石油及油品的物理性質ppt精選課件VIP

.,第二章石油及油品的物理性質,本章的主要內容：石油的蒸餾曲線石油的密度與相對密度石油的光學性質石油的粘度石油的熱性質、電性質等,.,第一節(jié)恩氏蒸餾、實沸點蒸餾曲線,石油及其產品是由許多分子大小不同的烴類與非烴類所組成的復雜混合物，它們的沸點不象單體化合物那樣具有恒定值，而是隨氣化的過程在一定溫度范圍內逐步升高，這個沸點范圍稱為沸程。,.,一、恩氏蒸餾,恩氏蒸餾是在石油產品餾程測定器中，按照規(guī)定的標準方法進行的簡單蒸餾，國外又將此方法稱為ASTM蒸餾或恩氏蒸餾。,.,其測定過程如下:將100mL油品放入標準的蒸餾瓶中，按規(guī)定的加熱速度進行加熱。初餾點(InitialBoilingPoint，簡稱IBP)：餾出的第一滴冷凝液的氣相溫度。10%、20%90%餾出溫度：餾出液達10ml、20ml、直至90ml時的氣相溫度。終餾點(EndPoint)或干點：氣相溫度所能達到的最高值。,.,根據(jù)測得的餾程數(shù)據(jù)，以氣相餾出溫度為縱坐標，以餾出體積百分數(shù)為橫坐標作圖即可得到某一油品的蒸餾曲線。,.,圖3-1-1大慶原油中汽油、噴氣燃料、輕柴油餾分的恩氏蒸餾曲線,.,一般用蒸餾曲線的斜率來表示該油品的沸程的寬窄。,斜率越小，表示沸程越窄。,.,一般常用平均沸點來表征其氣化性能。油品平均沸點的定義如下：,體積平均沸點tv（）：,質量平均沸點tw（）：,.,立方平均沸點Tcu（K）：,實分子平均沸點tm（）：,中平均沸點tme（）：,.,二、實沸點蒸餾,實沸點蒸餾(TrueBoiling-PointDistillation，TBP)又稱真沸點蒸餾，是一種評價原油的蒸餾方法。,測定裝置：相當于1418塊理論板數(shù)的填充精餾柱的精餾裝置。,.,實沸點蒸餾測定過程：第一步常壓蒸餾，切取從初餾點到200的各個餾分。第二步在殘壓為1.33KPa左右進行的減壓蒸餾，切取200395的各個餾分。第三步在殘壓為0.27KPa下不用精餾柱的減壓蒸餾，切取395500的各個餾分，釜底的殘液為500以上的減壓渣油。,.,將蒸餾過程中的氣相餾出溫度與相應的餾出物累計質量收率(m%)作圖，即可得到實沸點蒸餾曲線。,.,圖3-1-2原油實沸點蒸餾曲線,.,第二節(jié)平均分子量,石油的分子量是進行煉油設計、關聯(lián)石油物性、研究石油的化學組成中所必不可少的基礎數(shù)據(jù)。由于石油及其產品是由許多分子大小不同的化合物所組成的復雜混合物，而各種合物的分子量又各不相同，其范圍也很寬，所以只能用平均分子量來表示。,.,一、平均分子量的定義,由于石油及其產品是一種多分散體系，用不同的統(tǒng)計方法可以得到不同定義的平均分子量。,.,1、數(shù)均分子量,.,2、重均分子量,.,二、數(shù)均分子量的測定方法,.,三、石油餾分平均分子量的近似計算方法,石油餾分的平均分子量還可以有一些經(jīng)驗公式進行計算，常用的經(jīng)驗公式有：,式中：t石油餾分的實分子平均沸點()a,b,c隨餾分的特性因數(shù)不同而變化的參數(shù),.,表3-2-1計算分子量經(jīng)驗公式中的常數(shù)與特性因數(shù)的關系,當實分子平均沸點相同時，K值越大時，其平均分子量也越大。,.,中國石油大學針對我國原油提出了如下的計算平均分子量的經(jīng)驗公式：,Mn184.52.295T-0.2332KT1.32910-5(KT)2-0.62217T,式中：T餾分的中平均沸點()K餾分的特性因數(shù)餾分油在20時的密度，g/cm3,.,四、石油及其餾分的數(shù)均分子量,圖3-2-3幾種原油餾分的分子量分布,.,石油各餾分的數(shù)均分子量是隨餾分的沸程的上升而增大的。