石油炼制工程-4质量要求

1第四章石油产品的质量要求2

从石油中能得到上千种产品，我国现将石油产品分为以下六大类：

（1）燃料包括汽油、柴油、喷气燃料（航空煤油）等发动机燃料以及灯用煤油、燃料油等。燃料的数量约占石油产品的80％，其中发动机燃料占60%；柴油和汽油的比例为2：1，而实际消费的比例在2.2：1。

（2）润滑剂和有关产品包括润滑油和润滑脂，主要用于降低机械部件的摩擦和防止磨损，以减少能耗、延长机械寿命。产量不多，仅占石油产品总量的2％左右，但品种达数百种之多。3

（3）石油沥青用于道路、建筑和防水等方面，产量约占石油产品总量的3％。

（4）石油蜡是轻工、化工和食品工业的原料，产量约占总量的1％。（5）石油焦用于制造炼铝和炼钢用电极，其产量约为2％。（6）溶剂和化工原料占石油产品产量的10％，包括制取乙烯的原料－轻油、石油芳烃和各种溶剂油。4

汽油机又称点燃式发动机，主要用于轻型汽车、摩托车、小型飞机和快艇。一、汽油机的工作原理§4.1汽油1、汽油机的构造及工作原理∆∆5上止点和下止点：压缩比：V1/V2，表征发动机性能的重要指标；冲程：从上止点到下止点的直线距离。6冲程1：进气过程混合气温度：85～130℃冲程2：压缩过程混合气温度：300～450℃

混合气压力：0.7～1.5MPa冲程3：点火燃烧（作功过程）气体最高温度：2000～2500℃气体最高压力：3.0～4.0MPa冲程4：排气过程废气温度：700～800℃7一、汽油机的工作原理§4.1汽油2、汽油机对燃料的使用要求①所有工况下，具有足够挥发性以形成可燃混合气；②燃烧平稳，不产生爆震燃烧现象；③储存安定性好，生成胶质的倾向小；④对发动机没有腐蚀作用；⑤排出的污染物少。8

二、汽油的蒸发性

∆∆反映蒸发性的主要指标是馏程和饱和蒸汽压。

（2）50％馏出温度表示汽油的平均蒸发性能，对汽油机的加速性能有影响，我国要求≤120℃。

1、馏程（1）10％馏出温度表示汽油中所含低沸点馏分的多少，决定汽油机的启动难易程度，我国要求≤70℃。9

（3）90％馏出温度和干点表示汽油中所含重馏分的多少，我国要求90％馏出温度≤190℃，干点≤205℃

。

2、饱和蒸汽压雷德蒸汽压（RVP)：GB257，燃料气：液＝4：1，38℃。衡量汽油产生气阻、储存运输中的损耗指标。车用汽油：秋冬季：RVP≯80～88kPa

春夏季：RVP≯67～74kPa10

三、汽油的安定性反映汽油在常温、液相条件下抵抗氧化的能力。

1、安定性与化学组成的关系汽油中的不饱和烃是导致性质不安定的主要原因，易发生氧化和叠合反应，生成胶质。

产生胶质的倾向：链烯烃<环烯烃<二烯烃

含硫化合物，如硫酚和硫醇，促进胶质的生成；

含氮化合物，导致胶质的生成；汽油在空气中变红变深，产生沉淀。112、影响安定性的外界因素（1）温度：每升高10℃，胶质生成速度快2.5倍；（2）金属的催化作用；（3）与空气的接触面积。3、评定安定性的指标（1）碘值

100g汽油所消耗的碘的克数。（2）实际胶质

150℃的热空气吹过100ml汽油表面蒸发至干所留下的棕色或黄色残余物的mg数。12

（3）诱导期一定量的油样放入标准钢筒中，充入氧气0.7MPa，放入100℃的水中，至氧压明显下降所经历的时间，以分钟表示。4、改善汽油安定性的方法精制除去不饱和烃和非烃化合物；加入适量的抗氧化剂和金属钝化剂。13

