1、汽汽 车车 运运 行行 材材 料料 绪绪 论论 1.1.定义：定义：汽车运行材料是指汽车运行过程中的使用周期较短，汽车运行材料是指汽车运行过程中的使用周期较短，消耗费用较大，对车辆的使用性能有较大影响的消耗费用较大，对车辆的使用性能有较大影响的 非金属材料，包括车用燃料、车用润滑材料、车用工非金属材料，包括车用燃料、车用润滑材料、车用工 作液、车用轮胎等。作液、车用轮胎等。2.2.汽车运行材料的主要研究内容：汽车运行材料的主要研究内容：本课程主要讲授维持和保障汽车运行的各种燃料、本课程主要讲授维持和保障汽车运行的各种燃料、润滑材料、各类工作液及轮胎等汽车运行材料的应用润滑材料、各类工作液及轮胎
2、等汽车运行材料的应用 常识、使用性能、性能指标的评定、分类、规格和汽常识、使用性能、性能指标的评定、分类、规格和汽 车运行材料的选用原则及使用注意事项。车运行材料的选用原则及使用注意事项。车用燃料车用燃料 为汽车提供动力的可燃性物质，为汽车提供动力的可燃性物质，燃烧燃烧 时产生热能，通过能量转换装置转换成机械能驱时产生热能，通过能量转换装置转换成机械能驱 动汽车行驶，目前主要的车用燃料是汽油和轻柴动汽车行驶，目前主要的车用燃料是汽油和轻柴 油；在一些特殊情况下，汽车也可使用代用燃料油；在一些特殊情况下，汽车也可使用代用燃料润滑材料润滑材料 用于汽车各相对运动零件表面间的润用于汽车各相对运动零件
3、表面间的润 滑介质，具有减小摩擦阻力，保护摩擦表面的功滑介质，具有减小摩擦阻力，保护摩擦表面的功 能，起到密封、散热和清洗的作用。能，起到密封、散热和清洗的作用。各种工作液各种工作液 主要包括汽车制动液、防冻液、液主要包括汽车制动液、防冻液、液 力变扭器液、减震器液和电解液。力变扭器液、减震器液和电解液。汽车运行材料大多都是石油产品。这些汽车运行材料大多都是石油产品。这些材料有的直接来源于石油，有的以石油为原材料有的直接来源于石油，有的以石油为原材料加工而成。据统计，全世界石油产品的材料加工而成。据统计，全世界石油产品的4646都被汽车所消耗。因此，认识和了解石都被汽车所消耗。因此，认识和了解
4、石油对研究运行材料具有重要作用。油对研究运行材料具有重要作用。一一 石油的基本知识石油的基本知识 石油在国民经济中占有及其重要的地位，车用燃料和润滑剂目前多为石油产品。我国是 能源大国，总地质储量居世界第三，但从人均 占有量来看，我国又是能源贫国，只有世界人 均占有量的 1/2。所以，为了取得较高的能源 利用效率，就必须注意节约和合理使用石油产 品。石油又称为原油，它是从地下深处开采的 具有特殊气味的可燃黏稠状液体，石油的颜色 非常丰富，有红色、金黄色、墨绿色、黑色、棕黑色、红褐色等等，甚至还有透明的石油。密度大多在0.800.98g/cm3之间。下图是透 明和黑色石油的实物照片。a)透明的石
5、油 b)黑色的石油 石油的颜色 石油的颜色取决于它本身所含胶质、沥青质 的含量，石油的颜色越浅其油质越好，透明的石 油可直接加在汽车油箱中代替汽油。石油的成因目前有两种说法：无机论 即石油是在基性岩浆中形成的；有机论 即各种有机物如动物、植物、特 别是低等的动植物，像藻类、细菌、蚌类、鱼 类等死后埋藏在不断下沉缺氧的海湾、三角洲、湖泊等地，在很多物理化学作用下最后逐渐形 成为石油。最早提出“石油”一词的是公元977年中 国北宋编著的太平广记。最早给石油以科 学命名的是在我国宋代著名科学家沈括编著的 梦溪笔谈中，把历史上沿用的石漆、石脂 水、火油、猛火油等名称统一正式命名为“石 油”。在石油一词
