石油及油品的理化性质简介

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 注注 意意 事事 项项石油及油品的理化性质与其化学组成和分子结构密切相关；石油及油品的理化性质与其化学组成和分子结构密切相关； 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，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；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；性实验；为了便于油品之间相互比较

2、和对照，石油及油品的绝大部分性质为了便于油品之间相互比较和对照，石油及油品的绝大部分性质都是采用条件性实验进行测定。（严格规定的仪器、方法和条都是采用条件性实验进行测定。（严格规定的仪器、方法和条件），条件改变，结果也会改变；件），条件改变，结果也会改变； 石油及油品的各种试验方法有不同的级别，如石油及油品的各种试验方法有不同的级别，如ISOISO、GBGB、SHSH。 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。易的重要性质，用蒸汽压、沸程来描述。 一、

3、一、 蒸汽压蒸汽压 纯烃纯烃 P=f(T) P=f(T) 烃类混合物烃类混合物 P=PP=Pi iX Xi i=f(T,X) =f(T,X) 石油馏分石油馏分 P=f(T,e)P=f(T,e) 蒸气压的表示法蒸气压的表示法 雷德蒸汽压：雷德蒸汽压：T=38T=38，气体体积，气体体积液体体积液体体积=4=4真实蒸气压真实蒸气压( (泡点蒸汽压泡点蒸汽压) )：即：即e=0e=0时的蒸汽压时的蒸汽压 蒸气压的计算蒸气压的计算 二二、馏程馏程( (沸程沸程) ) 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

4、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。 恩氏蒸馏恩氏蒸馏(ASTM(ASTM蒸馏蒸馏) )（GB6536-86)GB6536-86) 将将100mL100mL油品放入标准的蒸馏瓶中，按规定条件加热，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，馏出物为流出第一滴冷凝液时的气相温度称为初馏点，馏出物为10%10%、20%90%20%90%时的气相温度别别称为时的气相温度别别称为10%10%、2

5、0%90%20%90%点，蒸点，蒸馏到最后所能达到的最高气相温度称为终馏点或干点。馏到最后所能达到的最高气相温度称为终馏点或干点。从从初馏点到干点（终馏点）的温度范围称为馏程。初馏点到干点（终馏点）的温度范围称为馏程。 1090%10%90馏出温度馏出温度恩氏蒸馏曲线斜率S 以气相馏出温度为纵坐标，馏出体积为横坐标，可以绘得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：恩氏蒸馏曲线中该油品的恩氏蒸馏曲线。对于轻质油品：恩氏蒸馏曲线中10%10%到到90%90%这一段很接近一条直线，因此可以用恩氏蒸馏曲这一段很接近一条直线，因此可以用恩氏蒸馏曲线的线的10

6、%10%到到90%90%之间的斜率来表示该油品的馏程宽窄。即恩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。氏蒸馏曲线的斜率越大，该油品的馏程范围越宽。 斜率斜率S S：表示从馏出：表示从馏出10%10%到到90%90%之间，每馏出之间，每馏出1%1%的沸点平均升高值的沸点平均升高值 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组分的相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。对含量，或用与不同油品之间的比较。

7、三、平均沸点三、平均沸点 1 1体积平均沸点体积平均沸点59070503010ttttttV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 2质量平均沸点质量平均沸点(t(tw w) )niiiWtwt1用途：用途：t tw w主要用于求定油品的真临界温度主要用于求定油品的真临界温度Tc Tc 3 3立方平均沸点立方平均沸点T Teueu 33/11)(iniiTvTcu用途：用途：T Teueu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 4实分子平均沸点实分子平均沸点t tm m iniimtxt1用途：用途：t tm m主要用于求油品的假临

8、界温度主要用于求油品的假临界温度(Tc)(Tc)和和 偏心因数偏心因数() () 5 5中平均沸点中平均沸点t tmeme2/ )(cummettt用途：用途：t tmeme用于求油品氢含量用于求油品氢含量,K,Pc,K,Pc,燃烧热和平均分子量燃烧热和平均分子量 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 1定义定义 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/cmg/cm3 3，kg/mkg/m3 3 我国规定我国规定2020时的密度为石油产品的标

