力大小的一个物理量。相对运动时的相互间的摩擦力大小的一个物理量。 定义式定义式（A）油品粘度的表示方法油品

12、粘度的表示方法 运动粘度运动粘度、动力粘度、恩氏粘度、赛氏粘度、雷氏粘度等、动力粘度、恩氏粘度、赛氏粘度、雷氏粘度等石油的化学组成与物理性质 动力粘度动力粘度 动力粘度是流体流动时，流体内部相邻两层相距动力粘度是流体流动时，流体内部相邻两层相距1cm，其接触面，其接触面积为积为1cm2，相对运动速度为，相对运动速度为1cm/s时所产生的阻力。时所产生的阻力。单位：单位：SI制：帕制：帕秒（秒（Pa .S） ,cgs制：泊（制：泊（P）和厘泊（）和厘泊（CP），），1 Pa .S = 10 P = 1000 cP 运动粘度运动粘度 运动粘度运动粘度 是动力粘度是动力粘度 与相同温度、压力下该流体

13、密度与相同温度、压力下该流体密度 的比值的比值1 米米2/秒秒104斯斯(st)106厘斯厘斯(cst)（毫米（毫米2/秒）秒） 动力粘度动力粘度/运动粘度可以用旋转粘度计运动粘度可以用旋转粘度计/毛细管粘度计或落球式粘毛细管粘度计或落球式粘度计等测定。一般油品大多采用简便的毛细管粘度计法测定。度计等测定。一般油品大多采用简便的毛细管粘度计法测定。 石油的化学组成与物理性质 恩氏粘度、雷氏粘度和赛氏粘度恩氏粘度、雷氏粘度和赛氏粘度我国石油产品规格中还有恩氏粘度我国石油产品规格中还有恩氏粘度欧美各国还有赛氏粘度和雷氏粘度欧美各国还有赛氏粘度和雷氏粘度恩氏粘度恩氏粘度200毫升试油在毫升试油在t时

14、，流经恩氏粘度计中规定尺寸的时，流经恩氏粘度计中规定尺寸的小孔所需时间与同体积蒸馏水在小孔所需时间与同体积蒸馏水在20时流过所需时间的比值。时流过所需时间的比值。赛氏粘度和雷氏粘度赛氏粘度和雷氏粘度测量一定体积试油在测量一定体积试油在t时通过赛氏粘度时通过赛氏粘度计或雷氏粘度计规定尺寸管子所需要的时间，以秒作粘度的数值，计或雷氏粘度计规定尺寸管子所需要的时间，以秒作粘度的数值，称为赛氏秒或雷氏秒。称为赛氏秒或雷氏秒。 运动粘度与恩氏粘度、赛氏粘度和雷氏粘度之间查有关图表可以进运动粘度与恩氏粘度、赛氏粘度和雷氏粘度之间查有关图表可以进行换算。行换算。特定较重油品特定较重油品石油的化学组成与物理性

15、质（B）影响粘度的因素）影响粘度的因素 油品粘度与化学组成的关系油品粘度与化学组成的关系 粘度与粘度与分子大小分子大小和和结构结构有密切的联系：有密切的联系： 随烃类分子量的增大，粘度是增加的；随烃类分子量的增大，粘度是增加的； 分子量相近的烃类（如分子量相近的烃类（如C7），）， 烷烃的粘度最小，环烷烃的粘度最大，芳烃介于二者之间。烷烃的粘度最小，环烷烃的粘度最大，芳烃介于二者之间。石油的化学组成与物理性质烃类烃类密度，密度， 20沸点，沸点，分子量分子量运动粘度，运动粘度， （38.8）mm2/s戊烷戊烷0.626263.0772.150.330己烷己烷0.659468.7468.170.

