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化工笔记----过程模拟(三) 石油油品性质

   日期:2024-04-15 06:14:09     来源:网络整理    作者:本站编辑    浏览:9    评论:0    

炼化装置的化工过程模拟是过程模拟领域的一个重要分支。但是由于原油和石油油品的组分不但数量极多而且化学成分也及其复杂,并不像纯组分那样各个物理性质非常清晰。对此国际社会对原油和石油油品的过程模拟做了专门的研究和分析。石油馏分在化工过程模拟中最常用的方法就是根据蒸馏曲线以及油品密度等性质生成油品的虚拟组分,从而将复杂的石油体系转化为一个由多个虚拟组分构成的混合物体系。那么国际社会为虚拟组分构成的混合物体系设定的性质都有哪些呢?了解这些性质的本质和含义非常有助于过程模拟的使用,对于模拟结果的准确性和可靠性大有脾益。

1、密度及API度

密度ρ:单位体积的质量。

密度ρt表示温度t时,某物质的密度。
密度ρ20我国规定的油品在20℃时的密度,定义为标准密度。
液体相对密度d:某液体物质的密度与规定温度(通常以4℃水为基准,此温度下水的的密度等于1g/cm3)下水的密度之比,即
:国内的相对密度的表示方法。
:欧美国家的相对密度表示方法,即

国内与欧美国家相对密度的换算公式。式中的求算方法:①查关联图;②根据拟合公式:

API:比重指数,也可写作API°。美国石油学会(American Petroleum Institute,简称 API)制订的用以表示石油及石油产品密度的一种量度。国际上把 API度作为决定原油价格的主要标准之一。 相对密度越小,API°越大,表示原油愈轻,价格愈高。

(典型物质的相对密度及API° ) 
              
气体的相对密度d某气体的密度(kg/cm3)与空气在标准状态(0℃,0.1013MPa)下的密度之比。空气在标准状况下的密度为1.2928 kg/cm3
密度与温度压力的关系式:

① 相对密度:

t=0~50℃,
t<0℃或>50℃,查专业图表GB/T1885-1998

② 任意T和P下的油品液体密度:    

式中,
——常压下温度T时的密度,g/cm3;
——T和P的密度,g/cm3;
——压力,MPa;
——等温正割体积模数。
的计算方法:
油品的混合密度

两种或多种油品属性相近时,

——分别为i组分的体积分数和质量分数;
——分别为i组分和混合油品的密度,g/cm3
体积基本可以加和求算,误差不大。

组分属性相差较大时(如烷烃和芳香烃),体积可能增大;密度相差较大的两种组分(重油和氢烃)混合时,体积可能缩小。

低相对分子质量的烃类与原油混合时的收缩因子求算:
——收缩因子,以轻组分体积分数计;    
——轻组分在混合物中的体积分数;
——相对密度的函数;
——原油在60℉(15.6℃)时的相对密度;
——轻组分在60℉(15.6℃)时的相对密度;         
2、特性因子K          
特性因子(characterization factor)K:又称为Watson K值或UOP K值,表示石油馏分的烃类组成特性的一种指标,它是油品的平均沸点和相对密度的函数。
式中,
T——油品平均沸点的绝对温度,K;
当相对分子质量接近时,K烷烃>K环烷烃>K芳香烃,对于含有大量烯烃、二烯烃和芳香烃的二次加工产物及渣油,特性因子K不能准确表征化学属性,误差较大。
特性因子有助于了解油品的性质、分类和确定加工方案。在工艺计算中经常采用特性因子和密度或平均沸点来求取油品的其他性质,如相对分子质量、汽化潜热、焓和黏度等。
         

3、RVP          
RVP:Reid Vapor Pressure,雷氏蒸汽压。它用于测量油品的挥发度。

测量方法:在38℃、气相体积和液相体积比等于4的条件下,在专门的蒸汽压测量器重进行测得的蒸汽压。测试规范按照GB/T257—1964。

作用:常用来评定汽油的蒸发强度、启动性能、生成气阻的可能性和运输过程中轻质馏分的损失影响。          

4、实沸点蒸馏TBP及沸程    

TBP:True Boiling Point,实沸点。可以最好地表示油品的真实组成与温度的关系。

沸程:对于油品来说,在一定外压下其沸腾温度并不是恒定的,而是随着油品的不断汽化,重组分不断聚集,沸点不断升高,因此一般常用沸点的范围来表征其蒸发及汽化性能。整个沸点范围就成为沸程。    
 (蒸馏曲线)
          

但是,做实沸点蒸馏即费时又费财,只有在非常必要时,才做TBP测试。因此,在实际应用中,往往采用其他类型的蒸馏曲线来代替实沸点蒸馏曲线,然后再通过关系式转换为实沸点蒸馏曲线。

其他类型的蒸馏方法有:恩氏蒸馏(ASTM D86)、ASTM D1160蒸馏、ASTM D2887蒸馏、ASTM D3710蒸馏和HTSD蒸馏。

          

          
7、蒸馏曲线的转换    

为什么要将ASTM蒸馏曲线转换为TBP蒸馏曲线呢?

