煤油 :轻质石油产品

更新时间:2023-03-25 11:08

煤油(英文名:kerosene)是轻质石油产品的一类,是烃类的复杂混合物,煤油常温下外观为无色或淡黄色液体,略带臭味,不溶于水,易溶于醇和其他有机溶剂,相对密度约为0.80~0.83,沸点大多为200~310℃,低位发热量约为43960~46050kJ/kg(10500~11000kcal/kg),按沸点高低和用途的不同,有航空煤油和灯用煤油两类,前者沸点较低(常种高于汽油);后者俗称”火油“,沸点较高(略低于或接近柴油)。煤油属于低毒和微毒类物质,职业中毒情况较少。煤油主要用做燃料,也可用做精密金属机械零件的洗涤剂以及杀虫药的溶剂、印刷油墨、金属工件的渗碳油。

发现历史

最早在9世纪,波斯的医生、炼金术士拉齐(Rhazes)在对黏稠的黑色液体(古代版的沥青)进行多次蒸馏后,得到一种清澈的、可以自由流动的物质。1846年,加拿大地质学家、企业家亚伯拉罕季斯纳(Abraham Gesner)找到了从煤中提取这种物质的方法,并将其命名为kerosene(煤油)。1853年,石油蒸馏工艺被发明,波兰科学家阿格纳斯·卢卡西维奇(Ignacy Lukasiewicz)通过石油蒸馏得到煤油。1854年,卢卡西维奇建造了第一家炼油厂。1861年,莫兹诺夫在巴库的成熟油田上建造了第一家俄罗斯炼油厂。直到19世纪,石油工业的主要生产需求仍是煤油。到了21世纪,石油工业的主要生产需求才转变为汽车燃料油。

理化性质

物理性质

煤油是由多种烃类组成的复杂混合物,其物理性质与化学组成和结构密切相关。煤油常温下为水白色至淡黄色油状液体,不溶于水、但可溶于有机溶剂,当煤油受热时,会膨胀并且密度降低,其比重在4℃的水中为0.7~0.8。煤油中高沸点组分的含量越高,则其闪点也越高。煤油的平均分子量是其各组分分子量的平均值,随沸点的增高而增大。煤油的粘度随其组分和测定温度的不同而变化,温度升高,粘度减小。煤油的蒸汽压不仅随温度变化,还随其组成的不同而变化,即使温度相同,其蒸汽压也会有差异。

化学性质

煤油易燃,燃烧可产生二氧化碳和水,并释放出大量热能。煤油燃烧一般比较完全,火焰较为稳定。但当氧气不足时会不完全燃烧,产生一氧化碳和黑色的游离碳。当其蒸气在空气中达到一定浓度时,会形成一种具有爆炸性的混合气体,遇到火焰即可发生闪火或爆炸。

化学组成与性质

煤油是一种复杂的化学混合物,主要由饱和碳氢化合物组成,其中包含烃、环烷烃、芳香烃和烯烃等多种烃类化合物。除了饱和碳氢化合物,煤油中还包含少量的硫和含硫化合物、胶质、沥青质,极少量的含氧化合物、含氮化合物和灰分等。

烷烃

煤油中的烷烃主要是C₁₁~C₂₀的烷烃,有正构烷烃,也有异构烷烃,烷烃是一种稳定的化合物,在常温常压下不易被氧化。然而,当受到高温作用时,烷烃能够与空气中的氧气发生反应并燃烧。正构烷烃的热氧化安定性差,在高温下容易形成过氧化物,因此辛烷值最低,而且碳链越长,其辛烷值越低。煤油中烷烃含量一般为28~48%。

环烷烃

煤油中除含有单环环烷烃外,还有双环环烷烃及多环环烷烃。环烷烃的化学性质和烷烃类似,但沸点、密度都较相应的烷烃高。煤油中环烷烃含量一般为17~44%。

芳香烃

芳香烃根据分子中是否含有苯环,芳烃分为苯系芳烃和非苯芳烃;苯系芳烃分子中根据苯环的数目及连接方式可分为单环芳烃、多环芳烃、稠环化合物等。芳香烃比较稳定,不易被氧化,但带侧链的多环和稠环芳香烃很容易被氧化而生成胶状物质,这是煤油氧化变质的重要原因之一。煤油中芳香烃含量一般为20~50%。

烯烃

芳烯烃是指分子结构中含有碳-碳双键(烯键)的不饱和烃类化合物。按含双键数目的多少可分为单烯烃、二烯烃和多烯烃。在石油的催化裂化加工过程中,大分子的烷烃环烷烃受热分解,生成烯烃和二烯烃,其化学性质活跃,在一定条件下容易被氧化生成有机高分子化合物黏稠物。煤油中烯烃含量一般为1~6%。

硫和硫化物

硫和硫化物按是否能与金属直接反应可分为活性硫化物和非活性硫化物,活性硫化物有硫化氢硫化钴、硫醇和单质硫,能与金属直接发生反应;非活性硫化物有硫醚、二硫醚、噻吩等,不与金属直接发生反应。非活性硫化物会在储存时导致煤油生成胶质,使得,其应用性能下降。

胶质和沥青质

胶质是树脂状黏稠物质,通常为褐色的黏稠且流动性很差的液体或者无定型炭,受热时熔融,着色能力强,胶质的含量越多,煤油的颜色就越深。沥青质则是指那些可以在苯、三氯甲烷和二硫化碳中溶解,但不能在石油醚和乙醇中溶解的物质。它通常为一种深褐色或黑色的不定性固体,其化学性质比较稳定。

