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煉油工藝基礎(chǔ)知識(shí)
第一章石油及其產(chǎn)品的化學(xué)組成和物理性質(zhì)
原油是從地下開(kāi)采出來(lái)的、未經(jīng)加工的石油。原油經(jīng)煉制加工后得到各種燃料油、潤(rùn)滑油、
蠟、瀝青、石油焦等石油產(chǎn)品。了解石油及其產(chǎn)品的化學(xué)組成和物理性質(zhì),對(duì)于原油加工、
產(chǎn)品使用以及石油的綜合利用等有重要意義。
第一節(jié)石油的化學(xué)組成
一、石油的外觀性質(zhì)
石油通常是一種流動(dòng)或半流動(dòng)狀的粘稠液體。世界各地所產(chǎn)的石油在外觀性質(zhì)上有不同程
度的差別。從顏色看,大部分石油是黑色,也有暗綠或暗褐色,少數(shù)顯赤褐、淺黃色,甚至
無(wú)色。相對(duì)密度一般都小于1,絕大多數(shù)石油的相對(duì)密度在0.80?0.98之間,但也有個(gè)別的
高達(dá)1.02和低到0.71。我國(guó)主要油田的原油相對(duì)密度都在0.85以上。不同石油的流動(dòng)性差
別也很大,有的石油其50℃運(yùn)動(dòng)粘度為1.46毫米2/秒,有的卻高達(dá)20000毫米2/秒。
許多石油都有程度不同的臭味,這是因?yàn)楹辛蚧锏木壒省?/p>
石油外觀性質(zhì)的差異反映了其化學(xué)組成的不同。
二、石油的元素組成
石油主要由碳(C)和氫(H)兩種元素組成,其中碳含量為83?87%,氫含量為11?14%,
兩者合計(jì)為95?99%,由碳和氫兩種元素組成的碳?xì)浠衔锓Q為燃,在石油煉制過(guò)程中它
們是加工和利用的主要對(duì)象。此外,石油中還含有硫(S)、氮(N)、氧(O)。這些非碳?xì)湓睾?/p>
量一般為1?4%。但也有個(gè)別例外,如國(guó)外某原油含硫高達(dá)5.5%,某原油含氮量為1.4?
2.2%?雖然石油中非碳?xì)湓氐暮亢苌?,但是它們?duì)石油的性質(zhì)、石油加工過(guò)程以及產(chǎn)
品的使用性能有很大的影響。
石油中除含有碳、氯、硫、氮、氧五種元素外,還有微量的金屬元素和其它非金屬元素,
如釵、銀、鐵、銅、碑、氯、磷、硅等,它們的含量非常少,常以百萬(wàn)分之幾計(jì)(ppm)。
以上各種元素并非以單質(zhì)出現(xiàn),而是相互以不同形式結(jié)合成煌類和非炫類化合物存在于石
油中。所以,石油的組成是極為復(fù)雜的。
三、石油的燒類組成
石油主要是由各種不同的煌類組成的。石油中究竟有多少種燒,至今尚無(wú)法說(shuō)明。但已確
定石油中的燒類主要是由烷燒、環(huán)烷燒和芳香煌這三種煌類構(gòu)成。天然石油中一般不含烯煌、
煥燒等不飽和燒,只有在石油的二次加工產(chǎn)物中和利用油頁(yè)巖制得的頁(yè)巖油中含有不同數(shù)量
的烯煌。
(一)烷院
烷煌是石油的主要組分。在常溫常壓下,C1?C4(即分子中含有1?4個(gè)碳原子)的;烷燒
為氣體,C5?C15的烷燒為液體,大于C16的正構(gòu)烷燒為固體。
含有大量的甲烷和少量的乙烷、丙烷的天然氣稱為干氣,除含有較多的甲烷、乙烷外,還
含有少量易揮發(fā)的液態(tài)燃蒸氣(如戊烷、己烷、辛烷)的天然氣稱為濕氣,高分子烷煌是固
態(tài),但一般溶于油中,低溫下析出。
在一般條件下,烷煌的化學(xué)性質(zhì)很不活潑,不易與其它物質(zhì)發(fā)生反應(yīng),但在特殊條件下,
烷燒也會(huì)發(fā)生氧化、鹵化、硝化及熱分解等反應(yīng)。
(二)環(huán)烷煌
-1-
環(huán)烷燒是環(huán)狀的飽和燒,也是石油的主要組分之一。石油中的環(huán)烷燒主要是含五碳環(huán)的環(huán)
戊烷系和含六碳環(huán)的環(huán)己烷系。從數(shù)量上看,一般是環(huán)己烷系多于環(huán)戊烷系。
隨著石油儲(chǔ)分沸點(diǎn)的升高,環(huán)烷燒相對(duì)含量增加,在高沸點(diǎn)的石油儲(chǔ)分中,還含有雙環(huán)和
多環(huán)的環(huán)烷煌以及環(huán)烷-芳香崎。在更重的石油儲(chǔ)分中,因?yàn)榉枷慊偷暮吭黾邮沟铆h(huán)烷燃
的相對(duì)含量有所減少。
環(huán)烷燒的抗爆性較好、凝點(diǎn)低、有較好的潤(rùn)滑性能和粘溫性,是汽油、噴氣燃料及潤(rùn)滑油
的良好組分。
環(huán)烷煌的化學(xué)性質(zhì)與烷燒相近,但稍活潑,在一定條件下可發(fā)生氧化、鹵化、硝化、熱分
解等反應(yīng),環(huán)烷煌在一定條件下還能脫氫生成芳香煌。
(三澇香燃
芳香煌是指分子中含有苯環(huán)的燃類,一般苯環(huán)上帶有不同的烷基側(cè)鏈,也是石油的主要組
分之一。同一種原油中,隨著沸點(diǎn)(或分子量)的升高,芳香燒的含量增多。石油中除含有
單環(huán)芳香燒外,還含有雙環(huán)和多環(huán)芳香煌。
芳香煌的化學(xué)性質(zhì)較烷煌稍活潑,可與一些物質(zhì)發(fā)生反應(yīng),但芳香燒中的苯環(huán)很穩(wěn)定,強(qiáng)
氧化劑也不能使其氧化,也不易起加成反應(yīng)。在一定條件下,芳香燒上的側(cè)鏈會(huì)被氧化成有
機(jī)酸,這是油品氧化變質(zhì)的重要原因之一,芳香煌在一定條件下還能選行加氫反應(yīng),
(四)烯燼
石油中一般不含烯燒。烯炫主要存在于石油的二次加工產(chǎn)物中。
烯煌又分為單烯煌(即分子中含有一個(gè)雙鍵)、雙烯經(jīng)和環(huán)烯燒。在常溫常壓下,單烯燃C2-
C4氣體,C3?C18是液體,C18以上是固體。
烯燼分子中有雙鍵,因此烯煌的化學(xué)性質(zhì)很活潑,可與多種物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)。在一定條件下
可進(jìn)行加成、氧化和聚合等各種反應(yīng)。在空氣中烯燃易氧化成酸性物質(zhì)或膠質(zhì),特別是二烯
燒和環(huán)烯燒更易氧化,影響油品的安定性。
四、石油的儲(chǔ)分組成
石油是一個(gè)多組分的復(fù)雜混合物,每個(gè)組分有其各自不同的沸點(diǎn)。石油加工的第一步一
蒸餡(或分儲(chǔ)),就是根據(jù)各組分沸點(diǎn)的不同,用蒸鐲的方法把石油“分割”成幾個(gè)部分,這
每一部分稱為像分。
通常我們把沸點(diǎn)小于200℃的儲(chǔ)分稱為汽油儲(chǔ)分或低沸錨分,200?35(TC的稱為煤、柴油
儲(chǔ)分或中間微分,350?500℃的稱為減壓微分或高沸鐳分,大于500℃的為渣油。
必須注意,石油儲(chǔ)分不是石油產(chǎn)品。石油產(chǎn)品必須滿足油品規(guī)格的要求。通常儲(chǔ)分油要經(jīng)
過(guò)進(jìn)一步的加工才能變成石油產(chǎn)品。此外,同一沸點(diǎn)范圍的儲(chǔ)分也可以因目的不同而加工成
不同產(chǎn)品。例如航空煤油(即噴氣燃料)的儲(chǔ)分范圍是150?280℃,燈用煤油是200?300℃,
輕柴油是200?350℃。減壓偏分油既可以加工成潤(rùn)滑油產(chǎn)品,也可以作為裂化的原料。
國(guó)內(nèi)外部分原油直儲(chǔ)儲(chǔ)分和減壓渣油的含量列于表1-1。
從表1-1可以看出:與國(guó)外原油相比,我國(guó)一些主要油田原油中汽油儲(chǔ)分少(一般低于
10%),渣油含量高,這是我國(guó)原油的主要特點(diǎn)之一。
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五、石油的非煌組成
石油中的非燃化合物主要指含硫、氮、氧的化合物。這些元素的含量雖僅約1~4%,但非
煌化合物的含量都相當(dāng)高,可高達(dá)20%以上。非燒化合物在石油各儲(chǔ)分中的分布是不均勻
的,大部分集中在重質(zhì)儲(chǔ)分和殘?jiān)椭小7侨蓟衔锏拇嬖趯?duì)石油加工和石油產(chǎn)品使用性能
影響很大,石油加工中絕大多數(shù)精制過(guò)程都是為了除去這類非煌化合物。如果處理適當(dāng),綜
合利用,可變害為利,生產(chǎn)一些重要的化工產(chǎn)品。例如,從石油氣中除硫的同時(shí),又可回收
硫磺。
(一)含硫化合物
硫是石油中常見(jiàn)的組成元素之一,不同的石油含硫量相差很大,從萬(wàn)分之幾到百分之幾。
硫在石油館分中的含量隨其沸點(diǎn)范圍的升高而增加,大部分硫化物集中在重油中。由于硫?qū)?/p>
于石油加工影響極大,所以含硫量常作為評(píng)價(jià)石油的一項(xiàng)重要指標(biāo)。
硫在石油中少量以元素硫(S)和硫化氫(H2S)形式存在,太多數(shù)以有機(jī)硫化物形式存在,如
硫醇(RSH)硫酸(RSR')、環(huán)硫醒(等)、二硫化物(RSSR')、口塞吩()及其同系
物等。
含硫化合物的主要危害是:①對(duì)設(shè)備管線有腐蝕作用。元素硫、硫化氫和低分子硫醇(統(tǒng)稱
為活性硫化物)都能與金屬作用而腐蝕設(shè)備和管線。硫酸、二硫化物等(統(tǒng)稱為非活性硫化
物)本身對(duì)金屬并無(wú)作用,但受熱后會(huì)分解生成腐蝕性較強(qiáng)的硫醇和硫化氫,特別是燃燒生
成的二氧化硫腐蝕性更強(qiáng)。②可使油品某些使用性能變壞。汽油中的含硫化合物會(huì)使汽油的
感鉛性下降、燃燒性能變壞、氣缸積炭增多、發(fā)動(dòng)機(jī)腐蝕和磨損加劇。硫化物還會(huì)使油品的
儲(chǔ)存安定性變壞,不僅發(fā)生惡臭,還會(huì)顯著促進(jìn)膠質(zhì)的生成。③污染環(huán)境。含硫油品燃燒后
生成二氧化硫、三氧化硫等,污染大氣,對(duì)人體有害。石油中的臭味來(lái)自4在二次加工過(guò)程
中,使某些其中的含硫化合物硫醇,當(dāng)空氣是有0。00001毫克/升的硫醇時(shí)即可嗅到。。催
化劑中毒,喪失催化劑活性。
通常采用酸堿洗滌、催化加氫、催化氧化等方法除去油品中的硫化物,(二)含氮化合物
石油中含氮量一般在萬(wàn)分之幾至千分之幾。密度大,膠質(zhì)多、含硫量高的石油,一般其含
氮量也高。石油儲(chǔ)分中氮化物的含量隨其沸點(diǎn)范圍的升高而增加,大部分氮化物以膠狀、瀝
青狀物質(zhì)存在于渣油中。
石油中的氮化物大多數(shù)是氮原子在環(huán)狀結(jié)構(gòu)中的雜環(huán)化合物,主要有吐唾()喋咻
