石油炼制工程第04章石油产品的质量要求1.ppt

1,第四章 石油产品的质量要求,从石油中能得到上千种产品，我国现将石油产品分为以下六大类：,（1）燃料 包括汽油、柴油、喷气燃料（航空煤油）等发动机燃料以及灯用煤油、燃料油等。燃料的数量约占石油产品的80，其中发动机燃料占60%；柴油和汽油的比例为1.3：1。,2,（2）润滑剂 包括润滑油和润滑脂，主要用于降低机械部件的摩擦和防止磨损，以减少能耗、延长机械寿命。产量不多，仅占石油产品总量的2左右，但品种达数百种之多。,（3）石油沥青 用于道路、建筑和防水等方面，产量约占石油产品总量的3。,3,（4）石油蜡 是轻工、化工和食品工业的原料，产量约占总量的1。,（5）石油焦 用于制造炼铝和炼钢用电极，其产量约为2。,（6）溶剂和化工原料 占石油产品产量的10，包括制取乙烯的原料轻油、石油芳烃和各种溶剂油。,4,第一节 汽油,一、汽油机的工作原理 汽油机又称点燃式发动机，主要用于轻型汽车、摩托车、小型飞机和快艇。,1、汽油机的构造及工作原理,5,6,上止点和下止点：压缩比：V1/V2，表征发动机性能的重要指标；冲程：从上止点到下止点的直线距离。,7,冲程1：进气过程混合气温度：85130,8,冲程2：压缩过程混合气温度：300450，压力0.71.5MPa,9,冲程3：点火燃烧（作功过程）气体最高温度：20002500，压力3.04.0MPa,10,冲程4：排气过程废气温度：700800,11,2、汽油机对燃料的使用要求所有工况下，具有足够挥发性以形成可燃混合气；燃烧平稳，不产生爆震燃烧现象；储存安定性好，生成胶质的倾向小；对发动机没有腐蚀作用；排出的污染物少。,12,二、汽油的蒸发性 反映蒸发性的主要指标是馏程和饱和蒸汽压。,（2）50馏出温度 表示汽油的平均蒸发性能，对汽油机的加速性能有影响，我国要求120。,1、馏程（1）10馏出温度 表示汽油中所含低沸点馏分的多少，决定汽油机的启动难易程度，我国要求70。,13,（3）90馏出温度和干点 表示汽油中所含重馏分的多少，我国要求90馏出温度190，干点205。,2、饱和蒸汽压 雷德蒸汽压（RVP)：GB257，燃料 气：液4：1，38。衡量汽油产生气阻、储存运输中的损耗指标。车用汽油：秋冬季：RVP 8088kPa 春夏季：RVP 6774kPa,14,三、汽油的安定性 反映汽油在常温、液相条件下抵抗氧化的能力。,1、安定性与化学组成的关系 汽油中的不饱和烃是导致性质不安定的主要原因，易发生氧化和叠合反应，生成胶质。产生胶质的倾向：链烯烃环烯烃二烯烃 含硫化合物，如硫酚和硫醇，促进胶质的生成；含氮化合物，导致胶质的生成；汽油在空气中变红变深，产生沉淀。,15,2、影响安定性的外界因素（1）温度：每升高10，胶质生成速度快2.5倍；（2）金属的催化作用；（3）与空气的接触面积。,3、评定安定性的指标（1）碘值 100g汽油所消耗的碘的克数。（2）实际胶质 150的热空气吹过100ml汽油表面蒸发至干所留下的棕色或黄色残余物的mg数。,16,（3）诱导期 一定量的油样放入标准钢筒中，充入氧气0.7MPa，放入100的水中，至氧压明显下降所经历的时间，以分钟表示。,4、改善汽油安定性的方法精制除去不饱和烃和非烃化合物；加入适量的抗氧化剂和金属钝化剂。,17,四、汽油的抗爆性 衡量燃料是否易于发生爆震燃烧的性质。1、爆震燃烧（1）现象,18,19,（2）危害 增大气缸的热损失，降低输出功率10；发动机过热，机件磨损；燃料消耗增加，冒黑烟。（3）原因 发动机的结构和工作条件；燃料质量。,20,2、反映汽油抗爆性的指标辛烷值（1）辛烷值（Octane Number,ON）是在标准的试验用可变压缩比单缸汽油发动机中，将待测试样与标准燃料试样进行对比试验测得的。,标准燃料,正戊烷 ON=0,异辛烷（2，2，4三甲基戊烷）ON100,21,（2）测定方法 马达法（MON):900r/min，冷却水100，混合气150；研究法（RON):600r/min，冷却水100，混合气温度不计。