石油化学第5章石油产品的使用性能及其与化学组成的关系课件

2026/11/91PetroleumChemistry第五章石油产品的使用性能及其与化学组成的关系石油产品的使用性能与化学组成的紧密关联，是整个石油炼制与应用领域的核心逻辑。不同应用场景对油品性能提出差异化要求，而油品性能本质由其化学组成决定，这就要求我们制定质量指标时，必须同时兼顾使用需求与加工产物的实际组成与性能。随着技术迭代与社会需求变化，石油产品的品种与质量标准处于动态更新中，目前全球现有石油产品超千种，我国将其划分为6大类，覆盖能源、工业、民生等多元领域，完整的分类体系为后续精准匹配应用需求奠定了基础。石油产品的品种与质量指标并非一成不变，而是伴随社会经济发展与科学技术进步持续迭代升级。当前全球石油产品种类已达千余种，我国结合行业应用实际与产业管理需求，将石油产品划分为六大类别，这种分类方式清晰勾勒出石油从原油加工到终端应用的完整产业链条，为后续的质量管控、应用适配与产业规划提供了明确的参照框架。石油产品的使用性能与自身化学组成存在高度内在关联。不同应用场景对油品的性能要求差异显著，这既源于各类终端设备的工作原理与工况条件不同，也取决于油品本身的化学组成特性。以发动机燃料为例，汽油机与柴油机的燃烧方式截然不同，前者依赖火花塞点燃预混可燃气体，后者依靠高压高温使柴油自行压燃，两种燃烧模式对燃料的蒸发性、抗爆性、粘度等性能提出了完全不同的要求。制定石油产品质量指标需要兼顾双重目标。一方面，指标设定必须充分响应终端使用部门提出的各类实际需求，确保油品能够适配设备工况、满足使用场景；另一方面，也要结合石油原油本身的化学组成特性，以及常减压蒸馏、催化裂化、加氢精制等加工工艺的实际产出情况，让质量指标既具备实用性，又具备生产可行性，避免出现脱离加工实际的过高要求，或是无法满足使用需求的过低标准。我国石油产品体系覆盖六大类应用领域，不同品类的产量规模、适用场景存在显著差异。燃料类产品是石油产业的核心产出，占我国石油产品总量的四分之三，其中80%为发动机燃料，支撑着各类动力设备的运转需求。润滑剂类产品虽产量仅占石油产品总量的2%左右，却拥有十分丰富的产品品类，适配不同工况下的润滑防护需求。石油沥青广泛应用于道路铺设、建筑施工与防水工程，产量占石油产品总量的2%~3%。石油蜡作为轻工、化工与食品工业的基础原料，产量约占石油产品总量的1%。石油焦可用于制备炼铝、炼钢所需的电极，产量约占石油产品总量的1%~2%。溶剂与化工原料类产品占石油产品总量的20%，包括乙烯生产原料轻油、石油芳烃及各类专用溶剂油，是石油化工产业链的重要源头。我们从原油中提炼的各类产品都有明确应用场景，每一类产品都对应社会生产生活中的不同需求。燃料类产品在石油产品总量中占比达到四分之三，其中八成以上供给各类发动机作为动力来源。剩下的四分之一原油产出，支撑起工业生产的多个关键环节。润滑类产品产量占比仅为百分之二，却承担着工业设备降磨减耗的核心功能。我们身边的汽车发动机、工厂里的大型机床，都离不开润滑油和润滑脂的保护，用少量原油产物延长成百上千倍价值的设备使用寿命。沥青覆盖全国七成以上的公路路面，还为建筑屋面提供防水防护；石蜡用于食品包装、日化生产的诸多场景；石油焦是炼铝、炼钢电极的核心原料，支撑冶金工业发展。还有两成石油产物作为溶剂和化工原料，轻油用于制取乙烯，芳烃成为合成材料、医药生产的基础原料。我们生活的方方面面，从出行、住房到日常用品，都与原油不同馏分的精准利用紧密相连。每一种产品的性能标准，都是在实际使用需求和原油加工特性之间找到的最优平衡。汽油机又称点燃式发动机，是轻型汽车、螺旋桨飞机、快艇的核心动力装置，承担陆地、空中、水上交通的动力输出任务。这台看似复杂的动力设备，核心原理并不复杂：它通过精准的燃油供给、可控的往复运动、定时的点火燃烧，将汽油的化学能高效转化为机械能，驱动各类设备运转。日常驾驶的家用轿车、小型通航飞机、竞速快艇，核心动力系统大多采用汽油机。它的精密结构与严谨工作流程，是支撑各类轻型交通工具稳定运行的关键，也是理解汽油使用性能的基础前提。这张图就是汽油机的核心构造，我们拆解每个部件的作用：1号浮子室像一个小型储油容器，专门储存汽油，保证燃油供应稳定。2号浮子搭配3号针形阀，组成了精准的液位控制系统，当浮子室油面下降，浮子随之下落，针形阀就会打开，补充汽油。这个结构就像家里马桶的水箱，维持油位始终在合适高度，不会溢出也不会断供。汽油从浮子室流出后，通过4号导管输送到5号喷嘴，喷嘴位置在6号喉管的最窄处。喉管设计成收缩形状，利用空气快速流动产生的负压把汽油喷成雾状，这样汽油就能和空气充分混合。7号和8号节气阀是控制进气量的关键部件，我们踩下油门踏板时，节气阀的开度就会变大，进入发动机的空气量增加，喷油量也会同步提升，发动机的动力就会增强。混合后的油气进入9号混合室进一步混匀，形成可燃混合气。发动机的动力核心在10号活塞，活塞在气缸内做上下往复运动，配合11号火花塞点火、12号进气阀控制混合气进入、13号排气阀排出燃烧后的废气，加上14号弹簧为阀门提供复位的弹力，整套部件协同配合，完成四冲程的工作循环，把汽油的化学能转化为机械能，驱动车辆前进。这张图展示的是汽油机构造与工作原理。汽油从左侧的浮子室流入，依靠浮子和针形阀保持液面稳定，再经导管从喷嘴喷出，配合喉管形成的负压实现雾化，与空气在混合室内初步混合形成可燃混合气。节气阀由两个联动的阀片构成，通过开度调节进入气缸的混合气量，直接控制发动机转速与功率输出。混合气体经由进气阀进入封闭气缸，活塞在气缸内往复运动，上行至顶端的位置为上止点，此时气缸内剩余的最小容积为燃烧室体积V2；下行至底端的位置为下止点，此时气缸的最大容积为气缸总体积V1。活塞从上止点到下止点的直线距离为冲程，而气缸总体积V2与燃烧室体积V1的比值就是压缩比，压缩比是决定发动机动力性能与效率的核心指标。活塞完成压缩行程后，火花塞会在恰当的时机跳火点燃混合气，燃烧产生的高温高压气体推动活塞下行，通过连杆带动曲轴旋转输出动力。燃烧后的废气则由排气阀及时排出，为下一轮工作循环做好准备。整套构造通过燃料供给、气体混合、动力输出与排气系统的协同配合，实现化学能向机械能的高效转化。我们刚才拆解了汽油机的上止点、下止点与压缩比，明确了压缩比是衡量发动机性能的核心参数。现在聚焦单缸汽油机的完整工作循环，这是理解汽油机动力输出逻辑的核心框架。单缸汽油机依靠进气、压缩、燃烧膨胀作功、排气四个冲程的周期性循环，实现持续稳定的动力输出，四个冲程环环相扣，任意环节的参数变化都会直接影响发动机的整体运行效率。从动力输出逻辑来看，进气冲程负责吸入合格的可燃性混合气，是动力产生的原料保障；压缩冲程通过提升混合气的温度与压力，为高效燃烧创造前提条件；燃烧膨胀作功冲程直接将热能转化为机械能，是动力输出的核心环节；排气冲程及时排出燃烧废气，为下一次循环清理气缸空间。我们也可以将四冲程循环与此前拆解的部件、参数做对应关联：进气冲程对应进气阀的启闭与活塞从上止点到下止点的行程，压缩冲程对应活塞从下止点到上止点的行程与压缩比的作用，作功冲程对应火花塞点火与高温高压气体推动活塞的过程，排气冲程对应排气阀的启闭与废气的排出。我们后续逐个拆解每个冲程的细节参数与运行逻辑，理解汽油机动力产生的完整路径。进气过程是汽油机完成动力输出的起始环节，核心动作是活塞从上止点向气缸底部（下止点）移动，活塞上方的气缸容积逐步扩大，缸内压力同步下降，形成内外压力差，为混合气进入气缸创造动力条件。燃油供给侧的精准匹配决定了燃油活化效率：汽油在化油器喉管处与高速流动的空气初步混合，进入混合室后受气流扰动和高温机件余热影响，快速完成气化过程，形成均匀的可燃性混合气。进气阀开启后，混合气通过进气通道进入气缸，同时气缸壁、活塞等高温部件及上一循环残留的高温废气会对混合气进一步加热，最终使其温度达到85～130℃，充分的温度保障让燃油保持气态，避免液态燃油附着缸壁影响燃烧效率。这一过程的核心价值在于为后续压缩、燃烧做功环节准备高质量的可燃介质，混合气的均匀度、气化程度直接决定后续燃烧的充分性，是影响发动机动力输出、燃油消耗和排放表现的关键起始节点。大家现在看到的这张汽油机原理构造图，上节课我们已经知道汽油机应用广泛，小到轻型汽车，大到螺旋桨飞机、快艇都有它的身影，接下来我们就拆解它的内部结构。我们从供油的起点开始看，左上角的浮子室负责储存调配好的燃油，浮子和针形阀会联动调节油面高度，保证燃油供应稳定。导管将燃油输送到喷嘴，喉管处的特殊结构会利用空气流速差产生负压，把燃油雾化成细小油滴；节气阀控制进气量，进而调节发动机的输出功率；混合室是燃油和空气初步混合的区域，二者在这里形成可燃性混合气。气缸内部的核心部件是活塞，它上下运动的动力来自混合气燃烧的能量。