第三章 石油及油品的物理性质

对同族烃类，在同一温度下，相对分子质量较大的烃类 对某一纯烃而言，其蒸气压是随温度的升高而增大。
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的蒸气压较小。

纯烃 P=f(T) 烃类混合物
P=Σ PiXi=f(T,X)
石油馏分 P=f(T,e)
蒸气压的表示法
真实蒸气压(泡点蒸汽压)：即e=0时的蒸汽压 雷德蒸汽压：T=38℃，气体体积∶液体体积=4 蒸气压的计算
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三、平均沸点
1．体积平均沸点
t10 t30 t50 t70 t90 tV 5
用途：由tv可求得其他平均沸点 2．质量平均沸点(tw)
tW wi ti
i 1
n
用途：tw主要用于求定油品的真临界温度Tc
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3．立方平均沸点Teu
第二节
石油及其产品的物理性质
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炼油工艺学
1
注 意 事 项
石油及油品的理化性质与其化学组成和分子结构密切相关；
石油及油品是复杂的混合物，因此它的性质是宏观的综合表现， 也就是说是多种化合物总体表现出来的性质，所以它与单独一个 纯化合物的性质不同； 多数性质无可加性，如密度、粘度，并且测定性质时，都是条件 性实验； 为了便于油品之间相互比较和对照，石油及油品的绝大部分性质

P P xi i
i 1
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n
二、馏程(沸程)
定义： 石油馏分的沸点表现为一定宽度的温度范围，称为沸
程。同一油品的馏程因测定仪器和测试方法不同。其馏程
数据也有差别。在油品的质量标准中，大都采用条件性的 馏程测定法——恩氏蒸馏。 恩氏蒸馏(ASTM蒸馏)（GB6536-86) 将100mL油品放入标准的蒸馏瓶中，按规定条件加热， 流出第一滴冷凝液时的气相温度称为初馏点，馏出物为10%、 20%„„90%时的气相温度别别称为10%、20%„„90%点，蒸 馏到最后所能达到的最高气相温度称为终馏点或干点。从

大多数液体燃料规格中，只要求测定其具有
代表性的初馏点、10%、50％和90％的馏出
温度及干点。

汽油的馏程40～200℃，轻柴油的馏程200～
350℃，润滑油的馏程350～520℃。

馏程的数据基本能反映油品组分轻重的相对 含量，所以在原油评价中常用。

馏程是发动机燃料等的重要质量指标。
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流动分子的内摩擦使流体带有一定的粘滞性，从而产生
流体抵抗剪切作用的能力。衡量这种能力或粘滞性的性质指标， 就是粘度。粘度是评定油品流动性的指标，是喷气燃料、柴油、 重油和润滑油的重要质量指标。对润滑油的分级、质量鉴定具 有决定意义，也是工艺计算和工艺设计中不可缺少的物理常数。
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对于石油馏分，计算K值时温度T为中平均沸点
3．用途
特性因数对于了解原油的分类和确定原油的加工 方案，油品的化学组成及油品的其它特性是十分有用 的。石油馏分的特性因数，结合相对密度或平均沸点 可求得油品的其他物理性质，如前面讲的蒸汽压及后 面将要讲的分子量等。
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三、其他表征油品化学组成的参数
①相关指数BMCI(美国矿务局相关指数) BMCI：Bureau of Mines Correlation Index
Байду номын сангаас
48640 15 BMCI 473.7 d15..66 456.8 tv 273
正构烷烃的相关指数最小，基本为0；芳香烃的相
关指数最高(苯约为100)
相关指数BMCI这个指标广泛用于表征裂解乙烯原
90%馏出温度 10%馏出温度 恩氏蒸馏曲线斜率S 90 10
斜率S：表示从馏出10%到90%之间，每馏出1%的沸点平均升高值 由于馏程测定具有严格的条件性，因此馏程数据并不代表 该油品的真实沸点范围，但可以大致判断油品中轻重组分 的相对含量，或用与不同油品之间的比较。
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2．不同烃类K值的大小
同族的烃K值相近，不同族的烃K值不同 富含烷烃的石油馏分K值为12.5～13.0，富含芳 烃的石油馏分K值为10～11
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对于烷烃来说，支链增加K值下降； 而对于环烷烃和芳烃来说，支链数增加K值增加；
对于芳烃来说，环数增加，K值减小
混 vi i
i 1
n

