《消防燃燒學(xué)》第2章_液體燃料.ppt

1、第二章 液體燃料2液體燃料4天然液體燃料 石油及其加工產(chǎn)品4人造液體燃料 主要指煤中提煉出的各種燃料油，包括煤轉(zhuǎn)油3石油4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。 現(xiàn)代化的工業(yè)離不開石油，就像人體離不開血液一樣。4極其重要的國家戰(zhàn)略物資 除了是工業(yè)運(yùn)轉(zhuǎn)的“血液” 還是國防的關(guān)鍵物資4世界能源爭奪的焦點(diǎn)4優(yōu)質(zhì)動力原料4汽車、內(nèi)燃機(jī)車、飛機(jī)、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 4新興的超音速飛機(jī)、導(dǎo)彈、火箭，也都以石油提煉出來的高級燃料為動力的4一切轉(zhuǎn)動的機(jī)械的“關(guān)節(jié)”中添加的潤滑油都是石油制品。4優(yōu)點(diǎn)：體積小（同質(zhì)量的比氣體小跟固體接近）、熱值高（比煤高1倍）、燃

2、燒快、燃燒過程易控制、燃燒充分、燃燒后不留灰燼5重要的化工原料4從石油中可提取幾百種有用物質(zhì)，其經(jīng)濟(jì)價值遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過作為燃料燃燒的經(jīng)濟(jì)意義。4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(nóng)藥、炸藥和化肥等等。4現(xiàn)代有機(jī)化學(xué)工業(yè)就建立在石油、煤炭、天然氣等資源的綜合利用之上。6煉油殘渣也是寶4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。4瀝青則可以制作油氈紙或鋪路。7國防關(guān)鍵物資4缺少石油，坦克、軍車將不能開動8國防關(guān)鍵物資4缺少石油，戰(zhàn)艦、潛艇將不能出港9國防關(guān)鍵物資4缺少石油，飛機(jī)、直升機(jī)將不能升空10國防關(guān)

3、鍵物資4二戰(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(diǎn)打擊和摧毀11世界能源焦點(diǎn)4二戰(zhàn)以來，巴以沖突、中東局勢一直是世界的焦點(diǎn)，是因為中東是世界最主要的產(chǎn)油地4非洲一些窮國的戰(zhàn)亂相對來說受到的關(guān)注就少得多，因為沒有石油等重要資源4近年蘇丹日益受到西方關(guān)注，也主要是因為蘇丹的石油：英國BBC中國的秘密戰(zhàn)爭12世界能源焦點(diǎn)4美國的海灣戰(zhàn)爭、伊拉克戰(zhàn)爭就是為了石油4美國想通過控制中東石油來控制世界4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4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13世界能源焦點(diǎn)4

4、伊朗內(nèi)賈得、委內(nèi)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14說明4原油單位：桶和噸間的關(guān)系是什么？4 1 噸噸 7桶桶4噸是質(zhì)量單位，桶是體積單位 1桶158.98升4噸和桶之間的換算與原油密度有關(guān)4全球平均值：1噸噸 7.35桶桶15石油4石油是一種天然的液體燃料，也叫原油4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?xì)浠衔锘旌辖M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(zhì)16石油分類（1）4將輕餾分多的原油叫輕質(zhì)原油4輕餾分少的叫重質(zhì)原油17石油分類（2）4根

5、據(jù)所含碳?xì)浠衔锏姆N類進(jìn)行分類 石蠟基原油：含石蠟族(烷烴CnH2n+2)碳?xì)浠衔镙^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18石蠟基原油4特點(diǎn)：沸點(diǎn)高、餾分中含大量石蠟4優(yōu)點(diǎn)：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4缺點(diǎn)：所產(chǎn)汽油的辛烷數(shù)較低，加工時需專門脫蠟4主產(chǎn)：中東阿拉伯石油、我國大慶石油4說明：石蠟族的碳?xì)浠衔锸擎湢罱Y(jié)構(gòu)飽和碳?xì)浠衔?，碳原子n=14時，在常溫下為氣態(tài)，是天然氣主要成分；n=516時，常溫下呈液態(tài)，是煤油主要成分19烯基原油4特點(diǎn)：可以得到少量辛烷數(shù)高的