混合气压缩到极限时，火花塞会产生电火花点燃混合气；进气阀和排气阀各司其职，分别负责让混合气进入气缸、让燃烧后的废气排出；弹簧则配合气门的开闭动作，保证密封和复位。这套精密的结构环环相扣，每一个部件都承担着不可替代的作用，直接决定了汽油机的工作效率和可靠性。只有先吃透构造原理，我们才能进一步理解汽油需要具备哪些性能，才能匹配发动机的工作需求。做功过程是汽油机动力输出的核心环节，直接决定发动机的动力表现与运行稳定性。压缩冲程结束时，气缸内处于高温高压的可燃混合气被火花塞释放的电火花点燃，混合气瞬间发生剧烈燃烧，火焰以20～30m/s的速度向气缸四周快速传播，燃烧释放的巨大热能让气缸内的温度与压力急剧攀升，最高温度可达2000～2500℃，最高压力可达3.0～4.0MPa。高温高压的燃气成为推动活塞运动的直接动力，推动活塞从上止点快速向下止点运行，活塞的直线运动通过连杆机构转化为曲轴的旋转运动，最终将燃烧产生的热能转化为机械能对外输出，支撑车辆行驶与车载设备运转。当活塞抵达下止点时，做功冲程正式结束，此时气缸内完成能量转换的燃气温度降至900～1200℃，压力降至0.4～0.5MPa，为后续的排气冲程做好准备。整个做功冲程的燃烧效率、压力稳定性，直接关联汽油机的动力输出强度、燃油消耗水平与运行平稳性，是汽油燃烧性能达标的核心验证环节。排气环节作为四冲程循环的收尾阶段，承接做功冲程的全部能量输出，为循环重启做好准备。做功冲程结束后，排气阀开启，活塞从下止点向气缸顶部的上止点移动，这一行程直接将燃烧后的高温废气推出气缸，排出的废气温度稳定维持在700～800℃。单缸汽油机完成排气后，将自动启动进气冲程，重新吸入新鲜燃油混合气，开启新一轮的做功循环，通过这种周而复始的连续运转输出稳定动力。受单缸做功节奏限制，现代民用与工业领域的汽油机极少采用单缸设计，普遍采用四缸或六缸结构，通过调整各气缸的工作时序，让不同气缸的冲程相互衔接，消除动力输出的波动，实现运转平稳、动力连续的效果。第14页汽油机燃烧系统核心需要满足四项燃料性能要求：首先是蒸发性能良好，确保汽油能快速气化并与空气形成均匀混合气；其次是燃烧性能良好，避免产生爆震等异常燃烧现象；第三是储存安定性好，降低生成胶质的倾向；最后是对发动机无腐蚀性，延长设备使用寿命。汽油蒸发性的核心设计要求，是让汽油在进入气缸之前就能迅速气化并与空气形成可燃混合气。这一过程的时间窗口极其短暂，汽油在进气管内的停留时间仅为0.005至0.05秒，在气缸内的停留时间也只有0.01至0.03秒，对蒸发效率提出了极高要求。理解汽油蒸发性的关键，是掌握精密匹配在燃料性能中的重要性。蒸发性过差会导致汽油气化不完全，引发冬季启动困难、加速响应迟缓等问题；蒸发性过强则会使汽油在输油管中提前气化，夏季易产生气阻，造成供油不足。这种平衡关系直接决定了发动机的动力输出、油耗表现与运行稳定性，是汽油品质管控的核心维度。第15页汽油蒸发性是决定汽油与空气能否形成均匀可燃性混合气的核心要素，汽油机构造和操作条件会影响混合气形成效果，其中汽油蒸发性起着决定性作用。汽油蒸发性过弱时，汽油无法充分气化，会直接导致冬季发动机启动难度提升，车辆加速响应迟缓，动力输出达不到预期。汽油蒸发性过强时，夏季输油管内的汽油易因高温提前气化形成气阻，阻碍燃油正常输送，造成供油不足，影响发动机稳定运行。当前通过馏程、饱和蒸气压两类核心指标，可精准量化汽油蒸发性，判断其是否适配汽油机的实际运行需求，为汽油品质把控提供科学依据。第16页10%馏出温度作为汽油蒸发性的核心指标，直接关联两大核心性能维度——低温启动能力与气阻风险防控，其背后是汽油中低沸点组分占比的定量映射。从低温启动逻辑来看，低沸点组分在低温环境下更易气化，10%馏出温度越低，意味着汽油在-17℃甚至更低的环境中，能快速析出足够比例的可燃小分子，匹配火花塞点火的能量阈值，这正是北方冬季车辆冷启动的关键保障。从气阻防控逻辑来看，低沸点组分占比过高时，夏季高温环境下汽油在输油管路中易提前气化，阻断燃油输送的连续性，10%馏出温度直接决定了气阻的临界触发温度。结合表5-1-1的实测数据可见，10%馏出温度每降低10℃，车辆可稳定启动的环境温度下限约下降5℃，这组量化关系为汽油馏程的边界设计提供了精准依据。第17页汽油10%馏出温度是评判汽油低沸点组分含量的核心指标，直接关联汽油机冷启动难度与气阻发生风险，是保障汽油适配发动机工况的关键参数。10%馏出温度越低，汽油所含低沸点组分占比越高，低温环境下越易挥发形成可燃混合气，冷启动难度越低，适配冬季低温启动场景。但低沸点组分占比过高，会导致汽油在夏季高温环境下更易汽化，在输油管内形成气阻的起始温度同步降低，提升供油中断风险。国家明确规定我国车用汽油10%馏出温度不得高于70℃，该标准是平衡冷启动性能与气阻防控需求的行业硬性约束，生产与选购汽油时需严格遵循指标要求，保障发动机稳定运行。第18页50%馏出温度是衡量汽油平均蒸发性能的关键指标，直接关联汽油机启动后的升温速度与加速响应及时性。若50%馏出温度处于较低水平，常温环境下汽油可实现更充分的蒸发，启动阶段参与燃烧的汽油量随之增加，释放热量更多，能够有效缩短发动机预热时长，加速表现优异，运转状态平稳柔和，不易出现熄火问题，还可降低燃油消耗。反之，50%馏出温度过高，会导致加速过程中供油量骤增时，大部分汽油无法完全气化，燃烧不充分，极端情况下发动机甚至会突然熄火。为保障汽油机稳定运行，我国明确规定车用汽油50%馏出温度不得高于120℃，该标准平衡了汽油蒸发效率与发动机运行可靠性，是车用汽油生产与使用的重要技术依据。第19页汽油组分中重组分的含量，是通过90%馏出温度与终馏点两项核心指标量化体现的，二者直接决定燃料燃烧的充分性与发动机的长期运行状态，是保障发动机可靠性与燃油经济性的关键质量控制环节。汽油90%馏出温度与终馏点数值过高，意味着油品中高沸点重组分占比超标。这类重质组分挥发性弱，难以在气缸内完全蒸发燃烧，一方面会在燃烧室壁、火花塞、气门等部位沉积形成积炭，引发排气冒黑烟、热效率下降、燃油消耗上升等问题；另一方面，未参与燃烧的重质组分会顺着气缸壁流入曲轴箱，稀释发动机润滑油，破坏油膜稳定性，加剧活塞与缸壁的磨损，大幅缩短发动机维护周期。我国车用汽油标准明确划定指标上限：90%馏出温度不得高于190℃，终馏点不得高于205℃，从源头控制重组分占比，平衡动力输出、燃油经济性与发动机使用寿命。第20页汽油馏程的最后两个关键指标，是90%馏出温度和干点，二者直接体现汽油中重组分的占比情况，和燃料燃烧是否完全、发动机磨损程度密切相关。当90%馏出温度和干点偏高时，意味着汽油里的重质组分占比大，这些组分无法充分蒸发燃烧，易在发动机内部形成积炭，伴随排气冒黑烟，既会拉高油耗，降低燃料使用效率，未蒸发的重组分还会流入曲轴箱稀释润滑油，加剧活塞磨损。结合我国车用汽油的质量标准，明确规定90%馏出温度不得高于190℃，干点不得高于205℃，这一限值的设定，就是为了平衡汽油蒸发性与发动机工况，在保证燃烧效率的同时，延缓部件磨损，延长发动机使用寿命，是兼顾油品性能与使用经济性的关键管控指标。第21页雷德蒸气压定义为气液两相体积比4:1、38℃环境下的两相平衡最大蒸气压力，是衡量汽油使用与储运性能的核心参数。该指标完全由汽油中的轻质组分决定，蒸气压数值越高，代表汽油内含低沸点轻质组分的占比越高，汽油整体蒸发性越强。蒸气压的双向特性决定它对汽油使用是双刃剑。从使用优势看，蒸气压达标可以让汽油低温下更易挥发，帮助发动机在寒冷环境下快速完成冷启动，减少启动过程的燃油消耗与部件磨损。从使用风险看，过高的蒸气压会让汽油在油路系统中受温度影响提前气化，阻塞燃油正常输送形成气阻，直接导致发动机供油中断、动力输出不稳甚至熄火。从储运损耗看，轻质组分过度挥发会造成汽油有效含量下降，同时蒸发的油气会提升储存、运输环节的易燃易爆风险，带来安全隐患与资源浪费。第22页我国车用汽油按照冬夏季节划分饱和蒸气压管控标准，冬用型蒸气压上限设定为88千帕，夏用型蒸气压上限设定为74千帕。季节差异直接影响蒸气压标准的设定逻辑，冬季气温偏低，汽油蒸发难度提升，可适当提高轻质馏分占比，保障冷启动顺畅；夏季气温偏高，汽油蒸发速度加快，严格压低蒸气压上限，能够减少油路气阻与储运损耗风险。航空汽油的蒸气压管控逻辑与车用汽油存在本质差异，高空环境下气压随海拔升高大幅降低，汽油轻质馏分更易挥发，若沿用车用汽油蒸气压标准，极易在燃油供给系统中形成气阻，直接威胁飞行安全。我国航空汽油质量标准将饱和蒸气压限定在27至48千帕区间，该数值远低于车用汽油蒸气压上限，既保障燃油在高空低压环境下的稳定供给，又平衡了地面启动与高空航行的双重使用需求。蒸气压管控是兼顾汽油使用性能与使用安全的关键指标，冬夏分标与航汽特标，都是结合使用场景与环境特征制定的科学规范。第5章石油产品的使用性能及与化学组成的关系

