石油化学.pptx

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第五章 石油产品使用性能,及其与化学组成关系,第1页,不一样应用场所对石油产品提出了许多不一样使用要求，而油品使用性能与其化学组成之间含有亲密关系。,本章主要讲述主要石油产品（汽油、柴油、喷气燃料、润滑剂、石油沥青、石油蜡、石油焦、燃料油）使用性能与其化学组成之间关系。,第2页,我国当前将石油产品分为六大类,燃料：汽油、柴油、灯用煤油、喷气燃料、重质燃料油。,润滑剂：润滑油和润滑脂。,石油沥青：道路沥青和建筑沥青。,石油蜡：液体石蜡、石油脂、石蜡、微晶蜡。,石油焦炭：电极焦炭、燃料焦炭等。,溶剂与化工原料：芳烃溶剂、溶剂油等。,第3页,我国石油产品组成(1990年)（m%）,汽 油 22,喷气燃料 4,柴 油 26,汽柴比1：1.18,燃料油 33,润滑油（及脂）2,石油沥青 23,石油蜡 1,石油焦 12,石油溶剂和化工用原料 8,合 计 100.0,第4页,我国石油产品组成(1998年)（m%）,汽 油 22.4,喷气燃料 3.5,柴 油 33.1,汽柴比1：1.48,燃料油 13.6,润滑油（及脂）1.6,石油沥青 2.5,石油蜡 0.8,石油焦 2.5,石油溶剂和化工用原料 20.0,合 计 100.0,第5页,1、燃料占石油产品70%。其中包含,汽 油 20%,柴 油 36%汽柴比1：1.80,航空煤油 5%,燃料油 10%（作为锅炉燃料）,2、化工轻油+其它石油产品（包含润滑剂、石油沥青、石油蜡、石油焦、石油溶剂等）29%,第6页,2.03+2.39亿吨=4.41亿吨,1、燃料 约占石油产品66%。其中包含,汽 油 16.1%0.7118亿吨,柴 油 35.6%1.5729亿吨 汽柴比1：2.2,航空煤油 约4%0.1750亿吨,燃料油 约10%0.4295亿吨（作为锅炉燃料）,2、化工轻油+润滑剂、石油沥青、石油蜡、石油焦、石油溶剂等其它石油产品,第7页,公安部交管局数据：截至9月底,我国机动车保有量达1.99亿辆，,其中汽车8500多万辆，摩托车1.14亿辆。,每年新增机动车多万辆；,日,本,7500,万辆汽车保有量,美国,2.85,亿辆汽车保有量,第8页,我国原油产量1.89亿吨()世界第5位；进口原油2.038亿吨；整年原油消费约4.1亿吨,美国原油产量2.67亿吨()，原油消费8.31亿吨,日本原油消费2.07亿吨,第9页,可怕数据！,未来怎么办？,第10页,第一节 汽油,一、汽油机工作过程,1.汽油机结构及其工作原理,汽油机又称点燃式发动机，主要用于轻型汽车、螺旋桨飞机和快艇等。,第11页,图5-1-1汽油机(点燃式发动机)原理结构图,1-浮子室;2-浮子;3-针形阀;4-导管;5-喷嘴;,6-喉管;7、8-节气阀;9-混合室;10-活塞;,11-火花塞;12-进气阀;13-排气阀;14-弹簧,传统汽油机示意图,第12页,图5-1-2 汽油机下止点与上止点示意图,压缩比:V,1,/V,2,，表征汽油发动机性能一个主要指标；,冲程：从上止点到下止点直线距离。,第13页,上止点：活塞在气缸中上行所能到达最高位置，此时气缸中容积为燃烧室体积V,2,。,下止点：活塞在气缸中下行所能到达最低位置，此时气缸中容积为,气缸总体积V,1,。,第14页,进气过程：,活塞又上止点运行到下止点，活塞上方容积增大，气缸内压力降低；,汽油在喉管处与空气混合，然后进入混合室；在混合室内汽油开始气化并与空气形成可燃性混合气。,普通汽油机都是四冲程循环工作（进气、压缩燃烧膨胀作功、排气）。有汽油机是两冲程。,第15页,进气阀启开，可燃性混合气经进气阀进入气缸，被气缸和活塞等高温机件及残余废气加热，进气终了混合气温度T可达85130。,第16页,图5-1-2 单缸四冲程汽油机工作循环,P,压,=0.71.5MPa,T,压,=300450,P,燃max,3.04.0MPa,T,燃max,2500,T,进气,=85130,第17页,压缩过程：,活塞由下止点 运行至上止点，进气阀与排气阀关闭，气缸内可燃性混合气被压缩，温度与压力逐步升高。,压缩终了时，可燃性混合气温度与压力取决于压缩比，普通压力P=0.71.5MPa，温度T=300450。,第18页,做功过程（点火燃烧）：,压缩终了时，活塞靠近上止点，火花塞发出电火花即刻点燃混合气，混合气猛烈燃烧，火焰以2030m/s速度向四面传输。