第七章石油产品分析教案

第七章石油产品分析教学目标:掌握石油的组成，油品的基本理化特性；了解油品的理化特性测定基本方法；熟悉油品质量、安定性、腐蚀性等主要指标的表示方法和测定方法。教学重点:油品基本理化特性、低温流动性、燃烧性能、安定性及腐蚀性的表示及测定方法。教学难点:苯胺点、辛烷值、品度值等系列概念的理解和区分。§7.1概述一、石油产品分析测定的目的和意义1、油品分析的概念:用统一规定的或公认的标准试验方法，分析检验油品的理化性质、使用性能和化学组成的分析测试方法。2、油品分析的目的：（1）对石油加工的原料油和原材料进行检测，制定生产方案，为建厂设计提供依据。（2）对各炼油装置的生产过程进行分析控制，系统检验各馏出口的中间产品和产品的质量，从而对各生产工序及操作进行及时调整，以防止事故，保证安全生产和产品质量。（3）对出厂油品进行全分析，为提高产品质量，改进生产工艺、增加品种，提高经济效益提供依据。（4）对油品使用性能进行评定。（5）对油品质量进行仲裁。3、油品分析的意义：油品分析是进行生产装置设计，保证安全生产、提高产量、增加品种、改进质量、完成生产计划的基础和依据，也是储运和使用部门制定合理的储运方案、正确使用油品、充分发挥油品最大效益的依据。二、石油的组成1、石油的元素组成石油的主要组成元素是C和H，其中C含量一般为84.0%～87.0%，H含量为12.0%～14.0%，C、H质量比为6.1～7.1。2、石油的化合物组成（1）烃类有机物（2）非烃类有机物（3）无机物三、主要石油产品的组成和特性我国石油产品按特征分为6类：燃料F、溶剂和化工原料S、润滑剂和有关产品L、蜡W、沥青B、焦C。主要的三类产品：燃料类、溶剂和化工原料类、润滑剂和有关产品四、石油产品分析前的准备和数据处理五、石油产品分析的特点和标准化的意义油品分析多为条件性试验方法，即在分析时必须严格按照方法中规定或限制的条件进行测定，所得数据才有意义并具有可比性，才能被公认，否则毫无意义。石油产品试验方法标准是指对试验方法的适用范围、方法概要、使用的仪器、试剂、测定条件、试验步骤和方法、计算公式和精密度等所作的技术规定。石油产品试验方法标准技术等级分为5类：国际标准、地区标准、国家标准、行业标准、企业标准。§7.2原油的评价在实验室条件下对新开采的原油进行一系列的分析、试验，以掌握原油性质，叫原油评价。一、原油评价的内容常规的原油评价包括：原油性质分析、原油实沸点蒸馏、馏分油和渣油的性质分析。二、原油的分类现在世界上比较常用的分类方法是以美国石油学会制定的API度作为指标，将原油分为九类。按此法对中国原油进行分类时，补充了硫含量的说明，原油硫含量小于0.5%称为低硫；介于0.5%～2.0%的称含硫，大于2.0%称高硫。三、原油评价的内容分类1、原油性质分析2、简单评价3、常规评价4、综合评价§7.3烃类组成的测定（不要求）§7.4非烃类组成的测定一、石油的非烃组成石油中的非烃化合物主要指含硫、氮、氧的化合物。大部分集中在重质馏分和残渣油中。1、含硫化合物硫在石油中少量以元素硫和硫化氢形式存在，大多数以有机硫化物形式存在。主要危害：腐蚀管线；使油品性能变差；污染环境；在二次加工中使催化剂中毒。2、含氮化合物主要存在于杂环化合物中。主要危害：储存日期稍久，会使颜色变深，气味发臭。3、含氧化合物石油中氧均以有机物形式存在，包含酸性和中性两类，酸类具有强烈气味，具有腐蚀性。4、胶状沥青状物质二、非烃组成的测定（硫的测定）1、测定硫含量的意义（1）从轻质油品含硫量可以看出硫化物在加工时是否发生分解。（2）硫化物在加工中能腐蚀装置并使催化剂中毒。（3）硫分过高会使汽车催化转化器中毒，排放不达标，污染环境。（4）燃料中的硫化物燃烧生成SO2、SO3，遇水变成酸，腐蚀机械，排入空气亦有污染。（5）部分硫化物对油品使用有好处，改善其性能。