不同的应用场合对石油产品提出了许多不同的使用要求，而油品的使用性能与其化学组成之间具有密切的关系。在制定各种石油产品的质量指标时:尽量满足有关部门提出的各种使用要求。考虑石油及其经过相应的加工过程后所得产物的组成和性能。第5章石油产品的使用性能及与化学组成的关系

随着社会经济情况的变化和科学技术水平的提高，石油产品的品种和质量指标也在不断变化之中。

现有石油产品约有千余种，我国现将石油产品分为6大类。表5-0-1我国石油产品的构成产品品种占产品总量的份额（w%）汽油22.4喷气燃料3.5柴油33.1燃料油13.6润滑油及润滑脂1.6石油沥青2.5石油蜡0.8石油焦2.5石油溶剂和化工用原料20.0合计100.0第5章石油产品的使用性能及与化学组成的关系燃料（Fuel）：汽油（Gasoline）喷气燃料（Jetfuel）柴油（Dieseloil）燃料油（Fueloil）我国燃料约占石油产品的四分之三，而其中约80w%为各种发动机燃料。润滑剂（Lubricant）：

润滑油（Lubricatingoil）润滑脂（Lubricatinggrease）产量不多，仅占石油产品总量的2w%左右，但品种甚多。第5章石油产品的使用性能及与化学组成的关系石油沥青（Petroleumasphalt）：

用于道路、建筑及防水等方面，其产量约占石油产品总量的2~3w%。石油蜡（Petroleumwax）：

是轻工、化工和食品等工业部门的原料，其产量约占石油产品总量的1w%。石油焦（Petroleumcoke）：

可用以制作炼铝及炼钢用电极等，其产量约为石油产品总量的1~2w%。溶剂和化工原料：

约有20w%的石油产品是用作溶剂和石油化工原料，其中包括制取乙烯的原料轻油以及石油芳烃和各种溶剂油。第5章石油产品的使用性能及与化学组成的关系第一节汽油一、汽油机的工作过程1、汽油机的构造及其工作原理汽油机又称点燃式发动机，主要用于轻型汽车螺旋桨飞机快艇等第5章石油产品的使用性能及与化学组成的关系图5-1-1汽油机(点燃式发动机)的原理构造图1-浮子室;2-浮子;3-针形阀;4-导管;5-喷嘴;6-喉管;7、8-节气阀;9-混合室;10-活塞;11-火花塞;12-进气阀;13-排气阀;14-弹簧第5章石油产品的使用性能及与化学组成的关系活塞至上止点活塞至下止点图5-1-2汽油机上止点与下止点示意图上止点：活塞在气缸中上行所能达到的最高位置，此时气缸中的容积为燃烧室的体积V2

。下止点：活塞在气缸中下行所能达到的最低位置，此时气缸中的容积为气缸的总体积V1。压缩比:V1/V2，表征汽油发动机性能的一个重要指标。冲程：从上止点到下止点的直线距离。第5章石油产品的使用性能及与化学组成的关系汽油机的四冲程工作循环：进气压缩燃烧膨胀作功排气单缸四冲程汽油机工作循环第5章石油产品的使用性能及与化学组成的关系进气过程活塞由上止点运行到下止点，活塞上方的容积增大，气缸内压力降低；汽油在喉管处与空气混合，然后进入混合室，此时汽油开始气化并与空气形成可燃性混合气。进气阀启开，可燃性混合气进入气缸，被气缸和活塞等高温机件及残余废气加热至85～130℃。第5章石油产品的使用性能及与化学组成的关系压缩过程活塞由下止点运行至上止点，进气阀与排气阀关闭，气缸内可燃性混合气被压缩，温度与压力逐渐升高。压缩终了时，可燃性混合气的温度与压力取决于压缩比，一般压力为0.7～1.5MPa，温度为300～450℃。第5章石油产品的使用性能及与化学组成的关系做功过程（点火燃烧）压缩终了时，火花塞发出电火花点燃混合气，开始剧烈燃烧，火焰以20～30m/s的速度向四周传播。燃烧产生大量的热能，使气缸内的温度和压力骤增，最高温度可达2000～2500℃，最高压力可达3.0～4.0MPa。高温高压气体使活塞由上止点运行至下止点。活塞的运动通过连杆使曲轴旋转而对外做功。活塞达到下止点时，做功过程结束，燃气的温度降至900～1200℃，压力降至0.4～0.5MPa。

