石油产品的质量要求.ppt

1、第四章 石油产品的质量要求,石油产品的分类 石油产品的种类繁多，用途各异，我国参照ISO国际标准化组织发表的国际标准ISO/DIS 8681，制定了GB498石油产品及润滑剂的总分类，将石油产品分为六类，比ISO/DIS 8681多了一类C（焦）。,GB12692.1石油产品 燃料（F类）分类总则将燃料分为以下四组。,燃料的分组,第一节 汽油 (gasoline),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（Octane Number，ON）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

2、油则是由催化裂化汽油、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。,一、汽油机的工作原理及对燃料的使用要求,上止点：活塞在气缸中运动时所能达到的最高位置 下止点：活塞下行所能达到的最低位置 压缩比：到达下、上止点时活塞上部的汽缸体积之比，V1/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，进气阀打开，排气阀关闭，活塞下行，气缸内压力逐渐下降到 0.70.9105 Pa 空气和汽油在混合室形成可燃性气，经进气阀吸入汽缸 进气终了温度可达 85130,2压缩过程 进气阀关

3、闭，活塞由下止点向上止点运动，可燃性混合气被压缩 当活塞上行接近上止点、压缩过程终了时，压力可达0.71.5MPa，温度可达300450 压缩混合气体的温度、压力取决于发动机的压缩比,3作功过程(点火燃烧和膨胀作功） 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2050m/s的速度迅速向四周传播燃烧，同时产生大量热能 最高温度可达20002500，最高压力达3.04.0MPa 高温高压燃气，推动活塞下行 ，将燃料燃烧放出的热能转变为机械能 终了时温度约为9001200，压力为0.40.5MPa,4排气过程 活塞下行到下止点时，作功过程结束 排气阀开启，活塞由下止点向上运动，排出

4、废气 废气排出温度700800,一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，即活塞在下止点时气缸体积V1与活塞在上止点时气缸体积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。 压缩比越大，对汽油机的材质和汽油ON的要求也越高。,根据汽油机的工作条件，对汽油的使用要求主要有：,在所有的工作情况下，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

5、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,我国车用汽油10%馏出温度70,我国车用汽油的50%馏出温度120 ,90%馏出温度190,终馏点205,2饱和蒸气压 汽油要求有一定的汽化性能，保证发动机的冷启动性 反映了汽油的汽化性能和在进油系统中形成气阻的可能性 可相对的衡量汽油在储运中的损耗倾

6、向 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,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。,正常情况下，发动机压缩终了时的混合气温度达300450和压力34MPa，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2050m/s速度向四周扩散

7、，此时火焰经过的区域，温度、压力均衡上升，活塞工作正常。 在有些情况下，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，使火焰速度高达15002500m/s，温度、压力剧增，形成冲击波，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。,什么是爆震燃烧 ？,1爆震现象及原因,主要原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

8、驶操作和气候条件等有关。 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。,爆震产生的原因,2汽油抗爆性的表示方法,车用汽油的抗爆性用辛烷值和抗爆指数来表示。 人为规定异辛烷（2，2，4-三甲基戊烷）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

9、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，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) 抗暴指

10、数越大，汽油的抗暴性能越好 对于90号汽油： 要求 RON不小于90 抗爆指数不小于85,3汽油的抗爆性与组成的关系 汽油由各种烃类组成，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芳烃 含芳香烃、异构烷烃多的轻质汽油辛烷值高 烷烃分子的碳链上分支越多，排列越紧凑，辛烷值越高。 对于烯烃，双键位置越接近碳链中间位置，辛烷值越高。 同族烃类，分子量越小，沸点越低，辛烷值越大。汽油的干点降低，辛烷值会升高。,烃类分子结构与辛烷值大小的关系,各种烃类调和时，其调和辛烷值不一定与其调和比例呈线性关系。烷烃与烷烃或与环烷烃的调和辛烷值与组分呈线性关系；而烷烃与芳香烃或与烯烃的调和

11、辛烷值与组分没有线性关系，而且多数情况下有增值效应。 同一种原油的直馏汽油馏分，终馏点降低，辛烷值升高；不同基属原油的直馏汽油馏分由于化学组成的差别，其辛烷值也有很大差别。 如大庆，MON=37；胜利，MON=57。 汽油的理想组分： 高度分支的异构烷烃,4提高汽油辛烷值的方法 加少量能提高汽油辛烷值的添加剂-抗爆剂。以前最常用的是四乙基铅，但四乙基铅有剧毒，能通过呼吸道、食道、皮肤等毒害人体，为防止中毒，加铅汽油中通常加入红色、黄色或蓝色染色剂，以便识别，目前已经淘汰。现在主要是非铅抗爆剂（如MMT等）。 优点：用量少(万分之1左右），效果明显（23个点） 依靠生产工艺：如催化裂化、催化重整

12、、烷基化、异构化和醚化等加工过程，使汽油改质，增加其中的芳烃、异构烷烃等高辛烷值组分的含量。,甲基环戊二烯三羰基锰,18mg/L,高辛烷值调和组分（主要是含氧化合物）：醚类化合物（MTBE、TAME等）、醇类化合物（甲醇、乙醇等）。汽油中掺入甲基叔丁基醚或低分子醇类可以提高辛烷值，并能降低废气中的CO含量，减少污染。 调整工艺操作条件，如降低汽油干点、改变反应温度、反应时间、强化异构化、芳构化反应等。,甲基叔丁基醚,叔戊基甲基醚,四、汽油的安定性 汽油在常温和液相条件下抵抗氧化的能力称为汽油的氧化安定性，简称安定性 ，是反映汽油在使用和储存过程中变质难易的指标。 安定性差的汽油易出现颜色变深、

