石油及其产品的理化性质.ppt

1、,石油及其产品的理化性质,培 训 内 容,1、是组成中各种化合物性质的综合表现； 2、与化学组成密切相关； 3、多通过条件性实验测定； 4、广泛使用经验图表和关联式。,1、油品质量的评定标准； 2、加工过程的控制参数； 3、工艺设计的必要依据。,意义及特点,意义,特点,定义：在某一温度下，一种物质的液相与其上方气相呈平衡状态时的压力，称为饱和蒸气压，简称蒸气压。 蒸汽压反映了油品蒸发和汽化的能力，是油品（轻质油品）重要的物性数据和质量指标。,一、蒸气压,蒸气压、沸程及平均沸点,纯烃的蒸气压与其它纯物质一样，纯烃的蒸气压随液体温度的升高而增大。 油品是一种复杂混合物,其蒸气压不仅与温度有关，还与

2、其气化率有关。 油品质量标准中的蒸气压为雷氏蒸气压,一、蒸气压,蒸气压、沸程及平均沸点,汽油挥发度表示方法之一【汽油在摄氏三十七点八度(华氏一百度),蒸气油料体积比为四比一时之蒸气压】,二、沸程,蒸气压、沸程及平均沸点,1. 纯物质沸点 对于液态纯物质，其饱和蒸汽压等于外压时的温度，称为该液体在该外压下的沸点。 2. 混合物的沸程 当液体为混合物时，在一定外压下其沸腾温度并不是恒定的，随着气化过程中液相里较重组分的不断富集，其沸点会逐渐升高；对于石油馏分这类组成复杂的混合物，一般常用沸点范围来表征其蒸发和气化性能，沸点范围又称沸程（馏程）。,石油馏分的馏程是生产控制和工艺计算的重要数据； 条件

3、性试验，蒸馏设备不同，测定结果不同； 常用ASTM蒸馏（American Society for Testing Materials, 美国材料试验学会） 或恩氏（Engler）蒸馏, GB6536-86 。,3. 石油馏分的馏程测定,二、沸程,蒸气压、沸程及平均沸点,蒸气压、沸程及平均沸点,二、沸程,ASTM蒸馏或恩氏蒸馏,初馏点：馏出第一滴冷凝液时气相温度称为初馏点； 10馏出温度：馏出液达10ml时的气相温度； 2090馏出温度； 干点（终馏点）：当气相温度升高到一定数值后，它就不再上升，反而回落，这个最高的气相温度称为干点或终馏点； 恩式蒸馏曲线：以气相馏出温度为纵坐标，馏出体积百分数

4、为横坐标；,蒸气压、沸程及平均沸点,二、沸程,蒸气压、沸程及平均沸点,二、沸程,1090一段近似为直线，可计算恩式蒸馏曲线斜率： 该斜率表示油品馏程的宽窄，斜率越大，馏程越宽； 蒸馏时液相温度要低于350，以免油品分解；较重的馏分需在减压下蒸馏，然后换算到常压下； 恩式蒸馏属渐次汽化，无精馏作用，馏出物仍是混合物； 恩式馏程能粗略轻重组分相对含量，是严格的条件试验。,三、平均沸点,蒸气压、沸程及平均沸点,三、平均沸点,为简化起见，常用平均沸点表征其气化性能。,体积平均沸点（） 质量平均沸点（）,三、平均沸点,蒸气压、沸程及平均沸点,三、平均沸点,立方平均沸点（K） 实分子平均沸点（） 中平均沸

5、点（）,只有tv可由馏程直接测定，其它由tv与s查图求定； 可根据经验关联式换算； 上述五种平均沸点使用时要注明； 沸程30，可以近似认为相等。,注 意:,蒸气压、沸程及平均沸点,蒸气压、沸程及平均沸点,三、平均沸点,密度、相对密度、特性因数,一、密度和相对密度,1、几个定义 密度：物质的质量与其体积的比值，g/cm3，kg/m3， 要注明温度。 标准密度：20的密度。 相对密度：与规定温度下水的密度之比，如：,d15.615.6=d420 +d d0.00370.0051,密度、相对密度、特性因数,一、密度和相对密度,1、几个定义 比重指数API：,相对密度越小的其API度越大，相对密度越大

