《液体燃料》PPT课件.ppt

燃 烧 学,第三讲 液体燃料的性质,液体燃料的分类,液体燃料,天然液体燃料,石油,人造液体燃料,煤 燃料油,重油渣油汽油柴油煤油,液体燃料的特点,液体燃料,热值高-氢含量高,灰份含量低，容易燃烧,便于运输与储存-性质稳定,污染物排放量低，但是重油硫含量高,石油的特点,Petroleum,石油,淡黄色到黑色，大多是黑色,流动或半流动的粘稠液体,相对密度一般小于1,石油的组成,Petroleum,石油,组成石油的元素主要是碳、氢、氧、氮、硫五种。其中主要的是碳和氢两种元素，碳的含量占8388%，氢的含量占1114%。除了上述五种主要元素外，在石油中还发现有极微量的金属元素和其它非金属元素。金属元素有钒、镍、铁、铝、钙、钠、镁、钴、铜等，非金属元素中主要有氯、硅、磷、硒、砷等。,石油的组成,Petroleum,石油,不同族和不同分子量的碳氢化合物组成,烷烃CnH2n+2,环烷烃CnH2n,芳香烃CnH2n-6,烯烃CnH2n,硫化物、氧化物、氮化物、水分、矿物杂质,脂肪烃,石油的组成,Petroleum,脂肪烃,aliphatic hydrocarbons;fatty hydrocarbon。,脂肪烃是碳架呈无环的开链状的烃,饱和烃,不饱和烃,正构烷烃,异构烷烃,石油的组成,Petroleum,烷烃,n=14 在常温、常压下是气态，类似于天然气的组分,n=515 在常温、常压下是液态，类似于煤油的组分,n16 在常温下是固态，其以溶解或结晶状态存在于石油或石油的高沸馏分中,石油的组成,Petroleum,环烷烃,碳架以单链相连并呈闭合状,cycloalkane;naphthene hydrocarbons;cycloparaffinic hydrocarbon。,石油的组成,Petroleum,芳香烃,芳香烃(aromatic hydrocarbons)是指具有未定域共振电子的平面环状化合物。这些烃类化合物中有些具有相当的稳定性及特异的气味，所以称为芳香烃。芳香烃分子内虽然具有不饱和键，但在一般条件下，不易起加成反应，在某些条件下，芳香烃易发生取代反应。,石油的组成,Petroleum,芳香烃,芳香烃(aromatic hydrocarbons)是指具有未定域共振电子的平面环状化合物。这些烃类化合物中有些具有相当的稳定性及特异的气味，所以称为芳香烃。芳香烃分子内虽然具有不饱和键，但在一般条件下，不易起加成反应，在某些条件下，芳香烃易发生取代反应。,石油的分类,Petroleum,石油,石蜡基原油,碳氢化合物,烯基 原油,中间基原油,芳香基原油,石油的加工,Petroleum,石油的加工,分馏,裂解,物理过程，沸点的不同,化学过程，缩合和缩聚,石油的一次加工,Petroleum,分馏,分馏塔操作压力,常压分馏、常压精熘、常压蒸馏,减压分馏、减压精熘、减压蒸馏,重油,石油的一次加工,Petroleum,常压分馏,在常压下，直接对石油加热(300325左右)分馏，石油中各馏分(350oC)按其沸点高低先后馏出。最先馏出的是沸点最低的馏分如汽油，然后依次为重汽油，煤油和柴油等，剩下沸点高的重质油则从分馏塔塔底排出，称之为常压重油(6580%)。,石油的一次加工,Petroleum,常压分馏,石油的一次加工,Petroleum,常压分馏,石油气 35oC,汽油 35180oC,重汽油 120230oC,煤油 190260oC,柴油 260350oC,柴油 260350oC,重油 350oC,石油的一次加工,Petroleum,减压分馏,把高沸点的常压重油加热到350以上可以继续分馏出各种重质油来。