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第三章石油产品我国目前将石油产品分为六大类燃料：汽油、柴油、喷气燃料、重质燃料油。润滑剂：润滑油和润滑脂。石油沥青：道路沥青和建筑沥青。石油蜡：石蜡、微晶蜡。石油焦炭：电极焦炭、燃料焦炭等。溶剂与化工原料：芳烃溶剂、溶剂油等。不同的应用场合对石油产品提出了许多不同的使用要求，而油品的使用性能与其化学组成之间具有密切的关系。本章主要讲述油品的使用性能与其化学组成之间的关系。本章的主要内容：汽油柴油喷气燃料第一节汽油一、汽油机的工作过程1.汽油机的构造及其工作原理汽油机又称点燃式发动机，主要用于轻型汽车、摩托车、螺旋桨飞机和快艇等。上止点：活塞在气缸中上行所能达到的最高位置，此时气缸中的容积为燃烧室的体积V2。下止点：活塞在气缸中下行所能达到的最低位置，此时气缸中的容积为气缸的总体积V1。压缩比:V1/V2，表征汽油发动机性能的一个重要指标。冲程：从上止点到下止点的直线距离。进气过程：活塞又上止点运行到下止点，活塞上方的容积增大，气缸内压力降低；汽油在喉管处与空气混合，然后进入混合室；在混合室内汽油开始气化并与空气形成可燃性混合气。进气阀启开，可燃性混合气经进气阀进入气缸，被气缸和活塞等高温机件及残余废气加热，进气终了的混合气温度T可达85～130℃。压缩过程：活塞由下止点运行至上止点，进气阀与排气阀关闭，气缸内可燃性混合气被压缩，温度与压力逐渐升高。压缩终了时，可燃性混合气的温度与压力取决于压缩比，一般压力P=0.7～1.5MPa，温度T=300～450℃。做功过程（点火燃烧）：压缩终了时，活塞接近上止点，火花塞发出电火花即刻点燃混合气，混合气剧烈燃烧，火焰以20～30m/s的速度向四周传播。燃烧产生大量的热能，使气缸内的温度和压力骤增，最高温度可达2000～2500℃，最高压力可达3.0～4.0MPa。高温高压气体使活塞由上止点运行至下止点。活塞的运动通过连杆使曲轴旋转而对外做功。活塞达到下止点时，做功过程结束，燃气的温度降至900～1200℃，压力降至0.4～0.5MPa。排气过程：做功结束后，排气阀启开，活塞由下止点运行至上止点。燃烧后的废气被排出气缸，排出的废气温度为700～800℃。汽油机经历进气、压缩、膨胀做功和排气四个过程之后，汽油机完成一个工作循环，紧接着进入下一个工作循环，如此周而复始，往复进行。一般汽油机都是由四个或六个气缸按一定顺序组合而连续进行工作的。汽油机对其燃料的要求：蒸发性能良好；燃烧性能良好，不产生爆震；储存安定性好，生成胶质的倾向小；对发动机没有腐蚀性。排出的污染物少。二、汽油的蒸发性汽油的蒸发性是汽油最重要的特性之一。要求汽油在进入气缸之前，能迅速气化并与空气形成可燃性混合气。一般汽油在进气管中的停留时间为0.005～0.05秒，在气缸中的停留时间为0.02～0.03秒。要想使汽油在如此短的时间内与空气形成均匀的可燃性混合气，汽油的蒸发性好坏是决定性的因素，只有当汽油具有良好的蒸发性时，发动机才能正常运转。如果汽油的蒸发性太差，汽油气化不完全，导致汽油机的功率降低，起动和加速都较困难。如果汽油的蒸发性太强，汽油在输油管中因气化而产生气阻，造成供油不足。反映汽油蒸发性能的质量指标是馏程和饱和蒸气压。1.馏程馏程在一定程度上能大体反映汽油的沸点范围和蒸发性能。10%的馏出温度,50%馏出温度,90%馏出温度和终馏点.（1）10%的馏出温度表示汽油中低沸点组分含量。对汽油机的起动难易具有决定性的影响。与产生气阻有密切的关系。表3-1汽油的10%馏出温度与发动机迅速起动的最低温度的关系表3-2汽油10%馏出温度与开始产生气阻温度的关系10%馏出温度越低，低沸点组分越多，蒸发性越强，汽油机起动时的温度越低，但开始产生气阻的温度也越低，因而在冬季有利于起动，而在炎热的夏季却容易产生气阻。10%馏出温度越高，汽油机冬季起动较困难，但在夏季却不容易产生气阻。