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第十二章石油与石油加工12.1石油及油品分类12.1.1石油及其组成12.1.2油品的分类及使用12.1.1石油及其组成石油(或称原油，Petroleum或crudeoil)是从地下深处开采出来的黄色乃至黑色的流动和半流动的粘稠液体。石油按其产地不同，性质也有不同程度的差异。它是由烃类和非烃类组成的复杂混合物，其沸点范围很宽，从常温到500℃以上，相对分子质量范围从数十到数千。在商业上，按相对密度把原油分为轻质原油、中质原油、重质原油、特重质原油。轻质石油在世界上的储量较少。我国原油大多属于偏重的常规原油。世界上的原油性质千差万别，但其元素组成是一致的，基本上是由碳、氢、氧、氮、硫五种元素组成。由碳、氢两种元素组成烃类；由碳、氢两种元案与其它元素，如硫、氮和氧组成非烃类。除上述五种元素之外，还含有微量的金属元素，一般只是百万分之几甚至十亿分之几，含量较多的金属元素为镍、钒、铁、铜等。12.1.1石油及其组成原油的沸点范围宽，因此，无论是对原油进行研究或是进行加工利用，都必须首先用蒸馏的方法将原油按沸点的高低切割为若干个部分，即所谓馏分，每个馏分的沸点范围简称馏程或沸程。从原油直接蒸馏得到的馏分称为直馏馏分。一般把原油中从常压蒸馏开始馏出的温度由低到高的馏分称为汽油、柴油、常压渣油、减压蒸馏得到的润滑油馏分、减压渣油。石油中的主要成分是烃类，在天然石油中主要含有烷烃、环烷烃、芳香烃，一般不含有烯烃。在不同的石油中，各种烃类含量相差较大。石油中的非烃化合物主要是含硫、氧、氮的化合物以及胶质、沥青质，它们结构最复杂、相对分子质量最大的物质。12.1.2油品的分类及使用12.1.2.1石油分类12.1.2.2汽油12.1.2.3喷气燃料(航空煤油)12.1.2.4柴油12.1.2.1石油分类1、石油燃料石油燃料是用量最大的油品。按其用途和使用范围可以分为如下五种(1)点燃式发动机燃料有航空汽油，车用汽油等。(2)喷气式发动机燃料(喷气燃料)有航空煤油。(3)压燃式发动机燃料(柴油机燃料)有高速、中速、低速柴油。(4)液化石油气燃料即液态烃。(5)锅炉燃料有炉用燃料油和船舶用燃料油。2、润滑油和润滑脂润滑油和润滑脂被用来减少机件之间的摩擦，保护机件以延长它们的使用寿命并节省动力。它们的数量只占全部石油产品的5％左右，但其品种繁多。3、蜡、沥青和石油焦它们是从生产燃料和润滑油时进一步加工得来的，其产量约为所加工原油的百分之几。4、溶剂和石油化工产品后者是有机合成工业的重要基本原料和中间体。12.1.2.2汽油1、汽油机(点燃式发动机)的工作过程及其对燃料的使用要求2、汽油的蒸发性3、汽油的安定性4、汽油的抗爆性5、汽油的改性与代用1、汽油机(点燃式发动机)的工作过程及其对燃料的使用要求汽油机主要用于轻型汽车、摩托车、螺旋桨式飞机及快艇等。汽油在汽油机内的燃烧过程可分为：进气过程-压缩过程-点火燃烧作功过程-排气过程。汽油是可用作点燃式发动机燃料的石油轻质馏分，汽油机对汽油的使用要求主要有：良好蒸发性能；良好的燃烧性能，不产生爆震现象；储存安定性好，生成胶质的倾向小；对发动机没有腐蚀作用。2、汽油的蒸发性蒸发性是汽油的最重要特性之一。汽油进入发动机气缸之前，先在汽化器中汽化并同空气形成混合物。汽油在汽化器中蒸发得是否完全，同空气混合得是否均匀，是跟它的蒸发性有关的。汽油的轻质馏分越多，它的蒸发性就越好，同空气混合得就越均匀，因而进入汽缸内的混合气燃烧得越完全，能保证发动机顺利地工作。若汽油的蒸发性不好，那么混合气中就会含有悬浮状的油滴，破坏混合气的均匀性，使发动机的工作变得不均匀，不稳定，同时，还会增加汽油的消耗量。混合气中含有油滴，有时还会使燃烧过程变坏，由于燃料的不完全燃烧，一部分燃料成气态与废汽一道排出，另一部分将沉积在汽缸壁上，稀释了润滑油，造成烧蚀和汽缸磨损。但是汽油的蒸发性也不能过高，否则汽油在末进入汽化器前就会在输油管中蒸发，形成气阻，中断供油，而且使发动机停止工作。