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着火性能)
3、蒸汽压和馏程
蒸发的危害:
1.气阻断流;
2.油品损耗;
3.质量下降;
4.安全事故
蒸发的应用:
发动机燃料在燃烧时必须由液态转化为气态。
蒸发性能的指标:
蒸汽压和馏程
◆蒸汽压:
作用——计算油库的油品蒸发损耗,控制航空汽油、车用汽油等轻质
油品的质量、工艺设计及结构优化等等。
影响因素——温度和油品组成
同一油品蒸汽压随温度的升高而增大;
两相共存时,蒸汽压与汽液体积比有关;
油品的汽液比越小,汽化率越低,蒸汽压就越高
真实蒸汽压——气化率为零时的蒸汽压
◆馏程:
定义——油品在规定条件下蒸馏所得到从初馏点到终馏点的温度范围,
表示其蒸发特征,该温度范围亦称为沸程。
终馏点——馏程最后阶段所记录的最高温度。
影响因素——在一定外压下,油品的沸点随气化率增大而不断升高。
4、密度、特性因数和分子量
◆密度:
国标规定20摄氏度时密度为石油和液体石油产品的标准密度
影响因素——
馏分组成和化学组成:
a.同一原油的不同馏分,密度随其沸点升高而增大;
b.相同碳原子数的不同烃类,其密度不同:
芳香烃密度>
环烷烃>
正构烷烃
c.分子中环数越多,其密度越大
温度:
温度越高,密度越小
压力:
温度不高的情况下,压力忽略不计
油品混合:
当几种油品混合时,如果混合后体积具有可加性(同一温度下具有可加性),则混合油品密度也可按可加性计算。
油品密度与API°
的关系:
测定密度的作用:
密度是多种油品,特别是喷气燃料的重要质量标准
根据密度区分油品种类,并判断油品是否变质
重要的计量参数
◆特性因数:
作用——对于了解石油的分类、化学性质、确定加工方案以及与其
它物性一起确定油品的另一些物性十分有用。
◆平均分子量:
石油馏分的平均分子量随其沸点的升高而增大。
5、粘度
粘度是评价原油和油品流动性能的指标。
粘度是喷气燃料、柴油、重油和润滑油的一个重要质量标准(没有汽油),大多数
润滑油根据粘度来分牌号。
粘度反映了油品中烃类组成的特点。
表示方式:
动力粘度、运动粘度、恩氏黏度、雷氏粘度、赛氏粘度(我国主要采用运动粘度和恩氏黏度)
影响因素:
油品粘度与组成的关系
密度、沸点、烃类分子量↑则粘度↑。
当烃类分子量相近时,其粘度:
烷烃<
芳香烃<
环烷烃;
粘度与压力的关系
当压力低于4.0MPa时,压力对液体油品粘度的影响不大,可以忽略。
当压力高于4.0MPa时,粘度随压力增加而逐渐增加,在高压下显著增大。
油品粘度与温度的关系
油品温度↑则粘度↓
◆粘温性能:
油品粘度随温度变化的性质,变化程度越小粘温性能越好。
表示方式——粘度比(越小越好)、粘度指数(越高越好)
决定因素——化学组成:
正构烷烃的粘温性能最好,环烷烃次之,芳香烃最差;
烃类分子中环状结构越多,粘温性能越差,链越长则粘温性能越好
6、低温性能
原油和油品的低温性能是一个重要的质量标准,它直接影响油料的输送、储存和使用条件。
◆评定指标:
浊点、结晶点、冰点、凝点、倾点、冷滤点
浊点:
原来透明的油品中出现云雾状的浑浊现象
结晶点:
蜡结晶逐渐长大,结晶刚刚明显可辨的温度
冰点:
