第一章石油及其产品的性质

第一章石油及其产品的性质 • 知识目标： • 了解石油一般性状、元素组成、烃类组成、馏分组成和非烃类组成； • 了解石油产品的分类；润滑油、沥青、石蜡、石油焦等石油产品的规格指标以及它们与产品组成之间的关系； • 了解各类型发动机的工作原理； • 熟悉石油及其产品的一般物理性质； • 初步掌握我国原油主要特点。 • 掌握汽油、柴油、航空煤油等石油燃料的性能指标，使用要求，产品质量标准等；

主要内容: • 第一节石油及其产品的组成和性质 • 第二节石油产品分类和石油产品的使用要求 • 本章小结

第一节石油及其产品的组成和性质 • 一、石油的一般性状及化学组成 • 1、石油的外观性质各类原油的主要外观性质

我国几种原油的主要物理性质

2.石油的元素组成 石油主要由碳、氢两种元素以及硫、氮、氧及一些微量金属、非金属元素组成。原油中元素组成的质量分数 *含量均为质量分数

3.石油的烃类组成 • 石油中的烃类主要是由烷烃、环烷烃和芳香烃这三种烃类构成。 • 1）烃类类型及分布规律石油及其馏分中烃类类型及其分布规律

2）烃类的性质及用途 • 在一般条件下，烷烃的化学性质很不活泼，不易与其它物质发生反应 • 环烷烃的抗爆性较好、凝点低、有较好的润滑性能和粘温性，是汽油、喷气燃料及润滑油的良好组分。 • 芳香烃抗爆性很高，是汽油的良好组分，常作为提高汽油质量的调合剂

4.石油的非烃组成石油中的非烃化合物主要指含硫、氮、氧的化合物。非烃化合物在石油馏分中的分布是不均匀的，大部分集中在重质馏分和残碴油中。 • a、含硫化合物 • 硫在石油中少量以元素硫和硫化氢形式存在，大多数以有机硫化物形式存在，如硫醇、硫醚、环硫醚、二硫化物、噻吩及其同系物等。 • 主要危害是：①对设备管线有腐蚀作用。②使油品某些使用性能（汽油的感铅性、燃烧性、储存安定性等）变坏。③污染环境，含硫油品燃烧后生成二氧化硫、三氧化硫等，污染大气，对人有害。④在二次加工过程中，使某些催化剂中毒，丧失催化活性。

b、含氮化合物 • 石油中的氮化物大多数是氮原子在环状结构中的杂环化合物，主要有吡啶、喹啉等的同系物（统称为碱性氮化物）及吡咯、吲哚等的同系物（统称为非碱性氮化物）。石油中另一类重要的非碱性氮化物是金属卟啉化合物，分子中有四个吡咯环，重金属原子与卟啉中的氮原子呈络合状态存在。 • 当油品中含有氮化物时，储存日期稍久，就会使颜色变深，气味发臭，这是因为不稳定的氮化物长期与空气接触氧化生成了胶质。氮化物也是某些二次加工催化剂的毒物。

C、含氧化合物 • 石油中的氧均以有机物形式存在。这些含氧化合物分为酸性氧化物和中性氧化物两类。酸性氧化物中有环烷酸、脂肪酸和酚类，总称石油酸。中性氧化物有醛、酮和酯类，它们在石油中含量极少。含氧化合物中以环烷酸和酚类最重要，特别是环烷酸，约占石油酸总量的90%，而且在石油中的分布也很特殊，主要集中在中间馏分中（沸程约为250～350℃），而在低沸馏分或高沸馏分中含量都比较低。 • 酸类也有强烈的气味，具有腐蚀性。但可作为消毒剂，还是合成纤维、医药、染料、炸药等的原料。

d、胶状沥青状物质 • 胶质一般能溶于石油醚（低沸点烷烃）及苯，也能溶于一切石油馏分。胶质有很强的着色力，油品的颜色主要来自胶质。胶质受热或在常温下氧化可以转化为沥青质。沥青质是暗褐色成深黑色脆性的非晶体固体粉末，不溶于石油醚而溶于苯。胶质和沥青质在高温时易转化为焦炭。