6、汽油和大量優(yōu)質(zhì)瀝青4優(yōu)點(diǎn)：含蠟少，便于煉制柴油和潤滑油4缺點(diǎn)：汽油產(chǎn)量少，潤滑油粘度指數(shù)低，煤油易冒煙4說明：烯烴和烷烴都是原油的主要成分，但烯烴是不飽和烴，所以化學(xué)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(zhuǎn)化為芳香族碳?xì)浠衔?0中間基和芳香基原油4中間基原油優(yōu)點(diǎn)：可以得到大量直餾汽油和優(yōu)質(zhì)煤油4中間基原油缺點(diǎn)：汽油的辛烷數(shù)不高，含蠟較多4芳香基原油優(yōu)點(diǎn)：可以得到辛烷數(shù)很高的汽油和溶解力很強(qiáng)的溶劑4芳香基原油缺點(diǎn)：生產(chǎn)的煤油容易冒煙4芳香基原油說明：芳香烴是環(huán)狀結(jié)構(gòu)的不飽和碳?xì)浠衔?，由于不飽和，因此化學(xué)活性較強(qiáng)，容易轉(zhuǎn)換成其他產(chǎn)品21原油加工4分餾法（蒸餾法） 常壓分餾法 減壓

7、分餾法4裂解法 熱裂解 催化裂解22分餾法（蒸餾法）4更通常的提法是“蒸餾法蒸餾法”4石油的蒸餾就是，將原油加熱，按原油中各種組分沸點(diǎn)不同，將其分割為多個沸點(diǎn)范圍（餾分）而提取出來的方法23常壓分餾4塔內(nèi)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(diǎn)在350oC以下的油品名稱沸點(diǎn)oC密度kg/L航空汽油汽車汽油輕揮發(fā)油煤油粗柴油40150502001002402003202303600.710.740.730.760.770.790.800.830.840.8824減壓分餾法4塔內(nèi)壓力低于大氣壓力，一般只有400010000Pa，甚至低于1333Pa，也稱真空分餾4

8、可用于處理沸點(diǎn)高于350oC以上的重質(zhì)餾分，以提高輕質(zhì)產(chǎn)品的收得率4原理： 壓力降低，沸點(diǎn)降低25蒸餾過程4石油經(jīng)過加熱爐加熱后，先送到常壓塔，再將常壓塔塔底的產(chǎn)物，經(jīng)加熱爐再加熱后送入減壓塔。這個過程在煉油廠就叫蒸餾過程。4烴成員第一次“分家”：加熱到350度送入常壓塔，沸點(diǎn)較低的烴即被汽化上升，經(jīng)過一層一層的塔盤直達(dá)塔頂。由于塔體的溫度由下而上是逐漸降低的，不同的烴就按各自沸點(diǎn)的高低分別在不同溫度的塔盤里凝結(jié)成液體。4烴成員第二次“分家”：對于常壓塔底的重油，通過降低加熱爐和分餾塔里的壓力，使重油的沸點(diǎn)降低，達(dá)到分離的目的。原理：大氣壓力愈低，沸點(diǎn)就愈低26裂解法4使用分餾法只能分餾出分子

9、量較小的輕質(zhì)油品。如何提高輕質(zhì)油品特別是汽油的產(chǎn)量？4可將直接分餾塔剩下的殘渣或某些分子量較大的重質(zhì)油品進(jìn)一步在高溫高壓條件下進(jìn)行分解，這種工藝叫做裂解法，包括熱裂解和催化裂解熱裂解和催化裂解等27汽油4汽油成分：烴類混合物，碳原子數(shù)約412，最主要為碳原子數(shù)59。4餾分：沸點(diǎn)范圍約初餾點(diǎn)30至205 4無色至淡黃色的易流動液體。4最重要的性能為蒸發(fā)性和抗爆性。 28問題4如何表征汽油性能？4辛烷數(shù)，或稱辛烷值辛烷值，見到的汽油標(biāo)號90、93、97，就是指汽油的辛烷值對應(yīng)為90、93、974辛烷值是衡量汽油在汽缸內(nèi)抗爆震燃燒能力的一種數(shù)字指標(biāo)，其值高表示抗爆性好。 汽油在汽缸中正常燃燒時火焰?zhèn)?/p>

