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1、柴油,一、柴油概述二、柴油机三、柴油的主要性能四、清洁柴油五、生物柴油的现状,柴油,柴油概述 柴油是复杂的烃类混合物，碳原子数约为10-22。主要由原油蒸馏，催化裂化，加氢裂化，减粘裂化，焦化等过程生产的柴油馏分调配而成（还需经精制和加入添加剂）。,柴油的用途,柴油为压燃式发动机（即柴油机）燃料。由于高速柴油机燃料耗量（5075g/MJ）低于汽油机（ 75100g/MJ），使用柴油机大型运载工具日益增多。以柴油为燃料的柴油机广泛用于载重货车、公交大客车、铁路机车、发电机、拖拉机、矿山机械、建筑用工程机械、船舶、军用坦克等，其功率从小到大一应俱全，因此柴油也就成为炼油行业中用途最广、数量最大的产
2、品。,柴油分类,按凝点柴油分为10号、5号、0号、-10号、-20号、-35号、-50号共七个牌号。0#柴油表示该种柴油凝点不高于0度。1、10号轻柴油适用于有预热设备的柴油机；2、5号轻柴油适用于最低气温在8以上的地区使用；3、0号轻柴油适用于最低气温在4以上的地区使用；4、-10号轻柴油适用于最低气温在-5以上的地区使用；5、-20号轻柴油适用于最低气温在-14以上的地区使用；6、-35号轻柴油适用于最低气温在-29以上的地区使用；7、-50号轻柴油适用于最低气温在-44以上的地区使用；,柴油的分类,柴油可根据馏分的轻重分为：轻柴油（沸点范围约180370）重柴油（沸点范围约350410）
3、,柴油的分类,柴油可根据环保标准分为：国二、国三、国四、国五标准国家质检总局、国家标准委积极推进第五阶段车用柴油国家标准制定工作，于6月8日批准发布了车用柴油()国家标准，自发布之日起实施，过渡期至2017年12月31日。该标准规定了第五阶段车用柴油的硫含量不大于10ppm，这一指标达到了目前欧盟标准的水平。,柴油的指标国,不同类型柴油机对柴油的要求 转速在5001000r/min以上的高速柴油机使用轻柴油； 转速在5001000r/min的中速柴油机和转速低于500r/min的低速柴油机使用重柴油。,柴油机对柴油的使用性能要求,柴油机燃料系统对柴油的要求,凝点低，黏度适中；燃烧性能好，在柴油
4、机中能自行发火；燃烧过程中，不在喷嘴上生产积炭堵塞喷油孔；柴油及燃烧产物不腐蚀发动机零件；不含有机械杂质。,5#柴油 乳化柴油 10#汽油,柴油机的能量转换过程,燃料的化学能,气体压力能,机械能,二、柴油机,1.什么是柴油机？,柴油机是以柴油为燃料的将化学能转换为机械能的动力装置。,2.什么叫活塞的死点（或止点）？什么是上死点和下死点？什么是活塞的冲程（行程）？,上死点,下死点,活塞行程S,曲轴回转中心,曲柄半径R,活塞行程S,曲柄半径R,=,2,曲轴旋转时，活塞所能到达的两个极限位置称作活塞的死点；距离曲轴旋转中心最远的称作活塞的上死点；距离曲轴旋转中心最近的称作活塞的下死点；上下死点之间的
5、距离称作活塞的冲程（行程）。,3.什么是气缸压缩容积？工作容积？气缸总容积？ 什么是柴油机的总排量？,压缩容积Vc,工作容积Vs,气缸总容积Va,活塞位于上死点时其顶部与气缸盖底部之间的气缸容积称作压缩容积；活塞从上死点移到下死点所扫过的容积称作工作容积；活塞位于下死点时其顶部与气缸盖底部之间的气缸容积称作气缸总容积；所有气缸的工作容积之和称为柴油机的排量。,气缸压缩容积、工作容积、气缸总容积和总排量之间的关系：,气缸总容积Va,=,压缩容积Vc,+,工作容积Vs,柴油机排量Va,=,气缸数,工作容积Vs,L,按冲程数分：有四冲程和二冲程。 四冲程：曲轴旋转两周完成一个工作循环。 二冲程：曲轴
