29 ~石油及其产品的性质 第一节 石油的一般性状及化学组成

1、 石油及其产品的性质第一节 石油的一般性状及化学组成一、石油的一般性状、元素组成、馏分组成一石油的一般性状 1颜色及密度 石油通常是黑色、褐色或黄色的流动或半流动的粘稠液体 多数原油的密度集中在0.8000.980g/cm3之间，但也有个别原油的密度在1.000g/cm3以上或0.800g/cm3以下 2我国主要原油的特点大多数原油的相对密度d2040.86，属较重原油； 凝点(CP)高，含蜡量高； 含硫量较低含氮量偏高，大局部原油N0.3% 二石油的元素组成(P7表1-4, P8表1-5)1元素组成石油的组成虽然极其复杂，并且世界各油区所产的石油，甚至同一油区不同油层和油井所产的石油，在组成

2、和性质上也可能有很大差异。但石油中的元素并不是很多。原油中的主要元素：C8387%、H1114%。少量元素：S、N、O(14%)。微量元素：V、Ni、Fe、Cu、As、P、Si、卤素等微量元素在石油中的含量极低，但对石油加工过程，特别是对催化加工过程影响很大。2我国主要原油元素组成的特点是： 氢碳原子比低，油品轻油收率低；含硫量偏低，含氮量偏高；大多数原油镍含量多，钒含量少氢碳比：是用来反映原油的属性的一个参数，与原油的化学结构有关系。各种烃类氢碳原子比大小顺序是：芳香烃环烷烃烷烃各种油品的H/C天然气液化气汽油柴油轻质油原油重质油减压渣油沥青石油焦3.902.201.902.201.601.

3、801.802.01.501.901.501.401.701.101.200.300.40石油在外观、物理性质上之所以会有很大差异，关键在于石油的化学组成的区别。三石油的馏分组成石油是一种多组分的复杂混合物，沸点范围从常温一直到500以上。研究石油以及将石油加工成产品，都须先将石油进行分馏，获得各种沸点范围相对较窄的石油馏分。1馏分 ：是指用分馏方法把原油分成的不同沸点范围的组分 如200、200350馏分等。馏分的沸点范围简称为馏程或沸程。2馏分与产品的区别：馏分常冠以石油产品的名称，例如汽油馏分、煤油馏分、柴油馏分、润滑油馏分等，但馏分并不就是石油产品。因为馏分并没有满足石油产品规格的要求

4、，还需将馏分进一步加工才能成为石油产品。3直馏馏分：从原油直接分馏得到的馏分。它根本保存了石油化学组成的本来面目，如：不含不饱和烃，在化学组成中含有烷烃、环烷烃、芳香烃等 4石油中含有的馏分，一般规定： 小于200的馏分为汽油馏分也称为低沸点馏分，轻油或石脑油馏分200350的馏分为煤、柴油馏分也称中间馏分，AGO 350500的馏分为减压馏分也称高沸点馏分或润滑油,VGO 大于500的馏分为减渣馏分(VR) 国内外局部原油各馏分的含量见P11表1-7不同原油的各馏分含量差异很大。与国外原油相比，我国主要油田原油中500的减压渣油含量都较高，200的汽油馏分含量较少一般低于10%。原油中的汽油

5、馏分含量低、渣油含量高是我国原油馏分组成的又一个特点。二、石油馏分的烃类组成 一石油中烃类的类型及分布规律P8表1-6按结构来分，石油中的烃类包括烷烃、环烷烃、芳香烃。石油中一般不含烯烃和炔烃，二次加工产物中常含有一定数量的烯烃。 1、石油中的烷烃烷烃是组成石油的根本组分之一。石油中的烷烃含量一般为4050，某些石油中烷烃含量可高达5070。也有一些石油的烷烃含量较低，只有1015。我国石油的烷烃含量一般较高。石油中的正构烷烃一般比异构烷烃含量高。C1C4常温常压下为气态，C5C15为液态，C16以上的正构烷烃为固态 随沸点的增高，石油中的正构烷烃和异构烷烃的含量逐渐降低 烷烃的化学性质较安定

6、，但在加热或催化剂以及光的作用下，会发生氧化、卤化、硝化、热分解以及催化脱氢、异构化等反响2、石油中的环烷烃石油中大量存在的环烷烃只有含五碳环的环戊烷系和含六碳环的环己烷系，我国的几种主要原油中一般环己烷系多于环戊烷系。环烷烃在石油馏分中的含量一般随馏分沸点的升高而增多，但在沸点较高的润滑油馏分中，由于芳烃含量的增加，环烷烃含量逐渐减少。石油中的环烷烃除单环外，还有双环及多环环烷烃，环的连接方式以并联为主环烷烃的化学性质与烷烃相似，但活泼些。在一定条件下同样可以发生氧化、卤化、硝化、热分解等反响。环烷烃在一定条件下能脱氢生成芳烃，是生产芳烃的重要原料3、石油中的芳烃芳烃也是石油的主要组分之一。

7、芳烃有单环、双环和多环，在石油中的含量通常比烷烃和环烷烃少。芳烃也大多含有长短不等的烷基侧链。有些多环芳烃具有荧光，这是有些油品能发出荧光的原因。芳烃在石油馏分中的含量随馏分沸点的升高而增多。芳烃可与硫酸等强酸发生化学反响，例如苯及其同系物与硫酸作用生成苯磺酸；芳烃与烯烃可进行烷基化反响，生产石油化工原料(如烷基苯)。芳烃被氧化生成醛和酸，进一步氧化可生成胶状物质。芳烃在镍等催化剂作用下，可进行加氢。二石油烃类的组成表示方法石油及石油馏分中的烃类组成可用以下三种方法表示。1单体烃组成 单体烃组成说明了石油馏分中每一种烃(单体化合物)，目前还仅限于阐述石油气及石油低沸点馏分的组成。石油中单体烃的

8、主要类型有：天然石油中，不含有烯烃、炔烃，含有烷烃、环烷烃及芳香烃，环状烃几乎都是五元环和六元环。我国主要原油的五元环少于六元环。优点：具体、直观。缺点：适用范围很窄，只适用于气体、溶剂油和汽油。2族组成 以石油馏分中各族烃相对含量的组成数据来表示。所谓“族就是化学结构类似的一类化合物。石油馏分分成那些族，取决于分析方法和分析要求以及实际应用的需要。汽油：烷烃正构、异构、环烷烃、烯烃和芳香烃。煤、柴油：饱和烃烷烃、环烷烃、轻芳烃单环、中芳烃、不饱和烃和非烃组分等。减压渣油：一般分成 饱和分、芳香分、胶质、沥青质。3结构族组成 不管石油烃类的结构多么复杂，都可以看作是由三个根本结构单元组成：芳香

