石油及油品的物理性质市公开课获奖课件

1、第2章 石油及油品物理性质 本章主要内容：石油蒸发性能石油平均分子量与密度石油光学性质石油粘度石油热性质、电性质等第1页第1页第一节 石油及其馏分蒸馏第2页第2页第3页第3页第4页第4页第5页第5页一、恩氏蒸馏（馏程测定） 恩氏蒸馏是在石油产品馏程测定器中，按照要求原则办法（GB653686）进行简朴蒸馏，国外又将此办法称为ASTM蒸馏或恩氏蒸馏。 第6页第6页第7页第7页其测定过程下列:将100mL油品放入原则蒸馏瓶中，按要求加热速度进行加热。初馏点(Initial Boiling Point，简称IBP)：馏出第一滴冷凝液气相温度 。10%、20%90%馏出温度：馏出液达10ml、20ml

2、、直至90ml时气相温度 。终馏点(End Point)或干点：气相温度所能达到最高值。 第8页第8页 依据测得馏程数据，以气相馏出温度为纵坐标，以馏出体积百分数为横坐标作图即可得到某一油品蒸馏曲线。 第9页第9页大庆原油中汽油、喷气燃料、轻柴油馏分恩氏蒸馏曲线 第10页第10页普通用蒸馏曲线斜率来表示该油品沸程宽窄。 斜率越小，表示沸程越窄。 第11页第11页普通惯用平均沸点来表征其气化性能。油品平均沸点定义下列： 体积平均沸点tv（）：质量平均沸点tw（）： 第12页第12页立方平均沸点Tcu（K）：实分子平均沸点tm（ ）：中平均沸点tme（）： 第13页第13页第14页第14页除了查表

3、以外还能够通过经验公式进行关联：第15页第15页二、实沸点蒸馏 实沸点蒸馏(True Boiling-Point Distillation，TBP)又称真沸点蒸馏，是一个评价原油蒸馏办法。 测定装置：相称于1418块理论板数填充精馏柱精馏装置。 第16页第16页第17页第17页实沸点蒸馏测定过程：第一步常压蒸馏，切取从初馏点到200各个馏分 。第二步在残压为1.33KPa左右进行减压蒸馏，切取200395各个馏分。第三步在残压为0.27KPa下不用精馏柱减压蒸馏，切取395500各个馏分，釜底残液为500以上减压渣油。 第18页第18页原油实沸点蒸馏曲线第19页第19页第20页第20页三、平衡

4、气化 所谓平衡气化，也称为一次气化或闪蒸，这是指油品在一定压力和温度下保持气液两相平衡时进行分离。 平衡气化曲线是油品蒸馏装置设计基本依据之一，由于用试验办法求取比较麻烦，因此普通可从其馏程或实沸点蒸馏曲线关联而得。 平衡气化曲线初馏点，即0%馏出温度，为该油品泡点；终馏点，即100%馏出温度，为该油品露点。第21页第21页第22页第22页 这三种蒸馏各有其用途，对于同一个油样三种蒸馏曲线是不同。 从气相馏出曲线能够看出，就曲线斜率而言，平衡气化最平缓，实沸点蒸馏最陡，恩氏蒸馏介于二者之间。 这说明实沸点蒸馏分离准确度最高，馏程测定次之，而平衡气化最差。第23页第23页第24页第24页 为了取

5、得相同气化率，实沸点蒸馏达到液相温度最高，馏程测定次之，而平衡气化则最低。 实沸点蒸馏是精馏过程，精馏柱顶气相馏出温度与蒸馏釜中液相温度差可达数十度至上百度； 馏程测定由于蒸馏瓶颈散热产生少许回流，多少有一些精馏作用，因而造成气相馏出温度与液相温度之间有几度至几十度温差； 平衡气化时，则气相温度和液相温度是同样。第25页第25页第二节 平均分子量 石油分子量是进行炼油设计、关联石油物性、研究石油化学组成中所必不可少基础数据。因为石油及其产品是由许多分子大小不同化合物所组成复杂混合物，而各种合物分子量又各不相同，其范围也很宽，因此只能用平均分子量来表示。 第26页第26页一、平均分子量定义 因为