()等的同系物(統(tǒng)稱為堿性氮化物)及毗咯()、呼I噪()等
的同系物(統(tǒng)稱為非堿性氮化物)。
石油中另一類重要的非堿性氮化物是金屬口卜咻化合物,分子中有四個(gè)毗咯環(huán),重金屬原子
與口卜咻中
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的氮原子呈絡(luò)合狀態(tài)存在,又稱深族化合物。
石油中氮含量雖少,但對(duì)石油加工、油品儲(chǔ)存和使用的影響卻很大,當(dāng)油品中含有氮化物
時(shí),儲(chǔ)存日期稍久,就會(huì)使顏色變深,氣味發(fā)臭,這是因?yàn)椴环€(wěn)定的氮化物長(zhǎng)期與空氣接觸
氧化生成了膠質(zhì)。氮化物也是某些二次加工催化劑的毒物,所以,油品中的氮化物應(yīng)在精制
過(guò)程中除去。
(三)含氧化合物
石油中的氧含量一般都很少,約千分之幾,個(gè)別右油中氧含量高達(dá)2?3%,有油中的含氧
化合物大部分集中在膠質(zhì)、瀝青質(zhì)中,因此,膠質(zhì)、瀝青質(zhì)含量高的重質(zhì)石油其含氧量一般
比較高。對(duì)以膠質(zhì)、瀝青質(zhì)形式存在的含氧化合物在后面將作單獨(dú)討論,這里只討論膠質(zhì)、
瀝青質(zhì)以外的含氧化合物。
石油中的氧均以有機(jī)物形式存在。這些含氧化合物分為酸性氧化物和中性氧化物兩類。酸
性氧化物中有環(huán)烷酸、脂肪酸和酚類,總稱石油酸。中性氧化物有醛、酮和酯類,它們?cè)谑?/p>
油中含量極少。含氧化合物中以環(huán)烷酸和酚類最重要,特別是環(huán)烷酸,約占石油酸總量的
90%,而且在石油中的分布也很特殊,主要集中在中間微分中(沸程約為250?400℃),而
在低沸儲(chǔ)分或高沸微分中含量都比較低。
純的環(huán)烷酸是一種油狀液體,有特殊的臭味,具有腐蝕性,對(duì)油品使用性能有不良影響。
但是環(huán)烷酸卻是非常有用的化工產(chǎn)品或化工原料,常用作防腐劑、殺蟲(chóng)殺菌劑、農(nóng)用助長(zhǎng)劑、
洗滌劑、顏料添加劑等。
酚類也有強(qiáng)烈的氣味,具有腐蝕性。但可作為消毒劑,還是合成纖維、醫(yī)藥、染料、炸藥
等的原料油品中的含氧化合物在精制時(shí)必須除去。
(四)膠狀瀝青狀物質(zhì)
石油中的非燃化合物,大部分以膠狀瀝青狀物質(zhì)(即膠質(zhì)瀝青質(zhì))存在,都是由碳、氫、硫、
氮、氧以及一些金屬元素組成的多環(huán)復(fù)雜化合物。它們?cè)谑椭械暮肯喈?dāng)可觀,從百分之
幾到幾十,絕大部分存在于石油的減壓渣油中。膠質(zhì)和瀝青質(zhì)的組成和分子結(jié)構(gòu)都很復(fù)雜,
兩者有差別,但并沒(méi)有嚴(yán)格的界限,膠原一般能溶于石油酸(低沸點(diǎn)烷燒)及苯,也能溶于
一切石油微分。膠質(zhì)有很強(qiáng)的著色力,油品的顏色主要來(lái)自膠質(zhì)。膠質(zhì)受熱或在常溫下氧化
可以轉(zhuǎn)化為瀝青質(zhì)。瀝青質(zhì)是暗褐色或深黑色脆性的非晶體固體粉末,不溶于石油醛而溶于
苯。膠質(zhì)和瀝青質(zhì)在高溫時(shí)易轉(zhuǎn)化為焦炭。
油品中的膠質(zhì)必須除去,而含有大量膠質(zhì)瀝青質(zhì)的渣油可用于生產(chǎn)瀝青,包括道路瀝青、
建筑瀝青等。瀝青是主要的石油產(chǎn)品之一。
從上述介紹可以看出,石油是以燒類有機(jī)物為主,還包括一定數(shù)量非煌類有機(jī)物的復(fù)雜混
合物。了解石油的化學(xué)組成,再根據(jù)石油及其產(chǎn)品的物理性質(zhì)及實(shí)際需要,就可以確定合
理的石油加工方案。
第二節(jié)石油及其產(chǎn)品的物理性質(zhì)
石油及其產(chǎn)品的物理性質(zhì)是生產(chǎn)和科研中評(píng)定油品質(zhì)量和控制加工過(guò)程的主要指標(biāo)。加工
一種原油之前,先要測(cè)定它的各種物理性質(zhì),如沸點(diǎn)范圍(儲(chǔ)分組成)、相對(duì)密度、粘度、凝
點(diǎn)、閃點(diǎn)、殘?zhí)?、含硫量等,稱為原油評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)。根據(jù)原油評(píng)價(jià)才能確定原油的合理加工方
案。
石油和油品的物理性質(zhì)與其化學(xué)組成密切相關(guān)。由于石油和油品都是復(fù)雜的混合物,所以
它們的物理性質(zhì)是所含各種成分的綜合表現(xiàn)。與純化合物的性質(zhì)有所不同,石油和油品的物
理性質(zhì)往往是條件性的,離開(kāi)了一定的測(cè)定方法、儀器和條件,這些性質(zhì)也就失去了意義。
-4-
石油和油品性質(zhì)測(cè)定方法都規(guī)定了不同級(jí)別的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn),其中有國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)(簡(jiǎn)稱ISO)、國(guó)
家標(biāo)準(zhǔn)(簡(jiǎn)稱GB)、中國(guó)石油化工總公司行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(簡(jiǎn)稱SH)等等。
一、密度和相對(duì)密度
在規(guī)定溫度下,單位體積(1-1)
與通常密度的概念相反,°AP1數(shù)值愈大,表示密度愈小。
油品的密度與其組成有關(guān)。同一原油的不同儲(chǔ)分油,隨沸點(diǎn)范圍升高,密度增大。當(dāng)沸點(diǎn)
范圍相同時(shí),含芳香燒愈多,密度愈大;含烷燃愈多,密度愈小。
密度是評(píng)價(jià)石油質(zhì)量的主要指標(biāo),通過(guò)密度和其它性質(zhì)可以判斷原油的化學(xué)組成。
二、蒸氣壓
在一定溫度下,液體與其液面上方蒸氣呈平衡狀態(tài)時(shí),該蒸氣所產(chǎn)生的壓力稱為飽和蒸氣
壓,簡(jiǎn)稱蒸氣壓。蒸氣壓愈高,說(shuō)明液體愈容易氣化。
純煌和其它純的液體一樣,其蒸氣壓只隨液體溫度而變化,溫度升高,蒸氣壓增大。
石油及石油微分的蒸汽壓與純物質(zhì)有所不同,它不僅與溫度有關(guān),而且與氣化率(或液相
組成)有關(guān),在溫度一定時(shí),氣化量變化會(huì)引起蒸氣壓的變化。
油品的蒸氣壓通常有兩種表示方法:一種是油品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中的雷德(Reid)蒸氣壓,是在規(guī)定
條件(38℃、氣相體積與液相體積之比為4:1)下測(cè)定的。另一種是真實(shí)蒸氣壓,指氣化率為
零時(shí)的蒸氣壓。
三、沸點(diǎn)與儲(chǔ)程
純物質(zhì)在一定外壓下,當(dāng)加熱到某一溫度時(shí),其飽和蒸氣壓等于外界壓力,此時(shí)液體就會(huì)
沸騰,此溫度稱為沸點(diǎn)。在外壓一定時(shí),純化合物的沸點(diǎn)是一個(gè)定值。
石油及其儲(chǔ)分或產(chǎn)品都是復(fù)雜的混合物,所含各組分的沸點(diǎn)不同,所以在一定外壓下,油
品的沸點(diǎn)不是一個(gè)溫度點(diǎn),而是一個(gè)溫度范圍。
將一定量的油品放入儀器中進(jìn)行蒸儲(chǔ),經(jīng)過(guò)加熱、氣化、冷凝等過(guò)程,油品中低沸點(diǎn)組分
易蒸發(fā)出來(lái),隨著蒸儲(chǔ)溫度的不斷提高,較多的高沸點(diǎn)組分也相繼蒸出。蒸錨時(shí)流出第一滴
冷凝液時(shí)的氣相溫度叫初儲(chǔ)點(diǎn),儲(chǔ)出物的體積依次達(dá)到10%,20%、30%,,,,90%時(shí)的氣相溫
度分別稱為10%點(diǎn)(或10%儲(chǔ)出溫度)、30%點(diǎn),,,,90%點(diǎn),蒸儲(chǔ)到最后達(dá)到的氣體的最高溫度
叫干點(diǎn)(或終儲(chǔ)點(diǎn))。從初儲(chǔ)點(diǎn)到干點(diǎn)(或終鐳點(diǎn))這一溫度范圍稱為儲(chǔ)程,在此溫度范圍內(nèi)蒸
儲(chǔ)出的部分叫播分。儲(chǔ)分與儲(chǔ)程或蒸儲(chǔ)溫度與微出量之間的關(guān)系叫原油或油品的儲(chǔ)分組成。
在生產(chǎn)和科研中常用的微程測(cè)定方法有實(shí)沸點(diǎn)蒸儲(chǔ)與恩氏蒸儲(chǔ),它們不同的是:前者蒸鐳
設(shè)備較精
-5-20表示。其
密,儲(chǔ)出時(shí)的氣相溫度較接近微出物的沸點(diǎn),溫度與儲(chǔ)出的重量百分?jǐn)?shù)呈對(duì)應(yīng)關(guān)系:而后
者蒸儲(chǔ)設(shè)備較簡(jiǎn)便,蒸播方法簡(jiǎn)單,儲(chǔ)程數(shù)據(jù)容易得到,但僧程并不能代表油品的真實(shí)沸點(diǎn)
范圍。所以,實(shí)沸點(diǎn)蒸儲(chǔ)適用于原油評(píng)價(jià)及制定產(chǎn)品的切割方案,恩氏蒸儲(chǔ)儲(chǔ)程常用于生產(chǎn)
控制、產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及工藝計(jì)算,例如儲(chǔ)程是汽油、噴氣燃料、柴油、燈用煤油、溶劑油等
的重要質(zhì)量指標(biāo)。
四、特性因數(shù)
特性因數(shù)(K)是反映石油或石油儲(chǔ)分化學(xué)組成特性的一種特性數(shù)據(jù),應(yīng)用極為普遍。
特性因數(shù)的定義為:
K=1.216Tl/3/dl5.615.6(1-2)
式中T-煌類的沸點(diǎn)、石油或石油儲(chǔ)分的立方平均沸點(diǎn)或中平均沸點(diǎn),K。
不同姓類的特性因數(shù)是不同的。烷煌的最高,環(huán)烷燒的次之,芳香煌的最低。由于石油及
其微分是以經(jīng)燃類為主的復(fù)雜混合物,所以也可以用特性因數(shù)表示它們的化學(xué)組成特性,含
烷煌多的石油鐳分的特性因數(shù)較大,約為12.5?13。含芳香煌多的石油儲(chǔ)分的較小,約為
10~11;一般石油的特性因數(shù)在
9.7?13之間。我國(guó)大慶原油K值為12.5,勝利原油K值為12.1?
