石油及其產(chǎn)品的性質(zhì)精

1、第一章石油及其產(chǎn)品的性質(zhì)一、本單元學(xué)時(shí)數(shù)6課時(shí)二、教學(xué)目的及要求1. 知識(shí)目標(biāo)了解石油一般性狀、元素組成、烴類組成、餾分組成和非烴類組成； 掌握石油及其產(chǎn)品的一般物理性質(zhì)，且初步掌握我國原油主要特點(diǎn)；了解各類型發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理；掌握汽油、柴油等石油燃料的性能指標(biāo)，使用要求，產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)等。了解石油產(chǎn)品的分類；潤滑油、瀝青、石蠟、石油焦等石油產(chǎn)品的規(guī)格 指標(biāo)以及它們與產(chǎn)品組成之間的關(guān)系；2. 能力目標(biāo)能根據(jù)各類原油及產(chǎn)品評(píng)價(jià)的物性數(shù)據(jù)，分析歸納出其各自的特點(diǎn)； 能分析原油及其產(chǎn)品中各種元素、烴類或非烴類化合物的存在，對(duì)其產(chǎn) 品質(zhì)量或加工過程的影響；能根據(jù)石油燃料產(chǎn)品的質(zhì)量分析相應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀況。

2、三、教學(xué)重點(diǎn)及難點(diǎn)1. 教學(xué)重點(diǎn)（1）石油和油品是復(fù)雜的混合物，其物理性質(zhì)往往是條件性的，掌握其蒸 發(fā)性能、密度、特性因數(shù)、平均相對(duì)分子質(zhì)量、流動(dòng)性能及燃燒性能等物理性質(zhì)。（2）車用汽油和柴油的使用要求取決于汽油機(jī)和柴油機(jī)的工作過程，理解 各類發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理。（3）掌握汽油、柴油等石油燃料的性能指標(biāo)和使用要求。2. 教學(xué)難點(diǎn)對(duì)車用汽油和柴油的各項(xiàng)性能指標(biāo)的理解掌握。四、教學(xué)手段講解說明、多媒體輔助教學(xué)五、教學(xué)方法引導(dǎo)、啟發(fā)六、教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)設(shè)計(jì)【講解】1.石油的一般性狀及化學(xué)組成1.1石油的外觀性質(zhì)石油是碳?xì)浠衔锏膹?fù)雜混合物，其外觀性質(zhì)主要表現(xiàn)在石油的顏色、密度、 流動(dòng)性、氣味上，表11列

3、出了各類原油的主要外觀性質(zhì)。表11各類原油的主要外觀性質(zhì)性狀影響因素常規(guī)原油特殊原油我國原油膠質(zhì)和瀝青質(zhì)含大部分石油是顯赤褐、淺黃四川盆地黃綠色顏色量越多，石油的顏黑色，也有暗綠色，甚至無色玉門：黑褐色色越深或暗褐色大慶：黑色膠質(zhì)、瀝青質(zhì)含量一般在0.80個(gè)別高達(dá)1.02一般在 0.85相對(duì)密度多，石油的相對(duì)密0.98之間或低到0.710.95之間，屬于度就大偏重的常規(guī)原油常溫下石油中含一般是流動(dòng)或個(gè)別是固體或蠟含量和凝固點(diǎn)流動(dòng)性蠟量少，其流動(dòng)性半流動(dòng)狀的粘半固體偏咼，流動(dòng)性差好稠液體氣味含硫量咼，臭味較濃有程度不同的臭味含硫相對(duì)較少，氣味偏淡1.2石油的元素組成石油主要由碳、氫兩種元素以及硫

4、、氮、氧以及一些微量金屬、非金屬元素 組成，表15列出它們的元素組成的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。表1 5原油中元素組成的質(zhì)量分?jǐn)?shù)原油元素組成常規(guī)原油中元素含量*特殊原油我國原油主要元素（c、H）C : 83% 87% H :11%14% 合計(jì)：96% 99%H/C原子比高，油品輕油收率高少量元素（S、N、O）S: 0.06% 0.8%N: 0.02% 1.7%O: 0.08% 1.82%合計(jì)：1%4%委內(nèi)瑞拉（博斯 坎）原油含硫量咼達(dá)5.7%;阿爾及利亞原油含氮量高達(dá)2.2%含S量偏低，多數(shù)1%含N量偏高，多數(shù)0. 3%微量金屬、非金屬元素（30余種）金屬兀素和非金屬兀素含量甚微，大約在10-610-9 級(jí)大

