第二章液體燃料1液體燃料天然液體燃料石油及其加工產(chǎn)品人造液體燃料主要指煤中提煉出的各種燃料油，包括煤轉(zhuǎn)油2石油工業(yè)的血液，石油化工產(chǎn)品幾乎能用于所有的工業(yè)部門?，F(xiàn)代化的工業(yè)離不開石油，就像人體離不開血液一樣。極其重要的國家戰(zhàn)略物資除了是工業(yè)運轉(zhuǎn)的“血液”還是國防的關(guān)鍵物資世界能源爭奪的焦點3重要的化工原料從石油中可提取幾百種有用物質(zhì)，其經(jīng)濟(jì)價值遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過作為燃料燃燒的經(jīng)濟(jì)意義。石油化工可生產(chǎn)出成百上千種化工產(chǎn)品如塑料、合成纖維（衣服），合成橡膠、合成洗滌劑（洗衣粉）、染料、醫(yī)藥、農(nóng)藥、炸藥和化肥等等?，F(xiàn)代有機(jī)化學(xué)工業(yè)就建立在石油、煤炭、天然氣等資源的綜合利用之上。5煉油殘渣也是寶石油焦做煉鋼爐里的電極，可以提高鋼的產(chǎn)量；還可用它作為制造石墨的原料。瀝青則可以制作油氈紙或鋪路。6國防關(guān)鍵物資缺少石油，坦克、軍車將不能開動7國防關(guān)鍵物資缺少石油，飛機(jī)、直升機(jī)將不能升空9國防關(guān)鍵物資二戰(zhàn)后期，納粹德國的攻勢減弱，很重要的一個原因是其石油工業(yè)和石油來源受到了盟軍的重點打擊和摧毀10世界能源焦點二戰(zhàn)以來，巴以沖突、中東局勢一直是世界的焦點，是因為中東是世界最主要的產(chǎn)油地非洲一些窮國的戰(zhàn)亂相對來說受到的關(guān)注就少得多，因為沒有石油等重要資源近年蘇丹日益受到西方關(guān)注，也主要是因為蘇丹的石油：英國BBC《中國的秘密戰(zhàn)爭》11世界能源焦點伊朗內(nèi)賈得、委內(nèi)瑞拉查維斯敢公開向美國向小布什叫板，一個重要資本是有石油有錢13說明原油單位：桶和噸間的關(guān)系是什么？

1噸～7桶噸是質(zhì)量單位，桶是體積單位1桶＝158.98升噸和桶之間的換算與原油密度有關(guān)全球平均值：1噸＝7.35桶14石油石油是一種天然的液體燃料，也叫原油是一種黑褐色的粘稠液體，由各種不同族和不同分子量的碳?xì)浠衔锘旌辖M成烷烴(CnH2n+2)、環(huán)烷烴(CnH2n)、芳香烴(CnH2n-6)、烯烴(CnH2n)還含有少量的硫化物、氧化物、氮化物、水分和礦物雜質(zhì)15石油分類（2）根據(jù)所含碳?xì)浠衔锏姆N類進(jìn)行分類石蠟基原油：含石蠟族(烷烴CnH2n+2)碳?xì)浠衔镙^多。烯基原油：含烯烴(CnH2n)較多中間基原油：烷烴和烯烴的含量大體相等，也叫混合基原油芳香基原油：含芳香烴較多，在自然界中儲存量很少17石蠟基原油特點：沸點高、餾分中含大量石蠟優(yōu)點：可以得到粘度指數(shù)較高的潤滑油和燃燒性能良好的煤油缺點：所產(chǎn)汽油的辛烷數(shù)較低，加工時需專門脫蠟主產(chǎn)：中東阿拉伯石油、我國大慶石油說明：石蠟族的碳?xì)浠衔锸擎湢罱Y(jié)構(gòu)飽和碳?xì)浠衔?