6、石油及其产品是一个多分散体系，用不同统计方法能够得到不同定义平均分子量。 第27页第27页1、 数均分子量数均分子量定义：体系中不同分子摩尔分率与其对应分子量乘积总和。式中：ni 组分i摩尔分率 Mi 组分i分子量 Ni 组分i摩尔数 Wi组分i质量 第28页第28页2、 重均分子量重均分子量定义：体系中不同分子质量分率与其对应分子量乘积总和。式中：wi组分i质量分率 第29页第29页 对同一个混合体系，两者是不相等，这是由于混合物中低分子量部分对 影响较大，而 主要受其中高分子量部分影响。普通而言， , / 比值（多分散系数）1, 能够表征该体系多分散程度，体系中分子量范围越宽，比值越大。第

7、30页第30页二、数均分子量测定办法测定办法冰点下降法沸点上升法蒸气压渗入法渗入压法第31页第31页（1）冰点下降法轻馏分(350) (2) 沸点升高法 (3) 蒸气压渗入法(Vapour Pressure Osmometry, 简称VPO法)事实上并不涉及渗入或渗入压，而是蒸气压平衡法，原理与沸点升高法相同，同样依据稀溶液依数性，只是它并不在沸腾状态，而是在低于其沸点情况下测定。只能测定沸点350 以上样品，分子量上限35000。第32页第32页第33页第33页第34页第34页第35页第35页三、石油馏分平均分子量近似计算办法石油馏分平均分子量还能够有一些经验公式进行计算，惯用经验公式有：

8、式中：t石油馏分实分子平均沸点() a,b,c 随馏分特性因数不同而 改变参数第36页第36页计算分子量经验公式中常数与特性因数关系特性因数K10.010.511.011.512.0a5657596369b0.230.240.240.2250.18c0.00080.00090.00100.001150.0014当实分子平均沸点相同时，K值越大时，其平均分子量也越大。 第37页第37页中国石油大学针对我国原油提出了下列计算平均分子量经验公式 ：Mn184.52.295T-0.2332KT 1.32910-5(KT)2-0.62217T式中：T馏分中平均沸点() K馏分特性因数 馏分油在20时密度

9、，g/cm3 第38页第38页四、石油及其馏分数均分子量几种原油馏分分子量分布 第39页第39页石油各馏分数均分子量是随馏分沸程上升而增大。当沸程相同时，石蜡基原油如大庆原油数均分子量最大，中间基原油如胜利原油次之，而环烷基原油如辽河欢喜岭原油最小。 第40页第40页石油各馏分平均分子量范围及与碳数关系 馏分沸程，碳数范围平均碳数平均分子量汽油馏分500C35709001100第41页第41页第三节 密度和相对密度 石油及油品密度及相对密度对生产、储藏和运送有着主要意义，在原油及产品计量和炼油装置设计等方面都是必不可少。 另外，油品密度还与其化学构成有着紧密联系，能够由他关联出诸多主要性质参数

10、。第42页第42页一、石油及其油品密度、相对 密度及其测定办法定义：单位体积内质量 单位为g/cm3或kg/m3 。油品体积随温度升高而膨胀，其密度也随之变小，提及密度时应标明温度。 第43页第43页 我国要求油品在20时密度为其原则密度，表示为20。 油品相对密度是其密度与要求温度下水密度之比值 ，没有单位。惯用 表示，在数值上等于t时油品密度。 第44页第44页我国惯用相对密度为 ，欧美各国则惯用 表示，两者之间可按下式进行换算：在欧美各国还惯用API度来表示油品尤其是原油相对密度，关系式下列： 第45页第45页油品密度测定办法 密度计法 比重瓶法 第46页第46页二、液体油品相对密度与温

