石油化学省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx
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1、石油化学备课石油化学备课 第五章第五章 石油产品使用性能石油产品使用性能及其与化学组成关系及其与化学组成关系第1页石油化学备课石油化学备课 u不一样应用场所对石油产品提出了许多不不一样应用场所对石油产品提出了许多不一样使用要求,而油品使用性能与其化学一样使用要求,而油品使用性能与其化学组成之间含有亲密关系。组成之间含有亲密关系。u本章主要讲述主要石油产品(汽油、柴本章主要讲述主要石油产品(汽油、柴油、喷气燃料、润滑剂、石油沥青、石油、喷气燃料、润滑剂、石油沥青、石油蜡、石油焦、燃料油油蜡、石油焦、燃料油)使用性能与其)使用性能与其化学组成之间关系。化学组成之间关系。第2页石油化学备课石油化学备
2、课 我国当前将石油产品分为六大类我国当前将石油产品分为六大类u燃料:汽油、柴油、灯用煤油、喷气燃料、燃料:汽油、柴油、灯用煤油、喷气燃料、重质燃料油。重质燃料油。u润滑剂:润滑油和润滑脂。润滑剂:润滑油和润滑脂。u石油沥青:道路沥青和建筑沥青。石油沥青:道路沥青和建筑沥青。u石油蜡:液体石蜡、石油脂、石蜡、微晶石油蜡:液体石蜡、石油脂、石蜡、微晶蜡。蜡。u石油焦炭:电极焦炭、燃料焦炭等。石油焦炭:电极焦炭、燃料焦炭等。u溶剂与化工原料:芳烃溶剂、溶剂油等。溶剂与化工原料:芳烃溶剂、溶剂油等。第3页石油化学备课石油化学备课 我国石油产品组成我国石油产品组成(1990(1990年年)(m%m%)汽
3、汽 油油 22 22喷气燃料喷气燃料 4 4柴柴 油油 26 26 汽柴比汽柴比1 1:1.181.18燃料油燃料油 33 33润滑油(及脂润滑油(及脂 )2 2石油沥青石油沥青 2 23 3石油蜡石油蜡 1 1石油焦石油焦 1 12 2石油溶剂和化工用原料石油溶剂和化工用原料 8 8合合 计计 100.0 100.0第4页石油化学备课石油化学备课 我国石油产品组成我国石油产品组成(1998(1998年年)(m%m%)汽汽 油油 22.4 22.4喷气燃料喷气燃料 3.5 3.5柴柴 油油 33.1 33.1 汽柴比汽柴比1 1:1.481.48燃料油燃料油 13.6 13.6润滑油(及脂润滑
4、油(及脂 )1.6 1.6石油沥青石油沥青 2.5 2.5石油蜡石油蜡 0.8 0.8石油焦石油焦 2.5 2.5石油溶剂和化工用原料石油溶剂和化工用原料 20.0 20.0合合 计计 100.0 100.0第5页石油化学备课石油化学备课 1、燃料占石油产品70%。其中包含 汽 油 20%柴 油 36%汽柴比1:1.80 航空煤油 5%燃料油 10%(作为锅炉燃料)2、化工轻油+其它石油产品(包含润滑剂、石油沥青、石油蜡、石油焦、石油溶剂等)29%第6页石油化学备课石油化学备课 2.03+2.39亿吨=4.41亿吨1、燃料 约占石油产品66%。其中包含 汽 油 16.1%0.7118亿吨 柴
5、油 35.6%1.5729亿吨 汽柴比1:2.2 航空煤油 约4%0.1750亿吨 燃料油 约10%0.4295亿吨(作为锅炉燃料)2、化工轻油+润滑剂、石油沥青、石油蜡、石油焦、石油溶剂等其它石油产品 第7页石油化学备课石油化学备课 公安部交管局数据:截至9月底我国机动车保有量达1.99亿辆,其中汽车8500多万辆,摩托车1.14亿辆。每年新增机动车多万辆;日日本本7500万辆汽车保有量万辆汽车保有量 美国美国2.85亿辆汽车保有量亿辆汽车保有量 第8页石油化学备课石油化学备课 我国原油产量1.89亿吨()世界第5位;进口原油2.038亿吨;整年原油消费约4.1亿吨美国原油产量2.67亿吨(
