石油化学第3章石油及油品的物理性质课件

2026/11/91PetroleumChemistry第三章石油及油品的物理性质石油及油品的物理性质是石油炼制、油品应用与质量评价的核心基础。我们将从六个核心维度展开系统讲解：首先是石油的蒸馏曲线，它能精准反映石油组分的沸点分布规律，是制定馏分切割方案的直接依据；其次是相对分子质量，可体现石油组分的分子大小特征，关联反应其裂解性能与黏度特性；第三是密度与相对密度，这是油品计量与品质判定的常规指标，能快速初步判断油品的组分构成；第四是光学性质，其中折光率等参数可用于分析石油烃类的结构组成，辅助鉴别油品类型；第五是黏度，作为表征油品流动性的关键指标，直接决定润滑油、燃料油的使用性能与适配场景；最后还会讲解油品的热性质与电性质，前者关系到油品的储存、加热与燃烧性能，后者则是油品绝缘性能与静电安全评价的核心参考。石油并非单一纯净化合物，而是由不同分子大小的烃类与非烃类共同组成的复杂混合物。与水这类单体化合物沸腾时保持100℃恒定沸点的特性不同，石油没有固定沸点，加热时低分子组分率先气化逸出，温度随气化过程持续攀升，这个逐步升高的温度区间就是沸程，也叫馏程。沸程是区分不同油品馏分的核心依据，汽油、柴油、润滑油正是依托沸程差异完成的基础划分。工业界测定石油馏程的标准核心方法为恩氏蒸馏，在国际上也被称作ASTM蒸馏，需借助专用的石油产品馏程测定器，严格按照既定标准流程开展实验。这套方法属于简单蒸馏范畴，操作便捷且结果稳定可靠，目前是炼厂日常生产控制、油品品质检测的通用手段。通过记录馏出温度与馏出体积的对应关系，就能绘制出石油的蒸馏曲线，直观展现不同组分的挥发特性，为油品加工方案制定提供关键数据支撑。石油无机成因学说诞生于19世纪后期，由俄国化学家门捷列夫于1876年率先创立碳化物说，这是首个系统性的石油无机成因理论。该理论的核心逻辑建立在地球形成初期的高温环境之上，碳与铁在熔融状态下相互作用生成碳化铁，并封存于地球深处。地表水顺着地壳裂缝向下渗透，与高温高压下的碳化铁发生化学反应，最终生成烃类物质。该学说的提出基于一系列关键观测论据，支撑了无机成因的可能性：首先，实验室已验证通过无机化学反应可合成一定量的烃类物质；其次，火山喷出的气体与熔岩样本中检测到烃类成分；再者，天文观测显示，月球、陨石等天体上普遍存在碳氢化合物，为宇宙中烃类的普遍存在提供了实证。这一学说在石油地质学界曾引发广泛讨论。但需要注意的是，它无法解释石油分布与地层年代的关联性，也难以说明油气藏的聚集规律。随着有机成因学说的发展，无机说的局限性逐渐凸显，但其提出的地球深部烃类生成思路，为后续研究深部油气资源提供了启发，至今仍在特定地质研究领域具有参考价值。石油成因领域的学术探索始终围绕着无机成因与有机成因两大理论体系，无机成因学派曾凭借三大核心学说尝试解释石油的形成逻辑。门捷列夫于1876年创立碳化物说，提出地球形成时期液态碳与铁反应生成碳化铁，地表水沿地壳裂缝渗透后与碳化铁作用生成烃类，开启了无机成因的理论探索。1889年索科洛夫提出宇宙说，以天体中发现碳氢化合物为依据，认为碳氢化合物是宇宙固有的物质。1949年库德梁采夫进一步提出岩浆说，主张碳与氢存在于地球岩浆中，在高温高压条件下形成各类烃类。无机成因学派的理论存在难以弥补的核心缺陷，其完全脱离地质演化条件讨论石油形成过程，且将宇宙中发现的简单烃类与复杂的石油烃类直接等同，无法解释石油形成的实际地质规律。当前学界普遍认可有机成因学说，该理论能够有效指导石油勘探生产，契合客观地质演化规律。石油的有机成因学说，核心聚焦于生物有机质向烃类转化的地质化学过程，这也是当前指导油气勘探开发的主流理论，其核心价值在于贴合实际地质规律，能够有效指导生产实践。构成沉积有机质的核心生物类群分为四类：浮游植物是水生环境中有机质的基础生产者，贡献了大量的原始有机碳；浮游动物以浮游植物为食，在有机质传递过程中起到了浓缩与转化的作用；高等植物是陆相沉积中木质素、纤维素的主要来源；细菌则全程参与有机质的分解与转化，是促成有机残体向烃类演化的关键媒介。这四类生物的生化组分共同构成了生油的物质基础，其中四类核心生化组分各有明确的成烃指向：木质素与碳水化合物，更倾向于参与成煤与成气过程；蛋白质的氨基酸组分，是沉积岩中含氮、含硫化合物的重要来源；类脂的分子结构与元素组成和石油烃类最为接近，是生成石油的核心原始物质，这也是有机成因学说中物质匹配的关键依据。结合生物类群与生化组分的特性可以发现，温暖潮湿的气候能够支撑生物大量繁殖，为有机质供给提供基础；海洋、湖泊、三角洲等静水沉积环境，既能富集水生生物残体，又能通过水体隔绝氧气，避免有机质被氧化分解，让有机残体与矿物质共同埋藏，成为生油的有利区域。随着沉积盆地持续下沉，地层温压不断升高，有机质在生油岩中经过阶段性演化，最终转化为石油烃，我国绝大多数油田都形成于这种陆相生油环境。聚焦有机成因学说的核心逻辑，我们拆解生物有机质的四大生化组分，不同组分的演化路径直接决定了油气生成的最终归宿。其中类脂的分子结构与石油烃类最为接近，是生成原油的核心原料；木质素、碳水化合物则更偏向天然气与煤炭的生成方向。木质素是高等植物的关键组成部分，它具备抗水解的稳定特性，却可在氧化作用下转化为芳香酸与脂肪酸。缺氧环境下，微生物会驱动木质素分解，生成的腐植酸能与烃类形成络合物，成为陆相烃类向海洋运移的天然载体。丹宁与木质素结构同源，是沉积有机质中芳香结构的重要来源，既支撑成煤过程，也可参与天然气生成，这也为我们识别成煤、成气潜力的沉积地层提供了核心标志物。现在我们来认识生物有机质的两种关键组成物质：碳水化合物与蛋白质，它们在油气与沉积有机质的形成中扮演着不同的核心角色。碳水化合物也被称为糖类，广泛存在于动植物与微生物体内，其分子通式为Cx(H2O)y，因氢氧比例与水一致而得名。它可分为单糖、低聚糖与多糖，其中纤维素、半纤维素这类多糖，是沉积岩有机质的重要来源，更是成煤与生成天然气的核心原始物质，为地质中煤与天然气的形成提供了关键的物质基础。