第二章液體燃料

第二章液體燃料第一頁，共六十七頁，2022年，8月28日上一講回顧什么是燃燒？燃燒涉及哪些物理化學過程？燃燒是一種同時伴有放熱和發(fā)光效應的激烈的氧化反應。涉及物理過程質量傳遞、氣流運動、組分擴散、能量傳遞、相變、壓力變化等涉及化學過程反應機理、反應速度、反應程度、燃燒產(chǎn)物的生成與控制等第二頁，共六十七頁，2022年，8月28日上一講回顧燃燒哪些是有利的，哪些是不利的？（1）動力工程（2）材料生產(chǎn)、工業(yè)供熱（3）家庭供熱（4）安全與火災（5）燃燒對環(huán)境的污染，有害氣體、溫室氣體、煙塵等前三者是有利的，后兩者是不利的第三頁，共六十七頁，2022年，8月28日上一講回顧工業(yè)燃燒工程師需要解決哪些問題？針對不同燃料的特性提出合理的燃燒方法根據(jù)生產(chǎn)工藝的具體要求研究和設計特殊性能的新型燃燒裝置研究和設計高效節(jié)能型燃燒裝置研究低噪聲、低污染的燃燒技術為計算機控制的工業(yè)燃燒過程提供數(shù)學模型第四頁，共六十七頁，2022年，8月28日上一講回顧煙煤可以分為哪些小類，分類的依據(jù)是什么？

貧煤、（貧瘦煤）、瘦煤、焦煤、肥煤、（1/3焦煤、氣肥煤）、氣煤、(1/2中粘煤)、弱粘煤、不粘煤、長焰煤在干燥無灰基揮發(fā)分Vdaf>=10的前提下以反映粘結性的幾個指標(粘結指數(shù)GR.I.，膠質層最大厚度Y和奧—阿膨脹度b)對煙煤進行細分當粘結指數(shù)GR.I.<=85時，用Vdaf和GR.I.來分類。當粘結指數(shù)GR.I.

>85時，用Vdaf和Y或用Vdaf和b值來分類。如按b值和Y值劃分類別有矛盾時，以Y值劃分的類別為準第五頁，共六十七頁，2022年，8月28日上一講回顧煤的成分表示方法和轉換關系？應用基（也稱收到基）表示方法，用下角標arCar%+Har%+Oar%+Nar%+Sar%+Aar%+War%=100%干燥基表示方法，用下角標dCd%+Hd%+Od%+Nd%+Sd%+Ad%=100%可燃基（也稱干燥無灰基）表示方法，用下角標dafCdaf%+Hdaf%+Odaf%+Ndaf%+Sdaf%=100%第六頁，共六十七頁，2022年，8月28日上一講回顧煤中的水分有哪些？工業(yè)分析中的水分包括哪些？外部水分不被燃料吸收而是機械地附在燃料表面上的水在大氣中自然風干后即可去除內部水分被煤粒內部毛細孔吸附的水分，在內部均勻分布自然風干不能去除，在105～110oC加熱后去除化合水礦物雜質的礦物結晶水，在200～500oC加熱后去除熱解水有機質中的氫和氧在干餾或燃燒后形成的水工業(yè)分析的水分包括前兩種，稱為全水分第七頁，共六十七頁，2022年，8月28日上一講回顧什么叫干餾？干餾時如何實現(xiàn)對空氣的隔絕？在隔絕空氣條件下進行加熱，稱為干餾一般是往加熱爐內通入N2等惰性氣體來實現(xiàn)對空氣的隔絕。主要起著避免氧化的作用。第八頁，共六十七頁，2022年，8月28日上一講回顧工業(yè)分析中是如何確定W、V、F、A的含量？W：在110oC加熱前后測量煤樣質量，減少量即為水分量。除以煤初始質量即得水分百分含量V：在850oC干餾前后測量干燥煤樣質量，減少量即為揮發(fā)分質量。除以煤初始質量即得揮發(fā)分百分含量F：測量燃燒前后焦塊質量，減少量即為固定碳質量，除以煤初始質量即得固定碳百分含量A：燃燒后剩下的即為灰分，測量其質量，除以煤初始質量即得灰分的百分含量。第九頁，共六十七頁，2022年，8月28日上一講回顧標準煤的發(fā)熱量是多少？