第三章_石油及油品的物理性質(zhì)(簡化)

1、第三章第三章 石油及油品的物理性質(zhì)石油及油品的物理性質(zhì)第一節(jié)第一節(jié) 蒸汽壓、沸程和平均沸點蒸汽壓、沸程和平均沸點 石油和石油產(chǎn)品的蒸發(fā)性能是反映其汽化、蒸發(fā)難易石油和石油產(chǎn)品的蒸發(fā)性能是反映其汽化、蒸發(fā)難易的重要性質(zhì)，用蒸汽壓、沸程來描述。的重要性質(zhì)，用蒸汽壓、沸程來描述。 一、一、 蒸汽壓蒸汽壓定義：是在某一溫度下一種物質(zhì)液相與其上方的氣相定義：是在某一溫度下一種物質(zhì)液相與其上方的氣相呈平衡狀態(tài)時，該蒸汽所產(chǎn)生的壓力稱為飽和蒸氣壓，簡呈平衡狀態(tài)時，該蒸汽所產(chǎn)生的壓力稱為飽和蒸氣壓，簡稱蒸氣壓。稱蒸氣壓。蒸氣壓愈高的液體愈易于氣化。蒸氣壓愈高的液體愈易于氣化。n 對同族烴類，在同一溫度下，相對

2、分子質(zhì)量較大的烴類的對同族烴類，在同一溫度下，相對分子質(zhì)量較大的烴類的蒸氣壓較小。蒸氣壓較小。n 對某一純烴而言，其蒸氣壓是隨溫度的升高而增大。對某一純烴而言，其蒸氣壓是隨溫度的升高而增大。二、餾程二、餾程( (沸程沸程) ) n 定義定義： 石油餾分的沸點表現(xiàn)為一定寬度的溫度范圍，稱為沸程。石油餾分的沸點表現(xiàn)為一定寬度的溫度范圍，稱為沸程。同一油品的餾程因測定儀器和測試方法不同。其餾程數(shù)據(jù)同一油品的餾程因測定儀器和測試方法不同。其餾程數(shù)據(jù)也有差別。在油品的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中，大都采用條件性的餾程也有差別。在油品的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中，大都采用條件性的餾程測定法測定法恩氏蒸餾。恩氏蒸餾。 n 恩氏蒸餾恩氏蒸餾(

3、ASTM蒸餾蒸餾)（GB6536-86) 最簡便、最常用的方法；設(shè)備簡單、收集數(shù)據(jù)多最簡便、最常用的方法；設(shè)備簡單、收集數(shù)據(jù)多 將將100mL油品放入標(biāo)準(zhǔn)的蒸餾瓶中，油品放入標(biāo)準(zhǔn)的蒸餾瓶中，按規(guī)定條件加熱，流出第一滴冷凝液按規(guī)定條件加熱，流出第一滴冷凝液時的氣相溫度稱為初餾點，餾出物為時的氣相溫度稱為初餾點，餾出物為10%、20%90%時的氣相溫度別時的氣相溫度別稱為稱為10%、20%90%點，蒸餾到點，蒸餾到最后所能達(dá)到的最高氣相溫度稱為終最后所能達(dá)到的最高氣相溫度稱為終餾點或干點。從初餾點到干點（終餾餾點或干點。從初餾點到干點（終餾點）的溫度范圍稱為餾程。點）的溫度范圍稱為餾程。l由于餾程

4、測定具有嚴(yán)格的條件性，因此餾程數(shù)據(jù)并不由于餾程測定具有嚴(yán)格的條件性，因此餾程數(shù)據(jù)并不代表該油品的真實沸點范圍，但可以大致判斷油品中代表該油品的真實沸點范圍，但可以大致判斷油品中輕重組分的相對含量，或用與不同油品之間的比較。輕重組分的相對含量，或用與不同油品之間的比較。這些這些參數(shù)參數(shù)注意：注意：三、平均沸點三、平均沸點 1 1體積平均沸點體積平均沸點59070503010ttttttV用途：由用途：由t tv v可求得其他平均沸點可求得其他平均沸點 2質(zhì)量平均沸點質(zhì)量平均沸點(tw)用途：用途：tw主要用于求油品的真臨界溫度主要用于求油品的真臨界溫度Tc 25. 016388. 5027060