燃烧产生大量热能，使气缸内温度和压力骤增，最高温度可达2500，最高压力可达3.04.0MPa。,第19页,高温高压气体使活塞由上止点运行至下止点。活塞运动经过连杆使曲轴旋转而对外做功。,活塞到达下止点时，做功过程结束，燃气温度降至9001200，压力降至0.40.5MPa。,第20页,排气过程：,做功结束后，排气阀启开，活塞由下止点运行至上止点。,燃烧后废气被排出气缸，排出废气温度为700800。,第21页,汽油机经历进气、压缩、膨胀做功和排气四个过程之后，汽油机完成一个工作循环，紧接着进入下一个工作循环，如此周而复始，往复进行。,普通汽油机都是由四个或六个气缸按一定次序组合而连续进行工作。,化油器供油系统直喷式供油（电喷）,第22页,汽油机对其燃料要求：,蒸发性能良好；,燃烧性能良好，不产生爆震；,储存安定性好，生成胶质倾向小；,对发动机没有腐蚀性。,第23页,二、汽油蒸发性,汽油蒸发性是汽油最主要特征之一。,汽油机转速极快，,每冲程时间只有0.010.03秒。,所以要求汽油能与空气在极短时间内快速气化，形成可燃性混合气。,第24页,要想使汽油在如此短时间内与空气形成均匀可燃性混合气，,汽油蒸发性好坏是决定性原因,，只有当汽油含有良好蒸发性时，发动机才能正常运转。,第25页,假如汽油蒸发性太差，汽油气化不完全，造成汽油机功率降低，起动和加速都较困难。,假如汽油蒸发性太强，汽油在输油管中因气化而产生气阻，造成供油不足。,反应汽油蒸发性能质量指标是,馏程,和,饱和蒸气压,。,第26页,馏程：,t,10,、,t,50,、,t,90,和,EP,（1）10%馏出温度 t,10,：表示含低沸点馏分多少，表示汽油机起动难易程度。,T,10,适当低,，表示含低沸点馏分较多，低温下易起动,t,10,过低，表示含低沸点馏分太多，易于发生气阻（何谓气阻）。,我国要求车用汽油 t,10,70,o,C。,第27页,表5-1-1 汽油10%馏出温度与发动机快速,起动最低温度关系,10%馏出,温度，,54,60,66,71,77,82,最低起动,温度，,-21,-17,-13,-9,-6,-2,表5-1-2 汽油10%馏出温度与开始产生气阻温度关系,10%馏 出,温 度，,40,50,60,70,80,开始产生气阻,温度，,-13,+7,+27,+47,+67,第28页,（2）50%馏出温度t,50,：表示汽油,平均蒸发性能,，与汽油机起动后升温时间长短以及加速性能有亲密关系。,t,50,低,，表示常温下蒸发快、蒸发多汽油机升温时间短。加速灵活，运转柔和；,t,50,高，表示加速时汽化不完全，燃烧不充分，严重时会熄火。,我国要求车用汽油 t,50,120,o,C。,第29页,（3）90%馏出温度t,90,和终馏点（干点）,EP：表示汽油中重馏分含量多少；,t,90,或 EP 高：汽油中重馏分含量高，汽油蒸发和燃烧不完全，气缸积灰增多，耗油率上升，同时蒸发不完全汽油重质部分会流入曲轴箱，稀释润滑油而加大磨损。,我国要求车用汽油 t,90,190,o,C,EP 205,o,C。,第30页,表5-1-3 汽油干点与发动机活塞磨损及汽油消耗量关系,汽油干点,发动机活塞相对磨损,%,汽油相对消耗量,%,175,97,98,200,100,100,225,200,107,250,500,140,第31页,二、饱和蒸气压-Reid Vapor Pressure RVP),GB257要求仪器,(燃料蒸气与液体体积比4：1，38,o,C)。衡量汽油在汽油机供油系统是否轻易产生气阻指标，同时还可相对衡量汽油在储存运输中损耗倾向。,RVP大，蒸发性强，易于冷起动，但产生气阻倾向大，蒸发损耗大。,第32页,我国车用汽油要求：,冬用型(9月1日2月28日)：RVP,80,或88KPa,夏用型(3月1日8月31日)：RVP,67,或74KPa。,航空汽油要求：,RVP2748KPa,（高空气压低，蒸发性更不能太强）,第33页,三、汽油安定性,汽油安定性定义：,汽油在贮存和使用条件下保持其原有质量不变性质，称为其安定性,；,汽油在常温和液相条件下抵抗氧化能力。,安定性差汽油，在储存和运输过程中易发生氧化反应生成胶质，使,油品颜色变深，并产生胶状沉淀,。,第34页,安定性差,汽油产生后果：,油箱、滤网、气化器中形成胶状物，,影响供油,。,沉积在电火花塞上胶质在高温下形成,积炭而短路,。,沉积在进、排气阀上积炭，造成,阀门关闭不严,。