9、环、环烷环和烷基侧链，用这些根本结构单元的量来表示复杂分子混合物的组成的方法就是结构族组成表示法。石油馏分也可以看作是由这三种结构单元组成，把整个馏分当作一个平均分子。结构族组成就是确定复杂分子混合物中这三种结构单元的含量，用石油馏分这个“平均分子中的总环数(RT)、芳香环数(RA)、环烷环数(RN)以及芳香环上的碳原子占分子总碳原子的百分数(CA)、环烷环上的碳原子占分子总碳原子的百分数(CN)和烷基侧链上的碳原子占分子总碳原子的百分数(CP)来表示。 C5-C10的正构烷烃原油汽油煤、柴油减压馏分单环及少量双环环烷烃单环芳烃(苯系)C10C20左右的正构烷烃 单环、双环及多环环烷烃单环、双

10、环芳香烃C20C36左右的正构烷烃 单、双、三环以及三环以上的环烷烃 单、双、多环芳烃减压渣油三、石油中的非烃成分低硫原油：S0.5%一石油中的含硫化合物含硫原油：0.5%S2.0%活性硫化物：S、H2S、低分子RSH等，性质相对较活泼，能与金属作用而腐蚀设备。1硫的存在形态非活性硫化物：硫醚(RSR)，环硫醚，二硫化物(RSSR)，噻吩及其同系物。原油中的含硫化合物一般以硫醚类和噻吩类为主。2硫的分布硫的分布的总趋势是，随沸点升高，硫含量增加，大局部集中在重馏分及渣油中75%85%汽油中馏分：H2S、硫醇、硫醚(环硫醚)及少量的二硫化物和噻吩 中间馏分：仅含有比拟重的硫化物，硫醚和噻吩 高沸

11、点馏分：高沸点馏分中硫的形态与中沸点馏分相似，也是硫醚与噻吩，另外还有四氢噻吩 3含硫化合物对石油加工及产品应用的影响腐蚀设备在石油炼制过程中，含硫化合物受热分解产生H2S、硫醇、元素硫等活性硫化物，对金属设备造成严重腐蚀。石油中通常还含有MgCl2、CaCl2等盐类，含硫含盐化合物相互作用，对金属设备的腐蚀将更为严重。石油产品中含有硫化物，在储存和使用过程中同样会腐蚀金属。含硫燃料燃烧产生的。SO2及S03遇水后生成H2S03和H2S04，会强烈腐蚀金属机件。环境污染 含硫石油在加工过程中产生的H2S及低分子硫醇等有恶臭的毒性气体会污染环境，影响人体健康，甚至造成中毒。含硫燃料油燃烧后生成的

12、S02和S03排入大气也会污染环境。影响产品的质量硫化物的存在严重影响油品的储存安定性，使储存和使用中的油品易氧化变质，生成胶质，影响发动机或机器的正常工作。硫可使催化剂中毒 在炼油厂各种催化加工过程中，硫是某些催化剂的毒物，会造成催化剂中毒丧失催化活性。炼油厂常采用碱精制、催化氧化、加氢精制等方法除去油品中的硫化物。二 石油中的含氮化合物1氮的分布石油中的氮含量一般比硫含量低，质量分数通常集中在0.050.5%范围内，我国原油含氮量偏高，在0.10.5之间。随沸点的升高，含量增加，约有80的氮集中在400以上的渣油中。我国大多数原油的渣油集中了约90的氮。而煤油以前的馏分中，只有微量的氮化物

13、存在。2氮的存在形态石油中的氮化合物可分为碱性含氮化合物和非碱性含氮合化物两大类。碱性含氮化合物是指在冰醋酸和苯的样品溶液中能够被高氯酸-冰醋酸滴定的含氮化合物，不能被高氯酸-冰醋酸滴定的含氮化合物是非碱性含氮化合物。石油及其馏分中的碱性含氮化合物主要有吡啶系、喹啉系、异喹琳系和吖啶系；弱碱性和非碱性含氮化合物主要有吡咯系、吲哚系和咔唑系。3含氮化合物对石油加工及产品应用的影响影响产品的安定性：如柴油含氮量高，时间久了会变成胶质。是柴油安定性差的主要原因。氮与微量金属作用，形成卟啉化合物。这些化合物的存在，会导致催化剂中毒，使催化剂的活性和选择性降低。 三 石油中的含氧化合物石油中的含氧量比硫

14、、氮少，约为千分之几；个别的可高达23% 随沸点升高，含氧化合物增加 酸性氧化物：环烷酸、脂肪酸、芳香酸、酚类(统称石油酸) 中性氧化物：醛、酮、酯等，含量极少 石油中的含氧化合物的含量一般用酸度(酸值)来间接表示 石油中的环烷酸 占石油酸约90% = 1 * GB3 环烷酸的分布石蜡基石油的环烷酸含量较少，中间基和环烷基石油的环烷酸含量较多 石油中的环烷酸一般是一元羧酸 环烷酸的相对密度一般在0.931.02之间，随分子量增大，酸值降低，溶解度减小 环烷酸易溶于石油烃类和多数有机溶剂，具有普通羧酸的一切性质中间馏分(250-400)含量最高，低、高沸点馏分含量较低 危害原油含环烷酸多，容易乳

15、化，对加工不利，且腐蚀设备产品中含环烷酸，对铅、锌等有色金属有腐蚀性，对铁、铝几乎无腐蚀；灯用煤油含环烷酸，可使灯芯堵塞，结花环烷酸的用途 (四)胶状-沥青状物质胶状-沥青状物质是结构复杂、组成不明的高分子化合物的复杂混合物。胶状-沥青状物质大量存在于减压渣油中。原油中的大局部硫、氮、氧以及绝大多数金属均集中在胶状-沥青状物质中。石油中不溶于低分子(C5-C7)正构烷烃，但能溶于热苯的物质称为沥青质。既能溶于苯，又能溶于低分子(C5C7)正构烷烃的物质称为可溶质，渣油中的可溶质实际上包括了饱和分、芳香分和胶质。采用氧化铝吸附色谱法可将渣油中的可溶质别离成饱和分、芳香分和胶质。轻质石油的胶状-沥