一般采用减压蒸馏的办法来提取，即根据气压降低、沸点下降的原理，把常压重油加热到400左右送入到减压蒸馏塔中，其中压力约在0.0040.01MPa以下，这样重油中烃的沸点可降低200多，把常压沸点约700以下的各种烃都可分馏出来，其中较轻的重柴油从塔顶馏出，而各种腊油(作润滑油用的原料)从塔侧流出，塔底排出的是分子更大，沸点更高的重质油，称为减压重油(或减压渣油)。常压重油和减压重油两者统称直馏重油。,重油,Heavy Oil,重油的来源,直熘重油,常压渣油(常压重油),减压渣油(含沥青质多，粘度大),裂化重油(不饱和烃多、游离碳多，粘度大，不易燃烧),重油,Heavy Oil,重油的化学组成,C+H约占重油可燃成分的95%,硫必须控制在1%以下,水，约10%左右，乳化重油，改善高粘度渣油的物化性能和降低烟气中的NOx,含C量越高，含氢量越低，粘度越大,燃料油的性质,Fuel Oil,闪点、燃点、着火点粘度凝固点密度(比重)比热导热系数发热量含硫量残炭掺混性(掺混适应性)表面张力系数热稳定性(热安定性),燃料油的性质,Fuel Oil,闪点,当燃料油加热至一定温度时，其中分子量较小，沸点低的成分将先由油的表面气化逸出，形成油蒸气。油温升高，油蒸气越多，油表面附近的油蒸汽浓度越大。此时，有外来火源的情况下，在油面上会出现闪火现象(时间不超过5s)，但是未构成持续燃烧。,温度,外来火源,不持续燃烧,此时的油温即闪点（Flash Point）,燃料油的性质,Fuel Oil,闪点,闪火点是燃油受热时的安全防火指标,油的比重越小，其中轻质组分越多，闪点就越低,在开式储油罐中，最高加热温度应低于闪火点1020；在闭式压力容器中，允许加热温度超过闪火点，但是温度越高，防火安全性越低，一旦管道破裂，就会发生着火，甚至爆炸。,开口杯法闪火点较高(重油、润滑油),闭口杯法闪火点较低(汽油、柴油等),燃料油的性质,Fuel Oil,闪点,对同一油种，用开口杯法测定的闪火点较闭口杯要高出1525,重油的开口闪点为80130,减压渣油的开口闪点一般为250,闪点是油品均匀性的一个指标，用来判断重油中是否混入了汽油、煤油等轻质油料。,Fuel Oil,燃点,当燃料油加热至一定温度时，其中分子量较小，沸点低的成分将先由油的表面气化逸出，形成油蒸气。油温升高，油蒸气越多，油表面附近的油蒸汽浓度越大。当油的蒸发速度很快时，在有外来火源情况下，在油面上闪火后持续燃烧(5s)。,温度,外来火源,持续燃烧,此时的油温即燃点（Ignition Point）,燃料油的性质,一般比闪点高1030，或更高,Fuel Oil,着火点,当燃料油加热至一定温度时，其中分子量较小，沸点低的成分将先由油的表面气化逸出，形成油蒸气。油温升高，油蒸气越多，油表面附近的油蒸汽浓度越大。在无外来火源的情况下，在油面上形成的持续燃烧。,温度,持续燃烧,此时的油温即着火点（Flare Point）,燃料油的性质,重油的着火点为500600,Fuel Oil,粘度,粘度是影响燃料油输送、雾化质量的主要因素,燃料油的性质,粘度随着温度的升高而显著降低,Fuel Oil,粘度,凝固点：当燃油温度降低到某一值时，溶于燃油中的蜡析出使重油变得很稠。