當沸程相同時，石蠟基的原油如大慶原油的數(shù)均分子量最大，中間基的原油如勝利原油次之，而環(huán)烷基的原油如遼河歡喜嶺原油最小。,.,表3-2-2石油各餾分的平均分子量范圍及與碳數(shù)的關系,.,第三節(jié)密度和相對密度,石油及油品的密度與相對密度對生產、儲藏和運輸有著重要的意義，在原油及產品的計量和煉油裝置設計等方面都是必不可少的。,.,一、石油及其油品的密度、相對密度及其測定方法,定義：該油品在單位體積內的質量，單位為g/cm3或kg/m3。,油品的體積隨溫度的升高而膨脹，其密度也隨之變小，提及密度時應標明溫度。,.,我國規(guī)定油品在20時的密度為其標準密度，表示為20。油品的相對密度是其密度與規(guī)定溫度下水的密度之比值，沒有單位。常用表示，在數(shù)值上等于t時油品的密度。,.,我國常用的相對密度為，歐美各國則常用表示，二者之間可按下式進行換算：,在歐美各國還常用API度來表示油品尤其是原油的相對密度，關系式如下：,.,.,二、液體油品相對密度與溫度、壓力的關系,溫度升高，油品的體積膨脹，密度和相對密度減小。在050的溫度范圍內，t時的相對密度與20時的相對密度之間存在如下的關系:,式中：油品的體積膨脹系數(shù),.,液體受壓后，體積變化不是太大，因而通常壓力對液體石油產品的密度的影響可以忽略不計。但在很高的壓力下油品的密度要受到壓力的影響,.,三、混合油品的密度,當屬性相近的兩種或多種油品混合時，其體積具有可加性，因此混合油品的的密度mix可按下式計算：,式中：vi和wi組分i的體積分率和質量分率,.,四、相對密度與化學組成的關系,圖3-3-1各族烴類的相對密度,.,比較各種烴類的相對密度：碳數(shù)相同而結構不同的烴類，芳香烴環(huán)烷烴烷烴。同族烴類，隨著碳數(shù)的增加：正構烷烴的相對密度增加正烷基環(huán)己烷的相對密度增加正烷基苯的相對密度減小,.,烴類的相對密度與其分子結構有關。芳香烴的C-C的鍵長最短，其結構最為緊湊，環(huán)烷烴的結構與芳烴相比，其分子結構要松弛一些，烷烴分子的C-C鍵的鍵長最長，其分子結構最松弛。,.,因而對于相同碳數(shù)的烴類而言，芳烴分子的體積最小，也就是說它的每個碳原子所占的體積最小，因而其相對密度最大，環(huán)烷烴的分子結構比烷烴也要緊湊些，因此其相對密度也比烷烴要大，烷烴分子的相對密度最小。,.,進一步研究表明，烴類的與其碳數(shù)之間有一定的關系。,以碳數(shù)的倒數(shù)的校正值為橫坐標，以為縱坐標作圖，可以得到線性關系很好的直線。,.,0.8513,.,當為零時，所有直線的都等于0.8513。,對于任何一種鏈烷烴或烷基取代的環(huán)狀烴而言，當碳數(shù)無限大時，即碳鏈無限長時，即使分子中含有多干個芳香環(huán)或環(huán)烷環(huán)，這對它的密度的影響已微不足道了。,.,烴類分子的碳數(shù)與其相對密度之間的線性關系可用下式表示：,對于不同的烴類分子，其中的k與Z值均不同。,.,五、石油及其餾分的相對密度,表3-3-1原油及其餾份的相對密度（）的范圍,.,表3-3-2不同原油各餾分的相對密度,.,比較不同原油的相對密度：不同基屬的原油的相同沸程的餾分環(huán)烷基原油中間基原油石蠟基原油相同原油不同的餾分隨沸點的升高相對密度隨之增加。,.,原因在于：環(huán)烷基的原油由于其芳烴含量較高，因而其相對密度較大，而石蠟基原油因烷烴含量較高，因此其相對密度較小。相同原油的餾分隨著其沸點的升高，芳烴含量增加，而烷烴含量降低，因而其相對密度增加。,.,六、特性因數(shù)和相關指數(shù),特性因數(shù)K：,相關指數(shù)BMCI：,.,表3-3-3烴類的特性因數(shù)(K)與相關指數(shù)(BMCI),.,續(xù)表3-3-3烴類的特性因數(shù)(K)與相關指數(shù)(BMCI),.,正構烷烴的K值最大，約為12.7，環(huán)烷烴次之，為1112，芳香烴最小，為1011。