汽車材料課件模塊二汽車燃料

模塊二汽車燃料本章概述：汽車的主要燃料包括石油、汽油、柴油和其他代用燃料。石油的組成比較復(fù)雜，它既不是由單質(zhì)組成的，也不是由單一化合物組成，而是由多種化合物組成的混合物，其中碳和氮組成的烴類化合物占95%以上。汽油的使用性能直接影響到汽油機(jī)的工作性能，因此要求汽油應(yīng)具有適宜的蒸發(fā)性、良好的杭爆性、杭腐性性、氧化安定性和清潔性。柴油的使用性能要求有低溫流動(dòng)性、燃燒性、私度、腐蝕性及清潔性等。雖然這兩種燃料燃燒后的能量轉(zhuǎn)化率低和時(shí)環(huán)境有污染，但目前汽車上使用的燃料仍主要是汽油和柴油。汽車代用燃料的研究已經(jīng)成為世界各國(guó)研究的課題，石油氣、液化天然氣、醇類燃料、二甲醚、生物燃料、氫氣等也可用作汽車燃料。課題一石油石油又稱原油，是一種黏稠的液體，易燃燒，有特殊的氣味，顏色非常豐富，有紅、金、墨綠、黑、褐紅、淡白色等;原油的顏色與它本身所含膠質(zhì)、瀝青質(zhì)的含量有關(guān)，膠質(zhì)、瀝青質(zhì)的含量越高原油的顏色越深，原油的顏色越淺其油質(zhì)越好。原油的黏度范圍很寬，凝固點(diǎn)差別很大，沸點(diǎn)范圍為常溫到500℃以上，可溶于多種有機(jī)溶劑，但不溶于水，可與水形成乳狀液。石油被譽(yù)為“黑色的金子”、“工業(yè)的血液”，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的地位和作用十分重要，它對(duì)于經(jīng)濟(jì)、政治、軍事和人民生活的影響極大。日常生活中到處可見石油產(chǎn)品及其附屬品的身影，如汽車上用到的汽油、柴油、石油氣、潤(rùn)滑油、制動(dòng)液以及塑料、纖維等，都是從石油中提煉出來的。課題一石油一、生成原因研究表明，石油的生成至少需要200萬年的時(shí)間，在現(xiàn)今已發(fā)現(xiàn)的油藏中，時(shí)間最老的達(dá)5億年之久。在地球不斷演化的漫長(zhǎng)歷史過程中，有一些“特殊”時(shí)期，如古生代和中生代，大量的植物和動(dòng)物死亡后，構(gòu)成其身體的有機(jī)物質(zhì)不斷分解，與泥沙或碳酸質(zhì)沉淀物等物質(zhì)混合組成沉積層。由于沉積物不斷地堆積加厚，導(dǎo)致溫度和壓力上升，隨著這種過程的不斷進(jìn)行，沉積層變?yōu)槌练e巖，進(jìn)而形成沉積盆地，這就為石油的生成提供了基本的地質(zhì)環(huán)境。大多數(shù)地質(zhì)學(xué)家認(rèn)為石油像煤和天然氣一樣，是古代有機(jī)物通過漫長(zhǎng)的壓縮和加熱后逐漸形成的。按照這個(gè)理論石油是由史前的海洋動(dòng)物和藻類尸體變化形成的。（陸上的植物則一般形成煤。）經(jīng)過漫長(zhǎng)的地質(zhì)年代這些有機(jī)物與淤泥混合，被埋在厚厚的沉積巖下。在地下的高溫和高壓下它們逐漸轉(zhuǎn)化，首先形成臘狀的油頁(yè)巖，后來退化成液態(tài)和氣態(tài)的碳?xì)浠衔?。由于這些碳?xì)浠衔锉雀浇膸r石輕，它們向上滲透到附近的巖層中，直到滲透到上面緊密無法滲透的、本身則多空的巖層中。這樣聚集到一起的石油形成油田。通過鉆井和泵取人們可以從油田中獲得石油。地質(zhì)學(xué)家將石油形成的溫度范圍稱為“油窗”。溫度太低石油無法形成，溫度太高則會(huì)形成天然氣。課題一石油一、石油的分類1.化學(xué)分類根據(jù)石油的密度、沸點(diǎn)等物理化學(xué)特性，通常將以烷烴為主的石油稱為石蠟基石油；以環(huán)烷烴、芳香烴為主的石油稱環(huán)烴基石油；介于二者之間的石油稱中間基石油。2.