石油及其產(chǎn)品的理化性質(zhì).ppt

1、,石油及其產(chǎn)品的理化性質(zhì),培 訓(xùn) 內(nèi) 容,1、是組成中各種化合物性質(zhì)的綜合表現(xiàn)； 2、與化學(xué)組成密切相關(guān)； 3、多通過條件性實驗測定； 4、廣泛使用經(jīng)驗圖表和關(guān)聯(lián)式。,1、油品質(zhì)量的評定標準； 2、加工過程的控制參數(shù)； 3、工藝設(shè)計的必要依據(jù)。,意義及特點,意義,特點,定義：在某一溫度下，一種物質(zhì)的液相與其上方氣相呈平衡狀態(tài)時的壓力，稱為飽和蒸氣壓，簡稱蒸氣壓。 蒸汽壓反映了油品蒸發(fā)和汽化的能力，是油品（輕質(zhì)油品）重要的物性數(shù)據(jù)和質(zhì)量指標。,一、蒸氣壓,蒸氣壓、沸程及平均沸點,純烴的蒸氣壓與其它純物質(zhì)一樣，純烴的蒸氣壓隨液體溫度的升高而增大。 油品是一種復(fù)雜混合物,其蒸氣壓不僅與溫度有關(guān)，還與

2、其氣化率有關(guān)。 油品質(zhì)量標準中的蒸氣壓為雷氏蒸氣壓,一、蒸氣壓,蒸氣壓、沸程及平均沸點,汽油揮發(fā)度表示方法之一【汽油在攝氏三十七點八度(華氏一百度),蒸氣油料體積比為四比一時之蒸氣壓】,二、沸程,蒸氣壓、沸程及平均沸點,1. 純物質(zhì)沸點 對于液態(tài)純物質(zhì)，其飽和蒸汽壓等于外壓時的溫度，稱為該液體在該外壓下的沸點。 2. 混合物的沸程 當液體為混合物時，在一定外壓下其沸騰溫度并不是恒定的，隨著氣化過程中液相里較重組分的不斷富集，其沸點會逐漸升高；對于石油餾分這類組成復(fù)雜的混合物，一般常用沸點范圍來表征其蒸發(fā)和氣化性能，沸點范圍又稱沸程（餾程）。,石油餾分的餾程是生產(chǎn)控制和工藝計算的重要數(shù)據(jù)； 條件

3、性試驗，蒸餾設(shè)備不同，測定結(jié)果不同； 常用ASTM蒸餾（American Society for Testing Materials, 美國材料試驗學(xué)會） 或恩氏（Engler）蒸餾, GB6536-86 。,3. 石油餾分的餾程測定,二、沸程,蒸氣壓、沸程及平均沸點,蒸氣壓、沸程及平均沸點,二、沸程,ASTM蒸餾或恩氏蒸餾,初餾點：餾出第一滴冷凝液時氣相溫度稱為初餾點； 10餾出溫度：餾出液達10ml時的氣相溫度； 2090餾出溫度； 干點（終餾點）：當氣相溫度升高到一定數(shù)值后，它就不再上升，反而回落，這個最高的氣相溫度稱為干點或終餾點； 恩式蒸餾曲線：以氣相餾出溫度為縱坐標，餾出體積百分數(shù)

4、為橫坐標；,蒸氣壓、沸程及平均沸點,二、沸程,蒸氣壓、沸程及平均沸點,二、沸程,1090一段近似為直線，可計算恩式蒸餾曲線斜率： 該斜率表示油品餾程的寬窄，斜率越大，餾程越寬； 蒸餾時液相溫度要低于350，以免油品分解；較重的餾分需在減壓下蒸餾，然后換算到常壓下； 恩式蒸餾屬漸次汽化，無精餾作用，餾出物仍是混合物； 恩式餾程能粗略輕重組分相對含量，是嚴格的條件試驗。,三、平均沸點,蒸氣壓、沸程及平均沸點,三、平均沸點,為簡化起見，常用平均沸點表征其氣化性能。,體積平均沸點（） 質(zhì)量平均沸點（）,三、平均沸點,蒸氣壓、沸程及平均沸點,三、平均沸點,立方平均沸點（K） 實分子平均沸點（） 中平均沸

