汽車運(yùn)行材料緒論.ppt

1、汽 車 運(yùn) 行 材 料,緒 論 1.定義： 汽車運(yùn)行材料是指汽車運(yùn)行過程中的使用周期較短，消耗費(fèi)用較大，對車輛的使用性能有較大影響的 非金屬材料，包括車用燃料、車用潤滑材料、車用工 作液、車用輪胎等。 2.汽車運(yùn)行材料的主要研究內(nèi)容： 本課程主要講授維持和保障汽車運(yùn)行的各種燃料、 潤滑材料、各類工作液及輪胎等汽車運(yùn)行材料的應(yīng)用 常識、使用性能、性能指標(biāo)的評定、分類、規(guī)格和汽 車運(yùn)行材料的選用原則及使用注意事項。,車用燃料 為汽車提供動力的可燃性物質(zhì)， 燃燒 時產(chǎn)生熱能，通過能量轉(zhuǎn)換裝置轉(zhuǎn)換成機(jī)械能驅(qū) 動汽車行駛，目前主要的車用燃料是汽油和輕柴 油；在一些特殊情況下，汽車也可使用代用燃料 潤滑材

2、料 用于汽車各相對運(yùn)動零件表面間的潤 滑介質(zhì)，具有減小摩擦阻力，保護(hù)摩擦表面的功 能，起到密封、散熱和清洗的作用。 各種工作液 主要包括汽車制動液、防凍液、液 力變扭器液、減震器液和電解液。,車用輪胎 是汽車的行駛部件。由橡膠和骨架材 料制成，裝于車輪輪輞的外周，用以支撐汽車重 量和傳遞驅(qū)動力矩。 3.研究目的 通過對汽車運(yùn)行材料相關(guān)知識的學(xué)習(xí)，掌握各 種運(yùn)行材料的基本知識，使學(xué)生能夠結(jié)合實際應(yīng)用 情況，把汽車運(yùn)行材料與汽車安全、節(jié)能、環(huán)保的 發(fā)展方向緊密聯(lián)系起來，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、促 進(jìn)學(xué)生對各種汽車運(yùn)行材料的性能的理解。,4.合理使用汽車運(yùn)行材料的意義： 在運(yùn)輸成本核算中：燃料消耗約占運(yùn)

3、輸成本 的 25 35 ；潤滑材料約占 25； 輪胎消耗約占1015。 合理使用汽車運(yùn)行材料, 對于維持汽車正常 工作，保持汽車良好的技術(shù)狀況，延長汽車的使 用壽命，保證安全生產(chǎn)，降低運(yùn)輸成本，提高汽 車運(yùn)輸?shù)慕?jīng)濟(jì)效益、社會效益和環(huán)境效益都有著 重要意義。,汽車運(yùn)行材料大多都是石油產(chǎn)品。這些 材料有的直接來源于石油，有的以石油為原 材料加工而成。據(jù)統(tǒng)計，全世界石油產(chǎn)品的 46都被汽車所消耗。因此，認(rèn)識和了解石 油對研究運(yùn)行材料具有重要作用。,一 石油的基本知識,石油在國民經(jīng)濟(jì)中占有及其重要的地位， 車用燃料和潤滑劑目前多為石油產(chǎn)品。我國是 能源大國，總地質(zhì)儲量居世界第三，但從人均 占有量來看，

4、我國又是能源貧國，只有世界人 均占有量的 1/2。所以，為了取得較高的能源 利用效率，就必須注意節(jié)約和合理使用石油產(chǎn) 品。石油又稱為原油，它是從地下深處開采的 具有特殊氣味的可燃黏稠狀液體，石油的顏色 非常豐富，有紅色、金黃色、墨綠色、黑色、,棕黑色、紅褐色等等，甚至還有透明的石油。 密度大多在0.800.98g/cm3之間。下圖是透 明和黑色石油的實物照片。,a) 透明的石油 b) 黑色的石油 石油的顏色,石油的顏色取決于它本身所含膠質(zhì)、瀝青質(zhì) 的含量，石油的顏色越淺其油質(zhì)越好，透明的石 油可直接加在汽車油箱中代替汽油。 石油的成因目前有兩種說法： 無機(jī)論 即石油是在基性巖漿中形成的； 有機(jī)

