03-石油的物理性质

H油：粘温性质良好的宾夕法尼亚原油，所有窄馏 分的粘度指数人为地规定为100；
L油：粘温性质不好的得克萨斯海湾沿岸原油，所 有窄馏分的粘度指数人为地规定为0；
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40
VI=0～100时
VI L U 100 LH
VI≥ 100时
VI 10 N 1 100 0.00715
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27
第三节 油品的粘度
一、粘度的定义 粘度是用来表示流体运动时分子间摩擦阻力大小的指
标。 1、绝对粘度（η，μ）
又称动力粘度，由牛顿剪切定律得出：
F d
A
dl
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28
F-相对运动的两流层间的内摩擦力（剪切力），N A－两流层间的接触面积，m2 dν –相对运动速度，m/s dl-两流层间距，m η–流层内摩擦系数，即绝对粘度，Pa.s
第三章 石油及油品的物理性质
意义: •油品质量的评定标准； •加工过程的控制参数； •工艺设计的依据。 特点： •是组成中各种化合物性质的综合表现，与化学组成密切相关； •性质多通过条件性实验测定； •广泛使用经验图表和关联式。
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1
第一节 蒸汽压、沸程和平均沸点
一、蒸汽压 •蒸汽压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，也称饱和蒸汽压。 •蒸汽压反映了油品蒸发和汽化的能力，是油品重要的 物性数据和质量指标。
，以其流出时间与同体积的水流出时间之比，作为粘度值。
恩式粘度（Engler Viscosity）
油品从恩式粘度计流出200ml的时间与同体积的水在 20℃流出的时间之比。源于德国，我国燃料油的质量标准。
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31
赛式粘度（Saybolt Viscosity）
是以60ml油品从赛式粘度计中流出时间（s）作为指标。 具体有赛式通用粘度（SUS）、赛式重油粘度（SFS）。
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13
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14
第二节 密度、特性因数和平均分子量
一、密度和相对密度
1、几个定义 •密度：物质的质量与其条件的比值，g/cm3, kg/m3, 要 注明温度。
•标准密度：20℃的密度。 •相对密度：与规定温度下水的密度之比，如
d
t 4
ห้องสมุดไป่ตู้
d
20 4
•是表征油品化学组成的重要参数； •可用来关联油品的其它物理性质； •二次加工产物，含大量的烯烃、二烯烃和芳烃，K不 能用来反映其化学属性.
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23
3、相关指数BMCI
•BMCI(U.S. Burau of Mines Correlation Index)
BMCI
48640 tv 273
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41
N lg H lg U lg Y
U－试样在40℃条件下的运动粘度， mm2/s； H－与试样100℃下的运动粘度相同，粘度指数为100的H油 在40℃条件下的运动粘度，mm2/s； L－与试样100℃下的运动粘度相同，粘度指数为0的L油在 40℃条件下的运动粘度，mm2/s； Y－试样在100℃条件下的运动粘度， mm2/s。
下才考虑。
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16
3、密度与化学组成的关系 •各族烃类的相对密度是有差别的
烃类
正构烷烃
正构 α－烯烃
正烷基 环己烷 正烷基苯
Ｃ６ 0.6594 0.6732 0.7785 0.8789
Ｃ７ 0.6837 0.6970 0.7694 0.8670
Ｃ８ 0.7025 0.7149 0.7879 0.8670
Ｃ９ 0.7161 0.7292 0.7936 0.8620
Ｃ１０ 0.7300 0.7408 0.7992 0.8601
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17
•石油馏分的相对密度
油品 原油 汽油 航空煤油
相对密度，d204 0.8～1.0
0.74～0.77 0.78～0.83
油品 轻柴油 减压馏分 减压渣油
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2
1、纯烃的蒸汽压 •取决于烃的本性，同一族烃类，同一温度下，相对分子 量较大的烃类蒸汽压较小。 •就某一种纯烃而言，其蒸汽压随温度的升高而增大。
ln p HV C RT
ln p A B T C
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3
2、烃类混合物及石油馏分的蒸汽压 •体系压力不高，对于组分简单的烃类混合物
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11
立方平均沸点（K）
n
TCU (
vi
T
1
ii
/
3
)
3
i 1
实分子平均沸点（℃）
n
tm xiti i 1
中平均沸点（℃）
tme
tm
tcu 2
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12
•只有tv可由馏程直接测定，其它由tv与s查图求定； •可根据经验关联式换算； •上述五种平均沸点使用时要注明； •沸程<30℃，可以近似认为相等。
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33
二、粘度的测定方法 1、毛细管粘度计
用来测定牛顿体系的运动粘度，GB625。 油品在层流状态时符合下列关系：
Q pR 4
t
8l
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34
Q/t－单位时间内的体积流量； ΔP －两端压差，与密度成正比； R－毛细管半径； l－毛细管长度； η－流体的绝对粘度；
ct
c－粘度计常数
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35
2、旋转粘度计 测量非牛顿流体的粘度或流变性。
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36
三、粘度与化学组成的关系 粘度既然反映液体内部分子间的摩擦力，必然与分子
的大小、结构有密切关系。 （1）对于同一系列的烃类，化合物的分子量越大，粘
度越大。 （2）分子量相近时，环状分子的粘度大于链状分子，
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单位：泊（p），厘泊（cp),Pa.s
1 Pa.s = 1000 cp = 10 p
2、运动粘度（ν ）
石油产品的质量标准中常用。
单位：斯汑（st），厘斯（cst),mm2/s
1 cst = 1 mm2/s
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30
3、条件粘度 在一定温度下，在一定仪器中，使一定体积的油品流出
羊三木 原油 0.7650 0.8630 0.8900 0.9100 0.9320 0.9433 0.9483 0.9820 0.9492 环烷基