6、出现之前，国外称石油为“魔鬼的汗珠”、“发光的水”等。第一节第一节 石油的化学组成石油的化学组成 石油的化学成分比较复杂，是由分子大小 和化学结构不同的烴类和非烴类物质组成的复 杂混合物！石油的元素组成：主要有碳、氢、硫、氧、氮五种，其中碳约占 83%87%，氢约占11%14%，氧、硫、氮约占 0.5%5%。此外,石油 中还有极微量的氯、碘、磷、砷、硅、钠、钾、钙、铁、铜、镁、铝、镍、钒等元素。石油的烴类和非烴类组成。碳氢化合物常被 称为烴。按照其结构不同，烴主要分为烷烴、环 烷烴、芳香烴和不饱和烴。一、烷烃 烷烃是链状饱和烃，分子通式是CnH2n+2。烷烃按其结构又可分为正构烷烃和异构烷烃。
7、凡 是烷烃分子中的主碳链上没有碳支链的称为正构 烷烃，有支链结构的称为异构烷烃。在常温下，碳1到碳4是气体，碳5到碳16是 液体，碳16以上是固体。固态烷烃在燃油中呈溶 液状态存在。二、环烷烃 环烷烃是一种环状饱和烃，分子通式为CnH2n 在燃油中，大都是单环的五碳环和六碳环。环烷烃的化学性质比较稳定，不易氧化变质，抗爆性比正构烷烃高，与大部分异构烷烃的抗爆 性相当。环烷烃的凝点低，润滑性较好，是汽油 和润滑油的良好成分。三、芳香烃 芳香烃是以苯环为基础组成的化合物，有单苯 环、双苯环组成的芳香烃，还有三苯环、四苯环 组成的芳香烃、带侧链的芳香烃、由环烷烃和芳 香烃混合组成的芳香烃等。分子通式
8、为CnH2n-6、CnH2n-12和CnH2n-18等。芳香烃具有非常高的稳 定性，其自燃温度高达600，具有良好的抗爆 性。汽油中掺入少量的苯可以提高其抗爆性。四、烯烃 烯烃的分子中碳原子与碳原子之间有双键连 接，为不饱和烃。有一个双键的称为烯烃，有两 个双键的称为二烯烃。烯烃的分子通式为CnH2n，二烯烃的分子通式为CnH2n-2。含烯烃较多的汽 油或柴油，在长期储存中容易氧化变质，会形成 胶质和有机酸。五、石油中的非烃类化合物 1.含硫化合物 含硫化合物包括硫化氢、硫醇、硫醚、二硫化物 、环硫醚等。2.含氧化合物 包括酸性氧化物和中性氧化物。3.含氮化合物 石油中的含氮化合物可分为碱性和
9、非碱性两类。4.胶质和沥青质 胶质是树脂状黏稠物质，呈深黄色至棕色。沥青质是非晶状粉末，呈深褐色或黑色。六、烃类分布规律 石油是混合物，没有固定的沸点，采用蒸 馏方法制取油品。蒸馏分离出来的各种成分，叫做馏分。一般情况下，蒸发温度为35200 的馏分为汽油；蒸发温度为200350的馏 分为煤、柴油；蒸发温度为350500的馏分 为润滑油。烷烃、环烷烃和芳香烃中的碳原子 个数少、分子量小和环数少的烃都分布在低沸 点馏分中；反之则分布在高沸点馏分中。第二节第二节 石油产品提炼的基本方法石油产品提炼的基本方法 现代石油工业最早诞生于美国宾西法尼亚 州的太特斯威尔村。1858年乔治.比尔斯请德 雷克上
10、校带人打井，1859年8月27日在钻井69英 尺时，终于获得了石油。从此，利用钻井获得 石油、利用蒸馏法炼制燃油的技术真正实现了 工业化，现代石油工业诞生了。石油的加工包括石油的预处理和石油的提炼 1.石油的预处理的目的是脱盐脱水，这个 过程一般是在两级脱盐罐中进行的。2.石油的提炼是在炼油厂蒸馏塔中进行的 炼油厂包括三种类型：燃料油，燃料润滑油 ，燃料化工。3.石油经过加工提炼，可以得到的产品大 致可分为四大类：石油燃料；润滑油和润 滑脂；蜡、沥青和石油焦；溶剂和石油化 工产品。石油分馏生产过程示意图石油分馏生产过程示意图 石油提炼的基本方法石油提炼的基本方法:一、蒸馏法一、蒸馏法 蒸馏法分