,沉积在气缸盖、活塞上积炭（积灰），造成气缸,散热不良,，温度升高，以致,增大爆震燃烧倾向,。,第35页,1.烃类液相氧化机理,因为汽油氧化安定性包括烃类液相氧化机理，烃类液相氧化理论基础：,巴赫-恩格勒,过氧化物理论,和谢苗诺夫,自由基链反应理论,是烃类液相氧化过程基础。,第36页,烃类液相氧化是指在烃类沸点温度以下烃类进行氧化反应，通常是在常温下进行，因而也称自动氧化。,烃类液相氧化遵照自由基链反应机理。,链引发,链延续,链退化分支,链终止,第37页,链引发（最困难反应步骤）：,烃类分子受氧分子攻击,假如存在变价金属，或者光辐射,链增加：,加成反应，快反应,慢反应,第38页,链退化分支：,生成过氧化物ROOH能够继续分解（含有退化分支特点），即：,生成自由基如RO,和,R,还能够引发新链反应,。,分支反应,第39页,过氧化物ROOH,反应活性,大大低于自由基，因而可转化成稳定产物如醛、酮、醇等。,所以，因为退化反应，造成这种分支链反应速度比较缓解，故称之为退化分支链反应。,退化反应,第40页,链终止：,因为自由基相互之间结合而消失。,第41页,图5-1-4 烃类液相氧化反应速率曲线,氧化产物收率,醛酮醇等,第42页,烃类液相氧化分为三个阶段:,诱导期：燃料与氧气接触后没有发生显著改变一段时间，在此阶段氧化反应速度很慢，氧化产物生成较少。,加速期：氧化反应加速进行，氧化产物快速增加。,平缓期：氧化反应速度减缓或趋于停顿。,第43页,图5-1-5 烃类液相氧化产率曲线,第44页,在诱导期，自由基较少，氧化中间产物,ROOH浓度较低,，氧化退化分支反应链不多，氧化反应进行迟缓。,在加速期，自由基和过氧化物浓度较大，,退化分支链快速发展,，氧化反应加速进行，氧化产物浓度急剧增加。,在平缓期，因为反应物和过氧化物大量消耗，二者浓度降低，氧化反应速度减缓或趋于停顿。,第45页,3、影响安定性原因,（,1）根本原因：化学组成（内因）；,（2）外界条件影响（外因）,第46页,（1）根本原因：化学组成,烷烃、环烷烃、芳烃：常温下难氧化；,不饱和烯烃：易于氧化、叠合，从而生成胶质，是汽油中不安定主要原因。,产生胶质倾向：,共轭二烯 二烯烃环烯 链烯烃,直链烯烃 异构烯烃,共轭二烯、环二烯（环戊二烯类），最不稳定,带不饱和侧链芳烃也较易氧化。,含硫化合物：硫酚和硫醇促进生成胶质；,含氮化合物造成生胶质、变色，甚至产生胶状沉淀。,第47页,车用汽油是各种加工过程汽油馏分调合产物，不一样起源汽油对安定性贡献不一样直馏汽油不含不饱和烃，安定性很好；,加氢汽油不含不饱和烃，安定性很好；,催化裂化汽油，烯烃含量较多，但二烯烃极少，安定性普通或较差；,热加工汽油（焦化和热裂化汽油）含有大量不饱和烃包含二烯烃以及其它非烃化合物，其安定性很差；普通需要加氢精制才可满足安定性要求；,重整汽油没有不饱和烃，安定性很好。,第48页,（,2）外界条件影响（温度,金属和氧环境等）,温度上升，氧化加紧：每升高10,o,C，胶质生成速度上升2.42.8倍。,金属表面作用：Cu、Fe、Zn、Al、Sn含有催化氧化活性，使汽油安定性下降。,与空气接触面积，越大，越快。,水分影响，有水，胶质生成速度比没有水要快得多。,第49页,金属,铜,25,铁,71,锌,79,铝,83,锡,85,表5-1-4 金属表面对汽油氧化诱导期影响,有金属存在时诱导期,原诱导期,%,第50页,在所列各种金属中铜含有最大催化活性，汽油诱导期降低75%，铁、锌、铝、锡也能使汽油诱导期缩短，安定性降低。,第51页,能够经过添加抗氧剂提升汽油安定性，技术基础-消弱过氧化物,。,在汽油氧化过程中金属表面只是对燃料中存在抗氧剂起消耗或破坏作用，而对纯烃类包含不饱和烃氧化实际上没有影响。原因可能是抗氧剂被吸附在金属表面，从而限制了抗氧剂对燃料氧化抑制作用。,第52页,4、评定汽油安定性指标,（1）碘值,定义：利用,碘与不饱和烃加成反应,，测定汽油中不饱和烃含量。以100克样品消耗碘克数来表示，即,gI,2,/100g,。,碘值越大，汽油中不饱和烃含量越高，其安定性越差。,第53页,（2）实际胶质,定义：在150温度下，用热空气吹过汽油表面，使它蒸发至干，所留下棕色或黄色残余物就是实际胶质，以100mL试油中所得残余物毫克数来表示。,实际胶质可用来表征进气管道和进气阀上可能生成沉积物倾向。