5、論 即各種有機(jī)物如動物、植物、特 別是低等的動植物，像藻類、細(xì)菌、蚌類、魚 類等死后埋藏在不斷下沉缺氧的海灣、三角洲、 湖泊等地，在很多物理化學(xué)作用下最后逐漸形 成為石油。,最早提出“石油”一詞的是公元977年中 國北宋編著的太平廣記。最早給石油以科 學(xué)命名的是在我國宋代著名科學(xué)家沈括編著的 夢溪筆談中，把歷史上沿用的石漆、石脂 水、火油、猛火油等名稱統(tǒng)一正式命名為“石 油”。在石油一詞出現(xiàn)之前，國外稱石油為 “魔鬼的汗珠”、“發(fā)光的水”等。,第一節(jié) 石油的化學(xué)組成 石油的化學(xué)成分比較復(fù)雜，是由分子大小 和化學(xué)結(jié)構(gòu)不同的烴類和非烴類物質(zhì)組成的復(fù) 雜混合物！ 石油的元素組成：主要有碳、氫、硫、氧

6、、 氮五種，其中碳約占 83%87%，氫約占11% 14%，氧、硫、氮約占 0.5 %5 %。此外,石油 中還有極微量的氯、碘、磷、砷、硅、鈉、鉀、 鈣、鐵、銅、鎂、鋁、鎳、釩等元素。,石油的烴類和非烴類組成。碳?xì)浠衔锍１?稱為烴。按照其結(jié)構(gòu)不同，烴主要分為烷烴、環(huán) 烷烴、芳香烴和不飽和烴。 一、烷烴 烷烴是鏈狀飽和烴，分子通式是CnH2n+2 。 烷烴按其結(jié)構(gòu)又可分為正構(gòu)烷烴和異構(gòu)烷烴。凡 是烷烴分子中的主碳鏈上沒有碳支鏈的稱為正構(gòu) 烷烴，有支鏈結(jié)構(gòu)的稱為異構(gòu)烷烴。 在常溫下，碳1到碳4是氣體，碳5到碳16是 液體，碳16以上是固體。固態(tài)烷烴在燃油中呈溶 液狀態(tài)存在。,二、環(huán)烷烴 環(huán)烷烴是

7、一種環(huán)狀飽和烴，分子通式為CnH2n 在燃油中，大都是單環(huán)的五碳環(huán)和六碳環(huán)。 環(huán)烷烴的化學(xué)性質(zhì)比較穩(wěn)定，不易氧化變質(zhì)， 抗爆性比正構(gòu)烷烴高，與大部分異構(gòu)烷烴的抗爆 性相當(dāng)。環(huán)烷烴的凝點(diǎn)低，潤滑性較好，是汽油 和潤滑油的良好成分。 三、芳香烴 芳香烴是以苯環(huán)為基礎(chǔ)組成的化合物，有單苯 環(huán)、雙苯環(huán)組成的芳香烴，還有三苯環(huán)、四苯環(huán) 組成的芳香烴、帶側(cè)鏈的芳香烴、由環(huán)烷烴和芳 香烴混合組成的芳香烴等。分子通式為CnH2n-6、,CnH2n-12和CnH2n-18等。芳香烴具有非常高的穩(wěn) 定性，其自燃溫度高達(dá)600，具有良好的抗爆 性。汽油中摻入少量的苯可以提高其抗爆性。 四、烯烴 烯烴的分子中碳原子與