具體煤如何確定其發(fā)熱量？1kg標準煤的低位發(fā)熱量是7000大卡=7000kcal=29.271MJ具體煤的發(fā)熱量可用氧彈量熱計直接測定具體煤的發(fā)熱量可應用工業(yè)分析值計算具體煤的發(fā)熱量還可應用元素分析值計算第十頁，共六十七頁，2022年，8月28日上一講回顧用坩堝法是如何確定粘結序數(shù)的？干餾后將焦炭外形分為七個等級，稱為粘結序數(shù)，來表示煤的粘結性1—焦炭殘留物均為粉末2—殘留物粘著，手輕壓成粉末3—殘留物粘結，手輕壓碎成小塊4—不融化粘結，手指用力壓裂成小塊5—不膨脹融化粘結，成淺平餅狀，表面有銀白色金屬光澤6—膨脹融化粘結，表面銀白色金屬光澤，高度不超15mm7—膨脹融化粘結，表面銀白色金屬光澤，高度大于15mm第十一頁，共六十七頁，2022年，8月28日液體燃料天然液體燃料石油及其加工產(chǎn)品人造液體燃料主要指煤中提煉出的各種燃料油第十二頁，共六十七頁，2022年，8月28日石油工業(yè)的血液，石油化工產(chǎn)品幾乎能用于所有的工業(yè)部門?，F(xiàn)代化的工業(yè)離不開石油，就像人體離不開血液一樣。極其重要的國家戰(zhàn)略物資除了是工業(yè)運轉的“血液”還是國防的關鍵物資世界能源爭奪的焦點第十三頁，共六十七頁，2022年，8月28日優(yōu)質動力原料汽車、內燃機車、飛機、輪船等現(xiàn)代交通工具都是用石油的產(chǎn)品——汽油、柴油作動力燃料的新興的超音速飛機、導彈、火箭，也都以石油提煉出來的高級燃料為動力的一切轉動的機械的“關節(jié)”中添加的潤滑油都是石油制品。優(yōu)點：體積?。ㄍ|量的比氣體小跟固體接近）、熱值高（比煤高1倍）、燃燒快、燃燒過程易控制、燃燒充分、燃燒后不留灰燼第十四頁，共六十七頁，2022年，8月28日重要的化工原料從石油中可提取幾百種有用物質，其經(jīng)濟價值遠遠超過作為燃料燃燒的經(jīng)濟意義。石油化工可生產(chǎn)出成百上千種化工產(chǎn)品如塑料、合成纖維（衣服），合成橡膠、合成洗滌劑（洗衣粉）、染料、醫(yī)藥、農藥、炸藥和化肥等等?，F(xiàn)代有機化學工業(yè)就建立在石油、煤炭、天然氣等資源的綜合利用之上。第十五頁，共六十七頁，2022年，8月28日煉油殘渣也是寶石油焦做煉鋼爐里的電極，可以提高鋼的產(chǎn)量；還可用它作為制造石墨的原料。瀝青則可以制作油氈紙或鋪路。第十六頁，共六十七頁，2022年，8月28日國防關鍵物資缺少石油，坦克、軍車將不能開動第十七頁，共六十七頁，2022年，8月28日國防關鍵物資缺少石油，戰(zhàn)艦、潛艇將不能出港第十八頁，共六十七頁，2022年，8月28日國防關鍵物資缺少石油，飛機、直升機將不能升空第十九頁，共六十七頁，2022年，8月28日國防關鍵物資二戰(zhàn)后期，納粹德國的攻勢減弱，很重要的一個原因是其石油工業(yè)和石油來源受到了盟軍的重點打擊和摧毀第二十頁，共六十七頁，2022年，8月28日世界能源焦點以巴沖突、中東局勢二戰(zhàn)以來一直是世界的焦點，是因為中東是世界最主要的產(chǎn)油地非洲一些窮國的戰(zhàn)亂相對來說受到的關注就少得多，因為沒有石油等重要資源近年蘇丹的達爾富爾問題日益受到西方關注，也主要是因為蘇丹的石油第二十一頁，共六十七頁，2022年，8月28日世界能源焦點美國的海灣戰(zhàn)爭、伊拉克戰(zhàn)爭就是為了石油美國想通過控制中東石油來控制世界俄羅斯通過石油能源來牽制歐洲、控制前蘇聯(lián)加盟共和國、漁利日本