汽车运行材料课件-第1章-石油.ppt

辽宁工程职业学院辽宁工程职业学院汽车工程系汽车工程系汽车运行材料汽车运行材料课堂要求缺课缺课三分之一三分之一取消考试资格取消考试资格汽车运行材料v能力目标v（1）能正确合理选用汽车车用燃料、润滑油料及工作液v（2）能根据故障现象判断有关燃料、润滑材料及工作液的相关知识。v（3）掌握各种燃料、润滑材料及工作液的使用注意事项v（4）了解各种汽车代用燃料特点和发展前景。v（5）掌握汽车轮胎的特性、分类及应用。v知识目标v（1）掌握车用燃料、润滑材料及工作液的使用性能v（2）熟悉汽车用燃料、润滑材料及工作液的相关知识v（3）掌握各种燃料、润滑材料及工作液的使用注意事项v（4）了解各种汽车代用燃料特点及发展全景v（5）掌握汽车轮胎的特性、分类及应用v素质目标v（1）培养学生踏实严谨、精益求精的工作态度v（2）能建立安全、环保的理念及自觉维护的职业素养v（3）培养学生敬业爱岗、团结协作的工作作风v（4）具备善于观察、思考自主学习的能力卷面成绩卷面成绩*60%信息产业环境保护交通安全石油化工汽油、柴油天然气、油漆轻工业纺织、皮革塑料、玻璃重工业钢铁、冶金、制造、电力服务业运输、维修、配件保险、油站、停车建筑业公路、桥梁、车库劳动就业科学就业汽车材料的应用一辆汽车由约2万个零部件组装而成。汽车上的零件采用了4000余种不同的材料加工制造。以现代轿车为例，按质量来换算，钢材占汽车自重的55%-60%,铸铁占 5%-12%，有色金属占 6%-10%，塑料占 8%-12%，橡胶占 4%，玻璃占 3%，其他材料（油漆、各种液体等）占6%-12%。汽车材料的组成汽车材料汽车工程材料汽车运行材料车用燃料车用润滑油料车用工作液汽车轮胎金属材料高分子材料陶瓷材料复合材料什么是汽车运行材料？所谓汽车运行材料，是指汽车在车辆运行过程中，使用周期短，消耗费用大，对车辆使用性能有较大影响的一些非金属材料。研究汽车运行材料的意义v1、减少燃油、润滑油、橡胶轮胎等材料的消耗量。v2.减小对环境产生的不利影响。按照对汽车运行的作用和消耗方式不同：v车用燃料：为汽车提供动力的可燃物质。v车用润滑油料：用于汽车各相对运动零件摩擦表面间的润滑介质，具有减小摩擦阻力，保护摩擦面的作用。v车用工作液：汽车某些机构工作必须的液料。v汽车轮胎：由橡胶和骨架材料制成，装于车轮轮辋的外周，用以支撑汽车重量和传递驱动力矩。作 业v上网查询一些与石油相关的知识，明天我们一起分享。1.1 石油的基本知识1.1.1 石油的形貌与成因石油的形貌与成因 1.石油的形貌石油的形貌物理性质：石油又称原油，是从地下深处开采的、具有特殊气味的可燃粘稠液体。石油颜色有红色、金黄色、墨绿色、黑色、棕黑色、褐红色等，甚至还有透明的石油。石油颜色取决于胶质、沥青质的含量，含的越高颜色越深。石油的颜色越浅其油质越好，透明的石油可直接加在汽车油箱中代替汽油。a)透明的石油透明的石油 b)黑色的石油黑色的石油 1.1 石油概况石油密度为0.8 1.0 g/cm3，凝固点差别很大（30 -60C），沸点范围为常温到500C以上，粘度范围很宽。可容于多种有机溶剂，不溶于水，但可与水形成乳状液。石油的性质因产地而异，我国主要原油的特点是含蜡较多，凝固点高，硫含量低，镍、氮含量中等，钒含量极少。1.1 石油概况北宋杰出科学家沈括（10311095年）在所著梦溪笔谈记载：延境内有石油，旧说“高奴县出脂水”，即此也。