5、點（）,只有tv可由餾程直接測定，其它由tv與s查圖求定； 可根據(jù)經(jīng)驗關(guān)聯(lián)式換算； 上述五種平均沸點使用時要注明； 沸程30，可以近似認為相等。,注 意:,蒸氣壓、沸程及平均沸點,蒸氣壓、沸程及平均沸點,三、平均沸點,密度、相對密度、特性因數(shù),一、密度和相對密度,1、幾個定義 密度：物質(zhì)的質(zhì)量與其體積的比值，g/cm3，kg/m3， 要注明溫度。 標準密度：20的密度。 相對密度：與規(guī)定溫度下水的密度之比，如：,d15.615.6=d420 +d d0.00370.0051,密度、相對密度、特性因數(shù),一、密度和相對密度,1、幾個定義 比重指數(shù)API：,相對密度越小的其API度越大，相對密度越大

6、的其API度越小。,密度、相對密度、特性因數(shù),一、密度和相對密度,溫度升高，體積膨脹，密度下降； 通常壓力下，對密度的影響可以忽略，只有在極高壓力下才考慮。,2、油品密度與溫度、壓力的關(guān)系,密度、相對密度、特性因數(shù),一、密度和相對密度,（1）碳數(shù)相同，芳香烴環(huán)烷烴烷烴 （2）正構(gòu)烷烴、環(huán)烷烴，分子量大密度大 （3）芳香烴，側(cè)鏈越長，密度越小,密度、相對密度、特性因數(shù),一、密度和相對密度,3、各族烴類的相對密度,原油及其餾分的相對密度的一般范圍,4、石油餾分的相對密度,對石油餾分，沸程越高，密度越大。,密度、相對密度、特性因數(shù),一、密度和相對密度,不同原油各餾分的相對密度,4、石油餾分的相對密度

7、,原油屬性中：環(huán)烷基環(huán)烷中間基中間基石蠟基,密度、相對密度、特性因數(shù),密度、相對密度、特性因數(shù),一、密度和相對密度,密度計法，GB1884-83 比重瓶法，GB2540-81,5、密度的測定方法,密度、相對密度、特性因數(shù),二、特性因數(shù),又稱Watson K或UOP K，是油品平均沸點和相對密度的函數(shù)。,T最早用分子平均沸點，后來使用立方平均沸點，現(xiàn)在一般使用中平均沸點。,特性因數(shù)K對了解石油的分類、化學(xué)組成、確定加工方案及油品其它特性都是十分有用的,密度、相對密度、特性因數(shù),二、特性因數(shù),1、純烴的特性因數(shù),烷 烴：12.7 環(huán)烷烴：1112 芳香烴：1011,密度、相對密度、特性因數(shù),二、特

8、性因數(shù),富含烷烴的餾分： K=12.513.0 富含芳烴的餾分： K=10.011.0 是表征油品化學(xué)組成的重要參數(shù)； 可用來關(guān)聯(lián)油品的其它物理性質(zhì)； 二次加工產(chǎn)物，含大量的烯烴、二烯烴和芳烴，K不能用來反映其化學(xué)屬性.,2、石油餾分的特性因數(shù),密度、相對密度、特性因數(shù),二、特性因數(shù),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)最大，如苯為100；環(huán)烷烴的相關(guān)指數(shù)居中，如環(huán)己烷為52； BMCI越大，芳香性越強； BMCI越小，石蠟性越強。 廣泛用于表征乙烯原料的化學(xué)組成。,3、相關(guān)指數(shù)BMCI（U.S. Bureau of Mines Correlation Index）,密度、相對密

