汽车材料课件模块二汽车燃料

模块二汽车燃料本章概述：汽车的主要燃料包括石油、汽油、柴油和其他代用燃料。石油的组成比较复杂，它既不是由单质组成的，也不是由单一化合物组成，而是由多种化合物组成的混合物，其中碳和氮组成的烃类化合物占95%以上。汽油的使用性能直接影响到汽油机的工作性能，因此要求汽油应具有适宜的蒸发性、良好的杭爆性、杭腐性性、氧化安定性和清洁性。柴油的使用性能要求有低温流动性、燃烧性、私度、腐蚀性及清洁性等。虽然这两种燃料燃烧后的能量转化率低和时环境有污染，但目前汽车上使用的燃料仍主要是汽油和柴油。汽车代用燃料的研究已经成为世界各国研究的课题，石油气、液化天然气、醇类燃料、二甲醚、生物燃料、氢气等也可用作汽车燃料。课题一石油石油又称原油，是一种黏稠的液体，易燃烧，有特殊的气味，颜色非常丰富，有红、金、墨绿、黑、褐红、淡白色等;原油的颜色与它本身所含胶质、沥青质的含量有关，胶质、沥青质的含量越高原油的颜色越深，原油的颜色越浅其油质越好。原油的黏度范围很宽，凝固点差别很大，沸点范围为常温到500℃以上，可溶于多种有机溶剂，但不溶于水，可与水形成乳状液。石油被誉为“黑色的金子”、“工业的血液”，在国民经济中的地位和作用十分重要，它对于经济、政治、军事和人民生活的影响极大。日常生活中到处可见石油产品及其附属品的身影，如汽车上用到的汽油、柴油、石油气、润滑油、制动液以及塑料、纤维等，都是从石油中提炼出来的。课题一石油一、生成原因研究表明，石油的生成至少需要200万年的时间，在现今已发现的油藏中，时间最老的达5亿年之久。在地球不断演化的漫长历史过程中，有一些“特殊”时期，如古生代和中生代，大量的植物和动物死亡后，构成其身体的有机物质不断分解，与泥沙或碳酸质沉淀物等物质混合组成沉积层。由于沉积物不断地堆积加厚，导致温度和压力上升，随着这种过程的不断进行，沉积层变为沉积岩，进而形成沉积盆地，这就为石油的生成提供了基本的地质环境。大多数地质学家认为石油像煤和天然气一样，是古代有机物通过漫长的压缩和加热后逐渐形成的。按照这个理论石油是由史前的海洋动物和藻类尸体变化形成的。（陆上的植物则一般形成煤。）经过漫长的地质年代这些有机物与淤泥混合，被埋在厚厚的沉积岩下。在地下的高温和高压下它们逐渐转化，首先形成腊状的油页岩，后来退化成液态和气态的碳氢化合物。由于这些碳氢化合物比附近的岩石轻，它们向上渗透到附近的岩层中，直到渗透到上面紧密无法渗透的、本身则多空的岩层中。这样聚集到一起的石油形成油田。通过钻井和泵取人们可以从油田中获得石油。地质学家将石油形成的温度范围称为“油窗”。温度太低石油无法形成，温度太高则会形成天然气。课题一石油一、石油的分类1.化学分类根据石油的密度、沸点等物理化学特性，通常将以烷烃为主的石油称为石蜡基石油；以环烷烃、芳香烃为主的石油称环烃基石油；介于二者之间的石油称中间基石油。2.关键馏分特性分类用特定的仪器将石油在常压250℃~275℃和减压275℃~300℃下蒸馏出来的两个关键馏分，根据这两馏分测算出的特性因素，石油可分为:石蜡基、石蜡一中间基、中间一石蜡基、中间基、中间一环烷基、环烷一中间基和环烷基七种原油。3.工业分类在工业上通常按原油密度来分：相对密度小于0.852，称为轻质原油；相对密度在0.853到0.930为中质原油；相对密度在0.931-0.998之间为重质原油，相对密度大于0.998为特稠原油（单位：克每立方厘米）。4.商品分类(1)按含蜡量分类从石油中取出一馏分，其运动豁度为53(50℃)，然后测其凝点。当凝点低于-6℃时，称低蜡原油;当凝点在-6℃~21℃时，称含蜡原油;当凝点大于21℃时，称多蜡原油。(2)按含硫量分类含硫量小于0.5%的原油称为低硫原油；含硫量在0.5%~2%的原油称为含硫原油；含硫量大于2%的原油称为高硫原油。课题一石油三、石油的化学构成石油的主要化学元素是碳和氢。组成石油的各化学元素的含量依次是碳(83%-87%),氢(11%~14%)、硫(0.06%~0.8%)、氮(0.02%~1.7%)、氧(0.08%-1.82%)及微量金属元素镍、钒、铁等。