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1,第四章 石油产品的质量要求,2,从石油中能得到上千种产品,我国现将石油产品分为以下六大类:,(1)燃料 包括汽油、柴油、喷气燃料(航空煤油)等发动机燃料以及灯用煤油、燃料油等。 燃料的数量约占石油产品的80,其中发动机燃料占60%;柴油和汽油的比例为2:1,而实际消费的比例在2.2:1。,(2)润滑剂和有关产品 包括润滑油和润滑脂,主要用于降低机械部件的摩擦和防止磨损,以减少能耗、延长机械寿命。 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。,3,(3)石油沥青 用于道路、建筑和防水等方面,产量约占石油产品总量的3。 (4)石油蜡 是轻工、化工和食品工业的原料,产量约占总量的1。 (5)石油焦 用于制造炼铝和炼钢用电极,其产量约为2。 (6)溶剂和化工原料 占石油产品产量的10,包括制取乙烯的原料轻油、石油芳烃和各种溶剂油。,4,汽油机又称点燃式发动机,主要用于轻型汽车、摩托车、小型飞机和快艇。,一、汽油机的工作原理,4.1 汽 油,1、汽油机的构造及工作原理,5,上止点和下止点: 压缩比:V1/V2,表征发动机性能的重要指标; 冲 程:从上止点到下止点的直线距离。,6,冲程1:进气过程 混合气温度:85130,冲程2:压缩过程 混合气温度:300450 混合气压力:0.71.5MPa,冲程3:点火燃烧(作功过程) 气体最高温度:20002500 气体最高压力:3.04.0MPa,冲程4:排气过程 废气温度:700800,7,一、汽油机的工作原理,4.1 汽 油,2、汽油机对燃料的使用要求,所有工况下,具有足够挥发性以形成可燃混合气; 燃烧平稳,不产生爆震燃烧现象; 储存安定性好,生成胶质的倾向小; 对发动机没有腐蚀作用; 排出的污染物少。,8,二、汽油的蒸发性 反映蒸发性的主要指标是馏程和饱和蒸汽压。,(2)50馏出温度 表示汽油的平均蒸发性能,对汽油机的加速性能有影响,我国要求 120。,1、馏程 (1)10馏出温度 表示汽油中所含低沸点馏分的多少,决定汽油机的启动难易程度,我国要求70。,9,(3)90馏出温度和干点 表示汽油中所含重馏分的多少,我国要求90馏出温度 190,干点 205 。,2、饱和蒸汽压 雷德蒸汽压(RVP):GB257,燃料 气:液4:1,38 。衡量汽油产生气阻、储存运输中的损耗指标。 车用汽油: 秋冬季:RVP 8088kPa 春夏季:RVP 6774kPa,10,三、汽油的安定性 反映汽油在常温、液相条件下抵抗氧化的能力。,1、安定性与化学组成的关系 汽油中的不饱和烃是导致性质不安定的主要原因,易发生氧化和叠合反应,生成胶质。 产生胶质的倾向: 链烯烃环烯烃二烯烃 含硫化合物,如硫酚和硫醇,促进胶质的生成; 含氮化合物,导致胶质的生成;汽油在空气中变红变深,产生沉淀。,11,2、影响安定性的外界因素 (1)温度:每升高10,胶质生成速度快2.5倍; (2)金属的催化作用; (3)与空气的接触面积。,3、评定安定性的指标 (1)碘值 100g汽油所消耗的碘的克数。 (2)实际胶质 150的热空气吹过100ml汽油表面蒸发至干所留下的棕色或黄色残余物的mg数。,12,(3)诱导期 一定量的油样放入标准钢筒中,充入氧气0.7MPa,放入100的水中,至氧压明显下降所经历的时间,以分钟表示。,4、改善汽油安定性的方法 精制除去不饱和烃和非烃化合物; 加入适量的抗氧化剂和金属钝化剂。,13,四、汽油的抗爆性 衡量燃料是否易于发生爆震燃烧的性质。 