在测定条件下,试样冷却至出现结晶后,再使其升温,使原来形成的烃类结晶消失的最低温度,同一油品冰点比结晶点稍高。
凝点:
在特定条件下出现油品刚失去流动性的温度。
倾点:
在标准规定条件下,油品冷却时能够继续流动的最低温度。
●浊点、结晶点和冰点是煤油、航空汽油和喷气燃料的低温性能指标
●凝点、倾点和冷滤点是原油、柴油、润滑油和燃料油的重要使用性能指标
●熔点是石蜡、地蜡和高熔点石油产品的一个质量指标
●滴点和软化点是润滑脂和沥青的质量指标
石油及油品在低温下失去流动性有两种情况:
粘温凝固(针对不含蜡油品),其中凝点温度>
粘温凝固的温度
构造凝固(针对含蜡油品),其中浊点温度>
构造凝固的温度。
原油中胶质、沥青质含量在一定浓度范围内,能明显地降低原油的凝点,但胶质浓度超过一定范围后,原油凝点又有所升高。
胶质能起降凝作用的原因:
原油中含有胶质、沥青质时,胶质的分子与蜡分子之间具有相互吸引的范德华力,胶质分子中的烷基键参加蜡分子的定向排列;
胶质分子的极性端障碍其它蜡分子接近该分子团参加定向排列,使蜡结晶的形状发生很大变化。
由纯蜡的大片状结晶变为极细密的含有胶质的细结晶,后者不易形成结晶骨架,只有在进一步降低温度时,才能使原油失去流动性
7、闪点、燃点和自燃点
◆闪点
定义:
在规定条件下加热油品时,逸出的油蒸气与空气形成混合气,当与火焰接触时能发生瞬间闪火时的最低温度。
烃类燃烧的三个条件:
a.烃类蒸气b.氧c.明火火源
测定方法:
闭口杯法和开口杯法,都是条件性试验,通常轻质油品测其闭口杯闪点,重质油品和润滑油多测其开口杯闪点。
◆燃点
定义:
在规定条件下,将油品加热到能被所接触的火焰点燃,并连续燃烧5秒钟以上的最低温度。
◆自燃点
油品自行燃烧的温度,它是加热油品到油品与空气接触,因激烈氧化产生火焰而自行燃烧时的最低温度。
◆三者关系
闪点、燃点和自燃点都与油品的燃烧爆炸有关,与油品的化学组成和馏分组成有关。
●对于同一油品来说,自燃点最高,燃点次之,闪点最低。
●对于不同油品来说,闪点愈高的,燃点愈高,自燃点愈低。
含烷烃多的油品,其自燃点低,闪点高。
●同一族烃中,分子量小的烃,自燃点高而闪点低,分子量大的自燃点低,闪点高。
8、其他性质
诱导期:
诱导期是指在规定的加速氧化条件下,油品处于稳定状态所经历的时间周期,它是评价汽油在长期储存中氧化及生胶趋向的一个项目。
第三章原油的分类及国产原油的性质
1、原油的分类方法
◆工业分类法:
按API度、含硫量、含氮量、含蜡量、含胶质量等分类
◆化学分类法:
a.特性因数分类法
b.关键馏分特性分类法
目前广为应用的原油分类法是商品分类法、化学分类法和我国采用的关键馏分特性
分类法和含硫量分类法相结合的分类方法
2、国产原油的性质
◆石蜡基原油多,汽油的抗爆性差、柴油的燃烧性能好。
◆除克拉玛依原油和青海冷湖原油以外,多数原油含蜡量较多,凝点较高,都需要加热输送或采用其它降凝措施。
孤岛原油凝点虽低到-2℃,但其50℃运动粘度高达498mm2/s,所以,也必须加热输送。
◆除江汉、胜利、孤岛原油外,其它原油含硫量都较低。
◆除青海原油和克拉玛依原油外,一般原油的轻油含量均较少。
第四章石油的炼制方法
油品的分类(按用途划分):
①燃料;
②润滑油和润滑脂;
③蜡、沥青和石油焦;
④石油化工产品(多烯烃。
)
