汽车运行材料Automobile Operation and Application Material

运行材料

车用燃料车用燃料

车用润滑油料车用润滑油料

车用工作液车用工作液

汽车轮胎汽车轮胎

汽油 柴油 替代燃料

动力性 排放性

发动机润滑油 齿轮油 润滑脂

有效润滑 传递效率

液力传动油 制动液 液压系统用油 发动机冷却液 空调制冷剂等

安全性 舒适性 动力性

安全性 经济性

汽车运行材料

在车辆运行过程中、使用周期较短、消耗费用较大、对于车辆使用性能有较大影响的一些非金属材料。

一、课程主要内容

主要包括车用汽油、车用轻柴油、车用替代燃料、

发动机润滑油、车辆齿轮油、汽车液力传动油、车用润滑脂、汽车制动液、液压系统用油、车用其他工作液、汽车轮胎等，着重就汽车运行材料的主要使用性能、评价指标或方法、特点、规格、质量标准、选用技术、最新质量和性能发展趋势，以及合理使用对车辆性能的影响进行论述。

考核要求

了解：汽车运行材料的课程结构和研究方法，课程的研究意义及发展趋势，石油的元素及烃类和非烃类组成，石油的分类

理解：石油的炼制工艺过程，石油产品添加剂品种命名及功能

掌握：汽车运行材料的研究对象

二、石油的基本知识

石油是埋藏在地下的天然矿产物，未经炼制前也叫原油。石油在国民经济中占有极其重要的地位，车用燃料与润滑剂目前多为石油产品。

2.2 石油的元素组成

状态 颜色 气味 密度 /g/cm3 凝点 /℃

液体半液体

黑色深棕色 特殊气味 0.80-0.98 -50-30

2.1 石油的物理性质

碳氢 硫

氧

氮

其他

C 83.0%—87.0%

H 10.0%—14.0%

S 0.05%—8.00%

O 0.02%—2.00%

其他：金属元素：镍、钒、铁、钾、钠等非金属元素：氯、碘、磷、砷、硅等

常温

2.3 石油的烃类组成

由碳和氢两种元素组成的化合物，叫做碳氢化合物，通常称为烃。

通过大量研究证明，组成原油的烃大多只有烷烃、环烷烃和芳烃三类，少数原油中还含有烯烃。

甲烷 乙烷

环烷烃 芳香烃

烷烃是 饱和烃，分子式通式 分子内碳与碳单键相联，碳的剩余键为氢所饱和。

相同碳原子数的正构烷与异构烷相比：

开链CnH2n+2

正构烷烃碳链长，结构不稳定，易生成过氧化物及醇或醛等氧化物，发火性好，是压燃式发动机燃料的良好成分

异构烷烃结构紧密，不易被氧化生成过氧化物，发火性能差，不易发生爆燃，是点燃式发动机燃料的良好成分

烷烃

环烷烃是 饱和烃，分子式通式分子内碳与碳相连且呈环状，碳的剩余键为氢所饱和。 对大多数石油来说，环烷烃是主体成分。

环烷烃

闭链 CnH2n

汽油中环烷烃的抗爆性比正构烷烃好，仅次于异构烷和芳烃

少环长侧链的环烷烃是润滑油的理想组分

柴油中环烷烃的发火性较烷烃差

凡具有 的烃称为芳烃

芳香烃

苯环结构

燃烧温度过高 氮氧化物 (NOx) 的排放浓度

环境

在点燃式内燃机中燃烧

废气中多环芳香烃、酚类、芳醛等

凡分子结构中含有 的烃叫烯烃 分子式通式为

烯烃

CnH2n

碳碳双键

CnH2n-2

辛烷值高

凝点低

汽油的抗爆性

柴油的低温流动性

烯烃

尾气

臭氧

毒性物质

各种烃类对石油产品性质的影响

烃类 密度 自燃点 辛烷值 十六烷值

化学安定性

粘度 粘温性 低温性

烷烃正构

小低 低 高 好

小 最好差 (高分子）

异构 高 高 低 差 好

环烷烃

少环中 中 中 中

好大

好好

多环 差 差

芳香烃

少环大 高 高 低

好大

好中

多环 差 差

烯烃 稍大于烷烃 高 高 低 差 好

2.4 石油的非烃类组成

石油中除烃类化合物以外，还有一些非烃类化合物。这些化合物有含硫化合物、含氧化合物、含氮化合物、胶质和沥青质等。氧、硫和氮等元素总的含量，在石油中一般虽然只含有 1 ％左右，但它们组成的化合物的含量却可达 19％，甚至更多。非烃类化合物大多对原油加工和石油产品的质量带来不利影响，所以在炼制过程中都要尽可能将它们除去。