16、青状物质含量在510左右，重质石油的胶状-沥青状物质含量可高达3040。我国减压渣油中庚烷沥青质含量较低，大多数小于3；而胶质的含量较高，一般为4050。胶质通常为褐色至暗褐色的粘稠且流动性很差的液体或无定形固体，受热时熔融。胶质是石油中相对分子质量及极性仅次于沥青质的大分子非烃化合物。胶质的相对密度在1.0左右，平均相对分子质量约为10003000。胶质是由不同的物质所组成的极复杂的多分散体系，所以它们的相对分子质量分布范围很宽，例如大庆渣油胶质各组分的平均相对分子质量，最小的只有860，最大的7460。我国原油胶质的HC原子比在1.41.5之间。胶质主要是稠环类结构，芳环、芳环环烷环及芳环

17、环烷环杂环结构。胶质具有很强的着色能力，油品的颜色主要是由于胶质的存在而造成的，在无色汽油中只要加人0.005的胶质，就可将汽油染成草黄色。从不同沸点馏分中别离出来的胶质，相对分子质量随着馏分沸点的升高而逐渐增大，颜色也逐渐变深，从浅黄、深黄以至深褐色。胶质是不稳定的物质，在常温下易被空气氧化而缩合为沥青质。胶质对热很不稳定，隔绝空气加热到260300，胶质也能缩合成沥青质。当温度升高到350以上，胶质即发生明显的分解，产生气体、液体产物、沥青质以及焦。胶质很容易磺化而溶解在硫酸中，可用硫酸来脱除油料中的胶质。沥青质是石油中相对分子质量最大，结构最为复杂，含杂原子最多的物质。沥青质对不同溶剂具

18、有不同的溶解度，别离沥青质所用溶剂的性质以及别离条件直接影响沥青质的组成和性质。从石油或渣油中用C5C7正构烷烃沉淀别离出的沥青质是暗褐色或黑色的脆性无定形固体。在生产和研究中常用到的是正戊烷沥青质和正庚烷沥青质。沥青质的相对密度稍高于胶质，略大于1.0；平均分子量约为300010000，明显高于胶质；HC原子比在1.11.3之间，低于胶质。沥青质加热不熔融，当温度升到350以上时，会分解为气态、液态物质以及缩合为焦炭状物质。沥青质没有挥发性。石油中的沥青质全部集中在减压渣油中。四、 石油中的微量元素 一石油中的微量元素类型目前发现的石油中的微量元素有59种，可分为三类：过渡(变价)金属元素(

19、V、Ni、Fe、Mo、W、Cr、Cu、Mn、Pb、Hg、Ti等)碱金属和碱土金属(Na、K、Ba、Ca、Sr、Mg等)卤素和其他元素(Cl、Br、I、Si、Al、As等)。 石油中的微量元素(ppm)石油产地铁镍铜钒砷大 庆4.83.99.70.1胜 利11.53.70.050.29任 丘1.815.00.730.22阿 曼2.52.40.884.7马来西亚1.40.40.020.01就世界范围来看，在石油中含量最多的微量元素是钒，其次是镍。我国大多数原油的镍含量明显高于钒含量 。二微量元素在石油中的分布石油中的微量元素大多数也是随着沸点的升高而增加，主要集中在500的渣油中 三微量金属在石油

20、中的存在形态以无机盐的水溶液的盐类形式存在 以油溶性的有机金属化合物形式存在 四对石油加工及产品应用的影响原油的几十种微量元素中，对石油加工影响最大的微量元素有钒(V)、镍(Ni)、铁(Fe)、 铜(Cu)，它们是催化裂化催化剂的毒物，在重油固定床加氢裂化过程中也造成催化剂失活和床层堵塞；砷(As)是催化重整催化剂的毒物；钠(Na)和钾(K)也会使催化剂减活；在燃气透平中，燃料油中金属钒的存在会对透平叶片产生严重的熔蚀和烧蚀作用。为了延长催化剂的使用寿命，必须尽可能降低催化加工原料中微量元素的含量。第二节 油品的物理性质一、蒸汽压、沸程和平均沸点1、 蒸汽压定义：是在某一温度下一种物质的液相与

21、其上方的气相呈平衡状态时的压力，也称饱和蒸气压。蒸气压愈高的液体愈易于气化。 对同族烃类，在同一温度下，相对分子质量较大的烃类的蒸气压较小。 对某一纯烃而言，其蒸气压是随温度的升高而增大。纯烃 P=f(T)，烃类混合物 P=PiXi=f(T,X)，石油馏分 P=f(T,e)。蒸气压的表示法 真实蒸气压(泡点蒸汽压)：即e=0时的蒸汽压雷德蒸汽压：T=38，气体体积液体体积=42、馏程(沸程) 定义：石油馏分的沸点表现为一定宽度的温度范围，称为沸程。同一油品的馏程因测定仪器和测试方法不同。其馏程数据也有差异。在油品的质量标准中，大都采用条件性的馏程测定法恩氏蒸馏。 恩氏蒸馏(ASTM蒸馏)：将1

22、00mL油品放入标准的蒸馏瓶中，按规定条件加热，流出第一滴冷凝液时的气相温度称为初馏点，馏出物为10%、20%90%时的气相温度别别称为10%、20%90%点，蒸馏到最后所能到达的最高气相温度称为终馏点或干点。从初馏点到干点终馏点的温度范围称为馏程。 以气相馏出温度为纵坐标，馏出体积为横坐标，可以绘得该油品的恩氏蒸馏曲线。对于轻质油品：恩氏蒸馏曲线中10%到90%这一段很接近一条直线，因此可以用恩氏蒸馏曲线的10%到90%之间的斜率来表示该油品的馏程宽窄。即恩氏蒸馏曲线的斜率越大，该油品的馏程范围越宽。 斜率S：表示从馏出10%到90%之间，每馏出1%的沸点平均升高值 由于馏程测定具有严格的条