因为只有将ASTM蒸馏曲线转换为TBP蒸馏曲线后,模拟计算才能定义油品馏分。

转换公式:① Edmister关联式(1963年被收录在美国API技术手册中,也成为API 163法);② Daubert关联式(1987年被收录在美国API技术手册中,也成为API 1987法 );③ API1994法;④ Edmister-Okamoto法

这四个关联式已经被工业装置所验证,已经作为企业蒸馏曲线的转换标准。各化工过程模拟软件均接受上述的关联式。    
    
(PRO/II过程模拟软件中的蒸馏曲线转换曲线图)
          

         
8、闪点(Flash Point)          
定义:采用专门的仪器将油品在规定条件下加热,所逸出的油气与空气形成的混合气遇到明火时发生瞬间着火的最低温度。

通常油品的闪点(汽油除外)就是它的爆炸下限温度。但对于易挥发的汽油等油品来说,在室温下油气浓度已经超过了其爆炸下限浓度,所以不会发生闪火,但是逐渐减低其温度,当达到闪火温度时,这时的闪点是其爆炸上限的温度。因此,对于低沸点油品,闪点是其爆炸上限温度;对于高沸点油品,闪点是其爆炸下限温度。

作用:衡量油品的轻重和其存储的安全性。油品越轻,闪点越低,越容易易燃。   
9、倾点(Pour Point)/凝点(Condensing Point)          
倾点:油品在规定的条件下(GB/T 3535-2006),被冷却的试样能够流动的最低温度。    

凝点:油品在规定的条件下(GB/T 510-1983),被冷却的试样油面不再移动时的最高温度。

倾点用来衡量润滑油等低温流动性的常规指标,定义同一油品的倾点比凝点略高2.8℃,过去常用凝点表示,目前国际通用倾点来表征其流动性。

倾点的意义

估计油品中的石蜡含量。石蜡含量越高,越易凝固,倾点越高。通常油品中若含有0.1% 的石蜡,其凝固点越升高9.5~13℃。
判断油品的使用温度。
作为改变油品流动性的判断指标。

浊点:在试样杯的底部出现清晰的浑浊物质或结晶时的温度,通常它高于倾点2.8℃。

倾点、凝点和浊点的关系

倾点=凝点+2.8℃
浊点=倾点+2.8℃     

10、辛烷值

辛烷值:Octane Number,是汽油在稀混合气情况下抗爆性的表示单位,在数值上等于在规定条件下与试样抗爆性相同时的标准燃料中所含异辛烷的体积百分数。

标准燃料由异辛烷和正庚烷混合组成。定义异辛烷的辛烷值为100,正庚烷的辛烷值为0,将这两种烃含不同体积比例混合配制成辛烷值由0到100的标准燃料。    

马达法辛烷值:MON(Motor Octane Number),测试条件(GB/T 503-1995)苛刻,发动机转速900r/min,进度温度149℃。主要是反映汽车在高速高负荷下的汽油抗爆性能。

研究法辛烷值:RON(Research Octane Number),与马达法辛烷值测试条件相比,测试条件(GB/T 5487-1995)温和,转速为600r/min,进气温度为室温,主要是反映汽车在慢速行驶时的汽油抗爆性能。

我们日常去加油站加油时所说的92号汽油和98号汽油,就是指的汽油的RON分别是92和98。

道路法辛烷值:也称行车辛烷值,用汽车进行实测或在全功率试验台上模拟汽车在公路上行驶的条件进行测定。道路辛烷值也可用马达法和研究法辛烷值按经验公式计算求得。马达法辛烷值和研究法辛烷值的平均值称作抗爆指数,它可以近似地表示道路辛烷值。即,抗爆指数(道路法辛烷值)=(RON+MON)/2

11、十六烷值

十六烷值:Cetane Number,简称CN,表示柴油在压燃式发动机中发火性能的指标。十六烷值低则表明燃料发火困难,滞燃期长,发动机工作状态粗暴,十六烷值高,燃料燃烧不完全,产生少量黑烟。

标准燃料是正十六烷和α-甲基萘。.根据GB/T 386-1991规定的测试条件,进行测试。规定正十六烷的十六烷值为100,α-甲基萘的十六烷值为0,按比例混合做成标准燃料,将测试燃料进行比对。    

我国根据国内柴油性质的大量实测数据回归,得出了相对密度与十六烷值的关联式:十六烷值=442.8-462.9

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