第三章_石油及油品的物理性质(简化)全解
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石油化学06 第3章 石油及油品的物理性质
第06次课
第3章 石油及油品的物理性质
本章的主要内容： 1 恩氏蒸馏和实沸点蒸馏
2 平均分子量及分子量测定
3 密度和相对密度 4 光学性质 5 粘度 6 热性质
7 其它性质
1 /78
第3章 石油及油品的物理性质→3 密度和相对密度
3 密度和相对密度
原油及油品的密度和相对密度在生产和运输有着重要的
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。
15 /78
第3章 石油及油品的物理性质→3 密度和相对密度→3.6 特性因数和相关指数
3.6 特性因数和相关指数
特性因数K：
1.216 3 T K 15.6 d15.6
相关指数BMCI：
48640 15.6 BMCI 473.7 d15.6 456.8 t v 273
对于任何一种链烷烃或烷基取代的环状烃而言，当碳 数无限大时，即碳链无限长时，即使分子中含有多干个芳 香环或环烷环，这对它的密度的影响已微不足道了。 烃类分子的碳数与其相对密度之间的线性关系可用下
式表示 ：
k d 0.8513 CZ
20 4
对于不同的烃类分子，其中的 k与Z值均不同。
11 /78
式中：—油品的体积膨胀系数 液体受压后，体积变化不是太大，因而通常压力对
液体石油产品的密度的影响可以忽略不计。但在很高的 压力下油品的密度要受到压力的影响
6 /78
第3章 石油及油品的物理性质→3 密度和相对密度→3.3 混合油品的密度
3.3 混合油品的密度 当属性相近的两种或多种油品混合时，其体积具有可加 性，因此混合油品的的密度混可按下式计算：
不要混淆：密度与分子量 石油及其馏分的数均分子量
第3章 石油及油品的物理性质
本章的主要内容： 1 恩氏蒸馏和实沸点蒸馏
2 平均分子量及分子量测定
3 密度和相对密度 4 光学性质 5 粘度 6 热性质
7 其它性质
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第3章 石油及油品的物理性质→3 密度和相对密度
3 密度和相对密度
原油及油品的密度和相对密度在生产和运输有着重要的
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。
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第3章 石油及油品的物理性质→3 密度和相对密度→3.6 特性因数和相关指数
3.6 特性因数和相关指数
特性因数K：
1.216 3 T K 15.6 d15.6
相关指数BMCI：
48640 15.6 BMCI 473.7 d15.6 456.8 t v 273
对于任何一种链烷烃或烷基取代的环状烃而言，当碳 数无限大时，即碳链无限长时，即使分子中含有多干个芳 香环或环烷环，这对它的密度的影响已微不足道了。 烃类分子的碳数与其相对密度之间的线性关系可用下
式表示 ：
k d 0.8513 CZ
20 4
对于不同的烃类分子，其中的 k与Z值均不同。
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式中：—油品的体积膨胀系数 液体受压后，体积变化不是太大，因而通常压力对
液体石油产品的密度的影响可以忽略不计。但在很高的 压力下油品的密度要受到压力的影响
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第3章 石油及油品的物理性质→3 密度和相对密度→3.3 混合油品的密度
3.3 混合油品的密度 当属性相近的两种或多种油品混合时，其体积具有可加 性，因此混合油品的的密度混可按下式计算：
不要混淆：密度与分子量 石油及其馏分的数均分子量
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
石油及油品的物理化学性质
产品质量
石油及油品的性质直接影响到产品的质量和性能，如发动机润滑油的粘度、闪 点等。
产品应用
不同性质的石油和油品适用于不同的产品和应用领域，如航空煤油、柴油等。
石油及油品性质对环境的影响
环境污染
石油及油品的泄露和排放会对环境造成 污染，影响生态平衡。
VS
环境保护
了解石油及油品的性质有助于采取有效的 环境保护措施，减少污染物的排放。
酸碱值
润滑油的酸碱值是表示其酸碱性及氧化稳定性的指标 。酸碱值过高或过低都会影响润滑效果。
燃料油与溶剂油
闪点
燃料油和溶剂油的闪点较低，易点燃，需要特别注意安全。
密度
燃料油和溶剂油的密度较大，具有较高的重量和体积。
04
石油及油品性质的应用与 影响
石油的开采与加工
石油开采
石油的开采过程中，了解石油的物理性质（如密度、粘度等）有助于确定开采方式、设 备和工艺。
石油及油品的物理化学性质
汇报人：
汇报时间：202X-12-21
目录
• 石油的物理性质 • 石油的化学性质 • 油品的物理化学性质 • 石油及油品性质的应用与影响
01
石油的物理性质
密度与比重
01
02
密度
比重
石油的密度是指单位体积的质量，通常以千克/立方米（kg/m³）或 克/立方厘米（g/cm³）表示。
石油加工
石油加工过程（如蒸馏、裂化等）需要利用石油的化学性质，以生产不同种类的油品。
油品的运输与储存
油品运输
油品的物理性质（如闪点、燃点等） 决定了运输方式和安全措施，确保运 输过程中的安全。
油品储存
了解油品的化学性质（如稳定性、抗 氧化性等）有助于选择合适的储存容 器和条件，确保油品质量。
石油及油品的性质直接影响到产品的质量和性能，如发动机润滑油的粘度、闪 点等。
产品应用
不同性质的石油和油品适用于不同的产品和应用领域，如航空煤油、柴油等。
石油及油品性质对环境的影响
环境污染
石油及油品的泄露和排放会对环境造成 污染，影响生态平衡。
VS
环境保护
了解石油及油品的性质有助于采取有效的 环境保护措施，减少污染物的排放。
酸碱值
润滑油的酸碱值是表示其酸碱性及氧化稳定性的指标 。酸碱值过高或过低都会影响润滑效果。
燃料油与溶剂油
闪点
燃料油和溶剂油的闪点较低，易点燃，需要特别注意安全。
密度
燃料油和溶剂油的密度较大，具有较高的重量和体积。
04
石油及油品性质的应用与 影响
石油的开采与加工
石油开采
石油的开采过程中，了解石油的物理性质（如密度、粘度等）有助于确定开采方式、设 备和工艺。
石油及油品的物理化学性质
汇报人：
汇报时间：202X-12-21
目录
• 石油的物理性质 • 石油的化学性质 • 油品的物理化学性质 • 石油及油品性质的应用与影响
01
石油的物理性质
密度与比重
01
02
密度
比重
石油的密度是指单位体积的质量，通常以千克/立方米（kg/m³）或 克/立方厘米（g/cm³）表示。
石油加工
石油加工过程（如蒸馏、裂化等）需要利用石油的化学性质，以生产不同种类的油品。
油品的运输与储存
油品运输
油品的物理性质（如闪点、燃点等） 决定了运输方式和安全措施，确保运 输过程中的安全。
油品储存
了解油品的化学性质（如稳定性、抗 氧化性等）有助于选择合适的储存容 器和条件，确保油品质量。
第三章__石油及油品的理化性质
2011-9-18
石油加工工程
5
对于纯烃化合物或沸点范围较窄的石油馏分（ 对于纯烃化合物或沸点范围较窄的石油馏分 （ 指实沸点 蒸馏温度差小于30℃的馏分） 可根据其特性因数 特性因数K和 蒸馏温度差小于 ℃的馏分），可根据其特性因数 和平 均沸点，利用公 通过迭代法计算其蒸气压； 均沸点，利用公式3-7至3-12通过迭代法计算其蒸气压； 至 通过迭代法计算其蒸气压 当蒸气压接近常压时，此方法较为可靠。 当蒸气压接近常压时，此方法较为可靠。 石油馏分蒸汽压的表示方法： 石油馏分蒸汽压的表示方法： 的表示方法