i 1
n
1 wi
i
属性相差很大的两类组分(如烷烃和芳香烃)混合时， 体积可能增大 密度相差悬殊的两个组分(如重油和轻烃)混合时，体 积可能收缩
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5、气液混合物的密度
G混 G混 混 V气 V液 G 气 G 液
同一油品，温度上升，相对密度减小
d d (t 20)
t 4 20 4
在一定压力范围内，压力升高，对油品相对密度 的影响可以忽略，只有当压力极大(几十兆帕)时， 才考虑压力对相对密度的影响
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4．液体油品的混合密度
属性相近油品混合，混合密度可近似按可加性计算
在一定条件下，以一种液体的密度与另一种参考物
质密度的比值来表示物质的相对密度，又称比重 常用的有d420(我国)，d15.615.6(欧美)
Specific gravity
d
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20 4
d
15.6 15.6
d
15
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141.5 比重指数( API ) 15.6 131.5 d15.6
2．粘度的分类 原油的粘度 动力粘度 (绝对粘度) 石油产品 运动粘度 γ =η /ρ
c.g.s制 泊(P,poise) 厘泊(cP) 1Pa.s=1000cP
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SI制 Pa.s
c.g.s制 (沱，Stoke) 厘斯(厘沱)
SI制 mm2/s
1cSt=1mm2/s
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专门用于表示油品粘度的指标
1、蒸气压的计算

在实际应用中，常用经验或经验的方法来求
定纯烃的蒸汽压，其中比较简便的如
Antoine方程：
B ln P A T C
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2、烃类混合物及石油馏分的蒸汽压

与纯烃不同，烃类混合物的蒸汽压不仅取 决于温度，同时也取决于其组成。 当体系压力不高，近似完全理想系，对于 组分比较简单的烃类混合物，其总的蒸汽 压可用Dalton—Raoult定律求得：
恩氏粘度 (Engler Viscosity) 条件度，E 赛氏粘度 (Saybolt Viscosity) SUS 或 SFS 雷氏粘度 (Redwood Viscosity) RIS
条件粘度 各种粘度的近似关系： 运动粘度(mm2/s):恩氏粘度(条件度，E):赛氏通用 粘度(SUS):雷氏粘度(RIS) =1:0.132:4.62:4.05 毛细管粘度计：牛顿型流体 3．粘度的测定 旋转粘度计：非牛顿型流体
两种蒸气压可通过图表进行换算。
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1、蒸气压的计算

纯化合物的蒸汽压与温度间的关系可用
Clapeyron-Clausius方程表示：
d ln P HV 2 dT RT
P1 HV 1 1 ln P2 R T2 T1
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第二节
密度、相对密度、特性因数 和平均相对分子质量
(组成特性)
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一、密度和相对密度
1．定义
Relative density
密度是单位体积物质在真空中的质量，g/cm3，kg/m3
我国规定20℃时的密度为石油产品的标准密度，ρ
20
Tcu ( viTi1/ 3 )3
i 1
n
用途：Teu主要用于求油品的特性因数和运动粘度 4．实分子平均沸点tm
tm
xt
i 1
n
i i
用途：tm主要用于求油品的假临界温度(Tc’)和 偏心因数(ω ) 5．中平均沸点tme
tme (tm tcu ) / 2
用途：tme用于求油品氢含量,K,Pc,燃烧热和平均分子量
初馏点到干点（终馏点）的温度范围称为馏程。
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恩式蒸馏装置图
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以气相馏出温度为纵坐标，馏出体积为横坐标，可以绘得 该油品的恩氏蒸馏曲线。对于轻质油品：恩氏蒸馏曲线中 10%到90%这一段很接近一条直线，因此可以用恩氏蒸馏曲 线的10%到90%之间的斜率来表示该油品的馏程宽窄。即恩 氏蒸馏曲线的斜率越大，该油品的馏程范围越宽。
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H
通过KH可以对渣油的加工性能进行分类：