各种元素在原油中不是以单质的结构存在，而是以相互结合的各种碳氢或非碳氢化合物存在，由碳和氢化合形成的烃类是石油的主要组成部分，约占95%~99%。不同产地的石油中，各种烃类的结构和所占比例相差很大，但主要有烷烃、环烷烃、芳香烃和不饱和烃四类。1.烷烃烷烃是开链的饱和烃。碳原子在10以内，以甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸命名，10以上者直接用数字十一、十二……。烷烃按其结构的不同可分为正构烷烃和异构烷烃两类。凡碳链为直链者为正构烷，有支链者为异构烷。如图2-1所示：课题一石油图2-1正辛烷与异辛烷结构课题一石油2.环烷烃环烷烃是闭链的饱和烃。它们的命名方法是在烷烃命名方法的基础上加一“环”字。如图2-2所示：图2-2环戊烷与环己烷结构课题一石油3.芳香烃芳香烃是一种碳原子环状结合，单、双键交替的不饱和烃。如图2-3所示：图2-3苯的结构课题一石油4.烯烃烯烃分子结构和烷烃相似，但烯烃碳原子中带有双键。一个双键的称为烯烃，两个双键的则称为二烯烃。如图2-4所示：图2-4乙烯与丁二烯结构课题一石油5.石油产品中的非烃化合物石油产品中还含有一些非烃化合物，在石油的炼制过程中，多数精制过程都是为了去除非烃化合物。他们对石油产品的使用性能和石油加工都有很大的影响，非烃化合物主要包括含氧化合物、含氮化合物、含硫化合物及胶质、沥青质等。石油产品中的非烃化合物主要是胶质和沥青质，其含量在石油中占10%~40%。课题一石油四、石油的馏分构成石油中各种碳氢化合物都有不同的沸点，因此随着对石油逐步加热，不同的温度使不同沸点的成分蒸发出来。这些蒸发出来的成分，通常称为馏分。将某一温度范围内蒸发出来的成分积聚后再分离出来，就可以得到不同成分含量的石油产品。在低温范围内蒸发出来的称为轻馏分；在高温范围蒸发出来的称为重馏分。石油中的轻馏分是汽油，中馏分是柴油，重馏分是润滑油的原料，重油蒸发剩下的称为沥青，沥青是良好的铺路材料。课题一石油五、石油的提炼组分不同的石油，其加工方法有差别，产品的性能也不同，加工时应当做到物尽其用。根据各炼油厂主要产品的不同，炼油厂可分为三种类型，即燃料型、燃料一润滑油型与燃料一化工型。以下我们仅介绍燃料一润滑油型炼油厂石油炼制的工艺和基本流程。1.石油炼制工艺(1)转化转化工艺有两种。一种是将化学结构转化，如催化重整和异构化;另一种是将化学结构和沸点范围同时转化，如烷基化、热裂化、催化裂化和加氢裂化等。(2)分离分离工艺有两种。一种是按沸点不同的范围来分离，即常压、减压蒸馏;另一种是按化学组成分离，如溶剂或分子筛脱蜡等。(3)精制精制工艺也有两种。一种是净化除去硫、氧和氮的化合物，如电化学等;另一种是稳定，将不饱和烃转化为饱和烃，如加氢精制等。课题一石油2.石油炼制的基本流程以生产燃料和润滑油为目的的炼油厂里，通常是先将原油进行常压、减压蒸馏，依次分离为汽油、煤油、柴油、重柴油，以及轻质、中质和重质润滑油等各种沸点不同的馏分，上述过程属于物理过程，原油中的烃类化合物在结构上没有发生变化，称为一次加工。以一次加工得到的各种馏分为原料，按产品质量的要求，分别进行加工，可生产不同品种、规格的燃料和润滑油等石油产品。在加工过程中有化学反应发生且原料中的烃类化合物在结构上也发生变化，称为二次加工。石油炼制过程中属于一次加工工艺的主要是常压与减压蒸馏；属于二次加工中的转化工艺的主要有热裂化、催化裂化、加氢裂化、延迟焦化、催化重整与烷基化;属于二次加工中精制工艺的主要有酸碱精制、溶剂精制、加氢精制、润滑油加氢处理、白土补充精制、丙烷脱沥青、脱蜡等。课题一石油六、计量单位1吨约等于7桶，如果油质较轻（稀）则1吨约等于7.2桶或7.3桶。美欧等国的加油站，通常用加仑做单位，我国的加油站则用升计价。1桶=42加仑1加仑=3.78543升美制1加仑=3.785升英制1加仑=4.546升国际上一般采用美制加仑，所以，1桶=158.99升课题一石油七、石油产品石油经过加工提炼，可以得到的产品大致可分为四大类：1.石油燃料石油燃料是用量最大的油品。按其用途和使用范围可以分为如下五种：（1）点燃式发动机燃料有航空汽油，车用汽油等。