2011-9-18 石油加工工程 2
蒸汽压、 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、 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， 蒸汽压、沸程来描述。 的重要性质，用蒸汽压、沸程来描述。 来描述
一、 蒸汽压
定义： 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， 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汽化。 称蒸气压。蒸气压愈高的液体愈易于汽化。 1. 纯烃的蒸汽压 对同族烃类，在同一温度下，相对分子质量较大的烃类的 对同族烃类，在同一温度下，相对分子质量较大的烃类的 蒸气压较小。对某一纯烃而言， 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。 而增大。
2011-9-18 石油加工工程 8
恩氏蒸馏测定器
油品放入标准的蒸馏瓶中， 将 100mL油品放入标准的蒸馏瓶中 ， 按规定条件加热 ， 流出 油品放入标准的蒸馏瓶中 按规定条件加热， 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 所 对 应 的 气 相 温 度 分 别 被 称 为 10% 、 20%……90%点的 馏出温度 ， 蒸馏到最后所能达到的 最高气相温 点的馏出温度 蒸馏到最后所能达到的最高气相温 点的 馏出温度， 称为终馏点或干点 终馏点或干点。 初馏点到干点（终馏点）的温度范围称 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。 馏程。 2011-9-18
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。
石油及油品的理化性质简介资料
2019/4/30
炼油工艺学
28
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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炼油工艺学
21
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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炼油工艺学
22
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。
2019/4/30
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炼油工艺学
5
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。
第三章 石油的物理性质
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
C5～ C11
～8
轻柴油馏分 820～ 870 210～ 240
C11～ C20
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
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
200~250 250~300 300~350 350~400 400~450 450~500
>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。
～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。
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。
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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。
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。
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 蒸气压较小。
(
I
)
141 .5 d 15.6
15.6
131
.5
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； 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
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
t 4
d
20 4
用途：tm主要用于求油品的假临界温度(Tc’)和偏心因数(ω)
5．中平均沸点tme
tme tv 4 ln 4 1.53181 0.012800tv0.6667 3.6467S 0.3333
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)
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。
特性因数，K 原油类别
>12.1 石蜡基
11.5～12.1 中间基
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
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)
比重指数
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
tV
t10 t30
t50 5
t70 t90
用途：由tv可求得其他平均沸点
2．质量平均沸点(tw)
tw tv 1 ln 1 3.64991 0.027060tv0.6667 5.16388S 0.25
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。
K
1.2163
T
/
d15.6 15.6
对于石油馏分，计算K值时温度T为中平均沸点
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
tm tv 2
ln 2 1.15158 0.011810tv0.6667 3.70684S 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
ln 3 0.82368 0.089970tv0.45 2.45679S 0.45
(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
n
混 vi i i 1
1 n wi
i1 i
属性相差很大的两类组分(如烷烃和芳香烃)混合时，
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
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)
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 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。