第一章汽车燃料

第一章汽车燃料第一节石油第二节汽油第三节柴油第四节汽车代用燃料第一节石油石油又称原油，是一种砧稠的液体，易燃烧，有特殊的气味，颜色非常丰富，有红、金黄、墨绿、黑、褐红、淡白色等;原油的颜色与它本身所含胶质、沥青质的含量有关，胶质、沥青质的含量越高原油的颜色越深，原油的颜色越浅其油质越好。一、石油的种类1.化学分类根据石油的密度、沸点等物理化学特性，通常将以烷烃为主的石油称为石蜡基石油;以环烷烃、芳香烃为主的石油称环烃基石油;介于二者之间的石油称中间基石油。下-页返回第一节石油2.关键馏分特性分类用特定的仪器将石油在常压250℃~275℃和减压275℃一300℃下蒸馏出来的两个关键馏分，根据这两馏分测算出的特性因素，石油可分为:石蜡基、石蜡-中间基、中间-石蜡基、中间基、中间-环烷基、环烷-中间基和环烷基七种原油。3.工业分类在工业日恿常按原油密度的划、分为四类。0.830g/cm3为轻质原油;=0.830g/cm3~0.904g/cm3为中质原油;0.904g/cm3~0.966g/cm3为重质原油;0.966g/cm3为特重原油。上-页下-页返回第一节石油4.商品分类(1)按含蜡量分类从石油中取出一馏分，其运动豁度为53mm2/s，然后测其凝点。当凝点低于-6℃时，称低蜡原油;当凝点在-6℃~21℃时，称含蜡原油;当凝点大于21℃时，称多蜡原油。(2)按含硫量分类含硫量小于0.5%的原油称为低硫原油;含硫量在0.5%~2%的原油称为含硫原油;含硫量大于2%的原油称为高硫原油。二、石油的化学构成石油的主要化学元素是碳和氢。组成石油的各化学元素的含量依次是碳(83%~87%),氢(11%~14%)、硫(0.上-页下-页返回第一节石油06%~0.8%)、氮(0.02%~1.7%)、氧(0.08%~1.82%)及微量金属元素镍、钒、铁等。1.烷烃烷烃是开链的饱和烃，烷烃的分子通式为CnH2n+2。碳原子在10以内，丁、戊、己、庚、辛、壬、癸命名，10以上者直接用数字十一、十二…，烷烃按其结构的不同可分为正构烷烃和异构烷烃两类。凡碳链为直链者为正构烷，有支链者为异构烷。环烷烃的物理化学性质与烷烃近似，一般条件下性质稳定，不易氧化变质。其主要特点是凝点低，润滑性好，因此是燃料和润滑油的理想成分。上-页下-页返回第一节石油3.芳香烃芳香烃是一种碳原子环状结合，单、双键交替的不饱和烃。芳香烃化学性质较为稳定，不易氧化。其抗爆性好、辛烷值高，是汽油的良好组分。4.烯烃烯烃分子结构和烷烃相似，但烯烃碳原子中带有双键。一个双键的称为烯烃，两个双键的则称为二烯烃。烯烃是不饱和烃，常温下性质不稳定，易氧化成胶质和有机酸，不是燃料的理想成分。石油产品中所含的不饱和烃，主要是在裂化加工过程中一些烷烃、环烷烃分解而成，可通过精制方法将其去除。上-页下-页返回第一节石油5.石油产品中的非烃化合物石油产品中还含有一些非烃化合物，在石油的炼制过程中，多数精制过程都是为了去除非烃化合物。他们对石油产品的使用性能和石油加工都有很大的影响，非烃化合物主要包括含氧化合物、含氮化合物、含硫化合物及胶质、沥青质等。(1)含氧化合物石油中的含氧化合物包括酸性氧化物和中性氧化物。酸性氧化物中环烷酸占90%，环烷酸是属于不溶于水的有机酸，对金属有腐蚀作用。(2)含氮化合物石油中氮化物含量极少，含氮化合物性质很不稳定，易氧化叠合生成胶质，使油品颜色变深、质量下降，并加速油品胶质的生成，影响油料的储存。上-页下-页返回第一节石油(3)含硫化合物包括硫化氢、硫醇、硫醚、二硫化物、环硫醚、唆吩及其衍生物等。(4)胶质和沥青质石油中的胶质和沥青质是由多种元素(碳、氢、硫、氧、氮等)组成的多环化合物。胶质是树脂状豁稠物质，呈现深黄色或棕色;沥青质是非晶固体，呈现深褐色或黑色，全部集中在渣油中。三、石油的馏分构成石油中各种碳氢化合物都有不同的沸点，因此随着对石油逐步加热，不同的温度使不同沸点的成分蒸发出来。