石油商品学 燃料类石油产品的应用

1、 石 油 商 品 学第四章 燃料类石油产品的应用 石油燃料产品的优点 热值高； 燃烧完全； 燃后灰分少； 储运方便内燃机外燃机发动机燃料点燃式发动机燃料：汽油喷气式发动机燃料：喷气燃料压燃式发动机燃料：柴油汽油汽油理化性能主要成分是C4C12烃类 沸点范围：30200 密度：3车用汽油和航空汽油汽油机的工作原理其主要特点是在汽缸外的化油器中，汽油与空气混合形成可燃性混合气或由喷嘴将汽油喷入进气道与空气形成可燃性混合气，进入气缸内由电火花点燃后燃烧，又称为点燃式发动机。 压缩比压缩比 汽缸的总容积V1与燃烧室容积V2之比，它是与发动机经济性和功率直接有关的一个指标。 进气冲程活塞下行，进气阀开启

2、，汽缸内产生局部真空，过滤的空气被吸入化油器，汽油经导管至喷嘴喷出。喷出的燃料被高速气流击碎，形成细小颗粒，与空气形成油气混合气，并不断气化。混合气进入汽缸后，受汽缸壁加热继续汽化。 压缩冲程MPaMPa。 作功冲程活塞运动快到上止点时，压缩在燃烧室内的可燃气被火花塞点燃，以2025m/s3.9MPa，温度达18002000。高温高压燃气推动活塞向下运动，通过连杆使曲轴旋转对外作功。 排气冲程 0.12MPa，温度下降到600800。汽油机的经济性国产汽油机的压缩比一般为610；压缩比愈大，汽油机的功率和经济性越好，但对汽油机的材质要求和汽油辛烷值的要求也愈高。汽油机对燃料的要求适当的蒸发性能

3、和燃料供给性能燃烧时没有爆震、噪音、早燃现象良好的抗氧化安定性不含水分和机械杂质，对发动机和金属设备没有腐蚀作用汽油机的蒸发性能汽油的蒸发性要适宜评价汽油蒸发性的指标：馏程饱和蒸气压馏程初馏点：汽油中最轻组分的沸点10馏出温度：汽油中轻质馏分的含量初馏点、10馏出温度：汽油的启动性能10馏温度介于6070之间馏程50馏出温度：汽油的平均蒸发性。影响发动机的加速性及工作稳定性90馏出温度和干点：汽油中重质组分含量的多少。影响汽油能否完全燃烧，并对发动机磨损有一定影响馏程残留量：汽油中的重质馏分和胶质含量。会结焦粘附在气门、喷油口、电喷嘴上。饱和蒸气压用来判断汽油发生“气阻的倾向，控制汽油不致发生

4、“气阻现象的重要指标饱和蒸气压国家标准中规定:汽油蒸气压春夏季不得大于74kPa;秋冬季不得大于88kPa 减少“气阻的措施1选用适宜的汽油2降低油管、油泵的温度3减少输油管的弯角4提高油泵压力汽油机的爆震现象汽车发动机汽缸温度猛烈升高，发出金属敲击声，排出大量黑色烟雾状废气、发动机功率下降，耗油率增加，严重时出现汽缸零件烧坏，轴承震裂等问题，这一现象称为爆震。产生爆震的原因汽油机的爆震是由于汽油的不正常燃烧引起的，其根本原因是未燃混合气的自燃汽油的正常燃烧可燃混合气在气缸内被点燃后，在火花塞附近形成火焰中心，火焰呈球面以2025m/s的速度向火焰前方的未燃混合气平稳推进。燃烧期间汽缸的压力、

5、温度上升均匀。在燃烧过程中发动机的动力性能得以充分发挥、而且运转平稳。 汽油的爆震燃烧当可燃气被点燃后，其火焰以扩散方式向四周传播，局部末燃气受到已燃气体的压缩和热辐射，温度和压力急剧升高，化学反响加剧，生成大量的过氧化物。在正常焰面尚未传到之前，这些过氧化物就发生剧烈分解自燃，形成多个火焰中心向外传播，火焰之间发生相互撞击，从而产生冲击波，形成爆震燃烧。这种火焰传播速度高达13002300m/s，比正常火焰传播速度快50100倍。爆震燃烧的危害损坏机械燃料消耗增加发动机输出功率下降排气冒黑烟汽油抗爆性的表示方法车用汽油的抗爆性用辛烷值来表示。辛烷值分为马达法辛烷值和研究法辛烷值。马达法辛烷值