8、碳原子之間有雙鍵連 接，為不飽和烴。有一個雙鍵的稱為烯烴，有兩 個雙鍵的稱為二烯烴。烯烴的分子通式為CnH2n， 二烯烴的分子通式為CnH2n-2 。含烯烴較多的汽 油或柴油，在長期儲存中容易氧化變質(zhì)，會形成 膠質(zhì)和有機(jī)酸。 五、石油中的非烴類化合物 1.含硫化合物,含硫化合物包括硫化氫、硫醇、硫醚、二硫化物 、環(huán)硫醚等。 2.含氧化合物 包括酸性氧化物和中性氧化物。 3.含氮化合物 石油中的含氮化合物可分為堿性和非堿性兩類。 4.膠質(zhì)和瀝青質(zhì) 膠質(zhì)是樹脂狀黏稠物質(zhì)，呈深黃色至棕色。 瀝青質(zhì)是非晶狀粉末，呈深褐色或黑色。 六、烴類分布規(guī)律 石油是混合物，沒有固定的沸點(diǎn)，采用蒸,餾方法制取油品。

9、蒸餾分離出來的各種成分， 叫做餾分。一般情況下，蒸發(fā)溫度為35200 的餾分為汽油；蒸發(fā)溫度為200350的餾 分為煤、柴油；蒸發(fā)溫度為350500的餾分 為潤滑油。烷烴、環(huán)烷烴和芳香烴中的碳原子 個數(shù)少、分子量小和環(huán)數(shù)少的烴都分布在低沸 點(diǎn)餾分中；反之則分布在高沸點(diǎn)餾分中。,第二節(jié) 石油產(chǎn)品提煉的基本方法 現(xiàn)代石油工業(yè)最早誕生于美國賓西法尼亞 州的太特斯威爾村。1858年喬治 . 比爾斯請德 雷克上校帶人打井，1859年8月27日在鉆井69英 尺時，終于獲得了石油。從此，利用鉆井獲得 石油、利用蒸餾法煉制燃油的技術(shù)真正實現(xiàn)了 工業(yè)化，現(xiàn)代石油工業(yè)誕生了。 石油的加工包括石油的預(yù)處理和石油的提

10、煉 1.石油的預(yù)處理的目的是脫鹽脫水，這個 過程一般是在兩級脫鹽罐中進(jìn)行的。,2.石油的提煉是在煉油廠蒸餾塔中進(jìn)行的 煉油廠包括三種類型：燃料油，燃料潤滑油 ，燃料化工 。 3.石油經(jīng)過加工提煉，可以得到的產(chǎn)品大 致可分為四大類：石油燃料；潤滑油和潤 滑脂；蠟、瀝青和石油焦；溶劑和石油化 工產(chǎn)品。,石油分餾生產(chǎn)過程示意圖,石油提煉的基本方法: 一、蒸餾法 蒸餾法分為常壓蒸餾和減壓蒸餾 1.常壓蒸餾是根據(jù)組成石油的各類烴分子的沸點(diǎn) 不同，利用加熱、蒸發(fā)、分餾、冷凝等步驟對石油進(jìn) 行的直接分餾。常壓蒸餾可以直接從石油中得到汽油、 煤油和柴油。其蒸餾流程是：首先用油泵將石油打入 管式加熱爐中加熱到3

11、50360，使之變成油蒸 氣，然后送入常壓蒸餾塔中。塔頂上獲得的石油氣體 ，是良好的化工原料。蒸餾塔的不同位置上安裝著隔 板，這些隔板稱為塔盤，油蒸氣在塔盤中冷凝結(jié)成液 體。在蒸餾塔的上層塔盤中可以獲得汽油餾分，在中,層塔盤中可獲得煤油餾分，在下部盤中可獲得柴油餾 分。塔底部殘留的不能蒸發(fā)的殘油（重油餾分），稱 為塔底油，由塔底部流出后進(jìn)入減壓蒸餾系統(tǒng)。,2.減壓蒸餾是指在減低蒸餾塔內(nèi)壓力的條件下對 常壓蒸餾時得到的重油進(jìn)行蒸餾。如果將重油采用常 壓蒸餾，必須要提高加熱溫度，這樣將導(dǎo)致重油分子 發(fā)生裂解，影響制取潤滑油的餾分組成，因此，必須 適當(dāng)采用減壓降沸的蒸餾方法。方法是：將塔底油在 管式

