石油及油品的理化性質(zhì)簡介

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) 注注 意意 事事 項項 石油及油品的理化性質(zhì)與其化學(xué)組成和分子結(jié)構(gòu)密切相關(guān)；石油及油品的理化性質(zhì)與其化學(xué)組成和分子結(jié)構(gòu)密切相關(guān)； 石油及油品是復(fù)雜的混合物，因此它的性質(zhì)是宏觀的綜合表現(xiàn)，石油及油品是復(fù)雜的混合物，因此它的性質(zhì)是宏觀的綜合表現(xiàn)， 也就是說是多種化合物總體表現(xiàn)出來的性質(zhì)，所以它與單獨一個也就是說是多種化合物總體表現(xiàn)出來的性質(zhì)，所以它與單獨一個 純化合物的性質(zhì)不同；純化合物的性質(zhì)不同； 多數(shù)性質(zhì)無可加性，如密度、粘度，并且測定性質(zhì)時，都是條件多數(shù)性質(zhì)無可加性，如密度、粘度，并且測定性質(zhì)時，都是條件 性實驗；性實驗； 為了便于油品

2、之間相互比較和對照，石油及油品的絕大部分性質(zhì)為了便于油品之間相互比較和對照，石油及油品的絕大部分性質(zhì) 都是采用條件性實驗進行測定。（嚴格規(guī)定的儀器、方法和條都是采用條件性實驗進行測定。（嚴格規(guī)定的儀器、方法和條 件），條件改變，結(jié)果也會改變；件），條件改變，結(jié)果也會改變； 石油及油品的各種試驗方法有不同的級別，如石油及油品的各種試驗方法有不同的級別，如ISOISO、GBGB、SHSH。 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。易的重要性質(zhì)，用蒸汽壓、

3、沸程來描述。 一、一、 蒸汽壓蒸汽壓 純烴純烴 P=f(T) P=f(T) 烴類混合物烴類混合物 P=PP=Pi iX Xi i=f(T,X) =f(T,X) 石油餾分石油餾分 P=f(T,e)P=f(T,e) 蒸氣壓的表示法蒸氣壓的表示法 雷德蒸汽壓：雷德蒸汽壓：T=38T=38，氣體體積，氣體體積液體體積液體體積=4=4 真實蒸氣壓真實蒸氣壓( (泡點蒸汽壓泡點蒸汽壓) )：即：即e=0e=0時的蒸汽壓時的蒸汽壓 蒸氣壓的計算蒸氣壓的計算 二二、餾程餾程( (沸程沸程) ) 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。

4、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)量標準中，大都采用條件性的餾程也有差別。在油品的質(zhì)量標準中，大都采用條件性的餾程 測定法測定法恩氏蒸餾。恩氏蒸餾。 恩氏蒸餾恩氏蒸餾(ASTM(ASTM蒸餾蒸餾) )（GB6536-86)GB6536-86) 將將100mL100mL油品放入標準的蒸餾瓶中，按規(guī)定條件加熱，油品放入標準的蒸餾瓶中，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，餾出物為流出第一滴冷凝液時的氣相溫度稱為初餾點，餾出物為10%10%、 20%90%20%90%時的氣相溫度別別稱為時的氣

5、相溫度別別稱為10%10%、20%90%20%90%點，蒸點，蒸 餾到最后所能達到的最高氣相溫度稱為終餾點或干點。餾到最后所能達到的最高氣相溫度稱為終餾點或干點。從從 初餾點到干點（終餾點）的溫度范圍稱為餾程。初餾點到干點（終餾點）的溫度范圍稱為餾程。 1090 %10%90 餾出溫度餾出溫度 恩氏蒸餾曲線斜率S 以氣相餾出溫度為縱坐標，餾出體積為橫坐標，可以繪得以氣相餾出溫度為縱坐標，餾出體積為橫坐標，可以繪得 該油品的恩氏蒸餾曲線。對于輕質(zhì)油品：恩氏蒸餾曲線中該油品的恩氏蒸餾曲線。對于輕質(zhì)油品：恩氏蒸餾曲線中 10%10%到到90%90%這一段很接近一條直線，因此可以用恩氏蒸餾曲這一段很接

