第三章_石油及油品的物理性质(简化)

1、第三章第三章 石油及油品的物理性质石油及油品的物理性质 第一节第一节 蒸汽压、沸程和平均沸点蒸汽压、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。的重要性质，用蒸汽压、沸程来描述。 一、一、 蒸汽压蒸汽压 定义：是在某一温度下一种物质液相与其上方的气相定义：是在某一温度下一种物质液相与其上方的气相 呈平衡状态时，该蒸汽所产生的压力称为饱和蒸气压，简呈平衡状态时，该蒸汽所产生的压力称为饱和蒸气压，简 称蒸气压。称蒸气压。蒸气压愈高的液体愈易于气化。蒸气压愈高的液体愈易于气化。 n 对同族烃类，在同一

2、温度下，相对分子质量较大的烃类的对同族烃类，在同一温度下，相对分子质量较大的烃类的 蒸气压较小。蒸气压较小。 n 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。 二、馏程二、馏程( (沸程沸程) ) n 定义定义： 石油馏分的沸点表现为一定宽度的温度范围，称为沸程。石油馏分的沸点表现为一定宽度的温度范围，称为沸程。 同一油品的馏程因测定仪器和测试方法不同。其馏程数据同一油品的馏程因测定仪器和测试方法不同。其馏程数据 也有差别。在油品的质量标准中，大都采用条件性的馏程也有差别。在油品的质量标准中，大都采用条件性的馏程 测定法测定法恩氏蒸馏。恩氏蒸馏。

3、 n 恩氏蒸馏恩氏蒸馏(ASTM蒸馏蒸馏)（GB6536-86) 最简便、最常用的方法；设备简单、收集数据多最简便、最常用的方法；设备简单、收集数据多 将将100mL油品放入标准的蒸馏瓶中，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%时的气相温度别时的气相温度别 称为称为10%、20%90%点，蒸馏到点，蒸馏到 最后所能达到的最高气相温度称为终最后所能达到的最高气相温度称为终 馏点或干点。从初馏点到干点（终馏馏点或干点。从初馏点到干点（终馏 点）的温度范围称为馏

4、程。点）的温度范围称为馏程。 l由于馏程测定具有严格的条件性，因此馏程数据并不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代表该油品的真实沸点范围，但可以大致判断油品中 轻重组分的相对含量，或用与不同油品之间的比较。轻重组分的相对含量，或用与不同油品之间的比较。 这些这些 参数参数 注意：注意： 三、平均沸点三、平均沸点 1 1体积平均沸点体积平均沸点 5 9070503010 ttttt tV 用途：由用途：由t tv v可求得其他平均沸点可求得其他平均沸点 2质量平均沸点质量平均沸点(tw) 用途：用途：tw主要用于求油品的真临界温度主要用

5、于求油品的真临界温度Tc 25. 0 16388. 5027060. 064991. 31ln 1 6667. 0 St tt v vw 3立方平均沸点立方平均沸点Teu 用途：用途：Teu主要用于求油品的特性因数和运动粘度主要用于求油品的特性因数和运动粘度 4实分子平均沸点实分子平均沸点tm 用途：用途：tm主要用于求油品的假临界温度主要用于求油品的假临界温度(Tc)和偏心因数和偏心因数() 5中平均沸点中平均沸点tme 用途：用途：tme用于求油品氢含量用于求油品氢含量,燃烧热和平均分子量燃烧热和平均分子量 33333. 06667. 0 70684. 3011810. 015158. 1

6、2ln 2 St tt v vm 45. 045. 0 45679. 2089970. 082368. 03ln 3 St tt v vcn 3333. 06667. 0 6467. 3012800. 053181. 14ln 4 St tt v vme 第二节第二节 密度、相对密度、特性因数密度、相对密度、特性因数 和平均相对分子质量和平均相对分子质量 ( (组成特性组成特性) ) 一、密度和相对密度一、密度和相对密度 1定义定义 n密度是单位体积物质在真空中的质量，密度是单位体积物质在真空中的质量，g/cm3，kg/m3 n我国规定我国规定20时的密度为石油产品的标准密度，时的密度为石油产

7、品的标准密度，20 n在一定条件下，以一种液体的密度与另一种参考物质密度在一定条件下，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，又称比重的比值来表示物质的相对密度，又称比重 n常用的有常用的有d420(我国我国)，d15.615.6(欧美欧美) 5 .131 5 .141 )( 6 .15 6 .15 d API比重指数 n 随着相对密度增大，比重指数的数值下降随着相对密度增大，比重指数的数值下降 2油品密度与化学组成的关系油品密度与化学组成的关系 n 分子量相近的不同烃类之间密度有明显差别分子量相近的不同烃类之间密度有明显差别 芳烃芳烃 环烷烃环烷烃 烷烃烷烃 n 同