10、播速度為汽油在汽缸中正常燃燒時火焰?zhèn)鞑ニ俣葹?0-20 m/s，在爆震燃燒（爆炸狀態(tài)）時可達(dá)在爆震燃燒（爆炸狀態(tài)）時可達(dá)1500-2000 m/s，后者，后者條件下使氣缸溫度劇升，汽油燃燒不完全，機(jī)器強(qiáng)烈震條件下使氣缸溫度劇升，汽油燃燒不完全，機(jī)器強(qiáng)烈震動，從而使輸出功率下降，機(jī)件受損。動，從而使輸出功率下降，機(jī)件受損。 29辛烷值的確定4不同化學(xué)結(jié)構(gòu)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(shè)定為100；正庚烷的抗爆性差，辛烷值設(shè)定為0。以異辛烷和正庚烷為標(biāo)準(zhǔn)燃料4調(diào)節(jié)標(biāo)準(zhǔn)燃料組成的比例，使標(biāo)準(zhǔn)燃料產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)燃料產(chǎn)生的爆震強(qiáng)度與試樣相同爆震強(qiáng)度與試樣

11、相同，此時標(biāo)準(zhǔn)燃料中異辛烷的體積百分?jǐn)?shù)就是試樣的辛烷值。 4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30柴油4輕柴油：沸點(diǎn)180370oC的餾分4重柴油：沸點(diǎn)350410oC的餾分4其性能用十六烷值，黏度，凝固點(diǎn)表示 牌號就對應(yīng)表示其凝固點(diǎn)，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31十六烷值測定4柴油的十六烷值是指與柴油自燃性相當(dāng)?shù)臉?biāo)準(zhǔn)燃料中所含正十六烷的體積百分?jǐn)?shù)。4標(biāo)準(zhǔn)燃料是用正十六烷與2-甲基萘按不同體積百分?jǐn)?shù)配成的混合物。其中正十六烷自燃性好，設(shè)定其十六烷值為100

12、，2-甲基萘自燃性差，設(shè)定其十六烷值為0。4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。32十六烷值作用4十六烷值低，則著火慢，工作不穩(wěn)定，容易發(fā)生爆震4十六烷值高的柴油容易起動，燃燒均勻，輸出功率大4但當(dāng)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(jī)冒黑煙及油耗增大，功率下降33汽油機(jī)優(yōu)缺點(diǎn)4汽油機(jī)的優(yōu)點(diǎn)在于其體積小、重量輕、價格便宜；起動性好，最大功率時的轉(zhuǎn)速高；工作中振動及噪聲小，提速和速度優(yōu)于柴油機(jī) 4與柴油機(jī)相比，汽油機(jī)最大劣勢是耗油較高，同等排量每百公里大約相差23升左右。

13、4汽油機(jī)依靠電火花點(diǎn)燃汽油和空氣混合氣34柴油機(jī)優(yōu)缺點(diǎn)4柴油機(jī)最大的優(yōu)點(diǎn)是節(jié)約燃油，同等排量比汽油機(jī)節(jié)省油2030左右。另外柴油機(jī)的能源效率高，就是我們通常說的力量大，爬坡能力也更強(qiáng)4傳統(tǒng)的柴油機(jī)體積大、噪音大、振動大，這一點(diǎn)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(jī)在體積、噪聲、震動方面已經(jīng)有了根本的改變。4柴油機(jī)依靠活塞壓縮缸內(nèi)混合氣（柴油和空氣），使其自燃完成做功35第二節(jié) 液體燃料在冶金工業(yè)中的應(yīng)用36工業(yè)上的液體燃料4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(yīng)用的領(lǐng)域也非常廣4工業(yè)上使用的液體燃料主要是重油4重油是原

14、油加工后各種殘渣油的總稱 直餾重油 裂化重油37重油使用4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(zhì)多，粘度大，常需配部分柴油稀釋后才使用4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(zhì)油品調(diào)制，提高燃燒性能38商品重油4商品重油就是煉制后的渣油加進(jìn)部分輕油配制而成4我國共有四種商品重油，20、60、100和200重油4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6039恩式粘度4粘度是表示流體質(zhì)點(diǎn)間摩擦力大小的一個物理指標(biāo)。粘度越

