石油的物理性質(zhì)市公開課獲獎?wù)n件

1、第三章 石油及油品物理性質(zhì) 第1頁第1頁 石油及產(chǎn)品理化性質(zhì) 本章主要內(nèi)容：石油蒸餾曲線石油平均相對分子質(zhì)量石油密度與相對密度石油粘度石油熱性質(zhì)第2頁第2頁第一節(jié) 恩式蒸餾、實沸點蒸餾、平衡汽化曲線 石油及產(chǎn)品理化性質(zhì) 石油及其產(chǎn)品是由許多分子大小不同烴類與非烴類所組成復雜混合物。它們沸點不象單體化合物那樣含有恒定值，而是隨氣化過程在一定溫度范圍內(nèi)逐步升高，這個沸點范圍稱為沸程。第3頁第3頁一、恩氏蒸餾 恩氏蒸餾又稱為ASTM蒸餾，是屬于漸次氣化，基本上不含有精餾作用。伴隨溫度逐步升高，不斷氣化和餾出是構(gòu)成范圍較寬混合物。因而餾程只是粗略表示油品沸點范圍和普通蒸發(fā)性能。第4頁第4頁其測定過程下

2、列:將100ml油品放入原則蒸餾瓶中，按要求加熱速度進行加熱。初餾點(Initial Boiling Point，簡稱IBP)：餾出第一滴冷凝液氣相溫度 。10%、20%90%餾出溫度：餾出液達10ml、20ml、直至90ml時氣相溫度 。終餾點(End Point)或干點：氣相溫度所能達到最高值。 第5頁第5頁圖3-1 大慶原油中汽油、噴氣燃料、輕柴油餾分恩氏蒸餾曲線 依據(jù)測得餾程數(shù)據(jù)，以氣相餾出溫度為縱坐標，以餾出體積百分數(shù)為橫坐標作圖即可得到某一油品蒸餾曲線。 第6頁第6頁 普通用蒸餾曲線斜率來表示該油品沸程寬窄。 斜率越小，表示沸程越窄。 第7頁第7頁普通慣用平均沸點來表征其氣化性能。

3、油品平均沸點定義下列： 體積平均沸點tv（）：質(zhì)量平均沸點tw（）： 第8頁第8頁立方平均沸點Tcu（K）：實分子平均沸點tm（ ）：中平均沸點tme（）： 第9頁第9頁二、實沸點蒸餾 實沸點蒸餾（True Boiling-Point Distillation，TBP）又稱真沸點蒸餾，是評價原油蒸餾辦法。 測定裝置：相稱于1418塊理論板數(shù)填充精餾柱精餾裝置。 第10頁第10頁 實沸點蒸餾測定過程：第一步：常壓蒸餾，切取從初餾點到200各個餾分 。第二步：在殘壓為1.33KPa左右進行減壓蒸餾，切取200 395各個餾分。第三步：在殘壓為0.27KPa下不用精餾柱減壓蒸餾，切取395500各個

4、餾分，釜底殘液為 500以上減壓渣油。 第11頁第11頁圖3-2 原油實沸點蒸餾曲線 將蒸餾過程中氣相餾出溫度與相應(yīng)餾出物累計質(zhì)量收率(m%)作圖，即可得到實沸點蒸餾曲線 。第12頁第12頁三、平衡汽化 也稱一次汽化或平衡蒸餾，是指油品在一定壓力和溫度下保持氣液兩相處于平衡狀態(tài)下進行分離。 在一定壓力下得到汽化率與溫度之間關(guān)系曲線，即平衡汽化曲線。平衡汽化曲線初餾點，即0%餾出溫度，為該油品泡點；其終餾點，即100%餾出溫度，為其露點。第13頁第13頁恩式蒸餾、實沸點蒸餾、平衡汽化比較第14頁第14頁就曲線斜率而言，平衡汽化最平緩，實沸點蒸餾最陡；分離準確度：實沸點蒸餾最高，平衡汽化最差；對同