蛋白质是生物体内一切组织的核心组成，细胞内除去水分的成分里，80%都是蛋白质。它由20多种氨基酸通过肽键连接形成复杂的高分子化合物，在酸、碱或酶的作用下会水解为氨基酸。当有机体死亡后，这些氨基酸会留存于遗骸中，成为后续有机质演化的重要物质，为干酪根的形成与油气生成提供了基础原料。聚焦类脂与生油环境两大核心维度的关联逻辑，首先明确类脂的定义范畴——它涵盖油脂、蜡、萜类、烃类与色素等所有不溶于水、易溶于低极性有机溶剂的脂状物质，其元素组成与分子结构和石油烃类高度契合，这一化学同源性使其成为生油的核心原始物质，从分子层面锁定了有机成因的关键物质基础。再看向生油环境的形成逻辑，温暖潮湿的气候为生物大规模繁殖提供了温床，持续积累类脂等生油所需的原始有机质；海洋、湖泊、三角洲等古地理区域的水环境形成天然隔绝层，既阻挡氧气侵入避免有机残体被氧化分解，又能让有机残体与矿物质一同沉积埋藏，为类脂向石油烃转化创造了稳定的封闭还原环境。综上类脂的化学特性与生油环境的地质条件相互匹配，共同构成了油气生成的核心前提，为后续沉积埋藏、干酪根演化成油的过程奠定了基础。梳理生物有机质生化组成的核心构成，木质素、碳水化合物、蛋白质与类脂四类物质，在油气形成过程中承担着截然不同的功能，这一差异直接决定了生油与成气、成煤的物质基础分界。聚焦木质素的成烃特性，作为高等植物的主要组成成分，它具备不易水解的典型特征，可在氧化作用下转化为芳香酸与脂肪酸；在缺氧水体环境中，经水与微生物协同作用分解后，可与其他化合物结合生成腐植酸，而腐植酸能够与烃类形成络合物，成为烃类从陆域向海洋运移的重要载体。与木质素结构相似的丹宁类物质，同样是沉积有机质中芳香结构的关键来源，既是成煤的核心前身物，也可参与天然气的生成过程，这两类物质共同构成了陆相沉积中芳香类有机质的重要来源。从成烃优先级来看，类脂与石油烃类的分子组成最为接近，是后续生油阶段的核心贡献物质；而木质素与纤维素类物质，更倾向于参与天然气与煤炭的形成过程，这一物质功能的分化，是区分油气与煤成气、煤系有机质演化方向的关键标志。生物有机质包含木质素、碳水化合物、蛋白质、类脂四类生化组分。不同组分的元素构成、分子结构存在显著差异，这类差异决定了它们在地质演化过程中具备截然不同的产物倾向。类脂的分子组成与石油烃类高度契合，在成油进程中具备最高的转化效率，是生成石油的核心物质基础。木质素作为高等植物的核心组成成分，难以发生水解反应，在缺氧水体的微生物与水共同作用下逐步分解生成腐植酸。腐植酸可与烃类结合形成络合物，成为烃类在水陆之间运移的重要载体。丹宁物质与木质素分子结构相近，同属沉积有机质中芳香结构的关键来源，是成煤与天然气生成的主要前身物。从产物转化的逻辑来看，不同生化组分的成烃方向存在明确分化，类脂更偏向石油生成路径，木质素、纤维素则更倾向于转化为煤与天然气，这也是油气勘探过程中识别烃源岩潜力的重要判断依据。这一阶段是油气生成的前置铺垫过程。刚刚埋藏到沉积层中的生物残体，在微生物的分解作用下，蛋白质、碳水化合物、木质素、类脂这四类核心有机质，开始发生初步的分解与转化：蛋白质逐步降解为氨基酸，碳水化合物分解为糖类，木质素转化为酚类物质，类脂则分解为脂肪酸。与此同时，微生物的代谢活动与有机质的分解反应，还会释放出二氧化碳、甲烷、氨气、硫化氢与水这些小分子物质。这两类转化产物，是后续干酪根形成的核心原料，也构成了油气生成过程的物质起点。讲解石油生成的微观起点，需要先理清有机质的演化脉络。生物遗骸中的氨基酸、单糖、脂肪酸这些基础分子，是搭建干酪根的核心原料。这些原料会按照生物来源分化出两条演化路径。来源水生生物的脂类、蛋白类分子会汇聚成腐泥物质，自带丰富的脂链与脂环结构，先天偏向生成油气；来自陆地高等植物的木质素、纤维素分解产物则会形成腐殖物质，以酚类结构为核心，更偏向生成天然气与煤炭。两类物质进一步分化出两个细分组分。溶于氢氧化钠溶液的是腐植酸，属于活性较强的中间产物；不溶于溶液的胡敏素稳定性更强，会与周围矿物质结合封存起来，成为干酪根的直接前身。理解这个分类逻辑，就能看懂不同沉积环境下，油气生成潜力存在差异的底层原因。第14页干酪根的演化是石油生成的核心过程，其中胡敏素向干酪根的转化阶段尤为关键。随着埋藏深度增加，胡敏素与周围矿物质络合，稳定保存下来，成为干酪根的前身物。随着埋藏深度进一步增加，胡敏素发生缩合反应，官能团损失，最终演变成干酪根。干酪根的分类方式多样，最早的分类方法是将其分为腐泥型和腐殖型。腐泥型干酪根H/C原子比在1.3～1.7之间，呈富集状态时形成油页岩，呈分散状态时形成生油岩，是石油生成的重要物质基础。腐殖型干酪根H/C原子比小于1.0，呈富集状态时形成煤，呈分散状态时分布于沉积岩中，最终主要形成天然气。这种分类方式直观反映了干酪根的来源差异，也揭示了不同类型干酪根的生烃方向差异。理解干酪根的形成与分类，能够帮助我们精准识别有利生油层位，为油气勘探提供重要理论支撑。第15页干酪根分类采用Tissot和Durand提出的经典方案，核心标准是H/C原子比与O/C原子比的数值组合。具体来看，Ⅰ型干酪根的H/C原子比大于1.5，O/C原子比低于0.1，化学结构以脂肪链为核心特征，生油潜能位居四类干酪根之首，是优质生油母质的典型代表。Ⅱ型干酪根的H/C原子比介于1.0到1.5之间，O/C原子比处于0.1到0.2区间，结构中富含酯键与中等长度脂族、酯环化合物，具备良好生油能力，属于优质生油母质范畴。Ⅲ型干酪根的H/C原子比小于1.0，O/C原子比在0.2到0.3之间，结构含大量芳香结构与含氧基团，生油能力薄弱，是天然气形成的主要母质来源。Ⅳ型干酪根的H/C原子比在0.5到0.6之间，O/C原子比超过0.25，不具备生油能力，通常与氧化残留有机质相关。