石油及油品的理化性質(zhì)簡介

第三章石油及油品的物理性質(zhì)

2023/2/61煉油工藝學注意事項石油及油品的理化性質(zhì)與其化學組成和分子結(jié)構(gòu)密切相關(guān)；

石油及油品是復雜的混合物，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，都是條件性實驗；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ISO、GB、SH。

2023/2/62煉油工藝學第一節(jié)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)難易的重要性質(zhì)，用蒸汽壓、沸程來描述。一、蒸汽壓定義：是在某一溫度下一種物質(zhì)的液相與其上方的氣相呈平衡狀態(tài)時的壓力，也稱飽和蒸氣壓。蒸氣壓愈高的液體愈易于氣化。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。對某一純烴而言，其蒸氣壓是隨溫度的升高而增大。2023/2/63煉油工藝學純烴

P=f(T)烴類混合物

P=ΣPiXi=f(T,X)石油餾分

P=f(T,e)

蒸氣壓的表示法

雷德蒸汽壓：T=38℃，氣體體積∶液體體積=4真實蒸氣壓(泡點蒸汽壓)：即e=0時的蒸汽壓

蒸氣壓的計算兩種蒸氣壓可通過圖表進行換算。

2023/2/64煉油工藝學二、餾程(沸程)

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。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測定法——恩氏蒸餾。

恩氏蒸餾(ASTM蒸餾)（GB6536-86)

將100mL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10%、20%……90%時的氣相溫度別別稱為10%、20%……90%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。從初餾點到干點（終餾點）的溫度范圍稱為餾程。

2023/2/65煉油工藝學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10%到90%這一段很接近一條直線，因此可以用恩氏蒸餾曲線的10%到90%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。

斜率S：表示從餾出10%到90%之間，每餾出1%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。

2023/2/66煉油工藝學大多數(shù)液體燃料規(guī)格中，只要求測定其具有代表性的初餾點、10%、50％和90％的餾出溫度及干點。汽油的餾程40～200℃，輕柴油的餾程200～350℃，潤滑油的餾程350～520℃。餾程的數(shù)據(jù)基本能反映油品組分輕重的相對含量，所以在原油評價中常用。餾程是發(fā)動機燃料等的重要質(zhì)量指標。2023/2/67煉油工藝學三、平均沸點

1．體積平均沸點用途：由tv可求得其他平均沸點

2．質(zhì)量平均沸點(tw)用途：tw主要用于求定油品的真臨界溫度Tc2023/2/68煉油工藝學3．立方平均沸點Teu

用途：Teu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tm

用途：tm主要用于求油品的假臨界溫度(Tc’)和偏心因數(shù)(ω)5．中平均沸點tme用途：tme用于求油品氫含量,K,Pc,燃燒熱和平均分子量2023/2/69煉油工藝學第二節(jié)密度、相對密度、特性因數(shù)和平均相對分子質(zhì)量(組成特性)

2023/2/610煉油工藝學一、密度和相對密度1．定義密度是單位體積物質(zhì)在真空中的質(zhì)量，g/cm3，kg/m3我國規(guī)定20℃時的密度為石油產(chǎn)品的標準密度，ρ20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，又稱比重常用的有d420(我國)，d15.615.6(歐美)隨著相對密度增大，比重指數(shù)的數(shù)值下降RelativedensitySpecificgravity2023/2/611煉油工藝學第12屆世界石油會議規(guī)定對原油的分類：

API度>31.1的原油為輕質(zhì)原油；

API度在31.1～22.3之間，為中質(zhì)原油；

API度在22.3～10.0之間，為重質(zhì)原油；

API度<10.0，為特重原油。

2023/2/612煉油工藝學2．油品密度與化學組成的關(guān)系分子量相近的不同烴類之間密度有明顯差別

芳烴>環(huán)烷烴>烷烴如在20℃時：苯0.8774；環(huán)己烷0.7780；正己烷0.6572，分子環(huán)數(shù)越多，密度越大；

同一種原油沸點增加，分子量增大，密度增大對不同原油，同樣沸程，相對密度差別很大一般來說，環(huán)烷基的>中間基的>石蠟基的2023/2/613煉油工藝學3．與溫度、壓力的關(guān)系同一油品，溫度上升，相對密度減小在一定壓力范圍內(nèi)，壓力升高，對油品相對密度的影響可以忽略，只有當壓力極大(幾十兆帕)時，才考慮壓力對相對密度的影響2023/2/614煉油工藝學4．油品的混合密度

屬性相近油品混合，混合密度可近似按可加性計算屬性相差很大的兩類組分(如烷烴和芳香烴)混合時，體積可能增大密度相差懸殊的兩個組分(如重油和輕烴)混合時，體積可能收縮