9、准密度，时的密度为石油产品的标准密度，2020 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 常用的有常用的有d d4 42020( (我国我国) )，d d15.615.615.615.6( (欧美欧美) ) 5 .1315 .141)(6 .156 .15dAPI比重指数随着相对密度增大，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 Relative densityRelative densitySpecific Specific gravitygrav

10、ity2 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 分子量相近的不同烃类之间密度分子量相近的不同烃类之间密度有明显差别有明显差别 芳烃芳烃 环烷烃环烷烃 烷烃烷烃 如在如在2020时：苯时：苯0.87740.8774；环己烷；环己烷0.77800.7780；正己烷；正己烷 0.65720.6572，分子环数越多，密度越大；分子环数越多，密度越大； 同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 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，环烷基的一般来说，环烷基的 中间基的中间基的 石蜡基的石蜡基的 3

11、 3与温度、压力的关系与温度、压力的关系 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(2044tddt 在一定压力范围内，压力升高，对油品相对密度在一定压力范围内，压力升高，对油品相对密度的影响可以忽略，只有当压力极大的影响可以忽略，只有当压力极大( (几十兆帕几十兆帕) )时，时，才考虑压力对相对密度的影响才考虑压力对相对密度的影响 4 4油品的混合密度油品的混合密度 属性相近油品混合，混合密度可近似按可加性计算属性相近油品混合，混合密度可近似按可加性计算niiiiniiwv111混 属性相差很大的两类组分属性相差很大的两类组分( (如烷烃和芳香烃如烷烃和芳香烃

12、) )混合时，混合时， 体积可能增大体积可能增大 密度相差悬殊的两个组分密度相差悬殊的两个组分( (如重油和轻烃如重油和轻烃) )混合时，体混合时，体积可能收缩积可能收缩 二、特性因数二、特性因数( (K K;Waston factor;Characterization factor;Waston factor;Characterization factor) )1 1定义定义 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，所得曲线的斜率度作图，所得曲线的斜率 6 .156 .1536 .156 .153/216. 1/dKTdRTK2

13、 2不同烃类不同烃类K K值的大小值的大小 同族的烃同族的烃K K值相近，不同族的烃值相近，不同族的烃K K值不同值不同 富含烷烃的石油馏分富含烷烃的石油馏分K K值为值为12.512.513.013.0，富含芳，富含芳烃的石油馏分烃的石油馏分K K值为值为10101111 对于烷烃来说，支链增加对于烷烃来说，支链增加K K值下降；值下降； 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 K值增加；值增加； 对于芳烃来说，环数增加，对于芳烃来说，环数增加，K K值减小值减小 对于石油馏分，计算对于石油馏分，计算K K值时温度值时温度T T为中平均沸点为中平均沸点 3 3

14、用途用途 特性因数对于了解原油的分类和确定原油的加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工方案，油品的化学组成及油品的其它特性是十分有用的。用的。石油馏分的特性因数，结合相对密度或平均沸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理性质，如前面讲的蒸汽压及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。后面将要讲的分子量等。三、其他表征油品化学组成的参数三、其他表征油品化学组成的参数 相关指数相关指数BMCI(BMCI(美国矿务局相关指数美国矿务局相关指数) ) BMCI BMCI：Bureau of Mine

15、s Correlation Index 8 .4567 .473273486406 .156 .15dtBMCIv 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 0；芳香烃的相；芳香烃的相关指数最高关指数最高( (苯约为苯约为100) 100) 相关指数相关指数BMCIBMCI这个指标广泛用于表征裂解乙烯原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。料的化学组成，希望是越小越好。 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（VRVR），特性因数就不能很好地表征其化学组成），特性因数就不能很好地表征其化学组成特性。因此石油大