四、汽油的抗爆性衡量燃料是否易于发生爆震燃烧的性质。

1、爆震燃烧（1）现象14

（2）危害增大气缸的热损失，降低输出功率10％；发动机过热，机件磨损；燃料消耗增加，冒黑烟。（3）原因发动机的结构和工作条件；燃料质量。15

2、反映汽油抗爆性的指标－辛烷值（1）辛烷值（OctaneNumber,ON）是在标准的试验用可变压缩比单缸汽油发动机中，将待测试样与标准燃料试样进行对比试验测得的。标准燃料正庚烷ON=0异辛烷（2，2，4－三甲基戊烷）ON＝10016

（2）测定方法马达法（MON):900r/min，冷却水100℃，混合气150℃；研究法（RON):600r/min，冷却水100℃，混合气温度不计。

RON>MON

（3）道路辛烷值用汽车实测或全功率试验台上模拟汽车在公路上行驶的条件测定的，数值介于RON和MON之间。17

（4）抗爆指数ONIONI＝（MON+RON)/2

（5）品度对航空汽油，还规定了用增压航空法测定在富混合气条件下的抗爆性，称为品度。品度是汽油在富混合气条件下，不发生爆震燃烧所发生的最大功率与用异辛烷（品度为100）工作所发出的最大功率之比。183、抗爆性与燃料组成的关系

分子量相近时，辛烷值的高低有如下规律：芳香烃>异构烷烃和异构烯烃>正构烯烃和环烷烃>正构烷烃；19烃类RONMON烷烃正戊烷62622－甲基丁烷92902，2－二甲基丙烷8580正己烷25262－甲基戊烷73732，2－二甲基丁烷9293正庚烷002－甲基己烷42462，2－二甲基戊烷93962，2，3－三甲基丁烷>100>100烷烃分子的碳链上分枝越多、排列越紧凑，抗爆性越好；20烃类RONMON烯烃1－己烯76632－己烯93814－甲基－2－戊烯99841－辛烯29352－辛烯56563－辛烯72682，2，4－三甲基－1－戊烯>10086烯烃比同碳数直链烷烃好，双键越接近中间，抗爆性越好；21烃类RONMON环烷烃环戊烷-85甲基环戊烷9180乙基环戊烷6761正丙基环戊烷3128异丙基环戊烷8176环己烷8377甲基环己烷7571乙基环己烷4641正丙基环己烷1814环烷烃比同碳数的正构烷烃好得多，但比异构烷烃的差；如环上带侧链则抗爆性变差，链越长，辛烷值越低，侧链有分枝，改善；22烃类RONMON芳香烃苯>100>100甲苯>100>100二甲苯>100>100乙苯>10098正丙苯>10098异丙苯>100991，3，5－三甲基苯>100>100芳烃的抗爆性最好，带侧链稍差，其辛烷值随侧链的加长而降低。234、改善汽油抗爆性的方法调和高辛烷值的催化裂化汽油或催化重整汽油；调和高辛烷值组分，如烷基化油、MTBE、TAME；加入抗爆剂，如四乙基铅（TEL）。MTBE的性质辛烷值高，RON=118，MON＝101；无毒，稳定性好；加入后不改变汽油的性质；可以改善汽油的馏程；可以减少NO、CO的排放。245、压缩比与爆震燃烧的关系汽油机的压缩比越大，所需汽油辛烷值越高；1920s，压缩比只有4～5，现已达8～10，相应的辛烷值也从80提高到90甚至97。车型压缩比RON油耗，L/100km标致5048.09011.0北京2138.29011.0桑塔纳8.5939.0奥迪10010.0978.725

六、汽油的品种与牌号

用途航空汽油：按辛烷值/品度分为100/130、95/130、75车用汽油车用汽油：按RON分为90、93、95含铅汽油：按RON分为90、93、97

五、汽油的腐蚀性影响汽油腐蚀性的物质：（1）硫及含硫化合物；（2）有机酸主要是环烷酸；（3）水溶性酸碱。26无铅汽油标准（2000.7.1）抗爆性:研究法辛烷值（RON）不小于909395GB/T5487抗爆指数（RON+MON）/2不小于858890GB/T503，GB/T5487铅含量,g/l不大于0.005GB/T8020馏程:10%蒸发温度,℃不高于7050%蒸发温度,℃不高于120GB/T653690%蒸发温度,℃不高于90终馏点,℃不高于205残留量,%（V/V）不大于2蒸气压,kpa从9月16日至3月15日不大于88GB/T8017从3月16日至9月15日不大于7427实际胶质,mg/100ml不大于5GB/T8019诱导期,min不小于480GB/T8018硫含量,%（m/m）

