第一講石油的化學(xué)組成與物理性質(zhì)

第一講石油的化學(xué)組成與物理性質(zhì)第1頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期一石油的化學(xué)組成石油的物理性質(zhì)石油的加工特性與產(chǎn)品的使用性能Micro-structureMacro-properties第2頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第一節(jié)前言一、研究石油物性的重要性

決定加工過(guò)程、產(chǎn)品質(zhì)量、裝置設(shè)計(jì)的關(guān)鍵性指標(biāo)二、物性研究的發(fā)展趨勢(shì)

準(zhǔn)確性高、更具理論根據(jù)的狀態(tài)方程基于更精確的結(jié)構(gòu)分析結(jié)果，解決廣泛的物性估算三、物性研究的方法

測(cè)定經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式模型計(jì)算理論與實(shí)驗(yàn)值的結(jié)合第3頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期一四、物性與化學(xué)組成的關(guān)系1、純物質(zhì)

結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成均反映在基礎(chǔ)物性上，物性為定值。2、混合物

物性取決于：組成和結(jié)構(gòu)

可加和性——分子可加體積可加不可和加——實(shí)測(cè)和估算確定組成不確定組成測(cè)定性質(zhì)“平均”第4頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期一五、主要內(nèi)容：

石油物性的概念、測(cè)試方法、預(yù)測(cè)方法石油加工與物性變化六、學(xué)習(xí)與考試方式，參考材料

第5頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第二節(jié)石油及產(chǎn)品的化學(xué)組成第6頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期一原油電化學(xué)脫水脫鹽常減壓蒸餾汽油餾分異構(gòu)化汽油調(diào)和組分航煤餾分柴油餾分催化重整高辛烷值汽油或芳烴精制與脫蠟航空煤油液體石蠟加氫或化學(xué)精制柴油調(diào)和組分常壓渣油減壓蒸餾減壓餾分油減壓渣油催化裂化加氫裂化潤(rùn)滑油生產(chǎn)脫瀝青延遲焦化催化裂化汽柴油氣體汽煤柴油潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油石蠟脫瀝青油瀝青焦化汽油、柴油、蠟油焦炭第7頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期一元素組成：C、H、O、S、N、微量元素石油的化學(xué)組成烴類組成：烷烴、環(huán)烷烴、芳香烴

非烴類組成：含S、N、O化合物單體烴:用于石油氣及低沸點(diǎn)石油組分烴類組成族組成:儀器氣相色譜（GC）輕餾分填充柱沖洗中間餾分和重餾分

結(jié)構(gòu)族組成:一般用易測(cè)的物理性質(zhì)關(guān)聯(lián)如n-d-m法，B—L法第8頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期一化學(xué)組成物理性質(zhì)如何影響？分子間作用！分子間距分子極性分子空間結(jié)構(gòu)和極性基團(tuán)第9頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第三節(jié)石油及其產(chǎn)品的物理性質(zhì)重量特性蒸發(fā)特性流動(dòng)特性燃燒特性組成結(jié)構(gòu)對(duì)這些特性的影響第10頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期一密度、相對(duì)密度、特性因數(shù)和平均分子質(zhì)量1、密度和相對(duì)密度比重指數(shù)：影響油品密度的因素

——油品的餾分組成、化學(xué)組成、溫度和壓力等

重量特性分子結(jié)構(gòu)與體積第11頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期一A、油品密度與餾分組成和化學(xué)組成的關(guān)系

相同碳數(shù)烴類，烷烴的密度最小，芳烴的密度最大

同一原油，餾分油沸點(diǎn)升高和分子量增大，密度隨之變大

不同原油，相同餾分油的密度相差很大重量特性第12頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期一六碳八碳九碳名稱20名稱20名稱203－甲基戊烷0.66422－甲基庚烷0.7000正壬烷0.7719正己烷0.65722,2,4-三甲基戊烷0.7033正丙基環(huán)己烷0.7933己烯－10.6740正辛烷0.7037正丙苯0.8613甲基環(huán)戊烷0.7503辛烯-10.7193