第5章石油产品的使用性能及与化学组成的关系排气过程做功结束后，排气阀启开，活塞由下止点运行至上止点。燃烧后的废气被排出气缸，排出的废气温度为700～800℃。汽油机经历四个过程之后完成一个工作循环，紧接着进入下一个工作循环，如此周而复始，往复进行。一般汽油机都是由四个或六个气缸按一定顺序组合而连续进行工作的。第5章石油产品的使用性能及与化学组成的关系汽油机对其燃料的要求：蒸发性能良好；燃烧性能良好，不产生爆震；储存安定性好，生成胶质的倾向小；对发动机没有腐蚀性。二、汽油的蒸发性要求汽油在进入气缸之前，能迅速气化并与空气形成可燃性混合气。在进气管的停留时间为0.005～0.05秒；在气缸中的停留时间为0.01～0.03秒。第5章石油产品的使用性能及与化学组成的关系汽油与空气形成均匀的可燃性混合气的必要条件：汽油的蒸发性汽油机的构造和操作条件其中汽油的蒸发性是决定性的因素。汽油的蒸发性太差，汽油气化不完全，冬季起动和加速都较困难。汽油的蒸发性太强，汽油在输油管中因气化在夏季容易产生气阻，造成供油不足。反映汽油蒸发性能的质量指标：馏程饱和蒸气压第5章石油产品的使用性能及与化学组成的关系1、馏程10%的馏出温度，表示汽油中低沸点组分含量的质量指标。与汽油机的起动难易程度有关。与产生气阻有密切的关系。表5-1-1汽油的10%馏出温度与发动机迅速起动的最低温度的关系10%馏出温度，℃546066717782最低起动温度，℃-21-17-13-9-6-210%馏出温度越低，汽油机起动温度越低，有利于冬季起动。10％馏出温度越高，汽油机冬季起动困难。第5章石油产品的使用性能及与化学组成的关系表5-1-2汽油10%馏出温度与开始产生气阻温度的关系10%馏出温度，℃4050607080开始产生气阻温度，℃-13+7+27+47+6710%馏出温度越低，开始产生气阻的温度越低，夏季容易产生气阻。我国车用汽油10%馏出温度不高于70℃。第5章石油产品的使用性能及与化学组成的关系50%的馏出温度，表示汽油平均蒸发性能的质量指标，与汽油机起动后升温时间长短以及加速是否及时有密切关系的质量指标。50%馏出温度低，在正常温度下汽油能较多地蒸发，起动时参加燃烧的汽油数量就多，发出的热量较多，可缩短汽油机的升温时间，即发动机预热较快，加速性能良好，运转平稳柔和，也不致熄火，同时耗油量也降低。50%馏出温度过高，使汽油机在加速过程中的供油量急剧增加而导致大部分汽油不能气化，燃烧不完全，严重时还会突然熄火。我国车用汽油50%馏出温度不高于120℃。第5章石油产品的使用性能及与化学组成的关系90%馏出温度和干点（终馏点），表示汽油中重组分含量的质量指标，与燃料的燃烧是否完全和发动机磨损有一定关系的质量指标。90%馏出温度和终馏点高：表示重组分较多，它们不能完全蒸发和燃烧，容易形成积炭，排气冒黑烟，导致油耗增加，燃料的使用效率降低。没有蒸发的汽油重组分流入曲轴箱稀释润滑油而加大汽油机活塞的磨损。第5章石油产品的使用性能及与化学组成的关系表5-1-3汽油干点与发动机活塞磨损及汽油消耗量的关系汽油干点℃发动机活塞相对磨损%汽油相对消耗量%1759798200100100225200107250500140我国车用汽油规定90%馏出温度不高于190℃，干点不高于205℃。第5章石油产品的使用性能及与化学组成的关系2、饱和蒸气压定义：又称雷德蒸气压（简称RVP），是气、液两相的体积比为4∶1时，在38℃下两相达到平衡时燃料蒸气的最大压力。衡量汽油在汽油机燃料供给系统中是否易于产生气阻的指标，同时还可相对地衡量汽油在储存运输中的损耗倾向。蒸气压是由汽油中的轻质组分产生的。蒸气压越大，表明汽油中低沸点组分的含量越高，汽油的蒸发性越强，那么：发动机容易冷起动在油路系统中容易产生气阻在储存和运输过程中易产生蒸发损失着火的危险性也较大第5章石油产品的使用性能及与化学组成的关系我国车用汽油规定：冬用型（9月16日～3月15日）：RVP≤88KPa夏用型（3月16日～9月15日）：RVP≤74KPa。对航空汽油来说，由于高空气压低，燃料中轻质馏分更易蒸发，因此要求其饱和蒸气压比车用汽油的要低得多。

我国航空汽油质量标准中规定其饱和蒸气压为27~48kPa。第5章石油产品的使用性能及与化学组成的关系三、汽油的安定性油品在贮存和使用条件下保持其原有质量不变的性质，称为其安定性，包括：物理安定性化学安定性汽油安定性的定义：汽油在常温和液相条件下抵抗氧化的能力。安定性差的汽油，在储存和运输的过程中易发生氧化反应生成胶质，使油品颜色变深，并产生胶状沉淀，从而影响发动机的正常工作。第5章石油产品的使用性能及与化学组成的关系安定性差的汽油导致的不良后果：油箱、滤网、气化器中形成胶状物，影响供油。沉积在电火花塞上的胶质在高温下形成积炭而短路。沉积在进、排气阀上的积炭，导致阀门关闭不严。沉积在气缸盖、活塞上的积炭，造成气缸散热不良，温度升高，以致增大爆震燃烧的倾向。第5章石油产品的使用性能及与化学组成的关系1、烃类的液相氧化机理由于汽油的氧化安定性涉及烃类的液相氧化机理，烃类液相氧化的理论基础：巴赫-恩格勒的过氧化物理论谢苗诺夫的自由基链反应的理论

烃类液相氧化的定义：在低于烃类沸点的温度下烃类自身进行的氧化反应，通常是在常温下进行，因而也称自动氧化。烃类的液相氧化遵循自由基链反应机理。第5章石油产品的使用性能及与化学组成的关系链引发：烃类分子受氧分子的攻击如果存在变价金属链的延续：自由基生成后会发生如下的反应：第5章石油产品的使用性能及与化学组成的关系自由基R

与氧分子的加成反应速度很快，其反应活化能接近于零，而ROO

与烃分子的反应速度则慢得多。随着反应产物的积累，ROO

不仅与原始物质反应，而且更容易与氧化产物进行反应，使氧化反应不断深化。第5章石油产品的使用性能及与化学组成的关系链的退化分支：烃类氧化是一种具有退化分支的链反应，即生成的过氧化物ROOH继续分解。生成的自由基如RO