生于水际，沙石与泉水相杂，惘惘而出，土人以雉尾甃之，用采入缶中。颇似淳漆，然之如麻，但烟甚浓，所沾幄幕皆黑。余疑其烟可用，试扫其煤以为墨，黑光如漆，松墨不及也，遂大为之，其识文为“延川石液”者是也。此物后必大行于世，自余始为之。1.1 石油概况盖石油至多，生于地中无穷，不若松木有时而竭。今齐、鲁间松林尽矣，渐至太行、京西、江南，松山大半皆童矣。造煤人盖知石烟之利也。石炭烟亦大，墨人衣。余戏为延州诗云：“二郎山下雪纷纷，旋卓穹庐学塞人。化尽素衣冬未老，石烟多似洛阳尘。”在“石油”一词出现之前，国外称石油为“魔鬼的汗珠”、“发光的水”等，中国称“石脂水”、“猛火油”、“石漆”等。1.1 石油概况2.石油的成因石油的成因在石油地质学界一直存在着激烈的争论。比较有代表性的有无机论和有机论两种学说无机论 即石油是在基性岩浆中形成的。石油来源于地幔，是地幔沿着地壳裂隙上涌过程中的衍生物，是地幔发生热膨胀时，在特定的环境中形成的一种新物质形态。有机论 有机论认为，各种有机物如动物、植物、特别是低等的动植物像藻类、细菌、蚌壳、鱼类等死后埋藏在不断下沉缺氧的海湾、泻湖、三角洲、湖泊等地，经过复杂的物理化学作用，最后逐渐形成为石油。1.1 石油概况有机论 有机论认为，各种有机物如动物、植物、特别是低等的动植物像藻类、细菌、蚌壳、鱼类等死后埋藏在不断下沉缺氧的海湾、泻湖、三角洲、湖泊等地，经过复杂的物理化学作用，最后逐渐形成为石油。1.1 石油概况 石油的勘探和开采远看逃荒的，近看要饭的，原来是搞物探的。1.1 石油概况1.1.2石油的成分与分类石油的成分与分类石油的元素组成：组成石油的化学元素主要是碳（83%87%）、氢（11%14%），其余为硫（0.06%0.8%）、氧（0.08%1.82%）及氮、（0.02%1.7%）微量金属元素（镍、钒、铁等）和非金属元素。由碳和氢化合形成的烃类构成石油的主要组成部分，约占95%99%，含硫、氧、氮的化合物对石油产品有害，在石油加工中应尽量除去。1.1.3石油的烃类组成石油的烃类组成主要包括烷烃、环烷烃和芳香烃。还有少量的烯烃。烷烃 烷烃是开链饱和烃，分子式通式为CnH2n+2，分子结构特点是碳原子间以单链相连成链状，其余价为氢原子所饱和。CH4 在烷烃同系物中，由碳原子数不同，他们的性质也不同。碳原子数1-4为气体。碳原子数从5-16是液体，是汽油和煤油的主要组分；碳原子数17以上是固体，大都存于柴油和润滑油馏分中。烷烃正构烷烃：碳链成直链异构烷烃：碳链带侧链或支链CH3CH2CH2CH2CH2CH3 正己烷 CH3CHCH2CH2CH3CH3 C6H14物理性质由于分子的结构不同会有相似之外，还会有区别。烷烃常温常压下化学性质稳定，不易被氧化变质。但随着温度升高，烷烃的化学性增强。正构烷烃由于碳链直线排列，变得不安定，易被空气氧化生成过氧化物，发火性好，是压然发动机燃料的良好成分；异构烷烃则结构紧凑，性质相对安定，不易被空气氧化生成过氧化物，发火性差，不易发生爆燃，是点燃式发动机燃料的良好成分。环烷烃环烷烃是闭链饱和烃，分子通式为CNH2N，其分子结构特点是碳原子以单链连接成环状，其他键为氢原子所饱和。环烷烃与烷烃相比同为饱和烃，化学性质相似，在常温常压下性质稳定，不易被氧化变质，一般须在接近400度以上才能自然。环烷烃在高温下发火性介于正构烷烃和异构烷烃之间，热值小、凝点低，润滑性好，是汽油和润滑油的良好成分。