《消防燃烧学》液体燃料.ppt

第二章 液体燃料1液体燃料4天然液体燃料 • 石油及其加工产品4人造液体燃料 • 主要指煤中提炼出的各种燃料油，包括煤转油2石油4工业的血液，石油化工产品几乎能用于 所有的工业部门 • 现代化的工业离不开石油，就像人体离不开血液 一样4极其重要的国家战略物资 • 除了是工业运转的“血液”• 还是国防的关键物资4世界能源争夺的焦点3优质动力原料4汽车、内燃机车、飞机、轮船等现代交通工具 都是用石油的产品——汽油、柴油作动力燃料 的 4新兴的超音速飞机、导弹、火箭，也都以石油 提炼出来的高级燃料为动力的 4一切转动的机械的“关节”中添加的润滑油都是 石油制品 4优点：体积小（同质量的比气体小跟固体接近 ）、热值高（比煤高1倍）、燃烧快、燃烧过 程易控制、燃烧充分、燃烧后不留灰烬4重要的化工原料4从石油中可提取几百种有用物质，其经 济价值远远超过作为燃料燃烧的经济意 义4石油化工可生产出成百上千种化工产品 • 如塑料、合成纤维（衣服），合成橡胶、合成洗 涤剂（洗衣粉）、染料、医药、农药、炸药和化 肥等等4现代有机化学工业就建立在石油、煤炭 、天然气等资源的综合利用之上5炼油残渣也是宝4石油焦做炼钢炉里的电极，可以提高钢 的产量；还可用它作为制造石墨的原料 。

4沥青则可以制作油毡纸或铺路6国防关键物资4缺少石油，坦克、军车将不能开动7国防关键物资4缺少石油，战舰、潜艇将不能出港8国防关键物资4缺少石油，飞机、直升机将不能升空9国防关键物资4二战后期，纳粹德国的攻势减弱，很重要的一个 原因是其石油工业和石油来源受到了盟军的重点 打击和摧毁10世界能源焦点4二战以来，巴以冲突、中东局势一直是 世界的焦点，是因为中东是世界最主要 的产油地4非洲一些穷国的战乱相对来说受到的关 注就少得多，因为没有石油等重要资源4近年苏丹日益受到西方关注，也主要是 因为苏丹的石油：英国BBC《中国的秘 密战争》11世界能源焦点4美国的海湾战争、伊拉克战争就是为了 石油4美国想通过控制中东石油来控制世界4俄罗斯通过石油能源来牵制欧洲、控制 前苏联加盟共和国、渔利日本和中国4中国为满足日益增加的巨大的能源需求 ，在全世界找油：中东、非洲、中亚、 南美、俄罗斯12世界能源焦点4伊朗内贾得、委内瑞拉查维斯敢公开向美 国向小布什叫板，一个重要资本是有石油 有钱13说明4原油单位：桶和吨间的关系是什么？4 1 吨 ～ 7桶4吨是质量单位，桶是体积单位 – 1桶＝158.98升4吨和桶之间的换算与原油密度有关4全球平均值：1吨 ＝ 7.35桶14石油4石油是一种天然的液体燃料，也叫原油4是一种黑褐色的粘稠液体，由各种不同 族和不同分子量的碳氢化合物混合组成• 烷烃(CnH2n+2)、环烷烃(CnH2n)、芳香烃(CnH2n-6) 、烯烃(CnH2n)• 还含有少量的硫化物、氧化物、氮化物、水分和 矿物杂质15石油分类（1）4将轻馏分多的原油叫轻质原油4轻馏分少的叫重质原油16石油分类（2）4根据所含碳氢化合物的种类进行分类 – 石蜡基原油：含石蜡族(烷烃CnH2n+2)碳氢化 合物较多。

