第3章 石油及油品的物理性质

石油化学备课第三章石油及油品的物理性质本章的主要内容：石油的蒸馏曲线石油的密度与相对密度石油的光学性质石油的粘度石油的热性质、电性质等石油化学备课第一节恩氏蒸馏、实沸点蒸馏曲线石油及其产品是由许多分子大小不同的烃类与非烃类所组成的复杂混合物，它们的沸点不象单体化合物那样具有恒定值，而是随气化的过程在一定温度范围内逐步升高，这个沸点范围称为沸程。石油化学备课一、恩氏蒸馏恩氏蒸馏是在石油产品馏程测定器中，按照规定的标准方法进行的简单蒸馏，国外又将此方法称为ASTM蒸馏或恩氏蒸馏。石油化学备课其测定过程如下:将100mL油品放入标准的蒸馏瓶中，按规定的加热速度进行加热。初馏点(InitialBoilingPoint，简称IBP)：馏出的第一滴冷凝液的气相温度。10%、20%……90%馏出温度：馏出液达10ml、20ml、直至90ml时的气相温度。终馏点(EndPoint)或干点：气相温度所能达到的最高值。石油化学备课根据测得的馏程数据，以气相馏出温度为纵坐标，以馏出体积百分数为横坐标作图即可得到某一油品的蒸馏曲线。石油化学备课图3-1-1大庆原油中汽油、喷气燃料、轻柴油馏分的恩氏蒸馏曲线石油化学备课一般用蒸馏曲线的斜率来表示该油品的沸程的宽窄。1090%10%90馏出温度馏出温度斜率斜率越小，表示沸程越窄。石油化学备课一般常用平均沸点来表征其气化性能。油品平均沸点的定义如下：体积平均沸点tv（℃）：5tttttt9070503010v质量平均沸点tw（℃）：n1iiiwtwt石油化学备课立方平均沸点Tcu（K）：3n1i3iicu)Tv(T实分子平均沸点tm（℃）：n1iiimtxt中平均沸点tme（℃）：2tttcumme石油化学备课二、实沸点蒸馏实沸点蒸馏(TrueBoiling-PointDistillation，TBP)又称真沸点蒸馏，是一种评价原油的蒸馏方法。测定装置：相当于14～18块理论板数的填充精馏柱的精馏装置。石油化学备课实沸点蒸馏测定过程：第一步常压蒸馏，切取从初馏点到200℃的各个馏分。第二步在残压为1.33KPa左右进行的减压蒸馏，切取200～395℃的各个馏分。第三步在残压为0.27KPa下不用精馏柱的减压蒸馏，切取395～500℃的各个馏分，釜底的残液为500℃以上的减压渣油。石油化学备课将蒸馏过程中的气相馏出温度与相应的馏出物累计质量收率(m%)作图，即可得到实沸点蒸馏曲线。石油化学备课图3-1-2原油实沸点蒸馏曲线石油化学备课第二节平均分子量石油的分子量是进行炼油设计、关联石油物性、研究石油的化学组成中所必不可少的基础数据。由于石油及其产品是由许多分子大小不同的化合物所组成的复杂混合物，而各种合物的分子量又各不相同，其范围也很宽，所以只能用平均分子量来表示。石油化学备课一、平均分子量的定义由于石油及其产品是一种多分散体系，用不同的统计方法可以得到不同定义的平均分子量。石油化学备课1、数均分子量数均分子量定义：体系中不同分子的摩尔分率与其相应分子量的乘积的总和。iiiiiiinNWNMNMnM式中：ni—组分i的摩尔分率Mi—组分i的分子量Ni—组分i的摩尔数Wi—组分i的质量石油化学备课2、重均分子量重均分子量定义：体系中不同分子的质量分率与其相应分子量的乘积的总和。iiiiiiiiwMNWNWMWMwMi2式中：wi—组分i的质量分率石油化学备课二、数均分子量的测定方法测定方法冰点下降法沸点上升法蒸气压渗透法渗透压法石油化学备课三、石油馏分平均分子量的近似计算方法石油馏分的平均分子量还可以有一些经验公式进行计算，常用的经验公式有：2ctbtaMn式中：t—石油馏分的实分子平均沸点(℃)a,b,c—随馏分的特性因数不同而变化的参数石油化学备课表3-2-1计算分子量经验公式中的常数与特性因数的关系特性因数K10.010.511.011.512.0a5657596369b0.230.240.240.2250.18c0.00080.00090.00100.001150.0014当实分子平均沸点相同时，K值越大时，其平均分子量也越大。