石油炼制工程-4质量要求

1、1,第四章 石油产品的质量要求,2,从石油中能得到上千种产品，我国现将石油产品分为以下六大类：,（1）燃料 包括汽油、柴油、喷气燃料（航空煤油）等发动机燃料以及灯用煤油、燃料油等。 燃料的数量约占石油产品的80，其中发动机燃料占60%；柴油和汽油的比例为2：1，而实际消费的比例在2.2：1。,（2）润滑剂和有关产品 包括润滑油和润滑脂，主要用于降低机械部件的摩擦和防止磨损，以减少能耗、延长机械寿命。 产量不多，仅占石油产品总量的2左右，但品种达数百种之多。,3,（3）石油沥青 用于道路、建筑和防水等方面，产量约占石油产品总量的3。 （4）石油蜡 是轻工、化工和食品工业的原料，产量约占总量的1。

2、 （5）石油焦 用于制造炼铝和炼钢用电极，其产量约为2。 （6）溶剂和化工原料 占石油产品产量的10，包括制取乙烯的原料轻油、石油芳烃和各种溶剂油。,4,汽油机又称点燃式发动机，主要用于轻型汽车、摩托车、小型飞机和快艇。,一、汽油机的工作原理,4.1 汽 油,1、汽油机的构造及工作原理,5,上止点和下止点： 压缩比：V1/V2，表征发动机性能的重要指标； 冲 程：从上止点到下止点的直线距离。,6,冲程1：进气过程 混合气温度：85130,冲程2：压缩过程 混合气温度：300450 混合气压力：0.71.5MPa,冲程3：点火燃烧（作功过程） 气体最高温度：20002500 气体最高压力：3.0

3、4.0MPa,冲程4：排气过程 废气温度：700800,7,一、汽油机的工作原理,4.1 汽 油,2、汽油机对燃料的使用要求,所有工况下，具有足够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； 对发动机没有腐蚀作用； 排出的污染物少。,8,二、汽油的蒸发性 反映蒸发性的主要指标是馏程和饱和蒸汽压。,（2）50馏出温度 表示汽油的平均蒸发性能，对汽油机的加速性能有影响，我国要求 120。,1、馏程 （1）10馏出温度 表示汽油中所含低沸点馏分的多少，决定汽油机的启动难易程度，我国要求70。,9,（3）90馏出温度和干点 表示汽油中所含重馏分的多少，我国

4、要求90馏出温度 190，干点 205 。,2、饱和蒸汽压 雷德蒸汽压（RVP)：GB257，燃料 气：液4：1，38 。衡量汽油产生气阻、储存运输中的损耗指标。 车用汽油： 秋冬季：RVP 8088kPa 春夏季：RVP 6774kPa,10,三、汽油的安定性 反映汽油在常温、液相条件下抵抗氧化的能力。,1、安定性与化学组成的关系 汽油中的不饱和烃是导致性质不安定的主要原因，易发生氧化和叠合反应，生成胶质。 产生胶质的倾向： 链烯烃环烯烃二烯烃 含硫化合物，如硫酚和硫醇，促进胶质的生成； 含氮化合物，导致胶质的生成；汽油在空气中变红变深，产生沉淀。,11,2、影响安定性的外界因素 （1）温度

5、：每升高10，胶质生成速度快2.5倍； （2）金属的催化作用； （3）与空气的接触面积。,3、评定安定性的指标 （1）碘值 100g汽油所消耗的碘的克数。 （2）实际胶质 150的热空气吹过100ml汽油表面蒸发至干所留下的棕色或黄色残余物的mg数。,12,（3）诱导期 一定量的油样放入标准钢筒中，充入氧气0.7MPa，放入100的水中，至氧压明显下降所经历的时间，以分钟表示。,4、改善汽油安定性的方法 精制除去不饱和烃和非烃化合物； 加入适量的抗氧化剂和金属钝化剂。,13,四、汽油的抗爆性 衡量燃料是否易于发生爆震燃烧的性质。 1、爆震燃烧 （1）现象,14,（2）危害 增大气缸的热损失，降