8、一种原油同一种原油 沸点增加，分子量增大，密度增大沸点增加，分子量增大，密度增大 n 对不同原油对不同原油 ，同样沸程，相对密度差别很大，同样沸程，相对密度差别很大 一般来说，特重一般来说，特重重质重质中质中质轻质轻质 3密度与温度、压力的关系密度与温度、压力的关系 n 同一油品，温度上升，相对密度减小同一油品，温度上升，相对密度减小 )20( 20 44 tdd t n在一定压力范围内，压力升高，对油品相对密度的影在一定压力范围内，压力升高，对油品相对密度的影 响可以忽略，响可以忽略，只有当压力极大只有当压力极大(几十兆帕几十兆帕)时，才考虑压时，才考虑压 力对相对密度的影响力对相对密度的影

9、响 体积膨胀系数 4油品的混合密度油品的混合密度 n 属性相近属性相近油品混合，混合密度可近似按可加性计算油品混合，混合密度可近似按可加性计算 n i i i i n i i w v 1 1 1 混 n属性相差很大属性相差很大的两类组分的两类组分( (如烷烃和芳香烃如烷烃和芳香烃) )混合时，混合时， 混合体积可能无可加性，需要用过剩分子体积的概念混合体积可能无可加性，需要用过剩分子体积的概念 进行计算。进行计算。 二、特性因数二、特性因数(K;Waston factor;Characterization factor) 1定义定义 特性因数是烃类列氏绝对温度表示沸点的立方根对相对特性因数是烃

10、类列氏绝对温度表示沸点的立方根对相对 密度作图，所得曲线的斜率。密度作图，所得曲线的斜率。 6 .15 6 .15 3 /216. 1dTK n 对于石油馏分，计算对于石油馏分，计算K值时温度值时温度T为为中平均沸点中平均沸点 2用途用途 特性因数对于了解原油的分类和确定原油的加工方案，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。油品的化学组成及油品的其它特性是十分有用的。石油馏分石油馏分 的特性因数，结合相对密度或平均沸点可求得油品的其他物的特性因数，结合相对密度或平均沸点可求得油品的其他物 理性质，如前面讲的蒸汽压及后面将要讲的分子量等。理

11、性质，如前面讲的蒸汽压及后面将要讲的分子量等。 特性因数，特性因数，K 12.1 11.512.1 10.511.5 原油类别原油类别 石蜡基石蜡基 中间基中间基 环烷基环烷基 n 对于烷烃来说，支链增加对于烷烃来说，支链增加K值下降；值下降； n 而对于环烷烃和芳烃来说，支链数增加而对于环烷烃和芳烃来说，支链数增加K值增加值增加 3不同烃类不同烃类K值的大小值的大小 n同族的烃同族的烃K值相近，不同族的烃值相近，不同族的烃K值不同值不同 n富含烷烃的石油馏分富含烷烃的石油馏分K值为值为12.513.0，富含芳烃的石，富含芳烃的石 油馏分油馏分K值为值为1011 4. 其他表征油品化学组成的参

12、数其他表征油品化学组成的参数 相关指数相关指数BMCI(美国矿务局相关指数美国矿务局相关指数) BMCI：Bureau of Mines Correlation Index 8 .4567 .473 273 48640 6 .15 6 .15 d t BMCI v 正构烷烃的相关指数最小，基本为正构烷烃的相关指数最小，基本为0；芳香烃的相关指；芳香烃的相关指 数最高数最高(苯约为苯约为100) 相关指数相关指数BMCI这个指标广泛用于表征裂解乙烯原料的这个指标广泛用于表征裂解乙烯原料的 化学组成，希望是越小越好。化学组成，希望是越小越好。 20 4 1236. 0 10 d C H K M H

13、 对于含有大量不饱和烃或胶质、沥青质的馏分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。），特性因数就不能很好地表征其化学组成特性。因因 此石油大学重质油国家重点实验室对原有的特性因数此石油大学重质油国家重点实验室对原有的特性因数K进进 行了修正，提出了一个表征渣油特征的特征参数行了修正，提出了一个表征渣油特征的特征参数KH。 三、平均相对分子质量三、平均相对分子质量 1定义定义 质量与摩尔数的比值质量与摩尔数的比值 n i i n i i n i i n i ii i n i in N W N MN MnM 1 1 1 1 1 2油品分子量的变化

14、规律油品分子量的变化规律 汽油：汽油：100120 煤油：煤油：180200 柴油：柴油：210240 低粘度润滑油：低粘度润滑油：300360 高粘度润滑油：高粘度润滑油：370500 第三节第三节 油品的流动性能油品的流动性能 一、粘（黏）一、粘（黏） 度度 1定义定义 流动分子的内摩擦使流体带有一定的粘滞性，从而产生流体抵抗剪切流动分子的内摩擦使流体带有一定的粘滞性，从而产生流体抵抗剪切 作用的能力。衡量这种能力或粘滞性的性质指标，就是粘度作用的能力。衡量这种能力或粘滞性的性质指标，就是粘度。粘度是评定。粘度是评定 油品流动性的指标，是喷气燃料、柴油、重油和润滑油的重要质量指标。油品流动