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4、密度的测定方法 密度计法，GB1884-83 比重瓶法，GB2540-81
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20
二、特性因数K 特性因数K，又称Watson K或UOP K，是油品平均沸点
胜利 原油 0.7446 0.8204 0.8270 0.8350 0.8606 0.8874 0.9067 0.9698 0.9005 中间基
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孤岛 原油 0.8625 0.8804 0.8994 0.9149 0.9349 0.9390 1.0020 0.9495 环烷－中间基
d 15.6 15.6
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15
•比重指数API。
API . 141 .5 131 .5 d 15.6
15.6
2、油品密度与温度、压力的关系
•温度升高，体积膨胀，密度下降；
d
t 4
d
20 4
(t
20)
γ ：0.0006～0.0010/℃
•通常压力下，对密度的影响可以忽略，只有在极高压力
n
p pi xi i 1
•烃类混合物，在一定温度下，只有其气相、液相或整体 组成一定，其蒸汽压才是定值。 •对于石油馏分，由于组成难以确定，不能用上式计算；
对于沸程窄的馏分，可通过 K 和平均沸点求定。
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4
二、沸程 1、纯物质沸点
对于液态纯物质，其饱和蒸汽压等于外压时的温度，称 为该液体在该外压下的沸点。 2、混合物的沸程
当液体为混合物时，在一定外压下其沸腾温度并不是恒 定的，随着气化过程中液相里较重组分的不断富集，其沸点 会逐渐升高；对于石油馏分这类组成复杂的混合物，一般常 用沸点范围来表征其蒸发和气化性能，又称沸程或馏程。
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5
3、石油馏分的馏程测定 •石油馏分的馏程是生产控制和工艺 计算的重要数据； •条件性试验，蒸馏设备不同，测定 结果不同； •常用ASTM蒸馏( American Society for Testing Materials, 美国材料 试验学会) 或恩氏(Engler)蒸馏， GB6536-86。
应用最广泛的一种平均分子量，它是根据溶液的 依数性来测定的。
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25
2、重均分子量 在石油上应用较少，用光散射等方法测定。
3、数均分子量的测定方法 冰点下降法，适用于轻馏分(<350℃) 蒸气压渗透法(VPO法)，只能测定沸点350℃以上的样
品，分子量上限35000。 经验关联方法 。
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4、石油馏分的数均分子量
馏分
沸点范围，℃
汽油馏分
＜200
轻柴油馏分
200～350
减压馏分
350～500
减压渣油
＞500
碳数范围 5～11 11～20 20～35 ＞35
平均碳数 8 16 30 70
分子量 100～120 220～240 370～400 900～1100
环数越多，粘度越大；有“环状结构是粘度载体”的说法。 （3）分子中环数相同，侧链越长，则其粘度越大。
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37
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38
四、粘度与温度的关系
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39
1、粘度－温度关系的表示方法 （1）粘度指数（Viscosity Index,VI)
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6
•初馏点：馏出第一滴冷凝液时的气相温度称为初馏点； •10％馏出温度：馏出液达10ml时的气相温度； •20％～90％馏出温度； •干点（终馏点）：当气相温度升高到一定数值后，它就 不再上升，反而回落，这个最高的气相温度称为干点或终
馏点；
•恩式蒸馏曲线：以气相馏出温度为纵坐标，馏出体积百 分数为横坐标作图。
相对密度，d204 0.82～0.87 0.85～0.94 0.92～1.00
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18
不同原油各馏分的相对密度
沸点范围，℃
初馏～200 200～250 250～300 300～350 350～400 400～450 450～500 >500 原油 原油基属
大庆 原油 0.7432 0.8039 0.8167 0.8283 0.8368 0.8574 0.8723 0.9221 0.8554 石蜡基
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7
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8
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9
•曲线的10％～90％一段近似为直线，可以计算恩式蒸馏曲线 斜率：
斜率S
90%馏出温度－10％馏出温度 90－10
•该斜率表示油品馏程的宽窄，斜率越大，馏程越宽； •蒸馏时液相温度要低于350℃，以免油品分解；较重的馏分 需在减压下蒸馏，然后换算到常压下；
•恩式蒸馏属渐次汽化，无精馏作用，馏出的仍然是混合物；
•恩式馏程能粗略表示轻重组分的相对含量，是严格的条件试
验。
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10
三、平均沸点 为简化起见，常用平均沸点表征其气化性能。
体积平均沸点（℃）
tV
t10
t30 t50 5
t70
t90
质量平均沸点（℃）
n
tw witi i 1
雷式粘度（Redwood Viscosity）
它以50ml油品从雷式粘度计中流出时间（s）作为指标。
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32
这几种粘度之间的近似数值关系为：
运动粘度（mm2/s）
1
恩式粘度（E）
0.132
赛式通用粘度（SUS）
4.62
雷式粘度（RIS）
4.05
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和相对密度的函数。
K
1.216T 1/3 d 15.6
15.6
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1、纯烃的特性因数 烷 烃： ～12.7 环烷烃：11～12 芳香烃：10～11
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2、石油馏分的特性因数
•富含烷烃的馏分： K=12.5～13.0 富含芳烃的馏分： K=10.0～11.0
473
.7
d 15.6 15.6
456 .8
•正构烷烃的相关指数最小，基本为0；芳香烃的相关 指数最大，如苯为100；环烷烃的相关指数居中，如环
己烷为52；
•广泛用于表征乙烯原料的化学组成。
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24
三、平均分子量 由于石油及其产品都是复杂的混合物，而所含化
合物的分子量是各不相同的，范围往往很宽，所以只 能用平均分子量来加以表征。 1、数均分子量