RONMON,（3）道路辛烷值 用汽车实测或全功率试验台上模拟汽车在公路上行驶的条件测定的，数值介于RON和MON之间。,22,（4）抗爆指数ONI ONI（MON+RON)/2,（5）品度 对航空汽油，还规定了用增压航空法测定在富混合气条件下的抗爆性，称为品度。品度是汽油在富混合气条件下，不发生爆震燃烧所发生的最大功率与用异辛烷（品度为100）工作所发出的最大功率之比。,23,3、抗爆性与燃料组成的关系,分子量相近时，辛烷值的高低有如下规律：芳香烃异构烷烃和异构烯烃正构烯烃和环烷烃 正构烷烃；,24,烷烃分子的碳链上分枝越多、排列越紧凑，抗爆性越好；,25,烯烃比同碳数直链烷烃好，双键越接近中间，抗爆性越好；,26,环烷烃比同碳数的正构烷烃好得多，但比异构烷烃的差；如环上带侧链则抗爆性变差，链越长，辛烷值越低，侧链有分枝，改善；,27,芳烃的抗爆性最好，带侧链稍差，其辛烷值随侧链的加长而降低。,28,4、改善汽油抗爆性的方法调和高辛烷值的催化裂化汽油或催化重整汽油；调和高辛烷值组分，如烷基化油、MTBE、TAME；加入抗爆剂，如四乙基铅（TEL）。,29,MTBE的性质辛烷值高，RON=118，MON101；无毒，稳定性好；加入后不改变汽油的性质；可以改善汽油的馏程；可以减少NO、CO的排放。,30,5、压缩比与爆震燃烧的关系汽油机的压缩比越大，所需汽油辛烷值越高；1920s，压缩比只有45，现已达810，相应的辛烷值也从80提高到90甚至97。,31,五、汽油的腐蚀性 影响汽油腐蚀性的物质：（1）硫及含硫化合物；（2）有机酸主要是环烷酸；（3）水溶性酸碱。,32,六、汽油的品种与牌号,用途,航空汽油：按辛烷值/品度分为 100/130、95/130、75,车用汽油,车用汽油：按RON分为90、93、95,含铅汽油：按RON分为90、93、97,33,无铅汽油标准（2000.7.1）抗爆性:研究法辛烷值（RON）不小于 90 93 95 GB/T5487 抗爆指数（RON+MON）/2 不小于 85 88 90 GB/T503，GB/T5487 铅含量,g/l 不大于 0.005 GB/T8020 馏程:10%蒸发温度,不高于 70 50%蒸发温度,不高于 120 GB/T6536 90%蒸发温度,不高于 90 终馏点,不高于 205 残留量,%（V/V）不大于 2 蒸气压,kpa 从9月16日至3月15日 不大于 88 GB/T8017 从3月16日至9月15日 不大于 74,34,实际胶质,mg/100ml 不大于 5 GB/T8019 诱导期,min 不小于 480 GB/T8018 硫含量,%（m/m）不大于 0.10 GB/T3807 硫醇（满足下列要求之一）:博士试验 通过 硫醇硫含量,%（m/m）不大于 0.001 GB/T1792 铜片腐蚀（50,3h）,级 不大于 1 GB/T5096 水溶性酸或碱 无 GB/T259 机械杂质及水分 无 目测 苯含量,%（V/V）不大于 2.5 芳烃含量,%（V/V）不大于 40 GB/T11132 烯烃含量,%（V/V）不大于 35 GB/T11132,35,七、醇类汽油机燃料 在各种可以替代汽油的各种物质中，甲醇和乙醇是最有希望的燃料，它们可从天然气、煤或植物中转化而来。,1、优点（1）辛烷值高，甲醇114/95，乙醇111/94;（2）不易积碳、冒黑烟，发动机清洁；（3）污染物排放少，对保护环境有利。,36,2、缺点（1）热值比汽油小很多，掺入量 15；（2）沸点低，易挥发，易产生气阻；（3）醇类对金属有一定的腐蚀性；（4）有毒性。,37,八、新配方汽油 汽油组成的变化趋势：1930s1970s：轻馏分（芳香烃、异构烷烃和烯烃）四乙基铅丁烷 1980s：环境保护日益受到重视，四乙基铅有剧毒，苯和其它芳烃有毒，丁烷等轻组分经阳光照射与氧化氮氧化反应生成臭氧，烯烃有害。