油料学与炼制工艺ppt1

第二章石油及油品的物理化学性质第二章石油及油品的物理化学性质1石油及油品的物理化学性质研究的目的和意义众所周知，由石油可生产出成千上万产品及半成品，如：液化气、汽油、航空煤油、灯油、柴油、重油、各种润滑油、润滑脂、石蜡、地蜡、沥青、焦炭及各种化工原料（乙烯、丙烯、丁烯、丁二烯、乙炔、苯、甲苯、二甲苯等），这些成品和半成品都必须符合一定的标准（GB、QB等），进入国际市场还要满足国际标准。

石油及油品理化性质测定可以作为评定油品质量、控制生产、衡量油库管理水平、控制油品输送过程的重要指标，也是设计石油及油品输送管道和油库以及石油加工装置的重要依据。第二章石油及油品的物理化学性质2研究的内容

油品各种物理化学性质的意义、影响因素和表示方法等。主要性质指标油品蒸发性能的指标：蒸汽压、馏程油品轻重指标：密度流动性能指标：粘度低温性能指标：浊点、结晶点、冰点、凝点倾点与着火、爆炸、燃烧有关的性质：闪点、燃点、自燃点、静电着火性能其它的规格项目：水分、硫含量、酸度、酸值、胶质、沥青质含量、含蜡量、残炭、灰分、水溶性酸或减和腐蚀试验第二章石油及油品的物理化学性质3注意事项石油产品的分析包括理化性质的测定和化学组成的分析两方面。由于石油是一种复杂的有机化合物的混合物，它与纯净物不同，理化性质会随着化学组成的不同而有较大的差异。故石油产品理化性质是其化学组成的外在表现，也是组成石油产品的各种化合物性质的综合表现，具有综合性。石油产品是混合物，不像纯净物，其ρ、P、Tb没有固定值，而是随化学组成的不同而异，故需常测定，测定须在指定的条件下、特定的仪器中、按规定的操作进行，即油品性质测定具有条件性。第二章石油及油品的物理化学性质4石油产品标准和试验方法标准根据标准的适应领域和有效范围分为三级：国标(GB)＞行标(SH)＞企标(QB)我国各种标准的编号方法：GB/T510-83(91)统一标准：国际标准（简称ISO）、国家标准（简称GB）、中国石油化工总公司、部级标准（简称SY）、专业标准（简称ZBE）和企业标准（简称QB）、美国石油协会（API）美国材料与试验协会标准（ASTM）、英国石油协会标准（IP）、石化行业标准（SH）、日本工业标准（JIS）等。

蒸发性能又称气化性能，指液体在一定的温度下能否迅速蒸发为蒸汽的能力。而汽油、航煤和柴油等发动机燃料在燃烧时必须经雾化、气化及与空气形成可燃混合气的过程，这一过程是保证燃料燃烧稳定完全的先决条件，与油品的蒸发性能密切相关。因此，蒸发性能是液体燃料的重要性能之一。第一节蒸气压和沸程第一节蒸气压和沸程油品蒸发的危害：油品蒸发造成管路中气阻以致油品装卸困难（主要体现在油气管路输送及油品装卸过程），油品中轻组分大量蒸发降低了油品质量（油库及站的管理），增大了油品蒸发损耗，油蒸气容易引起火灾，也会使人头晕、呼吸困难，甚至窒息死亡。油品的蒸发性能通常用蒸气压和馏程两个性质来表示。

可以用此预测气煤柴等内燃机燃料能否正常燃烧及发动机的工作状况，判断油品在储运中的蒸发损失倾向和着火安全性。汽车停车灭火后打不着火：天气冷或燃料的蒸发性不好汽车爬坡困难：燃料的蒸发性不好，燃气供不应求燃料蒸发性能差，剩下的液体油反流润滑油系统中，不仅使燃料的耗量增大，还破坏润滑油作用不能蒸发的燃料容易结焦，对发动机产生磨损油品轻，容易蒸发，产生气阻，中断燃料供给，会是发动机停止工作油品储运中，油品蒸发会造成管路中气阻以致油品装卸困难油品中轻组分大量蒸发降低了油品质量并增加油品蒸发损耗保证油品的蒸发性能，还不气阻，要求油品有一定蒸发性能指标。第一节蒸气压和沸程1蒸气压1.1定义

在一定温度下，液体同其液面上方蒸气呈平衡状态时蒸气所产生的压力（气液平衡时蒸气产生的压力）称为饱和蒸气压，简称蒸气压。蒸气压的高低表明液体中分子逃离液体，气化或蒸发的能力，同一温度下蒸气压高的液体比蒸气压低的液体更容易气化。1.2作用