16、学重质油国家重点实验室对原特性。因此石油大学重质油国家重点实验室对原有的特性因数有的特性因数K K进行了修正，提出了一个表征渣油进行了修正，提出了一个表征渣油特征的特征参数特征的特征参数K KH H。 2041236. 010dCHKMH三、平均相对分子质量三、平均相对分子质量1 1定义定义 在炼油设备计算中，应用最多的是数均相对分子质量在炼油设备计算中，应用最多的是数均相对分子质量niiniiniiniiiiniinNWNMNMnM111112 2油品分子量的变化规律油品分子量的变化规律 汽油：汽油：100100120120 煤油：煤油：180180200200 柴油：柴油：21021024

17、0240 低粘度润滑油：低粘度润滑油：300300360360 高粘度润滑油：高粘度润滑油：370370500 500 3 3计算计算混合油品的平均相对分子质量可以按加和法进行计算混合油品的平均相对分子质量可以按加和法进行计算niiiniimMWWM11经验关联式经验关联式 第三节第三节 油品的流动性能油品的流动性能 一、粘一、粘 度度1 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，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。就是粘度。粘度是评定油品流动

18、性的指标，是喷气燃料、柴油、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。对润滑油的分级、质量鉴定具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可缺少的物理常数。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。 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 2粘度的分类粘度的分类原油

19、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.g.sc.g.s制制 泊泊(P,poise)(P,poise) 厘泊厘泊(cP)(cP) SISI制制 Pa.s Pa.s 1Pa.s=1000cP1Pa.s=1000cP石油产品石油产品运动粘度运动粘度=/=/ c.g.sc.g.s制制( (沱，沱，Stoke) Stoke) 厘斯厘斯( (厘沱厘沱) ) SISI制制mmmm2 2/s/s 1cSt=1mm1cSt=1mm2 2/s/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) (Saybolt Viscosit

20、y) SUS SUS 或或 SFSSFS 恩氏粘度恩氏粘度(Engler Viscosity)(Engler Viscosity)条件度，条件度，E E 雷氏粘度雷氏粘度(Redwood Viscosity) (Redwood Viscosity) RIS RIS 条件粘度条件粘度 各种粘度的近似关系：各种粘度的近似关系： 运动粘度运动粘度(mm(mm2 2/s):/s):恩氏粘度恩氏粘度( (条件度，条件度，E):E):赛氏通用赛氏通用 粘度粘度(SUS):(SUS):雷氏粘度雷氏粘度(RIS) =1:0.132:4.62:4.05 (RIS) =1:0.132:4.62:4.05 3 3粘

21、度的测定粘度的测定 毛细管粘度计：牛顿型流体毛细管粘度计：牛顿型流体旋转粘度计：非牛顿型流体旋转粘度计：非牛顿型流体二、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 黏度反映液体内部分子间的摩擦力，因此黏度必然与油品的黏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，有关分子结构和大小密切相关，有关与组成的关系，有几点结论与组成的关系，有几点结论 ： 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 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，粘度越大含环状烃多则粘度高；环数越多，

22、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当烃类分子中的环数相同时，其侧链越长则其粘度越大 相同环数和碳数的芳香烃和环烷烃：环烷烃相同环数和碳数的芳香烃和环烷烃：环烷烃 芳香烃芳香烃 上述结论说明了液体的运动黏度中包含了分子结构的信息，上述结论说明了液体的运动黏度中包含了分子结构的信息，而且环可以认为是黏度的载体。而且环可以认为是黏度的载体。 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 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，所有油品粘度升高 粘温性质：油品的粘度随温度变化的

23、性质粘温性质：油品的粘度随温度变化的性质 Tmbalg)lg(lg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 Relation of viscosity and temperature粘温性质的表示法粘温性质的表示法 粘度比：粘度比：5050/100100；比值越小，则粘温性质越好；比值越小，则粘温性质越好 粘度指数粘度指数(VI) (VI) 当粘度指数当粘度指数(VI)(VI)为为0 0100100时：时： 100HLULVI当粘度指数等于或大于当粘度指数等于或大于100100时：时： 10000715.0110NVIYUHNlglglg粘度指数越高，表示油品的粘温