C6H12 环己烷芳香烃 芳香烃是分子中具有苯环结构的烃，分子式具有不同的通式，如CNH2N-6CNH2N-12等。由于苯环的存在，芳香烃的化学性质很稳定，尤其是没有侧链的芳香烃。由于芳香烃的化学性质稳定，自然点高，不易被氧化，使得其抗爆性较好，而发火性较差，因此，芳香烃是压然式内燃机燃料的不良成分，是点燃式内燃机燃料的良好成分。芳香烃苯 C6H6芳香烃作为点燃式内燃机燃料的组分时，会增大排放废气中有害物质的含量，且由于其燃烧温度较高，使得燃烧产物中的氮氧化物（NOX）的排放浓度增加，这对环境保护十分不利，所以为了满足汽车排放的要求，在点燃式内燃机的燃料中，也要控制芳香烃的含量不要过大。烯烃烯烃是分子结构中含有碳碳双键的不饱和烃。分子式具有不同的通式CNH2N,CNH2N-2。不是所有的石油中都含有烯烃，只是个别石油中才有，烯烃一般是在石油的加工过程中受热分解生成的。因此，石油产品中都有一定数量的烯烃。烯烃 烯烃的双键不稳定，很容易进行加成、氧化和聚合等反应。油品中含有烯烃的话，在储存的过程中容易发生变质，另外，由于烯烃辛烷值高，凝点低，使得它在汽油和柴油中都有一定含量，利用它来改善汽油的抗爆性和柴油的低温流动性。但烯烃对汽车的排放不利，烯烃等有机挥发物是生产臭氧和毒性物质的重要来源，所以在汽车燃料中应严格控制烯烃含量。C=C-C-C-C-C C6H12 己烯-1石油的非烃类组成含硫化合物含氧化合物含氮化合物胶质和沥青质矿物质5石油的馏分组成石油的馏分组成v馏分：石油在分馏过程得到的蒸馏物。v1)把石油按沸点高低切割成几个馏分。v了解馏分中各类化合物的含量和分布规律，以便了解各馏分所对应的石油产品的性能，为石油产品在生产实际中的使用提供指导。v2)按分馏过程，石油的馏分组成分为：v汽油馏分、煤油馏分，柴油馏分和润滑油馏分等.v3)各馏分不等同于汽油、煤油、柴油和润滑油等石油产品，要得到各馏分所对应的石油产品，必须对相应的馏分进行再加工。(1)汽油馏分汽油馏分v汽油馏分：在分馏塔上部得到的轻质馏分v蒸发温度一般在35200范围。v汽油馏分中含的正构烷烃碳原子数多为511，异构烷烃碳原子数稍多，环烷烃和芳香烃多为单环，其中烷烃的质量分数最大,约占50。(2)煤油馏分与柴油馏分煤油馏分与柴油馏分v煤油馏分与柴油馏分为在分馏塔中部得到得中质馏分，v蒸发温度一般在200-350范围。v馏分中含的正构烷烃碳原子数多为1120，异构烷烃碳原子数稍多，环烷烃和芳香烃环数增多，除单环外，还有双环和三环的。v烷烃的质量分数比较大，约占40。(3)润滑油馏分润滑油馏分v润滑油馏分：在分馏塔下部的重质馏分，v蒸发温度一般在350一500范围。v馏分中含的正构烷烃碳原子数多为2036，异构烷烃碳原子数稍多，环烷烃和芳香烃环数多为三环以上。v环烷烃的质量分数较大约占40。1.3 石油的炼制过程1.3.1石油的炼制方法石油的炼制方法常用的石油炼制方法有：常压蒸馏、减压蒸馏、热裂化、催化裂化、加氢裂化、催化重整、烷基化、延迟焦化等。石油加工包括初次加工工艺，二次加工工艺。初次加工工艺是对原油进行加工，从而得到不同的组分。主要方法有：常压蒸馏、减压蒸馏、常减压蒸馏；二次加工工艺是对初次加工工艺得到的组分进行进一步加工，从而得到更高性能的石油产品。主要方法有：裂化、焦化等。1.3 石油的炼制过程1.3 石油的炼制过程1.