6、旋转一周完成一个工作循环。按气缸排列方式分：有直列式、V型、W型和星型排列等。按气缸数分：有单缸机和多缸机（二缸和二缸以上的）。,柴油机分类,按进气方式：有自然吸气、增压和增压中冷。按冷却介质分：有水冷和风冷柴油机。 按转速分：有高速机、中速机和低速机。 转速： n1000r/min 高速机 600r/minn1000r/min 中速机 n600r/min 低速机按用途分：固定用柴油机和移动式柴油机。,柴油机主要性能指,主要性能,动力性能,经济性能,可靠性,排放性能,维修性能,转速,功率,动力性能指标,扭矩,动力性能指标是用来表征做功能力大小的指标。,功率：在单位时间内柴油机对外输出的有效功，
7、单位为kW 。转速：柴油机曲轴每分钟所转动的圈数，单位为r/min。扭矩：柴油机对外输出的有效扭矩转动力矩，单位为Nm Pe=Men/9550 (kW),动力性能指标是满足用户的配套需求。,经济性能指标,机油消耗率,有效热效率,经济性能指标表征柴油机的工作使用成本。,燃油消耗率,有效热效率：燃料燃烧所产生的热量转换成有效功的百分数。燃油消耗率：柴油机单位时间、单位功率所消耗的燃油量，单位为g/(kWh)。机油消耗率：柴油机单位时间、单位功率所消耗的机油量，单位为g/(kWh)。 以上指标是发动机在台架试验中测量考核的指标，与用户的实际情况存在差异，影响的因素也较复杂。,四冲程柴油机基本工作原理
8、,柴油机一个工作循环由四个工作冲程组成，即：进气冲程压缩冲程做功冲程排气冲程柴油机的连续运转是由无限个工作循环构成。,在柴油机四个工作冲程中，只有燃烧做功冲程对外做功，其他三个冲程消耗能量。,吸气冲程,压缩冲程,做功冲程,排气冲程,180CA,180CA,180CA,180CA,进气阀,排气阀,进气冲程 活塞由上止点向下止点移动，进气阀打开，排气阀关闭。 在柴油机进气冲程中，纯净空气被吸入气缸，为柴油燃烧提供氧气。,压缩冲程 活塞由下止点向上止点移动，进气阀和排气阀全部关闭。 柴油机压缩比较大，压缩终点时气缸内气体压力可高达35MPa，温度可达310340K，为气缸内油气混和与点火做好准备。,
9、做功冲程 活塞由上止点向下止点移动，进气阀和排气阀同时关闭。 压缩冲程结束时喷入燃烧室内的柴油，与高温高压气体混和并燃烧。燃气受热膨胀，推动活塞下移，对外做功。,排气冲程 活塞由下止点向上止点移动，进气阀关闭，排气阀打开。 通过活塞将废气排出气缸，为下一个工作循环做好准备。,柴油机的基本组成,柴油机的基本组成,机体组件,曲柄连杆机构,配气机构,燃油供给系统,润滑系统,冷却系统,启动系统,三、柴油的主要性能,（一）、柴油的抗爆性（二）、柴油的流动性（三）、柴油的雾化和蒸发性能（四）、柴油的安定性、腐蚀性和洁净度,（一）、柴油的抗爆性,1、什么是柴油的抗爆性？2、柴油抗暴性的表示：十六烷值（CN）
10、3、不同柴油机对十六烷值（CN）的要求4、柴油十六烷值与化学组成的关系5、柴油十六烷值与不同馏分的关系,1、柴油的抗爆性,柴油抗爆性指的是柴油在发动机汽缸内燃烧时抵抗爆震的能力，即柴油燃烧的平稳性。,2、十六烷值（CN）,十六烷值高的柴油，抗爆性能好，燃烧均匀，不易发生爆震现象，使发动机热功效率提高，使用寿命延长；过高的十六烷值（如大于65）的柴油燃烧会形成黑烟，燃料消耗反而增加；从使用性和经济性两方面考虑，使用十六烷值（CN）适当的柴油才合理。,3、不同柴油机对十六烷值（CN）的要求,对十六烷值（CN）的要求取决于柴油发动机的转速及负荷变化大小、启动情况和环境温度等因素。高速柴油机的燃料其十