,小于5mg/100mL,第54页,（3）诱导期,定义：把一定量油样放入标准钢筒中，充入氧气至0.7MPa，放入100水中，从油样放入100水中开始到氧压显著降低所经历时间即为诱导期，以分钟表示。,诱导期较长汽油在储存时胶质生成速度较慢，宜于长久保留。,诱导期要求大于480min。,第55页,表5-1-5 车用汽油诱导期与胶质改变关系,项目,汽油,汽油,诱导期，分,270,360,实际胶质,mg/100mL,出厂时,0.4,0.4,一年后,22.0,4.6,二年后,32.0,8.8,三年后,95.6,10.4,第56页,四、汽油抗爆性,抗爆性：衡量燃料是否易于发生爆震性质。,1、汽油机正常燃烧与爆震燃烧,汽油在发动机中燃烧会出现机身强烈震动情况，并发出金属敲击声，同时，发动机功率下降，排气管冒黑烟，严重时造成机件损坏。这种现象便是爆震(Detonation 或Knock)，也叫敲缸或爆燃。原因,（1）发动机工作条件；（2）燃料性能。,第57页,（1汽油机正常燃烧,第58页,焰前反应：在汽油机压缩过程中，可燃混合气温度和压力上升很快，汽油开始发生氧化反应并生成一些过氧化物。,火花塞点火后，在火花附近混合气温度急剧增加，出现最初火焰中心。,燃烧早期,第59页,火焰中心形成之后，发生火焰传输现象。,火焰前锋逐层向未燃混合气推进，未燃混合气因受到热辐射而造成其温度升高，同时已燃混合气因燃烧膨胀而压缩未燃混合气造成其压力也升高。,燃烧期,第60页,这么火焰以球面形状向周围扩散，使燃料逐层发怒燃烧，直到绝大部分燃料燃尽为止。,火焰传输速度为2030m/s，压力改变也比较平缓。,第61页,（2）汽油机爆震燃烧,B 自燃火源,第62页,爆震现象,汽油在发动机中燃烧不正常时，会出现机身强烈振动情况，并发出金属敲击声，同时发动机功率下降，排气管冒黑烟。严重时还会造成机件损坏，又称为敲缸或爆燃。,第63页,爆震燃烧产生过程：,在燃烧过程后期，火焰中心在气缸传输过程中，未燃混合气因受到已燃混合气热辐射和压缩，造成其温度和压力急剧升高，氧化反应速度加紧，形成大量过氧化物并发生分解反应。,第64页,在最初火焰前锋还未抵达之前，未燃混合气局部温度已超出其自燃点而发生爆炸性燃烧，这么就出现,两个或多个燃烧中心,，火焰前锋不象正常燃烧时那样逐层推进，而是,对立推进，产生爆震波，,同时,气缸内局部,温度和压力,急剧升高。,第65页,爆震燃烧特征,爆震波推进速度：2300m/s,燃气局部压力：10MPa以上,气缸内局部温度：2500,第66页,汽油爆震燃烧危害,爆震波撞击燃烧室壁、活塞顶、气缸壁，引发震动，并发出尖锐金属敲击声，机件磨损增加，发动机因局部过热而被烧坏。,局部高温析碳，燃料燃烧不完全而冒黑烟，造成燃料浪费，能耗增加，发动机功率降低。,燃料燃烧不完全产物排放到大气中后，会造成环境污染。,第67页,汽油爆震燃烧产生原因,原因之一：,燃料性质,是产生爆震,内因,，在发动机结构已确定情况下，燃料抗爆性好坏对产生爆震含有决定性影响。,假如燃料自燃点越低，其抗爆性越差，产生爆震倾向也就越大。,第68页,原因之二：,发动机结构,与发动机压缩比有亲密关系。,与发动机着火提前角相关。,与气缸尺寸、燃烧室形状及火花塞位置相关。,第69页,（3）正常燃烧与爆震燃烧之间比较,项目,正常燃烧,爆震燃烧,T,max,，,1800,2500,P,max,，Mpa,34,1016,火焰传输速度,m/s,2030,2300,第70页,2、评定汽油抗爆性指标,汽油抗爆性是用辛烷值（Octane Number，简称ON）来表示，辛烷值越高，抗爆性越好。,第71页,辛烷值在标准试验用单缸发动机中将待测试样与标准燃料试样进行对比试验而测得。,标准燃料：要求正庚烷辛烷值为0,而异辛烷（2,2,4-三甲基戊烷）辛烷值为100。二者混合物以其中异辛烷体积百分含量为混合物辛烷值。,第72页,辛烷值,测定方法：用待测试样与一系列辛烷值不一样标准燃料在标准试验用单缸发动机上进行比较，与所测汽油抗爆性相同标准燃料辛烷值也就是所测汽油辛烷值。,第73页,（2）车用汽油辛烷值测定方法,测定方法主要有两种：,马达法辛烷值（简称MON）,研究法辛烷值（简称RON）,用研究法测定时，因为发动机转速和混合气温度与马达法相比都较低，因而所得RON比MON要高510个单位。,第74页,还有两种表示汽油辛烷值方法：,道路辛烷值：,（Road Octane Number）：用汽车进行实测或全功率试验台模拟汽车在公路上行驶条件下进行测定，也可由RON或MON经验关联出，介于RON和MON二者之间。