石油及油品的物理性质

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1、第二节 石油及其产品的物理性质 Date1炼油工艺学注 意 事 项石油及油品的理化性质质与其化学组组成和分子结结构密切相关； 石油及油品是复杂的混合物，因此它的性质是宏观的综合表现，也就是说是多种化合物总体表现出来的性质，所以它与单独一个纯化合物的性质不同；多数性质无可加性，如密度、粘度，并且测定性质时，都是条件性实验；为为了便于油品之间间相互比较较和对对照，石油及油品的绝绝大部分性质质都是采用条件性实验进实验进 行测测定。（严严格规规定的仪仪器、方法和条件），条件改变变，结结果也会改变变； 石油及油品的各种试验试验 方法有不同的级别级别 ，如ISO、GB、SH。 Date2炼油工艺学第一节

2、蒸汽压、沸程和平均沸点 石油和石油产品的蒸发性能是反映其汽化、蒸发难易 的重要性质，用蒸汽压、沸程来描述。 一、 蒸汽压定义：是在某一温度下一种物质的液相与其上方的定义：是在某一温度下一种物质的液相与其上方的 气相呈平衡状态时的压力，也称饱和蒸气压。蒸气压气相呈平衡状态时的压力，也称饱和蒸气压。蒸气压愈高愈高 的液体愈易于气化。的液体愈易于气化。qq 对同族烃类，在同一温度下，相对分子质量较大的烃类对同族烃类，在同一温度下，相对分子质量较大的烃类的蒸气压较小。的蒸气压较小。qq 对某一纯烃而言，其蒸气压是随温度的升高而增大。对某一纯烃而言，其蒸气压是随温度的升高而增大。Date3炼油工艺学 纯

3、烃P=f(T) 烃类混合物 P=PiXi=f(T,X) 石油馏分 P=f(T,e) 蒸气压的表示法 雷德蒸汽压：T=38，气体体积液体体积=4真实蒸气压(泡点蒸汽压)：即e=0时的蒸汽压 蒸气压的计算 两种蒸气压可通过图表进行换算两种蒸气压可通过图表进行换算。 Date4炼油工艺学1、蒸气压的计算n纯化合物的蒸汽压与温度间的关系可用 Clapeyron-Clausius方程表示：Date5炼油工艺学1、蒸气压的计算n在实际应用中，常用经验或经验的方法来求定纯烃的蒸汽压，其中比较简便的如 Antoine方程：Date6炼油工艺学2、烃类混合物及石油馏分的蒸汽压n与纯烃不同，烃类混合物的蒸汽压不仅

4、取 决于温度，同时也取决于其组成。n当体系压力不高，近似完全理想系，对于 组分比较简单的烃类混合物，其总的蒸汽 压可用DaltonRaoult定律求得：Date7炼油工艺学二、馏程(沸程) 定义：石油馏分的沸点表现为一定宽度的温度范围，称为沸程 。同一油品的馏馏程因测测定仪仪器和测试测试 方法不同。其馏馏程数据也有差别别。在油品的质质量标标准中，大都采用条件性的馏馏程测测定法恩氏蒸馏馏。 恩氏蒸馏(ASTM蒸馏)（GB6536-86)将100mL油品放入标准的蒸馏瓶中，按规定条件加热，流出第一滴冷凝液时的气相温度称为初馏点，馏出物为10%、20%90%时的气相温度别别称为10%、20%90%点

5、， 蒸馏到最后所能达到的最高气相温度称为终馏点或干点。从初馏馏点到干点（终馏终馏 点）的温度范围围称为为馏馏程。 Date8炼油工艺学恩式蒸馏装置图Date9炼油工艺学 以气相馏出温度为纵坐标，馏出体积为横坐标，可以绘得 该油品的恩氏蒸馏曲线。对于轻质油品：恩氏蒸馏曲线中 10%到90%这一段很接近一条直线，因此可以用恩氏蒸馏曲 线的10%到90%之间的斜率来表示该油品的馏程宽窄。即恩 氏蒸馏曲线的斜率越大，该油品的馏程范围越宽。 斜率S：表示从馏出10%到90%之间，每馏出1%的沸点平均升高值 由于馏程测定具有严格的条件性，因此馏程数据并不代表该 油品的真实沸点范围，但可以大致判断油品中轻重