正構烷烴的BMCI最小，基本為零，環(huán)烷烴次之，在50以下，芳香烴最大，在100以下。換言之，油品的BMCI越大，其芳香性越強，而BMCI越小，表明其石蠟性越強。,.,表3-3-4各原油窄餾分的K值和BMCI值,.,石蠟基原油的K值大，BMCI值小。環(huán)烷基原油的K值小，而BMCI值大。因而K值和BMCI值能夠較好地反映原油的化學屬性。,.,第四節(jié)光學性質,光在介質中的傳播速度與介質的化學組成和結構有關。在研究石油的組成與結構和產品質量的檢驗時，常用油品的光學性質如折射率等來關聯(lián)其化學組成和結構。,.,一、折射率的測定,折射率的定義：光在真空中的速度與在介質中的速度之比值。油品的折射率取決于：化學組成和結構。測定溫度和入射光的強度。,.,常用的折射率測定儀是阿貝折光儀，所測得的是鈉黃光的D線（波長為589.3nm）的折射率，用nD表示。,折射率還受溫度的影響，溫度升高，折射率變小。一般來說，溫度與折射率的關系下式表示：,.,二、折射率與化學組成的關系,圖3-4-1烴類的折射率與碳數(shù)的關系,.,烷烴的最小，一般在1.31.4之間，芳香烴的最大，為1.5，環(huán)烷烴居中。對于同族烴類，烷烴和環(huán)烷烴的隨著分子量的增加而增加，而單環(huán)芳烴的隨著分子量的增加而降低。,.,所以包含了分子結構的信息。,烴類分子的折射率與其分子結構的關系和相對密度與分子結構的關系是相似的。烴類的其碳數(shù)的倒數(shù)校正值之間具有如下式的線性關系：,.,三、石油餾分及其組分的折射率,表3-4-1石油餾份的折射率,.,不同原油沸程相同的餾分：石蠟基原油中間基原油環(huán)烷基原油同一種原油不同的餾分：折射率隨著沸程的升高而增大,.,表3-4-2幾種原油減壓餾分及其組分的折射率,.,飽和分的都在1.50以下；輕芳烴的為1.501.55；中芳烴的為1.551.63；重芳烴的一般大于1.63。,.,第五節(jié)粘度,粘度是評定油品流動性的質量指標，是油品特別是潤滑油質量標準中的重要項目，也是煉油設計中不可缺少的物理性質。粘度就是體現(xiàn)流體作相對運動時分子之間摩擦阻力大小的指標。,.,一、粘度的定義,1、絕對粘度（）,絕對粘度又稱動力粘度，它由牛頓方程式所定義：,式中：F作相對運動的兩流層間的內摩擦力(剪切力)，N；A兩流層間的接觸面積，m2dv兩流層間的相對運動速度，m/sdl兩流層間的距離，m流體內部摩擦系數(shù)，即該流體的絕對粘度，Pas,.,牛頓流體：絕對粘度不隨流體的剪切速度梯度dv/dl變化而變化的體系。非牛頓流體：絕對粘度不隨流體的剪切速度梯度dv/dl變化而變化的體系。,在SI單位制中，絕對粘度的單位為Pas。,.,2、運動粘度,常用的粘度是運動粘度，它是絕對粘度與相同溫度和壓力下的液體密度之比值，即：,在SI單位中，運動粘度的單位是mm2/s。,.,3、條件粘度,恩氏粘度：以油品從恩氏粘度計流出200mL時間與流出200mL的水所用的時間之比值。賽氏粘度：60mL的油品流出賽氏粘度計的時間（秒）。雷氏粘度：50mL的油品從雷氏粘度計中流出的時間（秒）。,.,二、粘度的測定方法,運動粘度測定方法是用毛細管粘度計法。當油品在層流狀態(tài)下流經(jīng)毛細管時，其流動狀態(tài)符合下列關系式：,.,在毛細管粘度計中油品的流動是靠自身的重力作用，其壓力Phg。,則有：,令：,即：,c為毛細管粘度計常數(shù)，單位為mm2/s2。,.,三、粘度與化學組成的關系,粘度既然反映的是流體內部分子之間的摩擦力，那么它必然與流體的分子大小和分子結構有密切的關系。,.,表3-5-1烴類的粘度(25，Pas10-3),同一系列的烴類，其粘度隨著碳數(shù)的增加而增加。