含硫化合物

硫在石油中的含量随产地不同而相差很大，可以说是从万分之几到百分之几，甚至是百分之十几。

硫在石油馏分中的分布一般是随着馏分沸点的升高而增加，并且大部分集中在残油中

通常将含硫量大于 2％的石油称为高硫石油，低于 0． 5％的石油称为低硫石油，而含硫介于 0． 5％ -2 ． 0％之间的石油称为含硫石油。我国石油大多数属于低硫石油和含硫石油

硫的分布

硫的形态

元素硫 (S)

硫醇 (RSH)

二硫化物 (RSSR')

噻吩

同系物

硫醚 (RSR')

环硫醚

硫化氢 (H2S)

含硫化合物

活性硫化物

非活性硫化物

含氧化合物

石油中的含氧量一般很少，约占千分之几，个别地区石油中的氧含量较高，可达 2%-3%，且均以有机化合物的状态存在。

含氧化合物

脂肪酸脂肪酸

酮酮

醛醛

酚类酚类

环烷酸环烷酸

酸性氧化物酸性氧化物

中性氧化物中性氧化物

石油酸（环烷酸）

含氮化合物

石油中含氮量很少，一般为万分之几到千分之几。我国大多数原油的含氮量均低于千分之五。

含氮化合物

碱性氮化物碱性氮化物

非碱性氮化物非碱性氮化物

吡啶吡啶

喹啉喹啉异喹啉异喹啉吡啶的同系物吡啶的同系物吡咯（ luo）吡咯（ luo）

吲哚咔唑吲哚咔唑二者的同系物二者的同系物

生成有色胶质

胶质和沥青

胶质和沥青质是一些含有 C、 H、 O、 N、 S等元素的多环化合物的混合物，其结构非常复杂，大致上是一些分子量很高的杂环化合物。

颜色加深

抗氧化能力下降

粘温性变差

燃烧后形成积碳

增大发动机磨损

矿物质在石油中的含量一般是万分之几，甚至十万分之几。

石油中矿物质燃烧后形成灰分，灰分由 Si、 Ca、Mg 、 Pe、 Na、 Al、 Mn、V、 Ni等元素组成。在未加添加剂的石油产品中，其灰分越大，质量越差。

矿物质

2.5 石油的馏分组成

馏分就是石油在分馏过程中所得到的蒸馏物。馏分就是石油在分馏过程中所得到的蒸馏物。

馏分

产生位置 性质

蒸发温度 /℃

碳原子个数环烷烃和芳香烃环数

烷烃的质量分数

正构烷烃

异构烷烃

汽油馏分

分馏塔上部 轻质 35--200 5--11 稍多 单环 50%

煤油馏分和柴油馏分

分馏塔中部 中质 200--350 11--20 稍多

单环双环三环

40%

润滑油馏分

分馏塔下部 重质 350--500 20--36 稍多

三环以上

40%

2.6 石油的分类

分类依据 原油的密度

石油

轻质石油

中质石油

重质石油

密度小于 0.878g/cm3

密介于 0.878--0.884g/cm3

密度大于 0.884g/cm3

分类依据 硫含量

石油

低硫石油

含硫石油

高硫石油

硫的质量分数低于 0.5%

硫的质量分数介于0.5%--2.0% 之间

硫的质量分数大于 2.0%

分类依据 蜡含量

石油

低蜡石油

含蜡石油

多蜡石油

凝点低于 -16℃

凝点介于 -15 ~20℃ ℃

凝点大于 21℃

分类依据 胶含量

石油

低胶石油

含胶石油

多胶石油

胶的质量分数低于 17%

胶的质量分数介于18%--35% 之间

胶的质量分数大于 35%

分类依据 特性因数 K

原油

石蜡基原油

中间基原油

环烷基原油

K=12.1-12.9,含蜡较量，凝点较高，密度较小，直馏汽油的辛烷值较低直馏柴油的十六烷值较高，制得的润滑油粘温性能较好K=11.5-12.1,含有一定数量的烷烃、环烷烃和芳香烃，性质介于石蜡基原油和环烷基原油之间K=10.5-11.5 ，含有较多的环烷烃，凝点较低，密度较大，直馏汽油的辛烷值较高，直馏柴油的十六烷值较低，制得的润滑油粘温性能较差