6、低输出功率10； 发动机过热，机件磨损； 燃料消耗增加，冒黑烟。 （3）原因 发动机的结构和工作条件；燃料质量。,15,2、反映汽油抗爆性的指标辛烷值 （1）辛烷值（Octane Number,ON） 是在标准的试验用可变压缩比单缸汽油发动机中，将待测试样与标准燃料试样进行对比试验测得的。,标准燃料,正庚烷 ON=0,异辛烷（2，2，4三甲基戊烷） ON100,16,（2）测定方法 马达法（MON):900r/min，冷却水100，混合气150；研究法（RON):600r/min，冷却水100，混合气温度不计。 RONMON,（3）道路辛烷值 用汽车实测或全功率试验台上模拟汽车在公路上行驶的条

7、件测定的，数值介于RON和MON之间。,17,（4）抗爆指数ONI ONI（MON+RON)/2,（5）品度 对航空汽油，还规定了用增压航空法测定在富混合气条件下的抗爆性，称为品度。 品度是汽油在富混合气条件下，不发生爆震燃烧所发生的最大功率与用异辛烷（品度为100）工作所发出的最大功率之比。,18,3、抗爆性与燃料组成的关系,分子量相近时，辛烷值的高低有如下规律： 芳香烃异构烷烃和异构烯烃正构烯烃和环烷烃 正构烷烃；,19,烷烃分子的碳链上分枝越多、排列越紧凑，抗爆性越好；,20,烯烃比同碳数直链烷烃好，双键越接近中间，抗爆性越好；,21,环烷烃比同碳数的正构烷烃好得多，但比异构烷烃的差；

8、如环上带侧链则抗爆性变差，链越长，辛烷值越低，侧链有分枝，改善；,22,芳烃的抗爆性最好，带侧链稍差，其辛烷值随侧链的加长而降低。,23,4、改善汽油抗爆性的方法 调和高辛烷值的催化裂化汽油或催化重整汽油； 调和高辛烷值组分，如烷基化油、MTBE、TAME； 加入抗爆剂，如四乙基铅（TEL）。,MTBE的性质 辛烷值高，RON=118，MON101； 无毒，稳定性好； 加入后不改变汽油的性质； 可以改善汽油的馏程； 可以减少NO、CO的排放。,24,5、压缩比与爆震燃烧的关系 汽油机的压缩比越大，所需汽油辛烷值越高； 1920s，压缩比只有45，现已达810，相应的辛烷值也从80提高到90甚至

9、97。,25,六、汽油的品种与牌号,用途,航空汽油：按辛烷值/品度分为 100/130、95/130、75,车用汽油,车用汽油：按RON分为90、93、95,含铅汽油：按RON分为90、93、97,五、汽油的腐蚀性 影响汽油腐蚀性的物质： （1）硫及含硫化合物； （2）有机酸主要是环烷酸； （3）水溶性酸碱。,26,无铅汽油标准（2000.7.1） 抗爆性:研究法辛烷值（RON） 不小于 90 93 95 GB/T5487 抗爆指数（RON+MON）/2 不小于 85 88 90 GB/T503，GB/T5487 铅含量,g/l 不大于 0.005 GB/T8020 馏程: 10%蒸发温度,

10、不高于 70 50%蒸发温度, 不高于 120 GB/T6536 90%蒸发温度, 不高于 90 终馏点, 不高于 205 残留量,%（V/V） 不大于 2 蒸气压,kpa 从9月16日至3月15日 不大于 88 GB/T8017 从3月16日至9月15日 不大于 74,27,实际胶质,mg/100ml 不大于 5 GB/T8019 诱导期,min 不小于 480 GB/T8018 硫含量,%（m/m） 不大于 0.10 GB/T3807 硫醇（满足下列要求之一）: 博士试验 通过 硫醇硫含量,%（m/m） 不大于 0.001 GB/T1792 铜片腐蚀（50,3h）,级 不大于 1 GB/T