特性因數(shù)K對(duì)原油的分類、確定原油加工方案等是十分有用的。
五、平均分子量
石油是多種化合物的復(fù)雜混合物,石油儲(chǔ)分的分子量是其中各組分分子量的平均值,因此
稱為平均分子量(簡(jiǎn)稱分子量)。
石油儲(chǔ)分的平均分子量隨儲(chǔ)分沸程的升高而增大。汽油的平均分子量約為100?120,煤油
為180?200,輕柴油為210?240,低粘度潤(rùn)滑油為300?360,高粘度潤(rùn)滑油為370?500。
六、粘度
粘度是評(píng)價(jià)原油及其產(chǎn)品流動(dòng)性能的指標(biāo),是噴氣燃料、柴油、重油和潤(rùn)滑油的重要質(zhì)量
標(biāo)準(zhǔn)之一,特別是對(duì)各種潤(rùn)滑油的分級(jí)、質(zhì)量鑒別和用途具有決定意義。粘度對(duì)油品流動(dòng)和
輸送時(shí)的流量和壓力降也有重要影響。
粘度是表示液體流動(dòng)時(shí)分子間摩擦而產(chǎn)生阻力的大小。粘稠的液體比稀薄的液體流動(dòng)得
慢,因?yàn)檎吵硪后w在流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的分子間的摩擦力較大。粘度的大小隨液體組成、溫度和壓
力不同而異。
粘度的表示方法有動(dòng)力粘度、運(yùn)動(dòng)粘度及恩氏粘度等。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)規(guī)定統(tǒng)一采
用運(yùn)動(dòng)粘度。動(dòng)力粘度是表示液體在一定剪切應(yīng)力下流動(dòng)時(shí)內(nèi)摩擦力的量度,其值為所加
于流動(dòng)液體的剪切應(yīng)力和剪切速率之比。在我國(guó)法定單位制中以帕?秒表示,習(xí)慣上用厘泊
為單位。1厘泊=10-8帕?秒=1毫帕?秒。
運(yùn)動(dòng)粘度表示液體在重力作用下流動(dòng)時(shí)內(nèi)摩擦力的量度,其值為相同溫度下液體的動(dòng)力粘
度與其密度之比,在法定單位制中以米2/秒表示。在物理單位制中運(yùn)動(dòng)粘度單位為厘米2/
秒(斯),常用單位是毫米2/秒,叫厘斯(即百分之一斯)。
1米2/秒=10000斯=1000000厘斯(毫米2/秒)。
恩氏粘度是條件性粘度,常用于表示油品的粘度。恩氏粘度是在規(guī)定條件下,從儀器中流
出200毫升油品的時(shí)間(秒)與20C時(shí)流出200毫升蒸錨水所需時(shí)間(秒)的比值,以。E來(lái)表示。
石油及其憎分或產(chǎn)品的粘度隨其組成不同而異。含烷燒多(特性因數(shù)大)的石油儲(chǔ)分粘度較
小,含環(huán)狀煌多(特性因數(shù)?。┑恼扯容^大。一般地,石油儲(chǔ)分愈重、沸點(diǎn)愈高,粘度愈大。
-6-
溫度對(duì)油品粘度影響很大。溫度升高,液體油品的粘度減小,而油蒸氣的粘度增大。
油品粘度隨溫度變化的性質(zhì)稱為粘溫性質(zhì)。粘溫性質(zhì)好的油品,其粘度隨溫度變化的幅度
較小。粘溫性是潤(rùn)滑油的重要指標(biāo)之一,為了使?jié)櫥驮跍囟茸兓臈l件下能保證潤(rùn)滑作用,
要求潤(rùn)滑油具有良好的粘溫性質(zhì)。
油品粘溫性質(zhì)的表示方法常用的有兩種,即粘度比和粘度指數(shù)(VI)。
粘度比最常用的是50℃與100℃運(yùn)動(dòng)粘度的比值,也有用-20℃與50℃運(yùn)動(dòng)粘度的比值,
分別表示為丫50℃2100℃和片20℃/丫50℃粘度比愈小,粘溫性愈好。
粘度指數(shù)是世界各國(guó)表示潤(rùn)滑油粘溫性質(zhì)的通用指標(biāo),也是ISO標(biāo)準(zhǔn)。粘度指數(shù)愈高,粘
溫性質(zhì)愈好。
油品的粘溫性質(zhì)是由其化學(xué)組成所決定的?;皖愔幸哉龢?gòu)烷燒的粘溫性最好,環(huán)烷燒次之,
芳香燒的最差。燒類分子中環(huán)狀結(jié)構(gòu)越多,粘溫性越差,側(cè)鏈越長(zhǎng)則粘溫性越好。
七、低溫性能
燃料和潤(rùn)滑油通常需要在冬季、室外、高空等低溫條件下使用,所以油品在低溫時(shí)的流動(dòng)
性是評(píng)價(jià)油品使用性能的重要項(xiàng)目,原油和油品的低溫流動(dòng)性對(duì)輸送也有重要意義。油品低
溫流動(dòng)性能包括濁點(diǎn)、冰點(diǎn)、結(jié)晶點(diǎn)、傾點(diǎn)、凝點(diǎn)和冷濾點(diǎn)等,都是在規(guī)定條件下測(cè)定的。
油品在低溫下失去流動(dòng)性的原因有兩種。一種是對(duì)于含蠟很少或不含蠟的油品,隨著溫度
降低,油品粘度迅速增大,當(dāng)粘度增大到某一程度,油品就變成無(wú)定形的粘稠狀物質(zhì)而失去
流動(dòng)性,即所謂"粘溫凝固"。另一種原因是對(duì)含蠟油品而言,油品中的固體蠟當(dāng)
溫度適當(dāng)時(shí)可溶解于油中,隨著溫度的降低,油中的蠟就會(huì)逐漸結(jié)晶出來(lái),當(dāng)溫度進(jìn)一步下
降時(shí),結(jié)晶大量析出,并連結(jié)成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的結(jié)晶骨架,蠟的結(jié)晶骨架把此溫度下還處于液態(tài)
的油品包在其中,使整個(gè)油品失去流動(dòng)性,即所謂"構(gòu)造凝固"。
濁點(diǎn)是在規(guī)定條件下,清晰的液體油品由于出現(xiàn)蠟的微晶粒而呈霧狀或渾濁時(shí)的最高溫
度。若油品繼續(xù)冷卻,直到油中出現(xiàn)肉眼能看得到的晶體,此時(shí)的溫度就是結(jié)晶點(diǎn)。油品中
出現(xiàn)結(jié)晶后,再使其升溫,使原來(lái)形成的燒類結(jié)晶消失時(shí)的最低溫度稱為冰點(diǎn)。同一油品的
冰點(diǎn)比結(jié)晶點(diǎn)稍高1?3℃。
濁點(diǎn)是燈用煤油的重要質(zhì)量指標(biāo),而結(jié)晶點(diǎn)和冰點(diǎn)是航空汽油和噴氣燃料的重要質(zhì)量指
標(biāo)。
純化合物在一定溫度和壓力下有固定的凝點(diǎn),而且與熔點(diǎn)數(shù)值相同。而油品是一種復(fù)雜的
混合物,它沒(méi)有固定的"凝點(diǎn)"。所謂油品的凝點(diǎn)",是在規(guī)定條件下測(cè)得的
油品剛剛失去流動(dòng)性時(shí)的最高溫度,完全是條件性的。
傾點(diǎn)是在標(biāo)準(zhǔn)條件下,被冷卻的油品能流動(dòng)的最低溫度,冷濾點(diǎn)是表示柴油在低溫下堵塞
濾網(wǎng)可能性的指標(biāo),是在規(guī)定條件下測(cè)得的油品不能通過(guò)濾網(wǎng)時(shí)的最高溫度。
國(guó)內(nèi)已開(kāi)始逐漸采用傾點(diǎn)代替凝點(diǎn),冷濾點(diǎn)代替柴油凝點(diǎn)作為油品低溫性能的指標(biāo)。
油品的低溫流動(dòng)性與其化學(xué)組成有密切關(guān)系。油品的沸點(diǎn)愈高,特性因數(shù)愈大或含蠟量
愈多,其傾點(diǎn)或凝點(diǎn)就愈高,低溫流動(dòng)性愈差。
八、閃點(diǎn)、燃點(diǎn)和自燃點(diǎn)
油品是易著火的物質(zhì)。油品蒸氣與空氣的混合氣在一定的濃度范圍內(nèi)遇到明火就會(huì)閃火或
爆炸?;旌蠚庵杏蜌獾臐舛鹊陀谶@一范圍,油氣不足,而高于這一范圍,空氣不足,都不能
發(fā)生閃火爆炸。因此,這一濃度范圍就稱為爆炸范圍,油氣的下限濃度稱為爆炸下限,上限
濃度稱為爆炸上限。
-7-
閃點(diǎn)是在規(guī)定條件下,加熱油品所逸出的蒸氣和空氣組成的混合物與火焰接觸發(fā)生瞬間閃
火時(shí)的最低溫度。
由于測(cè)定儀器和條件的不同,油品的閃點(diǎn)又分為閉口閃點(diǎn)和開(kāi)口閃點(diǎn)兩種,兩者的數(shù)值是
不同的。通常輕質(zhì)油品測(cè)定其閉口閃點(diǎn),重質(zhì)油和潤(rùn)滑油多測(cè)定其開(kāi)口閃點(diǎn)。
石油儲(chǔ)分的沸點(diǎn)愈低,其閃點(diǎn)也愈低。汽油的閃點(diǎn)約為-50?30℃,煤油的為28?60℃,
潤(rùn)滑油的為130?325℃。
燃點(diǎn)是在規(guī)定條件下,當(dāng)火焰靠近油品表面的油氣和空氣混合物時(shí)即著火并持續(xù)燃燒至規(guī)
定時(shí)間所需的最低溫度。
測(cè)定閃點(diǎn)和燃點(diǎn)時(shí),需要用外部火源引燃。如果預(yù)先將油品加熱到很高的溫度,然后使之