23、件性，因此馏程数据并不代表该油品的真实沸点范围，但可以大致判断油品中轻重组分的相对含量，或用与不同油品之间的比拟。大多数液体燃料规格中，只要求测定其具有代表性的初馏点、10%、50和90的馏出温度及干点。汽油的馏程40200，轻柴油的馏程200350，润滑油的馏程350520。3、平均沸点体积平均沸点tv用途：可求得其他平均沸点 质量平均沸点(tw)用途：主要用于求定油品的真临界温度Tc 立方平均沸点Tcu 用途：主要用于求油品的特性因数和运动粘度实分子平均沸点tm 用途：主要用于求油品的假临界温度(Tc)和偏心因数() 中平均沸点tme用途：用于求油品氢含量,K,Pc,燃烧热和平均分子量 二

24、、 密度、相对密度、特性因数和平均相对分子质量(组成特性) 1、密度和相对密度1定义：密度是单位体积物质在真空中的质量，g/cm3，kg/m3我国规定20时的密度为石油产品的标准密度，20在一定条件下，以一种液体的密度与另一种参考物质密度的比值来表示物质的相对密度，又称比重。常用的有d420(我国)，d15.615.6(欧美) 随着相对密度增大，比重指数的数值下降。第12届世界石油会议规定对原油的分类：API度31.1的原油为轻质原油；API度在31.122.3之间，为中质原油；API度在22.310.0之间，为重质原油；API度环烷烃烷烃 。如在20时：苯0.8774；环己烷0.7780；正

25、己烷 0.6572，分子环数越多，密度越大。 同一种原油：沸点增加，分子量增大，密度增大。 对不同原油 ，同样沸程，相对密度差异很大 。一般来说，环烷基的中间基的 石蜡基的 3与温度、压力的关系同一油品，温度上升，相对密度减小 在一定压力范围内，压力升高，对油品相对密度的影响可以忽略，只有当压力极大(几十兆帕)时，才考虑压力对相对密度的影响 2、特性因数1定义 特性因数是烃类绝对温度表示的沸点的立方根对相对密度作图，所得曲线的斜率。2不同烃类K值的大小 同族的烃K值相近，不同族的烃K值不同 富含烷烃的石油馏分K值为12.513.0，富含芳烃的石油馏分K值为1011 对于烷烃来说，支链增加K值下

26、降；而环烷烃和芳烃，支链数增加K值增加；对于芳烃来说，环数增加，K值减小对于石油馏分，计算K值时温度T为中平均沸点 3用途特性因数对于了解原油的分类和确定原油的加工方案，油品的化学组成及油品的其它特性是十分有用的。石油馏分的特性因数，结合相对密度或平均沸点可求得油品的其他物理性质，如前面讲的蒸汽压及后面将要讲的分子量等。3、平均相对分子质量1定义：在炼油设备计算中，应用最多的是数均相对分子质量2油品分子量的变化规律 汽油：100120 煤油：180200 柴油：210240 低粘度润滑油：300360 高粘度润滑油：370500 三、油品的流动性能 石油和油品在处于牛顿流体状态时，其流动性能用

27、黏度来描述；当处于低温状态时，那么用各种条件性指标来评定其低温流动性：如凝点、结晶点、冰点等。 1、粘 度1定义流动分子的内摩擦使流体带有一定的粘滞性，从而产生流体抵抗剪切作用的能力。衡量这种能力或粘滞性的性质指标，就是粘度。相同环数和碳数的芳香烃和环烷烃：环烷烃芳香烃 上述结论说明了液体的运动黏度中包含了分子结构的信息，而且环可以认为是黏度的载体。 2粘度的分类各种粘度的近似关系： 运动粘度(mm2/s):恩氏粘度(条件度，E):赛氏通用粘度(SUS):雷氏粘度(RIS) =1:0.132:4.62:4.05 3、油品粘度和化学组成的关系 黏度反映液体内局部子间的摩擦力，因此黏度必然与油品的

28、分子结构和大小密切相关，有关与组成的关系，有几点结论 油品的粘度随沸程的升高和密度增大而迅速增大 对于相同沸点的不同石油馏分： 含环状烃多那么粘度高；环数越多，粘度越大 当烃类分子中的环数相同时，其侧链越长那么其粘度越大 原油的粘度动力粘度(绝对粘度)制 泊(P,poise) 厘泊(cP) SI制 Pa.s 1Pa.s=1000cP石油产品运动粘度=/ 制(沱，Stoke) 厘斯(厘沱) SI制mm2/s 1cSt=1mm2/s 赛氏粘度SUS 或 SFS 恩氏粘度条件度，E 雷氏粘度RIS 条件粘度 专门用于表示油品粘度的指标4、油品粘度与压力、温度的关系 粘度与温度的关系：温度升高，所有油

29、品粘度下降；温度降低，所有油品粘度升高 粘温性质：油品的粘度随温度变化的性质 油品的粘度随温度的变化幅度小，那么称为油品的粘温性质好 粘温性质的表示法 粘度比：50/100；比值越小，那么粘温性质越好 粘度指数(VI)：粘度指数越高，表示油品的粘温性质越好 粘温性质与分子结构的关系 正构烷烃的粘温性质最好，分支程度较小的异构烷烃的粘温性质比正构烷烃稍差，随着分支程度的增大，粘温性质越来越差；环状烃(包括环烷烃和芳香烃)的粘温性质比链状烃的差；当分子中环数相同时，其侧链越长粘温性质越好，但侧链上如有分支也会使粘温性质变差石油各馏分的粘度都随着其沸程的升高而增大。当石油馏分的沸程相同时：石蜡基原油

30、的粘度最小，中间基居中，环烷基的最大。粘度与压力的关系：压力升高，粘度增大。当压力高于40atm时，需考虑压力的影响 2、油品的低温流动性低温下，石油及液体产品在低温失去流动性有两种情况：粘温凝固：含蜡很少或不含蜡的油品，在温度下降时，粘度迅速升高，当黏度大到一定程度后3105mm2/s,油品就会变成无定型的玻璃状物质，失去流动性，这种凝固称为粘温凝固。构造凝固：含蜡原油或油品，在温度下降过程中，由于蜡结晶析出而引起的凝固。1浊点、结晶点和冰点浊点：是煤油的低温指标，在规定条件下降温，当煤油出现雾状或浑浊时的最高温度。结晶点：是在规定条件下冷却油品，出现用肉眼可以分辨的结晶时的最高温度。同一油