關(guān)鍵餾分特性分類用特定的儀器將石油在常壓250℃~275℃和減壓275℃~300℃下蒸餾出來的兩個(gè)關(guān)鍵餾分，根據(jù)這兩餾分測(cè)算出的特性因素，石油可分為:石蠟基、石蠟一中間基、中間一石蠟基、中間基、中間一環(huán)烷基、環(huán)烷一中間基和環(huán)烷基七種原油。3.工業(yè)分類在工業(yè)上通常按原油密度來分：相對(duì)密度小于0.852，稱為輕質(zhì)原油；相對(duì)密度在0.853到0.930為中質(zhì)原油；相對(duì)密度在0.931-0.998之間為重質(zhì)原油，相對(duì)密度大于0.998為特稠原油（單位：克每立方厘米）。4.商品分類(1)按含蠟量分類從石油中取出一餾分，其運(yùn)動(dòng)豁度為53(50℃)，然后測(cè)其凝點(diǎn)。當(dāng)凝點(diǎn)低于-6℃時(shí)，稱低蠟原油;當(dāng)凝點(diǎn)在-6℃~21℃時(shí)，稱含蠟原油;當(dāng)凝點(diǎn)大于21℃時(shí)，稱多蠟原油。(2)按含硫量分類含硫量小于0.5%的原油稱為低硫原油；含硫量在0.5%~2%的原油稱為含硫原油；含硫量大于2%的原油稱為高硫原油。課題一石油三、石油的化學(xué)構(gòu)成石油的主要化學(xué)元素是碳和氫。組成石油的各化學(xué)元素的含量依次是碳(83%-87%),氫(11%~14%)、硫(0.06%~0.8%)、氮(0.02%~1.7%)、氧(0.08%-1.82%)及微量金屬元素鎳、釩、鐵等。各種元素在原油中不是以單質(zhì)的結(jié)構(gòu)存在，而是以相互結(jié)合的各種碳?xì)浠蚍翘細(xì)浠衔锎嬖冢商己蜌浠闲纬傻臒N類是石油的主要組成部分，約占95%~99%。不同產(chǎn)地的石油中，各種烴類的結(jié)構(gòu)和所占比例相差很大，但主要有烷烴、環(huán)烷烴、芳香烴和不飽和烴四類。1.烷烴烷烴是開鏈的飽和烴。碳原子在10以內(nèi)，以甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸命名，10以上者直接用數(shù)字十一、十二……。烷烴按其結(jié)構(gòu)的不同可分為正構(gòu)烷烴和異構(gòu)烷烴兩類。凡碳鏈為直鏈者為正構(gòu)烷，有支鏈者為異構(gòu)烷。如圖2-1所示：課題一石油圖2-1正辛烷與異辛烷結(jié)構(gòu)課題一石油2.環(huán)烷烴環(huán)烷烴是閉鏈的飽和烴。它們的命名方法是在烷烴命名方法的基礎(chǔ)上加一“環(huán)”字。如圖2-2所示：圖2-2環(huán)戊烷與環(huán)己烷結(jié)構(gòu)課題一石油3.芳香烴芳香烴是一種碳原子環(huán)狀結(jié)合，單、雙鍵交替的不飽和烴。如圖2-3所示：圖2-3苯的結(jié)構(gòu)課題一石油4.烯烴烯烴分子結(jié)構(gòu)和烷烴相似，但烯烴碳原子中帶有雙鍵。一個(gè)雙鍵的稱為烯烴，兩個(gè)雙鍵的則稱為二烯烴。如圖2-4所示：圖2-4乙烯與丁二烯結(jié)構(gòu)課題一石油5.石油產(chǎn)品中的非烴化合物石油產(chǎn)品中還含有一些非烴化合物，在石油的煉制過程中，多數(shù)精制過程都是為了去除非烴化合物。他們對(duì)石油產(chǎn)品的使用性能和石油加工都有很大的影響，非烴化合物主要包括含氧化合物、含氮化合物、含硫化合物及膠質(zhì)、瀝青質(zhì)等。石油產(chǎn)品中的非烴化合物主要是膠質(zhì)和瀝青質(zhì)，其含量在石油中占10%~40%。課題一石油四、石油的餾分構(gòu)成石油中各種碳?xì)浠衔锒加胁煌姆悬c(diǎn)，因此隨著對(duì)石油逐步加熱，不同的溫度使不同沸點(diǎn)的成分蒸發(fā)出來。這些蒸發(fā)出來的成分，通常稱為餾分。