当盛有燃油的试管倾斜至45o时，油面在1min保持不变，此时该温度为凝固点。,燃料油的性质,为了便于输送和燃烧，必须把重油加热，以降低粘度，提高其流动性和雾化性,我国石油多为石蜡基石油，含蜡多，粘度大，所以重油的粘度也比较大，凝固点一般在30以上。,Fuel Oil,粘度,运动粘度(m2/s or cm2/s),燃料油的性质,恩氏粘度,恩格拉粘度计,Et表示t时油的粘度,Fuel Oil,粘度,油泵前的重油粘度不宜超过3040 oE(2.192.92St),燃料油的性质,加热时温度不能太高，否则会使水分蒸发和油气化而产生大量的泡沫，造成油罐溢油、油压和火焰波动、油泵运转不正常(气阻)、重油焦化等,Fuel Oil,含硫量,用于燃烧的重油含硫量不得高于1%,燃料油的性质,残炭,重油在隔绝空气的条件下加热，油蒸气蒸发后剩下的固体碳素占燃油的质量百分比,表示燃油燃烧时积炭、结焦倾向的指标,高，火焰黑度高、可增强火焰辐射,但是析出大量难以燃烧的炭粒，导致喷油嘴结焦堵塞，雾化不量，破坏正常燃烧。,Fuel Oil,调和性,不同来源的重油化学稳定性不同，即不同来源的重油掺混使用时，有时会出现沥青、含蜡物质等固体沉淀或胶状半凝固体,燃料油的性质,直馏重油，化学性质稳定，掺混性好裂化重油，必须作调和性实验,掺混性实验：按照预定比例配成的油料在315的温度下加热20h，观察有无固体凝块附着在管壁上,Fuel Oil,表面张力系数,影响燃油雾化质量的主要因素,燃料油的性质,燃油雾化滴径大致与表面张力系数成反比,燃油馏程越高，表面张力越大,温度升高，表面张力系数降低,热稳定性,燃油在某一温度下发生分解并产生沉淀物倾向的指标,热稳定性不好，重油易于产生析炭和产生胶质沉淀物，堵塞油过滤器和喷油嘴,热裂解重油含有大量不饱和烃，热稳定性差，在储运和加热时易发生分解和产生沉淀物,Fuel Oil,燃料油的性质,重油,Heavy Oil,重油的分类,恩氏粘度系数,汽油,由原油经蒸馏得到的直馏汽油组分与二次加工汽油组分按照适当比例调和而成，其中加有适量的抗氧剂和金属钝化剂，必要时加适量的抗爆剂(四乙基铅),gasoline；gasoline oil gas,汽油,复杂烃类(碳原子数约412)的混合物；无色至淡黄色的易流动液体；沸点范围约初馏点30至205；易挥发，空气中含量为74123gm3时遇火爆炸，易燃；汽油的热值约为44000kJ/kg,汽油,按研究法辛烷值分为90号、93号、95号三个牌号。具有较高的辛烷值和优良的抗爆性，用于高压缩比的汽化器式汽油发动机上，可提高发动机的功率，减少燃料消耗量；具有良好的蒸发性和燃烧性，能保证发动机运转平稳、燃烧完全、积炭少；具有较好的安定性，在贮运和使用过程中不易出现早期氧化变质，对发动机部件及储油容器无腐蚀性。,gasoline；gasoline oil gas,汽油,最重要的性能为蒸发性和抗爆性,蒸发性指汽油在汽化器中蒸发的难易程度。对发动机的起动、暖机、加速、气阻、燃料耗量等有重要影响。汽油的蒸发性由馏程、蒸气压、气液比3个指标综合评定,汽油,抗爆性指汽油在各种使用条件下抗爆震燃烧的能力；车用汽油的抗爆性用辛烷值表示。,gasoline；gasoline oil gas,汽油,辛烷值是这样给定的：异辛烷(2，2，4-三甲基戊烷)的抗爆性较好，辛烷值给定为100，正庚烷的抗爆性差，给定为 0，汽油辛烷值的测定是以异辛烷和正庚烷为标准燃料，使其产生的爆震强度与试样相同，标准燃料中异辛烷所占的体积百分数就是试样的辛烷值。