该分类体系对油气勘探的指导意义清晰明确：高生油潜能的Ⅰ型干酪根发育层系是液态原油勘探的核心靶区；生油能力良好的Ⅱ型干酪根分布区是常规油气勘探的重点关注区域；Ⅲ型干酪根发育区则是天然气勘探的主要目标层系；而Ⅳ型干酪根发育层系无商业油气生成潜力，勘探价值极低。第16页干酪根本身具备独特的大分子缩聚物属性。它分子量极高，天然不溶于有机溶剂，并非单一均质分子，而是由多种相似却不同的结构单元组合成的杂乱聚合物。原始物质来源与生油环境的差异，直接造成不同干酪根在化学组成、微观结构上存在明显区别，这种非均质性为后续热裂解生油提供了内在物质基础。深度达到1500～2500米时，地层温度升至60～180℃，干酪根进入热催化反应阶段，大量裂解生成液态烃与伴生气体。这个阶段是油气生成的核心主阶段，埋藏深度与温度阈值是反应启动的关键外部条件。该阶段形成两类原油，低成熟原油非烃组分占比高、重质烃占比大、生物标志物残留多、密度偏高；成熟原油轻质烃生成量显著提升，非烃组分大幅减少，密度更低，形成品质更优的原油。第17页我们首先聚焦生油成熟阶段的原油分类，明确两类原油的核心差异：低成熟原油形成于深度偏浅、温度较低的环境，保留了更多原始有机质的特征，非烃组分多、重质烃占比高、生物标志物丰富、密度偏大，这也决定了其品质偏低、加工难度较大；成熟原油形成于深度适中、热演化更充分的环境，轻质烃占比高、非烃组分大幅减少、密度较低，是优质原油的主要来源，这一分类是油气勘探中判断油气品质的基础依据。除了埋藏深度与温度，影响干酪根热解生油的因素还包含另外两类核心条件。温度是驱动干酪根化学键断裂、生成烃类的核心动力，直接决定生油反应的速率与产物类型；时间作为关键辅助因素，在长达数百万年的地质演化中，即使温度稍低，足够长的时间也能让有机质完成热解生油，实现时间与温度的互补；生油岩中的矿物质会从两方面影响生油过程，黏土矿物的催化作用能降低干酪根热解的活化能，促进烃类生成，部分矿物的吸附作用则会留住部分重质组分，改变最终生成原油的组成，三者共同构成了有机质生油的完整控制体系。第18页当埋藏深度继续增加，干酪根生油反应会迎来关键转折，进入过熟裂解成气阶段。此前成熟阶段的热催化裂解以生成液态原油为主，随着深度进一步提升，地层温度突破生油温度阈值，热裂解成为主导反应。此时干酪根已失去生成液态长链烃的能力，前期生成的轻质液态烃会在持续高温作用下进一步裂化，最终转化为甲烷，形成以干气为主的天然气藏。我们可以通过H/C原子比的变化直观梳理整个演化路径：从原始干酪根到成熟干酪根阶段，H/C原子比逐步升高，对应干酪根分解生油的过程；进入原油生成阶段后，H/C原子比开始降低，液态烃链断裂脱气；最终演化至甲烷和石墨阶段，H/C原子比降至最低，有机质完全转化为气态烃与稳定的固态碳质。这一规律也清晰解释了深层油气藏以天然气为主的核心原因。第3章石油及油品的物理性质本章的主要内容：石油的蒸馏曲线石油的相对分子质量石油的密度与相对密度石油的光学性质石油的粘度石油的热性质、电性质等第3章石油及油品的物理性质第一节石油的蒸馏曲线石油及其产品是由许多分子大小不同的烃类与非烃类所组成的复杂混合物，它们的沸点不象单体化合物那样具有恒定值，而是随气化的过程在一定温度范围内逐步升高，这个沸点范围称为沸程。一、恩氏（Engler）蒸馏恩氏蒸馏是在石油产品馏程测定器（如下图所示）中，按照规定的标准方法进行的简单蒸馏，国外又将此方法称为ASTM蒸馏或恩氏蒸馏。图3-1-1石油产品馏程测定器第3章石油及油品的物理性质其测定过程如下:将100mL油品放入标准的蒸馏瓶中，按规定的加热速度进行加热。初馏点(InitialBoilingPoint，简称IBP)：馏出的第一滴冷凝液的气相温度。10%、20%……90%馏出温度：随着蒸馏温度的逐渐升高，馏出液体积达10ml、20ml、直至90ml时的气相温度。终馏点(EndPoint)或干点：气相温度所能达到的最高值。根据测得的馏程数据，以气相馏出温度为纵坐标，以馏出体积百分数为横坐标作图即可得到某一油品的蒸馏曲线。第3章石油及油品的物理性质图3-1-2大庆原油中汽油、喷气燃料、轻柴油馏分的恩氏蒸馏曲线一般用蒸馏曲线的斜率来表示该油品的沸程的宽窄。斜率越小，表示沸程越窄。第3章石油及油品的物理性质一般常用平均沸点来表征其气化性能。油品平均沸点的定义如下：体积平均沸点tv（℃）：质量平均沸点tw（℃）：立方平均沸点Tcu（K）：第3章石油及油品的物理性质实分子平均沸点tm（℃）：中平均沸点tme（℃）：二、实沸点蒸馏实沸点蒸馏(TrueBoiling-PointDistillation，TBP)又称真沸点蒸馏，是一种评价原油的蒸馏方法。第3章石油及油品的物理性质测定装置：相当于14～18块理论板数的填充精馏柱的精馏装置，回流比为5:1。蒸馏釜加热炉精馏柱回流头接受器图3-1-3实沸点蒸馏装置第3章石油及油品的物理性质实沸点蒸馏测定过程：第一步常压蒸馏，切取从初馏点到200℃的各个馏分。第二步在残压为1.33KPa左右进行的减压蒸馏，切取200～395℃的各个馏分。第三步在残压为0.27KPa下不用精馏柱的减压蒸馏，切取395～500℃的各个馏分，釜底的残液为500℃以上的减压渣油。将蒸馏过程中的气相馏出温度与相应的馏出物累计质量收率（m%）作图，即可得到原油实沸点蒸馏曲线。第3章石油及油品的物理性质三、平衡气化指油品在一定的温度和压力下保持气液两相处于平衡状态下进行分离的一种方法，又称一次气化或平衡蒸馏。图3-1-4原油的平衡气化装置示意图第3章石油及油品的物理性质平衡气化曲线：对一种油品而言，当温度和压力固定时，其相应的平衡气化率也是一定的，在恒压下，温度升高时，气化率也相应增加，这样便可得到在该压力下气化率与温度之间的曲线，即平衡气化曲线。油品的泡点：平衡气化曲线的初馏点；油品的露点：平衡气化曲线的终馏点；平衡气化曲线是油品蒸馏装置设计的基本依据之一。第3章石油及油品的物理性质图3-1-5三种蒸馏方式的气相温度曲线---实沸点蒸馏；─恩氏馏程；━