6、(MON) 反映在重负荷、高转速时汽油的抗爆性，在较高的混合气温度加热至149)和较高的发动机转速(900r/min)的条件下测得。研究法辛烷值(RON)反映在低转速时汽油的抗爆性，在较低的混合气温度(一般不加热和较低的发动机转速(600r/min)的条件下测得。MONRON0.8+10抗爆指数抗爆指数(MON十RON)/2我国车用汽油一般用RON作为抗爆指标国内常见的车用汽油牌号有5种品度飞机在爬高或战斗时，为了得到最大功率，是在富混合气下工作(=0.60.65)的抗爆性。 航空汽油的牌号：辛烷值品度辛烷值的测定测定辛烷值的正标准燃料：异辛烷2,2,3三甲基戊烷，辛烷值为100正庚烷，辛烷值

7、为0辛烷值的测定辛烷值测定机：标准单缸发动机 当待测燃料的抗爆性与标准燃料的抗爆性相等时，取标准燃料的辛烷值异辛烷的体积百分数为待测燃料的辛烷值品度的测定标准燃料：纯异辛烷，品度100将待测航空汽油在富混合气下，不产生爆震所能发出的最大功率和纯异辛烷所能发出的最大功率之比，规定为航空汽油的品度汽油抗爆性与组成的关系烃类抗爆性以芳香烃和高度分支的异构烷烃最好，环烷烃和烯烃次之，正构烷烃最差；同一类烃中，随分子中碳原子数的增多，抗爆性变差。提高汽油辛烷值的方法1改变汽油的化学组成，增加高辛烷值组分的含量。 2参加阻化剂抗爆剂防止爆震的产生。如四乙基铅、四甲基铅、甲基环戊二烯三碳基锰和不含金属的有机

8、化合物等 。3参加高辛烷值调和组分甲基叔丁基醚(MTBE)具有较高的辛烷值，其RON为119，MON为101汽油的氧化安定性 汽油在储存或使用条件下，保持其原有性质的能力，称为汽油的氧化安定性 汽油氧化变质的危害 1 降低新油的储存期 2破坏燃料的正常供给 3破坏进气阀的正常工作 4 增强爆震倾向 5使火花塞点火不良 6增强燃料腐蚀性 评定汽油氧化安定性的指标 1实际胶质 2诱导期 3不安定指数 4碘值及溴值实际胶质 100mL燃料在试验条件下所含胶质的毫克数，单位是mg/100mL。 国产汽油要求实际胶质不超过5mg100mL； 航空汽油要求实际胶质不大于3mg100mL诱导期 汽油在100

9、 、7.07105Pa氧气条件下未产生明显氧化的时间，单位是分钟。 诱导期表示汽油在储存中产生氧化和形成胶质的倾向。不安定指数BZ16值 130mL汽油在93 储存16h，测定其吸氧率和胶质增长量之积： 碘值及溴值 碘值或溴值是100g燃料所能吸收碘或溴的克数，单位是g/100g 表示燃料中不饱和烃的含量 航空汽油规定碘值不能大于12g100g汽油氧化安定性的影响因素 燃料组成：不饱和烃，含硫、含氮化合物，胶质，添加剂 储存条件：温度、昼夜温差、空气、金属、水分储存时间和温度对汽油安定性的影响 油罐装满程度对汽油安定性的影响 改进汽油安定性的方法 适当精制汽油，并参加添加剂来改善汽油的安定性