5、多數(shù)原油Ni多，V少含量均為質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.3石油的烴類組成1.3.1烴類類型及分布規(guī)律見表1-6 （下頁）1.3.2烴類的性質(zhì)及用途一般，烷烴的化學(xué)性質(zhì)很不活潑。環(huán)烷烴的化學(xué)性質(zhì)與烷烴相近，但稍活潑。芳香烴的化學(xué)性質(zhì)較烷烴稍活潑，可與一些物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)表1-6石油及其餾分中烴類類型及其分布規(guī)律烴類類型結(jié)構(gòu)特征分布規(guī)律烷烴正構(gòu)烷烴（含量高）C1C4:氣態(tài)C5C15:液態(tài)C16以上為固態(tài)1. C1C4是天然氣和煉廠氣的主要成分；2. C5C10存在于汽油餾分（200C）中；3. C11C15存在于煤油餾分（200C300 C）中；4. C16以上的多以溶解狀態(tài)存在于石油中， 當(dāng)溫度降低，有結(jié)晶析岀，這

6、種固體烴類為 蠟。異構(gòu)烷烴（含量低，且?guī)в卸€(gè)或三個(gè)甲基的多）環(huán)烷烴（只有五 員、六員環(huán)）環(huán)戊烷系（五碳環(huán)）單環(huán)、雙環(huán)、三環(huán)及多環(huán)，并以并聯(lián)方式為主1汽油餾分中主要是單環(huán)環(huán)烷烴（重汽油餾分中有少量的雙環(huán)環(huán)烷烴）;2煤油、柴油餾分中含有單環(huán)、雙環(huán)及三 環(huán)環(huán)烷烴，且單環(huán)環(huán)烷烴具有更長的側(cè)鏈或 更多的側(cè)鏈數(shù)目；3高沸點(diǎn)餾分中則包括了單、雙、三環(huán)及 多于三環(huán)的環(huán)烷烴。環(huán)己烷系（六碳環(huán)）芳香烴單環(huán)芳烴烷基芳烴1汽油餾分中主要含有單環(huán)芳烴；2煤油、柴油及潤滑油餾分中不僅含有單 環(huán)芳烴，還含有雙環(huán)及三環(huán)芳烴；3高沸餾分及殘?jiān)椭校袉苇h(huán)、雙 環(huán)芳烴外，主要含有三環(huán)及多環(huán)芳烴雙環(huán)芳烴并聯(lián)多（萘系）、串聯(lián)少

7、三環(huán)稠合芳烴菲系多于蒽系四環(huán)稠合芳烴蒎系等1.4石油的非烴組成1.4.1含硫化合物大部分硫化物集中在重餾分和渣油中。由于硫?qū)τ谑图庸び绊憳O大，所以含硫量常作為評(píng)價(jià)原油及其產(chǎn)品的一項(xiàng)重要指標(biāo)。危害：1.對(duì)管道腐蝕作用2.使油品某些使用性能變壞3.污染環(huán)境4.在二次加工過程中，催化劑中毒1.4.2含氮化合物密度大，膠質(zhì)多、含硫量高的石油，一般其含氮量也高。大部分氮化物以 膠狀、瀝青狀物質(zhì)存在于渣油中。危害：儲(chǔ)存時(shí)間稍久，使油品顏色變深，氣味發(fā)臭；使催化劑中毒1.4.3含氧化合物石油中的含氧化合物大部分集中在膠質(zhì)、瀝青質(zhì)中。 酸性氧化物：環(huán)烷酸、脂肪酸和酚類，總稱石油酸； 中性氧化物：醛、酮和脂。

