石油产品的质量要求

第四章石油产品的质量要求其他石油产品汽油柴油航空煤油主要内容石油产品的分类第一节石油产品的分类燃料F80%以上润滑剂和有关产品L2%～5%石油沥青B3%石油蜡W1%石油焦C2%溶剂和化工原料S10%汽油机的工作过程及要求汽油的蒸发性汽油的抗爆性汽油抗氧化安定性第二节汽油一、汽油机的工作过程及对燃料的使用要求在汽油机中，燃料是由电火花点燃的，故又称点燃式发动机。汽油机主要用于轻型汽车，也可用于活塞式发动机飞机及快艇等。1、汽油机的工作原理四冲程循环工作：进气、压缩、燃烧膨胀作功、排气上止点：活塞在气缸中上行能达到的最高位置；下止点：下行能达到的最低位置。压缩比：气缸总体积V1/燃烧室体积V2;冲程:上止点到下止点之间的距离。冲程V1V2活塞至下止点活塞至上止点冲程活塞至上止点图4-2汽油机上、下止点示意图活塞至下止点(1)进气过程活塞从上止点向下止点移动，进气阀启开，空气经滤清器通过喉管进入气缸。可燃混合气进入气缸后，因受到气缸和活塞等高温机件及残留废气的加热，使进气终了时的混合气温度达到85～130℃(2)压缩过程活塞由下止点向上止点运动，进气阀和排气阀均关闭。气缸中的可燃混合气被逐渐压缩，其压力和温度都随之逐渐升高。当活塞运动到上止点压缩过程终了时，压力范围为0.7～1.5MPa，温度可达300～450℃(3)作功过程(点火燃烧)当活塞运动到上止点时，火花塞发出电火花点燃混合气，火焰以20～30m/s的速度迅速向四周传播。燃烧产生大量的热能，使气缸内气体的温度和压力骤增。其最高燃烧温度达2000～2500℃，最高压力为3.0～4.0MPa。高温高压气体的膨胀，将活塞向下止点推动，通过连杆使曲轴旋转而对外作功。当活塞到达下止点、作功过程结束时，燃气的温度大约降至900～1200℃，压力降至0.4～0.5MPa。(4)排气过程作功过程结束后，排气阀开启，活塞由下止点向上运动，废气被排出气缸，废气的温度约为700～800℃。3、汽油机对燃料的使用要求良好的蒸发性能可靠的燃料供给性能燃烧性能好，不产生爆震，早燃等现象抗氧化性能好，生成胶质倾向小，储存性能好对发动机没有腐蚀和磨损排出的污染物少二、汽油的蒸发性评价指标：馏程、蒸汽压1、馏程(1)10%馏出温度10%馏出温度越低，蒸发性越强，能使汽油机在低温下易于起动，但是，该馏出温度若过低，则易于产生气阻。规定10%点温度是为了保证汽油具有良好的启动性能。≯70℃(2)50%馏出温度汽油机起动后升温时间的长短以及加速是否及时均与50%馏出温度有密切关系。如果过高，当发动机需要由低速转换为高速供油量急剧增加时，汽油来不及完全气化，导致燃烧不完全，严重时甚至会突然熄火。保证汽油具有良好的加速性和平稳性，保证最大功率和爬坡能力。≯120℃(3)90%馏出温度和终馏点(或干点)保证汽油在汽缸中蒸发完全。90%点≯180～195℃，KK点≯195～205℃保证汽油在使用中不发生气阻的质量指标规定：车用汽油9月~2月饱和蒸汽压不高于88kPa3月~8月饱和蒸汽压不高于74kPa航空汽油饱和蒸汽压27~48kPa2.蒸气压三、汽油的安定性1、汽油安定性不好带来的危害•在油箱、滤网、气化器中形成粘稠的胶状物，易堵塞喷油嘴，供油中断•沉积在火花塞上的胶质，高温下形成积碳，影响点火•在排、进阀杆上结焦，导致阀门关闭不严，不能正常工作•沉积在气缸盖、气缸壁、活塞上的胶质使传热恶化，产生表面燃烧和爆震2、化学组成对安定性的影响最不安定组分：二烯烃a.室温下易氧化生成过氧化物，聚合过氧化物（假漆状）b.引发烯烃氧化反应吡咯类常温下氧化的过氧化物易分解成自由基，引发烃类氧化其氧化物有胶质、不可溶沉渣及深色产物苯硫酚甲苯硫酚与苯乙烯共存生胶速度增加15倍3、储存条件对安定性的影响光、温度、金属4、评价的方法和指标碘值：表示汽油中不饱和烃的含量航空汽油要求不大于12g/100g诱导期普通汽油不低于240min优质汽油不低于480min实际胶质：我国车用汽油的实际胶质要求不大于5mg／100mL。