,抗爆指数：,：（MON+RON）/2，Octane Number Index）能够近似表示汽油道路辛烷值。,。,第75页,3、汽油抗爆性与其化学组成关系,（1）各族烃类辛烷值,汽油抗爆性取决于其化学组成。,第76页,表5-1-6 各族烃类辛烷值,烃类,研究法（RON）,马达法（MON）,正丁烷,94,90,异丁烷,101,98,正戊烷,62,62,2-甲基丁烷,92,90,2,2-二甲基丙烷,85,80,正己烷,25,26,2-甲基戊烷,73,73,2,2-二甲基丁烷,92,93,正庚烷,0,0,2-甲基己烷,42,46,2,2-二甲基戊烷,93,96,2,2,3-三甲基丁烷,100,100,第77页,烃类,研究法（RON）,马达法（MON）,正辛烷,-,-17,2-甲基庚烷,22,13,2,2-二甲基己烷,72,77,2,2,3-三甲基戊烷,100,100,2,2,4-三甲基戊烷,100,100,1-己烯,76,63,2-己烯,93,81,4-甲基-2-戊烯,99,84,1-辛烯,29,35,2-辛烯,56,56,续表5-1-6 各族烃类辛烷值,第78页,烃类,研究法（RON）,马达法（MON）,3-辛烯,72,68,2,2,4-三甲基-1-戊烯,100,86,环戊烷,-,85,甲基环戊烷,91,80,乙基环戊烷,67,61,正丙基环戊烷,31,28,异丙基环戊烷,81,76,环己烷,83,77,甲基环己烷,75,71,乙基环己烷,46,41,正丙基环己烷,18,14,续表5-1-6 各族烃类辛烷值,第79页,烃类,研究法（RON）,马达法（MON）,苯,100,100,甲苯,100,100,二甲苯,100,100,乙基苯,100,98,正丙基苯,100,98,异丙基苯,100,99,1,3,5-三甲基苯,100,100,续表5-1-6 各族烃类辛烷值,第80页,3、汽油抗爆性与化学组成关系,（1）同族烃，分子量越大，辛烷值越低,（2）不一样族烃，,分子量靠近时，芳烃 异构烷烃和异构烯烃 正构烯烃及环烷烃 烷烃,（3）烷烃取代基越多，排列越紧凑，辛烷值越高4）烯烃辛烷值大于同碳数正构烷烃，但烯烃RON与MON相差比较大。双键靠近中间烯烃辛烷值上升。异构化程度增加，辛烷值上升。,第81页,（5）环烷辛烷值远大于同碳数正构烷烃，辛烷值小于同碳数异构烷烃。带有正构取代基后，辛烷值下降。取代基越长辛烷值越小。,（6）芳烃辛烷值很高，大于100，带侧链后，辛烷值略有下降。,各种烃类,调和辛烷值不含有简单加合性，,普通烷烃与芳烃或烯烃调和，其辛烷值含有增值效应。,第82页,（2）各种汽油辛烷值,直馏汽油辛烷值,原 油,不一样沸程直馏汽油MON,IBP130,IBP180,IBP200,大庆,53,42,37,胜利,63,58,55,大港,62,54,50,华北,52,44,41,江汉,63.5,55,52,双喜岭,-,62,60,表5-1-7 直馏汽油辛烷值与馏分轻重关系,第83页,同一个原油直馏汽油，馏分越轻，其抗爆性越好。,不一样基属原油直馏汽油，石蜡基原油辛烷值低高，环烷基原油最高，中间基原油辛烷值介于二者之间。,因为直馏汽油抗爆性达不到车用汽油抗爆性要求，为此必须与辛烷值较高组分进行调合后方可出厂。,第84页,催化裂化汽油,催化裂化装置是我国炼油厂中仅次于常减压装置最主要原油二次加工装置，催化裂化汽油是我国当前车用汽油主要起源（占7080）。因为它,含有较多芳烃、异构烷烃和烯烃，因而其抗爆性很好，RON为8890。,第85页,催化重整及烷基化汽油,催化重整汽油,因含有较多芳烃和异构烷烃，,因而其RON可达90以上。,烷基化汽油主要组分是异辛烷，因而其抗爆性很好，RON可达9396。,催化重整汽油和烷基化汽油都是高辛烷值汽油调合组分,。,第86页,热转化汽油,因为热转化（热裂化、延迟焦化、减粘裂化）过程汽油含有较多烯烃和二烯烃，其安定性相当差，抗爆性也不是很好，因而基本不用作车用汽油。,第87页,4、汽油机压缩比与爆震燃烧关系,汽油机是否产生爆震燃烧，除了与汽油抗爆性相关外，还与汽油机压缩比有亲密关系。,第88页,表5-1-8 汽油机压缩比对混合气温度和压力影响,压缩比,6,7,8,9,10,11,12,压缩后温度，,387,426,457,490,518,540,558,压缩后压力,MPa,1.05,1.30,1.66,1.95,2.24,2.55,2.85,注：压缩前混合气温度为100，压力为0.1MPa。