1、液体燃料的生产
◆原油的预处理:
脱水、脱盐
脱水原因:
a.燃料动力消耗大b.造成冲塔、超压c.腐蚀设备
脱盐原因:
a.结垢堵塞管路b.腐蚀设备c.影响二次加工
◆原油的常减压蒸馏
常减压蒸馏是炼油厂加工已脱盐脱水原油的第一道工序。
根据原油中各馏分沸程的差别,采用精馏方法把原油分割成不同沸程的直馏馏分油。
常压蒸馏产品:
汽油、煤油、柴油馏分和常压重油
减压蒸馏产品:
各种润滑油馏分
国产直馏产品的特点:
a.烯烃含量很少,非烃化合物也很少,安定性好
b.烷烃含量高,环烷烃和芳香烃含量较少,因而直馏汽油燃烧性能很差,辛烷值太低,不能单独作为成品汽油。
◆二次加工方法
通过化学方法,改变馏分的化学组成,以获得更多更好的轻质油品。
●热裂化——定义:
通过热分解的方法从重质原料生产汽油、柴油等轻质
油品的过程
主要化学反应:
裂解反应;
缩合反应
优点:
提高了汽油收率
缺点:
含大量烯烃和少量二烯烃,存储安定性不好;
辛烷值不高,汽油质量不好
●催化裂化——主要反应:
裂化、异构化、芳构化、氢转移
汽油辛烷值较高,安定性比热裂化好,但不及直馏汽油
催化裂化柴油中芳香烃较多,燃烧性能较差
●催化重整——特点:
产品中芳香烃和异构烷烃含量增加,产品作为汽油
组分,辛烷值高,安定性好,储存中不易变质。
●加氢异构裂化——特点:
收率达40~60%、结晶点低于-60℃的喷气燃
料;
收率很高的高辛烷值汽油或低凝点(<-45℃)柴油。
液体产品收率高达97%。
●延迟焦化——特点:
产品的安定性最差
●叠合
●烷基化
●异构化
●减粘裂化
◆轻质油品的精制
精制的方法:
a.酸碱精制——酸洗:
除去二烯烃和非烃化合物
碱洗:
除去H2S和部分硫醇、酚以及环烷酸等非烃化合物
b.加氢精制:
除去油品中的含硫、含氮含氧化合物、多环芳香
烃等有害组分,并使烯烃、二烯烃饱和,改善油
品的质量。
2、润滑油的生产
◆丙烷脱沥青——目的:
生产高粘度润滑油(如航空润滑油等)
◆润滑油的脱蜡
●溶剂脱蜡:
(极性溶剂:
丙酮等,非极性溶剂:
苯、甲苯等。
常用酮-苯混合溶剂)
●尿素脱蜡
◆润滑油的精制
目的:
改善润滑油的抗氧化安定性和粘温性能。
措施:
溶剂精制、酸-白土精制
◆调和
第五章 燃料的使用要求和规格
使用液体燃料的优点:
液体燃料与固体燃料(煤)相比较,具有热值高、能够燃尽(燃后灰分少)、储运方便等优点。
1、汽油
汽油机工作过程:
进气、压缩、点火燃烧做功、排气
压缩比:
压缩前汽缸容积与压缩后汽缸容积容积之比,可表示可燃混合气在气缸内被压缩的程度
根据汽油机的工作条件,汽油应具备下列各种使用性能:
适当的蒸发性能
可靠的燃料供给性能;
燃烧时没有爆震;
良好的抗氧化安定性;
(对任何产品都应具备该种特性。
不含水分和机械杂质,无腐蚀;
排出的污物少。
其中,燃烧性能最为重要
◆汽油的蒸发性能
汽油的蒸发性能影响汽油的燃烧速度和燃烧完全程度,从而影响发动机的功率和经济性。
质量指标:
蒸汽压、馏程
10%的馏出温度:
保证汽油具有良好的启动性能
50%的馏出温度:
表征发动机的加速性能和变速性能。
(若温度较低,其轻组分较多,则发动机余热时间段,燃料耗量、润滑油的稀释程度和发动机磨损就越低;
若温度增加,发动机加速时来不及完全汽化,导致燃烧不完全,甚至熄火。