，碳原子n=1~4時，在常溫下為氣態(tài)，是天然氣主要成分；n=5~16時，常溫下呈液態(tài)，是煤油主要成分18烯基原油特點：可以得到少量辛烷數(shù)高的汽油和大量優(yōu)質(zhì)瀝青優(yōu)點：含蠟少，便于煉制柴油和潤滑油缺點：汽油產(chǎn)量少，潤滑油粘度指數(shù)低，煤油易冒煙說明：烯烴和烷烴都是原油的主要成分，但烯烴是不飽和烴，所以化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性都稍差，在高溫和催化劑作用下，很容易轉(zhuǎn)化為芳香族碳?xì)浠衔?9原油加工分餾法（蒸餾法）常壓分餾法減壓分餾法裂解法熱裂解催化裂解21分餾法（蒸餾法）更通常的提法是“蒸餾法”石油的蒸餾就是，將原油加熱，按原油中各種組分沸點不同，將其分割為多個沸點范圍（餾分）而提取出來的方法22常壓分餾塔內(nèi)壓力接近大氣壓力的分餾方法，可以得到石油氣、汽油、揮發(fā)油、煤油、柴油等沸點在350oC以下的油品名稱沸點oC密度kg/L航空汽油汽車汽油輕揮發(fā)油煤油粗柴油40~15050~200100~240200~320230~3600.71~0.740.73~0.760.77~0.790.80~0.830.84~0.8823蒸餾過程石油經(jīng)過加熱爐加熱后，先送到常壓塔，再將常壓塔塔底的產(chǎn)物，經(jīng)加熱爐再加熱后送入減壓塔。這個過程在煉油廠就叫蒸餾過程。烴成員第一次“分家”：加熱到350度送入常壓塔，沸點較低的烴即被汽化上升，經(jīng)過一層一層的塔盤直達(dá)塔頂。由于塔體的溫度由下而上是逐漸降低的，不同的烴就按各自沸點的高低分別在不同溫度的塔盤里凝結(jié)成液體。烴成員第二次“分家”：對于常壓塔底的重油，通過降低加熱爐和分餾塔里的壓力，使重油的沸點降低，達(dá)到分離的目的。原理：大氣壓力愈低，沸點就愈低25裂解法使用分餾法只能分餾出分子量較小的輕質(zhì)油品。如何提高輕質(zhì)油品特別是汽油的產(chǎn)量？可將直接分餾塔剩下的殘渣或某些分子量較大的重質(zhì)油品進(jìn)一步在高溫高壓條件下進(jìn)行分解，這種工藝叫做裂解法，包括熱裂解和催化裂解等26辛烷值的確定不同化學(xué)結(jié)構(gòu)的烴類，具有不同的抗爆震能力。異辛烷（2，2，4-三甲基戊烷）的抗爆性能較好，辛烷值設(shè)定為100；正庚烷的抗爆性差，辛烷值設(shè)定為0。以異辛烷和正庚烷為標(biāo)準(zhǔn)燃料調(diào)節(jié)標(biāo)準(zhǔn)燃料組成的比例，使標(biāo)準(zhǔn)燃料產(chǎn)生的爆震強(qiáng)度與試樣相同，此時標(biāo)準(zhǔn)燃料中異辛烷的體積百分?jǐn)?shù)就是試樣的辛烷值。為了提高辛烷值，常加入了四乙基鉛。四乙基鉛有劇毒，因此加染料使汽油帶粉紅色或蘭色以提醒人們使用時要加小心，千萬不要用嘴吸取汽油29柴油輕柴油：沸點180～370oC的餾分重柴油：沸點350～410oC的餾分其性能用十六烷值，黏度，凝固點表示牌號就對應(yīng)表示其凝固點，有10＃、0＃、－10＃、－20＃、－35＃、－50＃十六烷值體現(xiàn)柴油的燃燒性能、抗爆震性能30十六烷值測定柴油的十六烷值是指與柴油自燃性相當(dāng)?shù)臉?biāo)準(zhǔn)燃料中所含正十六烷的體積百分?jǐn)?shù)。