與空氣接觸,則無(wú)需引火,油品因劇烈的氧化而產(chǎn)生火焰自行燃燒,稱為油品的自燃。發(fā)生
自燃的最低溫度稱為油品的自燃點(diǎn)。
閃點(diǎn)和燃點(diǎn)與燃類的蒸發(fā)性能有關(guān),而自燃點(diǎn)卻與其氧化性能有關(guān)。所以,油品的閃點(diǎn)、
燃點(diǎn)和自燃點(diǎn)與其化學(xué)組成有關(guān)。油品的沸點(diǎn)越低,其閃點(diǎn)和燃點(diǎn)越低,而自燃點(diǎn)越高。含
烷煌多的油品,其自燃點(diǎn)低,但閃點(diǎn)高。
閃點(diǎn)、燃點(diǎn)和自然點(diǎn)對(duì)油品的儲(chǔ)存、使用和安全生產(chǎn)都有重要意義,是油品安全保管、輸
送的重要指標(biāo),在儲(chǔ)運(yùn)過(guò)程中要避免火源與高溫。
九、油品的其它物理性質(zhì)
(一)熱性質(zhì)
1.比熱
單位重量的物質(zhì)溫度升高(或K)所需要的熱量稱為比熱,單位是千焦/(千克?K)或干焦
/(千克?℃).油品的比熱隨密度增加而減小,隨溫度升高而增大。
2.氣化潛熱。
在常壓沸點(diǎn)下,單位重量的物質(zhì)由液態(tài)轉(zhuǎn)化為氣態(tài)所需要的熱量稱為氣化潛熱,單位是。
千焦/千克。汽油的汽化潛熱約為290?315千焦/千克,煤油的為250?270千焦/千殼,柴
油的為230?250千焦/千克,潤(rùn)滑油的為190?230千焦/千殼.
3.焙
熱力學(xué)函數(shù)之一。焰的絕對(duì)值是不能測(cè)定的,但可測(cè)定過(guò)程始態(tài)和終態(tài)焰的變化值。為了
方便起見(jiàn),人為地規(guī)定某個(gè)狀態(tài)下的烙值為零,該狀態(tài)稱為基準(zhǔn)狀態(tài)。物質(zhì)基準(zhǔn)狀態(tài)變化到
指定狀態(tài)時(shí)發(fā)生的焙變作為物質(zhì)在該狀態(tài)下的始值,單位是千焦/千克。
油品的熔與其化學(xué)組成有關(guān)。在相同溫度下,油品的密度越小,特性因數(shù)越大,其焙值越
高。
(二)折射率(折光率)
嚴(yán)格地講,光在真空中的速度(2.9986x103米/秒)與光在物質(zhì)中速度之比稱為折射率,以n
表示。通常用的折射率數(shù)據(jù)是光在空氣中的速度與被空氣飽和的物質(zhì)中速度之比。
折射率的大小與光的波長(zhǎng)、被光透過(guò)物質(zhì)的化學(xué)組成以及密度、溫度和壓力有關(guān)。在其它
條件相同情況下烷煌的折射率最低,芳香煌的最高,烯炫和環(huán)烷煌的介于它們之間。對(duì)環(huán)烷
和芳香煌,分子中環(huán)數(shù)愈多則折射率愈高。
-8-
常用的折射率是n20D,即溫度為20℃、常壓下鈉的D線(波長(zhǎng)為58926納米)的折射率。
油品的折射率常用于測(cè)定油品的燒類族組成,煉油廠的中間控制分析也采用折射率來(lái)求定
殘?zhí)恐?。(三)含硫?/p>
如前所述,石油中的硫化物對(duì)石油加工及石油產(chǎn)品的使用性能影響較大。因此,含硫量是
評(píng)價(jià)石油及產(chǎn)品性質(zhì)的一項(xiàng)重要指標(biāo),也是選擇石油加工方案的依據(jù)。含硫量的測(cè)定方法有
多種,如硫醇硫含量、硫含量(即總硫含量)、腐蝕等定量或定性方法,通常,含硫量是指油
品中含硫元素的重量百分?jǐn)?shù)。
(四)膠質(zhì)、瀝青質(zhì)和蠟含量
原油中的膠質(zhì)、瀝青質(zhì)和蠟含量對(duì)原油輸送影響很大,特別是制定高含蠟易凝原油的加熱
輸送方案時(shí),膠質(zhì)與含蠟量之間的比例關(guān)系會(huì)顯著影響熱處理溫度和熱處理的效果。這三種
物質(zhì)的含量對(duì)制定原油的加工方案也至關(guān)重要。因此通常需要測(cè)定原油中膠質(zhì)、瀝青質(zhì)和蠟
的含量,均以重量百分?jǐn)?shù)表示。
(五)殘?zhí)?/p>
用特定的儀器,在規(guī)定的條件下,將油品在不通空氣的情況下加熱至高溫,此時(shí)油品中的燒類
即發(fā)生蒸發(fā)和分解反應(yīng),最終成為焦炭。此焦炭占試驗(yàn)用油的重量百分?jǐn)?shù),叫做油品的殘?zhí)?/p>
或殘?zhí)恐怠?/p>
殘?zhí)颗c油品的化學(xué)組成有關(guān)。生成焦炭的主要物質(zhì)是瀝青質(zhì)、膠質(zhì)和芳香崎,在芳香煌中
又以稠環(huán)芳香經(jīng)的殘?zhí)孔罡?。所以石油的殘?zhí)吭谝欢ǔ潭壬戏从沉似渲袨r青質(zhì)、膠質(zhì)和稠環(huán)
芳香煌的含量。這對(duì)于選擇石油加工方案有一定的參考意義。此外,因?yàn)闅執(zhí)康拇笮∧軌蛑?/p>
接地表明油品在使用中積炭的傾向和結(jié)焦的多少,所以殘?zhí)窟€是潤(rùn)滑油和i燃料油等重質(zhì)油
以及二次加工原料的質(zhì)量指標(biāo)。
在表1-2中列舉了我國(guó)幾種原油的性質(zhì)。
-9-
第二章石油產(chǎn)品的使用要求和規(guī)格指標(biāo)
從石油中可生產(chǎn)出千余種產(chǎn)品,根據(jù)石油產(chǎn)品的特征和用途,可以分為六大類(GB498-87):
燃料(F)、溶劑和化工原料(S)、潤(rùn)滑劑和有關(guān)產(chǎn)品(L)、蠟(W)、瀝青(B)和石油焦(C)。
從數(shù)量上看,燃料占石油產(chǎn)品的90%左右甚至更多,其用量最大,其中又以發(fā)動(dòng)機(jī)燃料為
主要產(chǎn)品。潤(rùn)滑劑僅占石油產(chǎn)品的5%左右,但其品種和類別卻極其繁多。
第一節(jié)燃料
液體燃料與固體燃料相比較,具有熱值高(石油產(chǎn)品熱值為40000?48000千焦/千克,煤
的熱值為25000?33500千焦/千克)、灰分少、對(duì)環(huán)境污染小及輸送使用方便等優(yōu)點(diǎn),因而
廣泛用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)部門。不僅對(duì)液體燃料(特別是發(fā)動(dòng)機(jī)燃料)的數(shù)量要求日益增加,
而且對(duì)質(zhì)量也提出了更高的要求。提高燃料的質(zhì)量,可以提高發(fā)動(dòng)機(jī)的效率,延長(zhǎng)設(shè)備使用
年限,降低燃料消耗,減少?gòu)U氣對(duì)環(huán)境的污染。
—'、汽油
汽油主要用于汽化器式發(fā)動(dòng)機(jī)或點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)(簡(jiǎn)稱汽油機(jī)),是小轎車、摩托車、載重汽
車、快艇、小型發(fā)電機(jī)和螺旋槳式飛機(jī)等的燃料。
國(guó)產(chǎn)車用汽油有70、85、90、93、97等幾種牌號(hào),主要的質(zhì)量要求有以下四個(gè)方面:(一)
有良好的蒸發(fā)性
儲(chǔ)程和蒸氣壓是評(píng)價(jià)汽油蒸發(fā)性能的指標(biāo)。
圖2-1恩氏蒸儲(chǔ)裝置
1-噴燈;2-擋風(fēng)板;3-蒸憎瓶;4-溫度計(jì)
5-冷凝器;6-接受器
汽油的儲(chǔ)程用恩氏蒸儲(chǔ)裝置(圖2-1)進(jìn)行測(cè)定。要求測(cè)出汽油的初儲(chǔ)點(diǎn)、10%、50%、90%
儲(chǔ)出溫度和干點(diǎn)或終儲(chǔ)點(diǎn),各點(diǎn)溫度與汽油使用性能關(guān)系十分密切。
汽油的初儲(chǔ)點(diǎn)和10%儲(chǔ)出溫度反映汽油的啟動(dòng)性能,此溫度過(guò)高,發(fā)動(dòng)機(jī)不易啟動(dòng),50%
儲(chǔ)出溫度反映發(fā)動(dòng)機(jī)的加速性和平穩(wěn)性,此溫度過(guò)高,發(fā)動(dòng)機(jī)不易加速,當(dāng)行駛中需要加大
油門時(shí),汽油就會(huì)來(lái)不及完全燃烷,致使發(fā)動(dòng)機(jī)不能發(fā)出應(yīng)有的功率。90%鐳出溫度和干點(diǎn)
反映汽油在氣缸中蒸發(fā)的完全程
-10-
度,這個(gè)溫度過(guò)高,說(shuō)明汽油中重組分過(guò)多,使汽油氣化燃烷不完全。這不僅增大了汽油
耗量,使發(fā)動(dòng)機(jī)功率下降,而且會(huì)造成燃烷室中結(jié)焦和積炭,影響發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作,另外還
會(huì)稀釋、沖掉氣缸壁上的潤(rùn)滑油,增加機(jī)件的磨損。