將某一溫度范圍內(nèi)蒸發(fā)出來的成分積聚后再分離出來，就可以得到不同成分含量的石油產(chǎn)品。在低溫范圍內(nèi)蒸發(fā)出來的稱為輕餾分；在高溫范圍蒸發(fā)出來的稱為重餾分。石油中的輕餾分是汽油，中餾分是柴油，重餾分是潤(rùn)滑油的原料，重油蒸發(fā)剩下的稱為瀝青，瀝青是良好的鋪路材料。課題一石油五、石油的提煉組分不同的石油，其加工方法有差別，產(chǎn)品的性能也不同，加工時(shí)應(yīng)當(dāng)做到物盡其用。根據(jù)各煉油廠主要產(chǎn)品的不同，煉油廠可分為三種類型，即燃料型、燃料一潤(rùn)滑油型與燃料一化工型。以下我們僅介紹燃料一潤(rùn)滑油型煉油廠石油煉制的工藝和基本流程。1.石油煉制工藝(1)轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化工藝有兩種。一種是將化學(xué)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化，如催化重整和異構(gòu)化;另一種是將化學(xué)結(jié)構(gòu)和沸點(diǎn)范圍同時(shí)轉(zhuǎn)化，如烷基化、熱裂化、催化裂化和加氫裂化等。(2)分離分離工藝有兩種。一種是按沸點(diǎn)不同的范圍來分離，即常壓、減壓蒸餾;另一種是按化學(xué)組成分離，如溶劑或分子篩脫蠟等。(3)精制精制工藝也有兩種。一種是凈化除去硫、氧和氮的化合物，如電化學(xué)等;另一種是穩(wěn)定，將不飽和烴轉(zhuǎn)化為飽和烴，如加氫精制等。課題一石油2.石油煉制的基本流程以生產(chǎn)燃料和潤(rùn)滑油為目的的煉油廠里，通常是先將原油進(jìn)行常壓、減壓蒸餾，依次分離為汽油、煤油、柴油、重柴油，以及輕質(zhì)、中質(zhì)和重質(zhì)潤(rùn)滑油等各種沸點(diǎn)不同的餾分，上述過程屬于物理過程，原油中的烴類化合物在結(jié)構(gòu)上沒有發(fā)生變化，稱為一次加工。以一次加工得到的各種餾分為原料，按產(chǎn)品質(zhì)量的要求，分別進(jìn)行加工，可生產(chǎn)不同品種、規(guī)格的燃料和潤(rùn)滑油等石油產(chǎn)品。在加工過程中有化學(xué)反應(yīng)發(fā)生且原料中的烴類化合物在結(jié)構(gòu)上也發(fā)生變化，稱為二次加工。石油煉制過程中屬于一次加工工藝的主要是常壓與減壓蒸餾；屬于二次加工中的轉(zhuǎn)化工藝的主要有熱裂化、催化裂化、加氫裂化、延遲焦化、催化重整與烷基化;屬于二次加工中精制工藝的主要有酸堿精制、溶劑精制、加氫精制、潤(rùn)滑油加氫處理、白土補(bǔ)充精制、丙烷脫瀝青、脫蠟等。課題一石油六、計(jì)量單位1噸約等于7桶，如果油質(zhì)較輕（?。﹦t1噸約等于7.2桶或7.3桶。美歐等國(guó)的加油站，通常用加侖做單位，我國(guó)的加油站則用升計(jì)價(jià)。1桶=42加侖1加侖=3.78543升美制1加侖=3.785升英制1加侖=4.546升國(guó)際上一般采用美制加侖，所以，1桶=158.99升課題一石油七、石油產(chǎn)品石油經(jīng)過加工提煉，可以得到的產(chǎn)品大致可分為四大類：1.石油燃料石油燃料是用量最大的油品。按其用途和使用范圍可以分為如下五種：（1）點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)燃料有航空汽油，車用汽油等。

（2）噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)燃料(噴氣燃料)有航空煤油。

（3）壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)燃料(柴油機(jī)燃料)有高速、中速、低速柴油。