8、1.4.4膠狀瀝青質(zhì)物質(zhì)石油中的非烴化合物，大部分以膠狀瀝青狀物質(zhì)（即膠質(zhì)瀝青質(zhì)）存在，含 量相當(dāng)可觀，絕大部分存在于石油的減壓渣油中。2石油及其產(chǎn)品的物理性質(zhì)2.1蒸發(fā)性能2.1.1蒸氣壓引入概念：在一定溫度下，液體與其液面上方蒸汽呈平衡狀態(tài)時(shí)，該蒸汽所產(chǎn)生的壓力稱為飽和蒸汽壓，簡(jiǎn)稱蒸汽壓。蒸汽壓愈高，說明液體愈容易氣化。純物質(zhì)在一定外壓下，當(dāng)加熱到某一溫度時(shí)，其飽和蒸汽壓等于外界壓力， 此液體就會(huì)沸騰，此溫度稱為 沸點(diǎn)。比較：純烴：溫度升高，蒸氣壓增大。石油：蒸氣壓與溫度、汽化率有關(guān)，在一定溫度下，油品的汽化率越高， 則液相的組成就越重，其蒸氣壓就越小。油品蒸氣壓表示方法：1）油品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

9、中的雷德（Reid）蒸氣壓 在38C、氣相體積與液相體積之比 為4:1下測(cè)定2）真實(shí)蒸氣壓汽化率為零時(shí)的蒸氣壓2.1.2餾程與平均沸點(diǎn)油品的餾程：在一定外壓下，油品的沸點(diǎn)不是一個(gè)溫度點(diǎn)而是一個(gè)溫度范圍。初點(diǎn)（初餾點(diǎn)）：蒸餾時(shí)流出第一滴冷凝液時(shí)的氣相溫度；干點(diǎn)（終餾點(diǎn)）：蒸餾到最后達(dá)到的氣體的最高溫度。油品從初餾點(diǎn)到干點(diǎn)這一溫度范圍稱為餾程。生產(chǎn)和科研中餾程測(cè)定方法：恩氏蒸餾與實(shí)沸點(diǎn)蒸餾2.1.3石油的餾分組成分餾就是根據(jù)各組分沸點(diǎn)的不同，用蒸餾的方法把石油“分割”成幾個(gè)部分， 這每一部分稱為餾分。從原油直接分餾得到的餾分稱為直餾餾分，其產(chǎn)品稱為直 餾產(chǎn)品。汽油餾分或低沸餾分：餾程40-200C

10、的餾分煤油餾分：餾程200300E的餾分輕柴油餾分：餾程250350E的餾分潤滑油：350-520 C的餾分重質(zhì)燃料油：大于500 C的餾分（渣油餾分）溫度范圍窄的稱為窄餾分，溫度范圍寬的稱為寬餾分；低溫度范圍的餾分稱 為輕餾分，高溫度范圍的餾分稱為重餾分。2.2密度、特性因數(shù)、平均相對(duì)分子質(zhì)量2.2.1密度我國國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T188483規(guī)定，20C時(shí)密度為石油和液體石油產(chǎn)品的 標(biāo)準(zhǔn)密度，以P20表示。其它溫度下測(cè)得的密度用 Pt表示。相對(duì)密度：d油品的密度與規(guī)定溫度下水的密度之比我國常用的相對(duì)密度為d420（即20C時(shí)油品的密度與4C時(shí)水的密度之比）； 歐美各國常用的為dl5.615.6。

11、比重指數(shù)：°API，也稱 API 度，與 di5.615.6的關(guān)系：° API=141.5/d15.6-131.5 油品的密度與其組成的關(guān)系：同一原油的不同餾分油，隨沸點(diǎn)范圍升高密度增大；當(dāng)沸點(diǎn)范圍相同時(shí)，含 芳烴愈多，密度愈大；含烷烴愈多，密度愈小。2.2.2特性因數(shù)定義：K = 1.216T1/3/d15.615.6式中：T 烴類的沸點(diǎn)、石油或石油餾分的立方平均沸點(diǎn)或中平均沸點(diǎn)，K。特性因數(shù)與其組成關(guān)系：烷烴的最高，環(huán)烷烴的次之，芳烴的最低。223平均相對(duì)分子量定義：石油餾分的分子量是其中各組分分子量的平均值。石油餾分的平均相對(duì)分子量隨餾分沸程的升高而增大：汽油的平均分