標(biāo)準(zhǔn)燃料是用正十六烷與2-甲基萘按不同體積百分?jǐn)?shù)配成的混合物。其中正十六烷自燃性好，設(shè)定其十六烷值為100，2-甲基萘自燃性差，設(shè)定其十六烷值為0。加添加劑可提高柴油的十六烷值，常用的添加劑有硝酸戊酯或已酯。31十六烷值作用十六烷值低，則著火慢，工作不穩(wěn)定，容易發(fā)生爆震十六烷值高的柴油容易起動，燃燒均勻，輸出功率大但當(dāng)十六烷值高于65時，會由于滯燃期太短，燃料未及與空氣均勻混合即著火自燃，以致燃燒不完全，部分烴類熱分解而產(chǎn)生游離碳粒，隨廢氣排出，造成發(fā)動機(jī)冒黑煙及油耗增大，功率下降32汽油機(jī)優(yōu)缺點汽油機(jī)的優(yōu)點在于其體積小、重量輕、價格便宜；起動性好，最大功率時的轉(zhuǎn)速高；工作中振動及噪聲小，提速和速度優(yōu)于柴油機(jī)與柴油機(jī)相比，汽油機(jī)最大劣勢是耗油較高，同等排量每百公里大約相差2－3升左右。汽油機(jī)依靠電火花點燃汽油和空氣混合氣33柴油機(jī)優(yōu)缺點柴油機(jī)最大的優(yōu)點是節(jié)約燃油，同等排量比汽油機(jī)節(jié)省油20－30％左右。另外柴油機(jī)的能源效率高，就是我們通常說的力量大，爬坡能力也更強(qiáng)傳統(tǒng)的柴油機(jī)體積大、噪音大、振動大，這一點從那些噴吐著滾滾黑煙的老款大貨車上就能體現(xiàn)，而現(xiàn)代柴油機(jī)在體積、噪聲、震動方面已經(jīng)有了根本的改變。柴油機(jī)依靠活塞壓縮缸內(nèi)混合氣（柴油和空氣），使其自燃完成做功34第二節(jié)液體燃料在冶金工業(yè)中的應(yīng)用35工業(yè)上的液體燃料工業(yè)上使用石油及其產(chǎn)品作為燃料是很不劃算的，除非一些很特別的情況。因為石油及其產(chǎn)品非常寶貴，可應(yīng)用的領(lǐng)域也非常廣工業(yè)上使用的液體燃料主要是重油重油是原油加工后各種殘渣油的總稱直餾重油裂化重油36重油使用原油經(jīng)分餾后剩下的渣油，包括常壓渣油和減壓渣油。常壓渣油可以直接做為爐用燃料使用減壓渣油含瀝青質(zhì)多，粘度大，常需配部分柴油稀釋后才使用裂化重油，原油經(jīng)裂解處理后剩下的渣油含有更多的不飽和烴，及大量游離碳素很不容易燃燒，必須加部分輕質(zhì)油品調(diào)制，提高燃燒性能37商品重油商品重油就是煉制后的渣油加進(jìn)部分輕油配制而成我國共有四種商品重油，20＃、60＃、100＃和200＃重油牌號的命名是按照該重油在50oC時的恩式粘度來確定的。例如60號重油在50oC時的恩式粘度為6038恩式粘度粘度是表示流體質(zhì)點間摩擦力大小的一個物理指標(biāo)。粘度越大流動性越差恩式粘度定義為用恩格拉粘度計測量其數(shù)值39運動粘度（運動粘性系數(shù)）重油的粘度通常用運動粘度（運動粘性系數(shù)）ν來表示，ν的單位是m2/s，或cm2/s，常用單位是斯托克斯St1St=1cm2/s=1×10-4m2/s運動粘性系數(shù)ν和恩式粘度間的關(guān)系為40粘度影響重油的粘度大，其凝固點就會高，我國重油的凝固點多在30oC以上，常溫下都處于凝固狀態(tài)重油的粘度隨溫度升高會顯著降低。