第五章石油基本知识.ppt.ppt

第五章 石油基本知识,石油是埋藏于地下的天然矿产物经过勘探、开采出的未经炼制的油状可燃物，也叫做原油。在常温下石油通常是流动或半流动状的粘稠液体。,第一节 石油的组成第二节石油的物理化学性质,第一节 石油的组成,一、石油的元素组成,碳含量为83-87%，氢含量为11-14%，两者合计 为96-99%；硫、氮、氧三种元素总量为1-4%。石油中还含有微量铁、铜、钒、镍、钾、氯、碘、砷、磷等元素。,石油主要由碳、氢、硫、氮、氧五种元素组成。,非烃化合物：含有硫、氮、氧等元素与碳、氢形成硫化物、氮化物、氧化物和胶质、沥青质等，含量可达10%一20%。,烃类化合物：由碳、氢元素构成，主要烷烃、环烷烃和芳香烃。,组成石油的有机化合物,二、石油中的烃类组成,烷烃,烷烃分别以气、液、固三种状态存在于石油中。,在常温下，从甲烷到丁烷是气态，天然气成分,C5-C15为液态，主要存在于汽油和煤油中,C16以上的烷烃在常温下为固态，一般以溶解状态存在于石油中,烷烃按结构分为正构烷烃与异构烷烃两类,异构烷烃比正构烷烃沸点低、粘度大、粘温性差，异构烷烃发火性能差,烷烃的密度最小，粘温性最好，是燃料与润滑油的良好组分,2、环烷烃,在石油中所含的环烷烃主要是环戊烷和环己烷及其衍生物,汽油馏分中的环烷烃主要是单环环烷烃；煤油、柴油馏分中除含单环环烷烃外还出现了双环及三环环烷烃；高沸点馏分中包括单、双、三环及多于三环的环烷烃,性能：a.环烷烃对油品粘度影响较大，一般含环烷烃多，油品粘度越大b.具有良好的化学安定性c.密度较大，自燃点较高，辛烷值居中。d.燃烧性较好、凝点低、润滑性好，故是汽油、润滑油的良好组分。e.润滑油中含单环烷烃多则粘温性能好，含多环烷烃多则粘温性能差。,爆震,当汽油蒸气在汽缸内燃烧时(活塞将汽油与空气混合压缩后，火星塞再点火燃烧)，常因燃烧急速而发生引擎不正常燃爆现象，称为爆震(震爆)。,爆震原因,(1)汽油辛烷值太低。(2)压缩比过高。(3)点火时间太早。(4)燃烧室局部过热。(5)混合汽温度或压力太高。(6)混合汽太稀。(7)预热。(8)汽缸内部积碳。(9)其他如冷却系或故障等,(1)提高汽油辛烷值。(2)减低压缩比。(3)校正点火正时。(4)降低进汽温度.(5)减少燃烧室尾部混合汽量。(6)增加进汽涡流。(7)缩短火焰路程。(8)保持冷却系作用良好。,减少爆震方法：,表示汽油在汽油机中燃烧时的抗震性的指标，是将汽油样品与用抗震性很好的异辛烷（辛烷值定为为100）和抗震性很小的正庚烷（辛烷值为0）配成的混合液在标准汽油机中进行比较而得。,辛烷值,当某种汽油之震爆性与90%异辛烷和10%正庚烷之混合物之震爆性相当时，其辛烷值定为90。,即:90无铅汽油的抗震爆强度相当于标准油中含有百分之九十的异辛烷及百分之十的正庚烷的抗震爆强度。,3、石油中的芳香烃,在轻汽油（小于120）中含量较少;在较高沸点（120-300）馏分中含量较多。一般汽油馏分中含有单环芳烃；煤油、柴油及润滑油馏分中不但含有单环芳烃，还含有双环及三环芳烃；三环及多环芳烃主要存在于高沸点馏分及残油中,芳香烃化学安定性良好，与烷烃、环烷烃相比，其密度最大。自燃点最高,辛烷值也最高,故其为汽油的良好组分。发火性差，十六烷值低，故对于柴油而言则是不良组分。润滑油中若含有多环芳香烃则会使其粘温性显著变坏，故应尽量去除。芳香烃对有机物具有良好的溶解力，故某些溶剂油中需有适当含量但因其毒性较大，含量应予控制,4不饱和烃,在原油中含量极少，主要是在二次加工过程中产生的,热裂化产品中含有较多的不饱和烃，主要是烯烃，也有少量二烯烃，但没有炔烃。