汽油的蒸氣壓也稱鏘和蒸氣壓,是指汽油在某一溫度下形成儲(chǔ)和蒸氣所具有的最高壓力,
需要在規(guī)定儀器中進(jìn)行測(cè)定,汽油標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了其最高值。汽油的蒸氣壓過(guò)大,說(shuō)明汽油中
輕組分太多,在輸油管路中就會(huì)蒸發(fā),形成氣阻,中斷正常供油,致使發(fā)動(dòng)機(jī)停止運(yùn)行。
(-)有良好的抗爆性
抗爆性表明汽油在汽缸中的一種燃烷性能,是汽油的重要使用性能之一。
汽油機(jī)的熱功效率與它的壓縮比直接有關(guān)。所謂壓縮比是指活塞移動(dòng)到下死點(diǎn)時(shí)汽缸的容
積與活塞移動(dòng)到上死點(diǎn)時(shí)汽缸容積的比值。壓縮比大,發(fā)動(dòng)機(jī)的效率和經(jīng)濟(jì)性就好,但要求
汽油有良好的抗爆性。抗爆性差的汽油在壓縮比高的發(fā)動(dòng)機(jī)中燃燒,則出現(xiàn)汽缸壁溫度猛烈
升高,發(fā)出金屬敲擊聲,排出大量黑煙,發(fā)動(dòng)機(jī)功率下降,耗油增加,即發(fā)生所謂爆震燃燒。
所以,汽油機(jī)的壓縮比與燃料的抗爆性要匹配,壓縮比高,燃料的抗爆性就要好。
汽油機(jī)產(chǎn)生爆震的原因主要有兩個(gè)。一是與燃料性質(zhì)有關(guān)。如果燃料很容易氧化,形成的
過(guò)氧化物不易分解,自然點(diǎn)低,就很容易產(chǎn)生爆震現(xiàn)象。二是與發(fā)動(dòng)機(jī)工作條件有關(guān).如果
發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比過(guò)大,汽缸壁溫度過(guò)高,或操作不當(dāng),都易引起爆震現(xiàn)象。
汽油的抗爆性用辛烷值表示。汽油的辛烷值越高,其抗爆性越好。辛烷值分馬達(dá)法和研究
法兩種。馬達(dá)法辛烷值(MON)表示重負(fù)荷、高轉(zhuǎn)速時(shí)汽油的抗爆性;研究法辛烷值(RON)
表示低轉(zhuǎn)速時(shí)汽油的抗爆性。同一汽油的MON低于RON。除此之外,一些國(guó)家還采用抗
爆指數(shù)來(lái)表示汽油的抗爆性,抗爆指數(shù)等于MON和RON的平均值。我國(guó)車用汽油的商品
牌號(hào)是以辛烷值來(lái)劃分的,其中70、85號(hào)汽油(SH0112-92)用MON劃分,90、93、97
號(hào)汽油(GB/T5487-85)用RON和抗爆指數(shù)劃分。
在測(cè)定車用汽油的辛烷值時(shí),人為選擇了兩種燒做標(biāo)準(zhǔn)物:一種是異辛烷(2,2,4-三甲基
戊烷,它的抗爆性好,規(guī)定其辛烷值為100;另一種是正庚烷,它的抗爆性差,規(guī)定其辛烷
值為0o在相同的發(fā)動(dòng)機(jī)工作條件下,如果某汽油的抗爆性與含80%異辛烷和20%正庚烷
的混合物的抗爆性相同,此汽油的辛烷值即為80。汽油的辛烷值需在專門的儀器中測(cè)定。
汽油的抗爆性與其化學(xué)組成和微分組成有關(guān)。在各類煌中,正構(gòu)烷燒的辛烷值最低,環(huán)烷、
烯崎次之,高度分支的異構(gòu)烷煌和芳香煌的辛烷值最高。各族燒類的辛烷值隨分子量增大、
沸點(diǎn)升高而減小。
不同壓縮比的汽油機(jī)應(yīng)選用不同牌號(hào)的汽油。汽油機(jī)壓縮比與所要求汽油辛烷值的關(guān)系見(jiàn)
表2-1。表2-1不同壓縮比汽油機(jī)對(duì)汽油辛烷值的要求
提高汽油辛烷值的途徑有以下幾種:
(1)改變汽油的化學(xué)組成,增加異構(gòu)烷燒和芳香燒的含量。這是提高汽油辛烷值的根本
方法,可以采用催化裂化、催化重整、異構(gòu)化等加工過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)。
(2)加入少量提高辛烷值的添加劑,即抗爆劑。最常用的抗爆劑是四乙基鋁。由于此抗
爆劑有劇毒,所以此法最終要被取代。
-11-
(3)調(diào)入其它的高辛烷值組分,如含氧有機(jī)化合物酸類及醇類等。這類化合物常用的有
甲醇、乙醇、叔丁醇、甲基叔丁基酸等,其中甲基叔丁基酸(MTBE)在近些年來(lái)更加引起
人們的重視。MTBE不僅單獨(dú)使用時(shí)具有很高的半烷值(RON為117,MON為101),在摻
入其它汽油中可使其辛烷值大大提高,而且在不改變汽油基本性能的前提下,改善汽油的某
些性質(zhì),因而在國(guó)外發(fā)展很快,我國(guó)也己開(kāi)始生產(chǎn)MTBE。
(三)有良好的安定性
汽油的安定性一般是指化學(xué)安定性,它表明汽油在儲(chǔ)存中抵抗氧化的能力。安定性好的汽
油儲(chǔ)存幾年都不會(huì)變質(zhì),安定性差的汽油儲(chǔ)存很短的時(shí)間就會(huì)變質(zhì)。
汽油的安定性與其化學(xué)組成有關(guān),如果汽油中含有大量的不飽和崎,特別是二稀燒,在貯
存和使用過(guò)程中,這些不飽和燃極易被氧化,汽油顏色變深,生成粘稠膠狀沉淀物即膠質(zhì)。
這些膠狀物沉積在發(fā)動(dòng)機(jī)的油箱、濾網(wǎng)、氣化器等部位,會(huì)堵塞油路,影響供油;沉積在火
花塞上的膠質(zhì)高溫下形成積炭而引起短路;沉積在汽缸蓋、汽缸壁上的膠質(zhì)形成積炭,使傳
熱惡化,引起表面著火或爆震現(xiàn)象??傊?,使用安定性差的汽油,會(huì)嚴(yán)重破壞發(fā)動(dòng)機(jī)的正常
工作。
改善汽油安定性的方法通常是在適當(dāng)精制的基礎(chǔ)上添加-些抗氧化添加劑。
在車用汽油的規(guī)格指標(biāo)中用實(shí)際膠質(zhì)(在規(guī)定條件下測(cè)得的發(fā)動(dòng)機(jī)燃料的蒸發(fā)殘留物)和
誘導(dǎo)期(在規(guī)定的加速氧化條件下,油品處于穩(wěn)定狀態(tài)所經(jīng)歷的時(shí)間周期)來(lái)評(píng)價(jià)汽油的安
定性。一般地,實(shí)際膠質(zhì)含量越少、誘導(dǎo)期越長(zhǎng),則汽油安定性越好。
(四)無(wú)腐蝕性
汽油的腐蝕性說(shuō)明汽油對(duì)金屬的腐蝕能力。
汽油的主要組分是燒類,任何煌對(duì)金屬都無(wú)腐蝕作用。但若汽油中含有一些非燒雜質(zhì),如
硫及含硫化合物、水溶性酸堿、有機(jī)酸等,都對(duì)金屬有腐蝕作用。
評(píng)定汽油腐蝕性的指標(biāo)有酸度、硫含量、銅片腐蝕、水溶性酸堿等。酸度指中和100毫升
油品中酸性物質(zhì)所需的氫氧化鉀(KOH)毫克數(shù),單位為毫克KOH/100毫升。銅片腐蝕是
用銅片直接測(cè)定油品中是否存在活性硫的定性方法。水溶性酸堿是在油品用酸堿精制后,因
水洗過(guò)程操作不良?xì)埩粼谄椭械目扇苡谒乃嵝曰驂A性物質(zhì)。成品汽油中應(yīng)不含水溶性酸
堿。
國(guó)產(chǎn)車用汽油的主要質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表2-2。
航空汽油是螺旋槳式飛機(jī)的燃料,對(duì)質(zhì)量要求與車用汽油相似,但因飛機(jī)在高空飛行,工
作條件苛刻,所以對(duì)航空汽油的質(zhì)量要求比車用汽油更高。
航空汽油的抗爆性用辛烷值和品度值兩個(gè)指標(biāo)表示,辛烷值表示飛機(jī)在巡航時(shí),發(fā)動(dòng)機(jī)在
貧混合氣(過(guò)??諝庀禂?shù)為0.8?1.0)下工作時(shí)汽油的抗爆性,品度值表示飛機(jī)在起飛和爬
高飛行時(shí),發(fā)動(dòng)機(jī)在富混合氣(過(guò)剩空氣系數(shù)為0.6?0.65)下工作時(shí)汽油的抗爆性。辛烷值和
品度值的測(cè)定方法是不同的。
國(guó)產(chǎn)航空汽油是用“辛烷值/品度值”作為商品牌號(hào)的,例如RH-95/130.RH-100/130和
RH-75,“R”代表燃料類,“H”代表航空汽油。
表2-2國(guó)產(chǎn)車用汽油的主要質(zhì)量指標(biāo)
-12-
注:此表選自SH0041-9KGB480-89和GB/T503-85。
航空汽油也要求有適當(dāng)?shù)恼舭l(fā)性、良好的安定性和抗腐蝕性;同時(shí),還要求具有高的發(fā)熱
值以保證飛機(jī)飛行時(shí)間長(zhǎng)、續(xù)航里程遠(yuǎn)。航空汽油的安定性用實(shí)際膠質(zhì)和碘值來(lái)評(píng)價(jià)。碘值
表示汽油中不飽和燃的含量,碘值愈大,汽油中不飽和燒含量愈多,則其安定性愈差。
國(guó)產(chǎn)航空汽油的主要質(zhì)量指標(biāo)見(jiàn)表2-3?