这些蒸发出来的成分，通常称为馏分。将某一温度范围内蒸发出来的成分积聚后再分离出来，就可以得到不同成分含量的石油产品。上-页下-页返回第一节石油四、石油的提炼1.石油炼制工艺(1)转化转化工艺有两种。一种是将化学结构转化，如催化重整和异构化;另一种是将化学结构和沸点范围同时转化，如烷基化、热裂化、催化裂化和加氢裂化等。(2)分离分离工艺有两种。一种是按沸点不同的范围来分离，即常压、减压蒸馏;另一种是按化学组成分离，如溶剂或分子筛脱蜡等。(3)精制精制工艺也有两种。一种是净化除去硫、氧和氮的化合物，如电化学等;另一种是稳定，将不饱和烃转化为饱和烃，如加氢精制等。上-页下-页返回第一节石油2.石油炼制的基本流程以生产燃料和润滑油为目的的炼油厂里，通常是先将原油进行常压、减压蒸馏，依次分离为汽油、煤油、柴油、重柴油，以及轻质、中质和重质润滑油等各种沸点不同的馏分，上述过程属于物理过程，原油中的烃类化合物在结构上没有发生变化，称为一次加工。以一次加工得到的各种馏分为原料，按产品质量的要求，分别进行加工，可生产不同品种、规格的燃料和润滑油等石油产品。五、我国的主要石油产品目前以原油为原料，我国已能制成2500多种性能相异的不同石油产品，以及3000多种石油化学品。上-页返回第二节汽油汽油是点燃式发动机(即汽油发动机)的专用燃料，它是从石油中提炼而来的由碳、氢元素组成的烃类化合物。一、车用汽油的性能指标1.蒸发性能汽油的蒸发性是指汽油由液体转化为气体状态的性能。汽油发动机在工作时，汽油先由液体汽化，并与一定比例的空气混合成为可燃混合气后，才能在汽缸内燃烧。汽油的蒸发性越好，就越容易汽化，与空气混合越均匀，燃烧速度越快，燃烧越彻底，能保证发动机迅速启动、加速和正常运转;反之，蒸发性越差，就越不能完全燃烧，造成油耗增加，下-页返回第二节汽油功率下降，同时未燃尽的油滴还附在汽缸壁上破坏润滑油膜，加剧磨损。评定汽油蒸发性能的指标有两个:馏程和饱和蒸汽压。(1)馏程将100ml汽油倒入蒸馏烧瓶中，按规定的测定步骤和装置进行加热蒸馏时，流出第一滴汽油时的温度称为初馏点;馏出10mL,50mL,90mL时的温度分别10%,50%,90%馏出温度;蒸馏完毕时的温度称为终馏点或干点。从初馏点到终馏点的温度范围，称为馏程。初馏点和10%馏出温度—表示汽油中轻质馏分的含量。这两个温度关系到冬季发动机的启动性能和夏季是否会发生气阻。上-页下-页返回第二节汽油50%馏出温度-表示汽油的平均蒸发性。该温度低，对发动机启动后的预热时间、加速性能和工作的稳定性有利。90%馏出温度和终馏点-表示汽油中重质馏分的含量。90%馏出温度和终馏点愈高汽油的质量愈差。(2)饱和蒸汽压它是表示汽油蒸发性的另一个指标。饱和蒸气压又称蒸气压，是在一定的温度下与同种物质液态处于平衡状态时的蒸汽对容器壁产生的压强。主要用于判断汽油发生气阻现象的倾向和汽油在储存、运输过程中蒸发损耗的倾向。汽油的蒸汽压越高，蒸发性越好，发动机就容易启动，但产生气阻的倾向和蒸发损失也越多。上-页下-页返回第二节汽油2.抗爆性能抗爆性是指汽油在发动机中燃烧时抵抗爆燃的能力。混合气在汽缸内燃烧时，当过氧化物积聚到一定量后，在高温高压条件下不等正常火焰前沿到达混合气就自行爆炸性燃烧，引起局部区域压力过高，产生气体冲击波，撞击汽缸壁和活塞，发出尖锐的敲击声，这种现象成为爆震燃烧，简称爆震。辛烷值是表示汽油在汽油机中燃烧时的抗爆性指标。汽油辛烷值越大，表示汽油的抗爆性越好。上-页下-页返回第二节汽油(1)国家标准GB/T5487-1995《汽油辛烷值测定(研究法)》研究法辛烷值是指以较低的混合气温度(一般不加热)和较低的发动机转速(一般不超过600r/min的中等苛刻条件为其特征的试验中，标准发动机测得的辛烷值。