5、. 064991. 31ln16667. 0Stttvvw3立方平均沸點立方平均沸點Teu 用途：用途：Teu主要用于求油品的特性因數(shù)和運動粘度主要用于求油品的特性因數(shù)和運動粘度4實分子平均沸點實分子平均沸點tm 用途：用途：tm主要用于求油品的假臨界溫度主要用于求油品的假臨界溫度(Tc)和偏心因數(shù)和偏心因數(shù)() 5中平均沸點中平均沸點tme用途：用途：tme用于求油品氫含量用于求油品氫含量,燃燒熱和平均分子量燃燒熱和平均分子量 33333. 06667. 070684. 3011810. 015158. 12ln2Stttvvm45. 045. 045679. 2089970. 082368

6、. 03ln3Stttvvcn3333. 06667. 06467. 3012800. 053181. 14ln4Stttvvme第二節(jié)第二節(jié) 密度、相對密度、特性因數(shù)密度、相對密度、特性因數(shù) 和平均相對分子質(zhì)量和平均相對分子質(zhì)量( (組成特性組成特性) ) 一、密度和相對密度一、密度和相對密度1定義定義n密度是單位體積物質(zhì)在真空中的質(zhì)量，密度是單位體積物質(zhì)在真空中的質(zhì)量，g/cm3，kg/m3n我國規(guī)定我國規(guī)定20時的密度為石油產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)密度，時的密度為石油產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)密度，20n在一定條件下，以一種液體的密度與另一種參考物質(zhì)密度在一定條件下，以一種液體的密度與另一種參考物質(zhì)密度的比值來表示物

7、質(zhì)的相對密度，又稱比重的比值來表示物質(zhì)的相對密度，又稱比重n常用的有常用的有d420(我國我國)，d15.615.6(歐美歐美) 5 .1315 .141)(6 .156 .15dAPI比重指數(shù)n 隨著相對密度增大，比重指數(shù)的數(shù)值下降隨著相對密度增大，比重指數(shù)的數(shù)值下降 2油品密度與化學(xué)組成的關(guān)系油品密度與化學(xué)組成的關(guān)系 n 分子量相近的不同烴類之間密度有明顯差別分子量相近的不同烴類之間密度有明顯差別 芳烴芳烴 環(huán)烷烴環(huán)烷烴 烷烴烷烴 n 同一種原油同一種原油 沸點增加，分子量增大，密度增大沸點增加，分子量增大，密度增大n 對不同原油對不同原油 ，同樣沸程，相對密度差別很大，同樣沸程，相對密度

8、差別很大 一般來說，特重一般來說，特重重質(zhì)重質(zhì)中質(zhì)中質(zhì)輕質(zhì)輕質(zhì) 3密度與溫度、壓力的關(guān)系密度與溫度、壓力的關(guān)系n 同一油品，溫度上升，相對密度減小同一油品，溫度上升，相對密度減小 )20(2044tddtn在一定壓力范圍內(nèi)，壓力升高，對油品相對密度的影在一定壓力范圍內(nèi)，壓力升高，對油品相對密度的影響可以忽略，響可以忽略，只有當(dāng)壓力極大只有當(dāng)壓力極大(幾十兆帕幾十兆帕)時，才考慮壓時，才考慮壓力對相對密度的影響力對相對密度的影響 體積膨脹系數(shù)4油品的混合密度油品的混合密度 n 屬性相近屬性相近油品混合，混合密度可近似按可加性計算油品混合，混合密度可近似按可加性計算niiiiniiwv111混n屬

9、性相差很大屬性相差很大的兩類組分的兩類組分( (如烷烴和芳香烴如烷烴和芳香烴) )混合時，混合時， 混合體積可能無可加性，需要用過剩分子體積的概念混合體積可能無可加性，需要用過剩分子體積的概念進(jìn)行計算。進(jìn)行計算。 二、特性因數(shù)二、特性因數(shù)(K;Waston factor;Characterization factor)1定義定義 特性因數(shù)是烴類列氏絕對溫度表示沸點的立方根對相對特性因數(shù)是烴類列氏絕對溫度表示沸點的立方根對相對密度作圖，所得曲線的斜率。密度作圖，所得曲線的斜率。 6 .156 .153/216. 1dTK n 對于石油餾分，計算對于石油餾分，計算K值時溫度值時溫度T為為中平均沸點