6、近一條直線，因此可以用恩氏蒸餾曲 線的線的10%10%到到90%90%之間的斜率來表示該油品的餾程寬窄。即恩之間的斜率來表示該油品的餾程寬窄。即恩 氏蒸餾曲線的斜率越大，該油品的餾程范圍越寬。氏蒸餾曲線的斜率越大，該油品的餾程范圍越寬。 斜率斜率S S：表示從餾出：表示從餾出10%10%到到90%90%之間，每餾出之間，每餾出1%1%的沸點平均升高值的沸點平均升高值 由于餾程測定具有嚴格的條件性，因此餾程數(shù)據(jù)并不代表該由于餾程測定具有嚴格的條件性，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輕重組分的相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

7、油品之間的比較。對含量，或用與不同油品之間的比較。 三、平均沸點三、平均沸點 1 1體積平均沸點體積平均沸點 5 9070503010 ttttt tV 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 2質(zhì)量平均沸點質(zhì)量平均沸點(t(tw w) ) n i iiW twt 1 用途：用途：t tw w主要用于求定油品的真臨界溫度主要用于求定油品的真臨界溫度Tc Tc 3 3立方平均沸點立方平均沸點T Teu eu 33/1 1 )( i n i iT vTcu 用途：用途：T Teu eu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 4實分子

8、平均沸點實分子平均沸點t tm m i n i im txt 1 用途：用途：t tm m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)(Tc)和和 偏心因數(shù)偏心因數(shù)() () 5 5中平均沸點中平均沸點t tme me 2/ )( cumme ttt 用途：用途：t tme me用于求油品氫含量 用于求油品氫含量,K,Pc,K,Pc,燃燒熱和平均分子量燃燒熱和平均分子量 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 1定義定義 密度是單位體積物質(zhì)在真空中的質(zhì)量

9、，密度是單位體積物質(zhì)在真空中的質(zhì)量，g/cmg/cm3 3，kg/mkg/m3 3 我國規(guī)定我國規(guī)定2020時的密度為石油產(chǎn)品的標準密度，時的密度為石油產(chǎn)品的標準密度，20 20 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 常用的有常用的有d d4 420 20( (我國 我國) )，d d15.6 15.615.6 15.6( (歐美 歐美) ) 5 .131 5 .141 )( 6 .15 6 .15 d API比重指數(shù) 隨著相對密度增大，比重指數(shù)的數(shù)值下降隨

10、著相對密度增大，比重指數(shù)的數(shù)值下降 Relative densityRelative density Specific Specific gravitygravity 2 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 分子量相近的不同烴類之間密度分子量相近的不同烴類之間密度有明顯差別有明顯差別 芳烴芳烴 環(huán)烷烴環(huán)烷烴 烷烴烷烴 如在如在2020時：苯時：苯0.87740.8774；環(huán)己烷；環(huán)己烷0.77800.7780；正己烷；正己烷 0.65720.6572， 分子環(huán)數(shù)越多，密度越大；分子環(huán)數(shù)越多，密度越大； 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

11、度增大 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，相對密度差別很大 一般來說，環(huán)烷基的一般來說，環(huán)烷基的 中間基的中間基的 石蠟基的石蠟基的 3 3與溫度、壓力的關(guān)系與溫度、壓力的關(guān)系 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( 20 44 tdd t 在一定壓力范圍內(nèi)，壓力升高，對油品相對密度在一定壓力范圍內(nèi)，壓力升高，對油品相對密度 的影響可以忽略，只有當(dāng)壓力極大的影響可以忽略，只有當(dāng)壓力極大( (幾十兆帕幾十兆帕) )時，時， 才考慮壓力對相對密度的影響才考慮壓力對相對密度的影響 4 4油品的混合密度油品的混合密度 屬性相近油品混合，混