我国车用汽油10%馏出温度不高于70℃。（2）50%的馏出温度表示汽油的平均蒸发性能，与汽油机起动后升温时间长短以及加速是否及时有密切关系的质量指标。50%馏出温度低，在正常温度下汽油能较多地蒸发，起动时参加燃烧的汽油数量就多，发出的热量较多，可缩短汽油机的升温时间，即发动机预热较快，加速性能良好，运转平稳柔和，也不致熄火，同时耗油量也降低。50%馏出温度过高，使汽油机在加速过程中的供油量急剧增加而导致大部分汽油不能气化，燃烧不完全，严重时还会突然熄火。我国车用汽油规定50%馏出温度不高于120℃。（3）90%馏出温度和干点（终馏点）表示了汽油中重组分含量的多少，与燃料的燃烧是否完全和发动机磨损有一定关系的质量指标。90%馏出温度和终馏点过高，重组分较多，它们不能完全蒸发和燃烧，容易形成积炭，排气冒黑烟，导致油耗增加，燃料的使用效率降低。同时没有蒸发的汽油重组分流入曲轴箱稀释润滑油而加大汽油机活塞的磨损。表3-3汽油干点与发动机活塞磨损及汽油消耗量的关系汽油的干点越高，发动机活塞的磨损越大，油耗越高。我国车用汽油规定90%馏出温度不高于190℃，干点不高于205℃。2.饱和蒸气压汽油饱和蒸气压的定义：又称雷德蒸气压，是气、液两相的体积比为4∶1时，在38℃下两相达到平衡时燃料蒸气的最大压力。汽油的饱和蒸气压是蒸发性好坏的重要质量指标，蒸气压越大，表明汽油的蒸发性越好。蒸气压主要是由汽油中的轻质组分所产生，蒸气压高，表明汽油中含有较多的低分子组分，容易在发动机供油系统中产生气阻，在储存和运输过程中较易产生蒸发损失，着火的危险性也较大，因而蒸气压可以作为衡量汽油机燃料供给系统是否产生气阻倾向的指标，也可相对衡量汽油在储存和运输过程中的损耗倾向和安全性。我国车用汽油规定：冬用型(11月1日～4月30日)：RVP≤88KPa夏用型(5月1日～10月31日)：RVP≤74KPa。三、汽油的安定性汽油安定性的定义：汽油在常温和液相条件下抵抗氧化的能力。安定性差的汽油，在储存和运输的过程中易发生氧化反应生成胶质，使油品颜色变深，并产生胶状沉淀。安定性差的汽油产生的后果：油箱、滤网、气化器中形成胶状物，影响供油。沉积在电火花塞上的胶质在高温下形成积炭而短路。沉积在进、排气阀上的积炭，导致阀门关闭不严。沉积在气缸盖、活塞上的积炭，造成气缸散热不良，温度升高，以致增大爆震燃烧的倾向。1、评定汽油安定性的指标（1）碘值定义：利用碘与不饱和烃的加成反应，测定汽油中的不饱和烃含量。以100克样品消耗碘的克数来表示，即gI2/100g。碘值越大，汽油中不饱和烃含量越高，其安定性越差。（2）实际胶质定义：在150℃的温度下，用热空气吹过汽油表面，使它蒸发至干，所留下的棕色或黄色残余物就是实际胶质，以100mL试油中所得的残余物的毫克数来表示。实际胶质可用来表征进气管道和进气阀上可能生成沉积物的倾向。（3）诱导期定义：把一定量的油样放入标准钢筒中，充入氧气至0.7MPa，放入100℃的水中，从油样放入100℃的水中开始到氧压明显降低所经历的时间即为诱导期，以分钟表示。诱导期较长的汽油在储存时胶质的生成速度较慢，宜于长期保存。2、汽油的化学组成与其安定性的关系影响汽油安定性根本原因是其化学组成。在常温及液相条件下，汽油中的烷烃、环烷烃、芳香烃不易发生氧化反应。不饱和烃容易发生氧化、分解和聚合、缩合反应生成胶质，是导致汽油不安定的主要根源。生成胶质的倾向如下：二烯烃环烯烃链烯烃汽油中的硫酚和硫醇对促进胶质的生成有很大作用，含氮化合物也会导致胶质的生成。在各种汽油中，直馏汽油的安定性很好，而热加工如催化裂化汽油和焦化汽油因含有较多的烯烃，其安定性较差。3、外界条件对汽油安定性的影响汽油的变质除了与本身的化学组成有关外，还与许多外界条件有关，如温度、金属表面的作用、与空气的接触面积等。（1）温度温度升高，汽油中的烃类分子受热而产生的最初自由基浓度增加，促使链反应变得容易。