蒸馏蒸馏 1）常压蒸馏）常压蒸馏常压蒸馏是根据组成石油的各类烃分子的沸点不同，利用加热、蒸发、冷凝等步骤对石油进行直接分馏。常压蒸馏一般将石油分割成沸点范围为35200的汽油馏分，175300的煤油馏分，200350的柴油馏分，350以上的润滑油或裂化原料馏分等组分。1.3 石油的炼制过程石油中各馏分根据自己的沸点和蒸发能力分别到达蒸馏塔相应部位。如轻馏分，沸点低，蒸发性好，能上升到塔顶部位；重馏分，沸点高，蒸发性差，只能留于塔的下部。以上通过直接蒸馏得到的石油馏分，通常称为直馏产品。1.3 石油的炼制过程石油石油石油气石油气石油气石油气(C(C(C(C1111C C C C4 4 4 4)低于低于低于低于20202020汽油汽油汽油汽油(C(C(C(C5555C C C C12121212)20-200)20-200)20-200)20-200煤油煤油煤油煤油(C C C C12121212C C C C16161616)175-275)175-275)175-275)175-275柴油柴油柴油柴油(C(C(C(C15151515C C C C18181818)250-400250-400250-400250-400重油重油重油重油(C(C(C(C20202020)以上以上以上以上 润滑油润滑油润滑油润滑油(C(C(C(C16161616C C C C20202020)高于高于高于高于35035035035025%75%常压分馏常压分馏常压分馏常压分馏1.3 石油的炼制过程2）减压蒸馏）减压蒸馏 减压蒸馏是利用物质的沸点随外界压力减小而降低的原理，通过降低蒸馏的压力，来降低石油中烃分子的沸点，从而将常压蒸馏得到的重油再进行分馏的加工过程。1.3 石油的炼制过程在炼油厂的实际生产工艺流程中，往往把常压蒸馏和减压蒸馏组合进行，称为常减压蒸馏。常减压蒸馏是炼油厂的第一道工序，通过它可以直接从原油中提取石脑油、汽油、煤油、轻柴油及燃料油。1.3 石油的炼制过程常减压蒸馏塔常减压蒸馏塔1.3 石油的炼制过程2.石油的裂化石油的裂化原理：在一定条件下，将相对分子质量较大的烃断裂为相对分子质量较小的烃的过程；目的：提高汽油的产量和质量；原料：重油或石蜡类型：热裂化（500）和催化裂化C16H34 催化剂催化剂加热、加热、加压加压C8H18 辛烷辛烷+C8H16 辛烯辛烯故裂化汽油中含有故裂化汽油中含有不饱和烃不饱和烃。1.3 石油的炼制过程热裂化热裂化热裂化是利用500左右的高温使重油一类的大分子烃受热分解裂化成小分子烃的加工过程。热裂化产品有裂化气、汽油、柴油和渣油等。裂化气的产率约为10，汽油的产率为3050，柴油的产率约为30，渣油的产率约为30。对这些热裂化产品，由于含有较多不饱和烃，使得性质不稳定，易发生变质，所以热裂化方法已逐渐被淘汰。1.3 石油的炼制过程催化裂化催化裂化催化裂化是在催化剂硅酸铝或分子筛的作用和450510的高温条件下，通过对原料油进行裂化、异构化、芳构化、氢转移等反应，使沸点较高的大分子烃裂化为小分子烃的加工工艺。催化裂化产品主要有石油气、汽油和轻柴油。催化裂化由于不饱和烃含量大大减少，所以其产品比热裂化产品安定性好，不易发生变质，是目前普遍采用的炼制方法。1.3 石油的炼制过程加氢裂化加氢裂化加氢裂化是使重质油轻质化的又一种方法。它是在370430的高温和1015MPa的高压，并有钨、钼、镍等催化剂的作用下，加入氢气，对原料油进行加氢、裂化和异构化等反应，从而使重质油转变成饱和的轻质油。