5、一油樣，初餾點以實沸點蒸餾最低，其終餾點則最高，50%餾出溫度處3條蒸餾曲線上溫度差別不大；用恩式蒸餾50%餾出溫度大體表示油品平均汽化性能；第15頁第15頁第二節(jié) 平均分子量 石油分子量是進行煉油設(shè)計、關(guān)聯(lián)石油物性、研究石油化學組成中所必不可少基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。因為石油及其產(chǎn)品是由許多分子大小不同化合物所組成復雜混合物，而各種合物分子量又各不相同，其范圍也很寬，因此只能用平均分子量來表示。 第16頁第16頁 石油及產(chǎn)品理化性質(zhì) 1. 定義（1）數(shù)均相對分子質(zhì)量體系中不同分子摩爾分率與其對應(yīng)分子量乘積總和。式中：ni組分i摩爾分率； Ni組分i摩爾數(shù)； Wi組分i質(zhì)量； 第17頁第17頁 石油及產(chǎn)品理

6、化性質(zhì) （2）重均相對分子質(zhì)量體系中不同分子質(zhì)量分率與其對應(yīng)分子量乘積總和。式中：wi組分i質(zhì)量分率 第18頁第18頁 石油及產(chǎn)品理化性質(zhì) 經(jīng)驗方程： 石油餾分體積平均沸點，K；第19頁第19頁 石油及產(chǎn)品理化性質(zhì) 表3-1 原油及各餾分油平均相對分子質(zhì)量名稱20密度 kg/m3平均相對分子質(zhì)量碳數(shù)平均碳數(shù)原油8001000汽油餾分740 770100 120C5 C118輕柴油餾分820 870210 240C11 C2016潤滑油餾分850 940370 500C20 C3630渣油920 1000900 1100C3670煤油餾分180 200石油餾分平均相對分子質(zhì)量隨沸程升高而增大。第

7、20頁第20頁2、數(shù)均分子量測定辦法測定辦法冰點下降法沸點上升法蒸氣壓滲入法滲入壓法第21頁第21頁3、石油及其餾分數(shù)均分子量圖3-3 幾種原油餾分分子量分布 第22頁第22頁石油各餾分數(shù)均分子量是隨餾分沸程上升而增大。當沸程相同時，石蠟基原油如大慶原油數(shù)均分子量最大，中間基原油如勝利原油次之，而環(huán)烷基原油如遼河歡喜嶺原油最小。 第23頁第23頁表3-2 石油各餾分平均分子量范圍及與碳數(shù)關(guān)系 餾分沸程，碳數(shù)范圍平均碳數(shù)平均分子量汽油餾分500C35709001100第24頁第24頁第三節(jié) 密度和相對密度 API值與密度成反比關(guān)系。 ：t時物質(zhì)密度； ：原則密度； ：相對密度； ：原則相對密度；

8、 ：（歐美）； ：表示油品相對密度, 1.幾種符號意義 第25頁第25頁油品密度測定辦法 密度計法 比重瓶法 第26頁第26頁2、液體油品相對密度與溫度、壓力關(guān)系 溫度升高，油品體積膨脹，密度和相對密度減小。 在050溫度范圍內(nèi)，t時相對密度與20 時相對密度之間存在下列關(guān)系 :式中：油品體積膨脹系數(shù) 第27頁第27頁 液體受壓后，體積改變不是太大，因而通常壓力對液體石油產(chǎn)品密度影響能夠忽略不計。但在很高壓力下油品密度要受到壓力影響。 第28頁第28頁3、混合油品密度 當屬性相近兩種或各種油品混合時，其體積含有可加性，因此混合油品密度mix可按下式計算： 式中：vi和wi組分i體積分率和質(zhì)量分

