石油炼制工艺学总结-1.pdf
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1、1石油炼制工艺学总结石油炼制工艺学总结-1-1绪绪 论论燃料:汽油、煤油、柴油、喷气燃料化学工业的重要原料有:三烯指乙烯、丙烯;丁二烯、三苯指苯、甲苯、二甲苯;一炔指乙炔;一萘指萘三大合成:合成纤维,合成橡胶,合成塑料石油及其产品的组成和性质1、简述石油的元素组成、化学组成。石油主要由 C、H、S、N、O 等元素组成,其中 C 占 8387,H 占1114。石油中还含有多种微量元素,其中金属量元素有 钒、镍、铁、铜、钙等,非金属元素有 氯、硅、磷、砷等,石油中各种元素多以化合物的形式存在。石油主要由烃类和非烃类组成,其中烃类有:烷烃、环烷烃、芳烃,非烃类有含硫化合物、含氧化合物、含氮化合物、胶
2、状沥青状物质。石油中的含硫化合物给石油加工过程和石油产品质量带来的危害有:腐蚀设备、影响产品质量、污染环境、使催化剂中毒。2、蜡石蜡,分子量 300450,C17C35,相对密度 0.860.94,熔点 3070。主要组成:正构烷烃为主,少量的异构烷、环烷烃,芳烃极少。微晶蜡(地蜡)地蜡,又称天然石蜡(新疆山区,埃及、伊朗)分子量 500800,C30C60,滴熔点 7095。主要组成:带有正构或异构烷基侧链的环状烃,尤其是环烷烃;含少量正构烷烃和异构烷烃。微晶蜡具有较好的延性、韧性和粘附性。3、石油烃类组成表示方法单体烃组成表明石油馏分中每一种单体烃的含量数据。族组成表明石油馏分中各族烃相对
3、含量的组成数据。2结构族组成的表示方法 把石油馏分看成是“平均分子”,芳香环、环烷环、烷基侧链等结构单元组成RA分子中的芳香环数RN分子中的环烷环数RT分子中的总环数,RT=RA+RNCA分子中芳香环上碳原子数占总碳原子数的百分数CN分子中环烷环上碳原子数占总碳原子数的百分数CR分子中总环上碳原子数占总碳原子数的百分数,CR=CA+CNCP分子中烷基侧链上碳原子数占总碳原子数的百分数4、胶状-沥青状物质沥青质:指不溶于低分子(C5C7)正构烷烃,但能溶于热苯的物质。可溶质:指既能溶于热苯,又能溶于低分子(C5C7)正构烷烃的物质。含饱和分、芳香分和胶质。胶质胶质是一种很粘稠的流动性很差的液体或
4、半固体状态的胶状物,颜色为黄色至暗褐色。受热熔融,相对密度1.0,VPO 法分子量约 8003000。胶质具有很强的着色能力,50ppm 的胶质就可使无色汽油变为草黄色。胶质能溶于石油醚、苯、乙醚及石油馏分。胶质含量随沸点升高而增多,渣油中含量最大。胶质易氧化缩合为沥青质,受热易裂解及缩合。沥青质沥青质是一种深褐至黑色的、无定型脆性固体。相对密度略大于 1.0,VPO法分子量约 300010000。加热不熔,300以上时会分解及缩合。沥青质能溶于苯、二硫化碳、四氯化碳中,不溶于石油醚。沥青质无挥发性,全部集中在渣油中。胶质和沥青质的存在使渣油形成一种较稳定的胶体分散体系。胶质、沥青质能与浓硫酸
5、作用,产物溶于硫酸。5、石油的馏分组成500 :减压渣油(VR)常压蒸馏后残余的350 的油称为常压渣油或常压重油。(AR)我国原油具有汽油含量低,渣油含量高的特点。我国减压渣油的性质特点C 8587%,H 1112%,氢碳原子比1.6;硫含量不高,而氮含量较高,脱氮困难;金属含量不高,且镍含量远高于钒含量;收率偏高,一般占原油的 4050%。组成特点:芳香分不高,30%;庚烷沥青质含量较低,多小于 3%;胶质含量高,多在 4050%。第三章第三章 石油及油品的物理性质石油及油品的物理性质1、蒸汽压概念:在某温度下,液体与其液面上方的蒸汽呈平衡状态时,由此蒸汽所产生的压力称为饱和蒸汽压,简称蒸