计算油库的油品蒸发损耗，控制航空汽油、车用汽油等轻质油品的质量、工艺设计及结构优化等。第一节蒸气压和沸程1.3计算（1）纯烃：对于某一种烃，与其它纯液体一样，其蒸汽压随着温度的升高而增大。对于同一族烃类，相同的温度下，蒸汽压随着烃类沸点的升高而减小。采用一些经验或半经验的公式求取纯烃的蒸气压（1-2-1）或查经验图表得出纯物质在不同温度下的蒸汽压（1-2-2）。第一节蒸气压和沸程1.3计算（2）对于已知组成的烃类混合物，如果体系压力不高，气相近似于理想气体，液相可视为理想溶液，则混合物总蒸气压可用道尔顿和拉乌尔定律求得：混合物的蒸气压，Pa组分i的蒸气压，Pa

平衡液相中i组分的摩尔分数

组分数第一节蒸气压和沸程1.3计算（3）烃类混合物及石油馏分的蒸汽压：烃类混合物与纯烃不同，其液相组成不是固定不变的，它随气化率不同而变化。当按式（1-2-1）计算时，得到的只是某个平衡条件下的蒸气压。当平衡条件变化时气化率随之改变，式中也有所变化。所以烃类混合物的蒸气压在压力不太高时，不仅是温度的函数，而且与气化率有关。第一节蒸气压和沸程1.4蒸气压测定方法标准：

GB/T6536-86石油产品蒸馏测定法

GB/T6536-97石油产品蒸馏测定法

GB/T8017-87油品质量标准（雷德法）第一节蒸气压和沸程测定油品的蒸气压的方法：（1）蒸气压即所谓真实蒸气压或泡点蒸气压，是在气化率为零时的蒸气压，在工艺计算时常用。泡点（单位℃）：液体混合物在一定的压力下被加热到某一温度时，液体开始气化，形成第一个气泡时的温度。第一节蒸气压和沸程测定油品的蒸气压的方法：（2）油品质量标准中的雷德/特蒸气压，是在规定条件（38℃、气相体积与液相体积之比为4:1––GB/T8017-87油品质量标准：37.8℃）下测定的，测定方法较为简单，主要用作油品质量标准或用它求定原油、汽油及其他油品在储存温度下的真实蒸气压（见书图1-2-1,1-2-2）。第一节蒸气压和沸程2

馏程纯物质在一定外压下，当加热到某一温度时，其饱和蒸气压等于外界压力，此温度称为沸点。在外压一定时，沸点是一个定值。石油及其产品是复杂的混合物，其蒸气压不仅受温度、压力影响，而且还随气化率变化而变化。在一定外压下，油品的沸点随气化率增大而不断升高。所以其沸点表现为一定宽度的温度范围，称为馏程（或沸程）石油和油品的馏程因测定仪器不同其数值也有差别。在油品计量标准和储运过程的质量控制指标中，采用简单的馏程测定法称恩氏馏程。目前较新的标准是GB/T6536-97。第一节蒸气压和沸程2馏程恩氏馏程：在恩氏蒸馏设备中按规定条件对油品加热，当馏出第一滴冷凝液时的气相温度，称为初馏点。蒸馏过程中烃类分子按沸点由低到高逐渐蒸出，气相温度也逐渐升高，当馏出物的体积为为油品试样体积10%、20%、···90%时的气相温度，分别称为10%点、20%点、···90%点，蒸馏到最后所能达到的最高气相温度称为终馏点或干点。从出馏点到干点这一温度范围就成为该油品的馏程。第一节蒸气压和沸程恩氏馏程测定器

第一节蒸气压和沸程恩氏馏程所测的值具有条件性。馏程是石油产品蒸发性大小的指标，从恩氏馏程可判断油品沸点的范围和油品中轻重组分的相对含量。将恩氏蒸馏所得的初馏点及各馏出温度为纵坐标，以相应的馏出体积百分数为横坐标，绘制成的曲线称为该油品的恩氏蒸馏曲线。第一节蒸气压和沸程馏分汽油馏分/℃煤油馏分/℃初馏点4219710%点7820520%点10922230%点12623140%点13723950%点14524760%点15125470%点15926380%点16827590%点180287干点196302残留量及损失/%1.0—表1-2-1两种油品的馏程数据馏分常冠以汽、煤、柴、润滑油等石油产品名称，但馏分≠石油产品，须将馏分进一步加工或处理，达到油品规格要求，才能得到油品。同一沸程的馏分因加工目的不同可以得到不同产品。各种油品沸程大致如下：汽油40～200℃；灯用煤油180～300℃；轻柴油200～300℃；喷气燃料130～240℃；润滑油350～520℃；重质燃料油>520℃第一节蒸气压和沸程本节自测题依据表1-2-1两种油品的馏程数据绘制出该油品的恩氏蒸馏曲线。第二节密度和相对密度石油及油品的密度与相对密度是衡量油品轻重的指标，密度与相对密度↓轻质油品（希望理想），密度与相对密度↑重质油品（不希望非理想）。因此密度与相对密度对生产、储藏和运输有着重要的意义，在原油及产品的计量和炼油装置设计等方面都是必不可少的。一、石油及其油品的密度基本概念（8）物质的密度：该油品在单位体积内的质量，单位为g/cm3或kg/m3