6、的其API度越小。,密度、相对密度、特性因数,一、密度和相对密度,温度升高，体积膨胀，密度下降； 通常压力下，对密度的影响可以忽略，只有在极高压力下才考虑。,2、油品密度与温度、压力的关系,密度、相对密度、特性因数,一、密度和相对密度,（1）碳数相同，芳香烃环烷烃烷烃 （2）正构烷烃、环烷烃，分子量大密度大 （3）芳香烃，侧链越长，密度越小,密度、相对密度、特性因数,一、密度和相对密度,3、各族烃类的相对密度,原油及其馏分的相对密度的一般范围,4、石油馏分的相对密度,对石油馏分，沸程越高，密度越大。,密度、相对密度、特性因数,一、密度和相对密度,不同原油各馏分的相对密度,4、石油馏分的相对密度

7、,原油属性中：环烷基环烷中间基中间基石蜡基,密度、相对密度、特性因数,密度、相对密度、特性因数,一、密度和相对密度,密度计法，GB1884-83 比重瓶法，GB2540-81,5、密度的测定方法,密度、相对密度、特性因数,二、特性因数,又称Watson K或UOP K，是油品平均沸点和相对密度的函数。,T最早用分子平均沸点，后来使用立方平均沸点，现在一般使用中平均沸点。,特性因数K对了解石油的分类、化学组成、确定加工方案及油品其它特性都是十分有用的,密度、相对密度、特性因数,二、特性因数,1、纯烃的特性因数,烷 烃：12.7 环烷烃：1112 芳香烃：1011,密度、相对密度、特性因数,二、特

8、性因数,富含烷烃的馏分： K=12.513.0 富含芳烃的馏分： K=10.011.0 是表征油品化学组成的重要参数； 可用来关联油品的其它物理性质； 二次加工产物，含大量的烯烃、二烯烃和芳烃，K不能用来反映其化学属性.,2、石油馏分的特性因数,密度、相对密度、特性因数,二、特性因数,正构烷烃的相关指数最小，基本为0；芳香烃的相关指数最大，如苯为100；环烷烃的相关指数居中，如环己烷为52； BMCI越大，芳香性越强； BMCI越小，石蜡性越强。 广泛用于表征乙烯原料的化学组成。,3、相关指数BMCI（U.S. Bureau of Mines Correlation Index）,密度、相对密

9、度、特性因数,三、平均分子量,由于石油及其产品都是复杂的混合物，而所含化合物的分子量是各不相同的，范围很宽，所以只能用平均分子量来加以表征。,1、数均分子量,2、重均分子量（应用较少）,数均相对分子量的测定方法,冰点下降法，适用于轻馏分（350） 蒸气压渗透法（VPO法），只能测定沸点350以上的样品，分子量上限35000。 经验关联方法（推荐经验计算公式：寿德清-向正为关系式）,密度、相对密度、特性因数,三、平均分子量,在炼油设备计算中所用的石油馏分的相对分子质量一般是指数均相对分子质量。,油品的流动性,粘度是评价原油及其产品流动性能的指标，在原油和石油化工产品加工、运输、管理、销售及使用过

10、程中，粘度是很有用的物理常数。如输送过程中，粘度对流量、压力降影响很大。 在石油加工中，粘度是检验许多石油产品的重要质量指标。尤其是润滑油的重要指标之一,意 义:,1、绝对粘度（ ，） 在某一温度下，当流体受外力作用而作层流动时，液体分子间产生的内磨擦力叫粘度。 又称动力粘度，由牛顿剪切定律得出：,F：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：相对运动速度，m/s dl：两流层间距，m ：流层内摩擦系数，即绝对粘度，Pa.s,泊（p），厘泊（cp) 1 Pa.s = 1000 cp = 10 p,油品的流动性,一、粘度,油品的流动性,一、粘度,2、运动粘度

11、（）,单位：斯汑（st），厘斯（cst)，mm2/s 1 cst = 1 mm2/s,油品粘度的表示方法 动力粘度（绝对粘度）/Pa.s, 适于原油、渣油、稠油等 运动粘度/mm2/s, 适于中间馏分油、高沸点馏分油,油品的流动性,一、粘度,3、条件粘度,在一定温度下，在一定仪器中，使一定体积油品流出，以其流出时间与同体积的水流出时间之比，作为粘度值。,恩式粘度（Engler Viscosity） 油品从恩式粘度计流出200ml的时间与同体积的水在20流出的时间之比。源于德国，我国燃料油的质量标准。 赛式粘度（Saybolt Viscosity） 以60ml油品从赛式粘度计中流出时间（s）作为