16、414庚烷庚烷0.683798.43100.200.521辛烷辛烷0.7025125.67114.220.648甲基环己烷甲基环己烷0.7694100.9398.180.728甲苯甲苯0.8670110.6392.140.558环己烷环己烷0.778580.7284.160.953苯苯0.878980.978.110.587烷烃、环烷烃、芳烃的运动粘度比较烷烃、环烷烃、芳烃的运动粘度比较石油的化学组成与物理性质序序号号馏分沸程馏分沸程大庆原油大庆原油 羊三木原油羊三木原油 密度，密度， 20特性特性因数因数运动粘运动粘度度,50 10-6米米2/秒秒密度，密度， 20特性因特性因数数运动粘运动

17、粘度度,50 10-6米米2/秒秒12002500.803911.901.440.863011.121.7722503000.8167 12.082.330.890011.133.4333003500.8283 12.284.220.910011.217.8743504000.8368 12.497.410.932011.2523.9754004500.8574 12.5716.180.943311.34146.30石油的化学组成与物理性质 油品粘度与温度的关系油品粘度与温度的关系 温度升高时，所以液体石油馏分的粘度都减小，而温度降低时，粘度都增大，温度升高时，所以液体石油馏分的粘度都减小，而

18、温度降低时，粘度都增大，油品粘度随温度变化的性质称为油品粘度随温度变化的性质称为粘温性质粘温性质。 不同化学组成的油品，其粘度随温度变化的幅度是不一样的，变化幅度小表不同化学组成的油品，其粘度随温度变化的幅度是不一样的，变化幅度小表示粘温性质好。示粘温性质好。 粘温性质的表示方法常用的有两种：粘温性质的表示方法常用的有两种：粘度比和粘度指数粘度比和粘度指数。 粘度比粘度比常用常用50与与100运动粘度的比值运动粘度的比值 50 / 100，比值愈小，粘温性能愈好，比值愈小，粘温性能愈好 粘度指数粘度指数是常用的表示油品粘温性能的方法，粘度指数愈高则粘温性能愈好。是常用的表示油品粘温性能的方法，

19、粘度指数愈高则粘温性能愈好。 石油的化学组成与物理性质2、凝固和低温流动性、凝固和低温流动性 油品凝固的本质油品凝固的本质粘温凝固（低含蜡油品）粘温凝固（低含蜡油品） 结构凝固（含蜡油品）结构凝固（含蜡油品） 凝固点凝固点 倾点倾点 浊点浊点 结晶点结晶点油品凝固时的温度油品凝固时的温度蜡析出不同程度时的温度蜡析出不同程度时的温度石油的化学组成与物理性质 对固体产品：对固体产品： 熔点熔点是测定预先熔化的石油产品的降温曲线，降温曲线中是测定预先熔化的石油产品的降温曲线，降温曲线中温度下降最慢的一段曲线的开始温度，即为油品的熔点。温度下降最慢的一段曲线的开始温度，即为油品的熔点。 熔点是石蜡和地

20、蜡的重要规格指标之一。熔点是石蜡和地蜡的重要规格指标之一。 软化点软化点把规定尺寸和重量的小钢球放在一个预先装好沥青把规定尺寸和重量的小钢球放在一个预先装好沥青试样的铜环上，然后放入水中，加热水直至小钢球将沥青压下落试样的铜环上，然后放入水中，加热水直至小钢球将沥青压下落下时的温度。下时的温度。滴点滴点在严格的试验条件下加热试样，试样由仪器的小孔中滴在严格的试验条件下加热试样，试样由仪器的小孔中滴出第一滴的温度。出第一滴的温度。 上述反应油品流动性的物性，除凝点或倾点有一定的普遍性外，上述反应油品流动性的物性，除凝点或倾点有一定的普遍性外，其它物性都是针对特定的油品而言；另外，所以性质的测定或