12、爐中加熱到400以上，送入減壓蒸餾塔中，塔內(nèi) 保持1.33kPa的壓力，使重油蒸發(fā)成氣體，并在上中下 高度不同的各層塔盤中冷凝，即可分別獲得輕質(zhì)潤滑 油餾分、中質(zhì)潤滑油餾分和重質(zhì)潤滑油餾分，這些油 統(tǒng)稱為餾分油。最后，從減壓蒸餾塔底部流出的是減 壓渣油。,在煉油廠的實際生產(chǎn)工藝流程中，往往把 常壓蒸餾和減壓蒸餾組合進(jìn)行，稱為常減壓蒸 餾。 常減壓蒸餾是煉油廠的第一道工序，通過 它可以直接從原油中提取石腦油、汽油、煤油 、輕柴油及燃料油。,常減壓蒸餾的流程如圖所示,常減壓蒸餾的流程圖,常減壓蒸餾塔的實物照片如圖所示,常減壓蒸餾塔,利用蒸餾法獲得的汽油、柴油的生產(chǎn)率較 小，一般在25%35%之間，

13、這遠(yuǎn)不能滿足燃料 日益增長的需求。因此，必須對重質(zhì)油品進(jìn)行 二次加工從而獲得更多更好的燃油。二次加工 法有熱裂化、催化裂化、加氫裂化、催化重整、 烷基化和延遲焦化等方法。,二、熱裂化法 熱裂化法是利用重質(zhì)烴類在高溫、高壓下 可發(fā)生裂解的性質(zhì)，將一些大分子烴類分裂成 為一些小分子烴類，從而獲得更多汽油、柴油 的一種加工方法。熱裂化產(chǎn)品有裂化氣、汽油、 柴油和渣油等。裂化氣的產(chǎn)率約為10，汽油 的產(chǎn)率為3050，柴油的產(chǎn)率約為30， 渣油的產(chǎn)率約為30。對這些熱裂化產(chǎn)品，由 于含有較多不飽和烴，使得性質(zhì)不穩(wěn)定，易發(fā) 生變質(zhì)，所以熱裂化方法已逐漸被淘汰。,三、催化裂化法 催化裂化是在催化劑作用下、反

14、應(yīng)溫度為450 590，壓力為0.10.2Mpa的條件下，對原料油進(jìn) 行裂化、異構(gòu)化、芳構(gòu)化、氫轉(zhuǎn)移等反應(yīng)，使沸點(diǎn)較 高的大分子烴裂化為小分子烴的加工工藝。 重質(zhì)烴類的裂解是在催化劑的作用下進(jìn)行的，由 于催化劑（硅酸鋁或泡沸石）的作用，除大分子烴變 成小分子烴外，還改變其分子結(jié)構(gòu)，使不飽和烴大為 減少，異構(gòu)烷烴和芳香烴的含量增高。因為不飽和烴 含量大大減少，所以催化裂化產(chǎn)品比熱裂化產(chǎn)品安定 性好，不易發(fā)生變質(zhì)。催化裂化產(chǎn)品主要有石油氣、 汽油和輕柴油。,催化裂化是目前普遍采用的煉制方法，其工藝流程如圖：,四、加氫裂化法 加氫裂化法是在高溫（370430）和高壓（10 15Mpa），在鎢、鉬、鎳