四、汽油的抗爆性1、汽油机的爆震现象发动机气缸中出现金属敲击声，燃烧室温度突然升高。发动机功率下降，排出黑烟，严重时破坏发动机零件。原因与燃料的性质有关，燃料很容易氧化，形成的过氧化物不易分解，自燃较低.与发动机工作条件有关，发动机的压缩比较大，汽缸温度过高，操作不当.2、汽油抗爆性的表示方法汽油的抗爆震性用辛烷值(汽油的商品牌号)表示。测定方法：将待测汽油试样于一系列辛烷值不同的标准燃料在标准的的试验机上进行比较，抗爆震能力的相同标准燃料的辛烷值就是所测汽油的辛烷值。规定：异辛烷(2,2,4-三甲基戊烷)的辛烷值为100；正庚烷的辛烷值为0；两者的混合物配成一系列辛烷值不同的标准燃料。车用汽油辛烷值的测定方法：(1)马达法MON：试验工况规定为转速900r／min，冷却水温度100℃，混合气温度150℃。(2)研究法RON：试验工况规定为转速600r／min，冷却水温度100℃，混合气温度不控制。。(3)道路辛烷值ONI，它是用汽车进行实测或在全功率试验台上模拟汽车在公路上行驶的条件下进行测定的。它的数值介于RON及MON之间。MON=RON×0.8＋10；ONI=（RON＋MON）/2同族：1.分子量增大，抗爆性减小2.分子量相近异构烷烃，支链增多，抗爆性增大3.分子量相近的烯烃，双键越接近分子链中间，抗爆性越好4.相同的环烷烃，侧链越长抗爆性越差5.环戊烷抗爆性＞环己烷抗爆性分子量相近的不同族：正构烷烃＜环烷烃＜异构烷烃＜芳香烃正构烷烃＜正构烯烃＜异构烷烃3.汽油的抗爆性与化学组成的关系相同工艺的汽油1.同一原油的汽油：沸点升高，馏分变重，辛烷值减小2.石蜡基原油汽油＜环烷基原油汽油大庆初馏~200℃辛烷值37胜利初馏~200℃辛烷值55大港初馏~200℃辛烷值50不同工艺的汽油直馏汽油辛烷值40～60催化裂化汽油辛烷值78左右烷基化汽油（高分支异构烷）辛烷值＞78对汽油而言高分支的异构烷烃是其理想的组分4、提高辛烷值的办法添加抗爆剂四乙基铅[Pb(C2H5)4]，添加量0.3%以下，辛烷值提高15~20单位汽油掺合剂[MTBE—甲基叔丁基醚]可改善汽油馏程50%的馏出温度下降，减少废气，稳定性好。本身辛烷值高。MTBE:RON119MON101掺水燃料：可以降低气缸温度，防止过氧化物生成和阻止过氧化物的链反应。乳化汽油水和醇汽油醇类汽油5.汽油机压缩比与爆震燃烧的关系•汽油机的压缩比越大，压缩过程终了时气缸内混合气的温度和压力就越高，加速了未燃混合气中过氧化物的生成和聚积，使其更容易自燃，因而爆震的倾向增强。•提高汽油机的压缩比可以提高气缸内可燃气的爆发压力，从而可提高汽油机的热效率并降低油耗。五、汽油的腐蚀性1、腐蚀性物质：硫及含硫化物、有机酸、水溶性酸或碱等2、评价指标硫及含硫化物：汽油质量标准中硫含量＜0.015w%。铜片腐蚀：判断汽油中有无活性硫化物专用铜片投入试油中，50℃水浴中3小时不变色。酸度：100ml汽油中酸性物质所需的KOH毫克数航空汽油标准中要求酸度≯1.0mgKOH/100mL。水溶性酸碱量：不允许存在六、清洁汽油•限制硫含量，硫含量高则尾气中SO2排放量增加。•限制烯烃含量，烯烃易与氮氧化物混合形成有毒的光化学烟雾，对大气臭氧层有破坏作用。且烯烃含量高会导致尾气中氮氧化物排放量增加。•限制芳烃含量，芳烃含量高会增加尾气排放物中芳烃含量，且使尾气中氮氧化物排放量增加。•限制苯含量，苯有毒，危害公众健康。七、汽油产品标准•车用汽油按研究法辛烷值分为90#、93#和97#。八、醇类汽油机燃料•优点：辛烷值相当高；在燃烧过程中不易生成积碳或冒黑烟，发动机较为清洁；排放尾气中污染物较少，对环境有利。•缺点：低发热值比汽油小，给寒区冬季汽车的冷启动带来困难；对金属有腐蚀作用，对橡胶及塑料部件易产生不良影响；甲醇有毒性，使用中注意防毒；醇类易溶于水，在储运过程中容易发生损耗。