31、品：浊点高于结晶点。冰点：是在规定条件下冷却油品到出现结晶后，再使其升温，使原来形成的结晶消失时的最低温度。同一油品的冰点比结晶点高13。浊点冰点结晶点。这些低温指标受化学组成的影响：1正构烷烃、芳香烃 环烷烃、异构烷烃和烯烃；2同一族烃类，分子量增加，指标升高；3 油品中含水，会严重影响油品的低温指标。2凝点、倾点和冷滤点凝点：是在严格的仪器、操作条件下测得油品刚失去流动时的最高温度。倾点：是指油品能从规定仪器中流出的最低温度，也称为流动极限，它比凝点能更好地反映油品的低温性能，被规定作为ISO标准。冷滤点：是在规定的压力和冷却速度下，测得20ml试油开始不能全部通过363目/in2的过滤网

32、时的最高温度。冷滤点能较好地反映柴油的泵送和过滤性能，与实际使用情况有较好的对应关系，所以目前用冷滤点替换凝点指标。四、油品的燃烧性能 石油和石油产品大都是易燃易爆、作为重要燃料来使用，研究其燃烧性能，对于平安使用燃料和了解燃料的使用性能均非常重要，主要用闪点、燃点和自燃点来描述。 1、油品的闪点1爆炸上限和下限在加热油品时，随着油品温度的升高，油品上方空气中的油气浓度逐渐增大，当用外来火源去引燃油气混合气时，发现在一定浓度范围内，油品上方会出现瞬间闪火或爆炸现象。当油气浓度低于这一范围，油气缺乏，而高于这一范围，那么空气缺乏，都不能闪火爆炸，因此称这一油气浓度范围为爆炸范围。其下限浓度称为爆

33、炸下限，上限浓度称为爆炸上限。因此在储存油品时，应使油品上方的油气浓度在爆炸范围之外，这样在有外来火源时，才不至于发生闪火爆炸事故。 所谓闪点是指油品在常压下油气混合气相当于爆炸下限或上限时的油品温度。因此闪点可以认为是一个温度范围。而平时我们使用爆炸下限温度或者爆炸上限温度来作为油品的闪点。关于闪点有以下几点说明：汽油的闪点是相当于爆炸上限的油品温度，而煤、柴油和润滑油等的闪点是相当于爆炸下限时的油品温度。 石油产品的馏程越轻，蒸汽压越大，闪点越低。闪点越低说明其着火危险性越大。因此石油产品以其闪点作为着火危险等级的分级标准。闪点是一个严格的条件性试验参数，实验时的条件不同，闪点也不同。轻质

34、油品采用闭口杯法测定GB/T261；重质油品和润滑油采用开口杯法GB/T267。同一油品的闪点：开口杯闭口杯重质油品中混入少量轻质油时，闪点大大下降，而且开口杯闪点与闭口杯闪点的差异也大大增大。 可以通过某种油品闪点的大小来判断其是否掺杂了其他油品。例如润滑油中混入了少量低沸点油品，那么其闪点会大大降低。通过油品闪点的大小来确定油品储存或使用时应采用的温度。从防火角度来看，敞开装油容器或倾倒油品时的温度应比油品的闪点低至少17。混合油品的闪点不具备加和性，其闪点总是低于按可加性计算的混合油闪点。2、燃点和自燃点燃点：油品在规定条件下加热到能被外部火源引燃并连续燃烧不少于5秒钟时的最低温度 自燃

35、点：把油品预热到很高温度，然后使其与空气接触，那么不需引火，油品即可能因剧烈氧化而产生火焰自行燃烧，能产生自燃的最低温度称为自燃点 通过定义我们可以看到，测闪点与燃点时需外部火源引燃；而自燃点却不需要，但它也有条件，就是油品在具有高温时才会出现自燃。象炼厂高温法兰处漏油时发生的火灾就属于油品的自燃。 3、闪点、燃点和自燃点与油品的组成的关系同族烃中，分子量增大，闪点增高，燃点增高，自燃点降低。油品越轻，闪点越低，燃点越低，自燃点越高。烷烃比芳烃易于自燃，所以烷烃的自燃点低(芳香烃比烷烃稳定)，但烷烃的闪点却比粘度相同而含环烷烃和芳香烃较多的油品高。五、溶解度在石油和天然气工业中，经常会遇到水和

36、油品、油品与溶剂的相平衡问题，其中包括气-液和液-液平衡，大量的是溶解度问题。 1、水在油中的溶解度水在油品中溶解度很小，但对油品使用性能产生恶劣的影响。其主要原因是因为水在油品中的溶解度随温度升高而增大。油品中的微量水会使油品的低温性能变差，特别是对航空汽油或喷气燃料造成的危害最为严重；并使油品储存安定性变坏，导致设备腐蚀和磨蚀等。 水在油品中的溶解度受其化学组成制约。一般来说，水在芳香烃和烯烃中的溶解度比在烷烃和环烷烃中的大。当碳原子数相同时，水在环烷烃中的溶解度又稍低于在烷烃中的。富含环烷烃的喷气燃料，当脱除大局部芳香烃以后，它对水的溶解度大大降低，明显改善了喷气燃料的低温性能。水在烃类

37、中的溶解度，可根据烃的碳氢质量比从有关图表中得到。2、苯胺点苯胺点是油品的一个特性数据，它可以反映油品的化学组成特点。这与前面我们学过的特性因数K、特征参数KH和相关指数BMCI一样都是特性数据，在某种程度上可以大致反映油品的化学组成。苯胺点是关于油品溶解度方面的参数，烃类在溶剂中的溶解度主要决定于烃类和溶剂分子结构的相似程度。两者结构越相似，溶解度越大。从化学角度来说，我们把它称为相似相溶原理。 当某一油品与溶剂以一定比例混合时，在较低温度下，因溶解度低两者不完全互溶而呈液-液两相，存在相界面；当温度升高时，溶解度逐渐增大，当加热到某一温度时，两者到达完全互溶，相界面消失，这时的温度称为该混

38、合物的临界溶解温度。即相界面消失的最低温度称为临界溶解温度。临界溶解温度越低，说明烃类与溶剂的互溶能力越强，同时也说明两者之间的分子结构越相似。苯胺点：就是以苯胺为溶剂，与油品按体积比为11混合时的临界溶解温度。关于苯胺点的几点说明： = 1 * GB3 不同烃类的苯胺点差异很大，当碳原子数相同时，多环芳烃单环芳烃烯烃环烷烃烷烃。 而且芳香烃的苯胺点远远低于烷烃和环烷烃。如以C6为例：苯-30 1-己烯： 27 环己烷：31 正己烷：69.1对于同族烃类：随分子量增大，苯胺点增大，但变化幅度不大。正己烷：69.1 正庚烷：70.0 正辛烷：72.1 正壬烷：74.9苯胺点的用途：根据油品苯胺点