11、5096 水溶性酸或碱 无 GB/T259 机械杂质及水分 无 目测 苯含量,%（V/V） 不大于 2.5 芳烃含量,%（V/V） 不大于 40 GB/T11132 烯烃含量,%（V/V） 不大于 35 GB/T11132,28,七、醇类汽油机燃料 在各种可以替代汽油的各种物质中，甲醇和乙醇是最有希望的燃料，它们可从天然气、煤或植物中转化而来。,1、优点 （1）辛烷值高，甲醇114/95，乙醇111/94; （2）不易积碳、冒黑烟，发动机清洁； （3）污染物排放少，对保护环境有利。,2、缺点 （1）热值比汽油小很多，掺入量 15； （2）沸点低，易挥发，易产生气阻； （3）醇类对金属有一定的腐

12、蚀性； （4）有毒性。,29,第二节 柴油 柴油是柴油机（又称压燃式发动机）的燃料，根据柴油机转速的不同，使用不同类型的柴油： 转速1000rpm: 轻柴油 转速5001000rpm：重柴油,30,一、柴油机的工作原理 柴油机又称压燃式发动机，主要用于农用机械、重型车辆、铁路机车、船舶、工程和矿山机械。,1、柴油机的工作原理 工作循环和汽油机基本一样，也有进气、压缩、膨胀和排气四个过程。,31,主要差别： （1）压缩比不同 柴油机约为1620，压缩后气体的温度、压力比较高。 500700，压力35MPa （汽油机：300450，压力0.71.5MPa） （2）点燃方式不同 柴油是自燃发火（自燃

13、点200250） 汽油是电火花点火,32,（3）热效率不同 柴油机的热效率高于汽油机，功率相同时可节省燃料2030。,2、柴油机对燃料的使用要求 具有良好的雾化、蒸发和燃烧性能； 良好的燃料供给性能； 对发动机没有腐蚀和磨损作用； 良好的储存和热安定性。,33,二、柴油的燃烧性 柴油的燃烧性好是指喷入燃烧室内与高温空气形成可燃混合气后，能在较短的时间内发火自燃并完全燃烧。,1、柴油机内燃料的燃烧过程 分为四个阶段：滞燃期、急燃期、缓燃期、后燃期。,34,35,滞燃期（发火延迟期）：A-B,从喷油开始到混合气开始着火燃烧之间的时间，13ms。 物理延迟：喷油、雾化、受热、蒸发、扩散成可燃气； 化

14、学延迟：燃料受热开始氧化链反应，生成过氧化物，达一定浓度便自燃。,36,急燃期：B-C，开始燃烧，速度极快，到压力不再急剧增加的阶段； 缓燃期: C-D，主要阶段，5060%燃料在这段燃烧，压力不再急剧升高，到压力开始下降。 后燃期：D-E，压力迅速下降到燃烧结束。,37,汽油自燃点不能太低，不能易燃； 柴油自燃点不能太高，要易燃。,38,2、柴油发火性能的评定指标十六烷值 柴油的十六烷值（Cetane Number,CN)也是在标准的试验用柴油机中测定的。,标准燃料,甲基萘 CN=0 七甲基壬烷 CN=15,正十六烷 CN100,39,十六烷值低，则燃料发火困难，滞燃期长，发动机工作状态粗暴

15、； 十六烷值高，发火性能好，滞燃期短，燃烧均匀，发动机工作平稳； 十六烷值过高，局部燃烧不完全，冒黑烟。 高速柴油机：4060 中速柴油机：3035 低速柴油机：25,40,3、十六烷值与化学组成的关系 各种烃类的十六烷值显著不同，大体规律如下：,正构烷烃十六烷值最高，分子量大CN高； 异构烷烃的CN低于正构烷烃； 正构稀烃CN较高； 环烷烃CN低； 芳烃CN最低。,41,42,43,三、柴油的蒸发性,1、蒸发性对柴油机工作的影响 柴油机内可燃性混合气的形成速度主要由柴油的蒸发速度决定； 蒸发速度由燃烧室内空气的温度和馏分轻重决定；,44,柴油馏分越轻，蒸发速度越快； 柴油馏分过重，蒸发慢，燃