辛烷值高，抗爆性好。,汽油抗爆能力的大小与化学组成有关。带支链的烷烃以及烯烃、芳烃通常具有优良的抗爆性。提高汽油辛烷值主要靠增加高辛烷值汽油组分，但也通过添加四乙基铅等抗爆剂实现。,汽油在气缸中正常燃烧时火焰传播速度为1020m/s，在爆震燃烧时可达15002000m/s。,汽油,gasoline；gasoline oil gas,汽油,马达法辛烷值测定条件较苛刻，发动机转速为900r/min，进气温度149C。它反映汽车在高速、重负荷条件下行驶的汽油抗爆性。,研究法辛烷值测定条件缓和，转速为600r/min，进气为室温。这种辛烷值反映汽车在市区慢速行驶时的汽油抗爆性。对同一种汽油，其研究法辛烷值比马达法辛烷值高约015个单位，两者之间差值称敏感性或敏感度。,道路法辛烷值也称行车辛烷值，用汽车进行实测或在全功率试验台上模拟汽车在公路上行驶的条件进行测定。道路辛烷值也可用马达法和研究法辛烷值按经验公式计算求得。马达法辛烷值和研究法辛烷值的平均值称作抗爆指数，它可以近似地表示道路辛烷值。,柴油,diesel oil；diesel fuel,柴油,按照凝固点和用途不同，分为轻柴油(沸点范围约180370，C1524)和重柴油(沸点范围约350410，C1840)两大类。,主要由原油蒸馏、催化裂化、热裂化、加氢裂化、石油焦化等过程生产的柴油馏分调配而成；也可由页岩油加工和煤液化制取。,柴油最重要的性能是着火性和流动性,流动性：凝固点是评定柴油流动性的重要指标，它表示燃料不经加热而能输送的最低温度。柴油的凝点是指油品在规定条件下冷却至丧失流动性时的最高温度。柴油中正构烷烃含量多且沸点高时，凝固点也高。一般选用柴油要求凝点低于环境温度35。,diesel oil；diesel fuel,柴油,着火性(Ignitability)：柴油机在压缩过程终了时，柴油由喷油泵以高压、细雾状喷入气缸内。由于柴油经压缩升温后，其温度已经超过自燃点，便自行着火燃烧。但是油雾并非一进入气缸就立即着火，从燃料开始喷入气缸到开始着火的间隔时间称为滞燃期或着火落后期。因此要求燃料易于自燃。燃料自燃点低，则滞燃期短，即着火性能好。一般以十六烷值作为评价柴油自燃性的指标,十六烷值(Cetane number)：十六烷值是指与柴油自燃性相当的标准燃料中所含正十六烷的体积百分数。标准燃料是用正十六烷与2-甲基萘按不同体积百分数配成的混合物。其中正十六烷自燃性好，设定其十六烷值为100，2-甲基萘自燃性差，设定其十六烷值为0。,diesel oil；diesel fuel,柴油,十六烷值(Cetane number)：柴油十六烷值的高低与其化学组成有关，正构烷烃的十六烷值最高，芳烃的十六烷值最低，异构烷烃和环烷烃居中。,diesel oil；diesel fuel,柴油,十六烷值高的柴油容易起动，燃烧均匀，输出功率大；十六烷值低，则着火慢，工作不稳定，容易发生爆震。,一般用于高速柴油机的轻柴油，其十六烷值以40-55为宜；中、低速柴油机用的重柴油的十六烷值可低到35以下。,当十六烷值高于50后，再继续提高对缩短柴油的滞燃期作用已不大；相反，当十六烷值高于65时，会由于滞燃期太短，燃料未及与空气均匀混合即着火自燃，以致燃烧不完全，部分烃类热分解而产生游离碳粒，随废气排出，造成发动机冒黑烟及油耗增大，功率下降。,