《消防燃烧学》第2章液体燃料

第二章液体燃料2液体燃料天然液体燃料•石油及其加工产品人造液体燃料•主要指煤中提炼出的各种燃料油，包括煤转油3石油工业的血液，石油化工产品几乎能用于所有的工业部门。•现代化的工业离不开石油，就像人体离不开血液一样。极其重要的国家战略物资•除了是工业运转的“血液”•还是国防的关键物资世界能源争夺的焦点4优质动力原料汽车、内燃机车、飞机、轮船等现代交通工具都是用石油的产品——汽油、柴油作动力燃料的新兴的超音速飞机、导弹、火箭，也都以石油提炼出来的高级燃料为动力的一切转动的机械的“关节”中添加的润滑油都是石油制品。优点：体积小（同质量的比气体小跟固体接近）、热值高（比煤高1倍）、燃烧快、燃烧过程易控制、燃烧充分、燃烧后不留灰烬5重要的化工原料从石油中可提取几百种有用物质，其经济价值远远超过作为燃料燃烧的经济意义。石油化工可生产出成百上千种化工产品•如塑料、合成纤维（衣服），合成橡胶、合成洗涤剂（洗衣粉）、染料、医药、农药、炸药和化肥等等。现代有机化学工业就建立在石油、煤炭、天然气等资源的综合利用之上。6炼油残渣也是宝石油焦做炼钢炉里的电极，可以提高钢的产量；还可用它作为制造石墨的原料。沥青则可以制作油毡纸或铺路。7国防关键物资缺少石油，坦克、军车将不能开动8国防关键物资缺少石油，战舰、潜艇将不能出港9国防关键物资缺少石油，飞机、直升机将不能升空10国防关键物资二战后期，纳粹德国的攻势减弱，很重要的一个原因是其石油工业和石油来源受到了盟军的重点打击和摧毁11世界能源焦点二战以来，巴以冲突、中东局势一直是世界的焦点，是因为中东是世界最主要的产油地非洲一些穷国的战乱相对来说受到的关注就少得多，因为没有石油等重要资源近年苏丹日益受到西方关注，也主要是因为苏丹的石油：英国BBC《中国的秘密战争》12世界能源焦点美国的海湾战争、伊拉克战争就是为了石油美国想通过控制中东石油来控制世界俄罗斯通过石油能源来牵制欧洲、控制前苏联加盟共和国、渔利日本和中国中国为满足日益增加的巨大的能源需求，在全世界找油：中东、非洲、中亚、南美、俄罗斯13世界能源焦点伊朗内贾得、委内瑞拉查维斯敢公开向美国向小布什叫板，一个重要资本是有石油有钱14说明原油单位：桶和吨间的关系是什么？1吨～7桶吨是质量单位，桶是体积单位–1桶＝158.98升吨和桶之间的换算与原油密度有关全球平均值：1吨＝7.35桶15石油石油是一种天然的液体燃料，也叫原油是一种黑褐色的粘稠液体，由各种不同族和不同分子量的碳氢化合物混合组成•烷烃(CnH2n+2)、环烷烃(CnH2n)、芳香烃(CnH2n-6)、烯烃(CnH2n)•还含有少量的硫化物、氧化物、氮化物、水分和矿物杂质16石油分类（1）将轻馏分多的原油叫轻质原油轻馏分少的叫重质原油17石油分类（2）根据所含碳氢化合物的种类进行分类–石蜡基原油：含石蜡族(烷烃CnH2n+2)碳氢化合物较多。–烯基原油：含烯烃(CnH2n)较多–中间基原油：烷烃和烯烃的含量大体相等，也叫混合基原油–芳香基原油：含芳香烃较多，在自然界中储存量很少18石蜡基原油特点：沸点高、馏分中含大量石蜡优点：可以得到粘度指数较高的润滑油和燃烧性能良好的煤油缺点：所产汽油的辛烷数较低，加工时需专门脱蜡主产：中东阿拉伯石油、我国大庆石油说明：石蜡族的碳氢化合物是链状结构饱和碳氢化合物，碳原子n=1~4时，在常温下为气态，是天然气主要成分；n=5~16时，常温下呈液态，是煤油主要成分19烯基原油特点：可以得到少量辛烷数高的汽油和大量优质沥青优点：含蜡少，便于炼制柴油和润滑油缺点：汽油产量少，润滑油粘度指数低，煤油易冒烟说明：烯烃和烷烃都是原油的主要成分，但烯烃是不饱和烃，所以化学稳定性和热稳定性都稍差，在高温和催化剂作用下，很容易转化为芳香族碳氢化合物20中间基和芳香基原油中间基原油优点：可以得到大量直馏汽油和优质煤油中间基原油缺