第三章 石油的物理性质(1)
石油及油品的物理性质概述
n
t m
xiti
i1
中平均沸点tme（℃）：
t tm tcu
me
2
P28换算
三、密度和相对密度 （一）石油及产品的密度与相对密度
定义：该油品在单位体积内的质量， 单位为g/cm3或kg/m3 。
油品的体积随温度的升高而膨胀，其密度也 随之变小，提及密度时应标明温度。
标准密度：我国规定油品在20℃时的密度为其标
表征油品的粘温性质的指标有两种： 粘度指数（简称VI）
H油：人为规定粘温性质良好的宾夕法尼亚 原油所有窄馏分的粘度指数均为100。 L油：人为规定粘温性质差的德克萨斯海湾 沿岸原油所有窄馏分的粘度指数均为0。
当VI为0～100时： VI L U 100
LH
当VI≥100时：VI 10N 1 100
0.00715
N lgH lgU lgY
式中：U—试样在40℃时的运动粘度 Y—试样在100℃时的运动粘度 H—与Y相同的H标准油在40℃时的运动粘度 L—与Y相同的L标准油在40℃时的运动粘度
粘度指数VI越大，表明油品的粘温性质越好。
粘度比 50℃时的运动粘度与100℃时的运动粘度的 比值。对于粘度水平相当的油品 ，粘度比 越小，表示该油品的粘温性质越好。
0.80
0.75
烷烃
0.70
0.65
6
7
8
9
10
The number of carbon atoms
图3-1 各族烃类的相对密度
比较各种烃类的相对密度： 碳数相同而结构不同的烃类，
➢芳香烃＞环烷烃＞烷烃。 同族烃类，随着碳数的增加：
➢正构烷烃的相对密度增加 ➢正烷基环己烷的相对密度增加 ➢正烷基苯的相对密度减小
石油及其产品的物理性质
大到某一程度，油品就变成无定形的粘稠 油品在低温
状物质而失去流动性。
下失去流动 性的原因
构造凝固：
对含蜡油品而言，油品中的固体蜡当
温度适当时可溶解于油中，随着温度的降
低，油中的蜡就会逐渐结晶出来，当温度
进一步下降时，结晶大量析出，并连结成
网状结构的结晶骨架，蜡的结晶骨架把此
温度下还处于液态的油品包在其中，使整
石油炼制技术
石油及其产品的物理性质
1.蒸汽压：在一
定温度下，液体与 其液面上方蒸汽呈 平衡状态时，该蒸 汽所产生的压力称 为饱和蒸汽压，简 称蒸汽压。蒸汽压 愈高，说明液体愈 容易气化。
（一）蒸发性能
纯物质在一定外压 下，当加热到某一温度 时，其饱和蒸汽压等于 外界压力，此液体就会 沸腾，此温度称为沸点。
油品的蒸汽压通
常有两种表示方 法：雷德蒸汽压:
是在规定条件 （38℃、气相体 积与液相体积之 比为4:1）下测定 的；
真实蒸汽压:指气
化率为零时的蒸 汽压。
2．馏程与平均沸点
● 蒸馏时流出第一滴冷凝液时的气相温度叫初馏点，馏出物的体积依次达到10%、20%、30%……90% 时的气相温度分别称为10%点、30%点……90%点，蒸馏到最后达到的气体的最高温度叫干点（或 终馏点)。
● 从初点到干点这一温度范围称为馏程(或沸程)。
● 平均沸点有五种表示方法，分别是体积平均沸点、质量平均沸点、立方平均沸点、实分子平均沸 点、中平均沸点 。
●（二）密度、特性因数、平均分子量
● 1.密度 ：单位体积内所含物质的质量
●相对密度
d
20 4
：20℃时油品
的密
度与4℃
时水的密度之
比
石油的化学组成与物理性质
正己烷
0.6572
2,2,4-三甲基戊烷
0.7033
正丙基环己烷
0.7933
己烯－1
0.6740
正辛烷
0.7037
正丙苯
0.8613
甲基环戊烷
0.7503
辛烯-1
0.7193
环己烷
0.7780
乙基环己烷
0.7908
-甲基苯乙烯
0.9110
苯
0.8774
邻二甲苯
0.8847
烷烃、环烷烃、芳烃密度比较
气体
汽煤柴油
润滑油基础油
石蜡
脱沥青油
沥青
焦化汽油、柴油、蜡油
焦炭
元素组成：C、H、O、S、N、微量元素 石油的化学组成 烃类组成：烷烃、环烷烃、芳香烃 非烃类组成：含S、N、O化合物
单体烃: 用于石油气及低沸点石油组分 烃类组成 族组成: 仪器气相色谱（GC） 轻馏分 填充柱冲洗 中间馏分和重馏分 结构族组成 : 一般用易测的物理性质关联 如n-d-m法，B—L法
01
原油
电化学脱水脱盐
常 减 压 蒸 馏
汽油馏分
异构化
汽油调和组分
航煤馏分
柴油馏分
催化重整
高辛烷值汽油或芳烃
精制与脱蜡
航空煤油
液体石蜡
加氢或化学精制
柴油调和组分
常压渣油
减 压 蒸 馏
减压馏分油
减压渣油
催化裂化
加氢裂化
润滑油生产
脱沥青
延迟焦化
催化裂化汽柴油
72.15
0.330
己烷
0.6594
石油及其产品的物理性质
石油及其产品的物理性质石油及其产品的物理性质是评定石油加工性能及油品使用质量的重要指标，同时也是设计炼油设备和装置的必要依据。