11、为常压蒸馏和减压蒸馏 1.常压蒸馏是根据组成石油的各类烴分子的沸点 不同，利用加热、蒸发、分馏、冷凝等步骤对石油进 行的直接分馏。常压蒸馏可以直接从石油中得到汽油、煤油和柴油。其蒸馏流程是：首先用油泵将石油打入 管式加热炉中加热到350360，使之变成油蒸 气，然后送入常压蒸馏塔中。塔顶上获得的石油气体 ，是良好的化工原料。蒸馏塔的不同位置上安装着隔 板，这些隔板称为塔盘，油蒸气在塔盘中冷凝结成液 体。在蒸馏塔的上层塔盘中可以获得汽油馏分，在中 层塔盘中可获得煤油馏分，在下部盘中可获得柴油馏 分。塔底部残留的不能蒸发的残油（重油馏分），称 为塔底油，由塔底部流出后进入减压蒸馏系统。2.减压蒸馏
12、是指在减低蒸馏塔内压力的条件下对 常压蒸馏时得到的重油进行蒸馏。如果将重油采用常 压蒸馏，必须要提高加热温度，这样将导致重油分子 发生裂解，影响制取润滑油的馏分组成，因此，必须 适当采用减压降沸的蒸馏方法。方法是：将塔底油在 管式炉中加热到400以上，送入减压蒸馏塔中，塔内 保持1.33kPa的压力，使重油蒸发成气体，并在上中下 高度不同的各层塔盘中冷凝，即可分别获得轻质润滑 油馏分、中质润滑油馏分和重质润滑油馏分，这些油 统称为馏分油。最后，从减压蒸馏塔底部流出的是减 压渣油。在炼油厂的实际生产工艺流程中，往往把 常压蒸馏和减压蒸馏组合进行，称为常减压蒸 馏。常减压蒸馏是炼油厂的第一道工序，
13、通过 它可以直接从原油中提取石脑油、汽油、煤油 、轻柴油及燃料油。常减压蒸馏的流程如图所示 常减压蒸馏的流程图 常减压蒸馏塔的实物照片如图所示 常减压蒸馏塔 利用蒸馏法获得的汽油、柴油的生产率较 小，一般在25%35%之间，这远不能满足燃料 日益增长的需求。因此，必须对重质油品进行 二次加工从而获得更多更好的燃油。二次加工 法有热裂化、催化裂化、加氢裂化、催化重整、烷基化和延迟焦化等方法。二、热裂化法 热裂化法是利用重质烃类在高温、高压下 可发生裂解的性质，将一些大分子烃类分裂成 为一些小分子烃类，从而获得更多汽油、柴油 的一种加工方法。热裂化产品有裂化气、汽油、柴油和渣油等。裂化气的产率约为
14、10，汽油 的产率为3050，柴油的产率约为30，渣油的产率约为30。对这些热裂化产品，由 于含有较多不饱和烃，使得性质不稳定，易发 生变质，所以热裂化方法已逐渐被淘汰。三、催化裂化法 催化裂化是在催化剂作用下、反应温度为450 590，压力为0.10.2Mpa的条件下，对原料油进 行裂化、异构化、芳构化、氢转移等反应，使沸点较 高的大分子烃裂化为小分子烃的加工工艺。重质烃类的裂解是在催化剂的作用下进行的，由 于催化剂（硅酸铝或泡沸石）的作用，除大分子烃变 成小分子烃外，还改变其分子结构，使不饱和烃大为 减少，异构烷烃和芳香烃的含量增高。因为不饱和烃 含量大大减少，所以催化裂化产品比热裂化产品
15、安定 性好，不易发生变质。催化裂化产品主要有石油气、汽油和轻柴油。催化裂化是目前普遍采用的炼制方法，其工艺流程如图：四、加氢裂化法 加氢裂化法是在高温（370430）和高压（10 15Mpa），在钨、钼、镍等催化剂作用下,加入氢气，对原料进行加氢、裂化和异构化，从而使重质油转变 成饱和的轻质油的一种炼制方法。加氢裂化同催化裂化相似，除了大分子烃转变成小 分子烃外，也发生分子结构的改变，从而使裂化产品 中的不饱和烃大为减少，而异构烷烃和环烷烃的含量 大大增加。另外,加氢裂化还可以将原料油中的硫、氧、氮等非烃类化合物转化为易于脱除的水、氨、硫化氢 等，所以加氢裂化产品含异构烷烃和环烷烃较多，含 硫