6、组分的相 对含量，或用与不同油品之间的比较。 Date10炼油工艺学n大多数液体燃料规格中，只要求测定其具有代表性的初馏点、10%、50和90的馏出温度及干点。n汽油的馏程40200，轻柴油的馏程200350，润滑油的馏程350520。n馏程的数据基本能反映油品组分轻重的相对含量，所以在原油评价中常用。n馏程是发动机燃料等的重要质量指标。Date11炼油工艺学三、平均沸点 1体积平均沸点用途：由tv可求得其他平均沸点 2质量平均沸点(tw)用途：tw主要用于求定油品的真临界温度Tc Date12炼油工艺学3立方平均沸点Teu 用途：Teu主要用于求油品的特性因数和运动粘度4实分子平均沸点tm

7、用途：tm主要用于求油品的假临界温度(Tc)和偏心因数() 5中平均沸点tme用途：tme用于求油品氢含量,K,Pc,燃烧热和平均分子量 Date13炼油工艺学第二节 密度、相对密度、特性因数和平均相对分子质量(组成特性) Date14炼油工艺学一、密度和相对密度1定义 密度是单位体积物质在真空中的质量，g/cm3，kg/m3 我国规定20时的密度为石油产品的标准密度，20 在一定条件下，以一种液体的密度与另一种参考物质密度的比值来表示物质的相对密度，又称比重 常用的有d420(我国)，d15.615.6(欧美) Relative densitySpecific gravityDate15炼油

8、工艺学第12届世界石油会议规定对原油的分类：q API度31.1的原油为轻质原油；q API度在31.122.3之间，为中质原油；q API度在22.310.0之间，为重质原油；q API度环烷烃烷烃 如在20时：苯0.8774；环己烷0.7780；正己烷 0.6572 ，分子环环数越多，密度越大； 同一种原油 沸点增加，分子量增大，密度增大 对不同原油 ，同样沸程，相对密度差别很大 一般来说，环烷基的中间基的石蜡基的 Date17炼油工艺学3与温度、压力的关系 同一油品，温度上升，相对密度减小 在一定压力范围内，压力升高，对油品相对密度的影响可以忽略，只有当压力极大(几十兆帕)时，才考虑压力

9、对相对密度的影响 Date18炼油工艺学4液体油品的混合密度 属性相近油品混合，混合密度可近似按可加性计算 属性相差很大的两类组分(如烷烃和芳香烃)混合时， 体积可能增大 密度相差悬殊的两个组分(如重油和轻烃)混合时，体积可能收缩 Date19炼油工艺学5、气液混合物的密度Date20炼油工艺学二、特性因数(K;Waston factor;Characterization factor)1定义特性因数是烃类绝对温度表示的沸点的立方根对相对密度作图，所得曲线的斜率 2不同烃类K值的大小 同族的烃K值相近，不同族的烃K值不同 富含烷烃的石油馏分K值为12.513.0，富含芳烃的石油馏分K值为101

10、1 Date21炼油工艺学 对于烷烃来说，支链增加K值下降； 而对于环烷烃和芳烃来说，支链数增加K值增加 ； 对于芳烃来说，环数增加，K值减小 对于石油馏分，计算K值时温度T为中平均沸点 3用途特性因数对于了解原油的分类和确定原油的加工 方案，油品的化学组成及油品的其它特性是十分有用 的。石油馏馏分的特性因数，结结合相对对密度或平均沸 点可求得油品的其他物理性质质，如前面讲讲的蒸汽压压 及后面将要讲讲的分子量等。Date22炼油工艺学三、其他表征油品化学组成的参数相关指数BMCI(美国矿务局相关指数)BMCI：Bureau of Mines Correlation Index 正构烷烃的相关指

11、数最小，基本为0；芳香烃的相关指数最高(苯约为100) 相关指数BMCI这这个指标标广泛用于表征裂解乙烯烯原料的化学组组成，希望是越小越好。 Date23炼油工艺学特征参数KH 对于含有大量不饱和烃或胶质、沥青质的馏分 （VR），特性因数就不能很好地表征其化学组成 特性。因此石油大学重质油国家重点实验室对原 有的特性因数K进行了修正，提出了一个表征渣油 特征的特征参数KH。 Date24炼油工艺学通过KH可以对渣油的加工性能进行分类：n 第一类： KH7.5 二次加工性能好n 第二类：6.5芳香烃烃 上述结论说结论说 明了液体的运动动黏度中包含了分子结结构的信息，而且环环可以认为认为 是黏度的