。油品的体积随温度的升高而膨胀，其密度也随之变小，提及密度时应标明温度。我国国家标准规定石油以及液体石油产品在20℃时的密度为其标准密度，表示为

20。其他温度下的密度称为其视密度，记作t。一、石油及其油品的密度基本概念物质的重度指该物质单位体积的重量，用γ表示，工程上以kgf/m3为单位。

γ=P/vkgf=千克力，即1kg物质在地球上所受到的地心引力，约等于9.8N。我国及东欧各国习惯用石油以及液体石油产品在20℃时的密度与4℃时纯水的密度之比做为其标准相对密度，表示为液体油品的相对密度是其密度与规定温度下水的密度之比值，没有单位。常用d表示。欧美各国则常用

表示油品标准相对密度，即国际标准规定15.6℃（60ºF

）试油的密度与15.6℃水的密度之比称为国际标准相对密度。与之间可按下式进行换算：通过查表可以得到。美国石油协会（API）还常用相对密度指数（又称APIº，比重指数）来表示油品尤其是原油的相对密度，与关系式如下：由此可见，API度与密度成反比的关系，密度、相对密度越大，API度越小，油品越重？轻？油品密度的测定方法密度计法（阿基米德原理）比重瓶法一、石油及其油品的密度的测定方法二、液体油品相对密度与温度、压力的关系温度升高，油品的体积膨胀，密度和相对密度减小。当温差在(20±5)℃的范围内，t℃时的相对密度与20℃时的相对密度之间存在如下的关系:式中：—油品的体积膨胀系数

当温差超出(20±5)℃的温度范围时，用GB/T1885—83测出

20。液体受压后，体积变化不是太大，因而通常压力对液体石油产品的密度的影响可以忽略不计。但在很高的压力下油品的密度要受到压力的影响。日常生活中须注意的是油品受热，体积膨胀，如果容器体积不变，装满油的密闭容器压力升高容易引起爆炸。四、相对密度与化学组成的关系图3-3-1各族烃类的相对密度

比较各种烃类的相对密度：碳数相同而结构不同的烃类，芳香烃＞环烷烃＞烷烃同族烃类，随着碳数的增加：正构烷烃的相对密度增加正烷基环己烷的相对密度增加正烷基苯的相对密度减小芳香烃环烷烃烷烃在石油及油品中，随着沸点的升高，馏分越重，其中芳香烃、稠环芳烃及胶质沥青质含量升高，油品密度和相对密度增大，APIº减小。油品沸点范围/℃相对密度（）比重指数APIº原油汽油煤油柴油润滑油＜200200～300200～350＞3200.65～1.060.70～0.770.75～0.830.82～0.87＞0.8586～270～5257～3941～31＜35表1-2-3原油和石油产品的相对密度和沸点范围

在气煤柴油中，沸点最高的是？？密度最大的是？？比重指数最小的是？？沸点最低的是？？密度最小的是？？比重指数最大的是？？思考题：P16上表1-2-3五、混合油品的密度当属性相近的两种或多种油品混合时，其体积具有可加性，因此混合油品的的密度

mix可依据可加性计算：式中：vi－组分i的体积分率馏分名称混合油轻柴油重柴油裂化原料油残油组成，%（体积）10030103030相对密度0.90330.86000.88400.9130？？例：试求某一石油残油的相对密度，已知数据如下表所示六、测定油品密度与储运工作的关系密度是多种油品，特别是喷气燃料的重要质量标准，对喷气燃料的热值和低温性能影响很大，是生产中严加控制指标；在油库中，可根据密度区分油品种类，根据油品在储存过程中密度变化，判断是否存在问题：如发现燃料的密度与原来测定结果相差1%以上，可认为储存过程中与其他油品发生掺混事故或因大量的蒸发损失造成密度显著增大；在炼厂工艺设计和生产、油品储运、产品计量等方面也经常用到密度和相对密度。案例分析

某一东北加油站冬季过去后进行利润核算发现赔了很多钱，请你帮他分析一下原因在哪？润滑油第三节粘度粘度是评定油品流动性的质量指标，是油品特别是润滑油质量标准中的重要项目，也是炼油设计中不可缺少的物理性质。粘度就是体现流体作层流相对运动时分子之间摩擦阻力大小的指标。