15、性的指标，是喷气燃料、柴油、重油和润滑油的重要质量指标。 对润滑油的分级、质量鉴定具有决定意义，也是工艺计算和工艺设计中不对润滑油的分级、质量鉴定具有决定意义，也是工艺计算和工艺设计中不 可缺少的物理常数可缺少的物理常数。 石油和油品在处于牛顿流体状态时，其流动性能用黏度来石油和油品在处于牛顿流体状态时，其流动性能用黏度来 描述；当处于低温状态时，则用各种条件性指标来评定其低温描述；当处于低温状态时，则用各种条件性指标来评定其低温 流动性：如凝点、结晶点、冰点等。流动性：如凝点、结晶点、冰点等。 2粘度的分类粘度的分类 原油的粘度原油的粘度 动力粘度动力粘度 ( (绝对粘度绝对粘度) ) c.

16、g.s制制 泊泊(P,poise) 厘泊厘泊(cP) SI制制 Pa.s 1Pa.s=1000cP 石油产品石油产品 运动粘度运动粘度 =/ c.g.s制制 (沱，沱，Stoke) 厘斯厘斯(厘沱厘沱) SI制制 mm2/s 1cSt=1mm2/s 专门用于表示油品粘度的指标专门用于表示油品粘度的指标 赛氏粘度赛氏粘度 (Saybolt Viscosity) SUS 或或 SFV 恩氏粘度恩氏粘度 (Engler Viscosity) 条件度，条件度，E 雷氏粘度雷氏粘度 (Redwood Viscosity) I或或II型型 条件粘度条件粘度 恩氏粘度：恩氏粘度：在规定温度下，由仪器中流出在

17、规定温度下，由仪器中流出200ml试油的时间（试油的时间（s）与）与20时时 流出流出200ml蒸馏水所需时间（蒸馏水所需时间（s）之比，其单位为恩氏度（）之比，其单位为恩氏度（E）或称条件度。）或称条件度。 赛氏粘度：赛氏粘度：在规定条件下，在规定条件下，60ml试油通过赛氏粘度计所需的时间，以赛氏试油通过赛氏粘度计所需的时间，以赛氏 秒表示。它分为通用型（秒表示。它分为通用型（SUS）和重油型（）和重油型（SFV)两种，未加说明的均为通两种，未加说明的均为通 用型。用型。 雷氏粘度：雷氏粘度：是在规定条件下由雷氏粘度计中流出是在规定条件下由雷氏粘度计中流出50ml试样所需的时间，单试样所需

18、的时间，单 位为雷氏秒，分为商业用的位为雷氏秒，分为商业用的I型和海军用的型和海军用的II型，未注明的雷氏秒为型，未注明的雷氏秒为I型。型。 二、油品粘度和化学组成的关系二、油品粘度和化学组成的关系 粘度反映液体内部分子间的摩擦力，因此黏度必然与油品的分子结构粘度反映液体内部分子间的摩擦力，因此黏度必然与油品的分子结构 和大小密切相关，有关和大小密切相关，有关与组成的关系，有几点结论与组成的关系，有几点结论 ： q 油品的粘度随沸程的升高和密度增大而迅速增大油品的粘度随沸程的升高和密度增大而迅速增大 q 对于相同沸点的不同石油馏分：对于相同沸点的不同石油馏分： 含环状烃多则粘度高；环数越多，粘

19、度越大含环状烃多则粘度高；环数越多，粘度越大 q 当烃类分子中的环数相同时，其侧链越长则其粘度越大当烃类分子中的环数相同时，其侧链越长则其粘度越大 q 相同环数和碳数的芳香烃和环烷烃：相同环数和碳数的芳香烃和环烷烃：环烷烃环烷烃 芳香烃芳香烃 上述结论说明了液体的运动粘度中包含了分子结构的信息，而且环可以上述结论说明了液体的运动粘度中包含了分子结构的信息，而且环可以 认为是粘度的载体。认为是粘度的载体。 三、油品粘度与压力、温度的关系三、油品粘度与压力、温度的关系 1与温度的关系与温度的关系 温度升高，所有油品粘度下降；温度升高，所有油品粘度下降； 温度降低，所有油品粘度升高温度降低，所有油品