（2）喷气式发动机燃料(喷气燃料)有航空煤油。

（3）压燃式发动机燃料(柴油机燃料)有高速、中速、低速柴油。

（4）液化石油气燃料即液态烃。

（5）锅炉燃料有炉用燃料油和船舶用燃料油。2.润滑油和润滑脂润滑油和润滑脂被用来减少机件之间的摩擦，保护机件以延长它们的使用寿命并节省动力。它们的数量只占全部石油产品的5%左右，但其品种繁多。3．沥青和石油焦它们是从生产燃料和润滑油时进一步加工得来的，其产量约为所加工原油的百分之几。4.溶剂和石油化工产品课题一石油八、我国的主要石油产品

目前以原油为原料，我国已能制成2500多种性能相异的不同石油产品，以及3000多种石油化学品。石油产品虽多，但可分成以下七大类：气体类产品、燃料类产品(F)、润滑油脂(L)、柏油类产品(B)、溶剂类产品(S)、石油化学品及其他产品。课题二汽油汽油是点燃式发动机(即汽油发动机)的专用燃料，它是从石油中提炼而来的由碳、氢元素组成的烃类化合物。汽油是一种密度小而易于蒸发的液体燃料。汽油的外观一般为水白色透明液体，有特殊的汽油芳香味。汽油发动机使用的是车用汽油，汽油分为航空汽油、工业汽油和车用汽油3种。一、车用汽油的性能指标1.蒸发性能2.抗爆性能3.氧化安定性能4.清洁性能5.腐蚀性能课题二汽油二、车用汽油的规格、牌号及选用1.汽油的规格、牌号采用研究法辛烷值划分汽油可分为含铅汽油和无铅汽油两类，车用含铅汽油根据国家标准GB484-1993规定，划分为90号、93号、97号3个牌号。课题二汽油2.汽油的选用标准(1)根据车辆使用说明书的要求选用在车辆使用说明书中推荐选用的汽油牌号已经综合考虑该型发动机的压缩比、结构、工作情况等因素，并且经过试验证明可以保证该型汽油机能可靠工作的汽油牌号。(2)根据发动机的使用时间来选用使用时间长的汽油机，由于燃烧室积炭、水套积垢等原因，使爆燃的倾向增加，应选用高一级牌号的汽油。(3)根据发动机的压缩比选用压缩比大，选用高牌号的汽油;反之，压缩比小，选用低牌号的汽油。如果压缩比大的发动机选用低牌号的汽油，发动机易引起爆震燃烧，从而使发动机动力下降，油耗增加;反之，如果压缩比小的发动机选用高牌号的汽油，则会造成浪费，增加成本，还会使发动机过热。因此，必须正确选用汽油的牌号。(4)根据使用条件选用高原地区大气压力小，空气稀薄，汽油机工作时爆震的倾向减小，可以适当降低汽油的辛烷值。一般海拔每上升100m，汽油辛烷值可以降低约0.1个单位。但若是经常在大负荷低转速下工作的汽油机，应选择较高辛烷值。课题二汽油三、使用汽油的注意事项（1）发动机长期使用后，可考虑更换汽油牌号。（2）原用低牌号汽油的发动机改用高牌号时，可适当提前点火提前角。（3）在炎热的夏季和高原地区，应加强发动机散热，或者换用饱和蒸气压较低的汽油。（4）汽油中不能掺入煤油或柴油。（5）不要使用长期存放变质的汽油。（6）汽油易燃、易爆、易产生静电，使用中要注意安全。课题二汽油四、汽车发动机汽油蒸汽的回收

汽车蒸汽虽然看不见，摸不着，却有浓重的汽油味，闻多了会使人不舒服，因此，为了司机、乘客的健康，改善空气品质，有效防止或减少汽车油箱的汽油蒸气外泄，减少汽油的损耗，现代汽车发动机上配备了汽油蒸汽排放（EVAP）控制系统。