和R还可以引发新的链反应。过氧化物ROOH的反应活性大大低于自由基，因而还可以转化成稳定产物如醛、酮、醇等。由于分支链反应的速度比较缓和，故称之为退化分支链反应。第5章石油产品的使用性能及与化学组成的关系链的终止：由于自由基相互之间结合而消失。烃类液相氧化分为三个阶段:诱导期（OA段）：燃料与氧气接触后没有发生明显变化的一段时间，在此阶段氧化反应速度很慢，氧化产物生成较少。加速期（AB段）：氧化反应加速进行，氧化产物迅速增加。平缓期：氧化反应速度减缓或趋于停止。图5-1-4烃类液相氧化反应速率曲线第5章石油产品的使用性能及与化学组成的关系图5-1-5烃类液相氧化产率曲线在诱导期，自由基较少，氧化中间产物ROOH浓度较低，氧化的退化分支反应链不多，氧化反应进行缓慢。在加速期，自由基和过氧化物浓度较大，退化分支链迅速发展，氧化反应加速进行，氧化产物的浓度急剧增加。在平缓期，由于反应物和过氧化物大量消耗，二者浓度降低，氧化反应速度减缓或趋于停止。图5-1-4烃类液相氧化反应速率曲线第5章石油产品的使用性能及与化学组成的关系2、汽油的化学组成与其安定性的关系影响汽油安定性根本原因是其化学组成：烷烃、环烷烃、芳香烃不易发生氧化反应，安定性最好。不饱和烃容易发生氧化、分解和聚合反应，是导致汽油不安定的主要根源。直链的α-烯烃比双键位于中心附近的异构烯烃更不稳定。共轭二烯烃、环二烯烃最不安定，除它们本身很容易生成胶质外，还会促使其它烃类氧化。不饱和烃产生胶质的倾向依下列次序递增：链烯烃＜环烯烃＜二烯烃。第5章石油产品的使用性能及与化学组成的关系带有不饱和侧链的芳香烃也较易氧化。含硫化合物特别是硫酚和硫醇，对促进生成胶质有很大影响。含氮化合物的存在也会导致胶质的生成，使汽油在与空气接触中颜色变红变深，甚至产生胶状沉淀物。直馏汽油、催化重整汽油、烷基化汽油的安定性很好。催化裂化汽油中虽含有烯烃，但二烯烃很少，因而性质较安定。热加工汽油由于含有大量不饱和烃包括二烯烃以及其它非烃化合物，其安定性很差。

要提高汽油的安定性就需要采取适当的方法加以精制，以除去其中不安定的组分。目前汽油精制的主要方法是选择性加氢精制等工艺。第5章石油产品的使用性能及与化学组成的关系3、外界条件对汽油安定性的影响汽油的变质除了与本身的化学组成有关外，还与许多外界条件有关：温度金属表面的作用与空气的接触面积水分（1）温度温度升高，使分子运动速度增加，汽油中烃类分子与氧分子反应速度加快，过氧化物分解速度也加快，因而汽油诱导期缩短，生成胶质的倾向增大。第5章石油产品的使用性能及与化学组成的关系

（2）金属表面的作用液体燃料在储存、运输及使用过程中，不可避免地要和不同的金属表面接触。汽油在金属表面的作用下，颜色容易变深，胶质的生成速度也特别快。金属铜25铁71锌79铝83锡85表5-1-4金属表面对汽油氧化诱导期的影响在所列的各种金属中铜具有最大的催化活性，它使汽油的诱导期降低75%，铁、锌、铝、锡也能使汽油的诱导期缩短，安定性降低。有金属存在时的诱导期原诱导期%第5章石油产品的使用性能及与化学组成的关系在汽油的氧化过程中金属表面只是对燃料中存在的抗氧剂起消耗或破坏作用，而对纯烃类包括不饱和烃的氧化实际上没有影响。原因可能是抗氧剂被吸附在金属表面，从而限制了抗氧剂对燃料氧化的抑制作用。（3）与空气的接触面积汽油的氧化变质开始于其与空气接触的表面。燃料与空气的接触面积越大，氧化的倾向自然也越大。（4）水分的影响汽油中的水分对其氧化变质有不良影响，如果汽油中含有水，胶质生成的速度比没有水要快得多。鉴于温度、光照以及与空气的接触状况均对汽油的安定性有明显的影响,因此在储存汽油时应采取避光、降温及降低与空气的接触面积等措施。第5章石油产品的使用性能及与化学组成的关系4、评定汽油安定性的指标（1）碘值定义：利用碘与不饱和烃的加成反应，测定汽油中的不饱和烃含量。以100克样品消耗碘的克数来表示，即gI2/100g。碘值越大，汽油中不饱和烃含量越高，其安定性越差。（2）实际胶质定义：在150℃下，用热空气吹过100ml汽油表面，使它蒸发至干，所留下的棕色或黄色残余物的毫克数。用来表征进气管道和进气阀上可能生成沉积物的倾向。我国车用汽油的实际胶质要求不大于5mg/100mL

。第5章石油产品的使用性能及与化学组成的关系（3）诱导期定义：把一定量的汽油放入标准钢筒中，充入氧气至0.7MPa，放入100℃的水中，从油样放入100℃的水中开始到氧压明显降低所经历的时间。诱导期较长的汽油在储存时胶质的生成速度较慢，宜于长期保存。表5-1-5车用汽油诱导期与胶质变化的关系项目汽油Ⅰ汽油Ⅱ诱导期，分270360实际胶质mg/100mL出厂时0.40.4一年后22.04.6二年后32.08.8三年后95.610.4我国汽油的诱导期不小于480分钟。第5章石油产品的使用性能及与化学组成的关系四、汽油的抗爆性抗爆性：衡量燃料是否易于发生爆震的性质（1）汽油机的正常燃烧1、汽油机的正常燃烧与爆震燃烧第5章石油产品的使用性能及与化学组成的关系焰前反应：在汽油机的压缩过程中，可燃混合气的温度和压力上升很快，汽油开始发生氧化反应并生成一些过氧化物。火花塞点火后，在火花附近的混合气温度急剧增加，出现最初的火焰中心。①燃烧初期火焰中心形成之后，火焰开始传播。火焰的前锋逐层向未燃混合气推进，未燃混合气因受到热辐射而导致其温度升高，同时已燃混合气因燃烧膨胀而压缩未燃混合气导致其压力也升高。这样火焰以球面形状向周围扩散，使燃料逐层发火燃烧，直到绝大部分燃料燃尽为止。火焰传播速度为20～30m/s，压力变化也比较平缓。②燃烧中期第5章石油产品的使用性能及与化学组成的关系③燃烧后期由于混合气中燃料与空气的混合和分布不可能完全均匀，所以燃烧中期以后，仍然有少量的未燃气体或燃烧不完全的产物在继续燃烧，直到燃烧结束为止。汽油机正常燃烧时，发动机工作平稳柔顺，动力和经济性能均较好。第5章石油产品的使用性能及与化学组成的关系（2）汽油机的爆震燃烧机身强烈震动，并发出金属敲击声。发动机功率下降，排气管冒黑烟。机件的损坏。①爆震现象②爆震燃烧的特征爆震波的推进速度：2000～2300m/s燃气局部压力：10MPa以上气缸内的局部温度：2000～2500℃第5章石油产品的使用性能及与化学组成的关系③汽油爆震燃烧的原因

原因之一：燃料的性质产生爆震的内因，燃料抗爆性的好坏对产生爆震具有决定性的影响，燃料的自燃点越低，其抗爆性越差，产生爆震的倾向也就越大。原因之二：发动机的压缩比

发动机的压缩比愈大，压缩终了时气缸内混合气的温度和压力就愈高。这就加速了未燃混合气中过氧化物的生成和聚积，自燃的倾向增大，更易于发生爆震。

第5章石油产品的使用性能及与化学组成的关系④爆震燃烧产生的过程在燃烧过程的后期，火焰中心在气缸的传播过程中，未燃混合气因受到已燃混合气的热辐射和压缩，导致其温度和压力急剧升高，氧化反应的速度加快，形成大量的过氧化物并发生分解反应。在最初的火焰前锋尚未到达之前，未燃混合气的局部温度已超过其自燃点而发生爆炸性燃烧，这样就出现两个或多个燃烧中心，火焰前锋不象正常燃烧时的那样逐层推进，而是对立推进，产生爆震波，同时气缸内局部的温度和压力急剧升高。第5章石油产品的使用性能及与化学组成的关系⑤汽油爆震燃烧的危害爆震波撞击燃烧室壁、活塞顶、气缸壁，引起震动，并发出尖锐的金属敲击声，机件磨损增加，发动机因局部过热而烧坏机件。燃料燃烧不完全而冒黑烟，造成燃料的浪费，能耗增加，发动机功率降低。燃料燃烧不完全的产物排放到大气中后，会造成环境的污染。爆震燃烧使发动机的功率和经济性降低!