15、等催化劑作用下,加入氫氣， 對原料進(jìn)行加氫、裂化和異構(gòu)化，從而使重質(zhì)油轉(zhuǎn)變 成飽和的輕質(zhì)油的一種煉制方法。 加氫裂化同催化裂化相似，除了大分子烴轉(zhuǎn)變成小 分子烴外，也發(fā)生分子結(jié)構(gòu)的改變，從而使裂化產(chǎn)品 中的不飽和烴大為減少，而異構(gòu)烷烴和環(huán)烷烴的含量 大大增加。另外,加氫裂化還可以將原料油中的硫、氧、 氮等非烴類化合物轉(zhuǎn)化為易于脫除的水、氨、硫化氫 等，所以加氫裂化產(chǎn)品含異構(gòu)烷烴和環(huán)烷烴較多，含,硫、氧、氮等非烴類化合物和烯烴很少，因而產(chǎn)品性 質(zhì)比較安定。 加氫裂化的產(chǎn)品有汽油、柴油、潤滑油等。 加氫裂化的汽油抗爆性好，腐蝕性低；加氫裂化 的柴油發(fā)火性能好，凝點(diǎn)也低；加氫裂化的潤滑油粘 溫性能好

16、。 加氫裂化裝置的實物照片如下圖所示。加氫裂化 不如催化裂化方法應(yīng)用普遍。,大慶煉油廠年處理能力 300 kt 加氫裂化裝置,五、催化重整法 是指對直溜汽油的餾分，在催化劑作用下， 使其烴分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行重排形成新分子結(jié)構(gòu)，從 而獲得高辛烷值和安 定性好的汽油組分的 工藝。催化重整按所 用催化劑種類的不同 ，分為鉑重整、鉑錸 重整、鉑錫重整以及 多金屬重整等。 催化重整裝置的實物照片如圖,六、烷基化法 在催化劑作用下，烷烴與烯烴的化學(xué)加成 反應(yīng)叫做烷基化。 異辛烷是車用汽油的理想調(diào)和組分，可使 調(diào)和汽油的研究法辛烷值高達(dá)9295，并且具 有良好的揮發(fā)性和燃燒性，還不含有烯烴。所 以，烷基化對生產(chǎn)高

17、辛烷值汽油具有重要意義。 七、延遲焦化法 延遲焦化是為了充分利用能源以得到更多 的輕質(zhì)油，對減壓渣油等重質(zhì)油品進(jìn)行深度加 工的一種方法。,所謂延遲焦化，就是通過縮短減壓渣油在高溫（500左右）爐管內(nèi)的停留時間，使減壓渣油在爐管內(nèi)來不及結(jié)焦的條件下進(jìn)入焦炭塔。在 焦炭塔中，減壓渣油在高溫下進(jìn)行充分反應(yīng)， 一方面由大分子烴裂化分解成小分子烴，直至 成為氣體，另一方面縮合成為石油焦，這樣就 避免了減壓渣油在加熱爐管內(nèi)大量結(jié)焦的出現(xiàn)， 從而使裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)周期得到延長。延遲焦化的 產(chǎn)物主要是汽油、柴油、裂化原料油和石油焦 等。,八、石油產(chǎn)品的精制 通過石油煉制方法得到的石油產(chǎn)品大多數(shù)為 半成品，其中還含有

18、硫化物、氧化物、氮化物、 膠質(zhì)以及不飽和烴等雜質(zhì)，因此，還需對這些半 成品進(jìn)行精制加工，以除去其中的非理想組分。 常用的精制方法有：電化學(xué)精制、加氫精制 、溶劑精制、白土補(bǔ)充精制、加氫補(bǔ)充精制、脫 硫醇精制、溶劑脫蠟、尿素脫蠟、分子篩脫蠟、 微生物脫蠟等。,九、石油產(chǎn)品的調(diào)和 1.燃油的調(diào)和 各種煉制方法得到的燃油餾分，成本不同， 質(zhì)量檔次也不同，為保證出廠燃油既符合質(zhì)量標(biāo) 準(zhǔn)，又能降低生產(chǎn)成本，一般要將各種方法得到 的燃油餾分進(jìn)行調(diào)和。同時，為滿足現(xiàn)代內(nèi)燃機(jī) 的工作需求和排放標(biāo)準(zhǔn)的要求，還得向燃油中加 入多種添加劑或其他提高燃油性能的組分。這一 工藝工程就是燃油的調(diào)和過程。 2.潤滑油的調(diào)和 經(jīng)多種精制方法得到的潤