评定汽油蒸发性能的指标是馏程和饱和蒸气压。3、汽油的安定性汽油的安定性一般指汽油的化学安定性，它表明汽油在储存中抵抗氧化的能力，是一个重要的使用指标。安定性好的汽油储存几年，都不会变质，反之，安定性不好的汽油储存时限快就会变质。汽油中如果含有大量的不饱和烃，特别是含有二烯烃，那么在汽油的储存和使用时，这些不饱和烃在空气中氧的作用下很容易氧化而形成胶质，这种汽油用于发动机时会发生困难。使用含胶质量大的汽油，不蒸发的胶状物将会沉积于油箱、汽油导管和汽油过虑器上，堵死汽油导管和汽化器喷嘴，并在进气阀门杆上积累成粘稠的黄黑色的胶状物，将暖气门堵塞，中断供油而迫使发动机停止工作。为了减少汽油的生胶倾向，除了将汽油进行适当的精制以外，还可添加抗氧化添加剂以改善汽油的安定性。4、汽油的抗爆性汽油在发动机中燃烧不正常时，会出现机身强烈震动的情况，并发出金属敲击声。同时，发动机功率下降，排气管冒黑烟，严重时导致机件的损坏，这种现象便是爆震，也叫敲缸或爆燃。究其发生的原因有两个方面：一则是与发动机的结构和工作条件有关；二则取决于所用燃料的质量。最初，为了解决这个问题，发现加入烷基铅类化合物可以有效地克服爆震现象，能保证发动机正常工作，这样便出现了含铅汽油。衡量燃料是否易于发生爆震的性质称为抗爆性。汽油抗爆性是用辛烷值来表示的。它是在标准的试验用单缸发动机中，将待测试样与标准燃料试样对比试验而测得。所用的标准燃料是异辛烷、正庚烷及其混合物。人为地规定抗爆性极好的异辛烷的辛烷值为100，抗爆性极差的正庚烷的辛烷值为0。两者的混合物则以其中异辛烷的体积分数为其辛烷值。例如，80％异辛烷和20％正庚烷的混合物的辛烷值即为80。5、汽油的改性与代用80年代以后，为了解决随着汽车拥有量不断扩大而引起的日益严重的环境污染问题，世界各国相继提出降低汽油含铅量直至完全禁止加铅的要求，上市了所谓无铅汽油。为了使汽油既达到上述环保要求，又具有较好的抗爆性，目前所采取的措施主要是掺入一定量的醚类化合物。主要有甲基叔丁基醚(MTBE)、乙基叔丁基醚(ETBE)和甲基叔戊基醚(TAME)三种醚类。随着汽油能源的紧张和环保要求的提高，人们正在努力开发汽油代用品。在各种可以替代汽油的物质中，甲醇和乙醇是最有希望的燃料，它们的辛烷值都相当高，使用醇类燃料时，排气中污染物较少，对环境是很有利的。12.1.2.3喷气燃料(航空煤油)近几十年来，喷气发动机在航空上得到了越来越广泛的应用。它是借助高温燃气从尾气喷管喷出时所形成的反作用力推动前进的，其优点是可在2万米以上高空以2马赫(为速度与音速的比数)的速度飞行。喷气发动机的推力是借助燃料的热能转变为燃气的动能产生的。这个能量的转换过程是在高空飞行条件下实现的，所以对燃料的质量要求非常严格，以求十分安全可靠。对喷气发动机燃料质量的主要要求有：①良好的燃烧性能；②适当的蒸发性；③较高的热值；④良好的安定性；⑤良好的低温性；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。12.1.2.4柴油1、柴油机(压燃式发动机)对燃料的使用要求2、柴油的自燃性3、柴油的蒸发性4、柴油的流动性5、柴油的安定性、腐蚀性和洁净度1、柴油机(压燃式发动机)对燃料的使用要求柴油机主要用于农用机械、重型车辆、坦克、铁路机车。柴油机燃料使用要求有：良好的自燃性能；良好的蒸发性能；适当的枯度和良好的低温流动性；良好的安定性；对机件无腐蚀性。2、柴油的自燃性柴油的自燃性是指喷入燃烧室内与高温高压空气形成均匀的可燃混合气之后，能在较短的时间之内发火自燃并正常地完全燃烧。评定柴油发火性能的主要指标—十六烷值。十六烷值是衡量燃料在压燃式发动机中发火性能的指标。十六烷值高，表明该燃料在柴油机中发火性能好，滞燃期短，燃烧均匀且完全，发动机工作平稳。3、柴油的蒸发性柴油在柴油机中发火和燃烧都是在气态下进行的。因而必须先行汽化并与空气形成可燃混合气，才能使柴油机启动和正常工作。