12、载载体。 Date31炼油工艺学三、油品粘度与压力、温度的关系 1与温度的关系 温度升高，所有油品粘度下降；温度降低，所有油品粘度升高 粘温性质：油品的粘度随温度变化的性质 油品的粘度随温度的变化幅度小，则称为油品的粘温性质好 Relation of viscosity and temperatureDate32炼油工艺学粘温性质的表示法 粘度比：50/100；比值越小，则粘温性质越好 粘度指数(VI) 当粘度指数(VI)为0100时： 当粘度指数等于或大于100时： 粘度指数越高，表示油品的粘温性质越好 Date33炼油工艺学粘温性质与分子结构的关系 正构烷烃的粘温性质最好，分支程度较小的异

13、构烷烃的粘温性质比正构烷烃稍差，随着分支程度的增大，粘温性质越来越差； 环状烃(包括环烷烃和芳香烃)的粘温性质比链状烃的差； 当分子中环数相同时，其侧链越长粘温性质越好，但侧链上如有分支也会使粘温性质变差Date34炼油工艺学石油及石油馏分的粘温性质 石油各馏分的粘度都随着其沸程的升高而增大 相对分子质量增大 环状烃含量增多所致 当石油馏分的沸程相同时 石蜡基原油的粘度最小 中间基居中 环烷基的最大 石油及其馏分的粘温性质 石蜡基原油的馏分的最好 中间基居中 环烷基最差 Date35炼油工艺学2粘度与压力的关系 压力升高，粘度增大 当压力高于40atm时，需要考虑压力的影响 此式不适用于压力大

14、于70MPa的情况 四、油品的混合粘度 油品混合物的粘度无可加性组成、性质、粘 度相差越大，离 可加性相差越大Date36炼油工艺学四、热性质 n比热容：单位质量物质温度升高1或1K所需 要的热量称为比热容。n恒压比热容，恒容比热容，饱和状态比热容。n油品的比热容随温度增加而增加，随油品密度 的增大和相对分子质量增加而减小。n烃类碳原子数相同时，烷烃比热容最大，环烷 烃次之，芳烃最小。n同馏程范围的油品含烷烃越多，比热容越大， 含芳烃越多，其比热容越小。Date37炼油工艺学n蒸发热：常压沸点下，单位质量油品由液态转 化为同温度下气态油品所需要的热量称为油品 的蒸发潜热。n温度、压力升高时，蒸

15、发潜热逐渐减小，到临 界点时蒸发潜热为零。n油品沸点越高，蒸发潜热越小。n馏程相同时，含烷烃多的馏分蒸发潜热较小， 含环烷烃多的馏分蒸发潜热较大，含芳烃多的 馏分蒸发潜热最大。Date38炼油工艺学n热焓：单位质量的油品从基准温度加热到某温度和压力时所需要的热量称为热焓。n同一温度下，相对密度小及特性因数大的油品具有较高的焓值。Date39炼油工艺学五、 油品的低温流动性n低温下，石油及液体产品在低温失去流动性有两 种情况：n粘温凝固：含蜡很少或不含蜡的油品，在温度下 降时，捻度迅速升高，当黏度大到一定程度后（ 3105mm2/s）,油品就会变成无定型的玻璃状物 质，失去流动性，这种凝固称为粘

16、温凝固。不是 很确切，仍是可塑性物质，而不是固体。n构造凝固：含蜡原油或油品，在温度下降过程中 ，由于蜡结晶析出而引起的凝固。n低温流动性是显著影响油料输运、储存和使用条 件，不同的石油产品低温流动性能有不同的评定 指标。Date40炼油工艺学1.1. 浊点、结晶点和冰点n是表征煤油、航空汽油和喷气燃料的低温性能指标 。n浊点：是煤油的低温指标，在规定条件下降温，当 煤油出现雾状或浑浊时的最高温度。 GB/T6986n结晶点：是在规定条件下冷却油品，出现用肉眼可 以分辨的结晶时的最高温度。 SH/T0179n同一油品：浊点高于结晶点。n冰点：是在规定条件下冷却油品到出现结晶后，再 使其升温，使原来形成的结晶消失时的最低温度。 GB/T243