9、度、特性因數(shù),三、平均分子量,由于石油及其產(chǎn)品都是復(fù)雜的混合物，而所含化合物的分子量是各不相同的，范圍很寬，所以只能用平均分子量來加以表征。,1、數(shù)均分子量,2、重均分子量（應(yīng)用較少）,數(shù)均相對分子量的測定方法,冰點下降法，適用于輕餾分（350） 蒸氣壓滲透法（VPO法），只能測定沸點350以上的樣品，分子量上限35000。 經(jīng)驗關(guān)聯(lián)方法（推薦經(jīng)驗計算公式：壽德清-向正為關(guān)系式）,密度、相對密度、特性因數(shù),三、平均分子量,在煉油設(shè)備計算中所用的石油餾分的相對分子質(zhì)量一般是指數(shù)均相對分子質(zhì)量。,油品的流動性,粘度是評價原油及其產(chǎn)品流動性能的指標，在原油和石油化工產(chǎn)品加工、運輸、管理、銷售及使用過

10、程中，粘度是很有用的物理常數(shù)。如輸送過程中，粘度對流量、壓力降影響很大。 在石油加工中，粘度是檢驗許多石油產(chǎn)品的重要質(zhì)量指標。尤其是潤滑油的重要指標之一,意 義:,1、絕對粘度（ ，） 在某一溫度下，當流體受外力作用而作層流動時，液體分子間產(chǎn)生的內(nèi)磨擦力叫粘度。 又稱動力粘度，由牛頓剪切定律得出：,F：相對運動的兩流層間的內(nèi)摩擦力（剪切力），N A：兩流層間的接觸面積，m2 dv：相對運動速度，m/s dl：兩流層間距，m ：流層內(nèi)摩擦系數(shù)，即絕對粘度，Pa.s,泊（p），厘泊（cp) 1 Pa.s = 1000 cp = 10 p,油品的流動性,一、粘度,油品的流動性,一、粘度,2、運動粘度

11、（）,單位：斯汑（st），厘斯（cst)，mm2/s 1 cst = 1 mm2/s,油品粘度的表示方法 動力粘度（絕對粘度）/Pa.s, 適于原油、渣油、稠油等 運動粘度/mm2/s, 適于中間餾分油、高沸點餾分油,油品的流動性,一、粘度,3、條件粘度,在一定溫度下，在一定儀器中，使一定體積油品流出，以其流出時間與同體積的水流出時間之比，作為粘度值。,恩式粘度（Engler Viscosity） 油品從恩式粘度計流出200ml的時間與同體積的水在20流出的時間之比。源于德國，我國燃料油的質(zhì)量標準。 賽式粘度（Saybolt Viscosity） 以60ml油品從賽式粘度計中流出時間（s）作為

12、指標。具體有賽式通用粘度（SUS）、賽式重油粘度（SFS）。 雷式粘度（Redwood Viscosity） 以50ml油品從雷式粘度計中流出時間（s）作為指標。,1）毛細管粘度計 用來測定牛頓體系的運動粘度，GB625。,油品在層流狀態(tài)時符合下列關(guān)系：,Q/t單位時間內(nèi)的體積流量； P兩端壓差，與密度成正比； R毛細管半徑； l毛細管長度； 流體的絕對粘度；,油品的流動性,二、粘度的測定方法,2) 旋轉(zhuǎn)粘度計 測量非牛頓流體的粘度或流變性。,油品的流動性,二、粘度的測定方法,油品的流動性,三、粘度與化學(xué)組成的關(guān)系,對于同一系列的烴類，化合物的分子量越大，粘度越大； 分子量相近時，環(huán)狀分子的粘

13、度大于鏈狀分子，環(huán)數(shù)越多，粘度越大；有“環(huán)狀結(jié)構(gòu)是粘度載體”的說法； 分子中環(huán)數(shù)相同，側(cè)鏈越長，則其粘度越大。,粘度既然反映液體內(nèi)部分子間的摩擦力，必然與分子的大小、結(jié)構(gòu)有密切關(guān)系,油品的流動性,四、粘度與溫度的關(guān)系,粘-溫性質(zhì)：粘度指數(shù)(越大越好） 、粘度比（越小越好） 粘-溫性質(zhì)與分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系：正構(gòu)烷烴最好，環(huán)狀烴粘溫性較差，多環(huán)短側(cè)鏈環(huán)狀烴最差。,溫度是粘度的重要影響因素，隨溫度升高，油品粘度迅速下降，不同油品，其粘度隨溫度變化幅度差別懸殊，油品粘度隨溫度變化的性質(zhì)，稱為油品的粘-溫性。,油品的流動性,四、粘度與溫度的關(guān)系,沸程升高，粘度增加； 沸程相同，石蠟基中間基環(huán)烷基。,石油餾分