11、度、压力关系 温度升高，油品体积膨胀，密度和相对密度减小。 在050温度范围内，t时相对密度与20 时相对密度之间存在下列关系 :油品体积膨胀系数 （0.00060.0010/）第47页第47页 液体受压后，体积改变不是太大，因而通常压力对液体石油产品密度影响能够忽略不计。但在很高压力下油品密度要受到压力影响 。第48页第48页三、混合油品密度 当属性相近两种或各种油品混合时，其体积含有可加性，因此混合油品密度mix可按下式计算： vi和wi组分i体积分率和质量分率 第49页第49页四、相对密度与化学构成关系 各族烃类相对密度 第50页第50页比较各种烃类相对密度：碳数相同而结构不同烃类，芳香

12、烃环烷烃烷烃。同族烃类，伴随碳数增加：正构烷烃相对密度增加正烷基环己烷相对密度增加 正烷基苯相对密度减小 第51页第51页0.8513第52页第52页当 为零时，所有直线 都等于0.8513。 对于任何一个链烷烃或烷基取代环状烃而言，当碳数无限大时，即碳链无限长时，即使分子中含有若干个芳香环或环烷环，这对它密度影响已微不足道了。 第53页第53页对于不同烃类分子，其中 k与Z值均不同。烃类分子碳数与其相对密度之间线性关系可用下式表示 ：第54页第54页烃类kZ正烷烃1.310.82正烯烃1.14650.44正烷基环戊烷0.59840正烷基环己烷0.52480正烷基苯-0.0535-4烃类相对密

13、度与碳数关系式中常数第55页第55页五、石油及其馏分相对密度 原油及其馏份相对密度（ ）范围 油品相对密度油品相对密度原油0.81.0轻柴油0.820.87汽油0.740.77减压馏份0.850.94航空煤油0.780.83减压渣油0.921.0第56页第56页不同原油各馏分相对密度 馏份, 大庆胜利孤岛羊三木IBP2000.74320.7446-0.76502002500.80390.82040.86520.86302503000.81670.82700.88040.89003003500.82830.83500.89940.91003504000.83680.86060.91490.932

14、04004500.85740.88740.93490.94334505000.87230.90670.93900.94835000.92210.96981.00200.9820原油0.85540.90050.94950.9492原油属性石蜡基中间基环烷-中间基环烷基第57页第57页比较不同原油相对密度：不同基属原油、相同沸程馏分环烷基原油中间基原油石蜡基原油 相同原油不同馏分随沸点升高相对密度随之增加 。第58页第58页环烷基原油由于其芳烃含量较高，因而其相对密度较大，而石蜡基原油因烷烃含量较高，因此其相对密度较小。相同原油馏分伴随其沸点升高，芳烃含量增长，而烷烃含量减少，因而其相对密度增长。

15、 第59页第59页六、特性因数和相关指数 特性因数K： 相关指数BMCI： 第60页第60页表3-3-3 烃类特性因数(K)与相关指数(BMCI)化合物特性因数K相关指数BMCI正己烷12.810.01正庚烷12.710.10正辛烷12.67-0.03正壬烷12.66-0.21正癸烷12.67-0.27环己烷10.9851.57甲基环己烷11.3239.87乙基环己烷11.3638.58第61页第61页化合物特性因数K相关指数BMCI正丙基环己烷11.5134.21正丁基环己烷11.6430.73苯9.7299.84甲基苯10.1482.91乙基苯10.3674.99正丙基苯10.6266.1

16、5正丁基苯10.8359.32第62页第62页正构烷烃K值最大，约为12.7，环烷烃次之，为1112，芳香烃最小，为1011 。正构烷烃BMCI最小，基本为零，环烷烃次之，在50下列，芳香烃最大，在100下列。换言之，油品BMCI越大，其芳香性越强，而BMCI越小，表明其石蜡性越强。 第63页第63页第四节 光学性质 光在介质中传播速度与介质化学构成和结构相关。 在研究石油构成与结构和产品质量检查时，惯用油品光学性质如折射率等来关联其化学构成和结构。 第64页第64页一、折射率测定 折射率定义：光在真空中速度与在介质中速度之比。油品折射率取决于：化学构成和结构。测定温度和入射光强度。 第65页