2、硫含量的测定方法GB380方法；GB/T387方法；GB388方法§7.5油品基本理化性质的测定一、石油产品苯胺点的测定1、苯胺点的概念石油产品与等体积的苯胺混合，加热至两者能互相溶解成为单一液相的最低温度，称为石油产品的苯胺点。苯胺点具有可加性。2、测定油品苯胺点的意义苯胺点是衡量轻质石油产品溶解性能的指标。在石油工业中常用苯胺作溶剂，测定油品或某些烃类在苯胺中的溶解度，当苯胺与试油在较低温度下混合时分为两层，加热之，试油在苯胺中的溶解度增大，继续加热至两相刚好达到完全互溶，这时界面消失，此时混合液的温度即为苯胺点。由于组成油品的各种烃类的极性不同，按相似相溶理论，烃的结构（极性）与苯胺分子结构（极性）越相似，这种烃类在苯胺中的溶解度就越大，苯胺点越低；相反，烃类结构与苯胺分子结构越不相似，溶解所需温度越高，苯胺点越高。3、影响苯胺点因素（1）苯胺点与试油化学组成有关根据相似相溶理论，极性与苯胺相似的烃类，在某一温度下在苯胺中溶解度大；反之，烃类极性与苯胺差别大，则在该温度下在苯胺中溶解度小。各族烃类的极性大小如下（C数相同）。极性：芳烃烯烃环烷烃烷烃（因为芳烃有大键、烯烃有键）各族烃类苯胺点大小顺序为：烷烃环烷烃烯烃芳烃，所以烷烃的极性小，与苯胺相似程度大，达到完全互溶所需温度高。（2）．苯胺点与溶剂比有关a、溶剂比：溶剂（苯胺）与试油体积比。如把某一油品分别与不同比例的苯胺混合，可得到各比例混合物对应的临界溶解温度。以界溶解温度为纵坐标，以溶剂百分体积比为横标作图，可得图5一15。曲线中最高点是试油在苯胺中的真正临界解温度，称为最大苯胺点，tmax，最大苯胺点处的溶剂比X％对不同油品是个不同的数值，要多次入变溶剂比才能找到，这样测定苯胺点很麻烦，实际应用时是用等体积苯胺点t50代替tmax来表示油品的溶解性。b、等体积苯胺点t50：试油与苯胺等体积混合所测得的临界溶解温度称为等体积苯胺点，单位℃。c、t50与tmax的差别：当石油产品中芳烃含量10%时，tmax-t50=0.2～0.3℃，误差小，可通用;当石油产品中芳烃含量10％时，误差随芳烃含量增加而增大；当石油产品中芳烃含量50％时，tmax-t50=5～6℃，二者不可互用。（3）苯胺点与苯胺纯度有关苯胺纯度是测苯胺点的关键。苯胺在大气中保存易被氧化为黄色或棕色，并吸收大气中水，氧化物增加了苯胺极性使苯胺点上升；吸水也使苯胺极性增加，也可使苯胺点测量结果变大。原因是氧化物和水进一步增大了苯胺与试油的不相似性，所以使苯胺点上升。（4）与操作条件有关影响苯胺点测定结果准确性的主要操作条件有：温度计安装位置、加热速度、降温速度、苯胺点的正确读取等。3、苯胺点测定方法（GB/T262一88）等体积苯胺点的测定按GB/T262一88执行，测定时，不是测定苯胺与试油混合后两相界面消失时的温度（因很难读准），而是把等体积的苯胺与试油混合，按规定速度加热到两相界面消失，然后在不断搅拌的情况下让混合物冷却，读透明混合液开始出现浑浊并不再消失时的瞬间温度．即为苯胺点，单位℃二、密度和相对密度1、相关概念密度：单位体积所含物质在真空中的质量。视密度：把不同温度下直接从密度计上读出的值。标准密度：我国规定20℃时，石油及液体石油产品的密度为标准密度。相对密度：指物质在给定温度下的密度与规定温度下标准物质的密度之比。液体石油产品以纯水作为标准物质。标准相对密度：我国国家标准规定20摄氏度试油的密度与4摄氏度水的密度之比。2、密度与温度的关系通常情况下：温度升高，密度降低，温度降低，密度升高。3、密度的测定（密度计法）密度计是根据阿基米德原理制成的。当密度计所排开液体的重量等于其本身的重量时，则密度计处于平衡状态，自由漂浮于液体中。试样密度越大，密度计浸没越少；试样密度越小，密度计浸没越多。由于同一支密度计在不同密度的试样中浸没深度不同，因此，在测量时可根据密度计上的浸没分度值读出试样的密度。4、测定密度的意义（1）测定密度可近似的评定油品的化学组成和质量情况。（2）密度是石油产品质量指标之一。（3）用于石油产品的计量。