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油品蒸發(fā)性能的測定：餾程

[2012/8/13]

　　液體由液態(tài)變成氣態(tài)的特性稱為蒸發(fā)性。絕大部分石油產(chǎn)品是作為液體燃料使用的。汽油、航煤、柴油都是重要的內(nèi)然機(jī)燃料。蒸發(fā)性能是液體燃料的重要特性之一，它對于油品的儲(chǔ)存、輸送和使用均有重要影響。同時(shí)，也是生產(chǎn)、科研和設(shè)計(jì)中常用的主要物性參數(shù)。油品的蒸發(fā)特性通常在其安全和性能方面，特別是燃料和溶劑油，有重要的影響。蒸發(fā)性是決定油品中烴類產(chǎn)生潛在的爆炸蒸氣趨勢的主要決定因素。油品的蒸發(fā)性能可以通過餾程、蒸氣壓和氣液比等指標(biāo)體現(xiàn)出來。

　　一、基本概念

　　1.純化合物的沸點(diǎn)

　　在一定外壓下，當(dāng)純化合物加熱到某一溫度時(shí)，其飽和蒸氣壓等于外界壓力。此時(shí)，在氣液界面和液體內(nèi)部同時(shí)出現(xiàn)氣化現(xiàn)象，這一溫度即稱為沸點(diǎn)。純物質(zhì)的沸點(diǎn)是壓力的單值函數(shù)，與測定方法無關(guān)。在外壓一定時(shí)，純化合物的沸點(diǎn)是一個(gè)恒定值。

　　2.石油產(chǎn)品的沸點(diǎn)

　　石油產(chǎn)品都是復(fù)雜的混合物，它與純化合物不同，沒有一個(gè)恒定的沸點(diǎn)。由于油品的蒸氣壓隨汽化率不同而變化，所以在外壓一定時(shí)，油品沸點(diǎn)隨汽化率增加而不斷升高。當(dāng)溫度達(dá)到某一數(shù)值使組成油品的各個(gè)純烴的蒸氣分壓之和恰與外壓相等，油品即開始沸騰。隨著汽化過程的繼續(xù)，油中的低沸點(diǎn)烴類由于具有較大的蒸氣壓，相對汽化較快。由于沸騰溫度的不斷升高，使殘留液相的組成不斷變重，到快要蒸發(fā)完時(shí)，液相中高沸點(diǎn)烴類相對濃集，沸騰溫度已變得接近油中重組分的沸點(diǎn)。因此，含有多種烴類混合物的油品就沒有固定的沸點(diǎn)，而只有一個(gè)沸點(diǎn)范圍。

　　3.石油產(chǎn)品的餾程

　　油品的沸點(diǎn)是以某一溫度范圍來表示的，這一溫度范圍稱為沸程或餾程。具體檢測儀器可以選用上海羽通儀器儀表廠生產(chǎn)的YT-255系列餾程儀或者是YT-6536系列蒸餾測定儀。餾程即餾分組成，它表示油品在特定儀器中蒸餾時(shí)，體積汽化率與對應(yīng)汽化溫度的關(guān)系。油品的餾程因所用蒸餾設(shè)備不同，測定的數(shù)值也有差別。在石油產(chǎn)品質(zhì)量控制和工藝計(jì)算中，通常使用簡單的恩氏蒸餾設(shè)備來測定油品的沸點(diǎn)范圍。而重質(zhì)石油產(chǎn)品(如蠟油、潤滑油等)和在常壓蒸餾時(shí)分解的石油產(chǎn)品(如重柴油、蠟油等重質(zhì)餾分)的餾程，則使用減壓蒸餾裝置在減壓下進(jìn)行測定。

　　二、測定油品餾程的意義

　　1.餾出物的餾程

　　測定石油煉制過程中餾出物的餾程，通過這些數(shù)據(jù)可以調(diào)控裝置的生產(chǎn)操作條件(如溫度、壓力、塔內(nèi)液面、側(cè)線拔出量、蒸汽用量等)。例如通過航煤餾程的數(shù)據(jù)來確定生產(chǎn)航煤時(shí)的塔頂溫度。若生產(chǎn)出的航煤終餾點(diǎn)高于指標(biāo)，說明塔頂溫度高、壓力低，頂回流或原料帶水多，吹汽多。一般采用加大塔頂回流量，降低塔頂溫度，加強(qiáng)回流和原料的脫水，減少吹汽量等來使煉得的航煤變輕，終餾點(diǎn)降低，但航煤產(chǎn)量相應(yīng)減少。若得航煤終餾點(diǎn)比指標(biāo)低，則又需減少回流量，以升高塔頂溫度，則航煤變重，油量也會(huì)增加。所以，定期作餾程控制分析，準(zhǔn)確及時(shí)與否對產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量至關(guān)重要。