17、第65页惯用折射率测定仪是阿贝折光仪，所测得是钠黄光D线（波长为589.3nm）折射率，用nD表示。 折射率受温度影响，温度升高，折射率变小。普通来说，温度与折射率关系下式表示： 第66页第66页二、折射率与化学构成关系 图3-4-1 烃类折射率 与碳数关系 第67页第67页烷烃 最小，普通在1.31.4之间，芳香烃 最大，为1.5，环烷烃居中。对于同族烃类，烷烃和环烷烃 伴随分子量增长而增长，而单环芳烃 伴随分子量增长而减少。 第68页第68页烃类分子折射率与其分子结构关系和相对密度与分子结构关系是相同。烃类 其碳数倒数校正值 之间含有下列式线性关系： 因此 包括了分子结构信息 。第69页第

18、69页三、石油馏分及其组分折射率 石油馏份折射率 馏份,大庆原油胜利原油孤岛原油羊三木原油2002501.44841.45801.47741.47142503001.45611.46301.48881.48943003501.46271.46701.50091.50533504001.4493*1.4583*1.51021.5190原油属性石蜡基中间基环烷-中间基环烷基第70页第70页不同原油沸程相同馏分：石蜡基原油中间基原油环烷基原油同一个原油 不同馏分：折射率伴随沸程升高而增大 第71页第71页几种原油减压馏分及其组分折射率 馏分馏程组分大庆羊三木欢喜岭350400全馏分1.47901.5

19、1741.5192饱和分1.46101.48291.4800轻芳烃1.52081.54521.5454中芳烃1.58701.61251.6112重芳烃1.65501.62831.6559400450全馏分1.48751.52311.5268饱和分1.46951.49081.4909轻芳烃1.51871.54071.5411中芳烃1.57971.62791.6279重芳烃1.65681.65271.6519450500全馏分1.49991.52611.5345饱和分1.48201.49721.4980轻芳烃1.51411.53491.5402中芳烃1.56221.58501.5589第72页第7

20、2页饱和分 都在1.50下列；轻芳烃 为1.501.55；中芳烃 为1.551.63；重芳烃 普通不小于1.63。第73页第73页第五节 粘度 粘度是评估油品流动性质量指标，是油品尤其是润滑油质量原则中主要项目，也是炼油设计中不可缺乏物理性质 。 粘度是表达流体作相对运动时分子之间摩擦阻力大小指标。 第74页第74页1、绝对粘度（）绝对粘度又称动力粘度，它由牛顿方程式所定义 ：式中：F作相对运动两流层间内摩擦力(剪切力)，N； A两流层间接触面积，m2 dv两流层间相对运动速度，m/s dl两流层间距离，m 流体内部摩擦系数，即该流体绝对粘度，Pas 在SI单位制中，绝对粘度单位为Pas 。第

21、75页第75页2、运动粘度 惯用粘度是运动粘度，它是绝对粘度与相同温度和压力下液体密度之比值，即： 在SI单位中，运动粘度单位是mm2/s。 第76页第76页3、条件粘度 恩氏粘度 ：20 摄氏度以油品从恩氏粘度计流出200mL时间与流出200mL水所用时间之比值。（GER，EU）赛氏粘度 ：60mL油品流出赛氏粘度计时间（秒） 。 （UK，USA）雷氏粘度 ：50mL油品从雷氏粘度计中流出时间（秒） 。 （UK，USA）第77页第77页这几种粘度之间近似数值关系为：运动粘度（mm2/s） 1恩式粘度（E） 0.132赛式粘度（SUS） 4.62雷式粘度（RIS） 4.05第78页第78页二、