90%的馏出温度:
汽油蒸发的完全程度性能。
(若温度较高,发动机的功率和经济性能降低,并会发生爆震,使磨损增加。
◆汽油的抗爆性
●爆震:
混合气在压缩过程中,火花塞还没有跳火,高压混合气达到自燃温度,开始猛烈燃烧的不正常燃烧现象。
●汽油机发生爆震主要与汽油性质及汽油机压缩比有关
1.提高压缩比可以提高内燃机功率,但过度提高会使汽缸壁温度过高,引起爆震。
2.若汽油极易氧化,形成不易分解的过氧化物,自燃点低,容易形成爆震。
●抗爆性:
表示汽油在一定压缩比发动机中无爆震地运行的性能。
●抗爆性的表示方法:
贫混合气状态下运行时的抗爆性用辛烷值来表示;
富混合气状态下运行时的抗爆性用品度来衡量
●辛烷值:
数值上等于在规定条件下与试样抗爆性相同时的标准燃料中所
含异辛烷的体积百分数。
(标准燃料:
异辛烷与正庚烷的混合物)
●辛烷值的测定:
未知油在试验机中燃烧,提高压缩比,产生爆震,得到
此时压缩机的压缩比a;
与此同时,选择配制的标准燃料,
在压缩比为a的试验机中燃烧,产生与未知油同程度的
爆震,所选标准液含辛烷值的大小为试验液的辛烷值
●品度:
将航空汽油的抗爆性变为发动机性能的相对值
●汽油抗爆性与组成的关系:
、碳原子数相同的不同族烃类,辛烷值大小排列如下:
具有高度分支侧链的异构烷烃、异构烯烃和芳香烃>
环烷烃和带侧链较少的异构烷烃>
、结构形式相同的正构烷烃、烯烃:
碳数↑,越易断链,则辛烷值↓
、汽油的族组成不同,抗爆性差别很大:
直馏汽油含芳香烃和异构烷烃量越多,辛烷值越大。
、汽油中的硫化物和氧化物致使汽油辛烷值降低;
硫化物影响汽油对提高辛烷值的添加剂的抗爆感受性
●提高辛烷值的方法:
1)根本方法:
改变汽油的化学组成,增加高辛烷值
的芳香烃和异构烷烃的含量
2)加入抗爆剂
3)加入醇类
4)加入醚类
5)乳化汽油
◆汽油的安定性
●定义:
燃料在常温下储存或使用时,保持本身性质不发生永久性变化的
能力。
●影响因素:
内因——汽油的不安定组分是汽油储存中变质的根本原因
a.不安定的烃类组分:
二烯烃、侧链上带双键的芳香烃和烯烃
b.不安定的非烃类组分:
苯硫酚、吡咯
外因——储罐空间的氧浓度、大气温度、金属催化作用、光照
●改进安定性的方法:
1)适当精制汽油(酸碱精制,加氢精制,脱硫醇)
2)使用添加剂
3)改进存储条件
◆汽油的腐蚀性
引起腐蚀性的原因:
活性硫化物,有机酸,水溶性酸和碱
2、柴油
柴油机和汽油机的根本区别:
发动机
根本性差别
汽油机
柴油机
进气和压缩
空气和燃料气
空气
燃料燃烧
火花塞点火
高压油泵喷嘴喷出
氧化自燃
柴油机与汽油机相比具有有如下优点:
①较高的经济性;
②所用燃料的沸点高、沸程宽、来源多、成本低;
③良好的加速性能,不经过预热阶段即可转入全负荷阶段
④工作可靠耐久,使用保管容易;
⑤柴油闪点比汽油高,使用管理中着火危险性较小
柴油的燃料使用性能要求:
1具有良好的燃烧性能,保证柴油机工作平稳,经济性好;
2在柴油机工作环境下,具有良好的燃料供给性能;
3良好的雾化性能;
4良好的热安定性和储存安定性;
5对机件没有磨损和腐蚀性。
◆柴油的燃烧性能和蒸发性能
●柴油的燃烧性能表示柴油的燃烧平稳性,又称为柴油的抗爆性,通常用十六烷值来衡量。