12、合密度可近似按可加性計算屬性相近油品混合，混合密度可近似按可加性計算 n i i i i n i i w v 1 1 1 混 屬性相差很大的兩類組分屬性相差很大的兩類組分( (如烷烴和芳香烴如烷烴和芳香烴) )混合時，混合時， 體積可能增大體積可能增大 密度相差懸殊的兩個組分密度相差懸殊的兩個組分( (如重油和輕烴如重油和輕烴) )混合時，體混合時，體 積可能收縮積可能收縮 二、特性因數(shù)二、特性因數(shù)( (K K;Waston factor;Characterization factor;Waston factor;Characterization factor) ) 1 1定義定義 特性因數(shù)是

13、烴類絕對溫度表示的沸點的立方根對相對密特性因數(shù)是烴類絕對溫度表示的沸點的立方根對相對密 度作圖，所得曲線的斜率度作圖，所得曲線的斜率 6 .15 6 .15 36 .15 6 .15 3 /216. 1/dKTdRTK 2 2不同烴類不同烴類K K值的大小值的大小 同族的烴同族的烴K K值相近，不同族的烴值相近，不同族的烴K K值不同值不同 富含烷烴的石油餾分富含烷烴的石油餾分K K值為值為12.512.513.013.0，富含芳，富含芳 烴的石油餾分烴的石油餾分K K值為值為10101111 對于烷烴來說，支鏈增加對于烷烴來說，支鏈增加K K值下降；值下降； 而對于環(huán)烷烴和芳烴來說，支鏈數(shù)增

14、加而對于環(huán)烷烴和芳烴來說，支鏈數(shù)增加K K值增加；值增加； 對于芳烴來說，環(huán)數(shù)增加，對于芳烴來說，環(huán)數(shù)增加，K K值減小值減小 對于石油餾分，計算對于石油餾分，計算K K值時溫度值時溫度T T為中平均沸點為中平均沸點 3 3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。用的。石油餾分的特性因數(shù)，結(jié)合相對密度或平均沸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理性質(zhì)，如前面講的蒸汽壓及點可求得油品的其他物理性質(zhì)，如前面講的蒸汽壓及 后

15、面將要講的分子量等。后面將要講的分子量等。 三、其他表征油品化學(xué)組成的參數(shù)三、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(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 BMCI：Bureau of Mines Correlation Index 8 .4567 .473 273 48640 6 .15 6 .15 d t BMCI v 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 0；芳香烴的相；芳香烴的相 關(guān)指數(shù)最高關(guān)指數(shù)最高( (苯約為苯約為100) 100) 相關(guān)指數(shù)相關(guān)指數(shù)BMCIBMCI這個指標廣泛用于表征裂解乙烯原這個指標廣泛用于表征裂

16、解乙烯原 料的化學(xué)組成，希望是越小越好。料的化學(xué)組成，希望是越小越好。 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 （VRVR），特性因數(shù)就不能很好地表征其化學(xué)組成），特性因數(shù)就不能很好地表征其化學(xué)組成 特性。因此石油大學(xué)重質(zhì)油國家重點實驗室對原特性。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)有的特性因數(shù)K K進行了修正，提出了一個表征渣油進行了修正，提出了一個表征渣油 特征的特征參數(shù)特征的特征參數(shù)K KH H。 20 4 1236. 0 10 d C H K M H 三、平均相對分子質(zhì)量三、平均相對分子質(zhì)量 1 1定義定義 在煉油設(shè)備計算中，應(yīng)用

17、最多的是數(shù)均相對分子質(zhì)量在煉油設(shè)備計算中，應(yīng)用最多的是數(shù)均相對分子質(zhì)量 n i i n i i n i i n i ii i n i in N W N MN MnM 1 1 1 1 1 2 2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：100100120120 煤油：煤油：180180200200 柴油：柴油：210210240240 低粘度潤滑油：低粘度潤滑油：300300360360 高粘度潤滑油：高粘度潤滑油：370370500 500 3 3計算計算 混合油品的平均相對分子質(zhì)量可以按加和法進行計算混合油品的平均相對分子質(zhì)量可以按加和法進行計算 n i i i n i i m