5、石油的馏分组成 • 蒸馏（或分馏）就是根据各组分沸点的不同，用蒸馏的方法把石油“分割”成几个部分，这每一部分称为馏分。从原油直接分馏得到的馏分称为直馏馏分，其产品称为直馏产品。 • 沸点＜200℃的馏分称汽油馏分或低沸馏分；200～350℃的馏分称煤、柴油馏分或中间馏分；350～500℃的馏分称减压馏分或高沸馏分；大于500℃的馏分为渣油馏分。

二、石油及其产品的物理性质 • （一）蒸发性能 • 1．蒸汽压 • 石油及石油馏分的蒸汽压不仅与温度有关，而且与气化率（或液相组成）有关，在温度一定时，气化量变化会引起蒸汽压的变化。 • 油品的蒸汽压通常有两种表示方法：一种是油品质量标准中的雷德（Reid）蒸汽压，是在规定条件（38℃、气相体积与液相体积之比为4:1）下测定的；另一种是真实蒸汽压，指气化率为零时的蒸汽压。

2．馏程与平均沸点 • 常用的馏程测定方法有实沸点蒸馏与恩氏蒸馏 • 实沸点蒸馏适用于原油评价及制定产品的切割方案，恩氏蒸馏馏程常用于生产控制、产品质量标准及工艺计算 • 平均沸点的概念，用于设计计算及其它物性常数的求定。平均沸点有五种表示方法，分别是体积平均沸点、质量平均沸点、立方平均沸点、实分子平均沸点、中平均沸点。

（二）密度、特性因数、平均分子量 • 1．密度 • 相对密度：20℃时油品的密度与4℃时水的密度之比 • 比重指数：＝141.5／一131.5 • 数值愈大，表示密度愈小 • 同一原油的不同馏分油，随沸点范围升高密度增大。当沸点范围相同时，含芳香烃愈多，密度愈大；含烷烃愈多，密度愈小。

2．特性因数 • 特性因数的定义为： K＝1.216T1/3／ • 式中： T — 烃类的沸点、石油或石油馏分的立方平均沸点或中平均沸点，K。 • 不同烃类的特性因数是不同的。烷烃的最高，环烷烃的次之，芳香烃的最低。 • 含烷烃多的石油馏分的特性因数较大，约为12.5～13.0；含芳香烃多的石油馏分的较小，约为10～11；一般石油的特性因数在9.7～13之间。

3．平均分子量 • 石油馏分的平均分子量随馏分沸程的升高而增大。汽油的平均分子量约为100～120，煤油为180～200，轻柴油为2l0～240，低黏度润滑油为300～360，高黏度润滑油为370～500。

（三）流动性能 • 1．黏度 • 黏度的表示方法有动力黏度、运动黏度及恩氏黏度等。 • 一般地，石油馏分愈重、沸点愈高，黏度愈大。温度对油品黏度影响很大。温度升高，液体油品的黏度减小，而油品蒸汽的黏度增大。 • 粘温性是润滑油的重要指标之一，表示方法常用的有两种，即黏度比和黏度指数（VI）。 • 烃类中以正构烷烃的粘温性最好，环烷烃次之，芳香烃的最差。烃类分子中环状结构越多，粘温性越差，侧链越长则粘温性越好。

2．低温性能 • 油品在低温下失去流动性的原因有两种：粘温凝固；构造凝固 • 油品低温流动性能包括浊点、冰点、结晶点、倾点、凝点和冷滤点等 • 油品的低温流动性与其化学组成有密切关系。油品的沸点愈高，特性因数愈大或含蜡量愈多，其倾点或凝点就愈高，低温流动性愈差。