柴油机内可燃混合气形成的速度主要由柴油的蒸发速度决定，而柴油蒸发速度的快慢，又由燃烧室内空气温度的高低和柴油馏分的轻重决定。温度越高，轻馏分越多，则蒸发速度越快。柴油馏分过重，则蒸发速度太慢，从而使燃烧不完全，导致功率下降，油耗增大，以及由于润滑油被稀释而磨损加重等。若柴油馏分过轻，则由于蒸发速度太快而使发动机气缸内压力急剧上升，从而导致柴油机工作不稳定。因而要求柴油有适宜的蒸发性，我国柴油的馏程一般控制在200—380℃。4、柴油的流动性(1)粘度粘度是柴油的一项重要指标，它对柴油机中供油量的大小及雾化的好坏有密切关系。燃料粘度过大，使泵的抽油效率降低，因而减少对发动机的供油量，同时喷出的油流不均匀，射程较远，雾化不良，同空气混合不均匀，燃烧不完全，增加燃料单耗和在机件上的积炭。燃料粘度过小，射程太近，全部燃料在喷油嘴喷口附近燃烧，易引起局部过热，而且不能利用燃烧室的全部空气，使燃烧不完全，降低发动机的功率。柴油同时又是输油泵和喷油泵的润滑剂，柴油粘度过大和过小，都会影响泵的可靠润滑，使磨损加剧。(2)低温流动性柴油在低温下的流动性能，不仅关系到柴油机燃料供给系统在低温下能否正常供油，而且与柴油在低温下的储存、运输等作业能否进行有密切关系。柴油的低温流动性与其化学组成有关，其中正构烷烃的含量越高，则低温流动性越差，我国评定柴油低温流动性能的指标为凝点(或倾点)和冷滤点。5、柴油的安定性、腐蚀性和洁净度(1)柴油的安定性安定性差的柴油在储存中颜色容易变深，实际胶质增加，甚至产生沉淀。实际胶质高的轻柴油易造成喷油嘴和滤清器堵塞等，并导致气缸中沉积物增加，磨损加剧。(2).柴油的腐蚀性柴油中的含硫化合物和水溶性酸或碱对柴油机的零部件会产生腐蚀作用(3)柴油的洁净度影响柴油洁净度的物质主要是水分和机械杂质。柴油中如有较多水分，在燃烧时将降低柴油的发热值，在低温下会结冰，从而使柴油机的燃料供给系统堵塞。而机械杂质的存在除了会引起油路堵塞外．还可加剧喷油泵和喷油器中精密零件的磨损。12.2原油的热加工12.2.1原油的预处理12.2.2蒸馏12.2.3原油的热加工过程12.2.1原油的预处理1、预处理的目的2、预处理工艺过程1、预处理的目的从地底油层中开采出来的石油都伴有水，这些水中溶解有无机盐。如NaCl、MgCl2、CaCl2等，在油田原油要经过脱水和稳定，可以把大部分水及水中的盐脱除，但仍有部分水不能脱除，因为这些水是以乳化状态存在于原油中，原油含水含盐给原油运输、贮存、加工和产品质量都会带来危害。原油含水过多会造成后续蒸馏塔操作不稳定，严重时甚至造成冲塔事故，含水多增加了热能消耗，增大了冷却器的负荷和冷却水的消耗量。原油中的盐类一般溶解在水中，这些盐类的存在对加工过程危害很大。在换热器、加热妒中，随着水的蒸发，盐类沉积在管壁上形成盐垢增大流动压降,严重时甚至会堵塞管路导致停工。还会造成设备腐蚀，MgCl2、CaCl2水解生成具有强腐蚀性的HCl。2、预处理工艺过程原油自油罐抽出后，先与淡水、破乳剂按比例混合，经加热到规定温度，送人一级脱盐罐，一级电脱盐的脱盐率在90％—95％之间，在进入二级脱盐之前，仍需注入淡水，一级注水是为了溶解悬浮的盐粒，二级注水是为了增大原油中的水量，以增大水滴的偶极聚结力。12.2.2蒸馏12.2.2.1蒸馏的基本形式12.2.2.2原油的常减压蒸馏流程12.2.2.1蒸馏的基本形式蒸馏是液体混合物加热，其中轻组分气化，将其导出进行冷凝，使其轻重组分得到分离。蒸馏依据的原理是混合物中各组分沸点(挥发度)的不同。蒸馏有多种形式，可归纳为闪蒸(平衡气化或一次气化)、简单蒸馏(渐次气化)和精馏三种。其中简单蒸馏常用于实验室或小型装置上，它属于间歇式蒸馏过程，分离程度不高。闪蒸过程是将液体混合物进料加热至部分气化，经过减压阀，在一个容器(闪蒸罐、蒸发塔)的空间内，于一定温度压力下，使气液两相迅速分离，得到相应的气相和液相产物。精馏是分离液体混合物的很有效的手段，它是在精馏塔内进行的。12.2.2.2原油