6.15

6.15

326.1 TK T为原油馏分的平均沸点，以热力学温度表示

分类依据 关键馏分特性

石油

石蜡基原油

中间基原油

中间 - 石蜡基原油

中间 - 环烷基原油

环烷基原油

环烷 - 中间基原油

石蜡 - 中间基原油

分类方法P8

2.7 石油的炼制方法

常压蒸馏减压蒸馏热裂化催化裂化加氢裂化催化重整烷基化延迟焦化

常用的石油炼制方法：

常压蒸馏

常压蒸馏是根据组成石油的各类烃分子的沸点不同，利用加热、蒸发、冷凝等步骤对石油进行的直接分馏。

油泵

常压

蒸馏

塔

加热炉

汽油煤油

柴油

重柴油

重油

常压蒸馏流程图

减压蒸馏

减压蒸馏是利用“物质的沸点随外界压力减小而降低”的原理，通过降低蒸馏的压力，来降低石油中烃分子的沸点，从而将常压蒸馏得到的重油再进行分馏的加工过程

油泵

减压

蒸馏

塔

加热炉

轻润滑油

中润滑油

重润滑油

减压渣油

减压蒸馏流程图

热裂化

热裂化是利用 500℃左右的高温使重油一类的大分子烃受热分解裂化成小分子烃的加工过程。

裂化气裂化气

汽油汽油

柴油柴油

渣油渣油

催化裂化

催化裂化是在催化剂硅酸铝或分子筛的作用和 450-510℃ 的高温条件下，通过对原料油进行裂化、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。

石油气石油气

汽油汽油

轻柴油轻柴油

普遍应用

加氢裂化

加氢裂化是在 370-430℃ 的高温和 10-15MPa 的高压，并有钨、钼、镍等催化剂的作用下，加入氢气，对原料油进行加氢裂化和异构化等反应，从而使重质油转变成饱和的轻质油的一种炼制方法。

汽油汽油

柴油柴油

润滑油润滑油

抗爆性好，腐蚀性低

发火性能好，凝点低

粘温性能好

当裂化原料不适合采用催化裂化时

催化重整

催化重整是对直馏汽油馏分中的正构烷烃和环烷烃，在催化剂作用下，通过进行异构化、芳构化、脱氢等反应，使其烃分子结构进行重新排列而转化为异构烷烃和芳香烃，从而获得高辛烷值汽油。

铂重整铂重整

铂铼重整铂铼重整

铂锡重整铂锡重整

多金属重整多金属重整

烷基化

烷基化是指在催化剂作用下，烷烃与烯烃之间发生的化学加成反应。常用的催化剂是浓硫酸或氢氟酸。

各种丁烯组分各种丁烯组分

异辛烷异辛烷

车用汽油的理想调和组分

异丁烷异丁烷

延迟焦化

延迟焦化是为了充分利用能源，以获得更多的轻质油，对减压渣油进行深度加工的一种炼制方法。

裂化原料油裂化原料油

汽油汽油

柴油柴油

石油焦石油焦

可作为催化裂化和加氢裂化等二次加工的原料

含有大量的不饱和烃，安定性差，易变质，须精制

焦化装置的独有产品，可用作炼钢用的电极及冶金工业燃料等

2.8 石油产品的精制方法

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

在一定温度、压力和催化剂作用下，利用加氢除去油中的硫、氮、氧、等有害成分，并使不饱和烃变为饱和烃。

在电场作用下，对油品进行酸洗和碱洗，以除去油中不良成分。

用选择性好、溶解能力强的溶剂将原料油中的胶质和环烷酸等不良成分溶解并抽取出来

利用白土吸附能力强且选择性好的特点，让白土与油品充分混合，将油中胶质和酸渣等吸附在微孔表面，并经过滤得到精制油品

在一定温度和压力等条件下，是原料油与氢气混合后，进入载有催化剂的反映器中进行加氢反应，除去油料中的含氧化合物、含氮化合物等，并使不饱和烃加氢饱和。

将焦化汽油、催化裂化汽油、轻柴油等轻质燃料中带有恶臭味的硫醇除掉。利用溶剂和冷冻室

润滑油原料中的蜡结晶并予以分离。利用尿素和正构烷烃生成固体络合物，次啊用过滤方式把固体络合物从油品中分离出来，已达到脱蜡目的。

利用分子筛的选择性吸附和均一孔隙的特点，找一空隙刚好比蜡分子直径大而又比异构烷烃和芳香烃的分子直径小的分子筛，让它选择性的吸附蜡却不能吸附异构烷烃和芳香烃等组分，达到脱蜡的目的。