6、汽压。表示液体在一定温度下的汽化能力。雷德蒸汽压测定器2、馏分组成与平均沸点ASTM 蒸馏(或称恩氏蒸馏)馏程:初馏点到终馏终点这一温度范围称油品沸程。初馏点:在一定条件下,恩氏蒸馏中流出第一滴油品时的气相温度。终馏点:蒸馏终了时的最高气相温度(干点:恩氏蒸馏过程中最后一个液滴汽化时的气相温度)。馏分:在某一温度范围内蒸出的馏出物。馏分组成:蒸馏温度与馏出量(体)之间的关系 平均沸点:体积平均沸点,质量平均沸点,实分子平均沸点,立方平均沸点,中平均沸点3、密度与相对密度相对密度:油品密度与标准温度下水的密度之比。(标准温度:常用 4或15.6)比重指数API4油品密度的测定:密度计法 韦氏天平
7、法 密度瓶法4、特性因素 K概念:特性因数是把油品的平均沸点和相对密度关联起来,说明油品化学组成特性的一个复合参数。烷烃 K=1213;环烷烃 K=1112;芳烃 K=9.7115、平均相对分子量 油品的分子量是油品各组分分子量的平均值。6、油品的黏度流体流动时,由于分子相对运动产生内摩擦而产生内部阻力,这种特性称为粘性,衡量粘性大小的物理量称为粘度。动力粘度:1 Pa s=100 P(泊)=1000 cP 运动粘度t 1 cm2/s(斯)=100mm2/s(厘斯,cSt)条件粘度:恩氏粘度 OEt 雷氏粘度 RIS 赛氏粘度分赛氏通用粘度(SUS)和赛氏重油粘度(SFS)。mm2/s:OE:
8、SUS :RIS=1:0.132:4.62 :4.05毛细管粘度计(牛顿)旋转粘度计(非牛顿)粘温特性粘度比:V50/V100 粘度比越小,油品粘度随温度变化越小,粘温性质越好。粘度指数:VI油品粘度随温度变化越小 正构烷烃的粘温性质最好;环状烃的粘温性质较差,环数越多越差,而侧链长的粘温性质也较好。7、热性性质焓(H):将 1 kg 油品由基准状态加热到某指定状态时所需的热量称为油品的焓。石油馏分的热焓与温度、压力、特性因数和相对密度有关。比热(C):单位物质(kg 或 kmol)温度升高 1 时所需要的热量称为比热。蒸发潜热(汽化潜热):单位物质由液态转化为相同温度下气态所需要的热量5称为
9、汽化潜热。温度高,分子的能量大,液相变为气相较易,故汽化潜热小;温度、压力高至临界状态时,汽化潜热等于零。8、低温流动性油品失去流动性的原因粘温凝固:含蜡很少或不含蜡的油品,温度降低时粘度增加很快,当粘度增加到某个程度时,油品变成无定型的粘稠的玻璃状物质而失去流动性。构造凝固:含蜡油品,当温度逐渐下降时,蜡逐渐结晶析出形成网状结构,将液体油品包在其中,使油品失去流动性。结晶点:在油品到达浊点温度后继续冷却,出现肉眼观察到结晶时的最高温度。凝固点:试样在规定条件下冷却至液面停止移动时的最高温度。冷滤点:在规定条件下 20 毫升试样开始不能通过过滤器时的最高温度。闪点:油品在规定条件下加热,蒸发的
10、油蒸气与空气组成的混合物与火焰接触发生瞬间闪火时的最低温度自燃点:将油品隔绝空气加热到一定的温度后与空气接触,无需引火即可自然,发生自燃的最低温度.浊点:试油在规定条件下冷却,开始呈现浑浊时的最高温度称为浊点。倾点:在规定条件下被冷却的试样能流动的最低温度。冰点:油品被冷却时所形成的蜡结晶消失一瞬间的温度。燃点:在规定条件下,当火焰靠近油品表面时即着火,并持续燃烧至规定时间所需的最低温废,以表示。闪点、燃点与油品的汽化性有关 自燃点与油品的氧化性有关自燃点比较:烷烃环烷烃芳烃 9、燃烧性能发热值:标准状态下 1kg 油品完全燃烧时放出的热量称为发热量,或称热值,单位 kJ/kg。高热值(理论热