6、),原油消费8.31亿吨日本原油消费2.07亿吨第9页石油化学备课石油化学备课 u可怕数据!可怕数据!u未来怎么办?未来怎么办?第10页石油化学备课石油化学备课 第一节第一节 汽油汽油 一、汽油机工作过程一、汽油机工作过程 1.汽油机结构及其工作原理汽油机结构及其工作原理 汽油机又称点燃式发动机,主要用于轻型汽油机又称点燃式发动机,主要用于轻型汽车、螺旋桨飞机和快艇等。汽车、螺旋桨飞机和快艇等。第11页石油化学备课石油化学备课 图图5-1-1汽油机汽油机(点燃式发动机点燃式发动机)原理结构图原理结构图1-浮子室浮子室;2-浮子浮子;3-针形阀针形阀;4-导管导管;5-喷嘴喷嘴;6-喉管喉管;7
7、、8-节气阀节气阀;9-混合室混合室;10-活塞活塞;11-火花塞火花塞;12-进气阀进气阀;13-排气阀排气阀;14-弹簧弹簧 传传统统汽汽油油机机示示意意图图第12页石油化学备课石油化学备课 图图5-1-2 汽油机下止点与上止点示意图汽油机下止点与上止点示意图 u压缩比压缩比:V1/V2,表征汽油发动机性能一,表征汽油发动机性能一个主要指标;个主要指标;u冲程:从上止点到下止点直线距离冲程:从上止点到下止点直线距离。第13页石油化学备课石油化学备课 u上止点:活塞在气缸中上行所能到达最高上止点:活塞在气缸中上行所能到达最高位置,此时气缸中容积为燃烧室体积位置,此时气缸中容积为燃烧室体积V2
8、。u下止点:活塞在气缸中下行所能到达最低下止点:活塞在气缸中下行所能到达最低位置,此时气缸中容积为位置,此时气缸中容积为气缸总体积气缸总体积V1。第14页石油化学备课石油化学备课 u进气过程:进气过程:活塞又上止点运行到下止点活塞又上止点运行到下止点,活塞上方,活塞上方容积增大,气缸内压力降低;容积增大,气缸内压力降低;汽油在喉管处与空气混合,然后进入混汽油在喉管处与空气混合,然后进入混合室;在混合室内汽油开始气化并与空合室;在混合室内汽油开始气化并与空气形成可燃性混合气。气形成可燃性混合气。u普通汽油机都是四冲程循环工作(进气、普通汽油机都是四冲程循环工作(进气、压缩、燃烧膨胀作功、排气)。
9、有汽油机压缩、燃烧膨胀作功、排气)。有汽油机是两冲程。是两冲程。第15页石油化学备课石油化学备课 进气阀启开,可燃性混合气经进气阀进进气阀启开,可燃性混合气经进气阀进入气缸,被气缸和活塞等高温机件及残入气缸,被气缸和活塞等高温机件及残余废气加热,进气终了混合气温度余废气加热,进气终了混合气温度T可达可达85130。第16页石油化学备课石油化学备课 图图5-1-2 5-1-2 单缸四冲程汽油机工作循环单缸四冲程汽油机工作循环 P压压=0.71.5MPa,T压压=300450P燃燃max 3.04.0MPa,T燃燃max 2500T进气进气=85130第17页石油化学备课石油化学备课 u压缩过程:
10、压缩过程:活塞由下止点活塞由下止点 运行至上止点,进气阀与运行至上止点,进气阀与排气阀关闭,气缸内可燃性混合气被压排气阀关闭,气缸内可燃性混合气被压缩,温度与压力逐步升高缩,温度与压力逐步升高。压缩终了时,可燃性混合气温度与压力压缩终了时,可燃性混合气温度与压力取决于压缩比,普通压力取决于压缩比,普通压力P=0.71.5MPa,温度,温度T=300450。第18页石油化学备课石油化学备课 u做功过程(点火燃烧):做功过程(点火燃烧):压缩终了时,活塞靠近上止点,火花塞发压缩终了时,活塞靠近上止点,火花塞发出电火花即刻点燃混合气,混合气猛烈燃出电火花即刻点燃混合气,混合气猛烈燃烧,火焰以烧,火焰