,烯烃的化学安定性差，易氧化生成胶质，但辛烷值较高，凝点较低。故有时将热裂化馏分(含有烯烃、二烯烃)掺入汽油中以提高其辛烷值；掺入柴油中以降低其凝点。但因烯烃安定性差，这类掺合产品均不宜长期储存，掺有热裂化馏分的汽油还应加入抗氧防胶剂,烯烃化学性质活泼，易发生加成反应和聚合反应使链变长,三、石油中非烃类化合物,主要有含硫、含氧、含氮化合物以及胶质、沥青质。,1、含硫化合物,含硫量大于2%的石油称为高硫石油，低于0.5%的称为低硫石油，介于0.5-2%之间的称为含硫石油,含硫化合物按性质可分为 酸性含硫化合物硫醇（RSH）、硫酚（ArSH）、H2S等）、中型含硫化合物如硫醚在130-160即开始分解为硫、H2S和硫醇、对热稳定性较高的环状含硫化合物（噻吩、烷基噻吩等）。,1.严重腐蚀设备（石油加工、储存、运输和使用设备）；,2.在加工过程中产生H2S及低分子硫醇等有毒气体造成有碍人体健康的空气污染；,3.汽油中含有硫化物，会降低汽油的安定性；腐蚀形成的盐类可加速油品氧化，生成的胶质促进发动机活塞等区域形成漆膜状沉积物。,4.在气体和各种石油馏分的催化加工中，会造成催化剂中毒。,含硫化合物对石油加工及产品质量的影响,2、含氧化合物,石油中的含氧化合物可分为两类。,石油中氧的80-90%以胶状沥青状物质形态存在主要集中在胶质、沥青质、渣油中,酸性含氧化合物,中性含氧化合物,环烷酸、脂肪酸、酚类显酸性为石油酸。具有强烈的腐蚀性，能腐蚀设备,醛、酮会进一步氧化，最后生成胶质，会影响油品的使用性能,石油中有机酸利用中和反应测定，含量用酸值或酸度表示,酸值指中和1g石油或润滑油中的酸时所需要的氢氧化钾毫克数，用mgKOH/g表示。,酸度指中和100ml燃油中的酸时所需要的氢氧化钾毫克数，用mgKOH/100ml表示。,3含氮化合物,4.胶质和沥青质,大部分以胶质、沥青质形式存在于渣油中，另一部分以金属卟啉化合物形式存在,胶质是一种粘稠的液体或半固体状态的物质，着色能力很强，其颜色为黄色至暗褐色，油品的颜色主要是由于胶质的存在而引起的。,沥青质是一种黑色的、无定形脆性的固体，相对密度大于1。,我国各主要原油中，含有约百分之十几至四十几的胶质和沥青质。,第二节石油的物理化学性质,一、蒸气压,在一定温度下，液体同其液面上方蒸气呈平衡状态时蒸气所产生的压力称为饱和蒸气压，简称蒸气压,蒸气压的高低表明液体中分子气化或蒸发的能力，同一温度下蒸气压高的液体比蒸气压低的液体更容易气化,二、馏程,采用简单的馏程测定法,初馏点到干点（或终馏点）这一温度范围称为馏程。,当100ml试油在规定仪器中按规定馏出速度加热蒸馏时，流出第一滴冷凝液时的气相温度称为初馏点。,蒸馏到最后所达到最高气相温度称为干点或终馏点。,是保管和使用石油产品时的重要参数,三、密度,我国国家标准GB1884-83规定20时密度为石油和液体石油产品的标准密度，以20表示。在其他温度下测得的密度称为视密度，用t 表示。,油品的相对密度是油品密度与规定温度下水的密度之比，是无量纲的,以dt4表示t时油品密度与4水密度之比的相对密度,t=20（t20）式中：tt时油品的密度，2020时油品的密度 石油密度温度系数,影响油品密度的因素,1、油品密度与馏分组成和化学组成的关系,2、温度对密度的影响,3、压力对密度的影响,4、油品混合对密度的影响,四、粘度,粘度是评价原油和油品流动性能的指标,10厘沲=10mm2/s=59 S(赛氏粘度)=52 S(雷氏一号粘度)=1.84（恩氏粘度）,影响油品粘度的因素,1、油品粘度与组成的关系,2、油品粘度与温度的关系,3、粘度与压力的关系,五、凝点、浊点与倾点,在规定的试验条件下，燃油降低温度后，开始析出石蜡结晶体并变成混浊时的温度，称为浊点，是油料冷却时由于析出少量细微结晶的石蜡使澄清的试油开始呈现混浊时的最高温度,在规定的试验条件下，燃油温度继续下降，析出的石蜡结晶体不断扩大，但燃油仍然能倾倒和流动，这时的温度称为倾点（流动点）。