11、值):燃料燃烧的起始温度和燃烧产物的最终温度均为 15,产物水为液态。低热值(净热值):产物水为汽态10、其它物理性质苯胺点:油品在规定条件下和等体积的苯胺完全混溶时的最低温度,以表6示。各类烃苯胺点比较:芳烃环烷烃烯烃 环烷烃 烷烃 石油产品的质量要求燃料燃料包括汽油、柴油及喷气燃料(航空煤油)等发动机燃料以及灯用煤油、燃料油等。我国的石油产品中燃料约占 80%,而其中约 60%为各种发动机燃料,所产柴油和汽油的比例约为 1.3:1。润滑剂其中包括润滑油和润滑脂,主要用于降低机件之间的摩擦和防止磨损,以减少能耗和延长机械寿命。其产量不多,仅占石油产品总量的 2%左右,但品种达数百种之多。石油
12、沥青石油沥青用于道路、建筑及防水等方面,其产量约占石油产品总量 3%。石油蜡石油蜡属于石油中的固态烃类,是轻工、化工和食品等工业部门的原料,其产量约占石油产品总量的 1%。石油焦石油焦可用以制作炼铝及炼钢用电极等,其产量约为石油产品总量的 2%。溶剂和化工原料约有 10%的石油产品是用作石油化工原料和溶剂,其中包括制取乙烯的原料(轻油),以及石油芳烃和各种溶剂油。1、汽油机对燃料的使用要求 蒸发性:在所有工况下,具有足够的挥发性以形成可燃混合气。1馏程10%馏出温度:反映了汽油中轻组分的多少,用来保证具有良好的启动性50%馏出温度:反映汽油的平均汽化性,用来保证汽车的发动机加速性能、最大功率及
13、爬坡能力90%馏出温度(t 90%)和终馏点(或干点):反映了汽油中重组分含量的7多少,终馏点(干点)反映了汽油中最重组分的程度;用来控制汽油的蒸发完全性及燃烧完全性。蒸气压蒸气压的大小表明汽油蒸发性的高低,控制汽油在使用中不易产生气阻 抗爆性:燃烧平稳,不产生爆震燃烧现象。2汽油在发动机中燃烧不正常时,会出现机身强烈震动的情况,并发出金属敲击声,同时发动机功率下降,排气管冒黑烟,严重时导致机件损坏的现象,称爆震燃烧,也叫敲缸。汽油的抗爆性指标:辛烷值 我国车用汽油牌号用研究法辛烷值高低划分辛烷值:芳烃异构烯烃异构烷烃环烷烃正构烯烃正构烷烃汽油的理想组分:异构烷烃提高汽油辛烷值的方法:加入抗爆
14、剂,调合,加工工艺(如催化重整)安定性:储存安定性好,生成胶质的倾向小。3实际胶质 mg/ml 诱导期 min 碘值 gI/100g 油品生成胶质的倾向:二烯烃环烯烃链烯烃 改善汽油安定性的方法:精制除去不安定组分 加入抗氧剂和金属钝化剂 腐蚀性:对发动机没有腐蚀作用。4评定指标:硫及含硫化合物 有机酸 水溶性酸碱腐蚀试验(铜片试验 博士试验)洁净性:排出的污染物少。5车用汽油的发展方向:高辛烷值 低硫乃至无硫 低芳烃 低烯烃 低蒸汽压2、柴油机的主要性能:流动性 四行程的汽油机与柴油机工作循环基本一样,都有按进气、压缩、作功和排气四个行程柴油机的燃烧过程:滞燃期(发火延迟期)、急燃期、缓燃期
15、(主燃期)、后燃期8汽油发动机与柴油发动机的区别区别主要在于压缩比、点火方式、所用燃料及用途轻柴油用于高速柴油机,1000 转/分 重柴油用于中低速柴油机,环烷烃芳烃 重量热值高,战斗机体积热值:烷烃环烷烃环烷烃烯烃异构烷烃芳烃;同类烃中,大分子烃比小分子烃易氧化。5、汽油、柴油蒸发性要求的原因汽油对蒸发性要求的原因:如果蒸发性太差,就不能全部汽化,启动与加速困难,燃烧不完全;蒸发性太好,则易在输油管中气化而造成气阻,供油不足甚至中断。柴油对蒸发性要求的原因:馏分过轻,蒸发太快,不易氧化,自燃点高;馏9分过重,蒸发太慢,太易氧化,自燃点低。6、柴油的十六烷值是否越高越好?十六烷值不是越高越好!