,压缩比越大，压缩终了时混合气温度和压力越高，产生爆震倾向越大。,第89页,汽油机压缩比越大，所需汽油辛烷值就越高。,第90页,压缩比,6,8,10,相对热效率，%,100,114,120,相对油耗，%,100,88,83,表5-1-9 汽油机压缩比与热效率和油耗关系,压缩比越高，汽油机热效率越高，油耗越低。,汽车发展方向是提升汽油机压缩比，汽车发展对于汽油要求就是提升汽油辛烷值。,第91页,五、,汽油发展历程,1来汽油质量标准不停提升主要原因：,一是为了提升热效率，汽油机压缩比不停增大，对应地对辛烷值要求也就越来越高，从早期辛烷值60，逐步提升至靠近100；,二则是为了保护环境，控制其污染物排放，从而对其中铅、硫、芳香烃和烯烃等含量限制得越来越严格。,第92页,19301970炼油工业生产高辛烷值汽油伎俩:,扩大汽油起源及加铅20世纪初叶出现了辛烷值较高热裂化汽油；19加入四乙基铅也可改进汽油抗爆性能；,从汽油馏分组成上看，馏分越轻，其抗爆性越好-添加正丁烷等轻烃;,从汽油化学组成上看，芳烃、异构烷烃、烯烃是高辛烷值组分-在直馏和热裂化汽油基础上多加芳香烃,催化裂化汽油等调和组分。,第93页,直接危害：,含铅汽油,中四乙基铅Pb(C,2,H,5,),4,本身就是危害人体健康剧毒物质，携铅剂如溴代乙烷等（生成,卤化PbBr,2,）也是有害物质；汽油中,各种芳烃,也对人体含有毒害作用。,问题出现：,从环境保护角度来看,第94页,间接危害：,内燃机排放尾气中因含有大量CO、CO,2,、SO,2,、SO,3,、NO,x,、挥发性有机物等，这是造成空气污染元凶之一，尤其是与烃类在日光作用下发生光化学反应生成臭氧和光化学烟雾。,所以上述有些提升汽油辛烷值方法是与环境保护和维护人体健康背道而弛。,第95页,近年来，各国政府都已意识到，环境保护与经济发展一样主要，因而对环境保护要求也越来越高。为了保护环境，必须禁止使用含铅汽油和限制汽油中芳烃含量。,第96页,1.汽油无铅化,上世纪末叶各国相继限制汽油中含铅量，而且要求越来越严格，直至当前已完全禁止使用（我国也已禁止）。,2.新配方汽油,美国于1990年提出了Clean Air Act Amendments（CAAA），推行所谓“新配方汽油”（Reformulated Gasoline，RFG）。,3.清洁汽油,深入控制SO,X,、NO,X,、CO、挥发性有机化合物，汽车排放标准不停提升,第97页,新配方汽油1990年CAAA从保护环境角度，对汽车排放,SO,X,、NO,X,、CO、VOC及微粒,等污染物提出了更为严格限制。要求显著降低汽油其中,苯、芳烃、硫、烯烃(尤其是戊烯),等含量及汽油,蒸气压,，而其,抗爆指数,仍需保持在87以上。,采取主要办法就是在汽油中加入一定量醚类化合物，如,甲基叔丁基醚（MTBE）,、乙基叔丁基醚（ETBE）、叔戊基甲基醚（TAME）等。,新配方汽油要求其含氧量不低于2.0%。,2、,新配方汽油,第98页,表5-1-11 几个醚类化合物性质,性 质,甲基叔丁基醚(MTBE),乙基叔丁基醚(ETBE),叔戊基甲基醚(TAME),相对密度,0.741,0.750,0.750,RON,118,118,115,MON,101,101,100,氧含量,m%,18.2,15.7,15.7,沸点,553,72.8,86.3,蒸汽压,kPa,51,40,22,第99页,醚类化合物作为汽油组分含有以下特点：,优点：,辛烷值高；,燃烧性能良好，热效率高；,醚类蒸气压低，挥发损失小；,醚类与烃类完全互溶；,含有良好化学稳定性。,第100页,缺点：,醚类价格比汽油要高；,MTBE本身无毒性，并可有效降低空气污染，但对地下水和饮用水源会组成不可逆污染，所以有些国家和地域已禁止使用。,但在我国车用汽油中，MTBE所占份额极少，仍将会有一定发展，以满足增产高辛烷值汽油需求。,第101页,清洁汽油伴随汽车数量急剧增多，车用汽油消耗量与日俱增，汽车排放废气（,SO,X,、NO,X,、CO、VOC及微粒,）已成为大气污染主要起源,。深入提升控制汽车排放标准。,低硫（或超低硫，无硫），低芳，低苯，少烯烃。