石油產品基本理化性質的測定流程?
1、密度和相對密度
在規定溫度下,單位體積內所含物質的質量稱為密度,單位是克/立方厘米或千克/立方米。
我國國家標準GB/T1884-83規定,20℃時密度為石油和液體石油產品的標準密度,以ρ20表示。其它溫度下測得的密度用ρt表示。
油品的密度與規定溫度下水的密度之比稱為油品的相對密度,用d表示,是無量綱的。由于4℃時純水的密度近似為1克/立方厘米(3.98℃時水的密度為0.99997克/立方厘米),常以4℃的水為比較標準。我國常用的相對密度為d204(即20℃時油品的密度與4℃時水的密度之比);
油品的密度與其組成有關。同一原油的不同餾分油,隨沸點范圍升高,密度增大。當沸點范圍相同時,含芳香烴愈多,密度愈大;含烷烴愈多,密度愈小。
密度是評價石油質量的主要指標,通過密度和其它性質可以判斷原油的化學組成。
2、蒸氣壓
在一定溫度下,液體與其液面上方蒸氣呈平衡狀態時,該蒸氣所產生的壓力稱為飽和蒸氣壓,簡稱蒸氣壓。蒸氣壓愈高,說明液體愈容易氣化。
純烴和其它純的液體一樣,其蒸氣壓只隨液體溫度而變化,溫度升高,蒸氣壓增大。
石油及石油餾分的蒸汽壓與純物質有所不同,它不僅與溫度有關,而且與氣化率(或液相組成)有關,在溫度一定時,氣化量變化會引起蒸氣壓的變化。
油品的蒸氣壓通常有兩種表示方法:一種是油品質量標準中的雷德(Reid)蒸氣壓,是在規定條件(38℃、氣相體積與液相體積之比為4:1)下測定的。另一種是真實蒸氣壓,指氣化率為零時的蒸氣壓。
3、沸點與餾程
純物質在一定外壓下,當加熱到某一溫度時,其飽和蒸氣壓等于外界壓力,此時液體就會沸騰,此溫度稱為沸點。在外壓一定時,純化合物的沸點是一個定值。
石油及其餾分或產品都是復雜的混合物,所含各組分的沸點不同,所以在一定外壓下,油品的沸點不是一個溫度點,而是一個溫度范圍。
將一定量的油品放入儀器中進行蒸餾,經過加熱、氣化、冷凝等過程,油品中低沸點組分易蒸發出來,隨著蒸餾溫度的不斷提高,較多的高沸點組分也相繼蒸出。蒸餾時流出第一滴冷凝液時的氣相溫度叫初餾點,餾出物的體積依次達到10%、20%、30%……90%時的氣相溫度分別稱為10%點(或lO%餾出溫度)、30%點……90%點,蒸餾到最后達到的氣體的最高溫度叫干點(或終餾點)。
從初餾點到干點(或終餾點)這一溫度范圍稱為餾程,在此溫度范圍內蒸餾出的部分叫餾分。餾分與餾程或蒸餾溫度與餾出量之間的關系叫原油或油品的餾分組成。
在生產和科研中常用的餾程測定方法有實沸點蒸餾與恩氏蒸餾,它們不同的是:前者蒸餾設備較精密,餾出時的氣相溫度較接近餾出物的沸點,溫度與餾出的重量百分數呈對應關系:而后者蒸餾設備較簡便,蒸餾方法簡單,餾程數據容易得到,但餾程并不能代表油品的真實沸點范圍。
所以,實沸點蒸餾適用于原油評價及制定產品的切割方案,恩氏蒸餾餾程常用于生產控制、產品質量標準及工藝計算,例如餾程是汽油、噴氣燃料、柴油、燈用煤油、溶劑油等的重要質量指標。
特性因數K(原油特性因數是根據相對密度和沸點組合成的復合常數,常用來判斷原油的化學組成。各類烴的特性因數不同。烷烴最高,環烷烴次之,芳烴最低。)對原油的分類、確定原油加工方案等是十分有用的。
4、平均分子量
石油是多種化合物的復雜混合物,石油餾分的分子量是其中各組分分子量的平均值,因此稱為平均分子量(簡稱分子量)。
石油餾分的平均分子量隨餾分沸程的升高而增大。汽油的平均分子量約為100~120,煤油為180~200,輕柴油為210~240,低粘度潤滑油為300~360,高粘度潤滑油為370~500。
5、粘度
粘度是評價原油及其產品流動性能的指標,是噴氣燃料、柴油、重油和潤滑油的重要質量標準之一,特別是對各種潤滑油的分級、質量鑒別和用途具有決定意義。粘度對油品流動和輸送時的流量和壓力降也有重要影響。
粘度是表示液體流動時分子間摩擦而產生阻力的大小。粘稠的液體比稀薄的液體流動得慢,因為粘稠液體在流動時產生的分子間的摩擦力較大。粘度的大小隨液體組成、溫度和壓力不同而異。
粘度的表示方法有動力粘度、運動粘度及恩氏粘度等。國際標準化組織(ISO)規定統一采用運動粘度。
動力粘度是表示液體在一定剪切應力下流動時內摩擦力的量度,其值為所加于流動液體的剪切應力和剪切速率之比。在我國法定單位制中以帕·秒表示,習慣上用厘泊為單位。1厘泊=10-8帕·秒=1毫帕·秒。
運動粘度表示液體在重力作用下流動時內摩擦力的量度,其值為相同溫度下液體的動力粘度與其密度之比,在法定單位制中以平方米/秒表示。在物理單位制中運動粘度單位為平方厘米/秒(斯),常用單位是平方毫米/秒,叫厘斯(即百分之一斯)。