第一类： KH>7.5 第二类：6.5<KH<7.5 第一类： KH<6.5
二次加工性能好 二次加工性能中等 二次加工性能差
通过多国内外10几种渣油的使用，发现KH 较好地反映了渣油的特征和化学组成极其裂化 性能，产品收率与KH有良好的对应关系。
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经验关联式
3．计算 混合油品的平均相对分子质量可以按加和法进行计算
Mm
W
i 1 n
n
i
Wi M i 1 i
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第三节
油品的流动性能
石油和油品在处于牛顿流体状态时，其流动性能用黏度来 描述；当处于低温状态时，则用各种条件性指标来评定其低温 流动性：如凝点、结晶点、冰点等。 一、粘 度 1．定义
第12届世界石油会议规定对原油的分类：

API度>31.1的原油为轻质原油；
API度在31.1～22.3之间，为中质原油； API度在22.3～10.0之间，为重质原油；
API度<10.0， 为特重原油。 随着相对密度增大，比重指数的数值下降
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2．油品密度与化学组成的关系 分子量相近的不同烃类之间密度有明显差别
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二、油品粘度和化学组成的关系
黏度反映液体内部分子间的摩擦力，因此黏度必然与油品的 分子结构和大小密切相关，有关υ 与组成的关系，有几点结论 ： 油品的粘度随沸程的升高和密度增大而迅速增大 对于相同沸点的不同石油馏分： ★含环状烃多则粘度高；环数越多，粘度越大 当烃类分子中的环数相同时，其侧链越长则其粘度越大 相同环数和碳数的芳香烃和环烷烃：环烷烃>芳香烃 上述结论说明了液体的运动黏度中包含了分子结构的信息，
芳烃>环烷烃>烷烃
如在20℃时：苯0.8774；环己烷0.7780；正己烷 0.6572， 分子环数越多，密度越大； 同一种原油 沸点增加，分子量增大，密度增大 对不同原油 ，同样沸程，相对密度差别很大 一般来说，环烷基的>中间基的>石蜡基的
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3．与温度、压力的关系
料的化学组成，希望是越小越好。
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②
特征参数KH
对于含有大量不饱和烃或胶质、沥青质的馏分 （VR），特性因数就不能很好地表征其化学组成 特性。因此石油大学重质油国家重点实验室对原 有的特性因数K进行了修正，提出了一个表征渣油 特征的特征参数KH。
C K H 10 0.1236 20 d4 M
都是采用条件性实验进行测定。（严格规定的仪器、方法和条
件），条件改变，结果也会改变； 石油及油品的各种试验方法有不同的级别，如ISO、GB、SH。
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第一节
蒸汽压、沸程和平均沸点
石油和石油产品的蒸发性能是反映其汽化、蒸发难 易的重要性质，用蒸汽压、沸程来描述。 一、 蒸汽压 定义：是在某一温度下一种物质的液相与其上方的 气相呈平衡状态时的压力，也称饱和蒸气压。蒸气压愈高 的液体愈易于气化。
气
液
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二、特性因数(K;Waston
1．定义
factor;Characterization factor)
特性因数是烃类绝对温度表示的沸点的立方根对相对密 度作图，所得曲线的斜率
K T R / d
3
15.6 15.6
1.216 T K / d
3
15.6 15.6
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三、平均相对分子质量
1．定义 在炼油设备计算中，应用最多的是数均相对分子质量
M n ni M i
i 1 n n n
N M
i 1 i
i
N
i 1
n

W N
i 1 i 1 n
i
i
i
2．油品分子量的变化规律 汽油：100～120 煤油：180～200 柴油：210～240 低粘度润滑油：300～360 高粘度润滑油：370～500