,3、,清洁汽油,第102页,表5-1-12,欧盟汽油质量标准演变情况,项 目,1993,1998,尾气排放标准,欧,欧,欧,欧,欧,硫/gg,1,1000,500,150,50,10,氧/w%,2.5,2.5,2.7,2.3,芳烃/%,42,35,2535,烯烃/%,18,18,1015,苯/%,5.0,5.0,1.0,1.0,0.11.0,第103页,表5-1-12,世界燃料规范演变情况以及我国车用无铅汽油GB 17930-1999,项 目,我国现行,硫/gg,1,1000,200,30,无硫,800,氧/w%,2.7,2.7,2.7,2.7,芳烃/%,50,40,35,35,40,烯烃/%,20,10,10,35,苯/%,5.0,2.5,1.0,1.0,2.5,从车用无铅汽油GB 17930-1999到车用汽油GB 17930-,第104页,调合组分/%,中国,（）,欧洲,（）,美国（）,直馏轻馏分,9.8,2.0,15.0,催化裂化汽油,74.1,32.0,38.0,催化重整汽油,14.6,45.0,24.0,烷基化油,0.5,6.0,14.0,异构化油,11.0,5.0,醚类等,1.0,4.0,4.0,图5-1-11 美国、欧洲和中国汽油组分组成,第105页,六、我国汽油品种和牌号,车用汽油与航空汽油均按辛烷值划分牌号。,车用汽油：,90,#,、,93,#,、(95,#,)、,97,#,及(98,#,),，它们RON分别大于对应牌号（无铅）。其中硫含量指标小于0.05m%。,航空汽油按“,辛烷值/品度,”,划分,：75、95/130及100/130，它们RON分别大于75、95、98.6。其中硫含量指标小于0.05m%。,从,无铅汽油GB 17930-,1999发展到,车用汽油GB 17930-,第106页,七、其它燃料及醇类汽油燃料,实际上，除了使用车用汽油以外，还能够使用其它代用燃料如液化天然气（LNG），液化石油气(LPG)，压缩天然气（CNG）以及醇类燃料(alcohol fuels)作为汽车发动机燃料。,其中，醇类燃料有其特殊优越性,。,第107页,项目,甲醇,乙醇,普通汽油,相对密度,0.791,0.789,0.720.78,蒸发压(37.8),bar,0.35,0.16,0.60.9,沸点,64.7,78.3,20200,在水中溶解度,ppm,完全互溶,完全互溶,200,理论空气,燃料,kg/kg,6.5,9.0,14.7,低发烧值,MJ/kg,20.0,27.7,42.7,闪点,11,13,-43,燃烧极限,v%,6.736.0,4.319.0,1.47.6,蒸发烧,kJ/kg,1102,839,330,表5-1-12 醇类与普通汽油性质第108页,甲醇与乙醇在燃烧过程中不易生成积炭或冒黑烟，排放尾气中污染物较少。,醇类燃料因为含氧量较高，其低热值比汽油低很多，其沸点较低，易于蒸发，比汽油更轻易产生气阻。甲醇毒性较大，普通不使用甲醇作燃料。,当前我国已经开始使用车用乙醇汽油和变性燃料乙醇。,第109页,纯甲醇、纯乙醇不好。,掺甲醇汽油M10或M15甲醇汽油，因为其甲醇含量较低汽油机并不需要改装，但一样因为甲醇毒性、腐蚀性和溶胀性，甲醇汽油在我国并没有大量应用。,掺乙醇汽油E10乙醇10%（体），按其RON分为90号、93号、95号和97号，其对应商品名称为“E10乙醇汽油90号”等等。,第110页,甲醇起源甲醇可从天然气或煤制取，我国则主要以煤为原料，经过气化过程煤转化为合成气（CO+H2），进而在催化剂作用下生成甲醇。,乙醇起源发酵法制取，可再生生物质原料有：（1）淀粉类，如谷物、玉米、木薯等；（2）含糖类，如甘蔗、甜菜等；（3）植物纤维类，如农作物残余物、林业木材及边角余料、草类及有选择性城市垃圾等。,第111页,巴西已成为世界上唯一不供给纯汽油国家（燃料乙醇产量达1500万吨，含20%乙醇乙醇汽油。年2520万立方米）；,美国是第二大乙醇燃料用户，乙醇燃料产量为1280万吨，其中部分调配为 E10乙醇。年燃料乙醇美国用量预计为3860万立方米（占世界产量33%，第一乙醇燃料大国）。,第112页,欧盟将生产燃料乙醇300万t。,我国已在5个省区中推广乙醇汽油，使用范围不停扩大。E1090、93、95和97#。,吉林燃料乙醇企业30（扩至60）万t/a，天冠30万t/a，安徽丰原企业32万t/a，黑龙江华润32万t/a。,中国燃料乙醇用量为182万吨；6个省区甲醇M10-M30用量为220万吨；另外CNG替换约300万吨；LNG替换约5万吨；替换燃料百分比仅占3%，约600万吨！