（四）燃烧性能 • 油品的燃烧性能主要用闪点、燃点和自燃点等来描述。 • 油品的沸点越低，其闪点和燃点越低，而自燃点越高。含烷烃多的油品，其自燃点低，但闪点高。 • 闪点、燃点和自燃点对油品的储存、使用和安全生产都有重要意义，是油品安全保管、输送的重要指标，在储运过程中要避免接近火源与高温。

（五）油品的热性质 • 比热：油品的比热随密度增加而减小，随温度升高而增大。 • 气化潜热：汽油的气化潜热约为290～315kJ／kg，煤油的为250～270kJ／kg，柴油的为230～250 kJ/kg，润滑油的为190～230kJ／kg。 • 焓：油品的焓与其化学组成有关。在相同温度下，油品的密度越小，特性因数越大，其焓值越高。 • 燃烧热：石油馏分的热值随其密度增大而下降，一般净热值约为40～44MJ／kg。

（六）油品的其它物理性质 • 折射率（折光率）：在其它条件相同的情况下，烷烃的折射率最低，芳香烃的最高，烯烃和环烷烃的介于它们之间。对环烷和芳香烃，分子中环数愈多则折射率愈高。 • 含硫量：含硫量是指油品中含硫元素的质量百分数。 • 胶质、沥青质和蜡含量 • 残炭值：残炭与油品的化学组成有关。生成焦炭的主要物质是沥青质、胶质和芳香烃，在芳香烃中又以稠环芳香烃的残炭最高。

第二节石油产品分类和石油产品的使用要求 • 一、石油产品的分类 • 石油产品分为燃料、溶剂和化工原料、润滑剂和有关产品、蜡、沥青、焦六大类。石油产品及润滑剂总分类

（一）燃料 燃料的分组

润滑剂 ：包括润滑油和润滑脂，主要用于降低机件之间的摩擦和防止磨损，以减少能耗和延长机械寿命。 • 石油沥青：用于道路、建筑及防水等方面 • 石油蜡：是轻工、化工和食品等工业部门的原料。 • 石油焦：石油焦可用以制作炼铝及炼钢用电极等 • 溶剂和化工原料：包括制取乙烯的原料（轻油）以及石油芳烃和各种溶剂油。

二、石油燃料的使用要求 • （一）车用汽油和柴油的使用要求 • 1．车用汽油的使用要求 • 汽油是用作点燃式发动机燃料的石油轻质馏分。对汽油的使用要求主要有： • 在所有的工况下，具有足够的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。

（1）抗爆性 • 汽油机产生爆震的原因主要有两个：一是与燃料性质有关。如果燃料很容易氧化，形成的过氧化物不易分解，自燃点低，就很容易产生爆震现象。二是与发动机工作条件有关。如果发动机的压缩比过大，汽缸壁温度过高，或操作不当，都易引起爆震现象。 • 汽油的抗爆性用辛烷值表示。汽油的辛烷值越高，其抗爆性越好。辛烷值分马达法和研究法两种。在测定车用汽油的辛烷值时，人为选择了两种烃做标准物：一种是异辛烷（2，2，4—三甲基戊烷），它的抗爆性好，规定其辛烷值为100；另一种是正庚烷，它的抗爆性差，规定其辛烷值为0。

提高汽油辛烷值的途径有以下几种： • 改变汽油的化学组成，增加异构烷烃和芳香烃的含量。 • 加入少量提高辛烷值的添加剂，即抗爆剂。 • 调入其它的高辛烷值组分，如含氧有机化合物醚类及醇类等。 • 在各类烃中，正构烷烃的辛烷值最低，环烷、烯烃次之，高度分支的异构烷烃和芳香烃的辛烷值最高。各族烃类的辛烷值随分子量增大、沸点升高而减小。