15、大流動性越差4恩式粘度定義為4用恩格拉粘度計測量其數(shù)值水流出時間時油流出時間時mlCmlCtEoot2002020040運(yùn)動粘度（運(yùn)動粘性系數(shù)）4重油的粘度通常用運(yùn)動粘度（運(yùn)動粘性系數(shù)）來表示，的單位是m2/s，或cm2/s，常用單位是斯托克斯St 1St = 1 cm2/s = 110-4 m2/s4運(yùn)動粘性系數(shù)和恩式粘度間的關(guān)系為StEEsmEE063. 0073. 0/10)063. 0073. 0(2441粘度影響4重油的粘度大，其凝固點(diǎn)就會高，我國重油的凝固點(diǎn)多在30oC以上，常溫下都處于凝固狀態(tài)4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

16、動性和霧化性4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)生大量泡沫 會引起油壓和火焰的波動 嚴(yán)重時影響油泵正常運(yùn)轉(zhuǎn)（氣阻） 甚至重油焦化導(dǎo)致管道的堵塞42重油化學(xué)組成4跟固體燃料一樣可用C、H、O、N、S、水分W、灰分A的質(zhì)量百分比來表示4C的含量8588，H的含量1013，兩者之和在95994重油的粘度越大，C含量越高，H含量越低4S含量小于1，但危害很大，必須控制4NO含量小于1，影響不大4灰分A很少，小于0.343閃點(diǎn)、燃點(diǎn)、著火點(diǎn)4溫度越高，油的蒸發(fā)速度越快，濃度越高4油蒸汽遇到點(diǎn)火小火焰發(fā)生一閃即滅的現(xiàn)象時（閃燃），對應(yīng)的油溫稱為閃點(diǎn)4溫度繼續(xù)升高，油蒸汽遇到小火

17、源后能夠持續(xù)燃燒而不熄滅，對應(yīng)的油溫稱為燃點(diǎn)4溫度進(jìn)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(yīng)的油溫稱為著火點(diǎn)（或自燃點(diǎn)）44閃點(diǎn)、燃點(diǎn)、著火點(diǎn)4重油和其他液體燃料使用時必須掌握的性能指標(biāo)，關(guān)系到用油安全技術(shù)和重油的燃燒條件4儲油罐內(nèi)溫度要求控制在閃點(diǎn)以下，燃燒室內(nèi)不應(yīng)低于著火點(diǎn)45重油密度、比熱和導(dǎo)熱系數(shù)4在常溫（20oC）下，重油密度大致范圍為0.920.98t/m34在20100oC，重油平均比熱1.301.70 kJ/(kg. K) 溫度升高，比熱略有增加 粘度大，比熱增大4導(dǎo)熱系數(shù) = 0.1280.163 W/(m.K)46發(fā)熱量4重油發(fā)熱量很大，低發(fā)

18、熱量為39.942MJ/kg 可用氧彈量熱計直接測量 也可根據(jù)元素成分用門捷列夫公式計算4汽油低發(fā)熱量為46MJ/kg 標(biāo)準(zhǔn)煤低發(fā)熱量為29.271MJ/kg47煤轉(zhuǎn)油4按技術(shù)路線的不同，“煤變油”可分為間接液化和直接液化兩大類。4所謂間接液化，是先把煤炭在高溫下氣化成合成氣，然后再在催化劑的作用下，將合成氣轉(zhuǎn)化為液體油品或石化產(chǎn)品。4直接液化是把煤炭先磨成煤粉，與溶劑配成油煤漿，然后在高溫、高壓和催化劑的作用下，直接轉(zhuǎn)化成液體油品。 48煤轉(zhuǎn)油經(jīng)濟(jì)技術(shù)因素4技術(shù)上是可行的4經(jīng)濟(jì)上盈虧平衡點(diǎn)為在4045美元/桶之間。成本主要包括煤、催化劑、水、電以及運(yùn)營成本等。其中，煤的成本占到30左右。4如果再考慮外部環(huán)境成本等因素，實現(xiàn)盈利需可能要原油價格達(dá)到55美元/桶49煤轉(zhuǎn)油資源環(huán)境因素4制成1噸油需要34噸優(yōu)質(zhì)煤，89噸水 以一種稀缺資源去替代另一種稀缺資源沒有以一種稀缺資源去替代另一種稀缺資源沒有前途；另外我國產(chǎn)煤的地方往往水資源不豐前途；另外我國產(chǎn)煤的地方往往水資源不豐富富4與直接燃燒相比，煤液化可以減少二氧化硫和粉塵的排放。4煤液化生產(chǎn)過程中釋放的二氧化碳，相當(dāng)于傳統(tǒng)油品制造過程釋放量的7倍到10倍；煤炭制成的油品