石油及其产品的性质

第一章石油及其产品的性质知识目标：了解石油一般性状、元素组成、烃类组成、馏分组成和非烃类组成；了解石油产品的分类；润滑油、沥青、石蜡、石油焦等石油产品的规格指标以及它们与产品组成之间的关系；了解各类型发动机的工作原理；熟悉石油及其产品的一般物理性质；初步掌握我国原油主要特点。掌握汽油、柴油、航空煤油等石油燃料的性能指标，使用要求，产品质量标准等；主要内容:第一节石油及其产品的组成和性质第二节石油产品分类和石油产品的使用要求本章小结第一节石油及其产品的组成和性质一、石油的一般性状及化学组成1、石油的外观性质各类原油的主要外观性质性状影响因素常规原油特殊原油我国原油颜色胶质和沥青质含量越多，石油的颜色越深大部分石油是黑色，也有暗绿或暗褐色显赤褐、浅黄色，甚至无色四川盆地：黄绿色玉门：黑褐色大庆：黑色相对密度胶质、沥青质含量多，石油的相对密度就大一般在0.80～0.98之间个别高达1.02或低到0.71一般在0.85～0.95之间，属于偏重的常规原油流动性常温下石油中含蜡量少，其流动性好一般是流动或半流动状的粘稠液体个别是固体或半固体蜡含量和凝固点偏高，流动性差气味含硫量高，臭味较浓有程度不同的臭味含硫相对较少，气味偏淡我国几种原油的主要物理性质原油名称大庆胜利孤岛辽河华北中原新疆吐哈鲁宁管输密度(20℃)g/cm30.85540.90050.94950.92040.88370.84660.81970.8937运动黏度(50℃)mm2/s20.1983.36333.7109.057.110.322.7237.8凝点℃3028217(倾点)363316.526.0蜡含量(质量，%)26.214.64.99.522.819.718.615.3庚烷沥青质(质量，%)012.900.1000残碳(质量，%)2.96.47.46.86.73.80.905.5灰分(质量，%)0.00270.020.0960.010.0097—0.014—硫含量(质量，%)0.100.802.090.240.310.520.030.80氮含量(质量，%)0.160.410.430.400.380.170.050.29镍含量μg/g3.126.021.132.515.03.30.5012.3钒含量μg/g0.041.62.00.60.72.40.031.52.石油的元素组成石油主要由碳、氢两种元素以及硫、氮、氧及一些微量金属、非金属元素组成。原油中元素组成的质量分数原油元素组成常规原油中元素含量*特殊原油我国原油主要元素（C、H）C：83%～87%H：11%～14%合计：96%～99%H/C原子比高，油品轻油收率高少量元素（S、N、O）S：0.06%~0.8%N：0.02%~1.7%O：0.08%~1.82%合计：1%～4%委内瑞拉（博斯坎）原油含硫量高达5.7%；阿尔及利亚原油含氮量高达2.2%含S量偏低，多数1%含N量偏高，多数0．3%微量金属、非金属元素（30余种）金属元素和非金属元素含量甚微，大约在10-6～10-9级大多数原油Ni多，V少*含量均为质量分数3.石油的烃类组成石油中的烃类主要是由烷烃、环烷烃和芳香烃这三种烃类构成。1）烃类类型及分布规律石油及其馏分中烃类类型及其分布规律烃类类型结构特征分布规律烷烃正构烷烃（含量高）C1～C4：气态C5～C15：液态C16以上为固态1．C1～C4是天然气和炼厂气的主要成分；2．C5～C10存在于汽油馏分（200℃）中；3．C11～C15存在于煤油馏分（200℃～300℃）中；4．C16以上的多以溶解状态存在于石油中，当温度降低，有结晶析出，这种固体烃类为蜡。异构烷烃（含量低，且带有二个或三个甲基的多）环烷烃（只有五员、六员环）环戊烷系（五碳环）单环、双环、三环及多环，并以并联方式为主1．汽油馏分中主要是单环环烷烃（重汽油馏分中有少量的双环环烷烃）；2．