加氢裂化的产品有汽油、柴油、润滑油等。加氢裂化的汽油抗爆性好，腐蚀性低；加氢裂化的柴油发火性能好，凝点也低；加氢裂化的润滑油粘温性能好。1.3 石油的炼制过程大庆炼油厂年处理能力大庆炼油厂年处理能力 300kt加氢裂化装置加氢裂化装置 1.3 石油的炼制过程它是对直馏汽油馏分中的正构烷烃和环烷烃，在催化剂作用下，通过进行异构化、芳构化、脱氢等反应，使其烃分子结构进行重新排列而转化为异构烷烃和芳香烃，从而获得高辛烷值汽油。3.催化重整催化重整1.3 石油的炼制过程1.3 石油的炼制过程是指在催化剂作用下，烷烃与烯烃之间发生的化学加成反应。异辛烷是车用汽油的理想调和组分，可使调和汽油的研究法辛烷值高达9295，并且具有良好的挥发性和燃烧性，还不含有烯烃。所以，烷基化对生产高辛烷值汽油具有重要意义。4.烷基化烷基化1.3 石油的炼制过程就是通过缩短减压渣油在高温（500左右）炉管内的停留时间，使减压渣油在炉管内来不及结焦的条件下进入焦炭塔。延迟焦化是为了充分利用能源，以获得更多的轻质油，对减压渣油进行深度加工的一种炼制方法。5.延迟焦化延迟焦化在焦炭塔中，减压渣油在高温下进行充分反应，一方面由大分子烃裂化分解成小分子烃，直至成为气体，另一方面缩合成为石油焦，这样就避免了减压渣油在加热炉管内大量结焦的出现，从而使装置的运转周期得到延长。延迟焦化的产物主要是汽油、柴油、裂化原料油和石油焦等。1.3 石油的炼制过程1.3 石油的炼制过程1.3.2 石油产品的精制方法石油产品的精制方法通过石油炼制方法得到的石油产品大多数为半成品，其中还含有硫化物、氧化物、氮化物、胶质以及不饱和烃等杂质，因此，还需对这些半成品进行精制加工，以除去其中的非理想组分。常用的精制方法有：电化学精制、加氢精制、溶剂精制、白土补充精制、加氢补充精制、脱硫醇精制、溶剂脱蜡、尿素脱蜡、分子筛脱蜡、微生物脱蜡等。1.3 石油的炼制过程1.3.3 石油产品的调和石油产品的调和各种炼制方法得到的燃油馏分，成本不同，质量档次也不同，为保证出厂燃油既符合质量标准，又能降低生产成本，一般要将各种方法得到的燃油馏分进行调和。根据润滑油产品规定的性质要求，将不同加工方法得到的润滑油或不同粘度的润滑油相互混合，并加入一定量的提高润滑油使用性能的添加剂，这一工艺过程就是润滑油的调和。1.燃油的调和燃油的调和 向燃油中加入添加剂以提高燃油性能，这一工艺工程就是燃油的调和。2.润滑油的调和润滑油的调和 1.3 石油的炼制过程1.3.4 辅助添加剂辅助添加剂 为进一步提高石油产品的性能，满足现代机械产品对燃料和润滑油的使用要求，一般需要向石油产品中添入各种辅助添加剂。石油产品辅助添加剂按应用场合分为润滑添加剂、燃料添加剂、复合添加剂和其他添加剂四部分。1.石油产品添加剂分类石油产品添加剂分类2.润滑添加剂润滑添加剂 为改善润滑油的性能而加入的添加剂称为润滑添加剂。按其作用类别，可分为清净剂和分散剂、抗氧抗腐剂、极压抗磨剂、油性剂和摩擦改进剂、粘度指数改进剂、防锈剂、降凝剂、抗泡沫剂等等。1.3 石油的炼制过程为改善燃料的性能而加入的添加剂称为燃料添加剂。3.燃料添加剂燃料添加剂按其作用类别，可分为抗爆剂十六烷值改进剂低温流动性改进剂清净分散剂抗氧防胶剂金属钝化剂等等。1.3 石油的炼制过程蒸馏常压减压裂化热裂化催化裂化加氢裂化催化重整精制调和添加