9、率。 第29頁第29頁 烴類相對密度與其分子結(jié)構(gòu)相關(guān)。芳香烴C-C鍵長最短，其結(jié)構(gòu)最為緊湊；環(huán)烷烴結(jié)構(gòu)與芳烴相比，其分子結(jié)構(gòu)要松弛一些；烷烴分子C-C鍵鍵長最長，其分子結(jié)構(gòu)最松弛。4.密度與化學構(gòu)成關(guān)系第30頁第30頁 因而對于相同碳數(shù)烴類而言，芳烴分子體積最小，也就是說它每個碳原子所占體積最小，因而其相對密度最大；環(huán)烷烴分子結(jié)構(gòu)比烷烴也要緊湊些，因此其相對密度也比烷烴要大；烷烴分子相對密度最小。 第31頁第31頁表3-2 各族烴類相對密度（ ）烴類C6C7C8正構(gòu)烷烴0.65940.68370.7025正構(gòu)烯烴0.67320.69700.7149正烷基環(huán)己烷0.77850.76940.787

10、9正烷基苯0.87890.86700.8670第32頁第32頁 石油及產(chǎn)品理化性質(zhì) 碳原子數(shù)相同時： 芳香烴環(huán)烷烴烷烴， 烯烴烷烴 同族烴類，伴隨分子量增長： 正構(gòu)烷烴相對密度增長； 正烷基環(huán)己烷相對密度增長； 正烷基苯相對密度減小； 結(jié)論第33頁第33頁表3-4 原油及其餾分相對密度范圍油品相對密度油品相對密度原油0.81.0輕柴油0.820.87汽油0.740.77減壓餾分0.850.94航空煤油0.780.83減壓渣油0.921.05、石油及其餾分相對密度第34頁第34頁餾份, 大慶勝利孤島羊三木IBP2000.74320.7446-0.76502002500.80390.82040.8

11、6520.86302503000.81670.82700.88040.89003003500.82830.83500.89940.91003504000.83680.86060.91490.93204004500.85740.88740.93490.94334505000.87230.90670.93900.94835000.92210.96981.00200.9820原油0.85540.90050.94950.9492原油屬性石蠟基中間基環(huán)烷-中間基環(huán)烷基表3-5 不同原油各餾分相對密度 第35頁第35頁 石油及產(chǎn)品理化性質(zhì) 不同屬性原油相同沸程餾分： 環(huán)烷基中間基石蠟基 同一個原油，隨餾分

12、沸程升高密度逐步 增大；第36頁第36頁 原因在于：環(huán)烷基原油由于其環(huán)烷烴和芳烴含量較高，因而其相對密度較大；而石蠟基原油因烷烴含量較高，因此其相對密度較小。相同原油餾分伴隨其沸點升高，芳烴含 量增長，而烷烴含量減少，因而其相對密度 增長。第37頁第37頁5、特性因數(shù)和相關(guān)指數(shù) 特性因數(shù)K： 相關(guān)指數(shù)BMCI： 第38頁第38頁正構(gòu)烷烴BMCI最小，基本為零；環(huán)烷烴次之，在50下列；芳香烴最大，在100下列。 換言之，油品BMCI越大，其芳香性越強；而BMCI越小，表明其石蠟性越強。 正構(gòu)烷烴K值最大，約為12.7；環(huán)烷烴次 之，為1112；芳香烴最小，為1011 。第39頁第39頁表3-5

13、各原油窄餾分K值和BMCI值 原油KBMCI原油基屬大慶12.012.61724石蠟基中原11.712.61729石蠟基勝利11.212.21439中間基遼河11.411.92847中間基孤島11.111.73657環(huán)烷-中間基羊三木11.111.74962環(huán)烷基第40頁第40頁環(huán)烷基原油K值小，而BMCI值大 。 因而K值和BMCI值能夠較好地反應(yīng)原油 化學屬性。 石蠟基原油K值大，BMCI值小。第41頁第41頁第四節(jié) 粘度 粘度是評估油品流動性質(zhì)量指標，是油品尤其是潤滑油質(zhì)量原則中主要參數(shù)，也是煉油設(shè)計中不可缺乏物理性質(zhì) 。 粘度就是表達流體作相對運動時分子之間摩擦阻力大小指標。第42頁第