煤油、柴油馏分中含有单环、双环及三环环烷烃，且单环环烷烃具有更长的侧链或更多的侧链数目；3．高沸点馏分中则包括了单、双、三环及多于三环的环烷烃。环己烷系（六碳环）芳香烃单环芳烃烷基芳烃1．汽油馏分中主要含有单环芳烃；2．煤油、柴油及润滑油馏分中不仅含有单环芳烃，还含有双环及三环芳烃；3．高沸馏分及残渣油中，除含有单环、双环芳烃外，主要含有三环及多环芳烃双环芳烃并联多（萘系）、串联少三环稠合芳烃菲系多于蒽系四环稠合芳烃蒎系等2）烃类的性质及用途在一般条件下，烷烃的化学性质很不活泼，不易与其它物质发生反应环烷烃的抗爆性较好、凝点低、有较好的润滑性能和粘温性，是汽油、喷气燃料及润滑油的良好组分。芳香烃抗爆性很高，是汽油的良好组分，常作为提高汽油质量的调合剂4.石油的非烃组成石油中的非烃化合物主要指含硫、氮、氧的化合物。非烃化合物在石油馏分中的分布是不均匀的，大部分集中在重质馏分和残碴油中。a、含硫化合物硫在石油中少量以元素硫和硫化氢形式存在，大多数以有机硫化物形式存在，如硫醇、硫醚、环硫醚、二硫化物、噻吩及其同系物等。主要危害是：①对设备管线有腐蚀作用。②使油品某些使用性能（汽油的感铅性、燃烧性、储存安定性等）变坏。③污染环境，含硫油品燃烧后生成二氧化硫、三氧化硫等，污染大气，对人有害。④在二次加工过程中，使某些催化剂中毒，丧失催化活性。b、含氮化合物石油中的氮化物大多数是氮原子在环状结构中的杂环化合物，主要有吡啶、喹啉等的同系物（统称为碱性氮化物）及吡咯、吲哚等的同系物（统称为非碱性氮化物）。石油中另一类重要的非碱性氮化物是金属卟啉化合物，分子中有四个吡咯环，重金属原子与卟啉中的氮原子呈络合状态存在。当油品中含有氮化物时，储存日期稍久，就会使颜色变深，气味发臭，这是因为不稳定的氮化物长期与空气接触氧化生成了胶质。氮化物也是某些二次加工催化剂的毒物。C、含氧化合物石油中的氧均以有机物形式存在。这些含氧化合物分为酸性氧化物和中性氧化物两类。酸性氧化物中有环烷酸、脂肪酸和酚类，总称石油酸。中性氧化物有醛、酮和酯类，它们在石油中含量极少。含氧化合物中以环烷酸和酚类最重要，特别是环烷酸，约占石油酸总量的90%，而且在石油中的分布也很特殊，主要集中在中间馏分中（沸程约为250～350℃），而在低沸馏分或高沸馏分中含量都比较低。酸类也有强烈的气味，具有腐蚀性。但可作为消毒剂，还是合成纤维、医药、染料、炸药等的原料。d、胶状沥青状物质胶质一般能溶于石油醚（低沸点烷烃）及苯，也能溶于一切石油馏分。胶质有很强的着色力，油品的颜色主要来自胶质。胶质受热或在常温下氧化可以转化为沥青质。沥青质是暗褐色成深黑色脆性的非晶体固体粉末，不溶于石油醚而溶于苯。胶质和沥青质在高温时易转化为焦炭。5、石油的馏分组成蒸馏（或分馏）就是根据各组分沸点的不同，用蒸馏的方法把石油“分割”成几个部分，这每一部分称为馏分。从原油直接分馏得到的馏分称为直馏馏分，其产品称为直馏产品。沸点＜200℃的馏分称汽油馏分或低沸馏分；200～350℃的馏分称煤、柴油馏分或中间馏分；350～500℃的馏分称减压馏分或高沸馏分；大于500℃的馏分为渣油馏分。二、石油及其产品的物理性质（一）蒸发性能1．蒸汽压石油及石油馏分的蒸汽压不仅与温度有关，而且与气化率（或液相组成）有关，在温度一定时，气化量变化会引起蒸汽压的变化。油品的蒸汽压通常有两种表示方法：一种是油品质量标准中的雷德（Reid）蒸汽压，是在规定条件（38℃、气相体积与液相体积之比为4:1）下测定的；另一种是真实蒸汽压，指气化率为零时的蒸汽压。2．馏程与平均沸点常用的馏程测定方法有实沸点蒸馏与恩氏蒸馏实沸点蒸馏适用于原油评价及制定产品的切割方案，恩氏蒸馏馏程常用于生产控制、产品质量标准及工艺计算平均沸点的概念，用于设计计算及其它物性常数的求定。平均沸点有五种表示方法，分别是体积平均沸点、质量平均沸点、立方平均沸点、实分子平均沸点、中平均沸点。