是在标准规定条件下冷却时能够继续流动的最低温度。,是说明油料低温流动性和泵送性的重要指标。,温度下降到析出的石蜡结晶体形成网状、立体的结晶骨架，将其余的油质包围起来，整体油料开始停止流动，这时的温度称为凝点。在特定条件下出现油品刚失去流动性的最高温度，称为凝点。,通常将凝点的数值加2.8约等于倾点；加8.5约等于浊点。,石油在低温下失去流动性有两种情况,1、含蜡很少或不含蜡的油品，随着温度降低，粘度迅速增大。当粘度增大到一定程度后（大约为3105mm2/s），原油就变成无定型的玻璃状物质而失去流动性，这种凝固称为粘温凝固,2、含蜡油品随着温度下降，油中的蜡会逐渐结晶出来，开始出现少量极细微的结晶中心，油品中的高熔点烃分子在结晶中心上结晶，结晶逐渐长大，使原来透明的油品中出现云雾状的浑浊现象（浊点），如果继续降低温度，蜡结晶逐渐长大，结晶刚刚明显可辩的温度称为结晶点。当温度进一步下降，结晶大量析出，并连成网状结构的结晶骨架，蜡的结晶骨架把此温度下还处于液态的油品包在其中，使整个油品失去流动性，这种现象称为构造凝固。,六、闪点,闪点是衡量油料挥发成分和可能产生爆炸、火灾危险性的指标。,闪点测定法分开口杯和闭口杯两种。一般轻质油多用闭口杯法。重质油多用开口杯法。开杯法比闭杯法测定结果高1030。,闪点是在规定的开口杯或闭口杯中，用规定数量的试油加热到其蒸发的油气和空气的混合气在空气（大气压101.3KPa）中的分压达到666.7Pa左右，接触规定的火焰发生闪火时试油的最低温度。,将油料加热到很高温度，使之和空气接触，没有明火引火，油料发生剧烈氧化的火焰，并能自行燃烧的最低温度，称为自燃点,自燃点,物质名称 闪点 自燃点 汽油-5030 415530 煤油 28 380425 柴油 65120 350380,七、残碳、10%蒸余物残碳,电炉法规定炉温保持5205下蒸发分解后的残留物。一般柴油残炭规定把试油蒸馏到残余10%后，才蒸发分解。称10%蒸馏残余物残炭,残炭是在残炭测定装置的坩埚中，将试油按规定的条件，加热到试油蒸发分解而形成的焦黑色残留物。,残炭是润滑油基础油的重要质量指标，是为判断润滑油的性质和精制深度而规定的项目。润滑油中形成残炭的主要物质是：油中的胶质、沥青质及多环、稠环芳烃。,八、机械杂质和水分,轻柴油以上等级的燃油不允许含有机械杂质，重柴油以下等级的燃油允许含有少量机械杂质。精炼的润滑油不能含有机械杂质，一般等级的润滑油和含有添加剂的润滑油允许含有少量的机械杂质。,机械杂质将加速机械设备的正常磨损，严重时将堵塞油路、油嘴和过滤器，破坏正常润滑。金属碎屑在一定的温度下对油起催化作用，会加速油品氧化变质,危害,机械杂质,水分,1.燃油中含有较多的水分（指明水），会降低热值，并容易分层，破坏正常发火。2.海水混入油中，会将水溶性盐类带入气缸，增加腐蚀。3.少量的、均匀分布的、直径在10微米以下的水，会帮助油雾细化，提高燃烧热效率。,九、灰分,灰分来源：1.机械杂质中经灼烧后仍不挥发的部分；在燃油中可通过粗、细过滤器和分油机基本除去2.溶于油中的金属盐，不易除去。,油料灰分是将一定质量的、盛于坩埚中的试油，浸入滤纸并点燃后，将残余物在高温下灼烧后所得到的不能挥发的固体物质，以重量百分数表示,危害,1.造成高温腐蚀2.在柴油机中造成磨料磨损,