（4）液化石油氣燃料即液態(tài)烴。

（5）鍋爐燃料有爐用燃料油和船舶用燃料油。2.潤(rùn)滑油和潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑油和潤(rùn)滑脂被用來減少機(jī)件之間的摩擦，保護(hù)機(jī)件以延長(zhǎng)它們的使用壽命并節(jié)省動(dòng)力。它們的數(shù)量只占全部石油產(chǎn)品的5%左右，但其品種繁多。3．瀝青和石油焦它們是從生產(chǎn)燃料和潤(rùn)滑油時(shí)進(jìn)一步加工得來的，其產(chǎn)量約為所加工原油的百分之幾。4.溶劑和石油化工產(chǎn)品課題一石油八、我國(guó)的主要石油產(chǎn)品

目前以原油為原料，我國(guó)已能制成2500多種性能相異的不同石油產(chǎn)品，以及3000多種石油化學(xué)品。石油產(chǎn)品雖多，但可分成以下七大類：氣體類產(chǎn)品、燃料類產(chǎn)品(F)、潤(rùn)滑油脂(L)、柏油類產(chǎn)品(B)、溶劑類產(chǎn)品(S)、石油化學(xué)品及其他產(chǎn)品。課題二汽油汽油是點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)(即汽油發(fā)動(dòng)機(jī))的專用燃料，它是從石油中提煉而來的由碳、氫元素組成的烴類化合物。汽油是一種密度小而易于蒸發(fā)的液體燃料。汽油的外觀一般為水白色透明液體，有特殊的汽油芳香味。汽油發(fā)動(dòng)機(jī)使用的是車用汽油，汽油分為航空汽油、工業(yè)汽油和車用汽油3種。一、車用汽油的性能指標(biāo)1.蒸發(fā)性能2.抗爆性能3.氧化安定性能4.清潔性能5.腐蝕性能課題二汽油二、車用汽油的規(guī)格、牌號(hào)及選用1.汽油的規(guī)格、牌號(hào)采用研究法辛烷值劃分汽油可分為含鉛汽油和無鉛汽油兩類，車用含鉛汽油根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB484-1993規(guī)定，劃分為90號(hào)、93號(hào)、97號(hào)3個(gè)牌號(hào)。課題二汽油2.汽油的選用標(biāo)準(zhǔn)(1)根據(jù)車輛使用說明書的要求選用在車輛使用說明書中推薦選用的汽油牌號(hào)已經(jīng)綜合考慮該型發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比、結(jié)構(gòu)、工作情況等因素，并且經(jīng)過試驗(yàn)證明可以保證該型汽油機(jī)能可靠工作的汽油牌號(hào)。(2)根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的使用時(shí)間來選用使用時(shí)間長(zhǎng)的汽油機(jī)，由于燃燒室積炭、水套積垢等原因，使爆燃的傾向增加，應(yīng)選用高一級(jí)牌號(hào)的汽油。(3)根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比選用壓縮比大，選用高牌號(hào)的汽油;反之，壓縮比小，選用低牌號(hào)的汽油。如果壓縮比大的發(fā)動(dòng)機(jī)選用低牌號(hào)的汽油，發(fā)動(dòng)機(jī)易引起爆震燃燒，從而使發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力下降，油耗增加;反之，如果壓縮比小的發(fā)動(dòng)機(jī)選用高牌號(hào)的汽油，則會(huì)造成浪費(fèi)，增加成本，還會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)過熱。