10、中平均沸點 2用途用途 特性因數(shù)對于了解原油的分類和確定原油的加工方案，特性因數(shù)對于了解原油的分類和確定原油的加工方案，油品的化學(xué)組成及油品的其它特性是十分有用的。油品的化學(xué)組成及油品的其它特性是十分有用的。石油餾分石油餾分的特性因數(shù)，結(jié)合相對密度或平均沸點可求得油品的其他物的特性因數(shù)，結(jié)合相對密度或平均沸點可求得油品的其他物理性質(zhì)，如前面講的蒸汽壓及后面將要講的分子量等。理性質(zhì)，如前面講的蒸汽壓及后面將要講的分子量等。n 對于烷烴來說，支鏈增加對于烷烴來說，支鏈增加K值下降；值下降；n 而對于環(huán)烷烴和芳烴來說，支鏈數(shù)增加而對于環(huán)烷烴和芳烴來說，支鏈數(shù)增加K值增加值增加3不同烴類不同烴類K值的

11、大小值的大小 n同族的烴同族的烴K值相近，不同族的烴值相近，不同族的烴K值不同值不同 n富含烷烴的石油餾分富含烷烴的石油餾分K值為值為12.513.0，富含芳烴的石，富含芳烴的石油餾分油餾分K值為值為1011 4. 其他表征油品化學(xué)組成的參數(shù)其他表征油品化學(xué)組成的參數(shù) 相關(guān)指數(shù)相關(guān)指數(shù)BMCI(美國礦務(wù)局相關(guān)指數(shù)美國礦務(wù)局相關(guān)指數(shù)) BMCI：Bureau of Mines Correlation Index 8 .4567 .473273486406 .156 .15dtBMCIv 正構(gòu)烷烴的相關(guān)指數(shù)最小，基本為正構(gòu)烷烴的相關(guān)指數(shù)最小，基本為0；芳香烴的相關(guān)指；芳香烴的相關(guān)指數(shù)最高數(shù)最高(苯

12、約為苯約為100) 相關(guān)指數(shù)相關(guān)指數(shù)BMCI這個指標(biāo)廣泛用于表征裂解乙烯原料的這個指標(biāo)廣泛用于表征裂解乙烯原料的化學(xué)組成，希望是越小越好?；瘜W(xué)組成，希望是越小越好。 2041236. 010dCHKMH 對于含有大量不飽和烴或膠質(zhì)、瀝青質(zhì)的餾分對于含有大量不飽和烴或膠質(zhì)、瀝青質(zhì)的餾分（VR），特性因數(shù)就不能很好地表征其化學(xué)組成特性。），特性因數(shù)就不能很好地表征其化學(xué)組成特性。因因此石油大學(xué)重質(zhì)油國家重點實驗室對原有的特性因數(shù)此石油大學(xué)重質(zhì)油國家重點實驗室對原有的特性因數(shù)K進(jìn)進(jìn)行了修正，提出了一個表征渣油特征的特征參數(shù)行了修正，提出了一個表征渣油特征的特征參數(shù)KH。 三、平均相對分子質(zhì)量三、平均

13、相對分子質(zhì)量1定義定義 質(zhì)量與摩爾數(shù)的比值質(zhì)量與摩爾數(shù)的比值niiniiniiniiiiniinNWNMNMnM111112油品分子量的變化規(guī)律油品分子量的變化規(guī)律 汽油：汽油：100120 煤油：煤油：180200 柴油：柴油：210240 低粘度潤滑油：低粘度潤滑油：300360 高粘度潤滑油：高粘度潤滑油：370500 第三節(jié)第三節(jié) 油品的流動性能油品的流動性能 一、粘（黏）一、粘（黏） 度度1定義定義 流動分子的內(nèi)摩擦使流體帶有一定的粘滯性，從而產(chǎn)生流體抵抗剪切流動分子的內(nèi)摩擦使流體帶有一定的粘滯性，從而產(chǎn)生流體抵抗剪切作用的能力。衡量這種能力或粘滯性的性質(zhì)指標(biāo)，就是粘度作用的能力。衡