環(huán)己烷0.7780乙基環(huán)己烷0.7908-甲基苯乙烯0.9110苯0.8774鄰二甲苯0.8847

烷烴、環(huán)烷烴、芳烴密度比較第13頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期一序號(hào)

餾分沸點(diǎn)范圍，℃

餾份油密度大慶原油羊三木原油1200～2500.80390.86302250～3000.81670.89003300～3500.82830.91004350～4000.83680.93205400～4500.85740.94336450～5000.87230.9482不同原油、不同餾分密度比較第14頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期一油品相對(duì)密度比重指數(shù)原油0.651.06862汽油0.700.777052煤油0.750.835739柴油0.820.874131潤(rùn)滑油>0.85<35第15頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期一B、溫度、壓力對(duì)密度的影響溫度——對(duì)油品密度影響很大，溫度升高時(shí)，油品體積膨脹，因而密度減小壓力——由于液體是不可壓縮的，溫度不太高時(shí)，壓力對(duì)液體油品密度的影響忽略不計(jì)。只有在極高的壓力下才考慮外壓的影響。第16頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

C、油品的混合密度當(dāng)屬性相近的兩種或多種油品混合時(shí)，混合油品的密度可近似地按可加性計(jì)算，即m=∑iVi計(jì)算時(shí)，m和i的溫度必須相同。當(dāng)密度相差很大的兩個(gè)組分混合時(shí)，由于體積往往沒(méi)有可加性，即混合后體積可能收縮，也可能膨脹。按上式計(jì)算導(dǎo)致較大的誤差。第17頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

2、特性因數(shù)

——表征石油餾分烴類組成，烴類組成與沸點(diǎn)和相對(duì)密度相關(guān)。烴類——烷烴>環(huán)烷烴>芳烴石油餾分富含烷烴的餾分K值為12.5～13.0,富含芳香烴的餾分K值為10～11。原油:大慶原油K＝12.5，勝利原油K＝12.1。名稱相對(duì)密度，特性因數(shù)，K正庚烷0.68412.772－甲基己烷0.678912.71甲基環(huán)己烷0.76911.35苯0.8799.7甲苯0.86710.03鄰二甲苯0.880210.2用途：了解化學(xué)性質(zhì)、原油分類、確定原油加工方案等來(lái)源：直接查圖，或由其它物性通過(guò)關(guān)聯(lián)式得到。第18頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

3、平均分子質(zhì)量

油品是烴類混合物，其分子質(zhì)量是各組分分子質(zhì)量的加權(quán)平均值。

石油餾分的平均分子質(zhì)量隨沸點(diǎn)的升高而增大，汽油餾分的平均分子質(zhì)量大約為100～120，煤油為180～200，輕柴油為210～240，輕質(zhì)潤(rùn)滑油為300～380，重質(zhì)潤(rùn)滑油為370～470。

平均分子質(zhì)量是設(shè)計(jì)計(jì)算中常用數(shù)據(jù)之一，可以實(shí)測(cè)得到；也可以根據(jù)其它易測(cè)的物性數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)。第19頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期一流動(dòng)特性

1、粘度粘度是表示流體在外力作用下流動(dòng)時(shí)，流體內(nèi)部各流動(dòng)層作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)的相互間的摩擦力大小的一個(gè)物理量。定義式（A）油品粘度的表示方法

——運(yùn)動(dòng)粘度、動(dòng)力粘度、恩氏粘度、賽氏粘度、雷氏粘度等第20頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期一◎動(dòng)力粘度動(dòng)力粘度是流體流動(dòng)時(shí)，流體內(nèi)部相鄰兩層相距1cm，其接觸面積為1cm2，相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度為1cm/s時(shí)所產(chǎn)生的阻力。單位：SI制：帕?秒（Pa.S）,cgs制：泊（P）和厘泊（CP），1Pa.S=10P=1000cP

◎運(yùn)動(dòng)粘度運(yùn)動(dòng)粘度是動(dòng)力粘度與相同溫度、壓力下該流體密度的比值1米2/秒＝104斯(st)＝106厘斯(cst)（毫米2/秒）動(dòng)力粘度/運(yùn)動(dòng)粘度可以用旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)/毛細(xì)管粘度計(jì)或落球式粘度計(jì)等測(cè)定。一般油品大多采用簡(jiǎn)便的毛細(xì)管粘度計(jì)法測(cè)定。第21頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