12、指标。具体有赛式通用粘度（SUS）、赛式重油粘度（SFS）。 雷式粘度（Redwood Viscosity） 以50ml油品从雷式粘度计中流出时间（s）作为指标。,1）毛细管粘度计 用来测定牛顿体系的运动粘度，GB625。,油品在层流状态时符合下列关系：,Q/t单位时间内的体积流量； P两端压差，与密度成正比； R毛细管半径； l毛细管长度； 流体的绝对粘度；,油品的流动性,二、粘度的测定方法,2) 旋转粘度计 测量非牛顿流体的粘度或流变性。,油品的流动性,二、粘度的测定方法,油品的流动性,三、粘度与化学组成的关系,对于同一系列的烃类，化合物的分子量越大，粘度越大； 分子量相近时，环状分子的粘

13、度大于链状分子，环数越多，粘度越大；有“环状结构是粘度载体”的说法； 分子中环数相同，侧链越长，则其粘度越大。,粘度既然反映液体内部分子间的摩擦力，必然与分子的大小、结构有密切关系,油品的流动性,四、粘度与温度的关系,粘-温性质：粘度指数(越大越好） 、粘度比（越小越好） 粘-温性质与分子结构的关系：正构烷烃最好，环状烃粘温性较差，多环短侧链环状烃最差。,温度是粘度的重要影响因素，随温度升高，油品粘度迅速下降，不同油品，其粘度随温度变化幅度差别悬殊，油品粘度随温度变化的性质，称为油品的粘-温性。,油品的流动性,四、粘度与温度的关系,沸程升高，粘度增加； 沸程相同，石蜡基中间基环烷基。,石油馏分

14、的粘度和粘温性质,油品的流动性,五、粘度与压力的关系,压力增大，粘度增大。对石油产品，压力大于20MPa时对粘度才有显著影响。,油品的低温性能,意 义:,低温流动性是显著影响石油产品在冬季、室外、高空等低温条件下使用、输送和储存等方面的使用性能。 由于不同石油产品采用不同的评定方法，所以有浊点、结晶点、冰点、凝点、倾点、冷滤点、软化点、熔点和滴点等多种流动性指标。,油品的低温性能,粘温凝固：含蜡少的油品，当温度降低，粘度增大，油品逐渐丧失流动性，这种凝固方式称为粘温凝固。 构造凝固：含蜡多的油品，当温度降低，蜡会结晶析出并形成结构骨架，将油包裹在其中，使整个油品丧失流动性，这种凝固方式称为构造

15、凝固。,油品的低温流动性与其化学组成有密切关系。油品的沸点愈高，特性因数愈大或含蜡量愈多，其倾点或凝点就愈高，低温流动性愈差。,一、油品凝固的本质,油品的低温性能,浊点是煤油的重要标准。所谓浊点是油品在规定条件下降温,因出现结晶而使原本清彻的液态油品出现雾状或混浊时的最高温度。 结晶点是在规定条件下冷却油品时,油中出现肉眼可能分辨的结晶时的最高温度。在结晶点时,油品仍为可流动的液态。 冰点是在规定条件下冷却油品到出现结晶后,再使其升温,使原来已形成的结晶消失时的最低温度。,二、几种流动性指标,油品的低温性能,凝点是在严格规定的仪器、操作条件下测得油品刚失去流动性时的温度值。 倾点是指油品能从规

16、定仪器中流出的最低温度,也称为流动极限。 冷滤点是在规定的压力和冷却速度下，试油通过过滤器的流量每分钟不足20mL时的最高温度，柴油在低温下堵塞滤网可能性的指标。,二、几种流动性指标,油品的低温性能,油品的低温性能,熔点是在规定条件下测定已熔化试样的冷却曲线,以冷却曲线中温降最小的一段曲线的起始温度作为试样的熔点。 熔点是石蜡、地蜡等高熔点石油产品的重要耐热质量要求,作为石蜡和地蜡的产品牌号。,二、几种流动性指标,油品的低温性能,油品的低温性能,滴点是在严格的试验条件下加热试样,试样由仪器小孔中滴出第一滴时的温度称为滴点。是表示润滑脂和凡士林等软膏状产品的重要性质。 软化点是沥青和石油渣油的性