11、六烷值应在4060，一般使用4045的燃料；中速柴油机可使用具有3035的燃料；低速柴油机可以使用低于25的燃料。,国外柴油标准十六烷值的规定值一般都在45以上，实际测定值也在45左右；我国石油产品标准中规定轻柴油的十六烷值一般不低于45，对于由中间基、环烷基原油生产的各号轻柴油的十六烷值允许不小于40。,4、柴油十六烷值与化学组成的关系,通常，相同碳原子数的不同烃类，以烷烃的十六烷值最高；烯烃、异构烷烃和环烷烃居中；芳烃的十六烷值最小。烃类的异构化程度越高，环数越多，其十六烷值越低。环烷烃和芳烃随侧链长度的增加，其十六烷值增加，而随侧链分支的增多，十六烷值显著减小。对于同类烃，相对分子质量越
12、大，热稳定性越差，自燃点越低，十六烷值越高。,5、柴油十六烷值与不同馏分的关系,相同类型的原油生产的柴油，直馏柴油的十六烷值要比催化裂化和焦化生产的柴油高。,不同类型原油的直馏柴油和二次加工柴油的十六烷值比较,（二）、柴油的流动性,柴油的流动性是指柴油的低温流动性；柴油的低温流动性与其化学组成有关，其中正构烷烃的含量越高，则低温流动性越差；我国评定柴油低温流动性能的指标为凝点（或倾点）和冷滤点；,1、凝点,凝点是指试样在试验规定的条件下，冷却至液面不移动时的最高温度，以表示。严格说凝点并不能确切表明柴油实际使用的最低温度。凝点是柴油质量中一个重要指标，轻柴油的牌号就是按凝点划分的。对照课本Pg
13、106低温性能各参数,2、倾点 在试验规定的条件下冷却时，油 品能够流动的最低温度，又称流 动极限，以表示。,3、冷滤点,（1）冷滤点是指在试验规定的条件下，柴油试样在60s内开始不能通过过滤器20mL时的最高温度，以（按1 的整倍数）表示。,图为：冷滤点测试仪,冷滤点,（2）冷滤点比凝点更能反映车用柴油的低温使用性能，它是保证车用柴油输送和过滤性的指标，并且能正确判断添加低温流动改进剂（降凝剂）后的车用柴油质量，一般冷滤点比凝点高26 。,图为：冷滤点测试仪,柴油中正构烷烃的含量越多，其倾点、凝点和冷滤点就越高；如石蜡基原油及其直馏产品的的倾点、凝点和冷滤点要比环烷基原油及其直馏产品高得多。
14、表面活性剂能吸附在石蜡结晶中心的表面上，阻止石蜡结晶的生长，致使油品的凝点、倾点下降，所以柴油中加入某些表面活性物质（降凝添加剂），则可以降低油品的凝点。柴油在精制过程中会与水接触，若脱水后的柴油含水量超标，则柴油的倾点、凝点和冷滤点会明显提高。,凝点、倾点及冷滤点与哪些因素有关？,原油中的烃类成分主要分为烷烃、环烷烃、芳香烃。根据烃类成分的不同，可分为的石蜡基石油、环烷基石油和中间基石油三类。石蜡基石油含烷烃较多；环烷基石油含环烷烃、芳香烃较多；中间基石油介于二者之间。目前中国已开采的原油以低硫石蜡基居多。大庆等地原油均属此类。,（三）、柴油的雾化和蒸发性能,1、黏度2、馏程,1、黏度,（1
15、）、柴油的黏度对在柴油机中供油量的大小以及雾化的好坏有密切的关系。（2）、柴油的黏度过小，就容易从高压油泵的柱塞和泵筒之间的间隙中漏出，因而会使喷入汽缸的燃料减少，造成发动机功率下降。（3）、同时，柴油的黏度越小，雾化后液滴直径就越小，喷出的油流射程也越短，喷油射角大，因而不能与汽缸中全部空气均匀混合，造成燃烧不完全。,（4）、柴油的黏度过大会造成供油困难，同时，喷出的油滴的直径过大，油流的射程过长，喷油射角小，使油滴的有效蒸发面积减小，蒸发速度减慢，这样也会使混合气组成不均匀、燃烧不完全、燃料的消耗量增大。（5）、一般含烷烃较多的石蜡基原油的柴油黏度较小，而环烷基原油的柴油黏度较大。,2、馏