14、的粘度和粘溫性質(zhì),油品的流動性,五、粘度與壓力的關(guān)系,壓力增大，粘度增大。對石油產(chǎn)品，壓力大于20MPa時對粘度才有顯著影響。,油品的低溫性能,意 義:,低溫流動性是顯著影響石油產(chǎn)品在冬季、室外、高空等低溫條件下使用、輸送和儲存等方面的使用性能。 由于不同石油產(chǎn)品采用不同的評定方法，所以有濁點、結(jié)晶點、冰點、凝點、傾點、冷濾點、軟化點、熔點和滴點等多種流動性指標。,油品的低溫性能,粘溫凝固：含蠟少的油品，當溫度降低，粘度增大，油品逐漸喪失流動性，這種凝固方式稱為粘溫凝固。 構(gòu)造凝固：含蠟多的油品，當溫度降低，蠟會結(jié)晶析出并形成結(jié)構(gòu)骨架，將油包裹在其中，使整個油品喪失流動性，這種凝固方式稱為構(gòu)造

15、凝固。,油品的低溫流動性與其化學(xué)組成有密切關(guān)系。油品的沸點愈高，特性因數(shù)愈大或含蠟量愈多，其傾點或凝點就愈高，低溫流動性愈差。,一、油品凝固的本質(zhì),油品的低溫性能,濁點是煤油的重要標準。所謂濁點是油品在規(guī)定條件下降溫,因出現(xiàn)結(jié)晶而使原本清徹的液態(tài)油品出現(xiàn)霧狀或混濁時的最高溫度。 結(jié)晶點是在規(guī)定條件下冷卻油品時,油中出現(xiàn)肉眼可能分辨的結(jié)晶時的最高溫度。在結(jié)晶點時,油品仍為可流動的液態(tài)。 冰點是在規(guī)定條件下冷卻油品到出現(xiàn)結(jié)晶后,再使其升溫,使原來已形成的結(jié)晶消失時的最低溫度。,二、幾種流動性指標,油品的低溫性能,凝點是在嚴格規(guī)定的儀器、操作條件下測得油品剛失去流動性時的溫度值。 傾點是指油品能從規(guī)

16、定儀器中流出的最低溫度,也稱為流動極限。 冷濾點是在規(guī)定的壓力和冷卻速度下，試油通過過濾器的流量每分鐘不足20mL時的最高溫度，柴油在低溫下堵塞濾網(wǎng)可能性的指標。,二、幾種流動性指標,油品的低溫性能,油品的低溫性能,熔點是在規(guī)定條件下測定已熔化試樣的冷卻曲線,以冷卻曲線中溫降最小的一段曲線的起始溫度作為試樣的熔點。 熔點是石蠟、地蠟等高熔點石油產(chǎn)品的重要耐熱質(zhì)量要求,作為石蠟和地蠟的產(chǎn)品牌號。,二、幾種流動性指標,油品的低溫性能,油品的低溫性能,滴點是在嚴格的試驗條件下加熱試樣,試樣由儀器小孔中滴出第一滴時的溫度稱為滴點。是表示潤滑脂和凡士林等軟膏狀產(chǎn)品的重要性質(zhì)。 軟化點是瀝青和石油渣油的性

17、質(zhì)指標，把規(guī)定尺寸和質(zhì)量的鋼制小球放在一個預(yù)先裝好瀝青試樣的銅環(huán)上,然后一起放入水浴中,加熱水浴直至小球靠自身重量穿過軟化了的瀝青落下,此時溫度即為軟化點。,二、幾種流動性指標,油品的低溫性能,濁 點 結(jié)晶點 凝 點 出現(xiàn)霧狀渾濁 出現(xiàn)肉眼 失去流動性 能分辯的結(jié)晶 冷濾點 冰 點 傾 點 不堵塞濾清器時的 升溫至結(jié)晶消失 流動極限溫度 最低溫度,油品的低溫性能,三、總結(jié),油品的燃燒性質(zhì),油品的燃燒性質(zhì)與油品的爆炸、燃燒有關(guān)，對油品儲存和安全使用有重要意義。,一、閃點爆炸范圍,油品閃點與沸點有關(guān)，沸點越低，閃點越低，安全性越差。,在加熱油品時，隨著油品溫度的上升，油品上方空氣中的油氣濃度逐漸增