39、可以求油品的特性因数K，分子量和H/C质量比等物性。也可以由油品的苯胺点计算柴油的柴油指数，从而可以估算油品的十六烷值。近年国际标准ISO3648-1976和国家标准GB2429-81都确定用航空燃料的苯胺点和密度按经验式计算航空燃料和各种规格燃料的净热值。苯胺点还用于测定油品中芳香烃含量，在测定试样和脱除芳香烃以后试样的苯胺点后，可按下式计算油品中的芳香烃含量。油品的苯胺点通常有实验测定或有经验图表求定。或者由关联式计算。六、油品的其他物理性质石油和油品还有很多特性指标，常用的有颜色、水分、硫含量、酸度、胶质和沥青质含量、蜡含量、残炭、灰分、水溶性酸或碱、腐蚀性等等，它们对油品使用性能影响很

40、大，现简述于后，对于不同油品的某些专用性质指标在此不作讨论.1、硫含量含硫量是原油和油品必需的重要指标，油品中的硫化物，使得油品具有腐蚀性、储存的不安定性，使用时会造成环境污染，因此是必须加以严格控制的指标。不同油品含硫量的测定方法不同。汽、煤、柴油用GB/T380燃灯法测定，喷气燃料等用GB/T1792测定硫醇性硫含量，深色石油产品如燃料油、原油、润滑油等用GB/T 387管式炉法，还有SH/T0172高温法等。定量测定硫含量的常用方法，其原理是用一定方式把油品中的全部硫化物转化为SO2，然后用一定溶液吸收，并转化为H2SO4，用标准碱溶液滴定以计算元素硫的含量。2、酸度和酸值酸度和酸值都是

41、定量表示油品中酸性物质主要是有机酸含量的指标。用中和100ml或100g油样中酸性物质所需要的KOH毫克数来表示酸度，单位为mgKOH/100ML；酸值为mgKOH/100g。酸性物质影响油品安定性，腐蚀设备，必须除去。汽、煤、柴油等轻质油品测定酸度，原油和润滑油等测定酸值。油品在储存中，因氧化变质其酸度和酸值会有所增大，因此它们也是衡量油品是否变质的重要指标之一。3、胶质、沥青质和含蜡量这三种物质对石油输送、加工方案确实定影响很大，特别是制定高含蜡易凝石油加热输送方案时，胶质与含蜡量间之比会显著影响热处理的效果。三者含量均以m%表示，是评价原油的重要指标。测定方法大都根据沥青质和胶质在不同溶

42、剂中的溶解度不同、不同吸附剂对它们吸附能力不同和其它物理性质的差异来区分的。所用溶剂和吸附剂不同，同一原油所得结果差异很大。所以只有在同样条件下测定的结果，才能进行比拟。 4、残炭和灰分油品的残炭是在规定仪器中，油品按规定条件蒸发、分解、灼烧后形成的黑色焦状残留物占试样的m%称为残炭，其大小间接说明油品在使用中出现结焦和积炭的倾向；也反映了油品，特别是润滑油的精制深度，精制深的油品，含重组分、非烃类化合物及胶质少，残炭值就低。灰分是油品煅烧后的固体剩余物，其组成、含量随石油种类、性质和加工方法不同而异。油品中的灰分主要是由少量无机盐、金属化合物及机械杂质所构成。油品中的灰分会导致油品在使用中引

43、起机械磨损、积炭、积垢和腐蚀，因而是汽轮机油和锅炉燃料等石油产品的重要质量指标。 第三节 汽油产品的质量要求一、汽油机的工作原理及对燃料的使用要求 汽油是点燃式发动机燃料，此类发动机又称汽化器式发动机。按用途可以分为车用汽油和航空汽油两类。各种汽油均以辛烷值作为牌号。我国生产汽油的工艺以催化裂化为主，辅以催化重整、烷基化和醚化等工艺。航空汽油那么是由催化裂化汽油、烷基化油、工业异丙苯和异戊烷等高ON组分调合而成。汽油的使用要求和质量标准主要来源于汽油机的工作要求。上止点：活塞在气缸中运动时所能到达的最高位置下止点：活塞下行所能到达的最低位置 压缩比：到达下、上止点时活塞上部的汽缸体积之比，V1

44、/V2 冲程：从上止点到下止点之间的直线距离 1进气过程活塞从上止点向下止点运动，活塞上方的体积增大，压力降低，进气阀翻开，空气吸入汽缸进气终了温度可达851302压缩过程活塞由下止点向上止点运动，进气阀和排气阀关闭压力可达0.71.5MPa，温度可达300450 3作功过程(点火燃烧) 进气阀和排气阀仍关闭，火花塞发出电火花而引燃混合气体火焰以2030m/s的速度迅速向四周传播燃烧 最高温度可达20002500，最高压力达3.04.0MPa 终了时温度约为9001200，压力为0.40.5MPa 4排气过程排气阀开启，活塞由下止点向上运动废气排出温度700800当活塞再次到达上死点时，排气结

45、束，这样完成一个工作循环，继而重复上述工作循环。如此周而复始，活塞不断上、下作直线往复运动，经连杆使曲轴不断旋转，对外作功。一般汽油机有四个或六个气缸，按一定顺序排列，使不连续的点火燃烧和膨胀作功过程变成连续的经连杆带动曲轴旋转的过程。 压缩比是汽油机的最重要技术指标，它是混合气被压缩前后的体积比，即活塞在下死点时气缸体积V1与活塞在上死点时气缸体积V2之比V1/V2。压缩比越大的汽油机，其功率、热效率越高，油耗量和单位马力金属重量均有所下降，也就是越经济。但压缩比越大，对汽油机的材质要求和汽油的ON要求也越高。提高汽油机压缩比的同时，必须提高所用汽油的辛烷值，否那么发动时机产生爆震现象而无法

