内燃机的技术进步在很大程度上依靠石油工业的发展。石油是大自然留给人类的宝贵财富,从石油提炼的液体燃料的优点是能量密度(热值)高,灰分小,不易变质,便于大量开采、贮运与保管。因此,迄今为止它一直是内燃机的理想燃料,当我们对内燃机进行分类时,习惯称柴油机或汽油机就是按使用燃料的种类来命名的。除了作为燃料以外,石油又是十分宝贵的化工原料。由于石油在地球上贮量有限且为不可再生能源,因此人们在注重内燃机节能和减排的同时,也在寻找替代燃料方面投入了很大的力量。
石油的化学成分比较复杂,它是由各种碳氢化合物(简称“烃类”)组成的混合物。在组成石油的化学元素中,碳(C)约占85%~87%,氢(H)约占11%~14%,它们是燃料中得以产生能量的主要成分。此外,还有硫、氧、氮及灰分(钾、钠、钙、镁等金属的盐类),约占0.5%~4%,它们大多是燃料中的不理想成分。从化学结构上看,烃类又分为烷烃、烯烃、环烷烃与芳香烃等,它们对燃料的化学稳定性有很大影响,从而也影响了燃料的燃烧品质。
石油的炼制就是以原油作为原料,通过一系列炼油工艺,如常、减压蒸馏,热裂化与催化裂化,加氢处理,催化重整以及产品精制等,把原油制成各种石油产品,如各种牌号的汽油、煤油、柴油、润滑油以及渣油、沥青和各种化工原料。随着炼制工艺的进步,燃料的品质不断提高,各类产品之间的产出比例也更趋合理,其中柴油产量所占的比例有不断扩大的趋势。
柴油、汽油等由石油炼制的燃料,都是由分子大小与结构不同的烃类组成的复杂混合物,因此它们不像水或单一碳氢化合物那样在一定的压力条件下有一个固定的汽化温度(沸点),只有一个炼制(蒸馏)过程中组分逐步分馏出来的温度范围,以及对应于各馏出温度下,已馏出成分的容积百分比,即所谓馏程曲线。图2-1所示为各种石油产品馏出温度范围的示意图;图2-2所示即为相应的馏程曲线。由于各地出产石油的化学组成与理化性质有很大的不同,各种炼油工艺也有很大的差异,再加上世界各国的需求与油料标准也不一样,上述图形给出的只是一个大致的分布范围。由图可见,柴油的馏出温度为180~380℃,视馏程范围的不同,又分为轻柴油(终馏温度为350~360℃)和重柴油(终馏温度为370~380℃)两种,轻柴油用于高、中速内燃机,重柴油则用于中、低速内燃机。我们一般所说的柴油,若无特殊说明,系指轻柴油而言,其化学组分中的碳原子数在10~22之间,平均摩尔质量在200左右。
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图2-1 石油产品馏出温度范围的大致分布图
图2-2 石油产品的馏程曲线示意图
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