利用某种微生物能有选择性地一石油中正构烷烃为营养，并把正构烷烃转化为蛋白质已达到脱蜡的目的。

三 辅助添加剂

石油添加剂按应用场合可分为润滑剂添加剂、燃料添加剂、复合添加剂和其他添加剂四部分。

润滑剂添加剂按照作用分为清净分散剂、抗氧抗腐剂、极压抗磨剂等 9 组。

燃料添加剂按作用分为抗爆剂、防冰剂、抗静电剂、染色剂等 15 组。

复合添加剂按油品分为汽油机油复合剂，柴油机油复合剂、通用汽车发动机油复合剂、车辆齿轮油复合剂等 12 组。

3.1 石油产品添加剂分类

3.2 石油添加剂品种命名及代号

石油添加剂品种命名由三部分组成：

组号 +品种名称 +组别名称

例： 1 0 1 清净剂

石油添加剂统一代号由三部分组成：

T+ 组号 + 品种名称

例： T 1 6 0 1

组别名称

低碱值石油磺酸钙品种

清净剂组号

二聚酸和磷酸酯品种

抗磨剂组号

石油添加剂标志

3.3 润滑添加剂

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

把已沉积在发动机部件上的积碳、漆膜等洗涤下来，保证发动机部件清洁干净

抑制油品的氧化过程，钝化金属的催化作用，保护零部件不受酸的腐蚀润滑机件，减少机件间的摩擦和磨损，防止金属烧结

改善润滑性能，降低摩擦面的摩擦因数

改善油的粘温性能

防锈

降低凝点，改善润滑油在低温条件下的流动性能抑制起泡或迅速消泡

4.4 燃料添加剂

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

提高车用汽油辛烷值

使氧化胶质溶于油中，保持燃油供给系统和喷嘴的清洁

提高柴油十六烷值

改善柴油的低温流动性

提高燃油的抗氧化能力

抑制金属的催化作用，提高汽油氧化安定性

四、研究汽车运行材料的意义——为什么学

汽车运行材料关系到环境保护

汽车运行材料关系到节约能源

汽车运行材料关系到汽车的安全性和可靠性

4.1 汽车运行材料关系到环境保护

汽车排放污染物是指汽车排放物中污染环境的各种物质，主要有一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化物和微粒物等。

城市污染物

87％的碳氢化合物87％的碳氢化合物

61％的一氧化碳61％的一氧化碳

55％的氮氧化物55％的氮氧化物

排放污染物减少技术的进步 油品质量的提高+

解决方案

车用无铅汽油的发展趋势

低硫含量

低苯含量

低芳烃含量

低烯烃含量

低蒸汽压

低 90％蒸发温度

高清洁性

车用轻柴油的发展趋势

低硫含量

高十六烷值

低蒸馏点

低密度

低多环芳烃含量

4.2 汽车运行材料关系到节约能源《 BP世界能源统计 2006》指出：以目前的开采速度计算，全球石油储量可供生产 40年，天然气和煤炭则分别可以供应 65年和 162年。

石油资源日趋枯竭，研究使用甲醇、乙醇、液化石油气、压缩天然气等石油代用燃料迫在眉睫

从 2001年 4月开始我国推广使用乙醇汽油（长春市现在已经开始使用乙醇汽油）

解决方案

发挥汽车运行材料的节能作用

汽车发动机油节能添加剂提高燃料和润滑剂的品质

使用效果好的汽车燃料节能添加剂

发展新型 汽车轮胎

提高燃料和润滑剂的品质

4.3 汽车运行材料关系到汽车的安全性和可靠性

汽车运行材料的品质是影响汽车技术状况的主要使用因素之一。汽车上的一些机械故障所引发的交通事故往往是由于汽车运行材料选用不当而造成的。

汽车运行材料具备的使用性能

严格控制有害物质的无铅汽油

十六烷值较高的低含硫量的轻柴油

抗磨损、耐极压的润滑油

高温抗气阻性好、低温流动性好的制动

液使用寿命长、节省燃料的轮胎

五 汽车运行材料的发展趋势

标准化、国际化、节能、环保、安全

无铅 汽油 润滑油

轻柴油 制动液

轮胎替代燃料

低硫、多环芳烃含量低终馏点，低密度高十六烷值

低硫、多环芳烃含量低终馏点，低密度高十六烷值

多元化多元化

低硫、苯、芳烃含量低蒸汽压，高清洁性低 90% 蒸汽温度

低硫、苯、芳烃含量低蒸汽压，高清洁性低 90% 蒸汽温度

子午化、无内胎、扁平化子午化、无内胎、扁平化

高温抗气阻性好低温流动性好，质量稳定

高温抗气阻性好低温流动性好，质量稳定

高档化、通用化节能化、环保化

高档化、通用化节能化、环保化