,.,表3-5-2烴類分子中環(huán)數(shù)對粘度(98，mm2/s)的影響,.,分子量相近（碳數(shù)相同）的烴類，環(huán)狀結構分子的粘度大于鏈狀結構分子的粘度，而且環(huán)數(shù)越多，粘度越大。因此分子中的環(huán)狀結構可以看成是粘度的載體。,.,表3-5-3環(huán)狀烴類的側鏈長度對于粘度(100)的影響,當分子中的環(huán)數(shù)相同時，側鏈越長的烴類化合物的粘度越大。,.,四、粘度與溫度的關系,油品的粘度是隨溫度的升高而降低的。,1、油品的粘度與溫度的關系式,lglg(0.6)bmlgT,.,2、粘度-溫度關系的表示方法,表征油品的粘溫性質的指標有兩種：粘度指數(shù)（簡稱VI）,H油：人為規(guī)定粘溫性質良好的賓夕法尼亞原油所有窄餾分的粘度指數(shù)均為100。L油：人為規(guī)定粘溫性質差的德克薩斯海灣沿岸原油所有窄餾分的粘度指數(shù)均為0。,.,當VI100時：,式中：U試樣在40時的運動粘度Y試樣在100時的運動粘度H與Y相同的H標準油在40時的運動粘度L與Y相同的L標準油在40時的運動粘度,當VI為0100時：,.,粘度指數(shù)VI越大，表明油品的粘溫性質越好，對于粘溫性質較差的油品，其粘度指數(shù)可能是負數(shù)。,粘度比50時的運動粘度與100時的運動粘度的比值。對于粘度水平相當?shù)挠推?，粘度比越小，表示該油品的粘溫性質越好。,.,五、粘溫性質與分子結構之間的關系,表3-5-4各種烴類的粘度指數(shù)(CI),.,續(xù)表3-5-4各種烴類的粘度指數(shù)(CI),.,正構烷烴的粘溫性質優(yōu)于異構烷烴，異構化程度越高，其粘溫性質越差。環(huán)狀烴（環(huán)烷烴和芳烴）的粘溫性質比鏈狀烴要差，環(huán)數(shù)越多，粘溫性質越差。分子中環(huán)數(shù)相同時，側鏈越長，其粘溫性質越好。,.,綜上所述，正構烷烴的粘溫性質最好，帶有少分支長烷基側鏈的少環(huán)烴類和分支程度不高的異構烷烴的粘溫性質比較好，多環(huán)短側鏈的環(huán)狀烴類的粘溫性質很差。,.,六、石油及其餾分的粘度與粘溫性質,表3-5-5石油減壓餾分的粘度比和粘度常數(shù),.,續(xù)表3-5-5石油減壓餾分的粘度比和粘度常數(shù),.,同一原油的不同餾分，隨著餾分沸點的升高，其粘度增加，粘溫性質也變差。不同原油的相同沸程的餾分，石蠟基原油的粘度較小，粘溫性質較好，而環(huán)烷基的原油的粘度較大，粘溫性質也比較差，中間基的原油的粘度與粘溫性質介于二者之間。,.,第六節(jié)石油的熱性質,一、石油的比熱容、蒸發(fā)熱、熔化熱、燃燒熱,.,1、石油的比熱容,比熱容的定義：單位質量的物質溫度每升高1時所需的熱量，單位為kJ/(kg),常見的比熱容有三種：恒壓比熱容Cp恒容比熱容Cv飽和狀態(tài)比熱容,.,2、蒸發(fā)熱（氣化熱）,蒸發(fā)熱的定義：指單位物質在一定溫度下（常壓沸點）由液態(tài)轉化成氣態(tài)時所需要的熱量，單位為kJ/kg。烴類的蒸發(fā)熱隨著分子量的增加而降低。碳數(shù)相同時，烷烴與環(huán)烷烴的蒸發(fā)熱相近，而芳香烴的蒸發(fā)熱稍高一些。,.,3、熔化熱,熔化熱的定義：指單位物質在熔點時由固態(tài)轉化成液態(tài)時所需的熱量，單位為kJ/kg。烴類的熔化熱隨其分子量的增加而增大。烷烴的熔化熱顯著大于環(huán)烷烴和芳香烴的。,.,4、燃燒熱（發(fā)熱值或熱值）,熱值的定義：單位質量的物質完全燃燒時所放出的熱量，其單位為kJ/kg。若燃燒產物中的水為液態(tài)，所得的熱值為高熱值（或總熱值）。若燃燒產物中的水為氣態(tài)，所得的熱值為低熱值（或凈熱值）。