汽油蒸气排放控制系统的功能是收集汽油箱内的汽油蒸气，并将汽油蒸气导入气缸参加燃烧，从而防止汽油蒸气直接排入大气而造成污染。同时，根据发动机工作情况，控制导入气缸参加燃烧的汽油蒸气量。汽油蒸气排放控制系统的组成与工作原理如图2-6所示。油箱的燃油蒸气通过单向阀进入活性炭罐上部，空气从活性碳罐下部进入清洗活性炭。在活性炭罐右上方有一定量排放小孔及受真空控制的排放控制阀，排放控制阀内部的真空度由活性炭罐控制电磁阀控制。课题二汽油图2-6汽油蒸气排放控制系统的组成与工作原理课题三柴油柴油和汽油一样也是从石油中提炼出来的由碳、氢元素组成的烃类化合物。柴油分为轻柴油、重柴油和军用柴油等，汽车柴油机用的柴油是轻柴油，简称为柴油。轻柴油与汽油相比较，具有馏分重、自燃点低(350℃-380℃)，黏度及相对密度大、挥发性差、储存和运输过程中损耗少、热效率高、燃料经济性好、使用安全等特点。因此，轻柴油作为汽车燃料的需求量也越来越大。课题三柴油一、柴油的使用性能要求为了保证柴油在柴油发动机中能正常燃烧，根据柴油发动机工作的特点，对柴油的使用性能有下列几点要求。1.低温流动性能2.燃烧性能3.蒸发性能4.安定性能5.黏度6.清洁性7.腐蚀性能课题三柴油二、柴油的牌号、规格与选用

1.柴油的牌号、规格国产柴油根据国家标准GB252—2000规定，将国产柴油按照其凝点的高低划分为10号、5号、0号、-10号、-0号、-35号、-50号7种，其凝点分别不高于10℃、5℃、0℃、-10℃、-20℃、-35℃、-50℃。该标准规定十六烷值不低于45;硫含量优质品控制不大于0.2%。2009年国家质量监督检验检疫总局和国家标准化管理委员会发布了车用柴油国家标准GB19147-2009，该标准按凝点将车用柴油分为:5号、0号、-10号、-20号、-35号、-50号六个牌号。2.柴油的选用柴油应根据不同地区和季节进行选用。气温较高的地区，选用凝点较高的柴油；反之，气温较低的地区，选用凝点较低的柴油。一般选用柴油的凝点应比当地当月环境最低气温低5℃以上，以保证在柴油最低气温时不致凝固。各地选用柴油如下表所示：课题三柴油牌号适用地区季节适用最低气温10全国各地120全国各地3-10长江以南地区冬季和长江以南地区严冬-7-20长城以北地区冬季和长城以南、黄河以北地区严冬-17-35东北和西北地区严冬-32-50黑龙江的漠河和新疆的阿尔泰地区严冬-45表2-1各地选用车用柴油可参考下表课题三柴油三、车用柴油的开发和利用1.生物柴油生物柴油是植物柴油和动物柴油的总称。生物柴油是优质的石油柴油代用品，是典型的“绿色能源”；植物柴油可以由米糠、大豆、油菜仔、玉米、棉籽、藻类等提炼得到；动物柴油可以由工农业生产中的有机废物、动物油脂、排泄物、废弃食物中提取。2.复合柴油复合柴油是以各种化工厂、石化厂、炼油厂副产品为主要原材料，按一定工艺及配方勾兑调配而成的。复合柴油与市售柴油基本相同，它无毒性，无异味，不分层，起动快，马力大，尾气有害物的排放量低，既可以单独使用，也可以同纯柴油相混使用。课题三柴油四、柴油使用注意事项1.柴油加入油箱前，要充分沉淀（不少于48h）。然后用麂皮、绸布或细布仔细过滤，除去杂质。2.在寒冷地区，缺乏低凝点柴油时，可向高凝点、轻柴油中掺入10～40%裂化煤油以降低凝点，掺兑后应注意伴均匀。3.严禁向柴油中掺入汽油，因为汽油发火性差，渗汽油会导致起动困难，甚至不能起动。4.在低温起动困难时，可采用适当的预热措施，提高发动机温度，也可另用起动燃料帮助起动。例如用乙醚与航空煤油按体积1:1配成的燃料很容易自行着火。课题四汽车代用燃料我国煤的保有