16、程,（1）、馏分组成影响柴油的雾化和蒸发，也就影响着柴油的燃烧性和起动性，燃烧的好坏也直接影响着发动机积炭，贸黑烟和耗油率。（2）、柴油轻馏分越多，则蒸发速度越快，柴油机越易于起动；柴油中小于300馏分的含量对耗油量的影响很大，小于300馏分含量越高，则耗油量越小；但若柴油的馏分过轻，则由于蒸发速度太快而使发动机汽缸压力急剧上升，从而导致柴油机工作不稳定。,（3）、为了控制柴油的蒸发性不致过强，保证安全性，国家标准规定了各号柴油的闭口杯法闪点：轻柴油标准要求35号及50号轻柴油的闪点不低于45，20号轻柴油闪点要求不低于50 ，其余牌号轻柴油闪点要求不低于55 。（4）、国外柴油标准闪点指标一
17、般控制在5055。,（四）、柴油的安定性、腐蚀性 和洁净度,1、柴油的安定性,影响柴油安定性的主要原因使油品中存在不饱和烃以及含硫，含氮化合物等不安定组分。柴油的安定性评价指标：总不溶物和10蒸余物残炭,总不溶物是表示柴油热氧化安定性的指标，它反映了柴油在受热和有融解氧的作用下发生氧化变质的倾向。我国车用柴油的热氧化安定性指标中，要求总不溶物含量不大于2.5mg/100mL。10蒸余物残炭值反映柴油在使用中在汽缸内形成积炭的倾向，残炭值大，说明柴油容易在喷油嘴和汽缸零件上形成积炭，导致散热不良，机件磨损加剧，缩短发动机使用寿命。,2、柴油的腐蚀性,评定柴油腐蚀性的指标有含硫量、水分、铜片腐蚀等
18、。柴油中含硫化合物的危害：导致发动机系统腐蚀和磨损；降低排气处理系统的效率；污染环境。为了保护环境及避免发动机腐蚀，轻柴油的质量标准中规定含硫量不大于0.2，城市用柴油的含硫量不大于0.05。,3、柴油的洁净度,影响柴油洁净度的物质主要是水分和机械杂质。柴油中如有较多水分，在燃烧时将降低柴油的发热值，在低温下会结冰，从而使柴油机的燃料供给系统堵塞。机械杂质的存在除了会引起油路堵塞外，还可能加剧喷油泵和喷油器中精密零件的磨损。,2005年7月1日执行的北京市车用柴油技术要求,三、清洁柴油,（一）、我国清洁柴油的现状,随着石化工业和汽车工业的不断发展，我国轻柴油质量升级经历了七个阶段，清洁化水平不
19、断提高。2000年GB252-2000要求含硫量不大于0.2，2002年的GB/T19147-2003要求硫含量不大于0.05，该标准参照EN590-1998标准，达到欧排放要求。国内清洁柴油质量与世界燃料规范相比有较大差距，主要表现在国产柴油当中直馏柴油组分占60，催化裂化柴油组分占29，焦化柴油等其他组分占11。由于催化裂化柴油组分和未加氢柴油比例偏高，致使柴油的十六烷值低、硫平均含量高、芳烃含量高、密度大、氧化安定性差。,（二）、清洁柴油主要技术指标性能分析,柴油的十六烷值硫含量芳烃馏程抗泡性喷嘴清净性,1、柴油的十六烷值,柴油的十六烷值不仅是柴油的抗爆性能指标，而且其大小也影响汽车冷启
20、动、尾气排放和噪音。适当增加柴油的十六烷值可缩短发动机启动的时间、降低排放和油耗；例如当十六烷值从50增加到58时，冷启动时间可缩短40，低负荷发动机的NOx排放可降低9，未燃烃类和CO排放都可降低26，同时可节省燃料消耗。,2、硫含量,硫可使发动机的部件腐蚀和磨损，硫的燃烧产物Sox不仅污染大气，而且会使尾气催化转换器的催化剂中毒，使后处理装置寿命变短，使汽车尾气中的CO、HC及NOx排放增加。硫对排放微粒的影响尤为显著，当柴油中硫含量从500ug/g降到30ug/g时，轻柴油车微粒可降低7正因为硫含量的影响大，在世界燃料规范中，硫含量规定从满足欧、欧的300ug/g到满足欧、欧的30ug/
