石油及油品的理化性質(zhì)簡介

第三章石油及油品的物理性質(zhì)

2023/2/61煉油工藝學(xué)注意事項(xiàng)石油及油品的理化性質(zhì)與其化學(xué)組成和分子結(jié)構(gòu)密切相關(guān)；

石油及油品是復(fù)雜的混合物，因此它的性質(zhì)是宏觀的綜合表現(xiàn)，也就是說是多種化合物總體表現(xiàn)出來的性質(zhì)，所以它與單獨(dú)一個純化合物的性質(zhì)不同；多數(shù)性質(zhì)無可加性，如密度、粘度，并且測定性質(zhì)時，都是條件性實(shí)驗(yàn)；為了便于油品之間相互比較和對照，石油及油品的絕大部分性質(zhì)都是采用條件性實(shí)驗(yàn)進(jìn)行測定。（嚴(yán)格規(guī)定的儀器、方法和條件），條件改變，結(jié)果也會改變；

石油及油品的各種試驗(yàn)方法有不同的級別，如ISO、GB、SH。

2023/2/62煉油工藝學(xué)第一節(jié)蒸汽壓、沸程和平均沸點(diǎn)

石油和石油產(chǎn)品的蒸發(fā)性能是反映其汽化、蒸發(fā)難易的重要性質(zhì)，用蒸汽壓、沸程來描述。一、蒸汽壓定義：是在某一溫度下一種物質(zhì)的液相與其上方的氣相呈平衡狀態(tài)時的壓力，也稱飽和蒸氣壓。蒸氣壓愈高的液體愈易于氣化。對同族烴類，在同一溫度下，相對分子質(zhì)量較大的烴類的蒸氣壓較小。對某一純烴而言，其蒸氣壓是隨溫度的升高而增大。2023/2/63煉油工藝學(xué)純烴

P=f(T)烴類混合物

P=ΣPiXi=f(T,X)石油餾分

P=f(T,e)

蒸氣壓的表示法

雷德蒸汽壓：T=38℃，氣體體積∶液體體積=4真實(shí)蒸氣壓(泡點(diǎn)蒸汽壓)：即e=0時的蒸汽壓

蒸氣壓的計(jì)算兩種蒸氣壓可通過圖表進(jìn)行換算。

2023/2/64煉油工藝學(xué)二、餾程(沸程)

定義：石油餾分的沸點(diǎn)表現(xiàn)為一定寬度的溫度范圍，稱為沸程。同一油品的餾程因測定儀器和測試方法不同。其餾程數(shù)據(jù)也有差別。在油品的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中，大都采用條件性的餾程測定法——恩氏蒸餾。

恩氏蒸餾(ASTM蒸餾)（GB6536-86)

將100mL油品放入標(biāo)準(zhǔn)的蒸餾瓶中，按規(guī)定條件加熱，流出第一滴冷凝液時的氣相溫度稱為初餾點(diǎn)，餾出物為10%、20%……90%時的氣相溫度別別稱為10%、20%……90%點(diǎn)，蒸餾到最后所能達(dá)到的最高氣相溫度稱為終餾點(diǎn)或干點(diǎn)。從初餾點(diǎn)到干點(diǎn)（終餾點(diǎn)）的溫度范圍稱為餾程。

2023/2/65煉油工藝學(xué)以氣相餾出溫度為縱坐標(biāo)，餾出體積為橫坐標(biāo)，可以繪得該油品的恩氏蒸餾曲線。對于輕質(zhì)油品：恩氏蒸餾曲線中10%到90%這一段很接近一條直線，因此可以用恩氏蒸餾曲線的10%到90%之間的斜率來表示該油品的餾程寬窄。即恩氏蒸餾曲線的斜率越大，該油品的餾程范圍越寬。

斜率S：表示從餾出10%到90%之間，每餾出1%的沸點(diǎn)平均升高值

由于餾程測定具有嚴(yán)格的條件性，因此餾程數(shù)據(jù)并不代表該油品的真實(shí)沸點(diǎn)范圍，但可以大致判斷油品中輕重組分的相對含量，或用與不同油品之間的比較。

2023/2/66煉油工藝學(xué)大多數(shù)液體燃料規(guī)格中，只要求測定其具有代表性的初餾點(diǎn)、10%、50％和90％的餾出溫度及干點(diǎn)。汽油的餾程40～200℃，輕柴油的餾程200～350℃，潤滑油的餾程350～520℃。餾程的數(shù)據(jù)基本能反映油品組分輕重的相對含量，所以在原油評價(jià)中常用。餾程是發(fā)動機(jī)燃料等的重要質(zhì)量指標(biāo)。2023/2/67煉油工藝學(xué)三、平均沸點(diǎn)

1．體積平均沸點(diǎn)用途：由tv可求得其他平均沸點(diǎn)