点：汽油的辛烷数不高，含蜡较多芳香基原油优点：可以得到辛烷数很高的汽油和溶解力很强的溶剂芳香基原油缺点：生产的煤油容易冒烟芳香基原油说明：芳香烃是环状结构的不饱和碳氢化合物，由于不饱和，因此化学活性较强，容易转换成其他产品21原油加工分馏法（蒸馏法）•常压分馏法•减压分馏法裂解法•热裂解•催化裂解22分馏法（蒸馏法）更通常的提法是“蒸馏法”石油的蒸馏就是，将原油加热，按原油中各种组分沸点不同，将其分割为多个沸点范围（馏分）而提取出来的方法23常压分馏塔内压力接近大气压力的分馏方法，可以得到石油气、汽油、挥发油、煤油、柴油等沸点在350oC以下的油品名称沸点oC密度kg/L航空汽油汽车汽油轻挥发油煤油粗柴油40~15050~200100~240200~320230~3600.71~0.740.73~0.760.77~0.790.80~0.830.84~0.8824减压分馏法塔内压力低于大气压力，一般只有4000～10000Pa，甚至低于1333Pa，也称真空分馏可用于处理沸点高于350oC以上的重质馏分，以提高轻质产品的收得率原理：–压力降低，沸点降低25蒸馏过程石油经过加热炉加热后，先送到常压塔，再将常压塔塔底的产物，经加热炉再加热后送入减压塔。这个过程在炼油厂就叫蒸馏过程。烃成员第一次“分家”：加热到350度送入常压塔，沸点较低的烃即被汽化上升，经过一层一层的塔盘直达塔顶。由于塔体的温度由下而上是逐渐降低的，不同的烃就按各自沸点的高低分别在不同温度的塔盘里凝结成液体。烃成员第二次“分家”：对于常压塔底的重油，通过降低加热炉和分馏塔里的压力，使重油的沸点降低，达到分离的目的。原理：大气压力愈低，沸点就愈低26裂解法使用分馏法只能分馏出分子量较小的轻质油品。如何提高轻质油品特别是汽油的产量？可将直接分馏塔剩下的残渣或某些分子量较大的重质油品进一步在高温高压条件下进行分解，这种工艺叫做裂解法，包括热裂解和催化裂解等27汽油汽油成分：烃类混合物，碳原子数约4～12，最主要为碳原子数5～9。馏分：沸点范围约初馏点30℃至205℃无色至淡黄色的易流动液体。最重要的性能为蒸发性和抗爆性。28问题如何表征汽油性能？辛烷数，或称辛烷值，见到的汽油标号90＃、93＃、97＃，就是指汽油的辛烷值对应为90、93、97辛烷值是衡量汽油在汽缸内抗爆震燃烧能力的一种数字指标，其值高表示抗爆性好。•汽油在汽缸中正常燃烧时火焰传播速度为10-20m/s，在爆震燃烧（爆炸状态）时可达1500-2000m/s，后者条件下使气缸温度剧升，汽油燃烧不完全，机器强烈震动，从而使输出功率下降，机件受损。29辛烷值的确定不同化学结构的烃类，具有不同的抗爆震能力。异辛烷（2，2，4-三甲基戊烷）的抗爆性能较好，辛烷值设定为100；正庚烷的抗爆性差，辛烷值设定为0。以异辛烷和正庚烷为标准燃料调节标准燃料组成的比例，使标准燃料产生的爆震强度与试样相同，此时标准燃料中异辛烷的体积百分数就是试样的辛烷值。为了提高辛烷值，常加入了四乙基铅。四乙基铅有剧毒，因此加染料使汽油带粉红色或兰色以提醒人们使用时要加小心，千万不要用嘴吸取汽油30柴油轻柴油：沸点180～370oC的馏分重柴油：沸点350～410oC的馏分其性能用十六烷值，黏度，凝固点表示•牌号就对应表示其凝固点，有10＃、0＃、－10＃、－20＃、－35＃、－50＃•十六烷值体现柴油的燃烧性能、抗爆震性能31十六烷值测定柴油的十六烷值是指与柴油自燃性相当的标准燃料中所含正十六烷的体积百分数。标准燃料是用正十六烷与2-甲基萘按不同体积百分数配成的混合物。其中正十六烷自燃性好，设定其十六烷值为100，2-甲基萘自燃性差，设定其十六烷值为0。加添加剂可提高柴油的十六烷值，常用的添加剂有硝酸戊酯或已酯。