第5章石油产品的使用性能及与化学组成的关系（3）正常燃烧与爆震燃烧之间的比较项目正常燃烧爆震燃烧Tmax，℃1800～20002000～2500Pmax，Mpa3～410～16火焰传播速度,m/s20～302000～23002、评定汽油抗爆性的指标用辛烷值（OctaneNumber，简称ON）表示的汽油的抗爆性。辛烷值越高，抗爆性越好。第5章石油产品的使用性能及与化学组成的关系（1）辛烷值的定义人为规定：异辛烷的ON=100（抗爆性很好）正庚烷的ON=0（抗爆性很差）两种物质以不同的体积比混合可得到一系列的标准燃料，异辛烷的体积百分数就是标准燃料的辛烷值。

将待测汽油与一系列辛烷值不同的标准燃料在标准试验用单缸发动机上进行对比，与所测汽油抗爆性相同的标准燃料的辛烷值就是所测汽油的辛烷值。第5章石油产品的使用性能及与化学组成的关系（2）车用汽油辛烷值的表示方法常用的表示方法：马达法辛烷值（MotormethodON，简称MON）研究法辛烷值（ResearchmethodON，简称RON）用研究法测定时，由于发动机的转速和混合气温度与马达法相比都较低，因而所得的RON比MON要高5～10个单位。其它表示方法：道路辛烷值：用汽车进行实测或在试验机上模拟汽车的行车条件而测得的，它介于MON与RON之间。抗爆指数：MON和RON的平均值。可近似表示汽车的道路辛烷值，也是衡量车用汽油抗爆性的指标之一。第5章石油产品的使用性能及与化学组成的关系3、汽油的抗爆性与其化学组成的关系（1）各族烃类的辛烷值汽油的抗爆性取决于其化学组成。表5-1-6正构烷烃与异构烷烃的辛烷值烃类RONMONC4正丁烷9490异丁烷10198C5正戊烷62622-甲基丁烷92902,2-二甲基丙烷8580C6正己烷25262-甲基戊烷73732,2-二甲基丁烷9293同族烃类，辛烷值随碳数的增加而降低。第5章石油产品的使用性能及与化学组成的关系表5-1-6正构烷烃与异构烷烃的辛烷值烃类RONMONC7正庚烷002-甲基己烷42462,2-二甲基戊烷93962,2,3-三甲基丁烷>100>100C8正辛烷—－172-甲基庚烷22132,2-二甲基己烷72772,2,3-三甲基戊烷1001002,2,4-三甲基戊烷100100烷烃分子的碳链上分支越多、排列越紧凑，辛烷值越高。第5章石油产品的使用性能及与化学组成的关系表5-1-6正构烯烃与异构烯烃的辛烷值烯烃RONMON1-戊烯91771-己烯76632-己烯93814-甲基-2-戊烯99841-辛烯29352-辛烯56563-辛烯72682,2,4-三甲基-1-戊烯>10086烯烃比同碳数直链烷烃的抗爆性好，双键越接近分子链中间，抗爆性越好；异构化程度越高，辛烷值也越高。第5章石油产品的使用性能及与化学组成的关系表5-1-6环烷烃的辛烷值环烷烃RONMON环戊烷—85甲基环戊烷9180乙基环戊烷6761正丙基环戊烷3128异丙基环戊烷8176环己烷8377甲基环己烷7571乙基环己烷4641正丙基环己烷1814环烷烃比同碳数正构烷烃的抗爆性好得多，但比异构烷烃差。带侧链的环烷环抗爆性变差，侧链越长其辛烷值越低，如果侧链上有支链，则其抗爆性有所改善。第5章石油产品的使用性能及与化学组成的关系表5-1-6芳香烃的辛烷值芳香烃RONMON苯>100108甲苯115103二甲苯>100>100乙基苯10698正丙基苯>10098异丙基苯110991,3,5-三甲基苯>100>100碳数相同时，不同烃类辛烷值的大小顺序为：芳香烃>异构烷烃和异构烯烃>正构烯烃和环烷烃>正构烷烃。芳香烃的抗爆性在各类烃中是最好的，许多芳香烃的辛烷值超过100，带侧链芳烃的抗爆性稍差，其辛烷值随侧链的加长而降低。第5章石油产品的使用性能及与化学组成的关系混合烃类的辛烷值：各种烃类组分互相调合时，其调合辛烷值并不一定与其调合比例呈线性关系。烷烃与烷烃或烷烃与环烷烃的调合辛烷值与组成呈线性关系。烷烃与芳烃或烷烃与烯烃的调合辛烷值与组成则不呈线性关系。第5章石油产品的使用性能及与化学组成的关系（2）各种汽油的辛烷值①直馏汽油的辛烷值原油不同沸程直馏汽油的MONIBP～130℃IBP～180℃IBP～200℃大庆534237胜利635855大港625450华北524441江汉63.55552欢喜岭---6260表5-1-7直馏汽油的辛烷值与馏分轻重的关系同一种原油的直馏汽油，馏分越轻，其抗爆性越好。不同基属原油的直馏汽油，石蜡基原油的辛烷值最低，环烷基原油最高，中间基原油的辛烷值介于二者之间。第5章石油产品的使用性能及与化学组成的关系我国的原油大多为石蜡基和中间基，其直馏汽油的抗爆性一般都达不到车用汽油抗爆性的要求，必须与辛烷值较高的催化裂化和催化重整汽油以及高辛烷值汽油组分（烷基化油和甲基叔丁基醚等）进行调合后才能作为商品车用汽油。②催化裂化汽油催化裂化装置是我国炼油厂中仅次于常减压装置的原油二次加工装置，我国80%以上的车用汽油来源于催化裂化汽油，由于它含有较多的芳烃、异构烷烃和烯烃，因而其抗爆性较好，RON为88～90。第5章石油产品的使用性能及与化学组成的关系③催化重整及烷基化汽油催化重整汽油因含有较多的芳烃和异构烷烃，因而其RON可达90以上。烷基化汽油的主要组分是异辛烷，因而其抗爆性很好，RON可达93～96。④热转化汽油由于热转化（热裂化、延迟焦化、减粘裂化）过程的汽油含有较多的烯烃和二烯烃，其安定性相当差，抗爆性也不是很好，因而基本不用作车用汽油。第5章石油产品的使用性能及与化学组成的关系4、汽油机的压缩比与爆震燃烧的关系汽油机是否产生爆震燃烧，除了与汽油的抗爆性有关外，还与汽油机的压缩比有密切的关系。表5-1-8汽油机压缩比对混合气温度和压力的影响压缩比6789101112压缩后温度，℃387426457490518540558压缩后压力,MPa1.051.301.661.952.242.552.85注：压缩前混合气温度为100℃，压力为0.1MPa。第5章石油产品的使用性能及与化学组成的关系汽油机压缩比与汽油辛烷值的关系压缩比越高，汽油机热效率越高，油耗越低。汽车的发展方向是提高汽油机的压缩比，汽车的发展对于汽油的要求就是提高汽油的辛烷值。压缩比6810相对热效率，%100114120相对油耗，%1008883表5-1-9汽油机压缩比与热效率和油耗的关系第5章石油产品的使用性能及与化学组成的关系五、汽油的质量标准与牌号自汽油问世的近百年以来，它的质量标准是不断变化的。汽油质量不断变化的主要原因：节能的要求，为了提高热效率，汽油机的压缩比不断地增大，相应地对辛烷值的要求也就越来越高。环境保护的要求，控制汽车尾气中污染物的排放，限制汽油中的铅、硫、芳香烃和烯烃等的含量，并且越来越苛刻。第5章石油产品的使用性能及与化学组成的关系1、汽油的无铅化由于直馏汽油中不含烯烃，芳香烃和异构烷烃的含量也不高，辛烷值很低。热裂化汽油由于含有较多的烯烃，辛烷值较高，满足了当时的需要。但是随着汽油机压缩比的进一步提高，要求使用辛烷值更高的汽油。1921年起，将添加四乙基铅作为提高辛烷值的重要手段。由于四乙基铅本身剧毒，严重污染环境，危害人体健康。目前已经完全禁止使用含铅汽油。第5章石油产品的使用性能及与化学组成的关系2、新配方汽油为了达到所要求的辛烷值，实际使用的汽油产品大多是由多种组分调合而成，这种多组分调合汽油的总称在国外形象地称为“汽油池”（gasolinepool）。图5-1-11美国和中国的汽油组分构成，％组分/%美国（2000）中国（1997）RON丁烷5—94直馏汽油36.6～60焦化汽油10.2～70催化裂化汽油3682.4～90加氢裂化汽油21.2～70催化重整汽油346.2～100第5章石油产品的使用性能及与化学组成的关系图5-1-11美国和中国的汽油组分构成，％组分/%美国（2000）中国（1997）RON烷基化油120.3～95异构化油5—～90醚类等23.1118*烷基化油120.3～95异构化油5—～90醚类等23.1118*美国与中国汽油组成的差别：在美国的汽油组分构成中，催化裂化汽油和催化重整各占三分之一左右，烷基化油的份额也高于10%。中国的汽油组分构成比较单一，催化裂化汽油所占份额高达80%，催化重整汽油不足10%，而烷基化油低于1%。第5章石油产品的使用性能及与化学组成的关系20世纪80年代以后，环境保护日益受到重视，为了解决随着汽车拥有量不断扩大而引起的日益严重的环境污染问题，美国在1990年提出了清洁空气法修正案（CleanAirActAmendments，简称CAAA），推行所谓“新配方汽油”（ReformulatedGasoline,简称RFG）。从保护环境的角度，对汽车排放的SOX、NOX、CO、挥发性有机化合物（Volatileorganiccompounds，简称为VOC）及微粒等污染物提出了更为严格的限制。要求显著降低汽油中苯、芳烃、硫、烯烃（尤其是戊烯）等的含量及汽油的蒸气压，而其抗爆指数仍需保持在87以上。第5章石油产品的使用性能及与化学组成的关系近年来，各国政府都已意识到，环境保护与经济发展同样重要，因而对环保的要求也越来越高。为了保护环境，必须限制汽油中的芳烃含量和禁止使用含铅汽油。从2000年开始我国已禁止使用含铅车用汽油，对车用汽油中的芳烃含量也开始限制，规定汽油中的芳烃含量不得超过40v%，苯含量不能大于2.5v%，烯烃含量不能高于35v%，汽油的抗爆指数不能低于87。第5章石油产品的使用性能及与化学组成的关系为了满足汽油的质量达到从环境保护角度提出的苛刻要求，而且还具有良好的抗爆性能，美国首先提出了要使用新配方汽油。采取的主要措施就是在汽油中加入一定量的醚类化合物，如甲基叔丁基醚（MTBE）、乙基叔丁基醚（ETBE）、叔戊基甲基醚（TAME）等。表5-1-12几种醚类化合物的性质性质甲基叔丁基醚(MTBE)乙基叔丁基醚(ETBE)叔戊基甲基醚(TAME)相对密度0.7410.7500.750RON118118115MON101101100氧含量,m%18.215.715.7沸点,℃55.372.886.3蒸汽压,kPa514022第5章石油产品的使用性能及与化学组成的关系醚类化合物作为汽油组分具有如下的特点：优点：辛烷值高；燃烧性能良好，热效率高；醚类的蒸气压低，挥发损失小；醚类与烃类完全互溶；具有良好的化学稳定性。缺点：醚类的价格比汽油要高；氧化物含量较高时，可能会增加氮氧化物和醛的排放。