2．質(zhì)量平均沸點(diǎn)(tw)用途：tw主要用于求定油品的真臨界溫度Tc2023/2/68煉油工藝學(xué)3．立方平均沸點(diǎn)Teu

用途：Teu主要用于求油品的特性因數(shù)和運(yùn)動粘度4．實(shí)分子平均沸點(diǎn)tm

用途：tm主要用于求油品的假臨界溫度(Tc’)和偏心因數(shù)(ω)5．中平均沸點(diǎn)tme用途：tme用于求油品氫含量,K,Pc,燃燒熱和平均分子量2023/2/69煉油工藝學(xué)第二節(jié)密度、相對密度、特性因數(shù)和平均相對分子質(zhì)量(組成特性)

2023/2/610煉油工藝學(xué)一、密度和相對密度1．定義密度是單位體積物質(zhì)在真空中的質(zhì)量，g/cm3，kg/m3我國規(guī)定20℃時的密度為石油產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)密度，ρ20在一定條件下，以一種液體的密度與另一種參考物質(zhì)密度的比值來表示物質(zhì)的相對密度，又稱比重常用的有d420(我國)，d15.615.6(歐美)隨著相對密度增大，比重指數(shù)的數(shù)值下降RelativedensitySpecificgravity2023/2/611煉油工藝學(xué)第12屆世界石油會議規(guī)定對原油的分類：

API度>31.1的原油為輕質(zhì)原油；

API度在31.1～22.3之間，為中質(zhì)原油；

API度在22.3～10.0之間，為重質(zhì)原油；

API度<10.0，為特重原油。

2023/2/612煉油工藝學(xué)2．油品密度與化學(xué)組成的關(guān)系分子量相近的不同烴類之間密度有明顯差別

芳烴>環(huán)烷烴>烷烴如在20℃時：苯0.8774；環(huán)己烷0.7780；正己烷0.6572，分子環(huán)數(shù)越多，密度越大；

同一種原油沸點(diǎn)增加，分子量增大，密度增大對不同原油，同樣沸程，相對密度差別很大一般來說，環(huán)烷基的>中間基的>石蠟基的2023/2/613煉油工藝學(xué)3．與溫度、壓力的關(guān)系同一油品，溫度上升，相對密度減小在一定壓力范圍內(nèi)，壓力升高，對油品相對密度的影響可以忽略，只有當(dāng)壓力極大(幾十兆帕)時，才考慮壓力對相對密度的影響2023/2/614煉油工藝學(xué)4．油品的混合密度

屬性相近油品混合，混合密度可近似按可加性計(jì)算屬性相差很大的兩類組分(如烷烴和芳香烴)混合時，體積可能增大密度相差懸殊的兩個組分(如重油和輕烴)混合時，體積可能收縮

2023/2/615煉油工藝學(xué)二、特性因數(shù)(K;Wastonfactor;Characterizationfactor)1．定義特性因數(shù)是烴類絕對溫度表示的沸點(diǎn)的立方根對相對密度作圖，所得曲線的斜率2．不同烴類K值的大小同族的烴K值相近，不同族的烴K值不同

富含烷烴的石油餾分K值為12.5～13.0，富含芳烴的石油餾分K值為10～11

2023/2/616煉油工藝學(xué)對于烷烴來說，支鏈增加K值下降；而對于環(huán)烷烴和芳烴來說，支鏈數(shù)增加K值增加；對于芳烴來說，環(huán)數(shù)增加，K值減小對于石油餾分，計(jì)算K值時溫度T為中平均沸點(diǎn)

3．用途

特性因數(shù)對于了解原油的分類和確定原油的加工方案，油品的化學(xué)組成及油品的其它特性是十分有用的。石油餾分的特性因數(shù)，結(jié)合相對密度或平均沸點(diǎn)可求得油品的其他物理性質(zhì)，如前面講的蒸汽壓及后面將要講的分子量等。2023/2/617煉油工藝學(xué)三、其他表征油品化學(xué)組成的參數(shù)

①相關(guān)指數(shù)BMCI(美國礦務(wù)局相關(guān)指數(shù))BMCI：BureauofMinesCorrelationIndex

正構(gòu)烷烴的相關(guān)指數(shù)最小，基本為0；芳香烴的相關(guān)指數(shù)最高(苯約為100)

相關(guān)指數(shù)BMCI這個指標(biāo)廣泛用于表征裂解乙烯原料的化學(xué)組成，希望是越小越好。

2023/2/618煉油工藝學(xué)

特征參數(shù)KH②

對于含有大量不飽和烴或膠質(zhì)、瀝青質(zhì)的餾分（VR），特性因數(shù)就不能很好地表征其化學(xué)組成特性。因此石油大學(xué)重質(zhì)油國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室對原有的特性因數(shù)K進(jìn)行了修正，提出了一個表征渣油特征的特征參數(shù)KH。

2023/2/619煉油工藝學(xué)通過KH可以對渣油的加工性能進(jìn)行分類：

第一類：KH>7.5二次加工性能好第二類：6.5<KH<7.5二次加工性能中等第一類：KH<6.5二次加工性能差

通過多國內(nèi)外10幾種渣油的使用，發(fā)現(xiàn)KH較好地反映了渣油的特征和化學(xué)組成極其裂化性能，產(chǎn)品收率與KH有良好的對應(yīng)關(guān)系。