21、定其它物性都是针对特定的油品而言；另外，所以性质的测定或定义都是条件性的。义都是条件性的。石油的化学组成与物理性质蒸发特性蒸发特性蒸气压、沸点、平均沸点、恩氏蒸馏馏程蒸气压、沸点、平均沸点、恩氏蒸馏馏程1、蒸汽压、蒸汽压 某一温度下，液体与液面上方的蒸汽呈平衡状态时，该蒸汽某一温度下，液体与液面上方的蒸汽呈平衡状态时，该蒸汽所生产的压力称为饱和蒸汽压，简称为蒸汽压，蒸汽压表示液所生产的压力称为饱和蒸汽压，简称为蒸汽压，蒸汽压表示液体蒸发和汽化的能力，蒸汽压越高，表明液体越易汽化。体蒸发和汽化的能力，蒸汽压越高，表明液体越易汽化。油品蒸汽压的变化规律如下：油品蒸汽压的变化规律如下：纯烃类：纯烃类

22、：同一种烃类同一种烃类，随温度的升高，蒸汽压增大；，随温度的升高，蒸汽压增大；同一族烃类同一族烃类，分子量增大或沸点的升高，蒸汽压下降。，分子量增大或沸点的升高，蒸汽压下降。b) 烃类混合物：混合烃的蒸汽压不仅随温度不同而异，烃类混合物：混合烃的蒸汽压不仅随温度不同而异，而且在一定温度时，又随其汽化率不同而异。而且在一定温度时，又随其汽化率不同而异。石油的化学组成与物理性质总之，油品越轻，越容易汽化，蒸汽压越大。总之，油品越轻，越容易汽化，蒸汽压越大。泡点蒸汽压，即汽化率为零时的蒸汽压。泡点蒸汽压，即汽化率为零时的蒸汽压。雷德蒸汽压，它是在雷德蒸汽压，它是在38，气相体积：液相体积，气相体积：

23、液相体积4测定的条件蒸测定的条件蒸汽压。汽压。2、沸点与馏程（沸程）、沸点与馏程（沸程）纯物质：沸点是一常数。纯物质：沸点是一常数。石油馏分：沸点不是一个固定值，而是表现为一定宽度的温度范石油馏分：沸点不是一个固定值，而是表现为一定宽度的温度范围，称为沸程。围，称为沸程。 恩氏蒸馏馏程：特定蒸馏方法得到的恩氏蒸馏馏程：特定蒸馏方法得到的 沸程沸程石油的化学组成与物理性质 1、闪点、闪点 在加热油品时，随油品温度的升高，油品上方中油气的浓度逐渐在加热油品时，随油品温度的升高，油品上方中油气的浓度逐渐增大，当用外火源去引燃油气混合气时，发现在一定浓度范围内，增大，当用外火源去引燃油气混合气时，发现

24、在一定浓度范围内，油品上方会出现瞬间闪火现象。油品上方会出现瞬间闪火现象。 闪点是指油品在常压下油气混合气相对于爆炸下限或上限浓度时闪点是指油品在常压下油气混合气相对于爆炸下限或上限浓度时油品的温度。汽油的闪点相当于爆炸上限的温度，煤柴油等是相当油品的温度。汽油的闪点相当于爆炸上限的温度，煤柴油等是相当于下限浓度的油温。于下限浓度的油温。测定油品闪点测定油品闪点开口闪点和闭口闪点开口闪点和闭口闪点开口闪点一般用以测定重质油料的闪点，开口闪点一般用以测定重质油料的闪点，闭口闪点对轻、重油都适用。闭口闪点对轻、重油都适用。 闪点是油品安全性的指标，敞开装油容器或倾倒油品时的温度应闪点是油品安全性的指标，敞开装油容器或倾倒油品时的温度应比油品低比油品低17以下以下燃烧特性燃烧特性闪点、燃点和自燃点闪点、燃点和自燃点石油的化学组成与物理性质 2、燃点和自然点、燃点和自然点 燃点燃点油品在规定条件下加热油品到被外部火源引燃并连续燃油品在规定条件下加热油品到被外部火源引燃并连续燃烧不少于烧不少于5秒针时的最低油温。秒针时的最低油温。 自燃点自燃点如果油品被预先加热到很高温度，然后使其与空气接如果油品被预先加热到很高温度，然后使其与空气接触，则不需外部火源油品就可能因剧烈的氧化而产生火焰而燃烧触，则不需外部火源油品就可能因剧烈的氧化