（二）密度、特性因数、平均分子量1．密度相对密度：20℃时油品的密度与4℃时水的密度之比比重指数：＝141.5／一131.5数值愈大，表示密度愈小同一原油的不同馏分油，随沸点范围升高密度增大。当沸点范围相同时，含芳香烃愈多，密度愈大；含烷烃愈多，密度愈小。API0204dAPI0API02．特性因数特性因数的定义为：K＝1.216T1/3／式中：T—烃类的沸点、石油或石油馏分的立方平均沸点或中平均沸点，K。不同烃类的特性因数是不同的。烷烃的最高，环烷烃的次之，芳香烃的最低。含烷烃多的石油馏分的特性因数较大，约为12.5～13.0；含芳香烃多的石油馏分的较小，约为10～11；一般石油的特性因数在9.7～13之间。6.156.15d3．平均分子量石油馏分的平均分子量随馏分沸程的升高而增大。汽油的平均分子量约为100～120，煤油为180～200，轻柴油为2l0～240，低黏度润滑油为300～360，高黏度润滑油为370～500。（三）流动性能1．黏度黏度的表示方法有动力黏度、运动黏度及恩氏黏度等。一般地，石油馏分愈重、沸点愈高，黏度愈大。温度对油品黏度影响很大。温度升高，液体油品的黏度减小，而油品蒸汽的黏度增大。粘温性是润滑油的重要指标之一，表示方法常用的有两种，即黏度比和黏度指数（VI）。烃类中以正构烷烃的粘温性最好，环烷烃次之，芳香烃的最差。烃类分子中环状结构越多，粘温性越差，侧链越长则粘温性越好。2．低温性能油品在低温下失去流动性的原因有两种：粘温凝固；构造凝固油品低温流动性能包括浊点、冰点、结晶点、倾点、凝点和冷滤点等油品的低温流动性与其化学组成有密切关系。油品的沸点愈高，特性因数愈大或含蜡量愈多，其倾点或凝点就愈高，低温流动性愈差。（四）燃烧性能油品的燃烧性能主要用闪点、燃点和自燃点等来描述。油品的沸点越低，其闪点和燃点越低，而自燃点越高。含烷烃多的油品，其自燃点低，但闪点高。闪点、燃点和自燃点对油品的储存、使用和安全生产都有重要意义，是油品安全保管、输送的重要指标，在储运过程中要避免接近火源与高温。（五）油品的热性质比热：油品的比热随密度增加而减小，随温度升高而增大。气化潜热：汽油的气化潜热约为290～315kJ／kg，煤油的为250～270kJ／kg，柴油的为230～250kJ/kg，润滑油的为190～230kJ／kg。焓：油品的焓与其化学组成有关。在相同温度下，油品的密度越小，特性因数越大，其焓值越高。燃烧热：石油馏分的热值随其密度增大而下降，一般净热值约为40～44MJ／kg。（六）油品的其它物理性质折射率（折光率）：在其它条件相同的情况下，烷烃的折射率最低，芳香烃的最高，烯烃和环烷烃的介于它们之间。对环烷和芳香烃，分子中环数愈多则折射率愈高。含硫量：含硫量是指油品中含硫元素的质量百分数。胶质、沥青质和蜡含量残炭值：残炭与油品的化学组成有关。生成焦炭的主要物质是沥青质、胶质和芳香烃，在芳香烃中又以稠环芳香烃的残炭最高。第二节石油产品分类和石油产品的使用要求一、石油产品的分类石油产品分为燃料、溶剂和化工原料、润滑剂和有关产品、蜡、沥青、焦六大类。石油产品及润滑剂总分类类别类别含义类别类别含义FSL燃料溶剂和化工产品润滑剂和有关产品WBC蜡沥青焦（一）燃料燃料的分组识别字母燃料类型GLDR气体燃料：主要由甲烷或乙烷或由它们组成的混合气体燃料液化气燃料：主要由C3、C4烷烃或烯烃组成馏分燃料：汽油、煤油、柴油，重馏分油可含少量残油残渣燃料：主要由蒸馏残油组成的石油燃料润滑剂：包括润滑油和润滑脂，主要用于降低机件之间的摩擦和防止磨损，以减少能耗和延长机械寿命。石油沥青：用于道路、建筑及防水等方面石油蜡：是轻工、化工和食品等工业部门的原料。石油焦：石油焦可用以制作炼铝及炼钢用电极等溶剂和化工原料：包括制取乙烯的原料（轻油）以及石油芳烃和各种溶剂油。二、石油燃料的使用要求（一）车用汽油和柴油的使用要求1．车用汽油的使用要求汽油是