和中國中國為滿足日益增加的巨大的能源需求，在全世界找油：中東、非洲、中亞、南美、俄羅斯第二十二頁，共六十七頁，2022年，8月28日世界能源焦點伊朗內賈得、委內瑞拉查維斯敢公開向美國向小布什叫板，一個重要資本是有石油有錢第二十三頁，共六十七頁，2022年，8月28日世界能源焦點伊朗核問題更是石油、中東、核絞在了一起，錯綜復雜背后是世界大國的角力，臺面下暗流洶涌，美國想打又很難打第二十四頁，共六十七頁，2022年，8月28日20世紀國際原油價格走勢上世紀70年代爆發(fā)第一次石油危機第二十五頁，共六十七頁，2022年，8月28日說明原油單位：桶和噸間的關系是什么？

1噸～7桶噸是質量單位，桶是體積單位1桶＝158.98升噸和桶之間的換算與原油密度有關全球平均值：1噸＝7.35桶第二十六頁，共六十七頁，2022年，8月28日中國對進口石油的依賴2007年中國進口石油總量將超過1.7億噸，對外依存度達50％。石油成為中國最大的外部安全因素第二十七頁，共六十七頁，2022年，8月28日我國是能源浪費大國中國是世界上兩個最大的能源消費國僅次于美國，也是世界上最大的燃煤國家，2000年消耗了超過10%的世界能源，卻僅產(chǎn)出3.4%的GDP，而同期美國消耗20%的世界能源產(chǎn)出了35%的GDP。中國平均萬元GDP所消耗的能源是世界各國平均值的2倍多。第二十八頁，共六十七頁，2022年，8月28日我國是環(huán)境污染大國1985至1995年這10年間，全國能耗總量增長68.2％。平均每個中國人所消耗的能源數(shù)量上升了增長47.9％，廢氣排放總量增長了68.9％，工業(yè)固體廢物總量增長了22.6％。由于燃煤等帶來的污染，我國的北京、沈陽、西安、上海、廣州5城市名列世界污染最重的城市之列中國森林經(jīng)過幾十年的掠奪性砍伐，使得國土面積列位世界第三的中國的森林面積僅占世界的4.6％，森林蓄積量僅占世界的2.9％中國已經(jīng)沙漠化的土地達到25億畝，占國土面積的將近五分之一，超過全國耕地面積的總和。第二十九頁，共六十七頁，2022年，8月28日科學發(fā)展觀資源節(jié)約型環(huán)境友好型節(jié)能減排高能耗高污染的企業(yè)如小火電廠、小水泥廠、小造紙廠關停拆除發(fā)展可再生替代能源第三十頁，共六十七頁，2022年，8月28日石油石油是一種天然的液體燃料，也叫原油是一種黑褐色的粘稠液體，由各種不同族和不同分子量的碳氫化合物混合組成。烷烴(CnH2n+2)、環(huán)烷烴(CnH2n)、芳香烴(CnH2n-6)、烯烴(CnH2n)還含有少量的硫化物、氧化物、氮化物、水分和礦物雜質第三十一頁，共六十七頁，2022年，8月28日石油分類（1）將輕餾分多的原油叫輕質原油:一般指終餾點在250℃以下的餾出物，如航空汽油、汽油、溶劑油、石腦油和航空煤油等。輕餾分少的叫重質原油第三十二頁，共六十七頁，2022年，8月28日石油分類（2）根據(jù)所含碳氫化合物的種類進行分類石蠟基原油，含石蠟族(烷烴CnH2n+2)碳氫化合物較多。