表2-3國(guó)產(chǎn)航空汽油的主要質(zhì)量指標(biāo)
注:此表選自GB1787-79(88年確認(rèn))。二、柴油
-13-
柴油是壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)(簡(jiǎn)稱柴油機(jī))的燃料與汽油機(jī)相比,柴油機(jī)的熱功效率高,燃料比
消耗低,比較經(jīng)濟(jì),因而在我國(guó)應(yīng)用很廣泛。它主要用作載重汽車、大轎車、拖拉機(jī)、船舶、
鐵路不同轉(zhuǎn)速柴油機(jī)對(duì)柴油十六烷值的要求
2.蒸發(fā)性
柴油的蒸發(fā)性能影響其燃燒性能和發(fā)動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)性能,其重要性不亞于十六烷值。儲(chǔ)分輕
的柴油啟動(dòng)性好,易于蒸發(fā)和迅速燃燒,但微分過(guò)輕,自燃點(diǎn)高,滯燃期長(zhǎng),會(huì)發(fā)生爆震現(xiàn)
象。儲(chǔ)分過(guò)重的柴油,由于蒸發(fā)慢,會(huì)造成不完全燃燒,燃料消耗量增加。
柴油的蒸發(fā)性用偏程和殘?zhí)縼?lái)評(píng)定。不同轉(zhuǎn)速的柴油機(jī)對(duì)柴油儲(chǔ)程要求不同,高轉(zhuǎn)速的柴
油機(jī),對(duì)柴油福程要求比較嚴(yán)格。國(guó)標(biāo)中規(guī)定了50%、90%和95%的鐳出溫度,對(duì)低轉(zhuǎn)速
的柴油機(jī)沒(méi)有嚴(yán)格規(guī)定柴油的儲(chǔ)程,只限制了殘?zhí)苛俊?/p>
-14-
(二)有良好的低溫佳能
柴油的低溫性能對(duì)于在露天作業(yè)、特別是在低溫下工作的柴油機(jī)的供油性能有重要影響。
當(dāng)柴油的溫度降到一定程度時(shí),其流動(dòng)性就會(huì)變差,可能有冰晶和蠟結(jié)晶析出,堵塞過(guò)濾器,
減少供油,降低發(fā)動(dòng)機(jī)功率,嚴(yán)重時(shí)會(huì)完全中斷供油。低溫也會(huì)給柴油的輸送、儲(chǔ)存等帶來(lái)
困難。
國(guó)產(chǎn)柴油的低溫性能主要以凝點(diǎn)來(lái)評(píng)定,并以此作為柴油的商品牌號(hào),例如0,-10號(hào)輕
柴油,分別表示其凝點(diǎn)不高于0℃、-10℃。凝點(diǎn)低表示其低溫性能好。國(guó)外采用濁點(diǎn)、傾
點(diǎn)或冷濾點(diǎn)來(lái)表示柴油的低溫流動(dòng)性。通常使用柴油的濁點(diǎn)比使用溫度低3?5℃,凝點(diǎn)比
環(huán)境溫度低5?
柴油的低溫性取決于化學(xué)組成。福分越重,其凝點(diǎn)越高。含環(huán)烷燒或環(huán)烷-芳香煌多的柴
油,其濁點(diǎn)和凝點(diǎn)都較低,但其十六烷值也低。含烷燒特別是正構(gòu)烷燃多的柴油,濁點(diǎn)和凝
點(diǎn)都較高,十六炕值也高。因此從燃燒性能和低溫性能上看,有人認(rèn)為,柴油的理想組分是
帶一個(gè)或兩面?zhèn)€短烷基側(cè)鏈的長(zhǎng)鏈異構(gòu)烷燒,它們具有較低的凝點(diǎn)和足夠的十六烷值。
我國(guó)大部分原油含蠟量較多,其直憎柴油的凝點(diǎn)一般都較高。改善柴油低溫流動(dòng)性能的主
要途徑有三種:①脫蠟,柴油脫蠟成本高而且收率低,在特殊情況下才采用;②調(diào)入二次加
工柴油;③添加低溫流動(dòng)改進(jìn)劑。向柴油中加入低溫流動(dòng)改進(jìn)劑,可防止、延緩石蠟形成網(wǎng)
狀結(jié)構(gòu),從而使柴油凝點(diǎn)降低。此種方法較經(jīng)濟(jì)且簡(jiǎn)便,因此采用較多。
(三)有合適的粘度
柴油的供油量、霧化狀態(tài)、燃燒情況和高壓油泵的潤(rùn)滑等都與柴油粘度有關(guān)。
柴油粘度過(guò)大,油泵抽油效率下降,減少供油量,而且霧化不良,燃烷不完全,耗油增加,
發(fā)動(dòng)機(jī)功率下降。粘度過(guò)小,霧化及蒸發(fā)良好,但與空氣混合不均勻,同樣燃燒不完全,發(fā)
動(dòng)機(jī)功率下降,作為輸送泵和高壓油泵的潤(rùn)滑劑,潤(rùn)滑效果變差,造成機(jī)件磨損。所以,要
求柴油的粘度在合適的范圍內(nèi)。
除了上述幾項(xiàng)質(zhì)量要求外,對(duì)柴油也有安定性、腐蝕性等方面的要求,同汽油類似。表
2-5為國(guó)產(chǎn)輕柴油的主要質(zhì)量指標(biāo)。
-15-
注:此表選自GB252-87.
柴油中除了輕、重柴油外,還有農(nóng)用柴油一主要用于拖拉機(jī)和排灌機(jī)械,質(zhì)量要求較低;
一些專用柴油——如軍用柴油,要求其具有很低凝點(diǎn),如-35℃、-50℃以下等。
三、噴氣燃料
噴氣燃料(又稱航空煤油、簡(jiǎn)稱航煤)是噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料,與活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)(用航空
汽油)相比,噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)具有飛行速度大及飛行高度高的顯著特點(diǎn),而且熱效率高、耗油少、
燃料成本低及來(lái)源廣泛等,在軍用和民用上都得到了廣泛的應(yīng)用,使噴氣燃料的消耗量迅速
增加。
根據(jù)噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的工作特點(diǎn),對(duì)噴氣燃料主要有以下幾個(gè)質(zhì)量要求:
(-)良好的燃燒性能
噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)是在高空中長(zhǎng)時(shí)期工作的,要求燃料能夠連續(xù)進(jìn)行霧化、蒸發(fā),迅速、平穩(wěn)、
完全地燃烷,積炭少0與此有關(guān)的性質(zhì)主要有:
1.熱值和密度
噴氣式飛機(jī)的速度快,續(xù)航里程遠(yuǎn),發(fā)動(dòng)功率大,但油箱體積有限,所以要求燃料具有較
高的熱值。熱值是指單位質(zhì)量或體積燃料完全燃烷所放出的熱量,分為重量熱值(干焦/
千克)和體積熱值(千焦/米3)兩種。噴氣燃料的重量熱值愈高,耗油率愈?。蝗剂系捏w積
熱值愈高,油箱中裝油數(shù)量多,飛機(jī)的航程愈遠(yuǎn)。
噴氣燃料的熱值與其化學(xué)組成和鐳分組成有關(guān)。含氫多的燃料重量熱值就高,而密度大的
燃料其體積熱值較高。所以,在各類煌中,重量熱值的大小順序?yàn)椋和闊淡h(huán)烷經(jīng)>芳香煌。
而密度和體積熱值與上正相反,芳香經(jīng)〉環(huán)烷燒〉烷燒。在同一類煌中,異構(gòu)程度增加,重
量熱值一般保持不變,但密度卻有所增加。此外,對(duì)同一族燒,隨著沸點(diǎn)的升高,密度增加,
體積熱值增加,但重量熱值卻減少。因此,綜合考慮重量熱值和體積熱值,噴氣燃料的理想
組分是帶側(cè)鏈的環(huán)烷煌和異構(gòu)烷燃,錨分組成是煤油型的。在國(guó)產(chǎn)噴氣燃料的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中同
時(shí)規(guī)定了重量熱值和密度。
2.霧化和蒸發(fā)性能
噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)中燃料的霧化對(duì)燃燒的完全程度有重大影響。與霧化性能直接有關(guān)的是燃料的
粘度。粘度過(guò)大,噴入發(fā)動(dòng)機(jī)的油滴大,噴射角小而射程遠(yuǎn),霧化不良,燃燒不完全、不平
穩(wěn),使發(fā)動(dòng)機(jī)功率下降。粘度過(guò)小,噴油的角度大而射程近,燃燒的火焰短而寬,易引起局
部過(guò)熱。所以在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)噴氣燃料的粘度有一定的要求。
燃料的蒸發(fā)性能對(duì)燃料的啟動(dòng)性、燃燒完全程度和蒸發(fā)損失影響很大。蒸發(fā)性能好的燃料,
與空氣迅速形成均勻的混合氣,燃燒完全,耗油少,容易啟動(dòng)。如果燃料過(guò)重蒸發(fā)性能差,
未蒸發(fā)的燃料受熱分解形成積炭。在各類燒中,烷燒的燃燒完全程度最好,環(huán)烷煌次之,芳
香煌的最差;環(huán)數(shù)愈多,燃燒愈不完全。所以要限制噴氣燃料中芳香燃尤其是雙環(huán)芳香煌的
含量。煤油型的噴氣燃料用儲(chǔ)程的10%儲(chǔ)出溫度表示蒸發(fā)的難易程度,用90%點(diǎn)控制重組
分含量。寬微分型的噴氣燃料同時(shí)還用飽和蒸氣壓控制其蒸發(fā)性。
-16-
3.積炭性能
噴氣燃料在燃烷過(guò)程中生成積炭,會(huì)造成一系列不良后果,電火花器上的積炭會(huì)導(dǎo)致點(diǎn)不著
火;燃燒室壁上的積炭會(huì)使熱傳導(dǎo)惡化,局部過(guò)熱,筒壁變形,甚至破裂等。所以要求噴氣
燃料在正常燃燒時(shí)生成積炭的傾向應(yīng)盡可能小。
燃料的積炭性能與其組成密切相關(guān)。各族煌中,芳香煌特別是雙環(huán)芳香煌形成積炭的傾向
最大。因此在國(guó)產(chǎn)噴氣燃料的規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定雙環(huán)芳香煌(蔡系煌)含量不能大于3%。此
外,福分變重、不飽和燃含量增加、膠質(zhì)含量高或含硫化合物的存在,都會(huì)使生成積炭的傾
向增大。
噴氣燃料的積炭性能用煙點(diǎn)(無(wú)煙火焰高度)和輝光值表示。
煙點(diǎn)是在規(guī)定條件下,油品在標(biāo)準(zhǔn)燈中燃烷時(shí),不冒煙火焰的最大高度,單位是毫米。煙
點(diǎn)愈高,燃料生成積炭的傾向愈小。含芳燒低的燃料煙點(diǎn)高,積炭可能性小,國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定