10、抗氧防胶剂和金属钝化剂 汽油的腐蚀性 汽油对金属的腐蚀是由含硫化合物、酸碱化合物等非烃类化合物造成的评定汽油腐蚀性的指标 1铜片腐蚀 2硫醇性硫含量 3硫含量 4水溶性酸碱 5酸度铜片腐蚀 将磨光的 铜片浸泡于50 汽油中3小时。比色观察 铜片的颜色变化，判断腐蚀程度。 目的是检测燃料中是否含有活性硫化物。硫含量 将油样中的硫化物转化成SO2，然后用碱液吸收SO2，由标准溶液滴定剩余碱液，以此确定硫元素含量，用质量百分数表示。 国标为0.15%。酸度 中和100mL燃料所需KOH毫克数，单位 mg KOH 100mL。用乙醇将油中的有机酸抽提出来，再用标准的乙醇碱溶液滴定。 我国规定汽油酸度不

11、能大于3博士试验 目的是检测是否含有硫醇。 铅酸钠与硫醇反响生成有机硫化物，再与硫元素反响生成黑色硫化铅，由比色判断油样中是否含有硫醇。 国家标准：不大于0.001%。机械杂质和水分 汽油不允许含有机械杂质和水分 机械杂质会造成发动机零部件磨损 水分加速汽油氧化，使汽油抗爆性下降，增强汽油的腐蚀性车用汽油的正确选用 我国车有汽油的牌号是按研究法辛烷值来划分的，牌号越高，汽油的抗爆性能越好 主要根据发动机的压缩比，发动机的压缩比越高，所需使用的汽油的牌号就越高。车用汽油的正确选用 压缩比在以下的发动机，选用90号车用无铅汽油；压缩比在之间的发动机，应选用93号车用无铅汽油；压缩比在之间的发动机，

12、应选用93号、95号车用无铅汽油；压缩比在之间的发动机，应选用97号、98号车用无铅汽油航空汽油的正确选用 重负荷、高速度的飞机选用抗爆性好的航空汽油； 轻负荷、低速度的飞机选用抗爆性稍差的航空汽油；柴油柴油的理化性质 沸点范围：180 370 柴油密度范围：0.855 g/cm3柴油机 高速柴油机：转速大于1000r/min； 中速柴油机：转速为5001000r/min； 低速柴油机：转速为100 500r/min柴油机的优点 1具有较高的经济性，压缩比可达1422,单位功率燃料消耗量比汽油机低30%40% 2良好的加速性能，不需经过预热可转入全负荷运转 3柴油闪点高，着火危险性小柴油机的缺

13、点 1结构比汽油机复杂 2转速较低，最高约为3000r/min，汽油机可达4000r/min 压燃式发动机。 其主要特点是气缸在压缩冲程仅压缩空气，当活塞行至上止点后油嘴向汽缸内喷油，油料在汽缸的高温下自燃。柴油机的工作过程1进气冲程活塞下行，进气阀开启，空气经空气滤清器吸入汽缸。活塞到达下止点时，进气阀关闭。柴油机的工作过程2压缩冲程活塞由下止点上行，压缩汽缸中的空气，空气温度和压力急剧上升。压缩终了时空气温度可达500700，压力达35MPa。柴油机的工作过程3作功冲程 活塞上行快到上止点时，柴油通过喷油嘴喷入汽缸，呈细小微滴的柴油与高温高压空气混合，油滴迅速气化，与高温高压空气形成可燃混

14、合气，由于汽缸内温度已超过柴油自燃点，柴油迅速开始自燃，燃烧产生大量高温高压气体，推动活塞向下运动，带动曲轴作功。柴油机的工作过程4排气冲程 活塞经下止点后因惯性作用再次上行，排气阀翻开，排出废气。柴油机与汽油机的区别 1柴油机没有化油器和电点火系统 2柴油机吸入和压缩的只有空气，而汽油机吸入和压缩的是油气混合气； 3柴油机中的油气混合气通过自燃方式引燃，汽油机中的油气混合气由电火花点火引燃。柴油的使用要求 1良好的燃烧性能和供给性能 2良好的雾化性能 3良好的热安定性和储存安定性 4对机件没有磨损和腐蚀 5具有较高的闪点柴油的发火性能 柴油在柴油机中燃烧时是否容易着火的性能称为柴油的发火性能