烯基原油，含烯烴(CnH2n)較多中間基原油，烷烴和烯烴的含量大體相等，也叫混合基原油芳香基原油，含芳香烴較多，在自然界中儲存量很少第三十三頁，共六十七頁，2022年，8月28日石蠟基原油特點：高沸點餾分中含大量石蠟優(yōu)點：可以得到粘度指數(shù)較高的潤滑油和燃燒性能良好的煤油缺點：所產(chǎn)汽油的辛烷數(shù)較低，加工時需專門脫蠟主產(chǎn)：中東阿拉伯石油、我國大慶石油說明：石蠟族的碳氫化合物是鏈狀結構飽和碳氫化合物，碳原子n=1~4時，在常溫下為氣態(tài)，是天然氣主要成分；n=5~16時，常溫下呈液態(tài)，是煤油主要成分第三十四頁，共六十七頁，2022年，8月28日烯基原油特點：可以得到少量辛烷數(shù)高的汽油和大量優(yōu)質瀝青優(yōu)點：含蠟少，便于煉制柴油和潤滑油缺點：汽油產(chǎn)量少，潤滑油粘度指數(shù)低，煤油易冒煙說明：烯烴和烷烴都是原油的主要成分，但它是不飽和烴，所以化學穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性都稍差，在高溫和催化劑作用下，很容易轉化為芳香族碳氫化合物第三十五頁，共六十七頁，2022年，8月28日中間基和芳香基原油中間基原油優(yōu)點：可以得到大量直餾汽油和優(yōu)質煤油中間基原油缺點：汽油的辛烷數(shù)不高，含蠟較多芳香基原油優(yōu)點：可以得到辛烷數(shù)很高的汽油和溶解力很強的溶劑芳香基原油缺點：生產(chǎn)的煤油容易冒煙芳香基原油說明：芳香烴是環(huán)狀結構的不飽和碳氫化合物，由于不飽和，因此化學活性較強，容易轉換成其他產(chǎn)品第三十六頁，共六十七頁，2022年，8月28日原油加工蒸餾法（分餾法）常壓蒸餾法減壓蒸餾法裂解法熱裂解催化裂解第三十七頁，共六十七頁，2022年，8月28日蒸餾法（分餾法）更通常的提法是“蒸餾法”石油的蒸餾就是，將原油加熱，按原油中各種組分沸點不同，將其分割為多個沸點范圍（餾分）而提取出來的方法第三十八頁，共六十七頁，2022年，8月28日常壓分餾塔內壓力接近大氣壓力的分餾方法，可以得到石油氣、汽油、揮發(fā)油、煤油、柴油等沸點在350oC以下的油品名稱沸點oC密度kg/L航空汽油汽車汽油輕揮發(fā)油煤油粗柴油40~15050~200100~240200~320230~3600.71~0.740.73~0.760.77~0.790.80~0.830.84~0.88第三十九頁，共六十七頁，2022年，8月28日減壓分餾法塔內壓力低于大氣壓力一般只有4000～10000Pa，甚至低于1333Pa，也稱真空分餾依據(jù)壓力降低，沸點降低的原理來處理沸點高于350oC以上的重質餾分提高輕質產(chǎn)品的收得率可提煉常壓下沸點為350～500oC的粗柴油和輕質潤滑油等第四十頁，共六十七頁，2022年，8月28日裂解法使用分餾法只能分餾出分子量較小的輕質油品。為了提高原油中輕質油品的產(chǎn)量，特別是汽油的產(chǎn)量，可將直接分餾塔剩下的殘渣或某些分子量較大的重質油品進一步在高溫高壓條件下進行分解，這種工藝叫做裂解法，包括熱裂解和催化裂解等裂解法溫度多在400～600oC，壓力為1～1.5MPa甚至4～7MPa第四十一頁，共六十七頁，2022年，8月28日問題標準大氣壓是多少？裂解法的壓力是多少個大氣壓？標準大氣壓是1.013×105Pa裂解法的壓力大約是10～15個大氣壓，甚至40～70個大氣壓第四十二頁，共六十七頁，2022年，8月28日碳氫化合物的相態(tài)(1)烷烴、脂肪烴或石蠟烴常溫壓下,含1~4個C呈氣態(tài);含5~16個C呈液態(tài);含17個C以上為固態(tài)(2)環(huán)烷烴，含3～4個C為氣態(tài)，含5~16個C呈液態(tài);含17個C以上為固態(tài)(3)烯烴，常溫常壓下含2～4個C為氣態(tài)，含5~18個C呈液態(tài);含19個C以上為固態(tài)(3)炔烴，常溫常壓下含乙炔、丙炔、1－丁炔為氣態(tài)，含4~18個C呈液態(tài);含19個C以上為固態(tài)第四十三頁，共六十七頁，2022年，8月28日汽油汽油成分：烴類混合物，碳原子數(shù)約4～12，最主要為碳原子數(shù)5～9。餾分：沸點范圍約初餾點30℃至205℃無色至淡黃色的易流動液體。最重要的性能為蒸發(fā)性和抗爆性。