22、粘度测定办法 运动粘度测定办法是用毛细管粘度计法。 当油品在层流状态下流经毛细管时，其流动状态符合下列关系式：第79页第79页在毛细管粘度计中油品流动是靠本身重力作用，其压力Phg 。则有：令：即：c为毛细管粘度计常数，单位为mm2/s2。第80页第80页三、粘度与化学构成关系粘度既然反应是流体内部分子之间摩擦力，那么它必定与流体分子大小和分子结构有密切关系。第81页第81页烃类粘度 (25，Pas10-3) 化合物绝对粘度化合物绝对粘度化合物绝对粘度正己烷0.298环己烷0.895苯0.601正庚烷0.396甲基环己烷0.683甲苯0.550正辛烷0.514乙基环己烷0.785乙基苯0.63

23、5正壬烷0.668丙基环己烷0.931丙基苯0.796正癸烷0.859丁基环己烷1.204丁基苯0.957第82页第82页烃类分子中环数对粘度(98，mm2/s)影响 化合物运动粘度化合物运动粘度2.493.292.534.982.7410.103.82第83页第83页分子量相近（碳数相同）烃类，环状结构分子粘度不小于链状结构分子粘度，并且环数越多，粘度越大。因此分子中环状结构能够当作是粘度载体。 第84页第84页环状烃类侧链长度对于粘度(100)影响 化合物赛氏粘度化合物赛氏粘度148.0113.5208.0168.0当分子中环数相同时，侧链越长烃类化合物粘度越大。 第85页第85页四、粘度

24、与温度关系 油品粘度是随温度升高而减少。 1、油品粘度与温度关系式 lglg(0.6)bmlgT 第86页第86页第87页第87页2、粘度-温度关系表示办法表征油品粘温性质指标有两种：粘度指数（简称VI）H油：人为要求粘温性质良好宾夕法尼亚原油所有窄馏分粘度指数均为100。L油：人为要求粘温性质差德克萨斯海湾沿岸原油所有窄馏分粘度指数均为0。 第88页第88页当VI100时：式中：U试样在40时运动粘度 Y试样在100时运动粘度 H与Y相同H原则油在40时运动粘度 L与Y相同L原则油在40时运动粘度当VI为0100时：第89页第89页第90页第90页粘度指数VI越大，表明油品粘温性质越好，对于

25、粘温性质较差油品，其粘度指数也许是负数。 粘度比50时运动粘度与100时运动粘度比值。对于粘度水平相称油品 ，粘度比越小，表示该油品粘温性质越好。 第91页第91页五、粘温性质与分子结构之间关系各种烃类粘度指数(CI) 化合物CI化合物CIn-C261771251607214411740101-70第92页第92页各种烃类粘度指数(CI) 化合物CI化合物CI70144-61221081407753-15-66第93页第93页正构烷烃粘温性质优于异构烷烃，异构化程度越高，其粘温性质越差。环状烃（环烷烃和芳烃）粘温性质比链状烃要差，环数越多，粘温性质越差。分子中环数相同时，侧链越长，其粘温性质越

26、好。 第94页第94页总而言之，正构烷烃粘温性质最好，带有少分支长烷基侧链少环烃类和分支程度不高异构烷烃粘温性质比较好，多环短侧链环状烃类粘温性质很差。 第95页第95页六、石油及其馏分粘度与粘温性质石油减压馏分粘度比和粘度常数原油沸程，50,mm2/s100,mm2/s50/100VI大庆石蜡基3504006.912.662.6020040045015.824.653.40140新疆中间基35040013.003.703.518040045039.747.455.3370450500128.816.207.9560羊三木环烷基35040023.274.724.930400450146.313.6610.71-35450500356.923.3715.27300(开杯)爆炸下限第113页第113页 油品闪点与沸点相关。沸点越低油品闪点也低，安全性越差。 油品闪点与化学构成也相关系。粘度相同油品，石蜡基油品闪点就要高于环烷基油品。TF0.683TB71.7第114页第114页第115页第115页测定油品闪点办法：闭口杯闪点测定法 ：油品蒸发是在密闭容器中进行，适合用于轻质油品。 GB/T261 开口杯闪点测定法 ：油品蒸