因此，必須正確選用汽油的牌號(hào)。(4)根據(jù)使用條件選用高原地區(qū)大氣壓力小，空氣稀薄，汽油機(jī)工作時(shí)爆震的傾向減小，可以適當(dāng)降低汽油的辛烷值。一般海拔每上升100m，汽油辛烷值可以降低約0.1個(gè)單位。但若是經(jīng)常在大負(fù)荷低轉(zhuǎn)速下工作的汽油機(jī)，應(yīng)選擇較高辛烷值。課題二汽油三、使用汽油的注意事項(xiàng)（1）發(fā)動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期使用后，可考慮更換汽油牌號(hào)。（2）原用低牌號(hào)汽油的發(fā)動(dòng)機(jī)改用高牌號(hào)時(shí)，可適當(dāng)提前點(diǎn)火提前角。（3）在炎熱的夏季和高原地區(qū)，應(yīng)加強(qiáng)發(fā)動(dòng)機(jī)散熱，或者換用飽和蒸氣壓較低的汽油。（4）汽油中不能摻入煤油或柴油。（5）不要使用長(zhǎng)期存放變質(zhì)的汽油。（6）汽油易燃、易爆、易產(chǎn)生靜電，使用中要注意安全。課題二汽油四、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)汽油蒸汽的回收

汽車蒸汽雖然看不見，摸不著，卻有濃重的汽油味，聞多了會(huì)使人不舒服，因此，為了司機(jī)、乘客的健康，改善空氣品質(zhì)，有效防止或減少汽車油箱的汽油蒸氣外泄，減少汽油的損耗，現(xiàn)代汽車發(fā)動(dòng)機(jī)上配備了汽油蒸汽排放（EVAP）控制系統(tǒng)。

汽油蒸氣排放控制系統(tǒng)的功能是收集汽油箱內(nèi)的汽油蒸氣，并將汽油蒸氣導(dǎo)入氣缸參加燃燒，從而防止汽油蒸氣直接排入大氣而造成污染。同時(shí)，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)工作情況，控制導(dǎo)入氣缸參加燃燒的汽油蒸氣量。汽油蒸氣排放控制系統(tǒng)的組成與工作原理如圖2-6所示。油箱的燃油蒸氣通過單向閥進(jìn)入活性炭罐上部，空氣從活性碳罐下部進(jìn)入清洗活性炭。在活性炭罐右上方有一定量排放小孔及受真空控制的排放控制閥，排放控制閥內(nèi)部的真空度由活性炭罐控制電磁閥控制。課題二汽油圖2-6汽油蒸氣排放控制系統(tǒng)的組成與工作原理課題三柴油柴油和汽油一樣也是從石油中提煉出來的由碳、氫元素組成的烴類化合物。柴油分為輕柴油、重柴油和軍用柴油等，汽車柴油機(jī)用的柴油是輕柴油，簡(jiǎn)稱為柴油。輕柴油與汽油相比較，具有餾分重、自燃點(diǎn)低(350℃-380℃)，黏度及相對(duì)密度大、揮發(fā)性差、儲(chǔ)存和運(yùn)輸過程中損耗少、熱效率高、燃料經(jīng)濟(jì)性好、使用安全等特點(diǎn)。因此，輕柴油作為汽車燃料的需求量也越來越大。課題三柴油一、柴油的使用性能要求為了保證柴油在柴油發(fā)動(dòng)機(jī)中能正常燃燒，根據(jù)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)工作的特點(diǎn)，對(duì)柴油的使用性能有下列幾點(diǎn)要求。1.低溫流動(dòng)性能2.燃燒性能3.蒸發(fā)性能4.安定性能5.黏度6.清潔性7.腐蝕性能課題三柴油二、柴油的牌號(hào)、規(guī)格與選用