━平衡气化同一油品的三种蒸馏曲线并不一样，比较三种曲线的斜率可知，平衡气化曲线最平缓，实沸点蒸馏曲线最陡，恩氏蒸馏曲线介于二者之间，这表明实沸点蒸馏的分离精度最高，而平衡气化最差。这是由于实沸点蒸馏具有精馏作用，而恩氏蒸馏属于渐次气化，平衡气化仅为一次气化。第3章石油及油品的物理性质同一油品，实沸点蒸馏的初馏点最低，而其终馏点最高，平衡气化的初馏点最高，终馏点最低，三种蒸馏曲线的50%点差别不大。一般可用50%馏出温度来表示该油品的平均气化性能。图3-1-5三种蒸馏方式的气相温度曲线---实沸点蒸馏；─恩氏馏程；━

━平衡气化第3章石油及油品的物理性质图3-1-6三种蒸馏方式的液相温度曲线------实沸点蒸馏；─恩氏馏程；━

━平衡气化同一油品在气化率相同的情况下：实沸点蒸馏达到的液相温度最高平衡气化的液相温度最低

存在差别的原因：

实沸点蒸馏是精馏过程，精馏柱顶的气相馏出温度与蒸馏釜底的液相温度相差可达数十度到上百度，而恩氏蒸馏属于渐次气化，产生少量的回流，有一些精馏作用，气、液两相之间也存在一定的温差，平衡气化的气液两相温度相同。第3章石油及油品的物理性质第二节平均相对分子质量石油的相对分子质量是进行炼油设计、关联石油物性、研究石油的化学组成中所必不可少的基础数据。由于石油及其产品是由许多分子大小不同的化合物所组成的复杂混合物，而各种化合物的相对分子质量又各不相同，其范围也很宽，所以只能用平均相对分子质量来表示。一、平均相对分子质量的定义由于石油及其产品是一种多分散体系，用不同的统计方法可以得到不同定义的平均相对分子质量。目前对于石油常用的平均相对分子质量表示方法有：数均相对分子质量和重均相对分子质量。第3章石油及油品的物理性质1、数均相对分子质量定义：体系中不同分子的摩尔分率与其相应的相对分子质量的乘积的总和。式中：ni—组分i的摩尔分率

Mi—组分i的相对分子质量

Ni—组分i的摩尔数

Wi—组分i的质量第3章石油及油品的物理性质2、重均相对分子质量定义：体系中不同分子的质量分率与其相应相对分子质量的乘积的总和。式中：wi—组分i的质量分率第3章石油及油品的物理性质对于一混合体系，Mn与Mw是不相等的，这是由于混合物中低相对分子质量部分对Mn的影响较大，而Mw主要受其中的高相对分子质量部分的影响，这样对于同一体系，一般而言是Mw>Mn。而Mw/Mn的比值（多分散系数）大小可表明该分散体系的多分散程度。Mw/Mn的比值越大表示分子质量范围越宽。第3章石油及油品的物理性质二、数均相对分子质量的测定方法测定方法冰点下降法沸点上升法蒸气压渗透法渗透压法在石油中最常用的是冰点下降法和蒸气压渗透法，而沸点上升法极少用于石油平均相对分子质量的测定，渗透压法适用于相对分子质量几万到上百万的高分子体系。第3章石油及油品的物理性质1、冰点下降法在溶剂中加入少量溶质后的溶液，其冰点要比纯溶剂低，冰点下降的数值除了与溶剂的性质有关外，还与溶液的浓度有关。冰点下降值与溶液浓度的关系：Kf—溶剂A的冰点降低常数WB—溶质B的质量（g）WA—溶剂A的质量（g）MB—溶质B的相对分子质量mB—溶质B的质量摩尔浓度第3章石油及油品的物理性质此法常用的溶剂是苯，其Kf＝5.12℃/质量摩尔浓度。由于苯的冰点较低，为5.5℃，仅适用于测定轻质油品的相对分子质量。因萘的冰点较高，可应用测定较重油品的平均相对分子质量，其Kf＝7.0℃/质量摩尔浓度。此法适合测定<350℃的汽油、煤油以及轻柴油馏分。2、蒸气压渗透法（VaporPressureOsmometry，简称VPO法）其基本原理是根据溶液的依数性，即不挥发性溶质的存在使溶液的蒸气压低于纯溶剂。与沸点上升法不同之处在于VPO法并不是在沸腾状态下测定，而是在低于沸点的情况下测定样品的相对分子质量。第3章石油及油品的物理性质图3-2-1溶液与溶剂的蒸气压曲线图在恒温、密闭、充有溶剂饱和蒸气的测量室中（温度T0，溶剂的饱和蒸气压P0），放入A、B两个匹配的热敏电阻，这两个热敏电阻连于惠斯顿电桥作为两个桥臂，以精确测量两者间的温差。图3-2-2VPO相对分子质量测定原理示意图第3章石油及油品的物理性质当A、B的表面均挂上溶剂液滴时，两者的温度是相等的，温差为零，如果其中一个热敏电阻（如A）挂上的是溶液时，那么由于在温度T0下溶液的蒸气压（P0-

P）低于纯溶剂的饱和蒸气压P0，溶剂蒸气分子便会从饱和蒸气相扩散凝聚到A的溶液液滴上。图3-2-2VPO相对分子质量测定原理示意图第3章石油及油品的物理性质这样溶剂蒸气凝聚时所放出的热量便会使溶液液滴的温度升高到T0+

T，与此同时，溶液液滴的蒸气压也相应提高到P0，溶液的蒸气压即与T0下溶剂的蒸气压相等，此时不再有溶剂蒸气在A上凝聚，温度不再上升。由此产生的A、B两者之间的温差

T是由溶液液滴的浓度决定的。第3章石油及油品的物理性质

T与溶液浓度的关系：对于稀溶液而言，n1>>n2，上式可以简化为：VPO法只能测定沸点高于350℃的减压馏分和减压渣油，如果油品沸点太低，会造成结果严重偏离，测定相对分子质量的上限为35000。第3章石油及油品的物理性质三、石油馏分平均相对分子质量的近似计算方法石油馏分的平均相对分子质量还可以根据一些经验公式进行计算，常用的经验公式有：式中：t—石油馏分的实分子平均沸点(℃)a,b,c—随馏分的特性因数不同而变化的参数第3章石油及油品的物理性质表3-2-1计算相对分子质量经验公式中的常数与特性因数的关系特性因数K10.010.511.011.512.0a5657596369b0.230.240.240.2250.18c0.00080.00090.00100.001150.0014当实分子平均沸点相同时，K值越大时，其平均相对分子质量也越大。第3章石油及油品的物理性质中国石油大学针对我国原油提出了如下的计算平均相对分子质量的经验公式：Mn＝184.5+2.29451T-0.2332KT+1.329

10-5(KT)2-0.62217T式中：T—馏分的中平均沸点(℃)K—馏分的特性因数

ρ—馏分油在20℃时的密度，g/cm3

第3章石油及油品的物理性质四、石油及其馏分的数均相对分子质量图3-2-3几种原油馏分的相对分子质量分布石油各馏分的数均相对分子质量是随馏分的沸程的上升而增大的。当沸程相同时，石蜡基的原油如大庆原油的数均相对分子质量最大，中间基的原油如胜利原油次之，而环烷基的原油如辽河欢喜岭原油最小。第3章石油及油品的物理性质表3-2-2石油各馏分的平均相对分子质量范围及与碳数的关系馏分沸程，℃碳数范围平均碳数平均相对分子质量汽油馏分<200C5