不大于0.10GB/T3807硫醇（满足下列要求之一）:博士试验通过硫醇硫含量,%（m/m）不大于0.001GB/T1792铜片腐蚀（50℃,3h）,级不大于1GB/T5096水溶性酸或碱无GB/T259机械杂质及水分无目测苯含量,%（V/V）

不大于2.5芳烃含量,%（V/V）

不大于40GB/T11132烯烃含量,%（V/V）

不大于35GB/T1113228

七、醇类汽油机燃料

在各种可以替代汽油的各种物质中，甲醇和乙醇是最有希望的燃料，它们可从天然气、煤或植物中转化而来。

1、优点（1）辛烷值高，甲醇114/95，乙醇111/94;

（2）不易积碳、冒黑烟，发动机清洁；（3）污染物排放少，对保护环境有利。2、缺点（1）热值比汽油小很多，掺入量≯

15％；（2）沸点低，易挥发，易产生气阻；（3）醇类对金属有一定的腐蚀性；（4）有毒性。29第二节柴油柴油是柴油机（又称压燃式发动机）的燃料，根据柴油机转速的不同，使用不同类型的柴油：转速>1000rpm:轻柴油转速500～1000rpm：重柴油

30

一、柴油机的工作原理柴油机又称压燃式发动机，主要用于农用机械、重型车辆、铁路机车、船舶、工程和矿山机械。

1、柴油机的工作原理∆∆工作循环和汽油机基本一样，也有进气、压缩、膨胀和排气四个过程。31

主要差别：∆∆（1）压缩比不同

柴油机约为16～20，压缩后气体的温度、压力比较高。

500～700℃，压力3～5MPa

（汽油机：300～450℃，压力0.7～1.5MPa）

（2）点燃方式不同柴油是自燃发火（自燃点200～250℃）汽油是电火花点火32

（3）热效率不同柴油机的热效率高于汽油机，功率相同时可节省燃料20～30％。2、柴油机对燃料的使用要求具有良好的雾化、蒸发和燃烧性能；良好的燃料供给性能；对发动机没有腐蚀和磨损作用；良好的储存和热安定性。33

二、柴油的燃烧性柴油的燃烧性好是指喷入燃烧室内与高温空气形成可燃混合气后，能在较短的时间内发火自燃并完全燃烧。1、柴油机内燃料的燃烧过程分为四个阶段：滞燃期、急燃期、缓燃期、后燃期。3435滞燃期（发火延迟期）：A-B,从喷油开始到混合气开始着火燃烧之间的时间，1～3ms。物理延迟：喷油、雾化、受热、蒸发、扩散成可燃气；化学延迟：燃料受热开始氧化链反应，生成过氧化物，达一定浓度便自燃。36急燃期：B-C，开始燃烧，速度极快，到压力不再急剧增加的阶段；缓燃期:C-D，主要阶段，50～60%燃料在这段燃烧，压力不再急剧升高，到压力开始下降。后燃期：D-E，压力迅速下降到燃烧结束。37∆∆汽油自燃点不能太低，不能易燃；∆∆柴油自燃点不能太高，要易燃。38

2、柴油发火性能的评定指标―十六烷值柴油的十六烷值（CetaneNumber,CN)也是在标准的试验用柴油机中测定的。标准燃料－甲基萘CN=0七甲基壬烷CN=15

正十六烷CN＝10039十六烷值低，则燃料发火困难，滞燃期长，发动机工作状态粗暴；十六烷值高，发火性能好，滞燃期短，燃烧均匀，发动机工作平稳；十六烷值过高，局部燃烧不完全，冒黑烟。高速柴油机：40～60