1.柴油的牌號(hào)、規(guī)格國(guó)產(chǎn)柴油根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB252—2000規(guī)定，將國(guó)產(chǎn)柴油按照其凝點(diǎn)的高低劃分為10號(hào)、5號(hào)、0號(hào)、-10號(hào)、-0號(hào)、-35號(hào)、-50號(hào)7種，其凝點(diǎn)分別不高于10℃、5℃、0℃、-10℃、-20℃、-35℃、-50℃。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定十六烷值不低于45;硫含量?jī)?yōu)質(zhì)品控制不大于0.2%。2009年國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)發(fā)布了車用柴油國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB19147-2009，該標(biāo)準(zhǔn)按凝點(diǎn)將車用柴油分為:5號(hào)、0號(hào)、-10號(hào)、-20號(hào)、-35號(hào)、-50號(hào)六個(gè)牌號(hào)。2.柴油的選用柴油應(yīng)根據(jù)不同地區(qū)和季節(jié)進(jìn)行選用。氣溫較高的地區(qū)，選用凝點(diǎn)較高的柴油；反之，氣溫較低的地區(qū)，選用凝點(diǎn)較低的柴油。一般選用柴油的凝點(diǎn)應(yīng)比當(dāng)?shù)禺?dāng)月環(huán)境最低氣溫低5℃以上，以保證在柴油最低氣溫時(shí)不致凝固。各地選用柴油如下表所示：課題三柴油牌號(hào)適用地區(qū)季節(jié)適用最低氣溫10全國(guó)各地120全國(guó)各地3-10長(zhǎng)江以南地區(qū)冬季和長(zhǎng)江以南地區(qū)嚴(yán)冬-7-20長(zhǎng)城以北地區(qū)冬季和長(zhǎng)城以南、黃河以北地區(qū)嚴(yán)冬-17-35東北和西北地區(qū)嚴(yán)冬-32-50黑龍江的漠河和新疆的阿爾泰地區(qū)嚴(yán)冬-45表2-1各地選用車用柴油可參考下表課題三柴油三、車用柴油的開發(fā)和利用1.生物柴油生物柴油是植物柴油和動(dòng)物柴油的總稱。生物柴油是優(yōu)質(zhì)的石油柴油代用品，是典型的“綠色能源”；植物柴油可以由米糠、大豆、油菜仔、玉米、棉籽、藻類等提煉得到；動(dòng)物柴油可以由工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的有機(jī)廢物、動(dòng)物油脂、排泄物、廢棄食物中提取。2.復(fù)合柴油復(fù)合柴油是以各種化工廠、石化廠、煉油廠副產(chǎn)品為主要原材料，按一定工藝及配方勾兌調(diào)配而成的。復(fù)合柴油與市售柴油基本相同，它無毒性，無異味，不分層，起動(dòng)快，馬力大，尾氣有害物的排放量低，既可以單獨(dú)使用，也可以同純柴油相混使用。課題三柴油四、柴油使用注意事項(xiàng)1.柴油加入油箱前，要充分沉淀（不少于48h）。然后用麂皮、綢布或細(xì)布仔細(xì)過濾，除去雜質(zhì)。2.在寒冷地區(qū)，缺乏低凝點(diǎn)柴油時(shí)，可向高凝點(diǎn)、輕柴油中摻入10～40%裂化煤油以降低凝點(diǎn)，摻兌后應(yīng)注意伴均勻。3.嚴(yán)禁向柴油中摻入汽油，因?yàn)槠桶l(fā)火性差，滲汽油會(huì)導(dǎo)致起動(dòng)困難，甚至不能起動(dòng)。4.在低溫起動(dòng)困難時(shí)，可采用適當(dāng)?shù)念A(yù)熱措施，提高發(fā)動(dòng)機(jī)溫度，也可另用起動(dòng)燃料幫助起動(dòng)。例如用乙醚與航空煤油按體積1:1配成的燃料很容易自行著火。課題四汽車代用燃料我國(guó)煤的保有