制备方法

煤油由天然石油或人造石油经分馏或裂化而得。

原油分馏

原油分馏是通过一个带有外部汽提的复杂塔进行的,如图所示。在加热后,原油被输送到第一段(最底部的一段)中部,煤油、柴油和汽油以气相的形式从这一段蒸出,同时重油从塔底分出。随着上升,油气在第二段底部分出液态柴油,在第三段底部分出液态煤油。汽油以气相的形式从第三段顶部蒸发出来,然后通过冷凝器冷却器冷却成为液态产品,最终存储在贮罐中。

工业用常减压蒸馏装置通常分为三个部分,分别是初馏、常压蒸馏和减压蒸馏。煤油在常压蒸馏阶段蒸出。初馏完成后,原油通过拔头从初馏塔底进入常压加热炉,然后加热到一定温度,进入常压分馏塔。在塔顶喷入冷回流,控制塔顶温度在一定范围之间。随着温度逐渐升高,利用馏分沸点范围的不同,在侧线蒸出煤油。煤油通过常压汽提塔,在使用过热水蒸气提取轻组分后,经过换热回收部分热量,并冷却到一定温度后送出装置。

加氢裂化

加氢裂化是一种化工加工工艺,利用催化剂和氢气在反应条件下将重质油转化为煤油等轻质油品。不同于催化裂化,加氢裂化不仅进行裂化反应,还伴随有加氢反应。加氢裂化可以提高轻质油收率,并可生产出各种高质量的油品。加氢裂化的工艺流程有单段、两段和固定床、沸腾床等几种类型。单段串联是一种通过加氢裂化一次通过反应实现原料转化的工艺,其流程如下图所示。

该反应系统包含两套并列的精制与裂化串联反应器,用于将管输直馏减压蜡油及经加氢处理过的烃、重碳化馏分油加工为煤油等油品。反应器出口的生成油经过换热和冷却后进入一个共用的高分、低分和分馏系统进行分离。

单段串联全循环加氢裂化流程如下图所示。原油通过加氢反应,使得重质原油在一定条件下进行裂化制得煤油,产生的煤油质量分数达45.11%,同时,油品的硫、氮含量低、芳香烃含量低、烟点高。

应用领域

煤油按用途分为航空煤油、动力煤油、溶剂煤油、灯用煤油、燃料煤油、溶剂煤油、洗涤煤油、渗碳煤油等。

灯用煤油

灯用煤油是用低硫分的原油直馏馏出物制得的,馏程范围约180~315℃,主要用于点煤油灯,也可用作喷灯、汽灯和煤油炉的燃料,在工业上可用作洗涤机件和杀虫制药的溶剂。

航空煤油

航空煤油是一种受到管制的石油产品,主要用于军工和机场,还可用于制作溶剂油等。航空煤油的硫含量被用来分类,高硫航空煤油可用于船用柴油调和,低硫航空煤油可用于车用柴油调和。在偏北地区,低硫航空煤油使用较多,因为它可以降低冷凝点和调和柴油的冷滤点,以防止蜡质析出并堵塞柴油管道。而在偏南地区,高硫和低硫航空煤油都有使用,但港口城市高硫航空煤油的使用量较多,而部分航空煤油还可用于工地。

无味煤油

无味煤油是由石蜡基原油经常压直馏而制得的煤油部分馏分,再经高压催化加氢,进行脱硫,脱象,脱芳香烃,胶质等反应而制得的。无味煤油具有高度的洁净度和优良的安定性,喷洒在衣物或加工部件上挥发后不会留下污迹。主要用途包括以下三个方面:(1)作为精密金属制品清洗剂,用于铝合金制品,可以提高光亮度并且不会留下污迹。(2)用作高级灭蚊蝇和杀虫剂的配伍油。(3)用于电火花加工油。

油墨煤油

油墨煤油是高沸点煤油,馏程范围为270~310℃,主要成分是十五烷十八烷。油墨煤油的挥发性较差,具有一定的渗透性,可以溶解多种树脂,广泛的用于胶印油墨、凸版印刷油墨中。

渗碳煤油

渗碳煤油是用于金属工件表面渗碳的油,可提高其硬度和耐磨性。通常情况下,渗碳工艺是在回转炉内进行,碳的来源来自低分子烷烃。但在缺乏低分子烷烃或存储设备的情况下,特种煤油可被用作代替品。这种煤油被称为渗碳油,其质量要求硫含量和芳烃含量低,以确保渗碳质量和速度。

安全事宜

消防

泄漏处理

尽可能将泄漏和遗洒液体收集在可密封的容器中,然后用沙子或惰性吸收剂吸收残液,进行上述操作后按照当地规定储存和处置收集物。

储运

储存于阴凉、通风的库房。远离火种、热源。炎热季节库温不得超过25℃。与氧化剂、食用化学品分开存放,切忌混储。采用防爆型照明、通风设施。禁止使用易产生火花的机械设备和工具。储区应备有泄漏应急处理设备和合适的收容材料。运输灌装时要控制流速,且要配有接地装置,防止静电积聚。搬运时要轻装轻卸,防止包装及容器损坏,同时配备相应品种和数量的消防器材及泄漏应急处理设备。

防护措施

健康相关

煤油毒性较低,但可通过多种途径被人体吸收。吸入高浓度煤油蒸气时,先会有兴奋作用,随后会转为抑制作用。其表现为头痛、乏力、有酩酊感、肌肉震颤、脊髓小脑性共济失调,甚至昏迷惊厥等。同时,还可能引起眼睛和上呼吸道刺激症状。直接吸入液态煤油可能会导致急性渗出性出血性支气管肺炎。短期接触煤油会刺激皮肤和呼吸道;皮肤接触液态煤油可能会导致皮肤干燥、裂;如果被吸入肺中,可能会导致化学性肺炎。

急救措施

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