一、蒸汽压蒸气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，也称饱和蒸气压。
蒸气压表示该液体在一定温度下的蒸发和气化的能力，蒸气压愈高的液体愈易于气化。
蒸气压是石油加工设备设计的重要基础物性数据，也是某些轻质油品的质量指标。
1、纯烃的蒸气压对于同一族烃类，在同一温度下，相对分子质量较大的烃类的蒸气压较小。
就某一种纯烃而言，其蒸气压是随温度的升高而增大的。
2、烃类混合物及石油馏分的蒸气压与纯烃不同，烃类混合物的蒸气压不仅取决于温度，同时也取决于其组成。
在一定的温度下，只有其气相、液相或整体组成一定，其蒸气压才是定值。
二、平均沸点在求定石油馏分的各种物理参数时，为简化起见，常用平均沸点来表征其气化性能。
石油馏分的平均沸点的定义有下列五种：①体积平均沸点tV（℃）；②质量平均沸点tW（℃）；③实分子平均沸点tm（℃）；④立方平均沸点tcu（K）；⑤中平均沸点tMe（℃）；这五种平均沸点中，仅有体积平均沸点可由石油馏分的馏程测定数据直接算得，其他几种平均沸点可借助体积平均沸点与蒸馏曲线斜率查表算出。
三、密度1、密度和相对密度原油及油品的密度和相对密度在生产和储运中有着重要意义，在原料及产品的计量以及炼油装置的设计等方面都是必不可少的。
2、石油及油品的密度、相对密度密度是物质的质量与其体积的比值，其单位为g/cm3或kg/m3。
由于油品的体积随温度的升高而膨胀，而密度则随之变小，所以，密度还应标明温度。
例如，油品在t℃的密度用ρt来表示。
我国规定油品在20℃时的密度为其标准密度，表示为ρ20。
物质的相对密度是其密度与规定温度下水的密度之比。
因为水在4℃时的密度等于1.0000 g/cm3，所以通常以4℃水为基准，将温度t℃的油品密度对4℃时的水的密度之比称为相对密度。
第三章 石油及油品的物理性质
斜率S：表示从馏出10%到90%之间，每馏出1%的沸点平均升高值
➢ 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。
第10页，本讲稿共67页
➢随着相对密度增大，比重指数的数值下降
第16页，本讲稿共67页
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
如在20℃时：苯0.8774；环己烷0.7780；正己烷 0.6572，分子环 数越多，密度越大；
➢ 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、粘 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。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。
第28页，本讲稿共67页
一般来说，环烷基的>中间基的>石蜡基的
第17页，本讲稿共67页
3．与温度、压力的关系
➢ 同一油品，温度上升，相对密度减小
d4 t d4 20(t2)0
➢ 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
第18页，本讲稿共67页
4．液体油品的混合密度
n
P Pi x i i1
第7页，本讲稿共67页
石油及油品的理化性质简介资料
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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
低粘度润滑油：300～360 高粘度润滑油：370～500
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经验关联式
3．计算 混合油品的平均相对分子质量可以按加和法进行计算
n
Wi
M m
i 1
n Wi
M i 1
i
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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 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。
6
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。
汽油的馏程40～200℃，轻柴油的馏程200～ 350℃，润滑油的馏程350～520℃。
馏程的数据基本能反映油品组分轻重的相对 含量，所以在原油评价中常用。