32十六烷值作用十六烷值低，则着火慢，工作不稳定，容易发生爆震十六烷值高的柴油容易起动，燃烧均匀，输出功率大但当十六烷值高于65时，会由于滞燃期太短，燃料未及与空气均匀混合即着火自燃，以致燃烧不完全，部分烃类热分解而产生游离碳粒，随废气排出，造成发动机冒黑烟及油耗增大，功率下降33汽油机优缺点汽油机的优点在于其体积小、重量轻、价格便宜；起动性好，最大功率时的转速高；工作中振动及噪声小，提速和速度优于柴油机与柴油机相比，汽油机最大劣势是耗油较高，同等排量每百公里大约相差2－3升左右。汽油机依靠电火花点燃汽油和空气混合气34柴油机优缺点柴油机最大的优点是节约燃油，同等排量比汽油机节省油20－30％左右。另外柴油机的能源效率高，就是我们通常说的力量大，爬坡能力也更强传统的柴油机体积大、噪音大、振动大，这一点从那些喷吐着滚滚黑烟的老款大货车上就能体现，而现代柴油机在体积、噪声、震动方面已经有了根本的改变。柴油机依靠活塞压缩缸内混合气（柴油和空气），使其自燃完成做功35第二节液体燃料在冶金工业中的应用36工业上的液体燃料工业上使用石油及其产品作为燃料是很不划算的，除非一些很特别的情况。因为石油及其产品非常宝贵，可应用的领域也非常广工业上使用的液体燃料主要是重油重油是原油加工后各种残渣油的总称•直馏重油•裂化重油37重油使用原油经分馏后剩下的渣油，包括常压渣油和减压渣油。•常压渣油可以直接做为炉用燃料使用•减压渣油含沥青质多，粘度大，常需配部分柴油稀释后才使用裂化重油，原油经裂解处理后剩下的渣油•含有更多的不饱和烃，及大量游离碳素•很不容易燃烧，必须加部分轻质油品调制，提高燃烧性能38商品重油商品重油就是炼制后的渣油加进部分轻油配制而成我国共有四种商品重油，20＃、60＃、100＃和200＃重油牌号的命名是按照该重油在50oC时的恩式粘度来确定的。•例如60号重油在50oC时的恩式粘度为6039恩式粘度粘度是表示流体质点间摩擦力大小的一个物理指标。粘度越大流动性越差恩式粘度定义为用恩格拉粘度计测量其数值水流出时间时油流出时间时mlCmlCtEoot2002020040运动粘度（运动粘性系数）重油的粘度通常用运动粘度（运动粘性系数）ν来表示，ν的单位是m2/s，或cm2/s，常用单位是斯托克斯St•1St=1cm2/s=1×10-4m2/s运动粘性系数ν和恩式粘度间的关系为StEEsmEE063.0073.0/10)063.0073.0(2441粘度影响重油的粘度大，其凝固点就会高，我国重油的凝固点多在30oC以上，常温下都处于凝固状态重油的粘度随温度升高会显著降低。为了便于输送和燃烧，必须对重油加热，以降低粘度，提高流动性和雾化性降低粘度加热时，温度也不能太高，否则由于水分蒸发和油的气化而产生大量泡沫•会引起油压和火焰的波动•严重时影响油泵正常运转（气阻）•甚至重油焦化导致管道的堵塞42重油化学组成跟固体燃料一样可用C、H、O、N、S、水分W、灰分A的质量百分比来表示C的含量85～88％，H的含量10～13％，两者之和在95～99％重油的粘度越大，C含量越高，H含量越低S含量小于1％，但危害很大，必须控制N＋O含量小于1％，影响不大灰分A很少，小于0.3％43闪点、燃点、着火点温度越高，油的蒸发速度越快，浓度越高油蒸汽遇到点火小火焰发生一闪即灭的现象时（闪燃），对应的油温称为闪点温度继续升高，油蒸汽遇到小火源后能够持续燃烧而不熄灭，对应的油温称为燃点温度进一步升高，在没有外火源的情况下，油蒸汽自发形成燃烧（称为自燃），此时对应的油温称为着火点（或自燃点）44闪点、燃点、着火点重油和其他液体燃料使用时必须掌握的性能指标，关系到用油安全技术和重油的燃烧条件储油罐内温度要求控制在闪点以下，燃烧室内不应低于着火点45重油密度、比热和导热系数在常温（20oC）下，重油密度大致范围为0.92~0.98t/m3在20～100oC，重油平均比热1.30~1.70kJ/(kg.K)•温度升高，比热略有增加•粘度大，比热增大导热系数λ=