噴氣燃料的煙點(diǎn)不得小于25毫米。
輝光值表示燃料燃燒時(shí)火焰的輻射強(qiáng)度。輝光值愈高,火焰輻射強(qiáng)度愈小,燃烷愈完全。
各類煌輝光值的大小依次為:烷經(jīng)>單環(huán)環(huán)烷>雙環(huán)環(huán)烷>芳香燒。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定噴
氣燃料的輝光值不得小于45。
(-)良好的低溫性能
噴氣式飛機(jī)大多在一萬(wàn)米以上的空中飛行,氣溫低達(dá)-50℃以下,因此要求噴氣燃料具有
較低的結(jié)晶點(diǎn)(或冰點(diǎn)),否則,結(jié)晶的析出會(huì)堵塞濾清器和油路,影響正常供油,嚴(yán)重時(shí)
中斷供油,引起飛行事故。
燃料的低溫性能或結(jié)晶點(diǎn)與其化學(xué)組成和含水量有關(guān)。各類煌中,正構(gòu)烷燒和芳香煌的結(jié)
晶點(diǎn)較高,環(huán)烷燒和烯崎的較低,同族煌中,隨沸點(diǎn)升高,結(jié)晶點(diǎn)增高。如燃料中熔解有水,
低溫時(shí)水結(jié)成冰,也會(huì)使燃料的低溫性能變壞。芳香煌特別是苯對(duì)水的溶解度最大,環(huán)烷燒
次之,烷燒最小。所以從降低結(jié)晶點(diǎn)的角度,也需要限制噴氣燃料中芳香燃的含量。國(guó)家標(biāo)
準(zhǔn)中規(guī)定芳香垃含量不能大于20%。
改善噴氣燃料的低溫性能的方法有:熱空氣加熱燃料和過(guò)濾器,加入防冰添加劑等。
(三)良好的潤(rùn)滑性能
噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的高壓燃料油泵是以燃料本身作為潤(rùn)滑劑的,燃料還作為冷卻劑帶走摩擦產(chǎn)生
的熱量。因此要求噴氣燃料具有良好的潤(rùn)滑性能。
噴氣燃料的潤(rùn)滑性能取決于其化學(xué)組成,煌類中以單環(huán)或多環(huán)環(huán)烷煌的潤(rùn)滑性能最好。此
外,直儲(chǔ)噴氣燃料中某些微量的極性非燃化合物,如環(huán)烷酸、酚類以及某些含硫和含氧化合
物,它們具有較強(qiáng)的極性,容易吸附在金屬表面上,降低了金屬間的摩擦和磨損,具有良好
的潤(rùn)滑性能。但同時(shí)這些非燃化合物也影響了噴氣燃料的燃燒性和安定性等,因此常采用精
制的方法將它們除去。
改善噴氣燃料潤(rùn)滑性能的途徑主要是加入少量抗摩添加劑或調(diào)入一定量的直儲(chǔ)噴氣燃料
組分等。
(四)良好的防靜電性
噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的耗油量很大,每小時(shí)達(dá)幾噸到幾十噸。為節(jié)省時(shí)間,機(jī)場(chǎng)采用高速加油。在
高速輸油時(shí),燃料與管壁、注油設(shè)備等劇烈摩擦產(chǎn)生靜電。所以從安全角度考慮,噴氣燃料
應(yīng)具有良好的防靜電性。
由于燃料本身的導(dǎo)電率較低,需要提高噴氣燃料的導(dǎo)電性,常采用的方法是添加很少量的
防靜電添加劑。
除此之外,還要求噴氣燃料有良好的安定性及潔凈度、不腐蝕金屬等。
-17-
國(guó)產(chǎn)噴氣燃料有五種,代號(hào)分別為RP-1、RP-2、RP-3、RP-4和RP-5,“R”代表燃料類,
"P”代表噴氣燃料,它們的主要質(zhì)量指標(biāo)見(jiàn)表2-6。其中RP-1、RP-2、RP-3是較重煤油型的
其儲(chǔ)程約為140?260℃,用于高速大型飛機(jī),特別是RP-3主要用于國(guó)際民航和外貿(mào)出口;
RP-4是寬微分型,儲(chǔ)程約為60?280℃,主要用于亞音速飛機(jī);RP-5是重煤油型(或大密度
型)、高閃點(diǎn)噴氣燃料,專供艦載飛機(jī)用。
表2-6國(guó)產(chǎn)噴氣燃料的主要質(zhì)量指標(biāo)
注:此表選自GB438-77(88)、GB1788-79(88)、GB6537-86、SH0348-92和GJB560-88。四、
燃料油
燃料油(又叫重油)主要用作船舶鍋爐、冶金爐、加熱爐和其它工業(yè)爐燃料,一般是由直
儲(chǔ)渣油和裂化殘油等制成的。所以燃料油的組成特點(diǎn)是含有大量的非燃化合物,膠質(zhì)、瀝青
質(zhì)多,而且粘度大。
各種鍋爐和工業(yè)爐的燃料系統(tǒng)工作過(guò)程大體相同,即抽油、過(guò)濾、預(yù)熱、噴入爐膛和燃燒
等。所以對(duì)燃料油的質(zhì)量要求不象對(duì)內(nèi)燃機(jī)燃料那樣嚴(yán)格。主要質(zhì)量要求有:粘度、閃點(diǎn)、
凝點(diǎn)、硫含量等。
粘度是燃料油最重要的質(zhì)量指標(biāo),它直接影響著油泵、噴油嘴的工作效率和燃料消耗量。
粘度適宜,在一定的預(yù)熱溫度和合適的噴嘴條件下噴油狀況好,霧化良好,燃烷完全,熱效
率高。不同類型的噴嘴使用不同粘度的燃料油。因產(chǎn)燃料油是用80℃時(shí)的運(yùn)動(dòng)粘度作為商
品牌號(hào)的,分為20、60、100和200等四個(gè)牌號(hào)。
燃料油的閃點(diǎn)主要是用來(lái)評(píng)定安全防火性能。為了避免火災(zāi),燃料油的預(yù)熱溫度不要過(guò)高,
燃料油的閃點(diǎn)要符合要求。
燃料油的凝點(diǎn)是保證貯運(yùn)和使用中流動(dòng)性的指標(biāo),可以作為燃料油在不預(yù)熱情況下能夠輸
送溫度的參考。
含硫量是評(píng)定燃料油在使用過(guò)程中對(duì)金屬設(shè)備腐蝕性能的指標(biāo)。為了防止金屬設(shè)備被腐
蝕,還應(yīng)保證燃烷廢氣排出溫度不低于其露點(diǎn)溫度.除腐蝕金屬設(shè)備外,含硫燃料油的燃燒
廢氣排入大氣,會(huì)污染環(huán)境,影響人體健康,所以要求燃料油的硫含量不得大于1?3%。
國(guó)產(chǎn)重油的質(zhì)量指標(biāo)見(jiàn)表2-7。其中,20號(hào)重油用于30千克/時(shí)以下較小噴嘴的燃燒爐;
80號(hào)重油
-18-
用于中等噴嘴的船用鍋爐或工業(yè)用爐;100號(hào)重油用于大型噴嘴的陸用鍋爐或具有預(yù)熱設(shè)
備的燃燒爐;200號(hào)重油用于和煉油廠有直接輸油管線的具有大型噴嘴的燃燒爐。
注:此表選自SH0356-92五、蠟、瀝青和石油焦(一)蠟
蠟是煉油工業(yè)的副產(chǎn)品之一。在生產(chǎn)潤(rùn)滑油過(guò)程中,為使?jié)櫥湍c(diǎn)合格,需要進(jìn)行脫蠟,
得到的蠟膏經(jīng)進(jìn)一步的脫油和精制,即得到一定熔點(diǎn)的成品蠟。按組成和性質(zhì)不同,蠟又分
為石蠟和地蠟兩大類。
因加工深度不同,石蠟產(chǎn)品有全精煉石蠟(精白蠟)、半精煉石蠟(白石蠟)、粗石蠟(黃
石蠟)和食品用石蠟等幾個(gè)系列。其中精白蠟適用于高頻瓷、復(fù)寫紙、鐵筆蠟紙、精密鑄造、
冷霜等產(chǎn)品;白石蠟適用于蠟燭、蠟筆、蠟紙、電訊器材及輕工、化工原料;黃石蠟適用于
橡膠制品、火柴等工業(yè)原材料;食品用蠟分成食品石蠟和食品包裝石蠟兩種,前者用作食品、
藥物的組分,后者用于接觸食品和藥物的包裝。
國(guó)產(chǎn)石蠟以熔點(diǎn)作為商品牌號(hào),其主要質(zhì)量規(guī)格見(jiàn)表2-8,其中熔點(diǎn)高于60℃的為高熔點(diǎn)
石蠟,主要用于制造無(wú)線電器材和商品包裝紙等。
表2-8國(guó)產(chǎn)石蠟質(zhì)量規(guī)格
注此表選自GB446-87、GB254-87、GB1202-87和GB7189-87。
地蠟具有較高的熔點(diǎn)和細(xì)微的針狀結(jié)晶,廣泛用于制造高級(jí)蠟紙、絕緣材料、密封材料和
高級(jí)凡士林等的原料。地蠟以滴點(diǎn)作為商品牌號(hào),國(guó)產(chǎn)地蠟的質(zhì)量規(guī)格見(jiàn)表2-9。
-19-
表2-9提純地蠟的規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)
注:此表選自SHOO13-90。(二)瀝青
石油瀝青是主要的石油產(chǎn)品之一,是由原油蒸儲(chǔ)的減壓渣油直接制得,也可將渣油(或經(jīng)
丙烷脫瀝青所得的瀝青質(zhì)組分)經(jīng)氧化而制得。瀝青根據(jù)用途不同分為建筑瀝青、道路瀝青、
專用瀝青(如橡膠瀝青、油漆瀝青、電纜瀝青等),其中道路瀝青的用量最大。
瀝青最主要的質(zhì)量要求是軟化點(diǎn)、針入度和延度。建筑瀝青和道路瀝青都是以針入度作為
商品牌號(hào)的。
軟化點(diǎn)表示瀝青的耐熱性能,用環(huán)球法測(cè)定,在規(guī)定條件下加熱瀝青試樣,鋼球從試樣上
面穿過(guò)試樣,落到底板上時(shí)的溫度稱瀝青的軟化點(diǎn)。軟化點(diǎn)越高,耐熱性能越好。建筑瀝青
和防腐瀝青等都要求高的軟化點(diǎn)。
針入度反映瀝青的軟硬程度。在特定的儀器中,在一定的溫度和時(shí)間幾種國(guó)產(chǎn)石油瀝青的
質(zhì)量指標(biāo)
-20-
注:此表選自SH0522-92、GB494-85,SH0424-92和SH00001-90。
注:此表選自SH0527-92o
第二節(jié)溶劑油
溶劑油是對(duì)某些物質(zhì)起溶解、稀釋、洗滌和抽提作用的輕質(zhì)石油產(chǎn)品,是用石油的直儲(chǔ)分
油、催化重整抽余油或其它(再加工生產(chǎn)的)微分油為基礎(chǔ)油精制而成,不加任何添加劑。國(guó)
產(chǎn)溶劑油有三種,即航空洗滌汽油、溶劑油和6號(hào)抽提溶劑油。其中,大部分溶劑油的微分
都很輕,是蒸發(fā)性很強(qiáng)的易燃品。
一、航空洗滌汽油
航空洗滌汽油主要用于清洗航空發(fā)動(dòng)機(jī)中的精密機(jī)件,也可用于精密儀器儀表的清洗溶
劑。航空洗滌汽油是一種寬儲(chǔ)分的直儲(chǔ)輕汽油,儲(chǔ)程范圍是40?180℃,不含裂化儲(chǔ)分和四
乙基鉛。其主要質(zhì)量要求是:蒸發(fā)性合適、無(wú)腐蝕性、清潔等(表2-12)。