– 烯基原油：含烯烃(CnH2n)较多– 中间基原油：烷烃和烯烃的含量大体相等， 也叫混合基原油 – 芳香基原油：含芳香烃较多，在自然界中储 存量很少17石蜡基原油4特点：沸点高、馏分中含大量石蜡 4优点：可以得到粘度指数较高的润滑油和 燃烧性能良好的煤油 4缺点：所产汽油的辛烷数较低，加工时需 专门脱蜡 4主产：中东阿拉伯石油、我国大庆石油 4说明：石蜡族的碳氢化合物是链状结构饱和碳 氢化合物，碳原子n=1~4时，在常温下为气态， 是天然气主要成分；n=5~16时，常温下呈液态 ，是煤油主要成分 18烯基原油4特点：可以得到少量辛烷数高的汽油和 大量优质沥青4优点：含蜡少，便于炼制柴油和润滑油4缺点：汽油产量少，润滑油粘度指数低 ，煤油易冒烟4说明：烯烃和烷烃都是原油的主要成分，但 烯烃是不饱和烃，所以化学稳定性和热稳定性 都稍差，在高温和催化剂作用下，很容易转化 为芳香族碳氢化合物19中间基和芳香基原油4中间基原油优点：可以得到大量直馏汽油和优 质煤油4中间基原油缺点：汽油的辛烷数不高，含蜡较 多4芳香基原油优点：可以得到辛烷数很高的汽油 和溶解力很强的溶剂4芳香基原油缺点：生产的煤油容易冒烟4芳香基原油说明：芳香烃是环状结构的不饱和 碳氢化合物，由于不饱和，因此化学活性较强 ，容易转换成其他产品20原油加工4分馏法（蒸馏法） • 常压分馏法 • 减压分馏法4裂解法 • 热裂解 • 催化裂解21分馏法（蒸馏法）4更通常的提法是“蒸馏法”4石油的蒸馏就是，将原油加热，按原油 中各种组分沸点不同，将其分割为多个 沸点范围（馏分）而提取出来的方法22常压分馏4塔内压力接近大气压力的分馏方法，可 以得到石油气、汽油、挥发油、煤油、 柴油等沸点在350oC以下的油品 名称沸点oC密度kg/L航空汽油 汽车汽油 轻挥发 油 煤油 粗柴油40~150 50~200 100~240 200~320 230~3600.71~0.74 0.73~0.76 0.77~0.79 0.80~0.83 0.84~0.88 23减压分馏法4塔内压力低于大气压力，一般只有4000 ～10000Pa，甚至低于1333Pa，也称真空 分馏4可用于处理沸点高于350oC以上的重质馏 分，以提高轻质产品的收得率4原理： – 压力降低，沸点降低24蒸馏过程4石油经过加热炉加热后，先送到常压塔，再将 常压塔塔底的产物，经加热炉再加热后送入减 压塔。

这个过程在炼油厂就叫蒸馏过程 4烃成员第一次“分家”：加热到350度送入常压 塔，沸点较低的烃即被汽化上升，经过一层一 层的塔盘直达塔顶由于塔体的温度由下而上 是逐渐降低的，不同的烃就按各自沸点的高低 分别在不同温度的塔盘里凝结成液体 4烃成员第二次“分家”：对于常压塔底的重油， 通过降低加热炉和分馏塔里的压力，使重油的 沸点降低，达到分离的目的原理：大气压力 愈低，沸点就愈低25裂解法4使用分馏法只能分馏出分子量较小的轻 质油品如何提高轻质油品特别是汽油 的产量？4可将直接分馏塔剩下的残渣或某些分子 量较大的重质油品进一步在高温高压条 件下进行分解，这种工艺叫做裂解法， 包括热裂解和催化裂解等26汽油4汽油成分：烃类混合物，碳原子数约4～ 12，最主要为碳原子数5～94馏分：沸点范围约初馏点30℃至205℃ 4无色至淡黄色的易流动液体4最重要的性能为蒸发性和抗爆性 27问题4如何表征汽油性能？4辛烷数，或称辛烷值，见到的汽油标号90＃、93 ＃、97＃，就是指汽油的辛烷值对应为90、93、 974辛烷值是衡量汽油在汽缸内抗爆震燃烧能力的一 种数字指标，其值高表示抗爆性好 • 汽油在汽缸中正常燃烧时火焰传播速度为10-20 m/s，在 爆震燃烧（爆炸状态）时可达1500-2000 m/s，后者条件 下使气缸温度剧升，汽油燃烧不完全，机器强烈震动， 从而使输出功率下降，机件受损。

28辛烷值的确定4不同化学结构的烃类，具有不同的抗爆震能力 异辛烷（2，2，4-三甲基戊烷）的抗爆性能 较好，辛烷值设定为100；正庚烷的抗爆性差 ，辛烷值设定为0以异辛烷和正庚烷为标准 燃料 4调节标准燃料组成的比例，使标准燃料产生的 爆震强度与试样相同，此时标准燃料中异辛烷 的体积百分数就是试样的辛烷值 4为了提高辛烷值，常加入了四乙基铅四乙基 铅有剧毒，因此加染料使汽油带粉红色或兰色 以提醒人们使用时要加小心，千万不要用嘴吸 取汽油29柴油4轻柴油：沸点180～370oC的馏分4重柴油：沸点350～410oC的馏分4其性能用十六烷值，黏度，凝固点表示 • 牌号就对应表示其凝固点，有10＃、0＃、－10 ＃、－20＃、－35＃、－50＃• 十六烷值体现柴油的燃烧性能、抗爆震性能30十六烷值测定4柴油的十六烷值是指与柴油自燃性相当 的标准燃料中所含正十六烷的体积百分 数4标准燃料是用正十六烷与2-甲基萘按不 同体积百分数配成的混合物其中正十 六烷自燃性好，设定其十六烷值为100， 2-甲基萘自燃性差，设定其十六烷值为0 4加添加剂可提高柴油的十六烷值，常用 的添加剂有硝酸戊酯或已酯。