46、正常工作。 根据汽油机的工作条件，对汽油的使用要求主要有：在所有的工况下，具有足够的挥发性以形成可燃混合气； 燃烧平稳，不产生爆震燃烧现象； 储存安定性好，生成胶质的倾向小； 对发动机没有腐蚀作用； 排出的污染物少 二、汽油的蒸发性 汽油的蒸发性能常用馏程和蒸气压来表示 1馏程(恩氏馏程)10%馏出温度是为了保证汽油具有良好的启动性能 50%馏出温度表示汽油的平均蒸发性能，是为了保证汽油馏分的组成分布均匀，使发动机具有良好的加速性和平稳性，保证其最大功率和爬坡能力 90%馏出温度和终馏点(干点)表示汽油蒸发的完全程度2饱和蒸气压 保证汽油在使用中不发生气阻 可相对的衡量汽油在储运中的损耗倾向

47、我国用雷德蒸气压作为汽油蒸汽压的指标 9月16日至3月15日使用的汽油的饱和蒸气压不高于88kPa 3月16日至9月15日使用的汽油的饱和蒸气压不高于74kPa 航空汽油规定其饱和蒸气压为2748kPa 三、汽油的抗爆性汽油在发动机中的抗爆震能力称为抗爆性，是汽油最重要的质量指标之一。用辛烷值、抗爆指数、品度等的大小来表示抗爆性的优劣。一定压缩比的发动机必须使用与其相匹配的辛烷值的汽油，方能保证在不发生爆震的情况下，产生最大功率，我国车用汽油以辛烷值作为其牌号。1爆震现象及原因爆震是汽油在汽油机中的一中不正常燃烧。 正常情况下，发动机压缩终了时的混合气温度达300450和压力715105 Pa

48、，此时气体中的烃类被氧化并生成一些过氧化物，经火花塞点燃后，火焰呈球面状以3070m/s速度向四周扩散，此时火焰经过的区域，温度、压力均衡上升，活塞工作正常。在某些情况下，当火花塞点燃混合气后，在火焰尚未传播到的混合气中，因受高温高压影响已形成大量自燃点较低的过氧化合物，在多个部位猛烈自燃，出现许多燃烧中心，同时燃烧是以爆炸方式进行，使火焰速度高达15002500m/s，温度、压力剧增，形成冲击波，如同重锤敲击活塞和气缸各部件，发出金属撞击声，此时由于火焰瞬间经过，使得某些部位的燃料燃烧不完全，排出带黑烟废气，此即爆震现象。爆震会损坏气缸部件，缩短发动机寿命，增加油耗量。爆震产生的原因？主要原

49、因是与汽油化学组成和馏分有关，如果汽油中含有过多容易氧化的组分，形成的过氧化物又不易分解，自燃点低，就很容易产生爆震现象。另外与发动机的工作条件和机械结构主要是压缩比、驾驶操作和气候条件等。汽油机的压缩比越大，压缩过程终了时混合气的温度和压力就越高，这就大大加速了未燃混合气中过氧化物的生成和积聚，使其更容易自燃。一定压缩比的发动机必须使用与其相匹配的辛烷值的汽油，方能保证在不发生爆震的情况下，产生最大功率。 指 标正 常爆 震火焰传播速度 m/s30705001000 (轻)15002000 (强)最高温度，2000250020002500最高压力，MPa3.04.0MPa10MPa2汽油抗爆

50、性的表示方法汽油的抗爆性是用辛烷值来表示。它是在标准试验用的可调压缩比的单缸发动机中测得的。将待测汽油与正标准燃料试样的进行比照实验而测得的。所用的标准燃料是异辛烷2，2，4-三甲基戊烷和正庚烷的混合物。人为规定异辛烷的辛烷值为100，正庚烷的辛烷值为0，将这两种标准燃料按不同体积比混合就得到了不同抗爆性等级的正标准燃料混合物，以异辛烷的体积百分数作为正标准燃料混合物的辛烷值。汽油的辛烷值表示与被测汽油抗爆性相同的正标准燃料混合物中纯异辛烷的体积百分数。因此汽油的辛烷值并不表示汽油中的异辛烷含量。车用汽油辛烷值的测定方法主要有两种：马达法和研究法。马达法的试验工况规定为：转速900r/min，

51、冷却水温度100，混合气温度150。研究法的试验工况规定为：转速600r/min，冷却水温度100，混合气温度不控制。由于研究法条件不如马达法苛刻，不容易发生爆震，因此研究法辛烷值RON比马达法辛烷值(MON)高510个单位，RON- MON称为汽油的敏感度，它反映汽油的抗爆性随发动机工况改变而变化的程度。抗爆指数 ONI=MON+RON/2 是衡量汽油抗爆性的指标。 MON= RON0.8+10 (经验关联式)道路辛烷值：在一定条件用多缸汽油机测定的辛烷值。道路辛烷值=28.5+0.431RON+0.311MON-0.040烯烃含量调和辛烷值BON：汽油调和时表现出来的辛烷值。对于90号汽油

52、： 要求 RON不小于90，抗爆指数不小于85 航空汽油抗爆性的表示法：航空汽油的抗爆性用辛烷值和品度两个指标来表示 辛烷值表示发动机在贫混合气(过剩空气系数a=0.81.0)条件下工作时的抗爆性 品度表示发动机在富混合气(a=0.60.65)下工作时的抗爆性，品度=Nmax/N100航空汽油的抗爆性的表示方法我国采用“辛烷值/品度来表示，如95/130，100/1303汽油的抗爆性与组成的关系汽油由烃类组成，对分子量大致相同的不同烃类 正构烷烃环烷烃正构烯烃异构烷烃和异构烯烃1000r/min的高速发动机，重柴油：中速、低速500r/min发动机。残渣型：大功率、低速船用柴油机。 一、压燃式

53、发动机的工作过程1与汽油机的相同之处都有四冲程：进气、压缩、燃烧膨胀、排气 都是内燃机 2与汽油机的不同之处柴油机压缩的只是空气，压缩比可以更大 汽油机电火花点燃点燃式发动机；柴油机自燃压燃式发动机 汽油机：汽油在气化室气化后与空气一起进入燃烧室(气缸)压缩，在压缩阶段末点火燃烧；柴油机：空气进入气缸，被压缩升温，在压缩阶段末喷入柴油而自燃。 汽油机、柴油机的主要区别汽 油 机柴 油 机吸入油气(汽油+空气)，预先混合只吸入空气，预先不混合油气一同压缩只压缩空气压缩比低8-10，受燃料性质影响压缩比高13-24，不受燃料性质影响电点火，燃料自燃点高有利自燃，燃料自燃点低有利热成效率低21%-2

