第三章_石油及油品的物理性质(简化)案例

④ 石油及石油馏分的粘温性质
石油各馏分的粘度都随着其沸程的升高而增大
相对分子质量增大 环状烃含量增多所致
当石油馏分的沸程相同时
石蜡基原油的粘度最小, 中间基居中, 环烷基的最大
石油及其馏分的粘温性质
石蜡基原油的馏分最好 , 中间基居中, 环烷基最差
2．粘度与压力的关系
低压对粘度的影响不大 当压力高于40atm时，需要考虑压力的影响
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
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)
141.5 比重指数( API) 15.6 131.5 d15.6
随着相对密度增大，比重指数的数值下降
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；
混
1 vi i n wi i 1
n

i 1
i
属性相差很大的两类组分(如烷烃和芳香烃)混合时，
混合体积可能无可加性，需要用过剩分子体积的概念 进行计算。
二、特性因数(K;Waston factor;Characterization factor)
1．定义 特性因数是烃类列氏绝对温度表示沸点的立方根对相对 密度作图，所得曲线的斜率。
第一类： KH>7.5 第三类： KH<6.5
二次加工性能好
第二类：6.5<KH<7.5 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 K H 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。
三、平均相对分子质量
1．定义 质量与摩尔数的比值
Y—试样100℃时的运动粘度。
③粘温性质与分子结构的关系
正构烷烃的粘温性质最好，分支程度较小的异构烷烃的粘温性
质比正构烷烃稍差，随着分支程度的增大，粘温性质越来越差；
环状烃(包括环烷烃和芳香烃)的粘温性质比链状烃的差； 当分子中环数相同时，其侧链越长粘温性质越好，但侧链上如
有分支也会使粘温性质变差
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（黏） 度
1．定义
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。
特性因数，K 原油类别
>12.1
11.5～12.1
10.5～11.5
石蜡基
中间基
环烷基
3．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
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
注意：
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。
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，这些 参数是发动机燃料表示蒸发性能的重要质量指标。
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。
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液相与其上方的气相 呈平衡状态时，该蒸汽所产生的压力称为饱和蒸气压，简 称蒸气压。蒸气压愈高的液体愈易于气化。 对同族烃类，在同一温度下，相对分子质量较大的烃类的
4. 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
48640 15.6 BMCI 473.7 d15.6 456.8 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料的 化学组成，希望是越小越好。
K 1.216 T / d
3
15.6 15.6
对于石油馏分，计算K值时温度T为中平均沸点
2．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。
3．密度与温度、压力的关系
同一油品，温度上升，相对密度减小
d d
t 4
20 4
(t 20)
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
体积膨胀系数
4．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
SI制
mm2/s
1cSt=1mm2/s
专门用于表示油品粘度的指标
恩氏粘度 (Engler Viscosity) 条件度，°E 赛氏粘度 (Saybolt Viscosity) SUS 或 SFV 雷氏粘度 (Redwood Viscosity) I或II型
条件粘度
恩氏粘度：在规定温度下，由仪器中流出200ml试油的时间（s）与20℃时 流出200ml蒸馏水所需时间（s）之比，其单位为恩氏度（°E）或称条件度。 赛氏粘度：在规定条件下，60ml试油通过赛氏粘度计所需的时间，以赛氏 秒表示。它分为通用型（SUS）和重油型（SFV)两种，未加说明的均为通 用型。 雷氏粘度：是在规定条件下由雷氏粘度计中流出50ml试样所需的时间，单 位为雷氏秒，分为商业用的I型和海军用的II型，未注明的雷氏秒为I型。
最简便、最常用的方法；设备简单、收集数据多
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 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。从初馏点到干点（终馏 点）的温度范围称为馏程。
API度在22.3～10.0之间，为重质原油； API度<10.0， 为特重原油。
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
芳烃 > 环烷烃 > 烷烃
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，特重>重质>中质>轻质
蒸气压较小。
对某一纯烃而言，其蒸气压是随温度的升高而增大。
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)
② 粘温性质的表示法
粘度比：υ50℃/υ100℃；比值越小，则粘温性质越好 粘度指数(VI)
粘度指数越高，表示油品的粘温性质越好
用两种原油的馏分作为标准，一种是粘温性质良好的宾 夕法尼亚原油，把这种原油所有窄馏分（H油）的VI均人为的 规定为100，另一种是粘温性质不好的德克萨斯海湾沿岸原油， 把这种原油所有的窄馏分（L油）的VI人为规定为0。
M n ni M i
i 1 n
N M
i 1 i
n
i
N
i 1
n

W N
i 1 i 1 n
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
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
用途：tw主要用于求油品的真临界温度Tc
3．立方平均沸点Teu
t m tv 2
ln 2 1.15158 0.011810 t
0.6667 v
3.70684 S
0.33333
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
tcn tv 3
馏程的数据基本能反映油品组分轻重的相对含量，或
用与不同油品之间的比较，在原油评价中常用。
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)
t w tv 1 ln 1 3.64991 0.027060 tv0.6667 5.16388 S 0.25
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粘度中包含了分子结构的信息，而且环可 以认为是粘度的载体。
三、油品粘度与压力、温度的关系
1．与温度的关系
温度升高，所有油品粘度下降；
温度降低，所有油品粘度升高 ① 粘温性质：油品的粘度随温度变化的性质 油品的粘度随温度的变化幅度小，则称为油品的粘温性质好
第三章


石油及油品的物理性质
本 章 小 结
油品的蒸发性能：常用蒸气压和馏程来表示
密度、特性因数K、BMCI、KH、分子量等


油品的流动性：粘度，粘温性能
低温流动性能：结晶点、冰点、凝点、倾点、冷滤点 燃烧性能：闪点、燃点、自燃点 油品的溶解度：苯胺点 其它性质：硫含量、酸度（值）、灰分等
ln 3 0.82368 0.089970 t
5．中平均沸点tme
0.45 v
2.45679 S
0.45
用途：tm主要用于求油品的假临界温度(Tc’)和偏心因数(ω)
t me tv 4
ln 4 1.53181 0.012800 tv0.6667 3.6467 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。
K H 10
C 0.1236 20 M d4
H
通过KH可以对渣油的加工性能进行分类：
用途：tme用于求油品氢含量,燃烧热和平均分子量
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)
一、密度和相对密度
1．定义
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，ρ20 在一定条件下，以一种液体的密度与另一种参考物质密度
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。
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
SI制 Pa.s
c.g.s制 (沱，Stoke) 厘斯(厘沱)
二、油品粘度和化学组成的关系
粘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
当粘度指数(VI)为0～100时：
L U VI 100 LH
L—与试样100℃粘度相同，VI为0的L油在40℃的运动粘度。 U—试样在40℃条件下的运动粘度。 H—与试样100℃粘度相同，VI为100的H油在40℃的运动粘度。
当粘度指数等于或大于100时：
1 0N 1 VI 100 0.0 0 7 1 5 lg H lg U N lg Y