（4）根据油品密度可以初步鉴定油料的种类。（5）根据密度调和，掺配油料。（6）了解石油加工情况。三、黏度1、黏度的定义及影响因素黏度是石油产品的重要理化性质和质量指标，表示油料的粘稠程度，是油品流动性的一种表征，它反映了液体分子在运动过程中相互作用的强弱，作用强（黏度大），则流动难。黏度的影响因素：a、化学组成。当碳原子数相同时，正构烷烃＜异构烷烃＜芳香烃＜环烷烃。黏度随环数的增加及异构程度的增大而增大。b、温度。温度升高，所有石油馏分的黏度都减小，最终趋近一个极限值，各种油品的极限黏度都非常接近。2、黏度的表示方法黏度通常用三种方法表示：动力黏度、运动黏度和条件黏度。4、黏度测定的意义（1）反映油品流动性能，在油品的流动和运输过程中，黏度对流量和压力降的影响很大，因此在工艺设计计算中，黏度是不可缺少的物理参数之一。（2）黏度可决定加工工艺条件，确定馏分的切割范围，及判断润滑油的精制深度。（3）黏度是喷气燃料油的重要指标之一。（4）黏度是柴油的重要性质之一。（5）黏度是润滑油最重要的指标。（6）在产品标准中，润滑油的牌号大部分是以某一温度下的运动黏度的平均值来划分的。四、闪点、燃点和自燃点1、闪点及爆炸极限使用专门的仪器在规定的条件下，将可燃性液体（如石油产品及烃类）加热，其蒸气与空气形成的混合气与火焰接触，发生瞬间闪火的最低温度，称为闪点。可燃性气体与空气混合时，遇火发生爆炸的体积分数范围，称为爆炸极限。在爆炸极限内，可燃气在混合气中的最低体积分数称为爆炸下限；最高体积分数称为爆炸上限。2、燃点和自燃点在规定条件下可燃混合气能被外部火焰点引燃，并连续燃烧不少于5s时的最低温度，称为燃点。将油品加热到很高的温度后，再使之与空气接触，无需引燃，油品即可因剧烈氧化而产生火焰自行燃烧，这就是油品的自燃现象，能发生自燃的最低油温，称为自燃点。3、影响油品闪点、燃点、自燃点的因素均与油品组成相关，各族烃类闪点高低：烷烃环烷烃、芳烃；各族烃类燃点高低：烷烃环烷烃、芳烃；各族烃类自燃点高低：烷烃环烷烃芳烃。在同族烃类中随相对分子质量增大，自燃点降低，而闪点和燃点增高。4、闪点、燃点、自燃点的测定方法闭口杯法：多用于轻质油。开口杯法：多用于润滑油及重质石油产品。在测定油品开口杯闪点后继续提高温度,在规定条件下可燃混合气能被外部火焰点引燃，并连续燃烧不少于5s时的最低温度，即为燃点。自燃点是将油品在密闭容器中预先加热至某一温度，然后与空气接触，则不需要点火能发生自动着火燃烧时的温度。5、测定闪点的意义（1）闪点是一个安全指标，可以用以鉴定油品发生火灾的危险性。（2）闪点可以表示油品的蒸发性，可以用来判断油品馏分组份的轻重。（3）测定闪点可检查是否混油，或使用过的润滑油是否被轻质燃料稀释。五、残炭1、残炭的来源及测定的意义残炭：在不通空气的条件下经蒸发分解、缩合后，所剩余的焦黑色残留物。残炭是评定重质燃料油、润滑油、轻柴油10%蒸余物的积炭生成倾向的指标。残炭主要是由胶质、沥青及多环芳烃的缩合物形成。残炭高说明试油中含沥青质、胶质、稠环芳烃多，烷烃、环烷烃少。2、测定残炭的意义（1）残炭是油品中胶状物质和不稳定化合物的间接指标（2）预测焦炭产量（3）判断润滑油及柴油的精制深度3、残炭测定方法残炭测定方法：康氏残炭、电炉残炭和兰氏残炭。康氏残炭操作要求严格，一般生产控制过程中非仲裁时不用。通常生产控制中用电炉法。兰氏残炭法我国尚未普遍采用，只列为军舰用油质量控制指标。§7.6油品蒸发性能的测定一、馏程1、概念初馏点：指油品在规定的条件下(100mL试样)进行馏程的测定中，当冷凝管流出第一滴冷凝液时的气相温度，以℃表示。终馏点：是指油品在规定的条件下进行馏程的测定中，蒸馏过程中的最高气相温度，以℃表示。馏程：油品在规定的条件下蒸馏，从初馏点到终馏点这一温度范围，叫做馏程。馏分：是指在某一温度范围蒸出的馏出物。如汽油馏分、煤油馏分、柴油馏分及润滑油馏分等。温度范围窄的称为窄馏分，温度范围宽的称为宽