第四十四頁，共六十七頁，2022年，8月28日問題辛烷數(shù)高低對汽油性能有什么影響？更通常的提法是汽油的辛烷值，見到的汽油標號90＃、93＃、97＃，就是指汽油的辛烷值對應為90、93、97辛烷值是衡量汽油在汽缸內抗爆震燃燒能力的一種數(shù)字指標，其值高表示抗爆性好。汽油在汽缸中正常燃燒時火焰?zhèn)鞑ニ俣葹?0-20m/s，在爆震燃燒（爆炸狀態(tài)）時可達1500-2000m/s，后者條件下使氣缸溫度劇升，汽油燃燒不完全，機器強烈震動，從而使輸出功率下降，機件受損。

第四十五頁，共六十七頁，2022年，8月28日辛烷值的確定不同化學結構的烴類，具有不同的抗爆震能力。異辛烷（2，2，4-三甲基戊烷）的抗爆性能較好，辛烷值設定為100；正庚烷的抗爆性差，辛烷值設定為0。以異辛烷和正庚烷為標準燃料調節(jié)標準燃料組成的比例，使標準燃料產(chǎn)生的爆震強度與試樣相同，此時標準燃料中異辛烷的體積百分數(shù)就是試樣的辛烷值。為了提高辛烷值，常加入了四乙基鉛。四乙基鉛有劇毒，因此加染料使汽油帶粉紅色或蘭色以提醒人們使用時要加小心，千萬不要用嘴吸取汽油第四十六頁，共六十七頁，2022年，8月28日柴油輕柴油：沸點180～370oC的餾分重柴油：沸點350～410oC的餾分越來越多車輛使用柴油，其性能用十六烷值，黏度，凝固點表示牌號就對應表示其凝固點，有10＃、0＃、－10＃、－20＃、－35＃、－50＃十六烷值體現(xiàn)柴油的燃燒性能抗爆震性能第四十七頁，共六十七頁，2022年，8月28日十六烷值測定柴油的十六烷值是指與柴油自燃性相當?shù)臉藴嗜剂现兴榈捏w積百分數(shù)。標準燃料是用正十六烷與2-甲基萘按不同體積百分數(shù)配成的混合物。其中正十六烷自燃性好，設定其十六烷值為100，2-甲基萘自燃性差，設定其十六烷值為0。加添加劑可提高柴油的十六烷值，常用的添加劑有硝酸戊酯或已酯。第四十八頁，共六十七頁，2022年，8月28日十六烷值作用一般用于高速柴油機的輕柴油，其十六烷值以40-55為宜；中、低速柴油機用的重柴油的十六烷值可低到35以下。十六烷值低，則著火慢，工作不穩(wěn)定，容易發(fā)生爆震十六烷值高的柴油容易起動，燃燒均勻，輸出功率大但當十六烷值高于65時，會由于滯燃期太短，燃料未及與空氣均勻混合即著火自燃，以致燃燒不完全，部分烴類熱分解而產(chǎn)生游離碳粒，隨廢氣排出，造成發(fā)動機冒黑煙及油耗增大，功率下降加添加劑可提高十六烷值，常用硝酸戊酯或已酯第四十九頁，共六十七頁，2022年，8月28日汽油機優(yōu)缺點汽油機的優(yōu)點在于其體積小、重量輕、價格便宜；起動性好，最大功率時的轉速高；工作中振動及噪聲小，提速和速度優(yōu)于柴油機與柴油機相比，汽油機最大劣勢是耗油較高，同等排量每百公里大約相差2－3升左右。汽油機依靠電火花點燃汽油和空氣混合氣第五十頁，共六十七頁，2022年，8月28日柴油機優(yōu)缺點柴油機最大的優(yōu)點是節(jié)約燃油，同等排量比汽油機節(jié)省油20－30％左右。另外柴油機的能源效率高，就是我們通常說的力量大，爬坡能力也更強傳統(tǒng)的柴油機體積大、噪音大、振動大，這一點從那些噴吐著滾滾黑煙的老款大貨車上就能體現(xiàn)，而現(xiàn)代柴油機在體積、噪聲、震動方面已經(jīng)有了根本的改變。