20、粘度升高 粘温性质：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 粘温性质的表示法粘温性质的表示法 q 粘度比粘度比：50 /100；比值越小，则粘温性质越好 ；比值越小，则粘温性质越好 q 粘度指数粘度指数(VI) 粘度指数越高，表示油品的粘温性质越好粘度指数越高，表示油品的粘温性质越好 当粘度指数当粘度指数(VI)为为0100时：时： 100 HL UL VI 当粘度指数等于或大于当粘度指数等于或大于100时时： 100 00715.0 110 N VI Y UH N

21、 lg lglg 粘温性质与分子结构的关系粘温性质与分子结构的关系 正构烷烃的粘温性质最好正构烷烃的粘温性质最好，分支程度较小的异构烷烃的粘温性，分支程度较小的异构烷烃的粘温性 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；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； 环状烃环状烃(包括环烷烃和芳香烃包括环烷烃和芳香烃)的粘温性质比链状烃的差；的粘温性质比链状烃的差； 当分子中当分子中环数相同环数相同时，其时，其侧链越长粘温性质越好侧链越长粘温性质越好，但侧链上如，但侧链上如 有分支也会使粘温性质变差有分支也会使粘温性质变差 石油及石油馏分的粘温性质石油及石油馏分的粘温性

22、质 q 石油各馏分的粘度都随着其沸程的升高而增大石油各馏分的粘度都随着其沸程的升高而增大 相对分子质量增大相对分子质量增大 环状烃含量增多所致环状烃含量增多所致 q 当石油馏分的沸程相同时当石油馏分的沸程相同时 石蜡基原油的粘度最小石蜡基原油的粘度最小, , 中间基居中中间基居中, , 环烷基的最大环烷基的最大 q 石油及其馏分的粘温性质石油及其馏分的粘温性质 石蜡基原油的馏分最好石蜡基原油的馏分最好 , , 中间基居中中间基居中, , 环烷基最差环烷基最差 2粘度与压力的关系粘度与压力的关系 q 低压对粘度的影响不大低压对粘度的影响不大 q 当压力高于当压力高于40atm时，需要考虑压力的影

23、响时，需要考虑压力的影响 )01638. 00239. 0( 89476. 6 log 278. 0 0 0 p q 此式不适用于压力大于此式不适用于压力大于70MPa70MPa的情况的情况 四、油品的混合粘度四、油品的混合粘度 油品混合物的粘度无可加性油品混合物的粘度无可加性 第四节第四节 油品的燃烧性能油品的燃烧性能 一、一、 油品的闪点油品的闪点 (flash point) 1爆炸上限和下限爆炸上限和下限 石油和石油产品大都是易燃易爆、作为重要燃料来使石油和石油产品大都是易燃易爆、作为重要燃料来使 用，研究其燃烧性能，对于安全使用燃料和了解燃料的使用用，研究其燃烧性能，对于安全使用燃料和

24、了解燃料的使用 性能均非常重要，性能均非常重要，主要用闪点、燃点和自燃点来描述。主要用闪点、燃点和自燃点来描述。 二、燃点和自燃点二、燃点和自燃点 燃点：燃点：油品在规定条件下加热到能被外部火源引燃并连续燃油品在规定条件下加热到能被外部火源引燃并连续燃 烧不少于烧不少于5 5秒钟时的最低温度秒钟时的最低温度 自燃点：自燃点：把油品预热到很高温度，然后使其与空气接触，则把油品预热到很高温度，然后使其与空气接触，则 不需引火，油品即可能因剧烈氧化而产生火焰自行燃烧，能不需引火，油品即可能因剧烈氧化而产生火焰自行燃烧，能 产生自燃的最低温度称为自燃点产生自燃的最低温度称为自燃点 三、闪点、燃点和自燃

25、点与油品的组成的关系三、闪点、燃点和自燃点与油品的组成的关系 p同族烃中，分子量增大，同族烃中，分子量增大，闪点增高，燃点增高，自燃点降低闪点增高，燃点增高，自燃点降低 p油品越轻，油品越轻，闪点越低，燃点越低，自燃点越高闪点越低，燃点越低，自燃点越高 第五节第五节 溶溶 解解 度度 在石油和天然气工业中，经常会遇到水和油品、油品在石油和天然气工业中，经常会遇到水和油品、油品 与溶剂的相平衡问题，其中包括气与溶剂的相平衡问题，其中包括气- -液和液液和液- -液平衡，大量液平衡，大量 的是溶解度问题。的是溶解度问题。 一、水在油中的溶解度一、水在油中的溶解度 q 水在油品中溶解度很小，但对油品使用性能产生恶劣的影水在油品中溶解度很小，但对油品使用性能产生恶劣的影 响。响。其主要原因是因为水在油品中的溶解度随温度升高而其主要原因是因为水在油品中的溶解度随温度升高而 增大。增大。 q 油品中的微量水会使油品的低温性能变差油品中的微量水会使油品的低温性能变差，特别是对航空