石油化学备课中国石油大学针对我国原油提出了如下的计算平均分子量的经验公式：Mn＝184.5＋2.295T-0.2332KT＋1.32910-5(KT)2-0.62217T式中：T—馏分的中平均沸点(℃)K—馏分的特性因数ρ—馏分油在20℃时的密度，g/cm3石油化学备课四、石油及其馏分的数均分子量020040060080010001200200~250250~300300~350350~400400~450450~500500沸点范围平均分子量的分布大庆原油胜利原油欢喜岭原油图3-2-3几种原油馏分的分子量分布石油化学备课石油各馏分的数均分子量是随馏分的沸程的上升而增大的。当沸程相同时，石蜡基的原油如大庆原油的数均分子量最大，中间基的原油如胜利原油次之，而环烷基的原油如辽河欢喜岭原油最小。石油化学备课表3-2-2石油各馏分的平均分子量范围及与碳数的关系馏分沸程，℃碳数范围平均碳数平均分子量汽油馏分200C5C118100120柴油馏分200350C11C2016220240减压馏分350500C20C3530370400减压渣油500C35709001100石油化学备课第三节密度和相对密度石油及油品的密度与相对密度对生产、储藏和运输有着重要的意义，在原油及产品的计量和炼油装置设计等方面都是必不可少的。石油化学备课一、石油及其油品的密度、相对密度及其测定方法定义：该油品在单位体积内的质量，单位为g/cm3或kg/m3。油品的体积随温度的升高而膨胀，其密度也随之变小，提及密度时应标明温度。石油化学备课我国规定油品在20℃时的密度为其标准密度，表示为20。油品的相对密度是其密度与规定温度下水的密度之比值，没有单位。常用表示，在数值上等于t℃时油品的密度。td4石油化学备课我国常用的相对密度为，欧美各国则常用表示，二者之间可按下式进行换算：Δddd20415.615.6131.5d141.5API15.615.6在欧美各国还常用API度来表示油品尤其是原油的相对密度，关系式如下：6.156.15d204d石油化学备课油品密度的测定方法密度计法比重瓶法石油化学备课二、液体油品相对密度与温度、压力的关系温度升高，油品的体积膨胀，密度和相对密度减小。在0～50℃的温度范围内，t℃时的相对密度与20℃时的相对密度之间存在如下的关系:)20(2044tddt式中：—油品的体积膨胀系数石油化学备课液体受压后，体积变化不是太大，因而通常压力对液体石油产品的密度的影响可以忽略不计。但在很高的压力下油品的密度要受到压力的影响石油化学备课三、混合油品的密度当属性相近的两种或多种油品混合时，其体积具有可加性，因此混合油品的的密度mix可按下式计算：niiiiiwv1n1imin1式中：vi和wi－组分i的体积分率和质量分率石油化学备课四、相对密度与化学组成的关系图3-3-1各族烃类的相对密度6789100.650.700.750.800.850.90relativedensityThenumberofcarbonatoms石油化学备课比较各种烃类的相对密度：碳数相同而结构不同的烃类，芳香烃＞环烷烃＞烷烃。同族烃类，随着碳数的增加：正构烷烃的相对密度增加正烷基环己烷的相对密度增加正烷基苯的相对密度减小石油化学备课烃类的相对密度与其分子结构有关。芳香烃的C-C的键长最短，其结构最为紧凑，环烷烃的结构与芳烃相比，其分子结构要松弛一些，烷烃分子的C-C键的键长最长，其分子结构最松弛。石油化学备课因而对于相同碳数的烃类而言，芳烃分子的体积最小，也就是说它的每个碳原子所占的体积最小，因而其相对密度最大，环烷烃的分子结构比烷烃也要紧凑些，因此其相对密度也比烷烃要大，烷烃分子的相对密度最小。