C11

8100

120轻柴油馏分200

350C11

C20

16220

240减压馏分350

500C20

C35

30370

400减压渣油>500>C35

70900

1100第3章石油及油品的物理性质第三节密度和相对密度石油及油品的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、相对密度及其测定方法定义：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。第3章石油及油品的物理性质我国规定油品在20℃时的密度为其标准密度，表示为

20。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，常用表示，在数值上等于t℃时油品的密度。在欧美各国还常用API度来表示油品尤其是原油的相对密度，关系式如下：我国常用的相对密度为，欧美各国则常用表示，二者之间可按下式进行换算：第3章石油及油品的物理性质油品密度测定方法密度计法：GB/T1884-2000其基本原理就是阿基米德定律比重瓶法：GB/T2540-81先测定比重瓶的被水充满时的重量，然后测定被油品充满时同体积油品的重量。第3章石油及油品的物理性质二、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。在0～50℃的温度范围内，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

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。第3章石油及油品的物理性质三、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，因此混合油品的密度

mix可按下式计算：式中：vi和wi－组分i的体积分率和质量分率第3章石油及油品的物理性质四、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▲正烷基苯●

正烷基环己烷■正构烷烃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第3章石油及油品的物理性质烃类的相对密度与其分子结构有关。芳香烃的C-C的键长最短，其结构最为紧凑，每个碳原子的分子体积最小，因而其密度最大。环烷烃的分子结构比芳烃要松弛一些，但比烷烃紧凑，烷烃分子的C-C键的键长最长，其分子结构最松弛，因而其密度最小。图3-3-1各族烃类的相对密度▲正烷基苯●正烷基环己烷■正构烷烃第3章石油及油品的物理性质以碳数的倒数的校正值为横坐标，以为纵坐标作图，可以得到线性关系很好的直线。进一步研究表明，烃类的与其碳数之间有一定的关系。0.8513第3章石油及油品的物理性质对于任何一种链烷烃或烷基取代的环状烃而言，当碳数无限大时，即碳链无限长时，即使分子中含有若干个芳香环或环烷环，这对它的密度的影响已微不足道了。当为零时，所有直线的都等于0.8513。0.8513第3章石油及油品的物理性质烃类分子的碳数与其相对密度之间的线性关系可用下式表示：对于不同的烃类分子，其中的k与Z值均不同。0.8513第3章石油及油品的物理性质五、石油及其馏分的相对密度油品相对密度油品相对密度原油0.8～1.0轻柴油0.82～0.87汽油0.74～0.77减压馏份0.85～0.94航空煤油0.78～0.83减压渣油0.92～1.0表3-3-1原油及其馏份的相对密度（）的范围第3章石油及油品的物理性质馏份,℃大庆胜利孤岛羊三木IBP～2000.74320.7446-----0.7650200～2500.80390.82040.86520.8630250～3000.81670.82700.88040.8900300～3500.82830.83500.89940.9100350～4000.83680.86060.91490.9320400～4500.85740.88740.93490.9433450～5000.87230.90670.93900.9483>5000.92210.96981.00200.9820原油0.85540.90050.94950.9492原油属性石蜡基中间基环烷-中间基环烷基表3-3-2不同原油各馏分的相对密度比较原油的相对密度：不同基属原油的相同沸程的馏分环烷基＞中间基＞石蜡基相同原油不同的馏分随沸点的升高相对密度随之增加第3章石油及油品的物理性质原因在于：环烷基的原油由于环烷烃与芳烃含量较高，因而其相对密度较大，而石蜡基原油因烷烃含量较高，因此其相对密度较小。相同原油的馏分随着其沸点的升高，芳烃含量增加，而烷烃含量降低，因而其相对密度增加。六、特性因数和相关指数特性因数K：相关指数BMCI：第3章石油及油品的物理性质化合物特性因数K相关指数BMCI正己烷12.810.01正庚烷12.710.10正辛烷12.67-0.03正壬烷12.66-0.21正癸烷12.67-0.27环己烷10.9851.57甲基环己烷11.3239.87乙基环己烷11.3638.58表3-3-3烃类的特性因数(K)与相关指数(BMCI)第3章石油及油品的物理性质续表3-3-3烃类的特性因数(K)与相关指数(BMCI)化合物特性因数K相关指数BMCI正丙基环己烷11.5134.21正丁基环己烷11.6430.73苯9.7299.84甲基苯10.1482.91乙基苯10.3674.99正丙基苯10.6266.15正丁基苯10.8359.32正构烷烃的K值最大，约为12.7，环烷烃次之，为11～12，芳香烃最小，为10～11。正构烷烃的BMCI最小，基本为零，环烷烃次之，在50以下，芳香烃最大，在100以下。换言之，油品的BMCI越大，其芳香性越强，而BMCI越小，表明其石蜡性越强。第3章石油及油品的物理性质表3-3-4各原油窄馏分的K值和BMCI值原油KBMCI原油基属大庆12.0～12.617～24石蜡基中原11.7～12.617～29石蜡基胜利11.2～12.214～39中间基辽河11.4～11.928～47中间基孤岛11.1～11.736～57环烷-中间基羊三木11.1～11.749～62环烷基石蜡基原油的K值大，BMCI值小。环烷基原油的K值小，而BMCI值大。因而K值和BMCI值能够较好地反映原油的化学属性。第3章石油及油品的物理性质第四节光学性质光在介质中的传播速度与介质的化学组成和结构有关。在研究石油的组成与结构和产品质量的检验时，常用油品的光学性质如折射率等来关联其化学组成和结构。一、折射率的测定定义：光在真空中的速度与在介质中的速度之比值，其数值大于1.0。油品的折射率取决于：化学组成和结构。测定温度和入射光的强度。第3章石油及油品的物理性质常用的折射率测定仪是阿贝折光仪，所测得的是钠黄光的D线（波长为589.3nm）的折射率，用nD表示。

折射率还受温度的影响，温度升高，折射率变小。一般来说，温度与折射率的关系下式表示：第3章石油及油品的物理性质二、折射率与化学组成的关系图3-4-1烃类的折射率与碳数的关系▲正烷基苯●

正烷基环己烷■正构烷烃烷烃的最小，一般在1.3～1.4之间，芳香烃的最大，为1.5左右，环烷烃居中。对于同族烃类，烷烃和环烷烃的随着相对分子质量的增加而增加，而单环芳烃的随着相对分子质量的增加而降低。第3章石油及油品的物理性质所以包含了分子结构的信息。烃类分子的折射率与其分子结构的关系和相对密度与分子结构的关系是相似的。烃类的其碳数的倒数校正值之间具有如下式的线性关系：▲正烷基苯●