同时还会使分子运动速度增加，加速了汽油中烃类分子与氧分子反应以及过氧化物分解，因而汽油诱导期缩短，生成胶质的倾向增大。（2）金属表面的作用液体燃料在储存、运输及使用过程中，不可避免地要和不同的金属表面接触。汽油在金属表面的作用下，颜色容易变深，胶质的生成速度也特别快。在所列的各种金属中铜的影响最大，它使汽油的诱导期降低75%，铁、锌、铝、锡也能使汽油的诱导期缩短，安定性降低。在汽油的氧化过程中金属表面只是对燃料中存在的抗氧剂起消耗或破坏作用，而对纯烃类包括不饱和烃的氧化实际上没有影响。原因可能是抗氧剂被吸附在金属表面，从而限制了抗氧剂对燃料氧化的抑制作用。（3）与空气的接触面积汽油与空气的接触面积越大，氧化生成胶质的倾向也越大。四、汽油的抗爆性抗爆性：衡量燃料是否易于发生爆震的性质。1、汽油机的正常燃烧与爆震燃烧（1）汽油机的正常燃烧①燃烧初期焰前反应：在汽油机的压缩过程中，可燃混合气的温度和压力上升很快，汽油开始发生氧化反应并生成一些过氧化物。火花塞点火后，在火花附近的混合气温度急剧增加，出现最初的火焰中心。②燃烧期火焰中心形成之后，发生火焰传播现象。火焰的前锋逐层向未燃混合气推进，未燃混合气因受到热辐射而导致其温度升高，同时已燃混合气因燃烧膨胀而压缩未燃混合气导致其压力也升高。这样火焰以球面形状向周围扩散，使燃料逐层发火燃烧，直到绝大部分燃料燃尽为止。火焰传播速度为20～30m/s，压力变化也比较平缓。③后燃期由于混合气中燃料与空气的混合和分布不可能完全均匀，所以明显燃烧期以后和膨胀过程中，仍然有少量的未燃气体或燃烧不完全的产物在继续燃烧，直到燃烧结束为止。汽油机正常燃烧时，发动机工作平稳柔顺，动力和经济性能均较好。（2）汽油机的爆震燃烧①爆震现象汽油在发动机中燃烧不正常时，会出现机身强烈振动的情况，并发出金属敲击声，同时发动机功率下降，排气管冒黑烟。严重时还会导致机件损坏，又称为敲缸或爆燃。爆震燃烧的产生过程：在燃烧过程的后期，火焰中心在气缸的传播过程中，未燃混合气因受到已燃混合气的热辐射和压缩，导致其温度和压力急剧升高，氧化反应的速度加快，形成大量的过氧化物并发生分解反应。在最初的火焰前锋尚未到达之前，未燃混合气的局部温度已超过其自燃点而发生爆炸性燃烧，这样就出现两个或多个燃烧中心，火焰前锋不象正常燃烧时的那样逐层推进，而是对立推进，产生爆震波，同时气缸内局部的温度和压力急剧升高。②爆震燃烧的特征爆震波的推进速度：2000～2300m/s燃气局部压力：10MPa以上气缸内的局部温度：2000～2500℃③汽油爆震燃烧的危害爆震波撞击燃烧室壁、活塞顶、气缸壁，引起震动，并发出尖锐的金属敲击声，机件磨损增加，发动机因局部过热而被烧坏。燃料燃烧不完全而冒黑烟，造成燃料的浪费，能耗增加，发动机功率降低。燃料燃烧不完全的产物排放到大气中后，会造成环境的污染。④汽油爆震燃烧产生的原因原因之一：燃料的性质是产生爆震的内因，在发动机构造已确定的情况下，燃料抗爆性的好坏对产生爆震具有决定性的影响，如果燃料的自燃点越低，其抗爆性越差，产生爆震的倾向也就越大。原因之二：发动机的构造与发动机的压缩比有密切的关系。与气缸尺寸、燃烧室形状及火花塞位置有关。2、评定汽油抗爆性的指标汽油的抗爆性是用辛烷值（OctaneNumber，简称ON）来表示的，辛烷值越高，抗爆性越好。（1）辛烷值的定义规定如下的标准燃料：抗爆性很好的异辛烷的ON=100抗爆性很差的正庚烷的ON=0两种物质以不同的体积比混合可得到一系列的标准燃料，标准燃料中异辛烷的体积百分数就是其辛烷值。将待测汽油与一系列辛烷值不同的标准燃料在标准试验用单缸发动机上进行对比，与所测汽油抗爆性相同的标准燃料的辛烷值就是所测汽油的辛烷值。（2）车用汽油辛烷值的测定方法测定方法主要有两种：马达法辛烷值（简称MON）研究法辛烷值（简称RON）用研究法测定时，由于发动机的转速和混合气温度与马达法相比都较低，