,第113页,八、,燃料电池汽车,燃料电池汽车(Fuel cell),Fuel cell,按电化学原理-原电池工作原理，等温把贮存于燃料和氧化剂中化学能转化为电能装置。,第114页,Fuel cell,工作原理,阳极反应：H2,2H,+,+2e,阴极反应：1/2O,2,+2H,+,+2e H,2,O,第115页,Fuel cell组成：,电极、隔膜与集流板，燃料泵，氧化剂泵等,还原剂种类：,氢,，甲醇，煤气、天然气，汽油等各种富氢气体，液体。,氧化剂,种类：,氧气、空气等,催化剂种类：,贵金属；,过渡金属；,贵金属-过渡金属合金,第116页,第二节 柴油,柴油是压燃式发动机燃料，依据柴油机转速，应使用不一样类型柴油。,1000r/min以上柴油机使用轻柴油，而1000r/min以下柴油机使用重柴油。,柴油机主要应用于农用机械、重型车辆、坦克、铁路机车、船舶舰艇、工程矿山机械等。,第117页,一、柴油机工作过程,图5-2-1 柴油机原理结构图,1-油箱;2-粗过滤器;,3-输油泵;4-细过滤器;,5-高压油泵;6-喷油嘴；,7-空气滤清器;8-进气管;,9-气缸;10-活塞;,11-进气阀;12-排气阀;,13-排气管;14-消声器;,15-连杆;16-曲轴;,17-曲轴箱,第118页,进气过程 压缩过程 做功过程 排气过程,图5-2-2 柴油机工作循环,柴油机和汽油机工作循环是一样，都包含进气、压缩、膨胀做功、排气四个过程。,第119页,即使柴油机与汽油机工作循环是一样，不过二者之间有本质差异。,第120页,柴油机与汽油机主要差异是：,柴油机 汽油机,压缩比 1620 810,压缩终了温度，,o,C 500700 300450,压缩终了压力,MPa 35 0.71.5,供油方式 直喷 （汽化器）直喷,启燃方式 自燃 电点火,燃烧气体温度，,o,C 1500 9001200,燃烧气体压力,MPa 512 34,第121页,柴油机压缩比及气缸内温度压力显著高于汽油机，工作条件更苛刻，因而热效率也高于汽油机（约30%），同等效率下，柴油机节约燃料2030%。,第122页,因为柴油机与汽油机这些差异造成了柴油与汽油质量指标显著不一样。,当前不少柴油机都采取了增压技术，将进入气缸空气预先进行压缩，提升进入气缸内空气密度，增加充气量，从而能够提升柴油机功率和经济性。因为气缸内柴油燃烧温度提升，能够降低CO以及未燃烃等污染物排放量，有利于保护环境。,第123页,二、柴油机对燃料使用要求,（1）自燃性能良好，以适应压燃式发动机；,（2）蒸发性能良好；,（3）适当粘度和良好低温流动性；,（4）储存安全性良好；,（5）对发动机部件无腐蚀。,第124页,柴油自燃性是最主要特征之一，柴油喷入气缸内与高温空气形成均匀可燃气，能在很短时间内发怒自燃并能正常完全燃烧。,（一）柴油自燃性,第125页,柴油,燃烧过程,，从喷油开始到全部燃烧，分为四个阶段：,滞燃期（发怒延迟期）：很短促；,急燃期（自燃发怒后，依然喷油，此时气缸内温度和压力上升很快，压力升高速率大小对柴油机工作影响很大。急燃期中压力上升速率取决于滞燃期长短，滞燃期越短，发动机工作越柔和，反之，着火前喷入柴油积累过多，一旦燃烧起来则温度、压力就会上升过快。严重时发生敲缸）；,缓燃期（主燃期）；大部分燃料在随喷随燃，后期喷油结束。,后燃期,1.柴油机内燃料燃烧过程,第126页,图5-2-3 柴油机中气缸压力改变,1-滞燃期,2-急燃期,3-缓燃期,第127页,（1）滞燃期（发怒延迟期）,指从喷油开始到混合气着火燃烧为止，即图中A-B段，时间极短，只有13毫秒，此段包含两个过程：,物理延迟,：在气缸中雾化、受热、蒸发、扩散、并与空气混合而形成可燃性混合气。,化学延迟,：受热后开始进行燃烧前氧化链反应，即,焰前氧化,，生成一些过氧化物。,第128页,即使发怒延迟期分为物理延迟和化学延迟两个过程，但应该看到，这二者时间是部分重合，因为蒸发和氧化是相互影响，交织进行。,第129页,滞燃期时间虽短，但对发动机工作有决定性影响，因为在这一时期结束后，气缸内已积累了一定量柴油，而且经历了不一样程度物理和化学准备，一旦发怒，燃烧极为快速。,第130页,假如滞燃期过长，发怒前喷入柴油多，自燃开始后大量柴油在气缸内同时燃烧，造成气缸内温度与压力急剧升高，造成发动机工作粗暴，严重时还会敲缸。,第131页,缩短柴油滞燃期有利于改进柴油机燃烧性能。这就要求：,柴油自燃点低。,发动机含有较高压缩比。,进气温度高。,减小喷雾颗粒直径，改进雾化条件。,第1