16、使用十六烷值过高(如大于 65)的柴油同样会形成黑烟,燃料消耗反而增加,这是因为燃料的着火滞燃期太短,自燃时还未与空气混合均匀,致使燃料燃烧不完全,部分烃类因热分解而形成带碳粒的黑烟;另外,太高还会减少燃料的来源。用十六烷值适当的柴油才合理。十六烷值在4055 之间最合适,65 滞燃期太短。7、为何不能将柴油兑入汽油中作车用汽油使用?同时也不能将汽油兑在轻柴油中使用?绝对不能。因为汽油和柴油发动机燃烧原理不同,汽油机为点火式,而柴油机为压燃式。前者所用汽油,馏份轻,易挥发,自燃点高,辛烷值高;而车用柴油馏份重,自燃点低,辛烷值低,十六烷值高,因而混合的汽、柴油既不能在汽油发动机中使用,也不能在
17、柴油机中使用。若在汽油发动机中使用,辛烷值太低,极易产生爆震。馏份重,燃烧的沉积物和积炭太重。若在柴油机中用,自燃点高,十六烷值太低,不易压燃,易产生爆震,损坏发动机。8、试比较汽油机和柴油机工作原理的相同点和不同点,并从燃料的角度说明其产生爆震的原因及理想组分是什么。都具有进气、压缩、做功、排气四个工作过程。汽油机产生爆震是由于汽油机压缩比与燃料质量不相适应,压缩比过大,燃料太易氧化,生成过多的过氧化物,过氧化物又不易分解,使燃料自燃点过低,燃料自燃而形成多个燃烧中心,产生爆炸性燃烧,瞬间释放出巨大的能量而产生爆震现象。压燃式发动机产生爆震是由于燃料自燃点高,燃料不易氧化,过氧化物生成量不足
18、,迟迟不能自燃(滞燃期太长),以至喷入的燃料积聚过多,自燃一开始,这些燃料同时燃烧,巨大能量瞬间释放出来,大大超过正常燃烧压力,引起爆震。汽油机和柴油机虽然产生的爆震原因不一样,但产生的危害是一样的。即爆震会损坏气缸部件,缩短发动机寿命,燃料燃烧不完全,增加油耗量,发动机效率降低。汽油理想组分:异构烷烃 柴油理想组分:烷烃、环烷烃。9、汽油、轻柴油的商品牌号分别依据什么划分?10我国车用汽油的牌号按研究法辛烷值(RON)的大小划分。柴油牌号以凝点和粘度高低来划分。轻柴油用于高速柴油机。按凝点分为 10 号、0 号、-10 号、-20 号、-35 1号、-50 号六个牌号。重柴油用于中低速柴油机
19、。按 50 运动粘度(mm2/s)分为 10 号、20 号、230 号三个牌号。10、试简述车用汽油规格指标中为什么要控制蒸汽压及 10%、50%、90%和干点温度。蒸气压的大小表明汽油蒸发性的高低。用来控制车用汽油不至于产生气阻。汽油的蒸发性由其馏程和饱和蒸汽压来评定。10%馏出温度(t10)其高低反映了汽油中轻组分的多少。用来保证具有良好的启动性。1 2发动机易于启动的最低大气温度的关系 10%的馏出温度值越低,则表明汽油中低沸点组分越多、蒸发性越强、起 1动性越好,在低温下也具有足够的挥发性以形式可燃混合气而易于起动。若过低,则易于在输油管道汽化形成气泡而影响油品的正常输送,即产生气阻。
20、汽油的饱和蒸汽压越大,蒸发性越强,发动机就容易冷起动,但产生气 2阻的倾向增大,蒸发损耗以及火灾危险性也越大。50%馏出温度 大小反映汽油的平均汽化性;用来保证汽车的发动机加速性能、最大 1 2功率及爬坡能力。90%馏出温度反映了汽油中重组分含量的多少。干点(终馏点)反映了汽油中最重组分的程度,用来控制汽油的蒸发完全性及燃烧完全性。第四章第四章 原油评价与原油加工方案原油评价与原油加工方案1、原油的分类:我国目前通常采用关键馏分特性,补充以硫含量的分类。其分类通常为化学分类(特性因数 K 分类、关键馏分特性分类)和工业分类11(硫含量、相对密度、氮含量、蜡含量、胶质含量)2、特性因数 K 的分
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