21、g，到无硫燃料（510ug/g），使其可满足更严格的排放要求。,3、芳烃,芳烃在燃烧时影响火焰温度，增加NOx的排放，同时多环芳烃燃烧易形成微粒，造成排放污染。芳烃含量由30降低到10，在轻负荷柴油机中， NOx排放将降低5.2。,液体石油树脂11# 芳烃,芳烃的质谱图解析,芳烃抽提精馏装置,4、馏程,馏程在影响汽车的性能及排放上分为3个部分：（1）、轻质部分影响起动性能；（2）、T50影响黏度及相对密度；（3）、T90、T95及干点影响燃烧完全性及排放。,5、抗泡性,因为泡沫会促使柴油在装桶时速度变慢，而且抗泡剂通常作为柴油复合剂的组成部分加入柴油中。在世界燃料规范草案柴油级别3、级别4均有
22、抗泡性规定。现在常用含硅抗泡剂。,6、喷嘴清净性,（1）当柴油质量差，烯烃含量高时，喷嘴容易结垢，因此要加入清净剂来保持喷嘴清洁或清洗喷嘴来改善燃烧，达到节能的目的。因此为满足欧欧甚至更高级别的排放要求，世界燃料规范柴油级别24均规定了喷嘴清净性，不得使其空气流速损失高于85。,（2）根据生产超低硫的发展趋势，脱硫、脱芳烃、烯烃饱和将是今后生产清洁柴油需重点解决的问题。,柴油清净性测定器,世界燃料规范柴油主要标准,柴油加氢精制技术,柴油加氢精制工艺 定义：加氢精制是指在一定温度、压力、氢油比和空速条件下，原料油、氢气通过反应器内催化剂床层，在加氢精制催化剂的作用下，把油品中所含的硫、氮、氧等非
23、烃类化合物转化成为相应的烃类及易于除去的硫化氢、氨和水。提高油品品质的过程。,柴油的燃烧性能主要是以十六烷值来表示的。十六烷值越高，柴油的燃烧性能越好，但是其凝点也较高。凝点表示柴油的低温流动性，是指油料遇冷开始凝固而失去流动性的最高温度，是柴油的重要指标之一。我们使用的柴油的标号所表示的就是它的凝点。凝点与柴油的低温使用性能没有直接的对应关系。因为在柴油凝固前，先析出石蜡晶体，不同原油和不同炼制方法获得的柴油，这些晶体的形状和大小也不同，它们往往会堵塞柴油机的滤网，造成供油中断。因此，使用柴油发动机的汽车要注意根据使用地的环境温度来选择适当标号的油品。柴油在使用前应充分沉淀、过滤，以排除杂质
24、，一般不应少于48小时。这是因为高速柴油机的高压泵和喷油嘴都是十分精密的部件，稍有机械杂质进入，就会遭到严重磨损。另外，柴油在低温条件下使用时，应进行预热。不同标号的柴油，由于它的质量指标除凝点外基本相同，所以可以适合季节用油的情况下混用。,柴油的正确选用,按凝点轻柴油分为0号、10号、20号、32号四种，它们的凝点分别不高于0、-10、-20、-35。用作柴油汽车的燃料，应根据不同地区和季节选用不同牌号的轻柴油。一般地说，气温低选取用凝点较低的轻柴油；反之，则选用凝点较高的轻柴油。凝点应低于当地气温5。具体地说，0号轻柴油适于全国各地49月份使用，长江以南冬季亦可使用；10号轻柴油适于长城以
25、北地区冬季和长江以南地区严冬使用；20号累柴油适于长城以北地区冬季和长城以南、黄河以北地区严冬使用；35号轻柴油适于东北和西北地区严冬使用。,柴油的正确选用,如何鉴别油品质量,、颜色：一般柴油的颜色是暗红色或深茶色，稍透明无 混浊现象，颜色发黑或暗 绿色是低牌号掺配油，有混浊现象的是混人水杂。 、气味：柴油油味正常，手拭有油感，如有异味或腥辣难闻的是再生油，如油感 太浓是混人其它润滑油。 、根据温度使用： 柴油春秋或夏季使用，-10柴油一般在冬 季使用， 柴油在度以上的气候下使用，柴油在 -度以上的气候下使用，如在 使用中发生析蜡（结冰）现象， 便是牌号不够。,生物柴油的现状与发展前景,生产和