13、生成粘稠胶状沉淀物。使用这类汽油，将严重影响发动机正常工作，例如不蒸发的胶状物会沉积在油箱、导管、滤清器、进气阀等机件上，造成堵塞，影响供油；高温下胶状物变成积炭，聚积在进气阀、气缸盖和活塞顶等部位，增加了爆震的可能性。,1影响汽油安定性的因素 化学组成：影响汽油安定性的根本原因 各种不饱和烃的存在是影响汽油安定性的根本因素 储存条件：温度、阳光、空气、金属表面的催化作用 。,烯烃，二烯烃，苯烯烃，苯硫酚、吡咯及其同系物,2安定性的评价方法和指标 通常用不饱和烃含量、氧化难易程度和胶质含量等来表示汽油安定性好坏，具体指标为： 碘值(iodine number) 不饱和烃中的双键与碘能定量反应，

14、因此用与100g油起反应的碘用量gI表示油中不饱和烃含量，称为碘值，单位为gI/100g。碘值越小，汽油安定性越好，航空汽油要求碘值不大于12gI/100g。 诱导期(induction period) 表示汽油在储存过程中氧化生成胶质的倾向。诱导期长的汽油，氧化生成胶质的倾向小；但对于以聚合和缩合反应为主生成胶质的汽油，诱导期不能很好反映其储存安定性。汽油的诱导期不应低于480分钟。,实际胶质(existent gum; practical glue) 反映汽油在进气管路及进气阀上可能生成沉淀物的倾向。实际胶质表示100g汽油中可溶性胶质含量的mg数，单位为mg/100g。对于氧化生成不溶性

15、胶质和粘附胶质的汽油，实际胶质不能确切反映其胶质含量。用GB/T 8019测定。我国规定汽油的实际胶质5mg/100mL油 。,3改善汽油安定性的方法 除去不安定组分 加添加剂 （抗氧添加剂） 在储存中注意降温、避免与空气、金属接触，均可避免或延缓汽油变质。,五、汽油的腐蚀性 指标：酸度、水溶性酸或碱、铜片腐蚀、硫含量等 1硫及含硫化合物 2003.1.1起全国执行不大于0.08%的标准 2有机酸(Organic acid) 汽油质量指标中规定酸度不大于3mg(KOH)/100mL 3水溶性酸或碱(water soluble acid & alkali) 不允许含有水溶性酸或碱,第二节 柴油

16、(diesel oil),柴油是压燃式发动机的燃料，也是目前国内消费量最大的发动机燃料，分为馏分型和残渣型两种。,残渣型：大功率、低速船用柴油机，按黏度划分牌号,轻柴油：1000r/min的高速发动机，按凝点划分牌 号 10#、5#、0#、-10#、-20#、-35#和-50# 重柴油：中速、低速（500r/min）发动机，按黏度 分级 （10#、 20#、 30# ）,一、压燃式发动机的工作过程,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：

17、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,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）具有良好的燃料供给性能； （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,1. 雾化性能（粘度） 柴油在使用上对粘度有一定要求：国产轻柴油规格规定20的运动粘度为1.88.0厘斯 含烷烃较多的石蜡基原油的柴油粘度小，而环烷基原油的粘度较大,2蒸发性能（馏程、闪点和残炭 ） 馏 程 我国

18、轻柴油的馏程范围一般在200380。 馏程中要求柴油的50%馏出温度不高于300，90%馏出温度不能高于355，95%的馏出温度不能高于365。 重柴油没有规定馏程指标，只限制残炭的含量。 闪点（控制柴油的蒸发性不能太强 ） 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。 闪点同时也是安全保证指标。,残 炭 残炭是油品在规定条件下加热气化，分解缩合而形成的焦黑色残余物。柴油中含重组分越多，其残炭值越大，燃烧后生成的积炭越多，积炭会影响柴油机喷油嘴的喷散能力，并增大机件磨损。 一般认为柴油的残炭是柴油中胶状物质和容易叠合的不饱和烃含量的间接指标。因此，残炭大

19、小，可间接反映油中重组分的多寡。 重柴油规定了残炭的要求；轻柴油中重组分少，因此要求10% 蒸余物残炭，即收集馏程试验的10% 残余物作为试样，测其残炭。 轻柴油：要求10% 蒸余物残炭 0.3% 重柴油：残炭 0.5%,3. 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，若燃料不好也会发生爆震，但产生爆震的原因不同。 在柴油机的压缩末期（500700，35MPa），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。,柴油机的燃烧过程,柴油机的爆震现象： 自燃点高的柴油滞燃期就长，也就是在汽

20、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。 柴油机的爆震，是由于燃料的自燃点太高。,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，但两者有根本的差别：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，是通过燃料自燃来达到燃烧的目的。,（2） 柴油抗爆性的表示方法,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,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，则该柴油的十六烷值就等于52。,（3）