15、 发火延迟期又称为滞燃期、速燃期、缓燃期和补燃期 发火延迟期 从柴油开始喷入气缸起到着火的这段时间，在发火延迟期内，燃烧室内的混合气进行物理和化学准备的过程速燃期从混合气着火开始，到燃烧室内压力到达最大值的时期缓燃期 从燃烧室内压力最大值转到燃烧室内温度最高值的这段时期补燃期从最高温度点到燃油根本燃完为止的这段时期柴油机的工作粗暴 假设柴油的发火延迟期长，在自燃时，气缸积存的大量燃料同时自燃，使压力剧增，大大超过正常燃烧的压力，冲击活塞头，发出金属敲击声，造成爆震，使发动机功率下降，零件损坏。假设柴油的自燃点低，发火延迟期短，柴油机就能平稳地工作。 柴油机爆震与汽油机爆震的区别 1汽油机爆震出

16、现在燃烧末期，柴油机爆震出现在燃烧初期；2汽油机由于燃料自燃点太低，容易生成过氧化物产生自燃，形成多个火焰中心；柴油机由于燃料自燃点高，不易生成过氧化物，导致发火延迟期长；柴油机要求自燃点低的燃料，而汽油机要求使用自燃点高的燃料。柴油发火性能的评定方法 十六烷值：十六烷值越高，柴油的自燃点越低 柴油指数DI：柴油指数高，表示发火性能好十六烷值 在标准的单缸柴油机十六烷值机中测定 十六烷值表示和柴油发火性能相同的标准燃料中正十六烷的体积百分数 十六烷值 标准燃料由正十六烷和-甲基萘按不同体积比例混合而成； 人为规定正十六烷的十六烷值为100，-甲基萘的十六烷值为0。 不同转速柴油机对柴油十六烷值

17、的要求柴油机转速/(r/min)要求柴油的十六烷值1000304010001500404515004660柴油指数 苯胺点：新蒸馏的苯胺和相同体积的柴油完全互溶时的最低温度。影响柴油发火性能的因素 1十六烷值十六烷值高，柴油容易自行着火燃烧，发火延迟期短 2压缩比压缩比高，发火延迟期短，不易产生爆震； 3喷油提前角提前角越大，柴油机容易产生爆震柴油组成与发火性能的关系(1)烷烃的十六烷值最高，环烷烃次之，芳香烃最差(2)随着烃类沸点升高，相对分子量增加，其自燃点降低，十六烷值变大柴油的蒸发性能(1)柴油中小于300馏分的含量对单位耗油量和起动性有决定性影响，轻柴油的50%馏出温度不能高于300

18、， 90%馏出温度350(2)轻柴油的闪点不得低于4555 柴油的雾化性能(1)粘度对供油量的影响 对雾化的影响 对磨损的影响国产轻柴油规定20运动粘度为2/s(2)外表张力外表张力越大，雾化性越差柴油的低温流动性(1)浊点(2)凝点我国柴油的牌号是按柴油的凝点划分的。(3)冷滤点选用柴油的依据柴油的热氧化安定性和储存安定性 柴油的热安定性是指柴油在高温和溶解氧的作用下，发生变质的倾向； 柴油的储存安定性是指柴油在运输、储存过程中保持其外观、组成和使用性能不变的能力。柴油的热氧化安定性和储存安定性 不饱和烃类和环烷芳香烃是引起柴油储存安定性不良的主要原因；多环芳香烃那么是引起柴油热氧化安定性不

19、良的主要原因。 国产柴油用10%蒸余物残炭值和氧化安定性评定10%蒸余物残炭值 残炭值：燃油在隔绝空气条件下加热干馏，最后剩下的一种鳞片状炭渣物称残炭10%蒸余物残炭：将轻柴油蒸发掉90%再作残炭值测定。 氧化安定性 将待测油样在100条件下的氧气环境下氧化16h，通过测定残渣不溶物的重量，确定其氧化安定性。 国家标准规定氧化安定性总不溶物不大于2.0mg/100mL 柴油的磨损和腐蚀性 柴油中的硫含量和有机酸 灰分和胶状物 机械杂质和水分 机械杂质使过滤器堵塞、磨损零件 水分降低柴油的热值、冰粒堵塞油路、 带入可溶性盐，从而增加灰分，促进腐蚀 国标规定机械杂质：无；灰分： 0.01% 柴油的