16、烧不完全，功率下降，油耗增加； 馏分过轻，蒸发太快导致气缸内压力急剧上升，发动机工作不稳定。,45,2、评定指标,（2）90及95馏出温度 表示柴油所含重馏分的多少，我国要求前者355，后者365 。,1、馏程 （1）50馏出温度 表示柴油中所含轻馏分的多少，决定柴油机的启动难易程度，我国要求300。,46,2、闪点 为了控制柴油的蒸发性不致过强，规定了柴油的闪点： 35号和50号轻柴油 闪点不低于45 20号 闪点不低于50 其余牌号 闪点不低于55 柴油的闪点也是保证安全性的指标。,47,四、柴油的流动性,1、粘度 柴油的粘度影响供油量的大小和雾化性能的好坏。 粘度过小或过大，都会影响形成

17、均匀的混合气，造成燃烧不完全。 粘度大小与化学组成有关。,48,2、低温流动性 柴油的低温流动性关系到发动机供油情况、储存和运输。 （1）凝点 （2）冷滤点 低温流动性与化学组成有关，正构烷烃的含量越高，低温流动性越差。,49,第三节 喷气燃料（航空煤油) 点燃式发动机：飞行高度低于10000m, 飞行速度低于900km/hr 喷气式发动机：飞行高度超过20000m, 飞行速度超过2马赫，1马赫1190km/hr,50,一、喷气发动机的工作过程 1、喷气发动机的构造和工作过程,51,喷气发动机与活塞发动机的区别： （1）喷气发动机中燃料与空气同时连续进入燃烧室，点燃后燃烧过程连续进行；而活塞发

18、动机的燃料供给和燃烧是周期性的； （2）喷气发动机中燃烧是在高速气流中进行，而活塞发动机燃料的燃烧是在密闭的空间进行。,52,脉冲式喷气飞机,53,2、喷气发动机对燃料的要求 喷气发动机的能量转化过程是在高空飞行条件下，对燃料的质量要求非常严格： (1)良好的燃烧性能； (2)适当的蒸发性； (3)较高的热值和密度； (4)良好的安定性； (5)良好的低温性能； (6)无腐蚀性； (7)良好的洁净性； (8)较小的起电性； (9)适当的润滑性。,54,二、喷气燃料的燃烧性能 1、燃料的起动性、燃烧稳定性及燃烧完全度 燃料起动性：在较低压力（0.010.02MPa）、较低温度（55 ）下易形成可

19、燃混合气并顺利点燃。 取决于燃料的自燃点、着火延滞期、燃烧极限、燃料蒸发性能和粘度等。,55,喷气燃料燃烧时，最基本的要求首先是易于启动和燃烧稳定，其次是要求燃烧要完全。 燃烧稳定性：连续稳定的燃烧，与燃料的烃类组成及馏分轻重有关。烷烃与环烷烃是较理想的组分，理想的馏分是煤油馏分。 燃烧完全度：单位质量的燃料燃烧时实际发出的热量占燃料净热值的百分率，直接影响动力性能、航程远近和经济性能。受燃料的粘度、蒸发性和化学组成的影响。,56,各种烃类燃烧完全度的大小顺序是： 正构烷烃异构烷烃单环环烷烃双环环烷烃单环芳烃双环芳烃,喷气燃料中芳烃的体积分数不能大于20,57,2、积炭的倾向 积炭的倾向取决于