我国车用汽油规定，加入有机含氧化合物后，其含氧量不得高于2.7w%。第5章石油产品的使用性能及与化学组成的关系近年来又发现，虽然MTBE本身不具有毒性，并可有效减少空气污染，但是它对地下水和饮用水源会构成不可逆污染，因此有些国家和地区已禁止使用。3、清洁汽油随着汽车数量的急剧增多，车用汽油的消耗量与日俱增，汽车排放的废气中污染物已成为大气污染的重要来源。为此必须对汽油的组成予以限定，从源头上控制污染物的生成。第5章石油产品的使用性能及与化学组成的关系硫燃烧后生成的SOX散逸到大气中会形成酸雨，污染环境，破坏生态平衡。烯烃在发动机高温部位会聚合生成胶质，氮燃烧生成的NOX等污染物具有较强的光化学反应活性，还会造成光化学污染。芳烃会增加发动机燃烧室中的沉积物，并使尾气排放中NOX

、CO和苯增多，而苯更是致癌物质。

尽管烯烃和芳香烃在汽油中属于辛烷值较高的组分，但从保护环境出发，仍须像硫一样对其含量加以严格限制，并且要求越来越苛刻。第5章石油产品的使用性能及与化学组成的关系表5-1-13汽油质量标准的演变情况项目欧洲(En228)世界燃料规范欧V1993199820002005Ⅰ类Ⅱ类Ⅲ类Ⅳ类尾气排放标准欧Ⅰ欧Ⅱ欧Ⅲ欧Ⅳω（硫）/μg·g–1≯1000≯500≯150≯50≯1000≯200≯30无硫≯10ω（氧）/%（质）≯2.5≯2.5≯2.7≯2.3≯2.7≯2.7≯2.7≯2.72.3φ（芳烃）/%（体）无规定无规定≯42≯35≯50≯40≯35≯35≯35φ（烯烃）/%（体）无规定无规定≯18≯18无规定≯20≯10≯10≯18φ（苯）/%（体）≯5.0≯5.0≯1.0≯1.0≯5.0≯2.5≯1.0≯1.0≯1.0第5章石油产品的使用性能及与化学组成的关系4、我国汽油产品的品种和牌号汽油的分类（按其用途划分）：车用汽油航空汽油车用汽油按其研究法辛烷值（RON）分为90号、93号、95号、97号及98号，它们分别适用于压缩比不同的各型汽油机。采用“辛烷值/品度”表示航空汽油的牌号，包括75、95/130及100/130三个牌号。75号航空汽油用于无增压器的小型活塞式航空发动机，后两种航空汽油用于有增压器的大型活塞式航空发动机。

第5章石油产品的使用性能及与化学组成的关系六、醇类汽油机燃料我国的石油资源相对短缺，目前已需要大量进口原油，寻求替代燃料以缓解供需矛盾已刻不容缓。从长远看：燃料电池有望替代车用汽油。现阶段看：液化石油气（简称LPG）液化天然气（简称LNG）压缩天然气（简称CNG）醇类燃料（alcoholfuels）第5章石油产品的使用性能及与化学组成的关系实际上，除了使用醚类氧化物作为新配方汽油的调合组分外，长期以来醇类如甲醇和乙醇也是高辛烷值汽油的调合组分和汽油的替代燃料。1、醇类汽油机燃料的一般性质甲醇和乙醇的辛烷值都相当高，甲醇的RON为114，乙醇为111，他们单独都可以用作汽油机燃料，但一般都是将甲醇或乙醇以一定比例掺入汽油制成的甲醇汽油和乙醇汽油，在点燃式发动机中，它们的动力性能接近于一般汽油。第5章石油产品的使用性能及与化学组成的关系项目甲醇乙醇一般汽油相对密度0.7910.7890.72～0.78蒸发压(37.8℃),bar0.350.160.6～0.9沸点,℃64.778.320～200在水中溶解度,g/g完全互溶完全互溶～200理论空气