18、M W W M 1 1 經(jīng)驗關(guān)聯(lián)式經(jīng)驗關(guān)聯(lián)式 第三節(jié)第三節(jié) 油品的流動性能油品的流動性能 一、粘一、粘 度度 1 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，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， 就是粘度。就是粘度。粘度是評定油品流動性的指標，是噴氣燃料、柴油、粘度是評定油品流動性的指標，是噴氣燃料、柴油、 重油和潤滑油的重要質(zhì)量指標。對潤滑油的分級、質(zhì)量鑒定具重油和潤滑油的重要質(zhì)量指標。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

19、可缺少的物理常數(shù)。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)。 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來評定其低溫 流動性：如凝點、結(jié)晶點、冰點等。流動性：如凝點、結(jié)晶點、冰點等。 2 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.sc.g.s制制 泊泊(P,poise)(P,poise) 厘泊厘泊(cP)(cP) SISI制制 Pa.s Pa.s 1Pa.s=1000

20、cP1Pa.s=1000cP 石油產(chǎn)品石油產(chǎn)品 運動粘度運動粘度 =/=/ c.g.sc.g.s制制 ( (沱，沱，Stoke) Stoke) 厘斯厘斯( (厘沱厘沱) ) SISI制制 mmmm2 2/s/s 1cSt=1mm1cSt=1mm2 2/s/s 專門用于表示油品粘度的指標專門用于表示油品粘度的指標 賽氏粘度賽氏粘度 (Saybolt Viscosity) (Saybolt Viscosity) SUS SUS 或或 SFSSFS 恩氏粘度恩氏粘度 (Engler Viscosity)(Engler Viscosity) 條件度，條件度，E E 雷氏粘度雷氏粘度 (Redwood

21、Viscosity) (Redwood Viscosity) RIS RIS 條件粘度條件粘度 各種粘度的近似關(guān)系：各種粘度的近似關(guān)系： 運動粘度運動粘度(mm(mm2 2/s):/s):恩氏粘度恩氏粘度( (條件度，條件度，E):E):賽氏通用賽氏通用 粘度粘度(SUS):(SUS):雷氏粘度雷氏粘度(RIS) =1:0.132:4.62:4.05 (RIS) =1:0.132:4.62:4.05 3 3粘度的測定粘度的測定 毛細管粘度計：牛頓型流體毛細管粘度計：牛頓型流體 旋轉(zhuǎn)粘度計：非牛頓型流體旋轉(zhuǎn)粘度計：非牛頓型流體 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 黏度反映液

22、體內(nèi)部分子間的摩擦力，因此黏度必然與油品的黏度反映液體內(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)分子結(jié)構(gòu)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 ： 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 對于相同沸點的不同石油餾分：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 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 相同環(huán)數(shù)和碳數(shù)的芳香烴和環(huán)烷烴：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

23、烴 芳香烴芳香烴 上述結(jié)論說明了液體的運動黏度中包含了分子結(jié)構(gòu)的信息，上述結(jié)論說明了液體的運動黏度中包含了分子結(jié)構(gòu)的信息， 而且環(huán)可以認為是黏度的載體。而且環(huán)可以認為是黏度的載體。 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 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；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)：油品的粘度隨溫度變化的性質(zhì)粘溫性質(zhì)：油品的粘度隨溫度變化的性質(zhì) Tmbalg)lg(lg 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 Relation of viscosity and temperature 粘溫性質(zhì)的表示法粘溫性質(zhì)的表示法 粘度比：粘度比：50 50/ /100 100；比值越小，則粘溫性質(zhì)越好 ；比值越小，則粘溫性質(zhì)越好 粘度指數(shù)粘度指數(shù)(VI) (VI) 當(dāng)粘度指數(shù)當(dāng)粘度指數(shù)(VI)(VI)為為0 0100100時：時： 100 HL UL VI 當(dāng)粘度指數(shù)等于或大于當(dāng)粘度指數(shù)等于或大于100100時：時： 100 00715.0 110 N VI Y UH N lg lglg 粘度指數(shù)越高，