31十六烷值作用4十六烷值低，则着火慢，工作不稳定，容 易发生爆震4十六烷值高的柴油容易起动，燃烧均匀， 输出功率大4但当十六烷值高于65时，会由于滞燃期太 短，燃料未及与空气均匀混合即着火自燃 ，以致燃烧不完全，部分烃类热分解而产 生游离碳粒，随废气排出，造成发动机冒 黑烟及油耗增大，功率下降32汽油机优缺点4汽油机的优点在于其体积小、重量轻、 价格便宜；起动性好，最大功率时的转 速高；工作中振动及噪声小，提速和速 度优于柴油机 4与柴油机相比，汽油机最大劣势是耗油 较高，同等排量每百公里大约相差2－3 升左右4汽油机依靠电火花点燃汽油和空气混合 气33柴油机优缺点4柴油机最大的优点是节约燃油，同等排 量比汽油机节省油20－30％左右另外 柴油机的能源效率高，就是我们通常说 的力量大，爬坡能力也更强 4传统的柴油机体积大、噪音大、振动大 ，这一点从那些喷吐着滚滚黑烟的老款 大货车上就能体现，而现代柴油机在体 积、噪声、震动方面已经有了根本的改 变 4柴油机依靠活塞压缩缸内混合气（柴油 和空气），使其自燃完成做功34第二节 液体燃料在冶金工业中的应用35工业上的液体燃料4工业上使用石油及其产品作为燃料是很 不划算的，除非一些很特别的情况。

因 为石油及其产品非常宝贵，可应用的领 域也非常广4工业上使用的液体燃料主要是重油4重油是原油加工后各种残渣油的总称 • 直馏重油 • 裂化重油36重油使用4原油经分馏后剩下的渣油，包括常压渣 油和减压渣油 • 常压渣油可以直接做为炉用燃料使用 • 减压渣油含沥青质多，粘度大，常需配部分柴油 稀释后才使用 4裂化重油，原油经裂解处理后剩下的渣 油 • 含有更多的不饱和烃，及大量游离碳素 • 很不容易燃烧，必须加部分轻质油品调制，提高 燃烧性能37商品重油4商品重油就是炼制后的渣油加进部分轻 油配制而成4我国共有四种商品重油，20＃、60＃、 100＃和200＃重油4牌号的命名是按照该重油在50oC时的恩 式粘度来确定的 • 例如60号重油在50oC时的恩式粘度为6038恩式粘度4粘度是表示流体质点间摩擦力大小的 一个物理指标粘度越大流动性越差4恩式粘度定义为4用恩格拉粘度计测量其数值39运动粘度（运动粘性系数）4重油的粘度通常用运动粘度（运动粘性 系数）ν来表示，ν的单位是m2/s，或 cm2/s，常用单位是斯托克斯St• 1St = 1 cm2/s = 1×10-4 m2/s4运动粘性系数ν和恩式粘度间的关系为40粘度影响4重油的粘度大，其凝固点就会高，我国重油的 凝固点多在30oC以上，常温下都处于凝固状态4重油的粘度随温度升高会显著降低。

为了便于 输送和燃烧，必须对重油加热，以降低粘度， 提高流动性和雾化性4降低粘度加热时，温度也不能太高，否则由于 水分蒸发和油的气化而产生大量泡沫• 会引起油压和火焰的波动 • 严重时影响油泵正常运转（气阻） • 甚至重油焦化导致管道的堵塞41重油化学组成4跟固体燃料一样可用C、H、O、N、S、 水分W、灰分A的质量百分比来表示4C的含量85～88％，H的含量10～13％， 两者之和在95～99％4重油的粘度越大，C含量越高，H含量越 低4S含量小于1％，但危害很大，必须控制4N＋O含量小于1％，影响不大4灰分A很少，小于0.3％42闪点、燃点、着火点4温度越高，油的蒸发速度越快，浓度越高4油蒸汽遇到点火小火焰发生一闪即灭的现象 时（闪燃），对应的油温称为闪点4温度继续升高，油蒸汽遇到小火源后能够持 续燃烧而不熄灭，对应的油温称为燃点4温度进一步升高，在没有外火源的情况下， 油蒸汽自发形成燃烧（称为自燃），此时对 应的油温称为着火点（或自燃点）43闪点、燃点、着火点4。