20、牌号 轻柴油按凝点划分为：10#、 5#、 0#、 -10#、 -20#、 -35#、 -50#。适用于转速大于1000r/min的高速柴油机。 柴油的牌号 重柴油按凝点划分为：10#、 20#、30#。适用于中速、低速柴油机。 柴油的选用 凝点小于使用温度57，冷滤点约等于使用气温。 柴油的低温选用依据10# 适用于有预热的柴油机或夏季高温地区0# 适用于4以上的气温条件-10#适用于5以上的气温条件-20#适用于5 14 的气温条件-35#适用于14 29 的气温条件-50#适用于29 44 的气温条件 喷气燃料喷气发动机 利用高温燃气从尾喷管喷出时的反作用力推动飞机前进 飞行速度很快，发

21、动机重量轻 空气喷气发动机、火箭发动机空气喷气发动机 涡轮喷气发动机 涡轮风扇发动机 涡轮螺旋桨发动机 冲压式发动机涡轮喷气发动机 涡轮风扇发动机 涡轮螺旋桨发动机 冲压式发动机 喷气发动机的工作特点 喷气发动机是在高空、低温和低气压条件下把燃料的热能转变成动能进行工作的。 工作原理:启动时先用电火花把喷出的汽油点燃，然后再用喷油嘴喷入喷气燃料，在高速空气流中连续喷油、连续燃烧。 高空飞行易遇到的问题 1空气缺乏，容易熄火； 2气温低，燃料难以顺利流入发动机； 3高空低气压，使燃料易挥发； 4高速飞行与空气摩擦产生热量，使燃料变质 喷气燃料使用要求 1良好的燃料性能，高热值、燃料稳定、积炭少、

22、易起动； 2适当蒸发性，保证燃烧稳定，高空不产生气阻； 3低温流动性好，不易析出冰晶，堵塞过滤器； 喷气燃料使用要求 4良好的洁净度； 5较好的热安定性和储存安定性； 6良好的润滑性能； 7腐蚀性小； 喷气发动机燃烧的特点 在高空低温和极短时间内，大量的燃料必须在高速气流中连续、稳定、完全地燃烧，最大限度地放出所含的热量对喷气燃料的燃烧性要求 1燃烧要连续、稳定 2燃烧要完全，生成积炭要少 3燃料热值要高燃料性质对燃烧性能的影响 1蒸发性能 2雾化性能 3燃料的化学组成燃料蒸发性能对燃烧性能的影响 1对燃烧稳定性的影响 10%馏出温度、饱和蒸气压 2对燃烧完全性的影响燃料雾化性能对燃烧性能的影

23、响 粘度 国标中要求燃料20的粘度2/s，-20 时的粘度8mm2/s。燃料化学组成对燃烧性能的影响 1对燃烧稳定性的影响 双环芳香烃单环芳香烃带侧链的单环芳香烃双环环烷烃环烯烃单环环烷烃烷烃 2对生成积炭的影响 芳香烃环烷烃烷烃燃烧性能指标 1烟点(无烟火焰高度) 2辉光值 烟点无烟火焰高度 评定喷气燃料燃烧时生成积炭的倾向 试油在无烟火焰高度测定器中燃烧时不冒黑烟的火焰的最大高度，用毫米表示。 无烟高度愈小，生成积炭愈多。国标规定25mm。萘系烃，国标 3% 辉光值无烟火焰高度 用来表示燃料燃烧时火焰辐射强度 辉光值越高，说明辐射强度越低，燃烧越完全 国标45喷气燃料的安定性 1储存安定性 实际胶质、酸度 2热安定性 GB/T 9196 喷气燃料的腐蚀性 1活性硫化物 2环烷酸 3水分 4细菌 喷气燃料的低温性 1结晶点 国标，1、2、3、4#60 、50 、 47和 40。 2冰点喷气燃料的洁净度 1水分 2固体物