二、溶劑油
在GB1922-80(88年確認(rèn))中,溶劑油按其儲(chǔ)程的98%儲(chǔ)出溫度或干點(diǎn)分為六個(gè)牌號(hào),
牌號(hào)不同其用途不同。
70號(hào)用于香花香料及油脂工業(yè)作抽提溶劑。90號(hào)用作化學(xué)試劑、醫(yī)藥溶劑等。
120號(hào)用于橡膠工業(yè),現(xiàn)叫橡膠工業(yè)用溶劑油。190號(hào)用于機(jī)械零件洗滌和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)作
溶劑。
200號(hào)用作油漆工業(yè)溶劑和稀釋劑,現(xiàn)叫油漆工業(yè)用溶劑油。260號(hào)為煤油型特種溶劑,
主要用于香料抽提、調(diào)制化妝品和化工制品,也可用于精密機(jī)件的清洗劑。部分溶劑油的
主要質(zhì)量指標(biāo)見(jiàn)表2-12。
表2-12某些國(guó)產(chǎn)溶劑油的主要質(zhì)量指標(biāo)
-21-
注:此表選自SH0114-92.GB1922-80(88年確認(rèn))、SH0003-90、SH0004-94和SH0005-90。
三、6號(hào)抽提溶劑油
6號(hào)抽提溶劑油主要用作植物油浸出工藝中的抽提溶劑。根據(jù)使用條件要求其必須對(duì)人體
無(wú)害,很好地溶解油脂,方便地與抽提物分離。因此,6號(hào)抽提溶劑油應(yīng)是石油儲(chǔ)分加氫精
制后的產(chǎn)品,不含芳香燒,絕對(duì)不含有劇毒的四乙基鉛和有致癌作用的稠環(huán)化合物。其微程
范圍是60?90℃,其它主要質(zhì)量要求見(jiàn)表2-12。
第三節(jié)潤(rùn)滑油
用于機(jī)械設(shè)備的潤(rùn)滑材料有多種多樣,目前廣泛應(yīng)用的是以石油為原料制得的潤(rùn)滑油和潤(rùn)
滑脂,其中尤以潤(rùn)滑油的用量為最大。
潤(rùn)滑油的主要作用是減輕機(jī)械設(shè)備在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的摩擦,這是因?yàn)樗軌蛟趦蓚€(gè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的金
屬面間形成油膜,隔開(kāi)接觸面,使摩擦力較大的固體直接摩擦(即干摩擦)變?yōu)槟Σ亮π〉臐?rùn)
滑油分子間的摩擦,減輕摩擦表面的磨損,也降低了因摩擦消耗的功率損失;其次,潤(rùn)滑油
還可以帶走摩擦所產(chǎn)生的熱量,防止機(jī)件因摩擦溫度升高而發(fā)生變形甚至燒壞;再次,潤(rùn)滑
油能沖洗掉磨損的金屬碎屑以及進(jìn)入摩擦表面間的灰塵、砂粒等雜質(zhì)和隔絕腐蝕性氣體,有
保護(hù)金屬表面的密封作用和減震作用。所以使用潤(rùn)滑油以后,不僅可以保證機(jī)械設(shè)備
在高負(fù)荷或高速度條件下運(yùn)轉(zhuǎn),更可以延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命。
為達(dá)到上述減摩等性能的要求,需使?jié)櫥驮趦蓚€(gè)摩擦面間能形成油膜,而油膜的形成又
與摩擦表面的運(yùn)動(dòng)形式、負(fù)荷、相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度以及潤(rùn)滑油的性質(zhì)有關(guān)。因此,潤(rùn)滑油除應(yīng)具
有造當(dāng)?shù)恼扯韧?,還應(yīng)不易變質(zhì)、無(wú)腐蝕作用,能安全使用等。
由于機(jī)械設(shè)備種類繁多,其結(jié)構(gòu)和使用條件千差萬(wàn)別,對(duì)不同機(jī)械所用的潤(rùn)滑油也就有不
同的質(zhì)量要求。例如,對(duì)于負(fù)荷很重、運(yùn)轉(zhuǎn)速度較慢的機(jī)械,由于潤(rùn)滑油在兩個(gè)摩擦面間不
易形成油膜,因此應(yīng)使用高粘度潤(rùn)滑油。反之,對(duì)于負(fù)荷很輕、轉(zhuǎn)速快的機(jī)械,則潤(rùn)滑油易
于在兩個(gè)摩擦面間形成油膜,所
-22-
以就不必使用高粘度的潤(rùn)滑油。因?yàn)榈驼扯葷?rùn)滑油分子間摩擦力小,易于流動(dòng),其減摩作
用更好。
一、潤(rùn)滑油的分類
在GB498-87中將石油產(chǎn)品分為六大類,其中第三類是潤(rùn)滑劑和有關(guān)產(chǎn)品(L類)。同時(shí)在
GB7631.1-87中根據(jù)潤(rùn)滑劑和有關(guān)產(chǎn)品的應(yīng)用場(chǎng)合又將L類產(chǎn)品分成十九個(gè)組,它們是:
A全損耗系統(tǒng)B脫模
C齒輪D壓縮機(jī)(包括冷凍機(jī)和真空泵)
EF主軸、軸承和離合器
G導(dǎo)軌H液壓系統(tǒng)
M金屬加工N電器絕緣
P風(fēng)動(dòng)工具Q熱傳導(dǎo)
R暫時(shí)保護(hù)防腐蝕T汽輪機(jī)
U熱處理X用潤(rùn)滑脂的場(chǎng)合
Y其它應(yīng)用場(chǎng)合Z蒸汽汽缸
S特殊潤(rùn)滑劑應(yīng)用場(chǎng)合
國(guó)產(chǎn)工業(yè)用潤(rùn)滑油通常用50℃或100℃運(yùn)動(dòng)粘度進(jìn)行分類。為了與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)相一致,參照
國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織的粘度分類方法(IS03448-75)《工業(yè)液體潤(rùn)滑劑一ISO粘度分類》,我國(guó)公
布了工業(yè)用潤(rùn)滑油新的粘度分類標(biāo)準(zhǔn)。在新的分類標(biāo)準(zhǔn)中,工業(yè)用潤(rùn)滑油統(tǒng)一以40℃運(yùn)動(dòng)
粘度為基礎(chǔ)進(jìn)行分類(參照GB3141-82)。
潤(rùn)滑油的品種繁多,對(duì)每種潤(rùn)滑油都根據(jù)它的使用條件制定了質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(詳見(jiàn)石油及石油
化工產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)匯編)。以下就幾種有代表性的潤(rùn)滑油和有關(guān)油品為例加以說(shuō)明。
二、發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油
發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油在汽油機(jī)、柴油機(jī)、噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)等內(nèi)燃機(jī)中,起潤(rùn)滑、冷卻、清洗,減震、
密封和防銹作用,分別稱為汽油機(jī)潤(rùn)滑油、柴油機(jī)潤(rùn)滑油和噴氣機(jī)潤(rùn)滑油。它們都是減壓儲(chǔ)
分油經(jīng)過(guò)深度精制并加有多種添加劑的優(yōu)質(zhì)潤(rùn)滑油,在潤(rùn)滑油中用量最大,約占一半。其主
要的質(zhì)量要求如下:
(-)合適的粘度和良好的粘溫特性
發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油的使用溫度變化較大,因此,要求其有合適的粘度。低溫時(shí)粘度過(guò)高,發(fā)動(dòng)
機(jī)啟動(dòng)困難,部件磨損顯著增加。高溫時(shí)粘度過(guò)低,在磨擦表面不易形成油膜,機(jī)件得不到
潤(rùn)滑,磨損增大,而且密封效果變差。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油的粘度指數(shù)或粘度比。
(二)良好的抗氧化安定性;
發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油的工作溫度很高,有時(shí)潤(rùn)滑油還會(huì)竄到燃燒室中,在高溫下發(fā)生燃燒,并發(fā)
生氧化、裂化、縮合等反應(yīng),生成積炭。炭渣會(huì)卡住甚至燒壞活塞環(huán),從而使汽缸密封不嚴(yán),
也會(huì)增加設(shè)備磨損。所以,要求潤(rùn)滑油抗氧化安定性要好,一般在油中都加抗氧化添加劑。
在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中相應(yīng)地規(guī)定了潤(rùn)滑油的殘?zhí)考把趸捕ㄐ?
(三)良好的清凈分散性
發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油的氧化是無(wú)法完全避免的,這就要求潤(rùn)滑油能及時(shí)沉淀氧化生成的膠狀物和
清洗掉炭渣,或者使它們分散懸浮在油品中,通過(guò)濾清器除掉,以保持活塞環(huán)等零件清潔,
不易卡環(huán)等。國(guó)家標(biāo)
-23-
準(zhǔn)中用清凈性衡量潤(rùn)滑油的這一性能,它是在專門的儀器中測(cè)定的,從0到6分為七個(gè)等
級(jí),級(jí)數(shù)越高,清凈性越差。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定汽油機(jī)油的清凈性不大于1.5級(jí),通常是靠加
入清凈分散添加劑來(lái)達(dá)到的。
(四)腐蝕性小
潤(rùn)滑油的腐蝕作用主要由油品中酸性物質(zhì)造成。這些酸性物質(zhì)有些原來(lái)就存在,有些是氧
化反應(yīng)的產(chǎn)物。發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油應(yīng)對(duì)一般軸承無(wú)腐蝕,而且對(duì)于極易被腐蝕的銅、鉛、鎘、銀、
錫、青銅等耐磨
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