,.,表3-6-1烴類的熱值,H/C原子比越大的烷烴熱值最高，而H/C原子比較小的芳烴的熱值最低。,.,表3-6-2石油及其餾分的熱值范圍,對于石油餾分而言，沸程越高，其熱值越低。,.,計算高熱值的經(jīng)驗公式：對于輕質油品，高熱值837H34668對于重質油品，高熱值339C1256H109(OS),.,二、石油及其產品的濁點、結晶點、傾點、凝點,烴類的熔點隨分子量及結構而異。一般隨著分子量的增加而升高相同碳數(shù)的烴類以正構烷烴的熔點最高，而異構烷烴、環(huán)烷烴和芳香烴的熔點較低。,.,在石油及其產品的質量指標中，與其組分的熔點有關的指標有濁點、結晶點、傾點和凝點。,.,1、濁點,濁點的定義：指輕質油品在測定條件下的降溫過程中由透明變?yōu)闇啙釙r的最高溫度。,產生渾濁的原因：由于油品中含有的熔點較高的正構烷烴和溶解水在低溫下形成微小晶粒，這些晶粒用肉眼是無法觀察到的。,.,2、結晶點,結晶點的定義：輕質油品在測定條件下的降溫過程中，有肉眼可辨的結晶晶粒析出時的最高溫度。,它是噴氣燃料的重要質量指標。因為在高空低溫下飛行的噴氣發(fā)動機，如果所含燃料的結晶點較高，則可能因為結晶析出而堵塞濾網(wǎng)導致發(fā)動機供油中斷熄火。,.,3、傾點和凝點,傾點的定義：油品在規(guī)定的試管中不斷冷卻，直到將試管平放5秒鐘而試樣并不流動時的最高溫度再加上3后得到的溫度值即規(guī)定為油品的傾點。凝點的定義：是將盛有油品的試管在一定條件下冷卻到某一溫度時，將試管傾斜45，并經(jīng)過1分鐘后液面不再流動的最高溫度。,.,凝點與傾點都是表征油品低溫流動性的質量指標。,油品在低溫下失去流動性的原因：構造凝固：隨著溫度的降低，含蠟較多的油品中的正構烷烴等高熔點的烴類結晶析出，長大并連接成網(wǎng)狀結晶，同時將處于液態(tài)的油品吸附，包圍在網(wǎng)狀骨架中，從而使整個油品失去流動性。,.,粘溫凝固：含有較多環(huán)狀烴類的油品，在低溫下其粘度較高，形成了均勻的玻璃狀物質而使油品喪失流動性。,.,三、石油產品的閃點、燃點、自燃點,石油產品大多數(shù)是作為燃料，與燃料的爆炸、著火、燃燒有關的性質如閃點、燃點、自燃點等都是極其重要的質量指標。,.,1、閃點,閃點的定義：石油產品在規(guī)定的條件下，加熱到它的蒸氣與火焰接觸時發(fā)生閃火現(xiàn)象的最低溫度。,.,閃火現(xiàn)象的實質就是爆炸，其必要條件就是可燃性混合氣中燃料蒸氣的濃度要在一定的范圍內，這個濃度范圍就是該燃料的爆炸極限。,.,可燃性混合氣體中燃料蒸氣的濃度在爆炸極限之內，一旦遇到明火就會發(fā)生爆炸，如果燃料蒸氣的濃度不在該爆炸極限內，則不會發(fā)生爆炸。混合氣能夠點燃時燃料的最低濃度稱為爆炸下限，最高濃度稱為爆炸上限。,.,表3-6-3烴類和液體燃料的爆炸極限,.,氫氣和一氧化碳的爆炸極限很寬。在各種烴類中，乙炔和乙烯的爆炸極限最寬，其它烴類包括芳烴的爆炸極限都比較窄。,.,測定油品閃點的方法：閉口杯閃點測定法：油品的蒸發(fā)是在密閉的容器中進行的，適用于輕質油品和重質油品。開口杯閃點測定法：油品的蒸發(fā)是在敞開的容器中進行的，油品蒸氣可自由擴散到空氣中去，這只能重質油料的閃點。,.,表3-6-4石油餾分的閃點,沸程越高，閃點也就越高。,.,2、燃點與自燃點,燃點的定義：石油產品在規(guī)定條件下，加熱到接觸火焰能點燃燃燒不少于5秒鐘的最低溫度。,自燃點的定義：在無外界火源的情況下，油品能被空氣劇烈氧化而導致自行燃燒的最低溫度。,.,油品沸程越低，其燃點自然也就越低，燃點是判定油品在儲存和使用時火災危險程度的一個指標。油品沸程越低，其分子量越小，其自燃點越高，汽油餾分的自燃點最高，而減壓渣油的自燃點最低。,.,表3-6-5烴類及燃料在空氣中的自燃點,.,正構烷烴的自燃點較低，而芳香烴和異構烷烴的自