石油化学备课进一步研究表明，烃类的与其碳数之间有一定的关系。以碳数的倒数的校正值为横坐标，以为纵坐标作图，可以得到线性关系很好的直线。204d1CZ204d石油化学备课1CZ204d0.8513石油化学备课当为零时，所有直线的都等于0.8513。对于任何一种链烷烃或烷基取代的环状烃而言，当碳数无限大时，即碳链无限长时，即使分子中含有多干个芳香环或环烷环，这对它的密度的影响已微不足道了。1CZ204d石油化学备课烃类分子的碳数与其相对密度之间的线性关系可用下式表示：ZCk0.8513d204对于不同的烃类分子，其中的k与Z值均不同。石油化学备课五、石油及其馏分的相对密度油品相对密度油品相对密度原油0.8～1.0轻柴油0.82～0.87汽油0.74～0.77减压馏份0.85～0.94航空煤油0.78～0.83减压渣油0.92～1.0表3-3-1原油及其馏份的相对密度（）的范围204d石油化学备课馏份,℃大庆胜利孤岛羊三木IBP～2000.74320.7446-----0.7650200～2500.80390.82040.86520.8630250～3000.81670.82700.88040.8900300～3500.82830.83500.89940.9100350～4000.83680.86060.91490.9320400～4500.85740.88740.93490.9433450～5000.87230.90670.93900.94835000.92210.96981.00200.9820原油0.85540.90050.94950.9492原油属性石蜡基中间基环烷-中间基环烷基表3-3-2不同原油各馏分的相对密度204d石油化学备课比较不同原油的相对密度：不同基属的原油的相同沸程的馏分环烷基原油＞中间基原油＞石蜡基原油相同原油不同的馏分随沸点的升高相对密度随之增加。石油化学备课原因在于：环烷基的原油由于其芳烃含量较高，因而其相对密度较大，而石蜡基原油因烷烃含量较高，因此其相对密度较小。相同原油的馏分随着其沸点的升高，芳烃含量增加，而烷烃含量降低，因而其相对密度增加。石油化学备课六、特性因数和相关指数特性因数K：15.615.63dT1.216K相关指数BMCI：456.8d473.7273t4864015.615.6vBMCI石油化学备课化合物特性因数K相关指数BMCI正己烷12.810.01正庚烷12.710.10正辛烷12.67-0.03正壬烷12.66-0.21正癸烷12.67-0.27环己烷10.9851.57甲基环己烷11.3239.87乙基环己烷11.3638.58表3-3-3烃类的特性因数(K)与相关指数(BMCI)石油化学备课续表3-3-3烃类的特性因数(K)与相关指数(BMCI)化合物特性因数K相关指数BMCI正丙基环己烷11.5134.21正丁基环己烷11.6430.73苯9.7299.84甲基苯10.1482.91乙基苯10.3674.99正丙基苯10.6266.15正丁基苯10.8359.32石油化学备课正构烷烃的K值最大，约为12.7，环烷烃次之，为11～12，芳香烃最小，为10～11。正构烷烃的BMCI最小，基本为零，环烷烃次之，在50以下，芳香烃最大，在100以下。换言之，油品的BMCI越大，其芳香性越强，而BMCI越小，表明其石蜡性越强。石油化学备课表3-3-4各原油窄馏分的K值和BMCI值原油KBMCI原油基属大庆12.0～12.617～24石蜡基中原11.7～12.617～29石蜡基胜利11.2～12.214～39中间基辽河11.4～11.928～47中间基孤岛11.1～11.736～57环烷-中间基羊三木11.1～11.749～62环烷基石油化学备课石蜡基原油的K值大，BMCI值小。环烷基原油的K值小，而BMCI值大。因而K值和BM