◎恩氏粘度、雷氏粘度和賽氏粘度我國(guó)石油產(chǎn)品規(guī)格中還有恩氏粘度歐美各國(guó)還有賽氏粘度和雷氏粘度恩氏粘度——200毫升試油在t℃時(shí)，流經(jīng)恩氏粘度計(jì)中規(guī)定尺寸的小孔所需時(shí)間與同體積蒸餾水在20℃時(shí)流過(guò)所需時(shí)間的比值。賽氏粘度和雷氏粘度——測(cè)量一定體積試油在t℃時(shí)通過(guò)賽氏粘度計(jì)或雷氏粘度計(jì)規(guī)定尺寸管子所需要的時(shí)間，以秒作粘度的數(shù)值，稱為賽氏秒或雷氏秒。

運(yùn)動(dòng)粘度與恩氏粘度、賽氏粘度和雷氏粘度之間查有關(guān)圖表可以進(jìn)行換算。特定較重油品第22頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（B）影響粘度的因素◎油品粘度與化學(xué)組成的關(guān)系粘度與分子大小和結(jié)構(gòu)有密切的聯(lián)系：隨烴類分子量的增大，粘度是增加的；分子量相近的烴類（如C7），烷烴的粘度最小，環(huán)烷烴的粘度最大，芳烴介于二者之間。第23頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期一烴類密度，20沸點(diǎn)，℃分子量運(yùn)動(dòng)粘度，（38.8℃）mm2/s戊烷0.626263.0772.150.330己烷0.659468.7468.170.414庚烷0.683798.43100.200.521辛烷0.7025125.67114.220.648甲基環(huán)己烷0.7694100.9398.180.728甲苯0.8670110.6392.140.558環(huán)己烷0.778580.7284.160.953苯0.878980.978.110.587烷烴、環(huán)烷烴、芳烴的運(yùn)動(dòng)粘度比較第24頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期一序號(hào)餾分沸程℃大慶原油

羊三木原油

密度，20特性因數(shù)運(yùn)動(dòng)粘度,50℃10-6米2/秒密度，20特性因數(shù)運(yùn)動(dòng)粘度,50℃10-6米2/秒1200～2500.803911.901.440.863011.121.772250～3000.816712.082.330.890011.133.433300～3500.828312.284.220.910011.217.874350～4000.836812.497.410.932011.2523.975400～4500.857412.5716.180.943311.34146.30第25頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期一◎油品粘度與溫度的關(guān)系

溫度升高時(shí)，所以液體石油餾分的粘度都減小，而溫度降低時(shí)，粘度都增大，油品粘度隨溫度變化的性質(zhì)稱為粘溫性質(zhì)。不同化學(xué)組成的油品，其粘度隨溫度變化的幅度是不一樣的，變化幅度小表示粘溫性質(zhì)好。

粘溫性質(zhì)的表示方法常用的有兩種：粘度比和粘度指數(shù)。

粘度比常用50℃與100℃運(yùn)動(dòng)粘度的比值50℃/100℃，比值愈小，粘溫性能愈好

粘度指數(shù)是常用的表示油品粘溫性能的方法，粘度指數(shù)愈高則粘溫性能愈好。

第26頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2、凝固和低溫流動(dòng)性

油品凝固的本質(zhì)－－粘溫凝固（低含蠟油品）

結(jié)構(gòu)凝固（含蠟油品）

凝固點(diǎn)傾點(diǎn)濁點(diǎn)結(jié)晶點(diǎn)油品凝固時(shí)的溫度蠟析出不同程度時(shí)的溫度第27頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

對(duì)固體產(chǎn)品：

熔點(diǎn)－－是測(cè)定預(yù)先熔化的石油產(chǎn)品的降溫曲線，降溫曲線中溫度下降最慢的一段曲線的開始溫度，即為油品的熔點(diǎn)。熔點(diǎn)是石蠟和地蠟的重要規(guī)格指標(biāo)之一。