1、爆震燃烧 (1)现象,14,(2)危害 增大气缸的热损失,降低输出功率10; 发动机过热,机件磨损; 燃料消耗增加,冒黑烟。 (3)原因 发动机的结构和工作条件;燃料质量。,15,2、反映汽油抗爆性的指标辛烷值 (1)辛烷值(Octane Number,ON) 是在标准的试验用可变压缩比单缸汽油发动机中,将待测试样与标准燃料试样进行对比试验测得的。,标准燃料,正庚烷 ON=0,异辛烷(2,2,4三甲基戊烷) ON100,16,(2)测定方法 马达法(MON):900r/min,冷却水100,混合气150;研究法(RON):600r/min,冷却水100,混合气温度不计。 RONMON,(3)道路辛烷值 用汽车实测或全功率试验台上模拟汽车在公路上行驶的条件测定的,数值介于RON和MON之间。,17,(4)抗爆指数ONI ONI(MON+RON)/2,(5)品度 对航空汽油,还规定了用增压航空法测定在富混合气条件下的抗爆性,称为品度。 品度是汽油在富混合气条件下,不发生爆震燃烧所发生的最大功率与用异辛烷(品度为100)工作所发出的最大功率之比。,18,3、抗爆性与燃料组成的关系,分子量相近时,辛烷值的高低有如下规律: 芳香烃异构烷烃和异构烯烃正构烯烃和环烷烃 正构烷烃;,19,烷烃分子的碳链上分枝越多、排列越紧凑,抗爆性越好;,20,烯烃比同碳数直链烷烃好,双键越接近中间,抗爆性越好;,21,环烷烃比同碳数的正构烷烃好得多,但比异构烷烃的差; 如环上带侧链则抗爆性变差,链越长,辛烷值越低,侧链有分枝,改善;,22,芳烃的抗爆性最好,带侧链稍差,其辛烷值随侧链的加长而降低。,23,4、改善汽油抗爆性的方法 调和高辛烷值的催化裂化汽油或催化重整汽油; 调和高辛烷值组分,如烷基化油、MTBE、TAME; 加入抗爆剂,如四乙基铅(TEL)。,MTBE的性质 辛烷值高,RON=118,MON101; 无毒,稳定性好; 加入后不改变汽油的性质; 可以改善汽油的馏程; 可以减少NO、CO的排放。,24,5、压缩比与爆震燃烧的关系 汽油机的压缩比越大,所需汽油辛烷值越高; 1920s,压缩比只有45,现已达810,相应的辛烷值也从80提高到90甚至97。,25,六、汽油的品种与牌号,用途,航空汽油:按辛烷值/品度分为 100/130、95/130、75,车用汽油,车用汽油:按RON分为90、93、95,含铅汽油:按RON分为90、93、97,五、汽油的腐蚀性 影响汽油腐蚀性的物质: (1)硫及含硫化合物; (2)有机酸主要是环烷酸; (3)水溶性酸碱。,26,无铅汽油标准(2000.7.1) 抗爆性:研究法辛烷值(RON) 不小于 90 93 95 GB/T5487 抗爆指数(RON+MON)/2 不小于 85 88 90 GB/T503,GB/T5487 铅含量,g/l 不大于 0.005 GB/T8020 馏程: 10%蒸发温度, 不高于 70 50%蒸发温度, 不高于 120 GB/T6536 90%蒸发温度, 不高于 90 终馏点, 不高于 205 残留量,%(V/V) 不大于 2 蒸气压,kpa 从9月16日至3月15日 不大于 88 GB/T8017 从3月16日至9月15日 不大于 74,27,实际胶质,mg/100ml 不大于 5 GB/T8019 诱导期,min 不小于 480 GB/T8018 硫含量,%(m/m) 不大于 0.10 GB/T3807 硫醇(满足下列要求之一): 博士试验 通过 硫醇硫含量,%(m/m) 不大于 0.001 GB/T1792 铜片腐蚀(50,3h),级 不大于 1 GB/T5096 水溶性酸或碱 无 GB/T259 机械杂质及水分 无 目测 苯含量,%(V/V) 不大于 2.5 芳烃含量,%(V/V) 不大于 40 GB/T11132 烯烃含量,%(V/V) 不大于 35 GB/T11132,28,七、醇类汽油机燃料 在各种可以替代汽油的各种物质中,甲醇和乙醇是最有希望的燃料,它们可从天然气、煤或植物中转化而来。