馏程是发动机燃料等的重要质量指标。
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以气相馏出温度为纵坐标，馏出体积为横坐标，可以绘得 该油品的恩氏蒸馏曲线。对于轻质油品：恩氏蒸馏曲线中 10%到90%这一段很接近一条直线，因此可以用恩氏蒸馏曲 线的10%到90%之间的斜率来表示该油品的馏程宽窄。即恩 氏蒸馏曲线的斜率越大，该油品的馏程范围越宽。
石油分馏知识点总结
石油分馏1.石油是重要的能源和宝贵的资源，被誉为“工业的血液”。
（1）物理性质：石油呈黑色或深棕色，有特殊气味，不溶于水，密度比水稍小，没有固定的熔点和沸点。
（2）元素组成：主要含有C、H，还含有少量的N、O、S及微量的P、K、Si、Fe、Mg等。
（3）成分：烷烃、环烷烃和芳香烃组成的混合物。
2.来。
随着温度的升高，分子中碳原子数多的高沸点烃受热再汽化，再经过冷凝，也分离出来。
经过多次加热和冷凝，就可在不同的温度的范围把石油分成不同的蒸馏产物。
石油分馏是物理变化，不是化学变化。
石油的分馏产物有石油气、汽油、煤油、柴油、重油等。
3.有关石油分馏的实验：（1）实验原理：利用混合物中各物质的沸点不同对石油进行分离。
（2）实验仪器及用品：铁架台（带铁圈和铁夹）、酒精灯、石棉网、蒸馏烧瓶、温度计、冷凝管、尾接管（牛角管）、锥形瓶、弹孔塞、导管、火柴、石油等。
（3）实验步骤：①按图连接好仪器；②检查装置的气密性；③将100mL石油注入蒸馏烧瓶并加入碎瓷片；④将冷凝管中的冷凝水接通；⑤点燃酒精灯给蒸馏烧瓶加热；⑥分别收集60℃～150℃和150℃～300℃时的馏分，得到汽油和煤油。
（4）实验现象及结论：在锥形瓶中收集到无色油状液体，在60℃～150℃范围内收集到的液体有汽油味，说明石油在60℃～150℃的温度范围内挥发出了汽油。
在150℃～300℃范围收集到的液体有煤油味，说明石油在150℃～300℃的温度范围内挥发出了煤油。
同时在蒸馏烧瓶中还剩有黑色粘稠的液体，说明还有沸点更高的物质没有挥发。
（5）实验注意事项：①加入碎瓷片是为了防止石油暴沸；②蒸馏烧瓶加热时要垫上石棉，防止蒸馏烧瓶炸裂；③为了使冷凝的效果好，冷却水的流向应与蒸汽的流向相反，即冷却水要从冷凝管止被腐蚀；⑤温度计的最大量程应高于300℃，且其水银球要置于蒸馏烧瓶的支管口。
4.子质量较小、沸点较低的烃作燃料油。
石油裂解是为了将石油中的长链烃断裂成乙烯等短链烃的过程，目的是为了提高轻质液体燃料的产量和质量。
03-石油的物理性质
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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VI=0～100时
VI L U 100 LH
VI≥ 100时
VI 10 N 1 100 0.00715
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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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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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沸点上升法 测
定 蒸气压渗透法
方
法
冰点下降法
渗透压法
3、石油及其馏分的数均分子量
平均分子量的分布
1200
大庆原油
1000
胜利原油
800
欢喜岭原油
600
400
200
0
>500
200~250 250~300 300~350 350~400 400~450 450~500
沸点范围
图3-3 几种原油馏分的分子量分布
石油各馏分的数均分子量是随馏分的沸 程的上升而增大的。
当沸程相同时，石蜡基的原油如大庆原 油的数均分子量最大，中间基的原油如 胜利原油次之，而环烷基的原油如辽河 欢喜岭原油最小。
表3-2 石油各馏分的平均分子量范围及与碳数的关系
馏分
沸程，℃ 碳数范围 平均碳数 平均分子量
测定装置：相当于14～18块理论板数的填充 精馏柱的精馏装置。
实沸点蒸馏测定过程：
第一步：常压蒸馏，切取从初馏点到200℃的各个 馏分 。
第二步：在残压为1.33KPa左右进行的减压蒸馏， 切取200～ 395℃的各个馏分。
第三步：在残压为0.27KPa下不用精馏柱的减压蒸 馏，切取395～500℃的各个馏分，釜底的残液为 500℃以上的减压渣油。