一、粘度的定义1、动力粘度（

）由牛顿方程式所定义：两液体层相距1cm，其面积各为1cm2，相对移动速度为1cm/s时所产生的阻力叫动力粘度，又称绝度粘度，通常用

表示，单位Pa·s。式中：F—作层流相对运动的两流层间的内摩擦力(剪切力)，N；

A—两流层间的接触面积，m2

dv—两流层间的相对运动速度，m/s

dl—两流层间的距离，m

—流体内部摩擦系数，即该流体的动力粘度，单位Pa·s

。动力粘度(η)单位Pa·s

与泊(P，g/cm·s)、厘泊(1/100P,cP)之间的转换:1Pa·s=10P=1000cP(？)2、运动粘度常用运动粘度作为油品流动性能的指标，它是绝对粘度

与相同温度和压力下的液体密度

之比值，即：

在SI单位中，运动粘度的单位是m2/s。运动粘度(ν)

单位m2/s与斯(St，cm2/s)、厘斯(cSt，mm2/s)之间的转换:1m2/s=104St=106

cSt(？)3、条件粘度

条件粘度都是用特定的仪器在规定的条件下测定的，所以称条件粘度。他们是一个公值，不具有任何物理意义。恩氏粘度：规定的温度下，油品从恩氏粘度计流出200mL所需时间与流出200mL、20℃的水所用的时间之比值。赛氏粘度：60mL的油品流出赛氏粘度计的时间（秒）。雷氏粘度：50mL的油品从雷氏粘度计中流出的时间（秒）。赛氏粘度和雷氏粘度

在欧美国家广泛使用，我国石油产品规格中常使用运动粘度和恩氏黏度。二、粘度的测定方法(运动粘度ν)运动粘度测定方法是用毛细管粘度计法。当油品在层流状态下流经毛细管时，其流动状态符合下列关系式：在毛细管粘度计中油品的流动是靠自身的重力作用，其压力

P＝gh。则有：令：即：c为毛细管粘度计常数，单位为mm2/s2。三、粘度测定的意义四、粘度与化学组成的关系粘度既然反映的是流体内部分子之间的摩擦力，那么它必然与流体的分子大小和分子结构有密切的关系。表3-5-1烃类的粘度(25℃，Pa·s×10-3)化合物绝对粘度化合物绝对粘度化合物绝对粘度正己烷0.298环己烷0.895苯0.601正庚烷0.396甲基环己烷0.683甲苯0.550正辛烷0.514乙基环己烷0.785乙基苯0.635正壬烷0.668丙基环己烷0.931丙基苯0.796正癸烷0.859丁基环己烷1.204丁基苯0.957同一系列的烃类，其粘度随着碳数的增加而增加。当碳数接近时不同系列的烃类，粘度：环烷烃>芳香烃>烷烃表3-5-2烃类分子中环数对粘度(98℃，mm2/s)的影响

化合物运动粘度化合物运动粘度2.493.292.534.982.7410.103.82分子量相近（碳数相同）的烃类，环状结构分子的粘度大于链状结构分子的粘度，而且环数越多，粘度越大。因此分子中的环状结构可以看成是粘度的载体。化合物赛氏粘度化合物赛氏粘度148.0113.5208.0168.0表3-5-3环状烃类的侧链长度对于粘度(100℃)的影响当分子中的环数相同时，侧链越长的烃类化合物的粘度越大。

石油及其产品的粘度均随着油品馏程的升高、密度的增加而迅速的增大。五、粘度与温度的关系

油品的粘度是温度的函数，随温度的升高油品的粘度降低。

1、油品的粘度与温度的关系式lg[lg(

＋0.6)]＝b＋mlgT

2、粘度-温度关系的表示方法油品粘度随温度变化的性能称为粘温性能，表征油品的粘温性质的指标有两种：粘度指数（简称VI）H油：人为规定粘温性质良好的宾夕法尼亚原油所有窄馏分的VI均为100。L油：人为规定粘温性质差的德克萨斯海湾沿岸原油所有窄馏分的VI均为0。式中：U—试样在40℃时的运动粘度

Y—试样在100℃时的运动粘度

H—与Y相同的H标准油在40℃时的运动粘度

L—与Y相同的L标准油在40℃时的运动粘度当VI≥100时：当VI为0～100时：思考题：计算粘度比粘度指数VI越大，表明油品的粘温性质越好，对于粘温性质较差的油品，其粘度指数可能是负数。粘度比=v50/v10050℃时的运动粘度与100℃时的运动粘度的比值。对于粘度水平相当的油品，粘度比越小，表示该油品的粘温性质越好。六、粘温性质与分子结构之间的关系化合物VI化合物VIn-C261771251607214411740101-70表3-5-4各种烃类的粘度指数(VI)化合物VI化合物VI70144-61221081407753-15-66续表3-5-4各种烃类的粘度指数(