14、42頁一、粘度定義1、絕對粘度（） 絕對粘度又稱動力粘度，它由牛頓方程式所定義 ：式中：F作相對運動兩流層間內(nèi)摩擦力(剪切力)，N； A兩流層間接觸面積，m2 dv兩流層間相對運動速度，m/s dl兩流層間距離，m 流體內(nèi)部摩擦系數(shù)，即該流體絕對粘度，Pas 第43頁第43頁牛頓流體：絕對粘度不隨流體剪切速 度梯度dv/dl改變而改變體系。在SI單位制中，絕對粘度單位為Pas 。非牛頓流體：絕對粘度不是定值隨流體 剪切速度梯度dv/dl改變而變 化體系。第44頁第44頁2、運動粘度 慣用粘度是運動粘度，它是絕對粘度與相同溫度和壓力下液體密度之比值，即： 在SI單位中，運動粘度單位是mm2/s。

15、 第45頁第45頁3、條件粘度 恩氏粘度 ：以油品從恩氏粘度計流出200mL時間 與流出200mL水所用時間之比值。雷氏粘度 ：50mL油品從雷氏粘度計中流出 時間（秒） 。賽氏粘度 ：60mL油品流出賽氏粘度計時間 （秒） 。第46頁第46頁二、粘度測定辦法 運動粘度測定辦法是用毛細管粘度計法。當油品在層流狀態(tài)下流經(jīng)毛細管時，其流動狀態(tài)符合下列關(guān)系式：第47頁第47頁 在毛細管粘度計中油品流動是靠本身重力作用。 油品運動粘度是與一定體積該油品流經(jīng)毛細管時間成正比。第48頁第48頁 石油及產(chǎn)品理化性質(zhì) 三、 粘度與化學構(gòu)成關(guān)系表3-6 烴類粘度 (25) 化合物絕對粘度化合物絕對粘度化合物絕對

16、粘度正己烷0.298環(huán)己烷0.895苯0.601正庚烷0.396甲基環(huán)己烷0.683甲苯0.550正辛烷0.514乙基環(huán)己烷0.785乙基苯0.635正壬烷0.668丙基環(huán)己烷0.931丙基苯0.796正癸烷0.859丁基環(huán)己烷1.204丁基苯0.957第49頁第49頁 石油及產(chǎn)品理化性質(zhì) 表3-7 烴類分子中環(huán)數(shù)對粘度(98，mm2/s)影響 化合物運動粘度化合物運動粘度2.493.292.534.982.7410.103.82第50頁第50頁 石油及產(chǎn)品理化性質(zhì) 結(jié)論： 同一系列烴類，其粘度伴隨碳數(shù)（分子量） 增長而增長；相同碳數(shù)各族烴類，環(huán)狀結(jié)構(gòu)分子粘度大 于鏈狀結(jié)構(gòu)分子粘度，并且環(huán)數(shù)越

17、多，粘 度越大，環(huán)烷烴芳香烴 烷烴；第51頁第51頁 石油及產(chǎn)品理化性質(zhì) 四、油品粘度與溫度關(guān)系 油品粘度隨溫度改變性質(zhì)稱為粘溫性質(zhì)。 闡明： 油品粘度隨溫度改變幅度小，闡明油品 粘溫性好；油品粘度是隨溫度升高而減少。 第52頁第52頁 石油及產(chǎn)品理化性質(zhì) 粘溫性表示辦法 表征油品粘溫性質(zhì)指標有兩種：粘度指數(shù)（簡稱VI）H油：L油： 人為要求粘溫性質(zhì)良好賓夕法尼亞原油所有窄餾分粘度指數(shù)均為100。 人為要求粘溫性質(zhì)差德克薩斯海灣沿岸原油所有窄餾分粘度指數(shù)均為0。 第53頁第53頁 石油及產(chǎn)品理化性質(zhì) 當VI100時：式中：U試樣在40時運動粘度； Y試樣在100時運動粘度； H與Y相同H原則油