,1、优点 (1)辛烷值高,甲醇114/95,乙醇111/94; (2)不易积碳、冒黑烟,发动机清洁; (3)污染物排放少,对保护环境有利。,2、缺点 (1)热值比汽油小很多,掺入量 15; (2)沸点低,易挥发,易产生气阻; (3)醇类对金属有一定的腐蚀性; (4)有毒性。,29,第二节 柴油 柴油是柴油机(又称压燃式发动机)的燃料,根据柴油机转速的不同,使用不同类型的柴油: 转速1000rpm: 轻柴油 转速5001000rpm:重柴油,30,一、柴油机的工作原理 柴油机又称压燃式发动机,主要用于农用机械、重型车辆、铁路机车、船舶、工程和矿山机械。,1、柴油机的工作原理 工作循环和汽油机基本一样,也有进气、压缩、膨胀和排气四个过程。,31,主要差别: (1)压缩比不同 柴油机约为1620,压缩后气体的温度、压力比较高。 500700,压力35MPa (汽油机:300450,压力0.71.5MPa) (2)点燃方式不同 柴油是自燃发火(自燃点200250) 汽油是电火花点火,32,(3)热效率不同 柴油机的热效率高于汽油机,功率相同时可节省燃料2030。,2、柴油机对燃料的使用要求 具有良好的雾化、蒸发和燃烧性能; 良好的燃料供给性能; 对发动机没有腐蚀和磨损作用; 良好的储存和热安定性。,33,二、柴油的燃烧性 柴油的燃烧性好是指喷入燃烧室内与高温空气形成可燃混合气后,能在较短的时间内发火自燃并完全燃烧。,1、柴油机内燃料的燃烧过程 分为四个阶段:滞燃期、急燃期、缓燃期、后燃期。,34,35,滞燃期(发火延迟期):A-B,从喷油开始到混合气开始着火燃烧之间的时间,13ms。 物理延迟:喷油、雾化、受热、蒸发、扩散成可燃气; 化学延迟:燃料受热开始氧化链反应,生成过氧化物,达一定浓度便自燃。,36,急燃期:B-C,开始燃烧,速度极快,到压力不再急剧增加的阶段; 缓燃期: C-D,主要阶段,5060%燃料在这段燃烧,压力不再急剧升高,到压力开始下降。 后燃期:D-E,压力迅速下降到燃烧结束。,37,汽油自燃点不能太低,不能易燃; 柴油自燃点不能太高,要易燃。,38,2、柴油发火性能的评定指标十六烷值 柴油的十六烷值(Cetane Number,CN)也是在标准的试验用柴油机中测定的。,标准燃料,甲基萘 CN=0 七甲基壬烷 CN=15,正十六烷 CN100,39,十六烷值低,则燃料发火困难,滞燃期长,发动机工作状态粗暴; 十六烷值高,发火性能好,滞燃期短,燃烧均匀,发动机工作平稳; 十六烷值过高,局部燃烧不完全,冒黑烟。 高速柴油机:4060 中速柴油机:3035 低速柴油机:25,40,3、十六烷值与化学组成的关系 各种烃类的十六烷值显著不同,大体规律如下:,正构烷烃十六烷值最高,分子量大CN高; 异构烷烃的CN低于正构烷烃; 正构稀烃CN较高; 环烷烃CN低; 芳烃CN最低。,41,42,43,三、柴油的蒸发性,1、蒸发性对柴油机工作的影响 柴油机内可燃性混合气的形成速度主要由柴油的蒸发速度决定; 蒸发速度由燃烧室内空气的温度和馏分轻重决定;,44,柴油馏分越轻,蒸发速度越快; 柴油馏分过重,蒸发慢,燃烧不完全,功率下降,油耗增加; 馏分过轻,蒸发太快导致气缸内压力急剧上升,发动机工作不稳定。,45,2、评定指标,(2)90及95馏出温度 表示柴油
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