軟化點(diǎn)－－把規(guī)定尺寸和重量的小鋼球放在一個(gè)預(yù)先裝好瀝青試樣的銅環(huán)上，然后放入水中，加熱水直至小鋼球?qū)r青壓下落下時(shí)的溫度。滴點(diǎn)－－在嚴(yán)格的試驗(yàn)條件下加熱試樣，試樣由儀器的小孔中滴出第一滴的溫度。上述反應(yīng)油品流動(dòng)性的物性，除凝點(diǎn)或傾點(diǎn)有一定的普遍性外，其它物性都是針對(duì)特定的油品而言；另外，所以性質(zhì)的測(cè)定或定義都是條件性的。第28頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期一蒸發(fā)特性——蒸氣壓、沸點(diǎn)、平均沸點(diǎn)、恩氏蒸餾餾程1、蒸汽壓某一溫度下，液體與液面上方的蒸汽呈平衡狀態(tài)時(shí)，該蒸汽所生產(chǎn)的壓力稱為飽和蒸汽壓，簡(jiǎn)稱為蒸汽壓，蒸汽壓表示液體蒸發(fā)和汽化的能力，蒸汽壓越高，表明液體越易汽化。油品蒸汽壓的變化規(guī)律如下：純烴類：同一種烴類，隨溫度的升高，蒸汽壓增大；同一族烴類，分子量增大或沸點(diǎn)的升高，蒸汽壓下降。b)烴類混合物：混合烴的蒸汽壓不僅隨溫度不同而異，而且在一定溫度時(shí)，又隨其汽化率不同而異。第29頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期一總之，油品越輕，越容易汽化，蒸汽壓越大。泡點(diǎn)蒸汽壓，即汽化率為零時(shí)的蒸汽壓。雷德蒸汽壓，它是在38℃，氣相體積：液相體積＝4測(cè)定的條件蒸汽壓。2、沸點(diǎn)與餾程（沸程）純物質(zhì)：沸點(diǎn)是一常數(shù)。石油餾分：沸點(diǎn)不是一個(gè)固定值，而是表現(xiàn)為一定寬度的溫度范圍，稱為沸程。恩氏蒸餾餾程：特定蒸餾方法得到的

沸程第30頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

1、閃點(diǎn)在加熱油品時(shí)，隨油品溫度的升高，油品上方中油氣的濃度逐漸增大，當(dāng)用外火源去引燃油氣混合氣時(shí)，發(fā)現(xiàn)在一定濃度范圍內(nèi)，油品上方會(huì)出現(xiàn)瞬間閃火現(xiàn)象。閃點(diǎn)是指油品在常壓下油氣混合氣相對(duì)于爆炸下限或上限濃度時(shí)油品的溫度。汽油的閃點(diǎn)相當(dāng)于爆炸上限的溫度，煤柴油等是相當(dāng)于下限濃度的油溫。測(cè)定油品閃點(diǎn)——開口閃點(diǎn)和閉口閃點(diǎn)開口閃點(diǎn)一般用以測(cè)定重質(zhì)油料的閃點(diǎn)，閉口閃點(diǎn)對(duì)輕、重油都適用。閃點(diǎn)是油品安全性的指標(biāo)，敞開裝油容器或傾倒油品時(shí)的溫度應(yīng)比油品低17℃以下燃燒特性——閃點(diǎn)、燃點(diǎn)和自燃點(diǎn)第31頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

2、燃點(diǎn)和自然點(diǎn)燃點(diǎn)——油品在規(guī)定條件下加熱油品到被外部火源引燃并連續(xù)燃燒不少于5秒針時(shí)的最低油溫。自燃點(diǎn)——如果油品被預(yù)先加熱到很高溫度，然后使其與空氣接觸，則不需外部火源油品就可能因劇烈的氧化而產(chǎn)生火焰而燃燒第32頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期一烴類或油品閃點(diǎn)，℃燃點(diǎn)，℃自燃點(diǎn)，℃甲烷<-66.7650～750645乙烷<-66.7472～630530