恩氏粘度是條件性粘度,常用于表示油品的粘度。恩氏粘度是在規定條件下,從儀器中流出200毫升油品的時間(秒)與20℃時流出200毫升蒸餾水所需時間(秒)的比值,以oE來表示。
石油及其餾分或產品的粘度隨其組成不同而異。含烷烴多(特性因數大)的石油餾分粘度較小,含環狀烴多(特性因數小)的粘度較大。一般地,石油餾分愈重、沸點愈高,粘度愈大。
溫度對油品粘度影響很大。溫度升高,液體油品的粘度減小,而油蒸氣的粘度增大。
油品粘度隨溫度變化的性質稱為粘溫性質。粘溫性質好的油品,其粘度隨溫度變化的幅度較小。粘溫性是潤滑油的重要指標之一,為了使潤滑油在溫度變化的條件下能保證潤滑作用,要求潤滑油具有良好的粘溫性質。
油品粘溫性質的表示方法常用的有兩種,即粘度比和粘度指數(VI)。
粘度比最常用的是50℃與100℃運動粘度的比值,也有用-20℃與50℃運動粘度的比值,分別表示為γ50℃/γ100℃和γ-20℃/γ50℃粘度比愈小,粘溫性愈好。
粘度指數是世界各國表示潤滑油粘溫性質的通用指標,也是ISO標準。粘度指數愈高,粘溫性質愈好。
油品的粘溫性質是由其化學組成所決定的。烴類中以正構烷烴的粘溫性最好,環烷烴次之,芳香烴的最差。烴類分子中環狀結構越多,粘溫性越差,側鏈越長則粘溫性越好。
6、低溫性能
燃料和潤滑油通常需要在冬季、室外、高空等低溫條件下使用,所以油品在低溫時的流動性是評價油品使用性能的重要項目,原油和油品的低溫流動性對輸送也有重要意義。油品低溫流動性能包括濁點、冰點、結晶點、傾點、凝點和冷濾點等,都是在規定條件下測定的。
油品在低溫下失去流動性的原因有兩種。一種是對于含蠟很少或不含蠟的油品,隨著溫度降低,油品粘度迅速增大,當粘度增大到某一程度,油品就變成無定形的粘稠狀物質而失去流動性,即所謂'粘溫凝固'。另一種原因是對含蠟油品而言,油品中的固體蠟當溫度適當時可溶解于油中,隨著溫度的降低,油中的蠟就會逐漸結晶出來,當溫度進一步下降時,結晶大量析出,并連結成網狀結構的結晶骨架,蠟的結晶骨架把此溫度下還處于液態的油品包在其中,使整個油品失去流動性,即所謂'構造凝固'。
濁點是在規定條件下,清晰的液體油品由于出現蠟的微晶粒而呈霧狀或渾濁時的最高溫度。若油品繼續冷卻,直到油中出現肉眼能看得到的晶體,此時的溫度就是結晶點。油品中出現結晶后,再使其升溫,使原來形成的烴類結晶消失時的最低溫度稱為冰點。同一油品的冰點比結晶點稍高1~3℃。
濁點是燈用煤油的重要質量指標,而結晶點和冰點是航空汽油和噴氣燃料的重要質量指標。
純化合物在一定溫度和壓力下有固定的凝點,而且與熔點數值相同。而油品是一種復雜的混合物,它沒有固定的'凝點'。所謂油品的凝點',是在規定條件下測得的油品剛剛失去流動性時的最高溫度,完全是條件性的。
傾點是在標準條件下,被冷卻的油品能流動的最低溫度,冷濾點是表示柴油在低溫下堵塞濾網可能性的指標,是在規定條件下測得的油品不能通過濾網時的最高溫度。
國內已開始逐漸采用傾點代替凝點,冷濾點代替柴油凝點作為油品低溫性能的指標。
油品的低溫流動性與其化學組成有密切關系。油品的沸點愈高,特性因數愈大或含蠟量
愈多,其傾點或凝點就愈高,低溫流動性愈差。
7、閃點、燃點和自燃點
油品是易著火的物質。油品蒸氣與空氣的混合氣在一定的濃度范圍內遇到明火就會閃火或爆炸。混合氣中油氣的濃度低于這一范圍,油氣不足,而高于這一范圍,空氣不足,都不能發生閃火爆炸。因此,這一濃度范圍就稱為爆炸范圍,油氣的下限濃度稱為爆炸下限,上限濃度稱為爆炸上限。
閃點是在規定條件下,加熱油品所逸出的蒸氣和空氣組成的混合物與火焰接觸發生瞬間閃火時的最低溫度。
由于測定儀器和條件的不同,油品的閃點又分為閉口閃點和開口閃點兩種,兩者的數值是不同的。通常輕質油品測定其閉口閃點,重質油和潤滑油多測定其開口閃點。
石油餾分的沸點愈低,其閃點也愈低。汽油的閃點約為-50~30℃,煤油的為28~60℃,潤滑油的為130~325℃。
燃點是在規定條件下,當火焰靠近油品表面的油氣和空氣混合物時即著火并持續燃燒至規定時間所需的最低溫度。
測定閃點和燃點時,需要用外部火源引燃。如果預先將油品加熱到很高的溫度,然后使之與空氣接觸,則無需引火,油品因劇烈的氧化而產生火焰自行燃燒,稱為油品的自燃。發生自燃的最低溫度稱為油品的自燃點。
閃點和燃點與烴類的蒸發性能有關,而自燃點卻與其氧化性能有關。所以,油品的閃點、燃點和自燃點與其化學組成有關。油品的沸點越低,其閃點和燃點越低,而自燃點越高。含烷烴多的油品,其自燃點低,但閃點高。
閃點、燃點和自然點對油品的儲存、使用和安全生產都有重要意義,是油品安全保管、輸送的重要指標,在儲運過程中要避免火源與高溫。
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