18、大，當用外在火源去引燃油氣混合氣時，在一定濃度范圍內(nèi)，油品上方會出現(xiàn)瞬間閃火現(xiàn)象，這一濃度范圍稱為爆炸范圍，其上限濃度稱爆炸上限，下限濃度稱爆炸下限。,所謂閃點是指在常壓下油氣混合氣濃度達到爆炸范圍時油品的溫度。,油品的燃燒性質(zhì),二、燃點,在閃點溫度下，油品蒸發(fā)速度較慢，不足以維持油品繼續(xù)燃燒，一閃即滅。燃點是在規(guī)定條件下,將油品加熱到其上方油氣能被火焰點燃,并連續(xù)燃燒5秒鐘以上的最低溫度。,燃點一般比開口杯閃點高約2060。,油品的燃燒性質(zhì),三、自然點,指油品在無外界火源的情況下，由于空氣的劇烈氧化而導(dǎo)致自行燃燒的最低溫度。 閃點、燃點和自燃點都與油品的化學(xué)組成和餾分組成有關(guān) 。隨油品的沸程

19、升高,其閃點和燃點增高,而自燃點降低。同一族烴中,分子量小的烴其自燃點高而閃點、燃點低。,輕質(zhì)油品閃點、燃點低，自燃點高，要嚴禁火源接觸； 重質(zhì)油品自燃點低，閃點、燃點高，要嚴防高溫泄露，引起火災(zāi),其他的物理性質(zhì),一、熱性質(zhì)-焓、質(zhì)量熱容（比熱）、汽化熱,1、焓 kJ/kg,指1kg油品從基準溫度（常用-17.8）加熱到某溫度t時所需的熱量。,油品的焓與其化學(xué)組成有關(guān)。在相同溫度下，油品的密度越小，特性因數(shù)越大，其焓值越高。,其他的物理性質(zhì),一、熱性質(zhì)-焓、質(zhì)量熱容（比熱）、汽化熱,2、比熱 kJ/kg ,在沒有相變化和化學(xué)反應(yīng)的條件下，單位質(zhì)量物質(zhì)升高1所需的熱量,油品的比熱隨密度增加而減小

20、，隨溫度升高而增大。,3、汽化潛熱kJ/kg,指單位質(zhì)量的物質(zhì)在恒溫恒壓下，由飽和液態(tài)轉(zhuǎn)化為飽和氣態(tài)所需的熱量。,（汽油的氣化潛熱約為290315kJkg，煤油的為250270kJkg，柴油的為230250 kJ/kg，潤滑油的為190230kJkg。）,其他的物理性質(zhì),二、機械雜質(zhì)m%和水分m%,是石油及大多數(shù)油品(汽油/柴油/噴氣燃料)的重要質(zhì)量指標,某些油品(如噴氣燃料)中即使含有極少量的機械雜質(zhì)和水分，也會引起過濾器堵塞、機械磨損加劇等問題。油品中的水分使油品容易變質(zhì)、引起腐蝕，大大降低了油品質(zhì)量。原油中含水對于儲運中計量準確性和石油加工中正常生產(chǎn)都有很大影響。,其他的物理性質(zhì),三、酸度(mgKOH/100ml)和酸值(mgKOH/g),定量表示油品中酸性物質(zhì)(主要是環(huán)烷酸)含量的指標 酸性物質(zhì)影響油品質(zhì)量、腐蝕設(shè)備，應(yīng)盡量除去。 一般汽油、煤油和柴油等輕質(zhì)油品測定酸度，潤滑油和原油測定酸值。,其他的物理性質(zhì),四、折射率,光在不同的介質(zhì)里速度不同。烷烴最小，芳烴最大、環(huán)烷烴中間。 確定油品化學(xué)組成的一個重要參數(shù)，如