正烷基环己烷■正构烷烃第3章石油及油品的物理性质三、石油馏分及其组分的折射率表3-4-1石油馏份的折射率馏份,℃大庆原油胜利原油孤岛原油羊三木原油200～2501.44841.45801.47741.4714250～3001.45611.46301.48881.4894300～3501.46271.46701.50091.5053350～4001.4493*1.4583*1.51021.5190原油属性石蜡基中间基环烷-中间基环烷基不同原油沸程相同的馏分：石蜡基原油<中间基原油<环烷基原油同一种原油的不同馏分：折射率随着沸程的升高而增大第3章石油及油品的物理性质馏分馏程℃组分大庆羊三木欢喜岭350～400全馏分1.47901.51741.5192饱和分1.46101.48291.4800轻芳烃1.52081.54521.5454中芳烃1.58701.61251.6112重芳烃1.65501.62831.6559400～450全馏分1.48751.52311.5268饱和分1.46951.49081.4909轻芳烃1.51871.54071.5411中芳烃1.57971.62791.6279重芳烃1.65681.65271.6519450～500全馏分1.49991.52611.5345饱和分1.48201.49721.4980轻芳烃1.51411.53491.5402中芳烃1.56221.58501.5589表3-4-2几种原油减压馏分及其组分的折射率饱和分的都在1.50以下；轻芳烃的为1.50～1.55；中芳烃的为1.55～1.63；重芳烃的一般大于1.63。第3章石油及油品的物理性质第五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、绝对粘度（

）绝对粘度又称动力粘度，它由牛顿方程式所定义：式中：F—作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/sdl—两流层间的距离，m

—流体内部摩擦系数，即该流体的绝对粘度，Pa·s第3章石油及油品的物理性质牛顿流体：绝对粘度

不随流体的剪切速度梯度dv/dl变化而变化的体系。一般的液体油品均为牛顿流体。非牛顿流体：绝对粘度

随流体的剪切速度梯度dv/dl变化而变化的体系。在SI单位制中，绝对粘度

的单位为Pas,也有用厘泊（cP），1Pa

s＝1000cP2、运动粘度在石油的产品质量标准中常用的粘度是运动粘度，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mm2/s，也有用厘斯或厘沲（cSt），1cSt=1mm2/s。第3章石油及油品的物理性质3、条件粘度恩氏粘度：以油品从恩氏粘度计流出200mL时间与在20℃流出200mL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）。第3章石油及油品的物理性质二、粘度的测定方法常用的运动粘度测定方法是毛细管粘度计法（GB/T265-88）。1、6－管身2、3、5－扩张部分4－毛细管a、b－标线第3章石油及油品的物理性质Q/t——单位时间内的体积流量;ΔP——两端压差;R——毛细管的半径;l——毛细管的长度;η——流体的绝对粘度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：1、6－管身2、3、5－扩张部分4－毛细管a、b－标线第3章石油及油品的物理性质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＝hg

。则有：令：即：c为毛细管粘度计常数，单位为mm2/s2。毛细管粘度计只能用来测定牛顿流体的粘度，而非牛顿流体的粘度是剪切速率的函数，因而只能用旋转式粘度计测定非牛顿流体的粘度。第3章石油及油品的物理性质三、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密切相关。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。第3章石油及油品的物理性质表3-5-2烃类分子中环数对粘度(98℃，mm2/s)的影响3.8210.102.744.982.533.292.49运动粘度化合物运动粘度化合物第3章石油及油品的物理性质相对分子质量相近（碳数相同）的烃类，具有环状结构的分子的粘度大于具有链状结构的分子的粘度，而且分子中环数越多，粘度也越大。因此习惯上将分子中的环状结构看成是粘度的载体。这也说明了液体的粘度包含有分子结构的信息。表3-5-3环状烃类的侧链长度对于粘度(100℃)的影响化合物赛氏粘度化合物赛氏粘度148.0113.5208.0168.0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。第3章石油及油品的物理性质四、粘度与温度的关系油品的粘度是随温度的升高而降低的。1、油品的粘度与温度的关系式油品的粘度与温度的关系可以用如下的经验公式表示：lglg(

＋a)＝b＋mlgT2、粘度-温度关系的表示方法表征油品的粘温性质的指标有两种：（1）粘度指数（简称VI）（2）粘度比第3章石油及油品的物理性质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粘度指数均为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粘度指数均为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—与试样100℃运动粘度相同的H标准油在40℃时的运动粘度

L—与试样100℃运动粘度相同的L标准油在40℃时的运动粘度当VI≥100时：当VI为0～100时：（1）粘度指数（简称VI）第3章石油及油品的物理性质粘度指数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。（2）粘度比50℃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。第3章石油及油品的物理性质五、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(CI)正构烷烃的粘温性质优于异构烷烃，异构化程度越高，其粘温性质越差。环状烃（环烷烃和芳烃）的粘温性质比链状烃要差，环数越多，粘温性质越差。第3章石油及油品的物理性质化合物VI化合物VI70144-61221081407753-15-66续表3-5-4各种烃类的粘度指数(CI)分子中环数相同时，侧链越长，其粘温性质越好，但是侧链上有分支时，其粘温性质变差。第3章石油及油品的物理性质不同烃类的粘温性质：正构烷烃的粘温性质最好带有少分支长烷基侧链的少环烃类和分支程度不高的异构烷烃的粘温性质也比较好多环短侧链的环状烃类的粘温性质很差第3章石油及油品的物理性质六、石油及其馏分的粘度与粘温性质表3-5-5石油减压馏分的粘度比和粘度指数原油沸程，℃

50,mm2/s

100,mm2/s

50/100VI大庆原油石蜡基350～4006.912.662.60200400～45015.824.653.40140新疆原油中间基350～40013.003.703.5180400～45039.747.455.3370450～500128.816.207.9560同一原油的不同馏分，随着馏分沸点的升高，其粘度增加，但粘温性质变差。

第3章石油及油品的物理性质原油沸程，℃

50,mm2/s

100,mm2/s

50/100VI孤岛原油环烷-中间基350～40016.033.994.0240400～450102.012.158.4012450～500219.319.2211.410羊三木原油环烷基350～40023.274.724.930400～450146.313.6610.71-35450～500356.923.3715.27<-100续表3-5-5石油减压馏分的粘度比和粘度常数不同原油的相同沸程的馏分，石蜡基原油的粘度较小，粘温性质最好，而环烷基的原油的粘度最大，粘温性质最差，中间基的原油的粘度与粘温性质介于二者之间。第3章石油及油品的物理性质主要原因在于：石蜡基的原油中含有较多的粘度较小、粘温性质较好的链状烃、少分支的异构烷烃及少环长侧链的环状烃；而环烷基原油中则含有较多的粘度较大、粘温性质较差的多环短侧链的环状烃。实践证明，粘度没有可加性，相混合的两种油品组成和性质相差越远，粘度相差越大，则混合后实测的粘度与用加合法计算出来的粘度相差就越大。第3章石油及油品的物理性质七、粘度与压力的关系当液体所受的压力增加时，分子间的距离缩小，导致其粘度增加。对于石油产品而言，只有当压力增加至20MPa，粘度才会有显著的影响。一般情况下压力对粘度的影响可以忽略不计。第3章石油及油品的物理性质第六节石油的热性质一、石油的比热容、焓、蒸发热、熔化热、燃烧热1、石油的比热容和焓比热容的定义：单位质量的物质温度每升高1℃时所吸收的热量，单位为kJ/（kg·℃）。常见的比热容有三种：恒压比热容Cp