2023/2/620煉油工藝學(xué)三、平均相對分子質(zhì)量1．定義在煉油設(shè)備計(jì)算中，應(yīng)用最多的是數(shù)均相對分子質(zhì)量2．油品分子量的變化規(guī)律汽油：100～120

煤油：180～200

柴油：210～240

低粘度潤滑油：300～360

高粘度潤滑油：370～5002023/2/621煉油工藝學(xué)3．計(jì)算混合油品的平均相對分子質(zhì)量可以按加和法進(jìn)行計(jì)算經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式2023/2/622煉油工藝學(xué)第三節(jié)油品的流動性能

一、粘度1．定義流動分子的內(nèi)摩擦使流體帶有一定的粘滯性，從而產(chǎn)生流體抵抗剪切作用的能力。衡量這種能力或粘滯性的性質(zhì)指標(biāo)，就是粘度。粘度是評定油品流動性的指標(biāo)，是噴氣燃料、柴油、重油和潤滑油的重要質(zhì)量指標(biāo)。對潤滑油的分級、質(zhì)量鑒定具有決定意義，也是工藝計(jì)算和工藝設(shè)計(jì)中不可缺少的物理常數(shù)。

石油和油品在處于牛頓流體狀態(tài)時，其流動性能用黏度來描述；當(dāng)處于低溫狀態(tài)時，則用各種條件性指標(biāo)來評定其低溫流動性：如凝點(diǎn)、結(jié)晶點(diǎn)、冰點(diǎn)等。

2023/2/623煉油工藝學(xué)2．粘度的分類原油的粘度動力粘度(絕對粘度)c.g.s制泊(P,poise)

厘泊(cP)

SI制Pa.s1Pa.s=1000cP石油產(chǎn)品運(yùn)動粘度γ=η/ρ

c.g.s制(沱，Stoke)厘斯(厘沱)SI制mm2/s

1cSt=1mm2/s

2023/2/624煉油工藝學(xué)專門用于表示油品粘度的指標(biāo)賽氏粘度(SayboltViscosity)SUS或SFS

恩氏粘度(EnglerViscosity)條件度，E

雷氏粘度(RedwoodViscosity)RIS條件粘度各種粘度的近似關(guān)系：運(yùn)動粘度(mm2/s):恩氏粘度(條件度，E):賽氏通用粘度(SUS):雷氏粘度(RIS)=1:0.132:4.62:4.053．粘度的測定毛細(xì)管粘度計(jì)：牛頓型流體旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)：非牛頓型流體2023/2/625煉油工藝學(xué)二、油品粘度和化學(xué)組成的關(guān)系

黏度反映液體內(nèi)部分子間的摩擦力，因此黏度必然與油品的分子結(jié)構(gòu)和大小密切相關(guān)，有關(guān)υ與組成的關(guān)系，有幾點(diǎn)結(jié)論：油品的粘度隨沸程的升高和密度增大而迅速增大對于相同沸點(diǎn)的不同石油餾分：含環(huán)狀烴多則粘度高；環(huán)數(shù)越多，粘度越大當(dāng)烴類分子中的環(huán)數(shù)相同時，其側(cè)鏈越長則其粘度越大相同環(huán)數(shù)和碳數(shù)的芳香烴和環(huán)烷烴：環(huán)烷烴>芳香烴

上述結(jié)論說明了液體的運(yùn)動黏度中包含了分子結(jié)構(gòu)的信息，而且環(huán)可以認(rèn)為是黏度的載體。

2023/2/626煉油工藝學(xué)三、油品粘度與壓力、溫度的關(guān)系

1．與溫度的關(guān)系溫度升高，所有油品粘度下降；溫度降低，所有油品粘度升高①粘溫性質(zhì)：油品的粘度隨溫度變化的性質(zhì)油品的粘度隨溫度的變化幅度小，則稱為油品的粘溫性質(zhì)好

Relationofviscosityandtemperature2023/2/627煉油工藝學(xué)②粘溫性質(zhì)的表示法粘度比：υ50℃/υ100℃；比值越小，則粘溫性質(zhì)越好粘度指數(shù)(VI)

當(dāng)粘度指數(shù)(VI)為0～100時：

當(dāng)粘度指數(shù)等于或大于100時：

粘度指數(shù)越高，表示油品的粘溫性質(zhì)越好

2023/2/628煉油工藝學(xué)③粘溫性質(zhì)與分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系正構(gòu)烷烴的粘溫性質(zhì)最好，分支程度較小的異構(gòu)烷烴的粘溫性質(zhì)比正構(gòu)烷烴稍差，隨著分支程度的增大，粘溫性質(zhì)越來越差；環(huán)狀烴(包括環(huán)烷烴和芳香烴)的粘溫性質(zhì)比鏈狀烴的差；當(dāng)分子中環(huán)數(shù)相同時，其側(cè)鏈越長粘溫性質(zhì)越好，但側(cè)鏈上如有分支也會使粘溫性質(zhì)變差2023/2/629煉油工藝學(xué)④石油及石