18、在40時運動粘度； L與Y相同L原則油在40時運動粘度；當VI為0100時：第54頁第54頁 石油及產(chǎn)品理化性質(zhì) 闡明： 粘度指數(shù)VI越大，表明油品粘溫性質(zhì)越好。 粘度比 50時運動粘度與100時運動粘度比值。 油品粘度比越小，表示該油品粘溫性質(zhì)越好。 第55頁第55頁 石油及產(chǎn)品理化性質(zhì) 粘溫性與化學構(gòu)成關(guān)系 化合物VI化合物VIn-C261771251607214411740101-70表3-8 各種烴類粘度指數(shù)(VI) 第56頁第56頁 石油及產(chǎn)品理化性質(zhì) 續(xù)表3-8 各種烴類粘度指數(shù)(VI) 化合物VI化合物VI70144-61221081407753-15-66第57頁第57頁正構(gòu)烷

19、烴粘溫性質(zhì)優(yōu)于異構(gòu)烷烴，異構(gòu)化程度越高，其粘溫性質(zhì)越差；環(huán)狀烴（環(huán)烷烴和芳烴）粘溫性質(zhì)比鏈狀烴要差，環(huán)數(shù)越多，粘溫性質(zhì)越差；分子中環(huán)數(shù)相同時，側(cè)鏈越長，其粘溫性質(zhì)越好；第58頁第58頁正構(gòu)烷烴粘溫性質(zhì)最好；帶有少分支長烷基側(cè)鏈少環(huán)烴類和分支程度不高異構(gòu)烷烴粘溫性質(zhì)比較好；多環(huán)短側(cè)鏈環(huán)狀烴類粘溫性質(zhì)很差；第59頁第59頁 石油及產(chǎn)品理化性質(zhì) 4.石油及其餾分粘度與粘溫性 表3-9 石油減壓餾分粘度比和粘度常數(shù)原油沸程，50,mm2/s100,mm2/s50/100VI大慶石蠟基3504006.912.662.6020040045015.824.653.40140新疆中間基35040013.003

20、.703.518040045039.747.455.3370450500128.816.207.9560羊三木環(huán)烷基35040023.274.724.930400450146.313.6610.71-35450500356.923.3715.27300(開杯)爆炸下限表3-13 石油餾分閃點 沸程越高，閃點也就越高。 第80頁第80頁 石油及產(chǎn)品理化性質(zhì) 汽油閃點是相稱于爆炸上限油品溫度，而煤、柴油和潤滑油等閃點是相稱于爆炸下限時油品溫度。石油產(chǎn)品餾程越輕，蒸汽壓越大，閃點越低。閃點越低表明其著火危險性越大。闡明：油品名稱閃點/危險等級備注溶劑油類/汽油/苯類1204級可燃品第81頁第81頁

21、石油及產(chǎn)品理化性質(zhì) 閃點是一個嚴格條件性試驗參數(shù)，試驗時條件不同， 閃點也不同。輕質(zhì)油品采取閉口杯法測定（GB/T261）； 重質(zhì)油品和潤滑油采取開口杯法（GB/T267）。同一油 品閃點：開口杯閉口杯重質(zhì)油品中混入少許輕質(zhì)油時，閃點大大下降，而且開 口杯閃點與閉口杯閃點差異也大大增大。能夠經(jīng)過某 種油品閃點大小來判斷其是否摻雜了其它油品。比如 潤滑油中混入了少許低沸點油品，則其閃點會大大降低。第82頁第82頁2、燃點與自燃點 燃點定義：石油產(chǎn)品在要求條件下，加熱到接觸火焰能點燃燃燒不少于5秒鐘最低溫度。 自燃點定義：在無外界火源情況下，油品能被空氣猛烈氧化而造成自行燃燒最低溫度。 第83頁第83頁油品沸程越低，其燃點也就越低。燃點是鑒定油品在儲存和使用時火災(zāi)危險程度一個指標。 油品沸程越低，其分子量越小，其自