恒容比热容Cv

饱和状态比热容第3章石油及油品的物理性质在炼油工艺计算中，主要采用恒压比热容和饱和状态比热容。油品的比热容一般随着温度的升高而逐渐增加；压力对液体油品的比热容的影响可以忽略不计，但是油气的比热容随着压力的升高而明显增加。液体油品的比热容约为1.6～3.0kJ/(kg·℃)，具体数值可以采用如下的经验公式计算:式中：t－温度，℃

K－特性因数第3章石油及油品的物理性质物质的焓是一个热力学函数，在等压且只作膨胀功的过程中，物系由始态变化至终态的热效应可以用焓差来表示。对于石油馏分而言，由于组成极其复杂，其焓值一般用经验图表来查得。2、蒸发热（气化热）定义：指单位物质在一定温度下（常压沸点）由液态转化成气态时所吸收的热量，单位为kJ/kg。烃类的蒸发热随着相对分子质量的增加而降低，一般约为300kJ/kg，比水小得多。碳数相同时，烷烃与环烷烃的蒸发热相近，而芳香烃的蒸发热稍高一些对于石油馏分而言，其蒸发热可以通过重平均沸点和平均相对分子质量

或相对密度从有关图表来查得。第3章石油及油品的物理性质3、熔化热定义：指单位物质在熔点时由固态转化成液态时所需要的热量，单位为kJ/kg。烃类的熔化热随其相对分子质量的增加而增大烷烃的熔化热显著大于环烷烃和芳香烃异构烷烃熔化热均低于同碳数的正构烷烃4、燃烧热（发热值或热值）定义：单位质量的物质完全燃烧时所放出的热量，其单位为kJ/kg。若燃烧产物中的水为液态，所得的热值为高热值（或总热值）。若燃烧产物中的水为气态，所得的热值为低热值（或净热值）。第3章石油及油品的物理性质表3-6-1烃类的热值烃类H/C原子比热值，kJ/kg高热值低热值正己烷2.334840244793正己烯2.004794144445环己烷2.004668543457苯1.004187040166由于氢的燃烧热比碳要高得多，H/C原子比越大的烃类热值越高，而H/C原子比较小的烃类热值较低。第3章石油及油品的物理性质表3-6-2石油及其馏分的热值范围油品高热值，kJ/kg油品高热值，kJ/kg原油43000～46000煤油与柴油44000～47000汽油46000～48000燃料油40000～43000对于石油馏分而言，沸程越高，H/C原子比越低，其热值也越低。计算高热值的经验公式：对于轻质油品高热值＝837H+34668kJ/kg对于重质油品高热值＝339C+1256H-109(O-S)kJ/kg第3章石油及油品的物理性质二、石油及其产品的浊点、结晶点、倾点、凝点烃类的熔点随相对分子质量及结构而异：一般随着相对分子质量的增加而升高。相同碳数的烃类以正构烷烃的熔点最高，而异构烷烃、环烷烃和芳香烃的熔点较低。在石油及其产品的质量指标中，与其熔点有关的指标有：浊点结晶点倾点凝点第3章石油及油品的物理性质1、浊点定义：轻质油品在测定条件下的降温过程中，由透明变为浑浊时的最高温度。产生浑浊的原因：由于油品中含有熔点较高的正构烷烃和溶解水，在低温下会它们形成微小晶粒，这些晶粒用肉眼无法观察到。2、结晶点定义：轻质油品在测定条件下的降温过程中，有肉眼可辨的结晶晶粒析出时的最高温度。结晶点形成的原因与产生浑浊的原因相同。第3章石油及油品的物理性质结晶点是喷气燃料的重要质量指标。因为在高空低温下飞行的喷气发动机，如果所含燃料的结晶点较高，则可能因为结晶析出而堵塞滤网导致发动机供油中断熄火，酿成飞行安全事故。3、倾点和凝点倾点的定义：油品在规定的试管中不断降温，直到将试管平放5秒钟而试样不流动时的最高温度再加上3℃后得到的温度值即规定为油品的倾点。凝点的定义：是将盛有油品的试管在一定条件下冷却到某一温度时，将试管倾斜45度，并经过1分钟后液面不再流动的最高温度。凝点与倾点都是表征油品低温流动性的质量指标，二者在数值略有差别。第3章石油及油品的物理性质油品在低温下失去流动性与纯化合物的凝固是不同的，失去流动性的原因主要有如下两种情况：构造凝固：随着温度的降低，含蜡较多的油品中的正构烷烃等高熔点烃类结晶析出，长大并连接成网状结晶，同时将处于液态的油品吸附，包围在网状骨架中，从而使整个油品失去流动性。粘温凝固：对于含蜡较少的油品，虽然在降温过程中，没有蜡结晶析出，但是由于含有较多环状烃，在低温下其粘度较高，形成了均匀的玻璃状物质而使油品丧失流动性。第3章石油及油品的物理性质三、石油产品的闪点、燃点、自燃点石油产品大多数是作为燃料，与燃料的爆炸、着火、燃烧有关的性质如闪点、燃点、自燃点等都是极其重要的质量指标。它们对于油品的生产、储存、运输及使用过程的安全有着重要的意义。1、闪点闪点的定义：石油产品在规定的条件下，加热到它的蒸气与火焰接触时发生闪火现象的最低温度。在闪点温度下液体油品的蒸发速度较慢，还不足以维持油品继续燃烧，所以一闪即灭。第3章石油及油品的物理性质这种闪火现象的实质就是爆炸，其必要条件就是混合气中燃料蒸气的浓度要在一定的范围内，这个浓度范围就是该燃料的爆炸极限。浓度在爆炸极限之内的混合气称为可燃性混合气。可燃性混合气一旦遇到明火就会发生爆炸，如果燃料蒸气的浓度不在该爆炸极限内，则不会发生爆炸。原因在于：燃料燃烧过程的化学反应速度或释放出热能的速度取决于燃料在空气中的浓度，其中的任何一种物质的浓度过低，均会使反应速度减小并使释放出的热能不足以补偿热量的损失，而使混合气不能点燃。混合气能够点燃时燃料的最低浓度称为爆炸下限，最高浓度称为爆炸上限，此浓度范围称之为爆炸极限。第3章石油及油品的物理性质表3-6-3烃类和液体燃料的爆炸极限燃料爆炸极限，v%燃料爆炸极限，v%下限上限下限上限氢气4.075苯1.47.1甲烷5.314正庚烷1.26.7乙烷3.012.5甲苯1.46.7乙烯3.136二甲苯1.66.0乙炔2.581丙酮3.011丙烷2.29.5甲醇7.336正丁烷1.98.5乙醇4.319正戊烷1.57.8环己烷1.38.0正己烷1.27.5一氧化碳12.574氢气和一氧化碳的爆炸极限很宽。在各种烃类中，乙炔和乙烯的爆炸极限最宽，其它烃类包括芳烃的爆炸极限都比较窄。第3章石油及油品的物理性质测定油品闪点的方法：闭口杯闪点测定法：油品的蒸发是在密闭的容器中进行的，适用于轻质油品和重质油品。开口杯闪点测定法：油品的蒸发是在敞开的容器中进行的，油品蒸气可自由扩散到空气中去，这只能测重质油料的闪点。第3章石油及油品的物理性质馏分闪点范围，℃相应的爆炸限汽油馏分-30～-40(闭杯)爆炸上限煤油馏分26～50(闭杯)爆炸下限柴油馏分50～70(闭杯)爆炸下限减压馏分200～300(开杯)爆炸下限减压渣油>300(开杯)爆炸下限表3-6-4石油馏分的闪点油品的闪点与馏分组成有关，其沸程越高，闪点也就越高。除汽油馏分的闪点相应于其爆炸上限外，其余馏分的闪点都相应于它们的爆炸下限。因为汽油在常温下的蒸发速度极快，与空气形成的混合气的浓度已超过其爆炸上限，需要冷却降温以降低混合气中燃料的浓度才能闪火，故汽油馏分的闪点相应于其爆炸上限。第3章石油及油品的物理性质2、燃点与自燃点燃点的定义：石油产品在规定条件下，加热到火焰能点燃，且燃烧时间不少于5秒钟的最低温度。油品沸程越低，其燃点也就越低，燃点是判定油品在储存和使用时火灾危险程度的一个指标。自燃点的定义：在无外界火源的情况下，油品能被空气剧烈氧化而导致其自行燃烧的最低温度。油品沸程越低，其相对分子质量越小，其自燃点越高，汽油馏分的自燃点最高，而减压渣油的自燃点最低。第3章石油及油品的物理性质表3-6-5烃类及燃料在空气中的自燃点燃料自燃点，℃燃料自燃点，℃乙烷515环己烷200正丁烷405苯562正戊烷287甲苯536正己烷234间二甲苯528正庚烷223萘526正辛烷220α-甲基萘528正壬烷206蒽540异辛烷418JP-1喷气燃料228正癸烷208JP-2喷气燃料238正十六烷205JP-3喷气燃料242正构烷烃的自燃点较低，而芳香烃和异构烷烃的自燃点较高。同族烃类随着相对分子质量的增加，其自燃点降低。油品的自燃点取决其化学组成：第3章石油及油品的物理性质油品自燃点的应用：自燃点是油品的一个重要性质，柴油在柴油机中的燃烧是靠它在一定条件下能够自燃。对于高温下的油品尤其是重质油品，一定要防止它的泄漏，以免因与空气接触而自燃引起火灾。第3章石油及油品的物理性质四、石油馏分的临界性质当纯物质的实际气体处于临界状态时，其液态与气态的分界面消失，温度高于临界点时，气体就不能被液化，因而临界点的温度是实际气体能够液化的最高温度，称为临界温度，在临界温度下能使该实际气体液化的最低压力称为临界压力。由于石油是复杂的混合物，它在临界状态下的情况比较复杂，其临界温度与临界压力的实际测定比较困难，因而可以通过一些物性进行关联而得到。第3章石油及油品的物理性质石油馏分临界温度常用的关联式：式中：tc－石油馏分的临界温度