●柴油的抗爆性与滞燃期有关。
(滞燃期越长越容易爆震)
●柴油机要求自燃点低的燃料。
●十六烷值:
表示柴油自燃倾向和爆震情况的指标。
●测定十六烷值的标准燃料:
十六烷和α-甲基萘按不同体积比例调配而成
●影响柴油燃烧性能的因素:
1)柴油机的压缩比(压缩比↑,滞燃期↓)
2)柴油的供油量
3)进气条件和空气运动状态
4)柴油的质量(自燃点低↓→滞燃期↓→发动机工作平稳)
◆柴油的雾化性能和供油性能
●评定指标:
粘度、凝点、机械杂质和水分
●粘度的影响:
粘度过大和过小,都会造成燃料与空气混合不均匀,燃烧
不完全,导致功率下降,耗油率增大,排烟量增加
●凝点的影响:
柴油的低温性能对柴油机的供油性能有决定性的影响
●水分和机械杂质:
水分——堵塞过滤器;
腐蚀金属;
溶解无机盐造成积
碳和磨损;
恶化燃烧性能
机械杂质——堵塞过滤器;
磨损增加
◆柴油的热氧化安定性和存储安定性
●热氧化安定性:
反映了在柴油机的高温条件和溶解氧的作用下,柴油发
生变质的倾向。
●多环芳香烃是引起柴油热氧化安定性差的原因。
●存储安定性同汽油
◆柴油的腐蚀性
同汽油
3、喷气燃料
喷气燃料必须具备以下一些性能:
①良好的燃烧性能。
燃烧迅速,完全;
不生成积炭和有害的燃烧产物;
②适当的蒸发性。
保证燃烧稳定,在高空中不产生气阻;
蒸发损失小;
③低温流动性好,低温时不易析出烃晶体和冰晶体;
④良好的洁净度;
⑥良好的润滑性能;
⑦没有腐蚀性;
⑧较高的热值和密度;
⑨较小的起电性。
◆喷气燃料的燃烧性能
●与燃烧性能有关的性质有:
净热值与密度、雾化和蒸发性能、积炭性能、
燃气的气相腐蚀。
●净热值和密度:
1燃料的热值决定了喷气发动机的推动力和耗油率。
2为了保证喷气发动机的大航程和低耗油率,燃料必须同时具备较高的重量热值和体积热值,即具有高的重量热值和大的密度。
3燃料的热值与密度都决定于其化学组成。
重量热值:
烷烃>
芳香烃。
密度:
芳香烃>
烷烃。
重量热值与体积热值相矛盾,理想的化学组成→环烷烃。
●燃料的雾化和蒸发性能
a、喷气燃料的雾化程度严重影响燃烧的完全程度
b、燃料的蒸发性能对燃料的起动性、燃烧完全程度和蒸发损失影响很大;
燃料的蒸发性能取决于燃料中轻组分的含量(反映在质量标准中馏程的10%馏出温度和蒸气压)
c、燃料的化学组成对燃烧完全程度有较显著的影响。
烃的氢碳比↑则燃烧完全程度↑。
燃烧完全性:
●积炭性能:
最主要影响因素是化学组成(芳香烃最容易生成积炭)。
◆喷气燃料的低温性能
结晶点或冰点
◆喷气燃料的洁净度
●引起燃料洁净度下降的主要物质有水分、固体杂质、表面活性物质以及细菌
◆喷气燃料的安定性
●在常温储存和高温使用过程中,喷气燃料应具有良好的储存安定性和热氧化安定性。
◆喷气燃料的腐蚀性
●燃料的腐蚀作用表现在气相和液相两方面
第六章润滑油的使用要求与质量标准
1、摩擦与润滑
润滑原理:
油膜将摩擦表面隔开,以液体摩擦代替干摩擦,从而减小接触面之间的摩擦和磨损。
粘度是选择润滑油的首要因素,一般低速高负荷的机械选用高粘度润滑油,高速低负荷的机械选用低粘度润滑油。
润滑剂特点:
能在机件表面上形成一层牢固的润滑剂膜,而本身分子间内摩擦系数很小
2、发动机润滑油
◆发动机润滑油必须具备下列基本性能:
Ø
具有良好的润滑性能,粘度适当,粘温性质好。
良好的抗氧化安定性,使用寿命长;
良好的清净分散性能(润滑油使生成的沉淀悬浮而不下沉的性能);
腐蚀性小,具有中和酸性物质的能力;
具有良好的低温性能和抗泡沫性能。
◆发动机的润滑性能由粘度和粘温性能(粘温指数)来评定。
影响因素:
化学组成——1)对润滑油粘度和粘温性质起主要作用的是环烷
烃;
2)少环(最好是单环)长侧链的烃类是润滑油的理想组分
压力——在压力低于4MPa的情况下,可以不考虑压力的影响。
◆发动机润滑油的抗氧化安定性
润滑油的抗氧化安定性是反映润滑油耐用性能的指标。
化学组成——润滑油由不同烃类组成,氧化反应历程各不相同,
大致可分为两大类。
温度和金属的影响;
润滑油工作状态的影响——根据润滑油的使用状态,可分为薄层氧化和厚层氧化两类。
◆汽油机的润滑方式:
压力润滑和喷溅润滑
◆发动机润滑油的低温性能(用倾点评定)
提高低温性能的方法:
普遍采用适度脱蜡,然后根据需要加入降凝剂。
◆通用润滑油
通用润滑油以粘度较小的润滑油为基础油,用粘度添加剂稠化,再加入金属清净分散剂和无灰清净分散剂以及抗氧、抗腐蚀、防锈等添加剂而制成。
3、电气用油
◆电气用油在电工设备中作为绝缘介质和导热介质,起绝缘和散热的作用,不属
于润滑油范畴。
◆电气用油主要使用要求是良好的电气性能和抗氧化安定性。
第七章润滑脂
润滑油和润滑脂的区别:
优点:
耐压性强;
缓冲性好;
不易流失;
密封性能和防护性能好;
粘温性能好
缺点:
无流动性,导热系数小;
摩擦阻力较大;
抗氧化安定性比润滑油差;
更换麻烦常需停机或拆卸机件,影响工作
1、润滑脂的组成
◆润滑脂的结构特点
润滑脂←润滑油+稠化剂+稳定剂+添加剂
润滑油:
润滑油是润滑脂的主要组成部分,润滑油的性能好,则润滑脂
的性能好。
稠化剂:
作用——稠化润滑油,使其成为润滑脂。
稠化剂本身也具有润
滑和抗压作用。
分类——脂肪酸金属皂类和非皂类稠化剂
稳定剂:
稳定剂又称为胶溶剂,是润滑脂所特有的,它可以改善润滑脂
的结构性能,又称为结构改善剂。
添加剂
2、润滑脂的理化性质
◆润滑脂的主要使用性能有:
针入度:
反映了润滑脂软硬程度,针入度越大越软
滴点:
耐水性
胶体安定性
安定性
保护性能
◆滴点:
评价润滑脂的耐热性
◆耐水性
表示润滑脂是否容易被水溶解和乳化的性能,称为耐水性
◆烃基脂与皂基脂的对比
烃基脂的耐水性比皂基脂好
烃基脂的安定性比皂基脂好
烃基脂的保护性能比皂基脂好
第十章油品在储存中的质量管理
1、液体燃料在储存中的质量管理
◆液体燃料在储存中质量变化的原因
●蒸发
蒸发损失的大小主要取决于饱和蒸气压的大小。
(1)温度和温差大小(小呼吸)
(2)表面积大小
(3)液面上空间大小
(4)收发油次数多少(大呼吸)
●氧化
氧化的结果是燃料的酸度增大,实际胶质增加,颜色变深,严重氧化时还会产生沉淀。
影响燃料氧化的因素
①燃料组成----内因
②储存条件----外因
液体燃料氧化的一般规律:
液体燃料在储存过程中的液相氧化分为诱
导期、加速期、平缓期,液体燃料的储存只能在诱导期内。
●机械杂质与水分的混入
●混油
汽油中混入其他燃料后,会使馏出温度升高、辛烷值降低,从而导致汽油燃烧不良。
柴油中混入汽油后