（2）蒸发性 • 馏程和蒸气压是评价汽油蒸发性能的指标。汽油的馏程用恩氏蒸馏装置进行测定。汽油的初馏点和10%馏出温度反映汽油的启动性能，此温度过高，发动机不易启动。50%馏出温度反映发功机的加速性和平稳性， 90%馏出温度和干点反映汽油在气缸中蒸发的完全程度。

（3）安定性 • 汽油的安定性一般是指化学安定性，它表明汽油在储存中抵抗氧化的能力。 • 使用安定性差的汽油，会严重破坏发动机正常工作。 • 改善汽油安定性的方法通常是在适当精制的基础上添加一些抗氧化添加剂。 • 实际胶质含量越少、诱导期越长，则汽油安定性越好。

（4）腐蚀性 • 汽油的腐蚀性说明汽油对金属的腐蚀能力。 • 若汽油中含有一些非烃杂质，如硫及含硫化合物、水溶性酸碱、有机酸等，都对金属有腐蚀作用。 • 评定汽油腐蚀性的指标有酸度、硫含量、铜片腐蚀、水溶性酸碱等。

2、柴油的使用要求 • 按照柴油机的类别，柴油分为轻柴油和重柴油。 • 由于使用条件的不同，对轻、重柴油制定了不同的标准，现以轻柴油为例说明其质量指标。 • 轻柴油的主要质量要求是： ①具有良好的燃烧性能； ②具有良好的低温性能； ③具有合适的黏度。

（1）燃烧性能 • 柴油的燃烧性能用柴油的抗爆性和蒸发性来衡量。 • 柴油的抗爆性用十六烷值表示。十六烷值高的柴油，表明其抗爆性好。在测定柴油的十六烷值时，人为地选择了两种标准物：一种是正十六烷，它的抗爆性好，将其十六烷值恒定为100；另一种是α—甲基萘，它的抗爆性差，将其十六烷值恒定为0。 • 柴油的抗爆性与所含烃类的自燃点有关，自燃点低不易发生爆震。在各类烃中，正构烷烃的自燃点最低，十六烷值最高，烯烃、异构烷烃和环烷烃居中，芳香烃的自燃点最高，十六烷值最低。所以含烷烃多、芳烃少的柴油的抗爆性能好。 • 柴油的蒸发性用馏程和残炭来评定。

（2）低温性能 • 国产柴油的低温性能主要以凝固点（简称凝点）来评定，并以此作为柴油的商品牌号，凝点低表示其低温性能好。 • 从燃烧性能和低温性能上看，柴油的理想组分是带一个或两个短烷基侧链的长链异构烷烃，它们具有较低的凝点和足够的十六烷值。 • 改善柴油低温流动性能的主要途径有三种：①脱蜡，柴油脱蜡成本高而且收率低，在特殊情况下才采用；②调入二次加工柴油；③向柴油中加入低温流动改进剂，此种方法较经济且简便，因此采用较多。

（3）黏度 • 柴油的供油量、雾化状态、燃烧情况和高压油泵的润滑等都与柴油黏度有关。 • 要求柴油的黏度在合适的范围内，一般轻柴油要求运动黏度为2.5~8.0mm2/s。 • 除了上述几项质量要求外，对柴油也有安定性、腐蚀性等方面的要求。

（三）其它石油产品使用要求 • 1．石油沥青 • 针入度：针入度表示石油沥青的硬度，针入度越小表明沥青越稠硬。 • 延度：延度表示沥青在应力作用下的稠性和流动性，也表示它拉伸到断裂前的伸展能力。延度大，表明沥青的塑性变形性能好，不易出现裂纹，即使出现裂纹也容易自愈。 • 软化点：软化点高，表示石油沥青的耐热性能好，受热后不致迅速软化，并在高温下有较高的粘滞性。 • 抗老化性：要求沥青有较好的抗老化性能，以延长其使用寿命。