燃料,kg/kg6.59.0～14.7低发热值,MJ/kg20.027.7～42.7闪点,℃1113～-43燃烧极限,v%6.7～36.04.3～19.01.4～7.6蒸发热,kJ/kg～1102～839～330表5-1-12醇类与一般汽油的性质醇类燃料的优点：含氧量较高，燃烧更完全，不易生成积炭或冒黑烟，发动机较为清洁。可显著降低尾气中CO和未燃烃等污染物排放，对保护环境有利。第5章石油产品的使用性能及与化学组成的关系醇类燃料的缺点：因含氧，低发热值比汽油的小很多。甲醇与乙醇的沸点较低，易于蒸发，更容易产生气阻。对金属有一定的腐蚀性，对橡胶及塑料部件也易产生不良影响。目前，国内外单纯用醇类作为汽油机燃料的情况还较少，但将醇类作为高辛烷值组分以一定比例掺入汽油以提高其抗爆性的情况则逐渐增多。含有醇类20%以下的汽油在原汽油机上（不需改造）就可使用。第5章石油产品的使用性能及与化学组成的关系2、甲醇汽油甲醇可从天然气或煤制取，我国则主要以煤为原料，通过气化过程煤转化为合成气（CO+H2），进而在催化剂作用下生成甲醇。甲醇汽油的开发和应用始于20世纪70年代，当时曾出现过以甲醇含量85%甚至100%的汽油作燃料的专用甲醇燃料汽车，而后来甲醇的含量则逐渐降低。我国也曾在局部地区使用过掺10%或15%甲醇，称为M10或M15的甲醇汽油，甲醇含量较低时，汽油机并不需要改装。但同样由于甲醇的毒性、腐蚀性和溶胀性，甲醇汽油在我国并没有大量应用。第5章石油产品的使用性能及与化学组成的关系甲醇对金属的腐蚀性和对橡胶的溶胀性较强，影响汽车使用的耐久性。甲醇具有毒性，饮后会使人眼睛失明，严重时可以致死，即便是吸入甲醇蒸气或长期与甲醇接触也会引起中毒。目前，在许多发达国家中已规定在汽油中不允许添加甲醇。主要原因：3、乙醇汽油淀粉类，如谷物、玉米等。含糖类，如甘蔗、甜菜等。植物纤维类，如农作物的残余物、林业的木材、草类及城市垃圾等。乙醇主要用发酵法制取，它是用资源极其丰富的生物质生产的可再生燃料，其原料有：在20世纪初，美国曾经将乙醇用作汽车燃料。由于石油供需矛盾，世界上许多国家对乙醇汽油已经引起了足够重视。第5章石油产品的使用性能及与化学组成的关系巴西已成为世界上唯一不供应纯汽油的国家，车用燃料除为含20%乙醇的乙醇汽油外，还有纯燃料乙醇。美国用作燃料乙醇年产能力已近千万吨，其中部分作为含10%乙醇的乙醇汽油，部分作为新配方汽油中MTBE的替代物。我国也已在部分省区中推广乙醇汽油，使用的范围还在不断扩大。我国的车用乙醇汽油国家标准中规定的乙醇含量为10%（体），按其RON分为90号、93号、95号和97号。第5章石油产品的使用性能及与化学组成的关系实践证明，含10%乙醇的乙醇汽油在使用时无需对汽油机进行改装，对金属基本没有腐蚀，对橡胶零件的溶胀也较轻微。经检测，变性燃料乙醇的加入可使汽油的燃烧更完全，汽车尾气排放中CO、NOX以及碳氢化合物等污染物显著减少。乙醇是一种可再生的替代能源，使用车用乙醇汽油不仅可部分缓解能源紧缺的矛盾，还有利于减少污染、保护环境，同时它又为农副产品的深度加工和综合利用提供了有效途径。第5章石油产品的使用性能及与化学组成的关系第二节柴油1000r/min以上的柴油机使用轻柴油1000r/min以下的柴油机使用重柴油柴油是压燃式发动机的燃料，根据柴油机的转速，应使用不同类型的柴油：柴油机的应用范围：农用机械、重型车辆、坦克、铁路机车、船舶舰艇、工程矿山机械等。由于其在节能、环保和经济上的优越性，现也逐步用于中小型汽车。第5章石油产品的使用性能及与化学组成的关系一、柴油机的工作过程图5-2-1柴油机的原理构造图1-油箱;2-粗过滤器;3-输油泵;4-细过滤器;5-高压油泵;6-喷油嘴；7-空气滤清器;8-进气管;9-气缸;10-活塞;11-进气阀;12-排气阀;13-排气管;14-消声器;15-连杆;16-曲轴;17-曲轴箱第5章石油产品的使用性能及与化学组成的关系柴油机和汽油机的工作循环一样：进气压缩膨胀做功排气项目柴油机汽油机压缩比16～208～10压缩终了温度,℃500～700300～450压缩终了压力,MPa3～50.7～1.5供油方式高压油泵直喷汽化器启燃方式自燃电火花点燃表5-2-1柴油机与汽油机工作过程的比较第5章石油产品的使用性能及与化学组成的关系柴油与汽油的质量要求显著不同：要求柴油的自燃点低要求汽油的自燃点高项目柴油机汽油机进入气缸的气体空气油气混合气压缩的气体空气油气混合气燃烧气体的最高温度,℃1500～20002000～2500燃烧气体的最高压力,MPa5～123～4相同功率下的相对油耗,%70～80100表5-2-1柴油机与汽油机工作过程的比较第5章石油产品的使用性能及与化学组成的关系柴油机对燃料的使用要求：良好的燃烧性能良好的蒸发性能和雾化性能适当的黏度和良好的低温性能良好的安定性对发动机没有腐蚀和磨损第5章石油产品的使用性能及与化学组成的关系二、柴油的自燃性自燃性能的定义：柴油喷入燃烧室内与空气形成均匀的可燃混合气之后，能在较短的时间内发火自燃并正常地完全燃烧。1、柴油机内燃料的燃烧过程柴油在柴油机内的燃烧过程大体分为四个阶段（从喷油开始到全部燃烧为止）：滞燃期急燃期缓燃期后燃期图5-2-3柴油机中气缸压力变化1-滞燃期2-急燃期3-缓燃期第5章石油产品的使用性能及与化学组成的关系

（1）滞燃期（发火延迟期）指从喷油开始到混合气着火燃烧为止，即图中的A-B段，只有1～3毫秒，包含:物理延迟：在气缸中雾化、受热、蒸发、扩散、并与空气混合而形成可燃性混合气的过程。化学延迟：受热后开始进行燃烧前的氧化反应，生成一些过氧化物，过氧化物达到一定浓度后便自燃着火。滞燃期时间长短对柴油机工作的影响：由于滞燃期结束后，气缸内已积累了一定量的柴油，一旦开始自燃，燃烧速度极快。第5章石油产品的使用性能及与化学组成的关系滞燃期过长：发火前喷入的柴油过多，自燃开始后大量的柴油在气缸内同时燃烧，导致气缸内的温度与压力急剧升高，造成发动机工作粗暴，严重时还会敲缸。缩短柴油的滞燃期有利于改善柴油机的燃烧性能。这就要求：柴油的自燃点低发动机具有较高的压缩比进气温度高减小喷雾颗粒直径，改善雾化条件第5章石油产品的使用性能及与化学组成的关系（2）急燃期（速燃期）柴油开始燃烧到气缸内的压力不再升高为止，即图中的BC段，这个阶段是柴油的急燃阶段。在滞燃期的末期，气缸内喷入的大量柴油，被高度压缩的空气加热蒸发呈气体状态，与热空气发生氧化反应，当混合气的氧化反应达到一定程度时就开始着火燃烧，即转入急燃期。急燃期的特点：燃料发火燃烧后，气缸内积累的燃料迅速燃烧，而且喷入的燃料也迅速参与燃烧，此时燃烧速度极快，单位时间内放出的热量很多，气缸内的温度与压力上升很快。第5章石油产品的使用性能及与化学组成的关系压力升高的速率对于发动机工作的影响：如果压力升高速率太快，发动机工作就会出现粗暴现象，严重时气缸内会发出金属敲击声（敲缸）。敲缸给发动机带来的危害：使发动机动力不足，功率下降；排气冒黑烟，耗油增加；曲轴连杆机构受到很大冲击，机件的磨损增加，严重时会影响发动机工作的可靠性和使用寿命。第5章石油产品的使用性能及与化学组成的关系滞燃期短，