体系中不同分子的摩尔分率与其相应分子量的 乘积的总和。
M n
n M ii
N M ii Ni
Wi Ni
式中：ni—组分i的摩尔分率； Ni—组分i的摩尔数； Wi—组分i的质量；
（2）重均相对分子质量
石油及产品的理化性质
体系中不同分子的质量分率与其相应分子 量的乘积的总和。
M w
恩式蒸馏、实沸点蒸馏、平衡汽化比较
就曲线的斜率而言，平衡汽化的最平缓，实 沸点蒸馏的最陡；
分离精确度：实沸点蒸馏最高，平衡汽化的 最差；
对同一油样，初馏点以实沸点蒸馏的最低， 其终馏点则最高，50%馏出温度处3条蒸馏曲 线上的温度差别不大；
用恩式蒸馏的50%馏出温度大体表示油品的 平均汽化性能；
将蒸馏过程中的气相馏出温度与相应的馏出物累 计质量收率(m%)作图，即可得到实沸点蒸馏曲线 。
图3-2 原油实沸点蒸馏曲线
三、平衡汽化
也称一次汽化或平衡蒸馏，是指油品在一定的 压力和温度下保持气液两相处于平衡状态下进行分 离。
在一定压力下得到的汽化率与温度之间的关 系曲线，即平衡汽化曲线。平衡汽化曲线的初馏 点，即0%的馏出温度，为该油品的泡点；其终馏 点，即100%的馏出温度，为其露点。
t w
Hale Waihona Puke n witii1
立方平均沸点Tcu（K）：
n
T ( cu
v3 i
Ti )3
i1
n
实分子平均沸点tm（℃ ）： tm xiti i1
中平均沸点tme（℃）：
t tm tcu
me
2
二、实沸点蒸馏
实沸点蒸馏（True Boiling-Point Distillation， TBP）又称真沸点蒸馏，是评价原油的蒸馏方法。
0.132853104 (Tb K )2 0.622170 Tb
Tb — 石油馏分的体积平均沸点，K；
石油及产品的理化性质
表3-1 原油及各馏分油的平均相对分子质量
名称
20℃密度 平均相对分 kg/m3 子质量
碳数
平均碳数
原油
800～1000
汽油馏分 740～ 770 100～ 120
一、恩氏蒸馏
恩氏蒸馏又称为ASTM蒸馏，是属于渐次气 化，基本上不具有精馏作用。随着温度的逐渐升 高，不断气化和馏出的是组成范围较宽的混合物。 因而馏程只是粗略表示油品的沸点范围和一般蒸 发性能。
其测定过程如下:
将100ml油品放入标准的蒸馏瓶中，按规定的加热速度进 行加热。
初馏点(Initial Boiling Point，简称IBP)：馏出的第一滴冷 凝液的气相温度 。
一般用蒸馏曲线的斜率来表示该油品的沸 程的宽窄。
斜率 90%馏出温度 10%馏出温度 90 10
斜率越小，表示沸程越窄。
一般常用平均沸点来表征其气化性能。油
品平均沸点的定义如下：
体积平均沸点tv（℃）：
t t10 t30 t50 t70 t90
v
5
质量平均沸点tw（℃）：
10%、20%……90%馏出温度：馏出液达10ml、20ml、直至 90ml时的气相温度 。
终馏点(End Point)或干点：气相温度所能达到的最高值。
根据测得的馏程数据，以气相馏出温度为纵坐标，以馏 出体积百分数为横坐标作图即可得到某一油品的蒸馏曲线。
图3-1 大庆原油中汽油、喷气燃料、轻柴油馏分的恩氏蒸馏曲线
第二节 平均分子量
石油的分子量是进行炼油设计、关联石油物 性、研究石油的化学组成中所必不可少的基 础数据。由于石油及其产品是由许多分子大 小不同的化合物所组成的复杂混合物，而各 种合物的分子量又各不相同，其范围也很宽，
所以只能用平均分子量来表示。
石油及产品的理化性质
1. 定义
（1）数均相对分子质量
C5～ C11
～8
轻柴油馏分 820～ 870 210～ 240
C11～ C20
～16
润滑油馏分 850～ 940 370～ 500
C20～ C36
～30
渣油
920～ 1000 900～ 1100
>C36
～70
煤油馏分
180～ 200
石油馏分的平均相对分子质量随沸程的升高而增大。
2、数均分子量的测定方法
第三章 石油及油品的物理性质
本章的主要内容：
石油及产品的理化性质
石油的蒸馏曲线 石油的平均相对分子质量 石油的密度与相对密度 石油的粘度 石油的热性质
石油及产品的理化性质
第一节 恩式蒸馏、实沸点蒸馏、平衡汽化曲线
石油及其产品是由许多分子大小不同的烃类 与非烃类所组成的复杂混合物。它们的沸点不象 单体化合物那样具有恒定值，而是随气化的过程 在一定温度范围内逐步升高，这个沸点范围称为 沸程。
wM ii
WM i i W
i
NW2 ii
NM ii
式中：wi—组分i的质量分率
经验方程：
石油及产品的理化性质
M 0.166787103 0.74785Tb 0.149503102Tb2
M 0.184534102 2.29451Tb 0.233246Tb K