20、燃烧室的构造、发动机的工作条件和燃料性质，特别是化学组成。,各种烃类在燃烧室中生成积炭的比较 试验时间（分钟）,58,表征积炭倾向的指标是：萘系烃的含量、烟点和辉光值。 烟点：又称无烟火焰高度，是指油料在标准灯具中作点灯试验所能达到的无烟火焰的最大高度，单位mm，指标 25mm。,59,3、热值和密度 喷气燃料的热值有质量热值（kJ/kg）、体积热值（ kJ/dm3 ）。 质量热值大，发动机的推力就大，耗油率低；该热值与H/C有关。 体积热值大，可以延长航程；它与密度有关。 H/C: 烷烃环烷烃芳烃，密度则相反。 兼顾质量热值和体积热值，环烷烃是理想组分。,60,C10烃类的密度、重量热值和体

21、积热值,61,三、喷气燃料的安定性 1、储存安定性 喷气燃料在储存过程中易起变化的指标有胶质、酸度和颜色等。 胶质和酸度的变化受少量不安定组分如烯烃、带不饱和侧链的芳烃和非烃的影响。 温度、空气、金属和水分，都能促进喷气燃料的变质。,62,2、热安定性 飞机在超音速飞行时，油箱温度达100 以上；燃料中的不安定组分容易氧化生成胶质和沉淀。 燃料中的芳烃、胶质和含硫化合物会使热安定性明显变差。,63,四、喷气燃料的低温性能 是指在低温下燃料在飞机燃料系统中能否顺利泵送和过滤的性能，用结晶点或冰点来表示。 不同烃类的结晶点相差悬殊，分子量较大的正构烷烃及某些芳烃的结晶点较高，而环烷烃和烯烃的较低。

22、 燃料中如果含有水分，在低温下会形成冰晶，造成过滤器堵塞，影响供油。水在不同烃类中的溶解度是不同的。,64,水在各种烃类中的溶解度,65,六、喷气燃料的洁净度 由于喷气发动机的精密度很高，即使较细的颗粒也会造成故障，对燃料的洁净度要求较高，影响洁净度的有水分、表面活性物质、固体物质及微生物。 水分除了对燃料的腐蚀性和低温性能产生不良影响，还会破坏燃料在系统部件中所起的润滑作用，并导致絮状物的生成和微生物的滋长。燃料中游离水的含量低于30ppm。,66,表面活性物质会增强油水乳化，使油中的水分不易分离，并促使一些细微杂质聚集在过滤器表面，大大缩短过滤器的使用周期。 固体物质主要是腐蚀产生的氧化铁

23、和尘土等。,67,七、喷气燃料的起电性 机场采用高速加油，4m3/min,燃料与管路的摩擦会产生大量的静电，如遇可燃气，就会爆炸起火。 燃料的导电率会影响静电荷的积累，导电率大的燃料静电荷消失快。 质量标准中要求电导率为50450Ps/m。,68,八、喷气燃料的品种和牌号,喷气燃料 （生产方法分类）,二次加工喷气燃料,直馏喷气燃料,喷气燃料 （馏分分类）,煤油型：140280 重煤油型：密度0.83g/cm3,宽馏分型：60280亚音速,超音速,69,喷气燃料 的牌号,RP-3:较重煤油型，180280，结晶点不高于47； RP-4:宽馏分型，60280，结晶点不高于40；,RP-1:煤油型，150250，结晶点不高于60； RP-2:煤油型，150250，结晶点不高于50；,70,71,72,第四节 煤油 煤油是原油180310的直馏馏分油，主要用于照明、炊事燃料、鱼雷燃料和医药、油漆溶剂，其中以灯用煤油量最大。,一、灯用煤油的使用性能 灯用煤油是用灯芯吸油进行燃烧，要求吸油通畅、不结灯花、有亮度、不冒黑烟、无臭味、使用安全。,73,1、吸油性 影响吸油性的因素有：馏程、浊点、机械杂质、水分和不饱和烃含量等。 馏程为180290的馏分最适合灯用煤油； 浊点保证灯具在低