　　2.發(fā)動(dòng)機(jī)燃料的餾程

　　測定發(fā)動(dòng)機(jī)燃料的餾程可鑒別發(fā)動(dòng)機(jī)燃料的蒸發(fā)性，從而判斷油品的使用性能。汽油、噴氣燃料和輕柴油對餾程有嚴(yán)格的要求，原因是它們都在內(nèi)燃機(jī)中燃燒作功。雖然汽油機(jī)、噴氣機(jī)和柴油機(jī)的工作原理不完全一樣，但均要求在燃燒前能充分汽化，和空氣形成均勻的混合可燃?xì)，為燃燒?chuàng)造良好的條件。以汽油機(jī)為例，性能良好的車用汽油在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)使用時(shí)，應(yīng)產(chǎn)生功率大、油耗低、在各種工況下均能順利運(yùn)轉(zhuǎn)而不損壞機(jī)件的良好效果。通過汽油的初餾點(diǎn)可判斷汽油中有無保證發(fā)動(dòng)機(jī)在低溫下易于啟動(dòng)的輕餾分。汽油10%餾出溫度能反映汽油含輕組分的多少，10%餾出溫度不能過高，否則汽車啟動(dòng)就會(huì)發(fā)生閑難，而且容易形成氣阻。汽油50%餾出溫度可判斷汽油中含影響氣化式發(fā)動(dòng)機(jī)加溫速度的較輕餾分?jǐn)?shù)量的多少，反映了汽油影響發(fā)動(dòng)機(jī)暖車、加速性和燃料分配均勻性的平均蒸發(fā)度。50%餾出溫度也不能過高，否則汽油來不及完全氣化就進(jìn)入汽缸內(nèi)，因油氣比小而燃燒不完全，甚至燃燒不起來，會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)無法加速，甚至熄火，且油耗增加，降低了發(fā)動(dòng)機(jī)功率，反映出汽油的加速性能不好。我國規(guī)定車用汽油的50%餾出溫度不高于120℃,90%餾出溫度能反映影響汽油充分蒸發(fā)和燃燒的重組分?jǐn)?shù)量的多少，也與汽油的加速性能有關(guān)，并與終餾點(diǎn)一起反映汽油能否完全燃燒和發(fā)動(dòng)機(jī)的磨損情況。90%餾出溫度和終餾點(diǎn)過高，會(huì)使汽油在汽缸內(nèi)燃燒不完全，降低發(fā)動(dòng)機(jī)功率，耗油增加，并且在汽缸內(nèi)形成積炭。同時(shí)，沒有燃燒的汽油還會(huì)使?jié)櫥驼扯冉档，影響潤滑效果，產(chǎn)生潤滑不良的故障，使機(jī)件磨損增加。97%-98%餾出溫度和90%餾出溫度有相同的意義，并可進(jìn)一步判斷在汽油中有了多少該牌號(hào)汽油中不應(yīng)有的重質(zhì)的、有時(shí)是膠質(zhì)的餾分。終餾點(diǎn)和90%餾出溫度同樣可判斷汽油對潤滑油稀釋的影響。終餾點(diǎn)越接近90%餾出溫度和終餾點(diǎn)、90%餾出溫度越低，則汽油中不易蒸發(fā)的餾分越少，因而其稀釋作用越小。試驗(yàn)證明，使用終餾點(diǎn)為225℃的汽油，發(fā)動(dòng)機(jī)的磨損比使用終餾點(diǎn)為200℃的汽油大1倍、耗油量增加7%。為此，我國規(guī)定車用汽油的90%餾出溫度不高于190℃,終餾點(diǎn)不高于205℃。

　　3.燈用煤油的餾程

　　測定燈用煤油的餾程可控制270℃餾出量不小于70%，終餾點(diǎn)不高于310℃。以限制燈油中的輕重組分含量適當(dāng)，確保燈油在使用中達(dá)到照明度大、火焰均勻、燈芯結(jié)燈花(結(jié)焦)少、耗油量省的要求。煤油中輕餾分過多，因揮發(fā)性大，耗油量也大。重餾分過多，使用時(shí)會(huì)使燈芯毛細(xì)孔堵塞，造成燈芯吸油困難，影響照明光亮度，且燈芯易結(jié)燈花。

　　4.柴油的餾程

　　測定柴油的餾程可判斷柴油在發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室內(nèi)能否迅速蒸發(fā)氣化和燃燒性能的好壞。為保證柴油良好的低溫啟動(dòng)性能，要有一定的輕質(zhì)餾分，使其蒸發(fā)速度加快，有利于形成可燃混合氣，使燃燒速度加快。例如在2000r/min的柴油機(jī)中，要在0.002-0.003s的時(shí)間里形成均勻分布的混合氣，并保證有不太長的滯燃期，否則會(huì)發(fā)生突然爆震，或者有部分燃燒不完全的柴油在高溫下受熱分解，生成部分氣體和難以燃燒的炭渣，使積炭增加，降低發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命，同時(shí)耗油量增加。因此，我國輕柴油指標(biāo)規(guī)定，50%餾出溫度不高于300℃,90%餾出溫度不離于355℃,95%的餾出溫度不高于360一365℃

　　5.重質(zhì)油品的餾程

　　測定重質(zhì)油品及餾分的蒸餾特性，用約一個(gè)理論塔板的減壓裝置蒸餾試樣獲得的沸點(diǎn)范圍，可用于設(shè)計(jì)蒸餾裝置，為工業(yè)生產(chǎn)準(zhǔn)備適當(dāng)?shù)幕旌衔锪。為精制過程進(jìn)料確定合適的產(chǎn)品，為其他目的進(jìn)行工程計(jì)算。而且獲得的沸點(diǎn)范圍直接與粘度、蒸氣壓、熱值、平均相對分子質(zhì)量和許多其他的化學(xué)、物理和機(jī)械性質(zhì)有關(guān)，這些性質(zhì)對產(chǎn)品的使用起決定因素。依據(jù)重油餾程的測定方法還建立了很多與工程設(shè)計(jì)有關(guān)的方法，這些相關(guān)的方法廣泛地用在現(xiàn)代工程操作中。