11、以2030m/s速度向四面传输。燃速度向四面传输。燃烧产生大量热能,使气缸内温度和压力骤烧产生大量热能,使气缸内温度和压力骤增,最高温度可达增,最高温度可达2500,最高压力可,最高压力可达达3.04.0MPa。第19页石油化学备课石油化学备课 高温高压气体使活塞由上止点运行至下止高温高压气体使活塞由上止点运行至下止点。活塞运动经过连杆使曲轴旋转而对外点。活塞运动经过连杆使曲轴旋转而对外做功。做功。活塞到达下止点时,做功过程结束,燃气活塞到达下止点时,做功过程结束,燃气温度降至温度降至9001200,压力降至,压力降至0.40.5MPa。第20页石油化学备课石油化学备课 u排气过程:排气过程:
12、做功结束后,排气阀启开,活塞由下做功结束后,排气阀启开,活塞由下止点运行至上止点。止点运行至上止点。燃烧后废气被排出气缸,排出废气温燃烧后废气被排出气缸,排出废气温度为度为700800。第21页石油化学备课石油化学备课 u汽油机经历进气、压缩、膨胀做功和排气汽油机经历进气、压缩、膨胀做功和排气四个过程之后,汽油机完成一个工作循环,四个过程之后,汽油机完成一个工作循环,紧接着进入下一个工作循环,如此周而复紧接着进入下一个工作循环,如此周而复始,往复进行。始,往复进行。u普通汽油机都是由四个或六个气缸按一定普通汽油机都是由四个或六个气缸按一定次序组合而连续进行工作。次序组合而连续进行工作。化油器供
13、油系统化油器供油系统直喷式供油(电喷)直喷式供油(电喷)第22页石油化学备课石油化学备课 汽油机对其燃料要求:汽油机对其燃料要求:u蒸发性能良好;蒸发性能良好;u燃烧性能良好,不产生爆震;燃烧性能良好,不产生爆震;u储存安定性好,生成胶质倾向小;储存安定性好,生成胶质倾向小;u对发动机没有腐蚀性。对发动机没有腐蚀性。第23页石油化学备课石油化学备课 二、汽油蒸发性二、汽油蒸发性 汽油蒸发性是汽油最主要特征之一汽油蒸发性是汽油最主要特征之一。汽油机转速极快,汽油机转速极快,每冲程时间只有每冲程时间只有0.010.03秒。秒。所以要求汽油能与空气在极短时间内快所以要求汽油能与空气在极短时间内快速气
14、化,形成可燃性混合气。速气化,形成可燃性混合气。第24页石油化学备课石油化学备课 要想使汽油在如此短时间内与空气形成均匀要想使汽油在如此短时间内与空气形成均匀可燃性混合气,可燃性混合气,汽油蒸发性好坏是决定性原汽油蒸发性好坏是决定性原因因,只有当汽油含有良好蒸发性时,发动机,只有当汽油含有良好蒸发性时,发动机才能正常运转。才能正常运转。第25页石油化学备课石油化学备课 u假如汽油蒸发性太差,汽油气化不完全,假如汽油蒸发性太差,汽油气化不完全,造成汽油机功率降低,起动和加速都较困造成汽油机功率降低,起动和加速都较困难。难。u假如汽油蒸发性太强,汽油在输油管中因假如汽油蒸发性太强,汽油在输油管中因
15、气化而产生气阻,造成供油不足。气化而产生气阻,造成供油不足。反应汽油蒸发性能质量指标是反应汽油蒸发性能质量指标是馏程馏程和和饱和蒸饱和蒸气压气压。第26页石油化学备课石油化学备课 馏程:馏程:t t1010 、t t5050 、t t9090和和EPEP(1 1)10%10%馏馏出出温温度度 t t1010:表表示示含含低低沸沸点点馏馏分分多多少,表示汽油机起动难易程度。少,表示汽油机起动难易程度。T T1010适适当当低低,表表示示含含低低沸沸点点馏馏分分较较多多,低低温温下下易起动易起动t t1010过过低低,表表示示含含低低沸沸点点馏馏分分太太多多,易易于于发发生生气阻(何谓气阻)气阻(