54、8%热成效率高35%-43%汽油机单位马力耗油多柴油机单位马力耗油少汽油闪点低，危险性大柴油闪点较高，危险性较小柴油机对燃料的使用要求具体表现在以下几个方面：1具有良好的雾化性能、蒸发性能和燃烧性能；2具有良好的燃料供应性能；3对发动机部件没有腐蚀和磨损作用；4良好的储存安定性和热安定性。 二、燃烧性能 柴油的燃烧性好是指喷入燃烧室内与高温空气形成均匀的可燃混合气之后，能在较短的时间内自燃并正常地完全燃烧。蒸发性能柴油在柴油机气缸中发火和燃烧都是在气态下进行的，同时还受其蒸发性的影响。柴油的馏分过重，那么蒸发速度太慢，从而使燃烧不完全，导致功率下降、油耗增大以及润滑油被稀释而磨损加重。假设柴油

55、的馏分过轻，那么由于蒸发速度太快而使发动机气缸压力急剧上升，从而导致柴油机的工作不稳定。馏分组成馏程中要求柴油的50%流出温度不高于300 90%馏出温度及95%馏出温度：90%馏出温度及95%馏出温度越低，说明柴油中的重馏分越少。我国国家标准规定轻柴油的90%馏出温度不高于355，95%馏出温度不高于365。我国轻柴油的馏程范围一般在200380 闪点 国产轻柴油规定-35#、-50#轻柴油的闭口杯法闪点不低于45，其余牌号不低于55 闪点同时也是平安保证指标 2柴油的抗爆性能1 柴油机的爆震现象和柴油的燃烧性能柴油机与汽油机一样，假设燃料不好也会发生爆震，但产生爆震的原因不同。在柴油机的压

56、缩末期500700，3050105 Pa，向汽缸中喷入柴油，雾化油滴在高温高压的空气中迅速受热汽化、氧化形成过氧化物而开始自燃，然后边喷油边燃烧，直至燃烧过程结束。柴油在发动机内的燃烧过程，从喷油开始到全部燃烧为止，大体可分为四个阶段。滞燃期 急燃期 缓燃期 后燃期 柴油喷入汽缸后进行雾化、受热、蒸发、扩散以及与空气混合而形成可燃混合气，只有13ms 从自燃开始到到汽缸中压力不再急剧上升时为止，火焰传播速度和燃烧速度快，放热量多，汽缸内温度和压力上升很快 从汽缸内压力不再急剧升高到压力开始迅速下降，燃烧过程的主要阶段 从燃料停止喷射到燃烧终点 柴油机的爆震现象：自燃点高的柴油滞燃期就长，也就是

57、在汽缸中积累较多柴油后才开始自燃，此时大量燃料同时开始突然燃烧，引起汽缸中的温度、压力剧增，同时带有爆燃的特点，冲击汽缸壁和活塞，同时燃烧不完全，出现象汽油机那样的爆震。 因此柴油机的爆震，是由于燃料的自燃点太高。因为柴油的自燃点高，使滞燃期增长，导致开始自燃时，气缸中已积累了较多的燃料，过多的燃料同时自燃，使得气缸内压力剧增，过高的压力冲击活塞头，造成爆震。 与汽油机爆震的区别：柴油机和汽油机产生爆震虽然都是由于燃料的自燃引起的，但两者有根本的差异：汽油机的爆震出现在火焰传播过程中，是由于燃料自燃点太低造成的。而柴油机的爆震发生在燃烧阶段的初期，是由于燃料的自燃点太高造成的。汽油机、柴油机的

58、爆震还与各自的工作原理有关。汽油机是点燃式发动机，不需要燃料自燃，而柴油机是压燃式发动机，是通过燃料自燃来到达燃烧的目的。 柴油机的燃烧过程 2 柴油抗爆性的表示方法 柴油的十六烷值：表示与被测柴油抗爆性相同的标准燃料中正十六烷的体积百分数。 例如：某柴油的抗爆性与含52%的正十六烷的标准燃料的抗爆性相同，那么该柴油的十六烷值就等于52。十六烷值(CN)正十六烷的(CN=100) a-甲基萘CN =0 或：七甲基壬烷(CN=15) 我国轻柴油质量标准中规定十六烷值不低于45并非柴油的十六烷值越大越好，一般不高于65 3 柴油的十六烷值与化学组成和馏分的关系烷烃正构烷烃的十六烷值最高，并且，相对

59、分子质量越大，十六烷值越高。碳数相同的异构烷烃的十六烷值比正构烷烃的低。相对分子质量相同的异构烷烃，其十六烷值随支链数的增加而降低。 烯烃正构烯烃有相当高的十六烷值，但稍低于相应的正构烷烃。支链的影响与烷烃相似。环烷烃十六烷值低于碳数相同的正构烷烃和正构烯烃，有侧链的环烷烃的十六烷值比无侧链的环烷烃的更低。芳香烃无侧链或短侧链的芳香烃的十六烷值最低，且环数越多，十六烷值越低。带有较长侧链的芳香烃的十六烷值那么相对较高，而且随侧链链长的增长其十六烷值增高。碳数相同的直链烷基芳烃比有支链的烷基芳烃的十六烷值高。由于化学组成的差异，产自石蜡基原油的直馏柴油的十六烷值显然要比产自环烷基原油的高。如表4

60、10所示，大庆、华北等石蜡基原油中柴油馏分的十六烷值接近70，而环烷基的羊三木原油中柴油馏分的十六烷值，还不到40。对于柴油，十六烷值并不是越高越好，十六烷值过高，会带来不利影响。十六烷值过大，由于燃料太易自燃，尚未与空气混合均匀就开始燃烧，使得空气缺乏而造成燃烧不完全，局部烃类热分解500700，产生黑烟。另外，十六烷值过大，凝点高，低温流动性差。所以，一般规定十六烷值不要高于65。 柴油的理想组分：应从两个方面入手，即应保证它的十六烷值比拟高，又要保证它的凝点比拟低。单烷基T型或二单烷型的异构烷烃。如：C6C(C)C(C)C6(7,8二甲基十四烷)，C7C(C)3C7(8丙基十五烷)。 三