石油及油品的理化性质简介

第三章石油及油品的物理性质

2023/2/61炼油工艺学注意事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，都是条件性实验；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ISO、GB、SH。

2023/2/62炼油工艺学第一节蒸汽压、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、蒸发难易的重要性质，用蒸汽压、沸程来描述。一、蒸汽压定义：是在某一温度下一种物质的液相与其上方的气相呈平衡状态时的压力，也称饱和蒸气压。蒸气压愈高的液体愈易于气化。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。对某一纯烃而言，其蒸气压是随温度的升高而增大。2023/2/63炼油工艺学纯烃

P=f(T)烃类混合物

P=ΣPiXi=f(T,X)石油馏分

P=f(T,e)

蒸气压的表示法

雷德蒸汽压：T=38℃，气体体积∶液体体积=4真实蒸气压(泡点蒸汽压)：即e=0时的蒸汽压

蒸气压的计算两种蒸气压可通过图表进行换算。

2023/2/64炼油工艺学二、馏程(沸程)

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。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测定法——恩氏蒸馏。

恩氏蒸馏(ASTM蒸馏)（GB6536-86)

将100mL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10%、20%……90%时的气相温度别别称为10%、20%……90%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。从初馏点到干点（终馏点）的温度范围称为馏程。

2023/2/65炼油工艺学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10%到90%这一段很接近一条直线，因此可以用恩氏蒸馏曲线的10%到90%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。

斜率S：表示从馏出10%到90%之间，每馏出1%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。

2023/2/66炼油工艺学大多数液体燃料规格中，只要求测定其具有代表性的初馏点、10%、50％和90％的馏出温度及干点。汽油的馏程40～200℃，轻柴油的馏程200～350℃，润滑油的馏程350～520℃。馏程的数据基本能反映油品组分轻重的相对含量，所以在原油评价中常用。馏程是发动机燃料等的重要质量指标。2023/2/67炼油工艺学三、平均沸点

1．体积平均沸点用途：由tv可求得其他平均沸点

2．质量平均沸点(tw)用途：tw主要用于求定油品的真临界温度Tc2023/2/68炼油工艺学3．立方平均沸点Teu

用途：Teu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tm

用途：tm主要用于求油品的假临界温度(Tc’)和偏心因数(ω)5．中平均沸点tme用途：tme用于求油品氢含量,K,Pc,燃烧热和平均分子量2023/2/69炼油工艺学第二节密度、相对密度、特性因数和平均相对分子质量(组成特性)

2023/2/610炼油工艺学一、密度和相对密度1．定义密度是单位体积物质在真空中的质量，g/cm3，kg/m3我国规定20℃时的密度为石油产品的标准密度，ρ20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，又称比重常用的有d420(我国)，d15.615.6(欧美)随着相对密度增大，比重指数的数值下降RelativedensitySpecificgravity2023/2/611炼油工艺学第12届世界石油会议规定对原油的分类：

API度>31.1的原油为轻质原油；

API度在31.1～22.3之间，为中质原油；

API度在22.3～10.0之间，为重质原油；

API度<10.0，为特重原油。

2023/2/612炼油工艺学2．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有明显差别

芳烃>环烷烃>烷烃如在20℃时：苯0.8774；环己烷0.7780；正己烷0.6572，分子环数越多，密度越大；

同一种原油沸点增加，分子量增大，密度增大对不同原油，同样沸程，相对密度差别很大一般来说，环烷基的>中间基的>石蜡基的2023/2/613炼油工艺学3．与温度、压力的关系同一油品，温度上升，相对密度减小在一定压力范围内，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(几十兆帕)时，才考虑压力对相对密度的影响2023/2/614炼油工艺学4．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差很大的两类组分(如烷烃和芳香烃)混合时，体积可能增大密度相差悬殊的两个组分(如重油和轻烃)混合时，体积可能收缩

2023/2/615炼油工艺学二、特性因数(K;Wastonfactor;Characterizationfactor)1．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度作图，所得曲线的斜率2．不同烃类K值的大小同族的烃K值相近，不同族的烃K值不同

富含烷烃的石油馏分K值为12.5～13.0，富含芳烃的石油馏分K值为10～11

2023/2/616炼油工艺学对于烷烃来说，支链增加K值下降；而对于环烷烃和芳烃来说，支链数增加K值增加；对于芳烃来说，环数增加，K值减小对于石油馏分，计算K值时温度T为中平均沸点

3．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，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。2023/2/617炼油工艺学三、其他表征油品化学组成的参数

①相关指数BMCI(美国矿务局相关指数)BMCI：BureauofMinesCorrelationIndex

正构烷烃的相关指数最小，基本为0；芳香烃的相关指数最高(苯约为100)

相关指数BMCI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。

2023/2/618炼油工艺学

特征参数KH②

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。因此石油大学重质油国家重点实验室对原有的特性因数K进行了修正，提出了一个表征渣油特征的特征参数KH。

2023/2/619炼油工艺学通过KH可以对渣油的加工性能进行分类：

第一类：KH>7.5二次加工性能好第二类：6.5<KH<7.5二次加工性能中等第一类：KH<6.5二次加工性能差

通过多国内外10几种渣油的使用，发现KH较好地反映了渣油的特征和化学组成极其裂化性能，产品收率与KH有良好的对应关系。

2023/2/620炼油工艺学三、平均相对分子质量1．定义在炼油设备计算中，应用最多的是数均相对分子质量2．油品分子量的变化规律汽油：100～120

煤油：180～200

柴油：210～240

低粘度润滑油：300～360

高粘度润滑油：370～5002023/2/621炼油工艺学3．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经验关联式2023/2/622炼油工艺学第三节油品的流动性能

一、粘度1．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。

2023/2/623炼油工艺学2．粘度的分类原油的粘度动力粘度(绝对粘度)c.g.s制泊(P,poise)

厘泊(cP)

SI制Pa.s1Pa.s=1000cP石油产品运动粘度γ=η/ρ

c.g.s制(沱，Stoke)厘斯(厘沱)SI制mm2/s

1cSt=1mm2/s

2023/2/624炼油工艺学专门用于表示油品粘度的指标赛氏粘度(SayboltViscosity)SUS或SFS

恩氏粘度(EnglerViscosity)条件度，E

雷氏粘度(RedwoodViscosity)RIS条件粘度各种粘度的近似关系：运动粘度(mm2/s):恩氏粘度(条件度，E):赛氏通用粘度(SUS):雷氏粘度(RIS)=1:0.132:4.62:4.053．粘度的测定毛细管粘度计：牛顿型流体旋转粘度计：非牛顿型流体2023/2/625炼油工艺学二、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分子结构和大小密切相关，有关υ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>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，而且环可以认为是黏度的载体。

2023/2/626炼油工艺学三、油品粘度与压力、温度的关系

1．与温度的关系温度升高，所有油品粘度下降；温度降低，所有油品粘度升高①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的变化幅度小，则称为油品的粘温性质好

Relationofviscosityandtemperature2023/2/627炼油工艺学②粘温性质的表示法粘度比：υ50℃/υ100℃；比值越小，则粘温性质越好粘度指数(VI)

当粘度指数(VI)为0～100时：

当粘度指数等于或大于100时：

粘度指数越高，表示油品的粘温性质越好

2023/2/628炼油工艺学③粘温性质与分子结构的关系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(包括环烷烃和芳香烃)的粘温性质比链状烃的差；当分子中环数相同时，其侧链越长粘温性质越好，但侧链上如有分支也会使粘温性质变差2023/2/629炼油工艺学④石油及石