16、何谓气阻)。我国要求车用汽油我国要求车用汽油 t t10107070 o oC C。第27页石油化学备课石油化学备课 表表5-1-1 汽油汽油10%馏出温度与发动机快速馏出温度与发动机快速起动最低温度关系起动最低温度关系 10%馏出馏出温度,温度,546066717782最低起动最低起动温度,温度,-21-17-13-9-6-2表表5-1-2 汽油汽油10%馏出温度与开始产生气阻温度关系馏出温度与开始产生气阻温度关系 10%馏馏 出出 温温 度,度,4050607080开始产生气阻开始产生气阻温度,温度,-13+7+27+47+67第28页石油化学备课石油化学备课 (2 2)50%50%馏出温
17、度馏出温度t t5050:表示汽油:表示汽油平均蒸发性能平均蒸发性能,与汽油机起动后升温时间长短以及加速性能与汽油机起动后升温时间长短以及加速性能有亲密关系。有亲密关系。t t5050低低,表表示示常常温温下下蒸蒸发发快快、蒸蒸发发多多汽汽油油机机升升温时间短。加速灵活,运转柔和;温时间短。加速灵活,运转柔和;t t5050高高,表表示示加加速速时时汽汽化化不不完完全全,燃燃烧烧不不充充分分,严重时会熄火。严重时会熄火。我国要求车用汽油我国要求车用汽油 t t5050120120 o oC C。第29页石油化学备课石油化学备课 (3 3)90%90%馏出温度馏出温度t t9090和终馏点(干点
18、)和终馏点(干点)EPEP:表示汽油中重馏分含量多少;:表示汽油中重馏分含量多少;t t90 90 或或 EP EP 高:汽油中重馏分含量高,汽油蒸高:汽油中重馏分含量高,汽油蒸发和燃烧不完全,气缸积灰增多,耗油率上升,发和燃烧不完全,气缸积灰增多,耗油率上升,同时蒸发不完全汽油重质部分会流入曲轴箱,同时蒸发不完全汽油重质部分会流入曲轴箱,稀释润滑油而加大磨损。稀释润滑油而加大磨损。我国要求车用汽油我国要求车用汽油 t t9090190190 o oC,C,EP 205 EP 205 o oC C。第30页石油化学备课石油化学备课 表表5-1-3 汽油干点与发动机活塞磨损及汽油消耗量关系汽油干
19、点与发动机活塞磨损及汽油消耗量关系汽油干点汽油干点发动机活塞相对磨损发动机活塞相对磨损%汽油相对消耗量汽油相对消耗量%1759798200100100225200107250500140第31页石油化学备课石油化学备课 二、饱和蒸气压二、饱和蒸气压-Reid Vapor Pressure (RVP)-Reid Vapor Pressure (RVP)GB257GB257要求仪器要求仪器(燃料蒸气与液体体积比燃料蒸气与液体体积比4 4:1 1,38 38 o oC)C)。衡量汽油在汽油机供油系统是否。衡量汽油在汽油机供油系统是否轻易产生气阻指标,同时还可相对衡量汽油轻易产生气阻指标,同时还可相对
20、衡量汽油在储存运输中损耗倾向。在储存运输中损耗倾向。RVPRVP大,蒸发性强,易于冷起动,但产生气阻大,蒸发性强,易于冷起动,但产生气阻倾向大,蒸发损耗大。倾向大,蒸发损耗大。第32页石油化学备课石油化学备课 我国车用汽油要求:我国车用汽油要求:u冬用型冬用型(9月月1日日2月月28日日):RVP80或或88KPa u夏用型夏用型(3月月1日日8月月31日日):RVP67或或74KPa。航空汽油要求:航空汽油要求:RVP2748KPa (高空气压低,蒸发性更不能太强)(高空气压低,蒸发性更不能太强)第33页石油化学备课石油化学备课 三、汽油安定性三、汽油安定性 u汽油安定性定义:汽油安定性定义