(2)国家标准GB/T503-1996《汽油辛烷值测定(马达法)》马达法辛烷值是指以较高的混合气温度(一般加热至149°C)和较高的发动机转速(一般达900r/min)的苛刻条件为其特征的试验中，标准发动机测得的辛烷值。其测定的方法与研究法基本相同。(3)我国抗爆性能研究研究法辛烷值表示汽油机在轻负荷条件下低速运行时的抗爆性，而马达法辛烷值表示汽油机在重上-页下-页返回第二节汽油负荷条件下高速运转的抗爆能力，但它们都不能全面反映车辆运行中燃烧的抗爆性能。我国以前一直用马达法辛烷值来划分车用汽油的牌号，而现在则用研究法辛烷值表示汽油的牌号。美国用抗爆指数AKI作为抗爆性的评定指标(4)提高辛烷值途径由于汽油的抗爆性对发动机的影响很大，所以必须提高汽油的辛烷值。以前采用在汽油中加人四乙基铅抗爆剂来提高汽油的辛烷值，但由于铅对人体有害，并能使三元催化器中毒，同时燃烧后还污染环境，因此已被禁止使用，由无铅汽油替代。上-页下-页返回第二节汽油3.氧化安定性能汽油的氧化安定性能是指汽油在储存和使用过程中抵抗氧化生胶的能力。由于汽油在储存和运输过程中受到空气中氧气以及光线和温度的影响，氧化安定性差的汽油易发生氧化反应，生成酸性物质和胶质物，使汽油的颜色变深、酸性增加、辛烷值降低，易造成燃料供给系统堵塞，积炭量增加，气门关闭不严，气缸散热不良和引起爆震燃烧等。因此，汽油应具有良好的氧化安定性。评定汽油氧化安定性的主要指标包括实际胶质和诱导期。(1)实际胶质指在规定条件下测得燃料蒸发残留物。上-页下-页返回第二节汽油(2)诱导期指在规定的加速氧化条件下，油品处于稳定状态所经历的时间周期，其单位为min。4.清洁性能汽油的清洁性是指汽油在生产、运输、储存和使用过程中不应混人炼制工艺以外的杂质以提高汽油的清洁度。5.腐蚀性能汽油中的各种烃本身是没有腐蚀性的，倘若汽油中含有硫及硫化物、有机酸和水溶性酸或碱、水等物质，就会腐蚀发动机机件。上-页下-页返回第二节汽油二、车用汽油的规格、牌号及选用1.汽油的规格、牌号采用研究法辛烷值划分汽油可分为含铅汽油和无铅汽油两类，车用含铅汽油根据国家标准GB484-1993规定，划分为90号、93号、97号3个牌号。从2000年1月1日起，我国所有汽油生产企业一律停止生产车用含铅汽油，2000年7月1日，全国实现汽油无铅化，我国现在使用的车用汽油都是无铅汽油。车用汽油根据国家标准GB17930-2006《车用汽油》(表1-3、表1-4)规定，划分为90号、93号和97号三个牌号。上-页下-页返回第二节汽油2.汽油的选用标准(1)根据车辆使用说明书的要求选用(2)根据发动机的使用时间来选用使用时间长的汽油机，由于燃烧室积炭、水套积垢等原因，使爆燃的倾向增加，应选用高一级牌号的汽油。(3)根据发动机的压缩比选用压缩比大，选用高牌号的汽油;反之，压缩比小，选用低牌号的汽油。(4)根据使用条件选用高原地区大气压力小，空气稀薄，汽油机工作时爆震的倾向减小，可以适当降低汽油的辛烷值。上-页返回第三节柴油柴油和汽油一样也是从石油中提炼出来的由碳、氢元素组成的烃类化合物。柴油分为轻柴油、重柴油和军用柴油等，汽车柴油机用的柴油是轻柴油，简称为柴油。一、柴油的使用性能要求为了保证柴油在柴油发动机中能正常燃烧，根据柴油发动机工作的特点，对柴油的使用性能有下列几点要求。1.低温流动性能柴油的低温流动性是指柴油在低温条件下具有一定的流动状态的性能。(1)凝点凝点又称凝固点，是指柴油在一定的试验条件下，遇冷开始凝固而失去流动性的最高温度。通过凝点可以判断该柴油适宜于在什么样的气温下使用。下-页返回第三节柴油(2)冷滤点冷滤点是指在规定的冷却条件下，柴油在1.96kPa压力进行抽吸试验，1min时间内通过缝隙宽度45μm金属网的柴油体积少于20mL时的最高温度。(3)浊点浊点是指柴油中开始析出石蜡晶体，柴油失去透明时的最高温度。浊点测定标准是GB/T6986-1986《石油产品浊点测定法》。