14、量這種能力或粘滯性的性質(zhì)指標(biāo)，就是粘度。粘度是評定。粘度是評定油品流動性的指標(biāo)，是噴氣燃料、柴油、重油和潤滑油的重要質(zhì)量指標(biāo)。油品流動性的指標(biāo)，是噴氣燃料、柴油、重油和潤滑油的重要質(zhì)量指標(biāo)。對潤滑油的分級、質(zhì)量鑒定具有決定意義，也是工藝計算和工藝設(shè)計中不對潤滑油的分級、質(zhì)量鑒定具有決定意義，也是工藝計算和工藝設(shè)計中不可缺少的物理常數(shù)可缺少的物理常數(shù)。 石油和油品在處于牛頓流體狀態(tài)時，其流動性能用黏度來石油和油品在處于牛頓流體狀態(tài)時，其流動性能用黏度來描述；當(dāng)處于低溫狀態(tài)時，則用各種條件性指標(biāo)來評定其低溫描述；當(dāng)處于低溫狀態(tài)時，則用各種條件性指標(biāo)來評定其低溫流動性：如凝點、結(jié)晶點、冰點等。流動性

15、：如凝點、結(jié)晶點、冰點等。 2粘度的分類粘度的分類原油的粘度原油的粘度動力粘度動力粘度( (絕對粘度絕對粘度) )c.g.s制制 泊泊(P,poise) 厘泊厘泊(cP) SI制制 Pa.s 1Pa.s=1000cP石油產(chǎn)品石油產(chǎn)品運動粘度運動粘度=/ c.g.s制制(沱，沱，Stoke) 厘斯厘斯(厘沱厘沱) SI制制mm2/s 1cSt=1mm2/s 專門用于表示油品粘度的指標(biāo)專門用于表示油品粘度的指標(biāo)賽氏粘度賽氏粘度(Saybolt Viscosity) SUS 或或 SFV 恩氏粘度恩氏粘度(Engler Viscosity)條件度，條件度，E 雷氏粘度雷氏粘度(Redwood Vis

16、cosity) I或或II型型條件粘度條件粘度 恩氏粘度：恩氏粘度：在規(guī)定溫度下，由儀器中流出在規(guī)定溫度下，由儀器中流出200ml試油的時間（試油的時間（s）與）與20時時流出流出200ml蒸餾水所需時間（蒸餾水所需時間（s）之比，其單位為恩氏度（）之比，其單位為恩氏度（E）或稱條件度。）或稱條件度。賽氏粘度：賽氏粘度：在規(guī)定條件下，在規(guī)定條件下，60ml試油通過賽氏粘度計所需的時間，以賽氏試油通過賽氏粘度計所需的時間，以賽氏秒表示。它分為通用型（秒表示。它分為通用型（SUS）和重油型（）和重油型（SFV)兩種，未加說明的均為通兩種，未加說明的均為通用型。用型。雷氏粘度：雷氏粘度：是在規(guī)定條件

17、下由雷氏粘度計中流出是在規(guī)定條件下由雷氏粘度計中流出50ml試樣所需的時間，單試樣所需的時間，單位為雷氏秒，分為商業(yè)用的位為雷氏秒，分為商業(yè)用的I型和海軍用的型和海軍用的II型，未注明的雷氏秒為型，未注明的雷氏秒為I型。型。二、油品粘度和化學(xué)組成的關(guān)系二、油品粘度和化學(xué)組成的關(guān)系 粘度反映液體內(nèi)部分子間的摩擦力，因此黏度必然與油品的分子結(jié)構(gòu)粘度反映液體內(nèi)部分子間的摩擦力，因此黏度必然與油品的分子結(jié)構(gòu)和大小密切相關(guān)，有關(guān)和大小密切相關(guān)，有關(guān)與組成的關(guān)系，有幾點結(jié)論與組成的關(guān)系，有幾點結(jié)論 ：q 油品的粘度隨沸程的升高和密度增大而迅速增大油品的粘度隨沸程的升高和密度增大而迅速增大 q 對于相同沸點