中速柴油机：30～35

低速柴油机：<2540

3、十六烷值与化学组成的关系各种烃类的十六烷值显著不同，大体规律如下：正构烷烃十六烷值最高，分子量大CN高；异构烷烃的CN低于正构烷烃；正构稀烃CN较高；环烷烃CN低；芳烃CN最低。414243

三、柴油的蒸发性

1、蒸发性对柴油机工作的影响柴油机内可燃性混合气的形成速度主要由柴油的蒸发速度决定；蒸发速度由燃烧室内空气的温度和馏分轻重决定；44柴油馏分越轻，蒸发速度越快；柴油馏分过重，蒸发慢，燃烧不完全，功率下降，油耗增加；馏分过轻，蒸发太快导致气缸内压力急剧上升，发动机工作不稳定。45

2、评定指标

（2）90％及95％馏出温度表示柴油所含重馏分的多少，我国要求前者≯355℃，后者≯365℃。

1、馏程（1）50％馏出温度表示柴油中所含轻馏分的多少，决定柴油机的启动难易程度，我国要求≯300℃。462、闪点为了控制柴油的蒸发性不致过强，规定了柴油的闪点：－35号和－50号轻柴油闪点不低于45℃

－20号闪点不低于50℃

其余牌号闪点不低于55℃

柴油的闪点也是保证安全性的指标。47

四、柴油的流动性1、粘度柴油的粘度影响供油量的大小和雾化性能的好坏。粘度过小或过大，都会影响形成均匀的混合气，造成燃烧不完全。粘度大小与化学组成有关。482、低温流动性柴油的低温流动性关系到发动机供油情况、储存和运输。（1）凝点（2）冷滤点低温流动性与化学组成有关，正构烷烃的含量越高，低温流动性越差。49

第三节喷气燃料（航空煤油)点燃式发动机：飞行高度低于10000m,

飞行速度低于900km/hr喷气式发动机：飞行高度超过20000m,

飞行速度超过2马赫，1马赫＝1190km/hr50

一、喷气发动机的工作过程

1、喷气发动机的构造和工作过程51

喷气发动机与活塞发动机的区别：（1）喷气发动机中燃料与空气同时连续进入燃烧室，点燃后燃烧过程连续进行；而活塞发动机的燃料供给和燃烧是周期性的；（2）喷气发动机中燃烧是在高速气流中进行，而活塞发动机燃料的燃烧是在密闭的空间进行。52脉冲式喷气飞机53

2、喷气发动机对燃料的要求∆喷气发动机的能量转化过程是在高空飞行条件下，对燃料的质量要求非常严格：(1)良好的燃烧性能；(2)适当的蒸发性；(3)较高的热值和密度；(4)良好的安定性；(5)良好的低温性能；(6)无腐蚀性；(7)良好的洁净性；(8)较小的起电性；(9)适当的润滑性。54

二、喷气燃料的燃烧性能

1、燃料的起动性、燃烧稳定性及燃烧完全度燃料起动性：在较低压力（0.01～0.02MPa）、较低温度（－55℃

）下易形成可燃混合气并顺利点燃。取决于燃料的自燃点、着火延滞期、燃烧极限、燃料蒸发性能和粘度等。55∆喷气燃料燃烧时，最基本的要求首先是易于启动和燃烧稳定，其次是要求燃烧要完全。

燃烧稳定性：连续稳定的燃烧，与燃料的烃类组成及馏分轻重有关。烷烃与环烷烃是较理想的组分，理想的馏分是煤油馏分。燃烧完全度：单位质量的燃料燃烧时实际发出的热量占燃料净热值的百分率，直接影响动力性能、航程远近和经济性能。受燃料的粘度、蒸发性和化学组成的影响。

56各种烃类燃烧完全度的大小顺序是：正构烷烃>异构烷烃>单环环烷烃>双环环烷烃>单环芳烃>双环芳烃喷气燃料中芳烃的体积分数不能大于20％572、积炭的倾向积炭的倾向取决于燃烧室的构造、发动机的工作条件和燃料性质，特别是化学组成。各种烃类在燃烧室中生成积炭的比较试验时间（１５分钟）烃类积炭，克正庚烷很少异辛烷很少环己烷0.45苯1.64甲基萘2.7958