柴油機依靠活塞壓縮缸內混合氣（柴油和空氣），使其自燃完成做功第五十一頁，共六十七頁，2022年，8月28日工業(yè)上的液體燃料工業(yè)上使用石油及其產(chǎn)品作為燃料是很不劃算的，除非一些很特別的情況。因為石油及其產(chǎn)品非常寶貴，可應用的領域也非常廣工業(yè)上使用的液體燃料主要是重油重油是原油加工后各種殘渣油的總稱直餾重油裂化重油第五十二頁，共六十七頁，2022年，8月28日重油使用原油經(jīng)分餾后剩下的渣油，包括常壓渣油和減壓渣油。常壓渣油可以直接做為爐用燃料使用減壓渣油含瀝青質多，粘度大，常需配部分柴油稀釋后才使用裂化重油，原油經(jīng)裂解處理后剩下的渣油含有更多的不飽和烴，及大量游離碳素很不容易燃燒，必須加部分輕質油品調制，才能有效提高燃燒性能第五十三頁，共六十七頁，2022年，8月28日商品重油商品重油就是煉制后的渣油加進部分輕油配制而成我國共有四種商品重油，20＃、60＃、100＃和200＃重油牌號的命名是按照該重油在50oC時的恩式粘度來確定的。例如60號重油在50oC時的恩式粘度為60第五十四頁，共六十七頁，2022年，8月28日恩式粘度粘度是表示流體質點間摩擦力大小的一個物理指標。粘度越大流動性越差恩式粘度定義為用恩格拉粘度計測量其數(shù)值第五十五頁，共六十七頁，2022年，8月28日運動粘度（運動粘性系數(shù)）重油的粘度通常用運動粘度（運動粘性系數(shù)）ν來表示，ν的單位是m2/s，或cm2/s，常用單位是斯托克斯St1St=1cm2/s=1×10-4m2/s運動粘性系數(shù)ν和恩式粘度間的關系為第五十六頁，共六十七頁，2022年，8月28日粘度影響重油的粘度大，其凝固點就會高，我國重油的凝固點多在30oC以上，常溫下都處于凝固狀態(tài)重油的粘度隨溫度升高會顯著降低。為了便于輸送和燃燒，必須對重油加熱，以降低粘度，提高流動性和霧化性降低粘度加熱時，溫度也不能太高，否則由于水分蒸發(fā)和油的氣化而產(chǎn)生大量氣泡會引起油壓和火焰的波動嚴重時影響油泵正常運轉（氣阻）甚至重油焦化導致管道的堵塞第五十七頁，共六十七頁，2022年，8月28日重油化學組成跟固體燃料一樣可用C、H、O、N、S、水分W、灰分A的質量百分比來表示C的含量85～88％，H的含量10～13％，兩者之和在95～99％重油的粘度越大，C含量越高，H含量越低S含量小于1％，但危害很大，必須控制N＋O含量小于1％，影響不大灰分A很少，小于0.3％第五十八頁，共六十七頁，2022年，8月28日閃點、燃點、著火點溫度越高，油的蒸發(fā)速度越快，濃度越高油蒸汽遇到點火小火焰發(fā)生一閃即滅的現(xiàn)象時（閃燃），對應的油溫稱為閃點溫度繼續(xù)升高，油蒸汽遇到小火源后能夠持續(xù)燃燒而不熄滅，對應的油溫稱為燃點溫度進一步升高，在沒有外火源的情況下，油蒸汽自發(fā)形成燃燒（稱為自燃），此時對應的油溫稱為著火點（或自燃點）第五十九頁，共六十七頁，2022年，8月28日重油密度比熱和導熱系數(shù)在常溫（20oC）下，重油密度大致范圍為0.92~0.98t/m3在20～100oC，重油平均比熱1.30~1.70kJ/(kg.K)溫度升高，比熱略有增加粘度大，比熱增大導熱系數(shù)λ=0.128~0.163W/(m.K)第六十頁，共六十七頁，2022年，8月28日發(fā)熱量重油發(fā)熱量很大，低發(fā)熱量為