16、、氧、氮等非烃类化合物和烯烃很少，因而产品性 质比较安定。加氢裂化的产品有汽油、柴油、润滑油等。加氢裂化的汽油抗爆性好，腐蚀性低；加氢裂化 的柴油发火性能好，凝点也低；加氢裂化的润滑油粘 温性能好。加氢裂化装置的实物照片如下图所示。加氢裂化 不如催化裂化方法应用普遍。大庆炼油厂年处理能力 300 kt 加氢裂化装置 五、催化重整法 是指对直溜汽油的馏分，在催化剂作用下，使其烃分子结构进行重排形成新分子结构，从 而获得高辛烷值和安 定性好的汽油组分的 工艺。催化重整按所 用催化剂种类的不同 ，分为铂重整、铂铼 重整、铂锡重整以及 多金属重整等。催化重整装置的实物照片如图 六、烷基化法 在催化剂作
17、用下，烷烃与烯烃的化学加成 反应叫做烷基化。异辛烷是车用汽油的理想调和组分，可使 调和汽油的研究法辛烷值高达9295，并且具 有良好的挥发性和燃烧性，还不含有烯烃。所 以，烷基化对生产高辛烷值汽油具有重要意义。七、延迟焦化法 延迟焦化是为了充分利用能源以得到更多 的轻质油，对减压渣油等重质油品进行深度加 工的一种方法。所谓延迟焦化，就是通过缩短减压渣油在高温（500左右）炉管内的停留时间，使减压渣油在炉管内来不及结焦的条件下进入焦炭塔。在 焦炭塔中，减压渣油在高温下进行充分反应，一方面由大分子烃裂化分解成小分子烃，直至 成为气体，另一方面缩合成为石油焦，这样就 避免了减压渣油在加热炉管内大量结
18、焦的出现，从而使装置的运转周期得到延长。延迟焦化的 产物主要是汽油、柴油、裂化原料油和石油焦 等。八、石油产品的精制 通过石油炼制方法得到的石油产品大多数为 半成品，其中还含有硫化物、氧化物、氮化物、胶质以及不饱和烃等杂质，因此，还需对这些半 成品进行精制加工，以除去其中的非理想组分。常用的精制方法有：电化学精制、加氢精制 、溶剂精制、白土补充精制、加氢补充精制、脱 硫醇精制、溶剂脱蜡、尿素脱蜡、分子筛脱蜡、微生物脱蜡等。九、石油产品的调和 1.燃油的调和 各种炼制方法得到的燃油馏分，成本不同，质量档次也不同，为保证出厂燃油既符合质量标 准，又能降低生产成本，一般要将各种方法得到 的燃油馏分进
19、行调和。同时，为满足现代内燃机 的工作需求和排放标准的要求，还得向燃油中加 入多种添加剂或其他提高燃油性能的组分。这一 工艺工程就是燃油的调和过程。2.润滑油的调和 经多种精制方法得到的润滑油馏分往往满足 不了现代发动机等机械的要求，还不能直接使用 通常需要根据润滑油产品规定的性质要求，将不 同加工方法得到的润滑油或不同粘度的润滑油 相互混合，并加入一定量的提高润滑油使用性 能的添加剂后才能使用。这一工艺过程就是润 滑油的调和过程。十、辅助添加剂 为进一步提高石油产品的性能，满足现代 机械产品对燃料和润滑油的使用要求，一般需 要向石油产品中添入各种辅助添加剂。1.石油产品添加剂分类 石油产品辅
20、助添加剂按应用场合分为润滑 添加剂、燃料添加剂、复合添加剂和其他添加 剂四部分。对润滑添加剂又按照作用分为9组；对燃料添加剂也按作用分为15组；对复合添加 剂按油品分为12组。同一组内根据其组成或特 性不同又分为若干品种。2.润滑添加剂 为改善润滑油的性能而加入的添加剂称为 润滑添加剂。按其作用类别，可分为清净剂和 分散剂、抗氧抗腐剂、极压抗磨剂、油性剂和 摩擦改进剂、粘度指数改进剂、防锈剂、降凝 剂、抗泡沫剂等等。3.燃料添加剂 为改善燃料的性能而加入的添加剂称为燃 料添加剂。按其作用类别，可分为抗爆剂、十 六烷值改进剂、低温流动性改进剂、清净分散 剂、抗氧防胶剂、金属钝化剂等。思考题：1.什么是汽车运行材料？研究它有何意义？2.石油中的烃类主要有哪几种？3.各种烃类对石油产品性质有什么影响？4.石油产品提炼的基本方法有哪些？5.石油产品精制方法有哪些？