21、:汽油在贮存和使用条件汽油在贮存和使用条件下保持其原有质量不变性质,称为其安定下保持其原有质量不变性质,称为其安定性性;u汽油在常温和液相条件下抵抗氧化能力。汽油在常温和液相条件下抵抗氧化能力。u安定性差汽油,在储存和运输过程中易发安定性差汽油,在储存和运输过程中易发生氧化反应生成胶质,使生氧化反应生成胶质,使油品颜色变深,油品颜色变深,并产生胶状沉淀并产生胶状沉淀。第34页石油化学备课石油化学备课 安定性差安定性差汽油产生后果汽油产生后果:u油箱、滤网、气化器中形成胶状物,油箱、滤网、气化器中形成胶状物,影响供影响供油油。u沉积在电火花塞上胶质在高温下形成沉积在电火花塞上胶质在高温下形成积炭
22、而积炭而短路短路。u沉积在进、排气阀上积炭,造成沉积在进、排气阀上积炭,造成阀门关闭不阀门关闭不严严。u沉积在气缸盖、活塞上积炭(积灰),造成沉积在气缸盖、活塞上积炭(积灰),造成气缸气缸散热不良散热不良,温度升高,以致,温度升高,以致增大爆震燃增大爆震燃烧倾向烧倾向。第35页石油化学备课石油化学备课 1.烃类液相氧化机理烃类液相氧化机理 因为汽油氧化安定性包括烃类液相氧化机理,因为汽油氧化安定性包括烃类液相氧化机理,烃类液相氧化理论基础烃类液相氧化理论基础:巴赫巴赫-恩格勒恩格勒过氧化物理论过氧化物理论和谢苗诺夫和谢苗诺夫自由自由基链反应理论基链反应理论是烃类液相氧化过程基础是烃类液相氧化过
23、程基础。第36页石油化学备课石油化学备课 烃类液相氧化是指在烃类沸点温度以下烃类烃类液相氧化是指在烃类沸点温度以下烃类进行氧化反应,通常是在常温下进行,因而进行氧化反应,通常是在常温下进行,因而也称自动氧化也称自动氧化 。烃类液相氧化遵照自由基链反应机理。烃类液相氧化遵照自由基链反应机理。(1)链引发链引发(2)链延续链延续(3)链退化分支链退化分支(4)链终止链终止 第37页石油化学备课石油化学备课 u链引发(最困难反应步骤)链引发(最困难反应步骤):烃类分子受氧分子攻击烃类分子受氧分子攻击假如存在变价金属,或者光辐射假如存在变价金属,或者光辐射u链增加链增加:加成反应,快反应加成反应,快反
24、应慢反应慢反应第38页石油化学备课石油化学备课 u链退化分支:链退化分支:生成过氧化物生成过氧化物ROOH能够继续分解(含有能够继续分解(含有退化分支特点),即:退化分支特点),即:生成自由基如生成自由基如RO 和和R 还能够引发新链还能够引发新链反应反应。分支反应分支反应第39页石油化学备课石油化学备课 过氧化物过氧化物ROOH反应活性反应活性大大低于自由基,大大低于自由基,因而可转化成稳定产物如醛、酮、醇等。因而可转化成稳定产物如醛、酮、醇等。所以,因为退化反应,造成这种分支链反应速所以,因为退化反应,造成这种分支链反应速度比较缓解,故称之为退化分支链反应。度比较缓解,故称之为退化分支链反
25、应。退化反应退化反应第40页石油化学备课石油化学备课 u链终止:链终止:因为自由基相互之间结合而消失因为自由基相互之间结合而消失。第41页石油化学备课石油化学备课 图图5-1-4 烃类液相氧化反应速率曲线烃类液相氧化反应速率曲线 氧氧化化产产物物收收率率醛醛酮酮醇醇等等第42页石油化学备课石油化学备课 烃类液相氧化分为三个阶段烃类液相氧化分为三个阶段:u诱导期诱导期:燃料与氧气接触后没有发生显著:燃料与氧气接触后没有发生显著改变一段时间,在此阶段氧化反应速度很改变一段时间,在此阶段氧化反应速度很慢,氧化产物生成较少。慢,氧化产物生成较少。u加速期:氧化反应加速进行,氧化产物快加速期:氧化反应加
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