2．石油蜡 • 按精制深度不同，石蜡分为粗石蜡、半精炼石蜡、全精炼石蜡三类。石蜡一般以熔点作为划分牌号的标准。 • 地蜡的主要用途之一是作润滑脂的稠化剂。 • 地蜡也是制造电子工业用蜡、橡胶防护蜡、调温器用蜡、军工用蜡、冶金工业用蜡等一系列特种蜡的基本材料。 • 地蜡还可作为石蜡的改质剂。

3．石油焦 • 石油焦是由微小石墨结晶形成粒状、柱状或针状结构的炭化物，用做冶金电极的良好原料或者原子能工业用的原料。 • 石油焦的关键指标是含硫量。 • 针状焦是一种优质焦，主要用于作炼钢用高功率和超高功率石墨电极之原料，除控制硫含量、灰分和挥发分外，还需控制真密度，以保其致密度大；热膨胀系数是针状焦的重要指标，它是划分针状焦质量、用途和等级的主要指标，一般要求小于2.6。 • 除此之外，还有溶剂油，均为蒸发性能极强的易燃易爆轻质油品。

颜色：石油是黑色、暗绿或暗褐色，少数显赤褐、浅黄色，甚无色。颜色：石油是黑色、暗绿或暗褐色，少数显赤褐、浅黄色，甚无色。密度：相对密度为0.80~0.98，少数高达1.02或低到0.71。性状流动性：是流动或半流动状的粘稠液体气味：有程度不同的臭味 1.原油的一般性状及组成元素组成：C、H： 96%~99%，S、N、O及微量金属和非金属：1%~4% 烃类组成：烷烃、环烷烃和芳香烃，不含烯烃和炔烃组成馏分组成：＜200℃为汽油馏分，200~350℃的馏分为煤、柴油馏分， 350~500℃的馏分为减压馏分，＞500℃的馏分为渣油馏分。非烃组成：含S、N、O化合物及胶质、沥青质本章小结：

蒸发性能(蒸汽压、馏程) 反映石油及产品气化、蒸发难易的重要性质反映石油及产品化学组成的重要性质密度、特性因数、平均分子量低温流动性能包括浊点、冰点、结晶点、倾点、凝点和冷滤点流动性能（黏度、低温流动性） 2.石油及其产品的物理性质燃烧性能（闪点、燃点和自燃点）反映油品的储存、使用和安全的性能热性质（比热、汽化潜热、焓、燃烧热）燃烧热包括：标准热值、高热值和低热值，常用低热值油品的其它物理性质包括光性质、硫含量、胶质沥青质和蜡含量、残碳值

燃料（F）：液化气、汽油、航空汽油、航空煤油、灯用煤油、柴油、重油等。燃料（F）：液化气、汽油、航空汽油、航空煤油、灯用煤油、柴油、重油等。分类润滑剂及有关产品（L）、蜡（W）、焦（C）、沥青（B）、溶剂和化工原料（S） 3。石油产品的分类和产品的使用要求 • 抗爆性：表明汽油在汽缸中的燃烧性能，用辛烷值评价并作划分汽油牌号标准。 • 蒸发性：表明汽油与空气混合是否均匀，供油是否正常，燃烧是否完全，用馏程和蒸气压评价。 • 安定性：表明汽油在储存中抵抗氧化的能力，用实际胶质含量和诱导期评价。 • 腐蚀性：表明汽油对金属的腐蚀能力，用酸度、水溶性酸碱、铜片腐蚀等评价。车用汽油使用要求燃烧性：用抗爆性和蒸发性衡量，柴油的抗爆性用十六烷值评定，柴油的蒸发性用馏程和残炭来评定。低温性能：低温性能主要以凝点来评定，以柴油的凝固点作为柴油的商品牌号。适宜的黏度：影响供油、雾化、燃烧及高压油泵的润滑。腐蚀性及安定性的要求与汽油相同。柴油

第一章 石油及其产品的性质