表征积炭倾向的指标是：萘系烃的含量、烟点和辉光值。烟点：又称无烟火焰高度，是指油料在标准灯具中作点灯试验所能达到的无烟火焰的最大高度，单位mm，指标≮25mm。593、热值和密度喷气燃料的热值有质量热值（kJ/kg）、体积热值（kJ/dm3）。质量热值大，发动机的推力就大，耗油率低；该热值与H/C有关。体积热值大，可以延长航程；它与密度有关。

H/C:烷烃>环烷烃>芳烃，密度则相反。兼顾质量热值和体积热值，环烷烃是理想组分。60C10烃类的密度、重量热值和体积热值烃类相对密度重量热值kJ/kg体积热值kJ/dm3正庚烷0.72994425432300丁基环己烷0.79924343834716丁基苯0.8646415043588461

三、喷气燃料的安定性

1、储存安定性

喷气燃料在储存过程中易起变化的指标有胶质、酸度和颜色等。胶质和酸度的变化受少量不安定组分如烯烃、带不饱和侧链的芳烃和非烃的影响。温度、空气、金属和水分，都能促进喷气燃料的变质。622、热安定性飞机在超音速飞行时，油箱温度达100℃以上；燃料中的不安定组分容易氧化生成胶质和沉淀。燃料中的芳烃、胶质和含硫化合物会使热安定性明显变差。63

四、喷气燃料的低温性能

是指在低温下燃料在飞机燃料系统中能否顺利泵送和过滤的性能，用结晶点或冰点来表示。不同烃类的结晶点相差悬殊，分子量较大的正构烷烃及某些芳烃的结晶点较高，而环烷烃和烯烃的较低。燃料中如果含有水分，在低温下会形成冰晶，造成过滤器堵塞，影响供油。水在不同烃类中的溶解度是不同的。64水在各种烃类中的溶解度烃类温度，℃溶解度，％正戊烷250.011正庚烷250.015苯220.066甲苯220.052二甲苯220.03865

六、喷气燃料的洁净度

∆∆由于喷气发动机的精密度很高，即使较细的颗粒也会造成故障，对燃料的洁净度要求较高，影响洁净度的有水分、表面活性物质、固体物质及微生物。水分除了对燃料的腐蚀性和低温性能产生不良影响，还会破坏燃料在系统部件中所起的润滑作用，并导致絮状物的生成和微生物的滋长。燃料中游离水的含量低于30ppm。66

表面活性物质会增强油水乳化，使油中的水分不易分离，并促使一些细微杂质聚集在过滤器表面，大大缩短过滤器的使用周期。固体物质主要是腐蚀产生的氧化铁和尘土等。67

七、喷气燃料的起电性

机场采用高速加油，4m3/min,燃料与管路的摩擦会产生大量的静电，如遇可燃气，就会爆炸起火。燃料的导电率会影响静电荷的积累，导电率大的燃料静电荷消失快。质量标准中要求电导率为50～450Ps/m。68

八、喷气燃料的品种和牌号喷气燃料（生产方法分类）二次加工喷气燃料直馏喷气燃料喷气燃料（馏分分类）煤油型：140～280℃重煤油型：密度>0.83g/cm3宽馏分型：60～280℃－亚音速超音速69喷气燃料的牌号RP-3:较重煤油型，180～280℃，结晶点不高于－47℃；RP-4:宽馏分型，60～280℃，结晶点不高于－40℃；RP-1:煤油型，150～250℃，结晶点不高于－60℃；RP-2:煤油型，150～250℃，结晶点不高于－50℃；707172第四节煤油煤油是原油180～310℃的直馏馏分油，主要用于照明、炊事燃料、鱼雷燃料和医药、油漆溶剂，其中以灯用煤油量最大。

一、灯用煤油的使用性能灯用煤油是用灯芯吸油进行燃烧，要求吸油通畅、不结灯花、有亮度、不冒黑烟、无臭味、使用安全。73