17、质指标，把规定尺寸和质量的钢制小球放在一个预先装好沥青试样的铜环上,然后一起放入水浴中,加热水浴直至小球靠自身重量穿过软化了的沥青落下,此时温度即为软化点。,二、几种流动性指标,油品的低温性能,浊 点 结晶点 凝 点 出现雾状浑浊 出现肉眼 失去流动性 能分辩的结晶 冷滤点 冰 点 倾 点 不堵塞滤清器时的 升温至结晶消失 流动极限温度 最低温度,油品的低温性能,三、总结,油品的燃烧性质,油品的燃烧性质与油品的爆炸、燃烧有关，对油品储存和安全使用有重要意义。,一、闪点爆炸范围,油品闪点与沸点有关，沸点越低，闪点越低，安全性越差。,在加热油品时，随着油品温度的上升，油品上方空气中的油气浓度逐渐增

18、大，当用外在火源去引燃油气混合气时，在一定浓度范围内，油品上方会出现瞬间闪火现象，这一浓度范围称为爆炸范围，其上限浓度称爆炸上限，下限浓度称爆炸下限。,所谓闪点是指在常压下油气混合气浓度达到爆炸范围时油品的温度。,油品的燃烧性质,二、燃点,在闪点温度下，油品蒸发速度较慢，不足以维持油品继续燃烧，一闪即灭。燃点是在规定条件下,将油品加热到其上方油气能被火焰点燃,并连续燃烧5秒钟以上的最低温度。,燃点一般比开口杯闪点高约2060。,油品的燃烧性质,三、自然点,指油品在无外界火源的情况下，由于空气的剧烈氧化而导致自行燃烧的最低温度。 闪点、燃点和自燃点都与油品的化学组成和馏分组成有关 。随油品的沸程

19、升高,其闪点和燃点增高,而自燃点降低。同一族烃中,分子量小的烃其自燃点高而闪点、燃点低。,轻质油品闪点、燃点低，自燃点高，要严禁火源接触； 重质油品自燃点低，闪点、燃点高，要严防高温泄露，引起火灾,其他的物理性质,一、热性质-焓、质量热容（比热）、汽化热,1、焓 kJ/kg,指1kg油品从基准温度（常用-17.8）加热到某温度t时所需的热量。,油品的焓与其化学组成有关。在相同温度下，油品的密度越小，特性因数越大，其焓值越高。,其他的物理性质,一、热性质-焓、质量热容（比热）、汽化热,2、比热 kJ/kg ,在没有相变化和化学反应的条件下，单位质量物质升高1所需的热量,油品的比热随密度增加而减小

20、，随温度升高而增大。,3、汽化潜热kJ/kg,指单位质量的物质在恒温恒压下，由饱和液态转化为饱和气态所需的热量。,（汽油的气化潜热约为290315kJkg，煤油的为250270kJkg，柴油的为230250 kJ/kg，润滑油的为190230kJkg。）,其他的物理性质,二、机械杂质m%和水分m%,是石油及大多数油品(汽油/柴油/喷气燃料)的重要质量指标,某些油品(如喷气燃料)中即使含有极少量的机械杂质和水分，也会引起过滤器堵塞、机械磨损加剧等问题。油品中的水分使油品容易变质、引起腐蚀，大大降低了油品质量。原油中含水对于储运中计量准确性和石油加工中正常生产都有很大影响。,其他的物理性质,三、酸度(mgKOH/100ml)和酸值(mgKOH/g),定量表示油品中酸性物质(主要是环烷酸)含量的指标 酸性物质影响油品质量、腐蚀设备，应尽量除去。 一般汽油、煤油和柴油等轻质油品测定酸度，润滑油和原油测定酸值。,其他的物理性质,四、折射率,光在不同的介质里速度不同。烷烃最小，芳烃最大、环烷烃中间。 确定油品化学组成的一个重要参数，如