tv－石油馏分的体积平均沸点石油馏分临界压力常用的关联式：式中：Pc－石油馏分的临界压力

Tm－石油馏分的分子平均沸点第3章石油及油品的物理性质第七节石油的其它性质一、石油的电性质石油产品中有一类电器用油，如变压器油、电缆油等，电性质就是其主要质量指标，石油的电性质包括电导率和介电常数。烃类的电导率一般都很低，如若混有杂质则其电导率显著增加。油品的电导率并不符合欧姆定律，即通过的电流与电场强度并不成正比例，在一定的范围内按指数规律增加。油品的电导率一般是随温度的增加而增加。1、电导率第3章石油及油品的物理性质2、介电常数介电常数也称相对电容率，是同一电容器中用某一物质作电介质时的电容和其中为真空时电容的比值，烃类的介电常数一般比较小，芳烃略大一些，烷烃最小，而且随温度的升高而降低，含有杂原子等极性化合物的油品介电常数一般比较大。二、石油的导热系数导热系数表征物质导热能力的大小。是物质的一种物理性质，石油在生产运输以及加工过程中，常常需要加热或冷却，因而其导热系数也是它的一种重要物性。液体的导热系数一般随温度的升高而降低。第3章石油及油品的物理性质三、石油的表面张力在石油的开采和加工过程中，常遇到乳状液或泡沫的形成与破坏的问题，这些问题都与石油的表面性质有关。石油的表面性质用表面张力来表征。表面张力与其化学组成、结构以及温度、相对分子质量有关。第3章石油及油品的物理性质表3-7-1烃类在不同温度下的表面张力烃类表面张力，10-3N/m-18℃20℃38℃93℃正戊烷20.516.014.08.0正己烷22.618.416.510.9正庚烷24.420.318.613.1正辛烷25.721.820.214.9环戊烷----22.4--------环己烷----25.0--------十氢萘----29.9--------苯----28.8--------甲苯----28.5--------乙苯----29.0--------丁苯----29.2--------烃类的表面张力随温度的升高而减小。在相同的温度下，碳数相同时，芳烃的表面张力最大，环烷烃次之，烷烃最小。正构烷烃的表面张力随相对分子质量的增加而增加，环烷烃也是如此，但是芳烃表面张力变化不大。第3章石油及油品的物理性质本章思考题1.石油的恩氏蒸馏曲线、实沸点蒸馏曲线以及平衡气化曲线之间有何差别？2.石油的平均沸点有哪几种表示方法？3.石油馏分的相对分子质量分布有何规律，为什么？4.密度与相对密度之间的异同点？5.烃类的相对密度与其化学结构有何关系？6.不同类型的原油以及同种原油不同馏分的相对密度有何差别？为什么？7.烃类分子的折射率与其化学结构之间有何关系？8.运动粘度与绝对粘度之间的关系？9.烃类的粘度与其化学组成结构的有何关系?第3章石油及油品的物理性质10.粘度与温度之间有什么关系？粘温性质的表示方法是什么？11.不同的原油以及同种原油不同馏分的粘度有何规律？为什么？12.表示石油及其产品流动性的质量指标是什么？13.石油产品的粘温凝固与构造凝固之间有何差别？14.石油产品的闪点、燃点以及自燃点之间有何差别？15.石油的热性质主要包括哪几种？16.为什么石油产品可以用作燃料，表示其燃烧性能的指标是什么？学习进步！石油及油品的物理性质是石油炼制、油品应用与质量评价的核心基础。我们将从六个核心维度展开系统