18、的不同石油餾分：對于相同沸點的不同石油餾分： 含環(huán)狀烴多則粘度高；環(huán)數(shù)越多，粘度越大含環(huán)狀烴多則粘度高；環(huán)數(shù)越多，粘度越大 q 當(dāng)烴類分子中的環(huán)數(shù)相同時，其側(cè)鏈越長則其粘度越大當(dāng)烴類分子中的環(huán)數(shù)相同時，其側(cè)鏈越長則其粘度越大 q 相同環(huán)數(shù)和碳數(shù)的芳香烴和環(huán)烷烴：相同環(huán)數(shù)和碳數(shù)的芳香烴和環(huán)烷烴：環(huán)烷烴環(huán)烷烴 芳香烴芳香烴 上述結(jié)論說明了液體的運動粘度中包含了分子結(jié)構(gòu)的信息，而且環(huán)可以上述結(jié)論說明了液體的運動粘度中包含了分子結(jié)構(gòu)的信息，而且環(huán)可以認(rèn)為是粘度的載體。認(rèn)為是粘度的載體。 三、油品粘度與壓力、溫度的關(guān)系三、油品粘度與壓力、溫度的關(guān)系 1與溫度的關(guān)系與溫度的關(guān)系 溫度升高，所有油品粘度下降

19、；溫度升高，所有油品粘度下降； 溫度降低，所有油品粘度升高溫度降低，所有油品粘度升高 粘溫性質(zhì)：粘溫性質(zhì)：油品的粘度隨溫度變化的性質(zhì)油品的粘度隨溫度變化的性質(zhì) 油品的粘度隨溫度的變化幅度小，則稱為油品的粘溫性質(zhì)好油品的粘度隨溫度的變化幅度小，則稱為油品的粘溫性質(zhì)好 粘溫性質(zhì)的表示法粘溫性質(zhì)的表示法 q 粘度比粘度比：50/100；比值越小，則粘溫性質(zhì)越好；比值越小，則粘溫性質(zhì)越好 q 粘度指數(shù)粘度指數(shù)(VI) 粘度指數(shù)越高，表示油品的粘溫性質(zhì)越好粘度指數(shù)越高，表示油品的粘溫性質(zhì)越好 當(dāng)粘度指數(shù)當(dāng)粘度指數(shù)(VI)為為0100時：時： 100HLULVI當(dāng)粘度指數(shù)等于或大于當(dāng)粘度指數(shù)等于或大于10

20、0時時： 10000715.0110NVIYUHNlglglg粘溫性質(zhì)與分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系粘溫性質(zhì)與分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系 正構(gòu)烷烴的粘溫性質(zhì)最好正構(gòu)烷烴的粘溫性質(zhì)最好，分支程度較小的異構(gòu)烷烴的粘溫性，分支程度較小的異構(gòu)烷烴的粘溫性質(zhì)比正構(gòu)烷烴稍差，隨著分支程度的增大，粘溫性質(zhì)越來越差；質(zhì)比正構(gòu)烷烴稍差，隨著分支程度的增大，粘溫性質(zhì)越來越差；環(huán)狀烴環(huán)狀烴(包括環(huán)烷烴和芳香烴包括環(huán)烷烴和芳香烴)的粘溫性質(zhì)比鏈狀烴的差；的粘溫性質(zhì)比鏈狀烴的差；當(dāng)分子中當(dāng)分子中環(huán)數(shù)相同環(huán)數(shù)相同時，其時，其側(cè)鏈越長粘溫性質(zhì)越好側(cè)鏈越長粘溫性質(zhì)越好，但側(cè)鏈上如，但側(cè)鏈上如有分支也會使粘溫性質(zhì)變差有分支也會使粘溫性質(zhì)變差 石油及石油