12、子量約為100120;煤油為180200;輕柴油為210240;低黏度潤滑油為300360;高黏度潤滑油為370500?！九e例】某原油不同餾分的相對(duì)密度、特性因素和平均相對(duì)分子質(zhì)量對(duì)比表:餾分沸點(diǎn)范圍 C相對(duì)密度（d420）特性因數(shù)（K）平均相對(duì)分子質(zhì)量（M）60-800.68012.59080-1000.71012.3100100-1200.75011.8110120-1400.77011.6115140-1600.79511.4120160-1800.8111.35132180-2000.8211.31140200-2200.83511.25150同一原油的不同餾分，分子越大，餾分越重，特

13、性因數(shù)越小2.3流動(dòng)性能2.3.1黏度定義：是表示液體流動(dòng)時(shí)分子間摩擦而產(chǎn)生阻力的大小 黏度的表示方法：動(dòng)力黏度運(yùn)動(dòng)黏度恩氏黏度粘溫性質(zhì)：油品黏度隨溫度變化的性質(zhì)黏溫性質(zhì)表示方法：黏度比黏度指數(shù)232低溫性能濁點(diǎn)、結(jié)晶點(diǎn)、冰點(diǎn)：主要用來評(píng)價(jià)某些透明油品如航空汽油、煤油及輕柴油等低溫性能的指標(biāo)。 傾點(diǎn)、凝固點(diǎn)、冷濾點(diǎn)：表明油品在低溫下的流動(dòng)性，對(duì)油品的輸送及其使用性能有很大的重要性。 油品在低溫下失去流動(dòng)性的原因：粘溫凝固：對(duì)于含蠟很少或不含蠟的油品，隨著溫度降低，油品黏度迅速增大，當(dāng)黏度 增大到某一程度，油品就變成無定形的粘稠狀物質(zhì)而失去流動(dòng)性。構(gòu)造凝固：對(duì)含蠟油品而言，油品中的固體蠟當(dāng)溫度適

14、當(dāng)時(shí)可溶解于油中， 隨著溫度的 降低，油中的蠟就會(huì)逐漸結(jié)晶出來，當(dāng)溫度進(jìn)一步下降時(shí)，結(jié)晶大量析出，并連 結(jié)成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的結(jié)晶骨架，蠟的結(jié)晶骨架把此溫度下還處于液態(tài)的油品包在其 中，使整個(gè)油品失去流動(dòng)性。2.4 燃燒性能閃點(diǎn)：在規(guī)定條件下，加熱油品所逸出的蒸汽和空氣組成的混合物與火焰接 觸發(fā)生瞬間閃火時(shí)的最低溫度。燃點(diǎn)：在規(guī)定條件下，當(dāng)火焰靠近油品表面的油氣和空氣混合物時(shí)，即著火并持續(xù)燃燒至規(guī)定時(shí)間所需的最低溫度。自燃：油品因劇烈的氧化而產(chǎn)生火焰自行燃燒。自燃點(diǎn)：發(fā)生自燃的最低溫度。閃點(diǎn)和燃點(diǎn)與烴類的蒸發(fā)性能有關(guān)，而自燃點(diǎn)卻與其氧化性能有關(guān)。2.5 熱性質(zhì)比熱：?jiǎn)挝毁|(zhì)量的物質(zhì)溫度升高C (或K)所

15、需要的熱量稱為比熱，kJ/(kg K)或 kJ / (kg C )。氣化潛熱：在常壓沸點(diǎn)下，單位質(zhì)量的物質(zhì)由液態(tài)轉(zhuǎn)化為氣態(tài)所需要的熱量 稱為氣化潛熱，單位是kJ /kg。焓：人為地規(guī)定某個(gè)狀態(tài)下的焓值為零， 該狀態(tài)稱為基準(zhǔn)狀態(tài)。物質(zhì)基準(zhǔn)狀態(tài)變化到指定狀態(tài)時(shí)發(fā)生的焓變作為物質(zhì)在該狀態(tài)下的焓值，單位是kJ / kg燃燒熱：?jiǎn)挝毁|(zhì)量燃料完全燃燒所發(fā)出的熱量稱為燃燒熱或熱值，單位為J/ kg。3.石油產(chǎn)品的分類類別名稱使用范圍汽油航空汽油車用汽油活塞式航空發(fā)動(dòng)機(jī)、快速航艇發(fā)動(dòng)機(jī)汽油機(jī)汽車、摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)柴油輕柴油重柴油各種柴油機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)、坦克、拖拉機(jī)中速柴油機(jī)噴氣燃料渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)、渦輪螺漿發(fā)動(dòng)機(jī)4.汽油