2023/2/615煉油工藝學二、特性因數(shù)(K;Wastonfactor;Characterizationfactor)1．定義特性因數(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2．不同烴類K值的大小同族的烴K值相近，不同族的烴K值不同

富含烷烴的石油餾分K值為12.5～13.0，富含芳烴的石油餾分K值為10～11

2023/2/616煉油工藝學對于烷烴來說，支鏈增加K值下降；而對于環(huán)烷烴和芳烴來說，支鏈數(shù)增加K值增加；對于芳烴來說，環(huán)數(shù)增加，K值減小對于石油餾分，計算K值時溫度T為中平均沸點

3．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，油品的化學組成及油品的其它特性是十分有用的。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后面將要講的分子量等。2023/2/617煉油工藝學三、其他表征油品化學組成的參數(shù)

①相關(guān)指數(shù)BMCI(美國礦務局相關(guān)指數(shù))BMCI：BureauofMinesCorrelationIndex

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)指數(shù)最高(苯約為100)

相關(guān)指數(shù)BMCI這個指標廣泛用于表征裂解乙烯原料的化學組成，希望是越小越好。

2023/2/618煉油工藝學

特征參數(shù)KH②

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組成特性。因此石油大學重質(zhì)油國家重點實驗室對原有的特性因數(shù)K進行了修正，提出了一個表征渣油特征的特征參數(shù)KH。

2023/2/619煉油工藝學通過KH可以對渣油的加工性能進行分類：

第一類：KH>7.5二次加工性能好第二類：6.5<KH<7.5二次加工性能中等第一類：KH<6.5二次加工性能差

通過多國內(nèi)外10幾種渣油的使用，發(fā)現(xiàn)KH較好地反映了渣油的特征和化學組成極其裂化性能，產(chǎn)品收率與KH有良好的對應關(guān)系。

2023/2/620煉油工藝學三、平均相對分子質(zhì)量1．定義在煉油設(shè)備計算中，應用最多的是數(shù)均相對分子質(zhì)量2．油品分子量的變化規(guī)律汽油：100～120

煤油：180～200

柴油：210～240

低粘度潤滑油：300～360

高粘度潤滑油：370～5002023/2/621煉油工藝學3．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經(jīng)驗關(guān)聯(lián)式2023/2/622煉油工藝學第三節(jié)油品的流動性能

一、粘度1．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。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描述；當處于低溫狀態(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。

2023/2/623煉油工藝學2．粘度的分類原油的粘度動力粘度(絕對粘度)c.g.s制泊(P,poise)

厘泊(cP)

SI制Pa.s1Pa.s=1000cP石油產(chǎn)品運動粘度γ=η/ρ

c.g.s制(沱，Stoke)厘斯(厘沱)SI制mm2/s

1cSt=1mm2/s

2023/2/624煉油工藝學專門用于表示油品粘度的指標賽氏粘度(SayboltViscosity)SUS或SFS

恩氏粘度(EnglerViscosity)條件度，E

雷氏粘度(RedwoodViscosity)RIS條件粘度各種粘度的近似關(guān)系：運動粘度(mm2/s):恩氏粘度(條件度，E):賽氏通用粘度(SUS):雷氏粘度(RIS)=1:0.132:4.62:4.053．粘度的測定毛細管粘度計：牛頓型流體旋轉(zhuǎn)粘度計：非牛頓型流體2023/2/625煉油工藝學二、油品粘度和化學組成的關(guān)系

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)υ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，粘度越大當烴類分子中的環(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>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，而且環(huán)可以認為是黏度的載體。

2023/2/626煉油工藝學三、油品粘度與壓力、溫度的關(guān)系

1．與溫度的關(guān)系溫度升高，所有油品粘度下降；溫度降低，所有油品粘度升高①粘溫性質(zhì)：油品的粘度隨溫度變化的性質(zhì)油品的粘度隨溫度的變化幅度小，則稱為油品的粘溫性質(zhì)好

Relationofviscosityandtemperature2023/2/627煉油工藝學②粘溫性質(zhì)的表示法粘度比：υ50℃/υ100℃；比值越小，則粘溫性質(zhì)越好粘度指數(shù)(VI)

當粘度指數(shù)(VI)為0～100時：

當粘度指數(shù)等于或大于100時：

粘度指數(shù)越高，表示油品的粘溫性質(zhì)越好

2023/2/628煉油工藝學③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，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；環(huán)狀烴(包括環(huán)烷烴和芳香烴)的粘溫性質(zhì)比鏈狀烴的差；當分子中環(huán)數(shù)相同時，其側(cè)鏈越長粘溫性質(zhì)越好，但側(cè)鏈上如有分支也會使粘溫性質(zhì)變差2023/2/629煉油工藝學④石油及石