21、餾分的粘溫性質(zhì)石油及石油餾分的粘溫性質(zhì)q 石油各餾分的粘度都隨著其沸程的升高而增大石油各餾分的粘度都隨著其沸程的升高而增大 相對分子質(zhì)量增大相對分子質(zhì)量增大 環(huán)狀烴含量增多所致環(huán)狀烴含量增多所致 q 當(dāng)石油餾分的沸程相同時當(dāng)石油餾分的沸程相同時 石蠟基原油的粘度最小石蠟基原油的粘度最小, , 中間基居中中間基居中, , 環(huán)烷基的最大環(huán)烷基的最大 q 石油及其餾分的粘溫性質(zhì)石油及其餾分的粘溫性質(zhì) 石蠟基原油的餾分最好石蠟基原油的餾分最好 , , 中間基居中中間基居中, , 環(huán)烷基最差環(huán)烷基最差 2粘度與壓力的關(guān)系粘度與壓力的關(guān)系 q 低壓對粘度的影響不大低壓對粘度的影響不大 q 當(dāng)壓力高于當(dāng)壓力

22、高于40atm時，需要考慮壓力的影響時，需要考慮壓力的影響 )01638. 00239. 0(89476. 6log278. 000pq 此式不適用于壓力大于此式不適用于壓力大于70MPa70MPa的情況的情況 四、油品的混合粘度四、油品的混合粘度油品混合物的粘度無可加性油品混合物的粘度無可加性第四節(jié)第四節(jié) 油品的燃燒性能油品的燃燒性能 一、一、 油品的閃點油品的閃點 (flash point) 1爆炸上限和下限爆炸上限和下限 石油和石油產(chǎn)品大都是易燃易爆、作為重要燃料來使石油和石油產(chǎn)品大都是易燃易爆、作為重要燃料來使用，研究其燃燒性能，對于安全使用燃料和了解燃料的使用用，研究其燃燒性能，對于

23、安全使用燃料和了解燃料的使用性能均非常重要，性能均非常重要，主要用閃點、燃點和自燃點來描述。主要用閃點、燃點和自燃點來描述。 二、燃點和自燃點二、燃點和自燃點 燃點：燃點：油品在規(guī)定條件下加熱到能被外部火源引燃并連續(xù)燃油品在規(guī)定條件下加熱到能被外部火源引燃并連續(xù)燃燒不少于燒不少于5 5秒鐘時的最低溫度秒鐘時的最低溫度 自燃點：自燃點：把油品預(yù)熱到很高溫度，然后使其與空氣接觸，則把油品預(yù)熱到很高溫度，然后使其與空氣接觸，則不需引火，油品即可能因劇烈氧化而產(chǎn)生火焰自行燃燒，能不需引火，油品即可能因劇烈氧化而產(chǎn)生火焰自行燃燒，能產(chǎn)生自燃的最低溫度稱為自燃點產(chǎn)生自燃的最低溫度稱為自燃點 三、閃點、燃點

24、和自燃點與油品的組成的關(guān)系三、閃點、燃點和自燃點與油品的組成的關(guān)系 p同族烴中，分子量增大，同族烴中，分子量增大，閃點增高，燃點增高，自燃點降低閃點增高，燃點增高，自燃點降低 p油品越輕，油品越輕，閃點越低，燃點越低，自燃點越高閃點越低，燃點越低，自燃點越高 第五節(jié)第五節(jié) 溶溶 解解 度度 在石油和天然氣工業(yè)中，經(jīng)常會遇到水和油品、油品在石油和天然氣工業(yè)中，經(jīng)常會遇到水和油品、油品與溶劑的相平衡問題，其中包括氣與溶劑的相平衡問題，其中包括氣- -液和液液和液- -液平衡，大量液平衡，大量的是溶解度問題。的是溶解度問題。 一、水在油中的溶解度一、水在油中的溶解度q 水在油品中溶解度很小，但對油品使用性能產(chǎn)生惡劣的影水在油品中溶解度很小，但對油品使用性能產(chǎn)生惡劣的影響。響。其主要原因是因為水在油品中的溶解度隨溫度升高而其主要原因是因為水在油品中的溶解度隨溫度升高而增大。增大。q 油品中的微量水會使油品的低溫性能變差油品中的微量水會使油品的低溫性能變差，特別是對航空，特別是對航空汽油或噴氣燃料造成