26、推广应用生物柴油的优越性是显而易见的：（1）原料易得且价廉。用油菜籽和甲醇为生产原料，可以从根本上摆脱对石油制取燃油的依赖。（2）有利于土壤优化。种植油菜可与其他作物轮种，改善土壤状况，调整平衡土壤养分，挖掘土壤增产潜力。（3）副产品具有经济价值。生产过程中产生的甘油、油酸、卵磷脂等一些副产品市场前景较好。（4）环保效益显著。生物查燃烧时不排放二氧化硫，排出的有害气体比石油柴油减少70%左右，且可获得充分降解，有利于生态环境保护。此外生物柴油由于竞争力不断提高、政府的扶持和世界范围内汽车车型柴油化的趋势加快而前景更加广阔。,生物柴油的竞争力不断提高,从世界范围来看，目前世界上含硫原油（含硫量0
27、.5%2.0%）和高硫原油（含硫量在2.0%以上）的产量已占世界原油总产量的75%以上，其中含硫量在1%以上的原油占世界原油总产量的55%以上，含硫量在2%以上的原油也占30%以上。目前全球炼油厂加工的原油平均相对密度是0.851 4，平均含硫量是0.9%；在2000年以后，平均相对密度将上升到0.863 3，含硫量将上升到1.6%。炼油厂要在现有基础上，使柴油含硫量低、有良好的安定性及润滑性、较高的十六烷值和清净性，必须在装置调整上投入大量资金，并由此带来油品生产成本的提高，在这方面，各发达国家的炼厂均投入了重金。从美国的情况看，美国从20世纪90年代初启动油品清洁化，已累计投入了300多亿
28、美元。由此造成的油品成本提高使目前美国炼厂吨毛利仅在每桶1美元左右，维持微利状态，有的企业甚至亏损；从欧洲的情况来说，欧洲炼油厂要达到2000年欧盟燃油规格，估计需要投资200亿300亿美元。欧洲石油工业协会估计的投资更高，该组织认为要达到2000年和2005年的柴油规格，需要投资440亿500亿美元 。,油品、政策、使用环境限制柴油车发展,国家环保总局的有关负责人表示，先进的柴油发动机以其低油耗、强动力、低温气体排放、耐久性日益受到市场欢迎。但柴油车的发展在我国受到了很大的限制。与发达国家相比，我国控制机动车排放的起步时间较晚，柴油车工业和排放控制的技术水平起点较低，制定排放标准受到企业达标
29、成本以及国内燃油品质因素的制约，对污染控制指标要求不高。再加上使用中的维护保养欠佳和超载等因素，柴油车使用中的排放污染状况给广大公众留下了不好的印象。这位负责人说，在影响柴油车排放控制水平提高的诸多因素中，柴油的质量差是造成我国柴油车排放污染较重的重要原因之一。提高柴油车排放控制水平的关键是改善发动机性能、减少污染物排放。先进的排放控制技术对油品质量提出了更高的要求，对油品的质量要求越苛刻，对油品的有害物质越敏感。生产较清洁的燃油，必然带来成本的提高。如果国家的价格、税收政策对企业提高的成本能够给予一定的补偿，则会有力地促进清洁燃油的发展。,多款已上市和未上市柴油车,习题：,1、柴油机和汽油机有何不同之处？2、简述柴油机一次爆震的全过程。3、一般来说，倾点、凝点哪个温度更高？4、同类烃中，随相对分子量增大，自燃点越 ， 而闪点越 ，燃点 越 ，凝点越 。5、目前，柴油精制中存在的难点有哪些？分别有 什么解决方案？注：以后的作业本编号栏以布置作业的年份月份日期来表示，如今天布置的作业编号为150416。,谢谢！,