16、機(jī)和柴油機(jī)的工作過程都包括四步：進(jìn)氣壓縮燃燒膨脹作功排氣4.1汽油機(jī)工作過程做功4.2柴油機(jī)的工作過程柴油機(jī)的一戲構(gòu)造1-咳油泵2-啖汕辭3-氣閥沖活 宰5-6-氣缸了-連桿8-曲軸9 ill軸箱10油底売4.3汽油機(jī)和柴油機(jī)的工作過程本質(zhì)區(qū)別（1）進(jìn)氣和壓縮的介質(zhì)不同：汽油機(jī)是空氣和汽油的混合氣，柴油機(jī)只是 空氣。（2）燃燒方式不同：汽油機(jī)靠電火花，柴油機(jī)則是噴射在高溫高壓的熱空氣中自燃汽油機(jī)是點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)柴油機(jī)是壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮比是指活塞移動(dòng)到下死點(diǎn)時(shí)氣缸的容積與活塞移動(dòng)到上死點(diǎn)時(shí)氣缸容 積的比值。汽油機(jī)：6-8.5 柴油機(jī)：13-245車用汽油和柴油的使用要求5.1車用汽油的使用要求5.

17、1.1抗爆性（1）爆震現(xiàn)象現(xiàn)象：發(fā)動(dòng)機(jī)的汽缸壁發(fā)出金屬敲擊聲，同時(shí)排出大量黑煙原因：1）燃料性質(zhì)燃料易氧化，自然點(diǎn)低2）發(fā)動(dòng)機(jī)的工作條件發(fā)動(dòng)機(jī)的溫度高，壓縮比大5.1.2抗爆性能的評(píng)價(jià)指標(biāo)辛烷值：以純正庚烷的辛烷值為零，純異辛烷的辛烷值為100而定出的一種 測(cè)定抗爆性能的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)。（我國車用汽油的商品牌號(hào)是以辛烷值來劃分的）表示方法：馬達(dá)法（MON ）、研究法（RON）5.1.2蒸發(fā)性蒸發(fā)性能的評(píng)價(jià)指標(biāo)：餾程和蒸氣壓（1）餾程恩氏蒸餾曲線初餾點(diǎn)和10%點(diǎn)：汽油的啟動(dòng)性能，值越小反應(yīng)了汽油中低沸點(diǎn)組分越 多，蒸發(fā)性越強(qiáng)、啟動(dòng)性越好。50%點(diǎn)：反映汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的加速性和平穩(wěn)性，此溫度過高，不易加速，

18、導(dǎo) 致汽油燃燒不完全，發(fā)動(dòng)機(jī)功率降低。90%點(diǎn)和干點(diǎn)：表示汽油中重組分含量的多少，此溫度過高，重質(zhì)組分含 量高完全蒸發(fā)困難，導(dǎo)致氣缸積碳增多、耗油率上升。（2）蒸氣壓汽油標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了其最高值5.1.3安定性表明汽油在儲(chǔ)存中抵抗氧化的能力指標(biāo)：實(shí)際膠質(zhì)和誘導(dǎo)期實(shí)際膠質(zhì)：在規(guī)定的條件下測(cè)得的發(fā)動(dòng)機(jī)燃料的蒸發(fā)殘留物，它表示汽油在發(fā)動(dòng)機(jī)中生成膠質(zhì)的傾向，判斷安定性的重要指標(biāo)。誘導(dǎo)期：在規(guī)定的加速氧化條件下，油品處于穩(wěn)定狀態(tài)所經(jīng)歷的時(shí)間， 表示 汽油在長期儲(chǔ)存中氧化并生成膠質(zhì)的傾向。一般地，實(shí)際膠質(zhì)含量越小、誘導(dǎo)期越長，則汽油安定性越好。5.1.4腐蝕性汽油對(duì)金屬的腐蝕能力指標(biāo)：酸度、硫含量、銅片腐蝕、水溶性酸堿5.2柴油的使用要求