為了便于輸送和燃燒，必須對重油加熱，以降低粘度，提高流動性和霧化性降低粘度加熱時，溫度也不能太高，否則由于水分蒸發(fā)和油的氣化而產(chǎn)生大量泡沫會引起油壓和火焰的波動嚴(yán)重時影響油泵正常運轉(zhuǎn)（氣阻）甚至重油焦化導(dǎo)致管道的堵塞41重油化學(xué)組成跟固體燃料一樣可用C、H、O、N、S、水分W、灰分A的質(zhì)量百分比來表示C的含量85～88％，H的含量10～13％，兩者之和在95～99％重油的粘度越大，C含量越高，H含量越低S含量小于1％，但危害很大，必須控制N＋O含量小于1％，影響不大灰分A很少，小于0.3％42閃點、燃點、著火點溫度越高，油的蒸發(fā)速度越快，濃度越高油蒸汽遇到點火小火焰發(fā)生一閃即滅的現(xiàn)象時（閃燃），對應(yīng)的油溫稱為閃點溫度繼續(xù)升高，油蒸汽遇到小火源后能夠持續(xù)燃燒而不熄滅，對應(yīng)的油溫稱為燃點溫度進(jìn)一步升高，在沒有外火源的情況下，油蒸汽自發(fā)形成燃燒（稱為自燃），此時對應(yīng)的油溫稱為著火點（或自燃點）43閃點、燃點、著火點重油和其他液體燃料使用時必須掌握的性能指標(biāo)，關(guān)系到用油安全技術(shù)和重油的燃燒條件儲油罐內(nèi)溫度要求控制在閃點以下，燃燒室內(nèi)不應(yīng)低于著火點44重油密度、比熱和導(dǎo)熱系數(shù)在常溫（20oC）下，重油密度大致范圍為0.92~0.98t/m3在20～100oC，重油平均比熱1.30~1.70kJ/(kg.K)溫度升高，比熱略有增加粘度大，比熱增大導(dǎo)熱系數(shù)λ=0.128~0.163W/(m.K)45發(fā)熱量重油發(fā)熱量很大，低發(fā)熱量為39.9~42MJ/kg可用氧彈量熱計直接測量也可根據(jù)元素成分用門捷列夫公式計算汽油低發(fā)熱量為～46MJ/kg標(biāo)準(zhǔn)煤低發(fā)熱量為29.271MJ/kg46煤轉(zhuǎn)油按技術(shù)路線的不同，“煤變油”可分為間接液化和直接液化兩大類。所謂間接液化，是先把煤炭在高溫下氣化成合成氣，然后再在催化劑的作用下，將合成氣轉(zhuǎn)化為液體油品或石化產(chǎn)品。直接液化是把煤炭先磨成煤粉，與溶劑配成油煤漿，然后在高溫、高壓和催化劑的作用下，直接轉(zhuǎn)化成液體油品。47煤轉(zhuǎn)油經(jīng)濟(jì)技術(shù)因素技術(shù)上是可行的經(jīng)濟(jì)上盈虧平衡點為在40～45美元/桶之間。成本主要包括煤、催化劑、水、電以及運營成本等。其中，煤的成本占到30％左右。如果再考慮外部環(huán)境成本等因素，實現(xiàn)盈利需可能要原油價格達(dá)到55美元/桶48煤轉(zhuǎn)油資源環(huán)境因素制成1噸油需要3～4噸優(yōu)質(zhì)煤，8～9噸水以一種稀缺資源去替代另一種稀缺資源沒有前途；另外我國產(chǎn)煤的地方往往水資源不豐富與直接燃燒相比，煤液化可以減少二氧化硫和粉塵的排放。煤液化生產(chǎn)過程中釋放的二氧化碳，相當(dāng)于傳統(tǒng)油品制造過程釋放量的7倍到10倍；煤炭制成的油品在使用過程中，所產(chǎn)生的二氧化碳也相當(dāng)于后者的兩倍。49思考題1、為什么說石油是“工業(yè)的血液”？2、什么是石油加