•乙醇汽油应用广泛，我国规定乙醇加入量为8-12%。•乙醇汽油按研究法辛烷值分为90#、93#、95#和97#。第三节柴油压燃式发动机的工作过程柴油的燃烧性柴油的蒸发性柴油的流动性柴油的安全性、腐蚀性柴油机分类：高速柴油机＞1000r/min中速柴油机500~1000r/min低速柴油机＜500r/min一、柴油机的工作过程及原理构造1、压燃式发动机的工作过程•进气：进气阀开，空气经滤清器入气缸，活塞运行到下止点•压缩：阀关，活塞上行，空气受压缩，活塞运行到上止点，温度500~700℃,压力3~5MPa•作功：燃料由雾化喷嘴喷入气缸，柴油迅速雾化，汽化后与空气混合自燃发火，活塞下行做功，燃烧温度高达1500~2000℃。压力5~12Mpa。•排气：300~500℃废气2、柴油机与汽油机的区别相同点燃烧都封闭体系中进行，燃烧气体膨胀做功每一个循环都经过进气、压缩、燃烧膨胀和排气四个过程爆震现象相同不同点•柴油机压缩的是空气；汽油机压缩的是油气混合气。•柴油机中的燃料是喷洒到高温高压的热空气中自燃，汽油机靠电火花点燃。•柴油机压缩比比汽油机高一倍，热效率高，相同功率下耗油比汽油机节省燃料20～30%。产生爆震原因不同：柴油机：燃料不易自燃，初期燃料聚积太多造成；汽油机：燃料易自燃，在燃烧过程中因自燃引起。3、压燃式发动机对柴油的使用要求1)具有良好的雾化性能，蒸发性能和燃烧性能2)具有良好的燃料供给性能3)对机件无腐蚀和磨损作用4)良好的储存安定性和热安定性5）低污染排放二、柴油的燃烧性1、柴油机的燃烧过程与压力变化1）滞燃期：从燃料喷油(A)开始到混合器开始着火(B)之间的一段时间，这个时间极短只有1-3ms。缩短滞燃期有利于改善柴油机的燃烧性能，因此要求燃料具有较低的自然点，发动机应具有较高的压缩比以及较高的进气温度。2）急燃期:柴油开始燃烧(B)直至气缸中压力不再急剧上升(C)为止的时间。压力上升速率的大小取决于滞燃期的长短。3）缓燃期（主燃期）是柴油机中燃烧过程的主要阶段。指从气缸压力不再急剧升高(C)时起，到压力开始迅速下降(D)时为止的这一段时间。特点是气缸内的压力变化不大，在后期稍有下降。4）后燃期(DE)从压力迅速下降(D)到燃烧结束(E)为止。燃烧是在膨胀过程中进行的，压力温度下降，能量利用效率下降，因此，后燃期中释放的热量不宜超过燃料释放出的全部热量的20%。2、抗爆性爆震现象与汽油机相同原因：最初喷入的燃料不易氧化，过氧化物生成不足，使滞燃期延长，当柴油燃烧时，由于燃料积聚过高，燃烧压力升高太猛，引起爆震。汽油机与柴油机爆震的对比•柴油机燃料不易自燃，初期燃料聚积太多造成，爆震出现在燃烧的初期；•汽油机燃料易自燃，在燃烧传递过程中由自燃引起。3、柴油抗爆性指标评价指标：十六烷值待测的试油与标准燃料在相同条件下进行测试，爆震情况相同时标准燃料中正十六烷的体积百分含量为所测油的十六烷值。标准燃料正十六烷烃的十六烷值为100α—甲基萘的十六烷值为0七甲基壬烷的十六烷值为15十六烷值低：燃烧发火困难，滞燃期长，易爆震。十六烷值过高：燃料滞燃期短，空气不足混合不均，燃烧不完全，冒黑烟，耗油上升。4、抗爆性与组成的关系碳数相同烷烃＞烯烃、异构烷烃和环烷烃＞芳香烃、稠环、分支多同族：分子量升高，十六烷值增大馏分：石蜡基柴油＞环烷基柴油各类原油中柴油馏分的十六烷值如表4-9所示三、柴油的蒸发性柴油的蒸发性对柴油机工作的影响可燃混合气形成速度柴油蒸发速度燃烧室温度高低及柴油馏分轻重温度越高，轻馏分越多，蒸发速度越快；柴油馏分过重，蒸发速度太慢，使燃烧不完全，导致功率下降、耗油量大，以及润滑油被稀释而磨损加重。柴油馏分过轻，蒸发速度太快使发动机气缸压力急剧上升，导致柴油机的工作不稳定。评价指标：馏程（1）50%馏出温度小于300℃馏分含量越高，耗油量越小50%馏出温度越低，轻馏分越多，柴油机易于启动。我国轻柴油中50%馏出温度不高于300℃柴油