,38,1990年美国提出空气净化法修正案：严格限制汽车对SOX、NOX、CO、挥发性有机物（VOC)、微粒等污染物的排放；要求汽油显著降低芳烃、硫含量及蒸汽压；要求限制汽油中的烯烃含量而抗爆指数仍保持在87以上。,39,新配方汽油：汽油的蒸汽压夏季不超过51.7-55.8kpa；苯含量不大于1（体积）；氧含量不小于2。主要措施：加入一定量的醚类化合物 甲基叔丁基醚（简称MTBE）和叔戊基甲基醚（简称TAME）,40,优点：辛烷值高，RON分别为118和115；与烃类完全互溶，化学稳定性良好；蒸汽压不高，有利于降低污染物的排放；争议：MTBE可能危害人体健康。,41,第二节 柴油 柴油是柴油机（又称压燃式发动机）的燃料，根据柴油机转速的不同，使用不同类型的柴油：转速1000rpm:轻柴油 转速5001000rpm：重柴油,42,一、柴油机的工作原理 柴油机又称压燃式发动机，主要用于农用机械、重型车辆、铁路机车、船舶、工程和矿山机械。,1、柴油机的工作原理 工作循环和汽油机基本一样，也有进气、压缩、膨胀和排气四个过程。,43,主要差别：（1）压缩比不同 柴油机约为1620，压缩后气体的温度、压力比较高。500700，压力35MPa（汽油机：300450，压力0.71.5MPa）（2）点燃方式不同 柴油是自燃发火（自燃点200250）汽油是电火花点火,44,（3）热效率不同 柴油机的热效率高于汽油机，功率相同时可节省燃料2030。,2、柴油机对燃料的使用要求具有良好的雾化、蒸发和燃烧性能；良好的燃料供给性能；对发动机没有腐蚀和磨损作用；良好的储存和热安定性。,45,二、柴油的燃烧性 柴油的燃烧性好是指喷入燃烧室内与高温空气形成可燃混合气后，能在较短的时间内发火自燃并完全燃烧。,1、柴油机内燃料的燃烧过程 分为四个阶段：滞燃期、急燃期、缓燃期、后燃期。,46,47,滞燃期（发火延迟期）：A-B,从喷油开始到混合气开始着火燃烧之间的时间，13ms。物理延迟：喷油、雾化、受热、蒸发、扩散成可燃气；化学延迟：燃料受热开始氧化链反应，生成过氧化物，达一定浓度便自燃。,48,急燃期：B-C，开始燃烧，速度极快，到压力不再急剧增加的阶段；缓燃期:C-D，主要阶段，5060%燃料在这段燃烧，压力不再急剧升高，到压力开始下降。后燃期：D-E，压力迅速下降到燃烧结束。,49,汽油自燃点不能太低，不能易燃；柴油自燃点不能太高，要易燃。,50,2、柴油发火性能的评定指标十六烷值 柴油的十六烷值（Cetane Number,CN)也是在标准的试验用柴油机中测定的。,标准燃料,甲基萘 CN=0,正十六烷 CN100,51,十六烷值低，则燃料发火困难，滞燃期长，发动机工作状态粗暴；十六烷值高，发火性能好，滞燃期短，燃烧均匀，发动机工作平稳；十六烷值过高，局部燃烧不完全，冒黑烟。高速柴油机：4060 中速柴油机：3035 低速柴油机：25,52,3、十六烷值与化学组成的关系 各种烃类的十六烷值显著不同，大体规律如下：,正构烷烃十六烷值最高，分子量大CN高；异构烷烃的CN低于正构烷烃；正构稀烃CN较高；环烷烃CN低；芳烃CN最低。,53,54,55,三、柴油的蒸发性,1、蒸发性对柴油机工作的影响柴油机内可燃性混合气的形成速度主要由柴油的蒸发速度决定；蒸发速度由燃烧室内空气的温度和馏分轻重决定；,56,柴油馏分越轻，蒸发速度越快；柴油馏分过重，蒸发慢，燃烧不完全，功率下降，油耗增加；馏分过轻，蒸发太快导致气缸内压力急剧上升，发动机工作不稳定。,57,2、评定指标,（2）90及95馏出温度 表示柴油所含重馏分的多少，我国要求前者355，后者365。,1、馏程（1）50馏出温度 表示柴油中所含轻馏分的多少，决定柴油机的启动难易程度，我国要求300。,58,2、闪点 为了控制柴油的蒸发性不致过强，规定了柴油的闪点：35号和50号轻柴油 闪点不低于45 20号 闪点不低于60 其余牌号 闪点不低于65 柴油的闪点也是保证安全性的指标。,