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煤油
來源:互聯網

煤油(英文名:kerosene)是輕質石油產品的一類,是烴類的復雜混合物,煤油常溫下外觀為無色或淡黃色液體,略帶臭味,不溶于水,易溶于醇和其他有機溶劑,相對密度約為0.80~0.83,沸點大多為200~310℃,低位發熱量約為43960~46050kJ/kg(10500~11000kcal/kg),按沸點高低和用途的不同,有航空煤油和燈用煤油兩類,前者沸點較低(常種高于汽油);后者俗稱”火油“,沸點較高(略低于或接近柴油)。煤油屬于低毒和微毒類物質,職業中毒情況較少。煤油主要用做燃料,也可用做精密金屬機械零件的洗滌劑以及殺蟲藥的溶劑、印刷油墨、金屬工件的滲碳油。

發現歷史

最早在9世紀,波斯的醫生、煉金術士拉齊(Rhazes)在對黏稠的黑色液體(古代版的瀝青)進行多次蒸餾后,得到一種清澈的、可以自由流動的物質。1846年,加拿大地質學家、企業家亞伯拉罕季斯納(Abraham Gesner)找到了從煤中提取這種物質的方法,并將其命名為kerosene(煤油)。1853年,石油蒸餾工藝被發明,波蘭科學家阿格納斯·盧卡西維奇(Ignacy Lukasiewicz)通過石油蒸餾得到煤油。1854年,盧卡西維奇建造了第一家煉油廠。1861年,莫茲諾夫在巴庫的成熟油田上建造了第一家俄羅斯煉油廠。直到19世紀,石油工業的主要生產需求仍是煤油。到了21世紀,石油工業的主要生產需求才轉變為汽車燃料油。

理化性質

物理性質

煤油是由多種烴類組成的復雜混合物,其物理性質與化學組成和結構密切相關。煤油常溫下為水白色至淡黃色油狀液體,不溶于水、但可溶于有機溶劑,當煤油受熱時,會膨脹并且密度降低,其比重在4℃的水中為0.7~0.8。煤油中高沸點組分的含量越高,則其閃點也越高。煤油的平均分子量是其各組分分子量的平均值,隨沸點的增高而增大。煤油的粘度隨其組分和測定溫度的不同而變化,溫度升高,粘度減小。煤油的蒸汽壓不僅隨溫度變化,還隨其組成的不同而變化,即使溫度相同,其蒸汽壓也會有差異。

化學性質

煤油易燃,燃燒可產生二氧化碳和水,并釋放出大量熱能。煤油燃燒一般比較完全,火焰較為穩定。但當氧氣不足時會不完全燃燒,產生一氧化碳和黑色的游離碳。當其蒸氣在空氣中達到一定濃度時,會形成一種具有爆炸性的混合氣體,遇到火焰即可發生閃火或爆炸。

化學組成與性質

煤油是一種復雜的化學混合物,主要由飽和碳氫化合物組成,其中包含烴、環烷烴、芳香烴和烯烴等多種烴類化合物。除了飽和碳氫化合物,煤油中還包含少量的硫和含硫化合物、膠質、瀝青質,極少量的含氧化合物、含氮化合物和灰分等。

烷烴

煤油中的烷烴主要是C??~C??的烷烴,有正構烷烴,也有異構烷烴,烷烴是一種穩定的化合物,在常溫常壓下不易被氧化。然而,當受到高溫作用時,烷烴能夠與空氣中的氧氣發生反應并燃燒。正構烷烴的熱氧化安定性差,在高溫下容易形成過氧化物,因此辛烷值最低,而且碳鏈越長,其辛烷值越低。煤油中烷烴含量一般為28~48%。

環烷烴

煤油中除含有單環環烷烴外,還有雙環環烷烴及多環環烷烴。環烷烴的化學性質和烷烴類似,但沸點、密度都較相應的烷烴高。煤油中環烷烴含量一般為17~44%。

芳香烴

芳香烴根據分子中是否含有苯環,芳烴分為苯系芳烴和非苯芳烴;苯系芳烴分子中根據苯環的數目及連接方式可分為單環芳烴、多環芳烴、稠環化合物等。芳香烴比較穩定,不易被氧化,但帶側鏈的多環和稠環芳香烴很容易被氧化而生成膠狀物質,這是煤油氧化變質的重要原因之一。煤油中芳香烴含量一般為20~50%。

烯烴

芳烯烴是指分子結構中含有碳-碳雙鍵(烯鍵)的不飽和烴類化合物。按含雙鍵數目的多少可分為單烯烴、二烯烴和多烯烴。在石油的催化裂化加工過程中,大分子的烷烴環烷烴受熱分解,生成烯烴和二烯烴,其化學性質活躍,在一定條件下容易被氧化生成有機高分子化合物黏稠物。煤油中烯烴含量一般為1~6%。

硫和硫化物

硫和硫化物按是否能與金屬直接反應可分為活性硫化物和非活性硫化物,活性硫化物有硫化氫硫化鈷、硫醇和單質硫,能與金屬直接發生反應;非活性硫化物有硫醚、二硫醚、噻吩等,不與金屬直接發生反應。非活性硫化物會在儲存時導致煤油生成膠質,使得,其應用性能下降。

膠質和瀝青質

膠質是樹脂狀黏稠物質,通常為褐色的黏稠且流動性很差的液體或者無定型炭,受熱時熔融,著色能力強,膠質的含量越多,煤油的顏色就越深。瀝青質則是指那些可以在苯、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質。它通常為一種深褐色或黑色的不定性固體,其化學性質比較穩定。

制備方法

煤油由天然石油或人造石油經分餾或裂化而得。

原油分餾

原油分餾是通過一個帶有外部汽提的復雜塔進行的,如圖所示。在加熱后,原油被輸送到第一段(最底部的一段)中部,煤油、柴油和汽油以氣相的形式從這一段蒸出,同時重油從塔底分出。隨著上升,油氣在第二段底部分出液態柴油,在第三段底部分出液態煤油。汽油以氣相的形式從第三段頂部蒸發出來,然后通過冷凝器和冷卻器冷卻成為液態產品,最終存儲在貯罐中。

工業用常減壓蒸餾裝置通常分為三個部分,分別是初餾、常壓蒸餾和減壓蒸餾。煤油在常壓蒸餾階段蒸出。初餾完成后,原油通過拔頭從初餾塔底進入常壓加熱爐,然后加熱到一定溫度,進入常壓分餾塔。在塔頂噴入冷回流,控制塔頂溫度在一定范圍之間。隨著溫度逐漸升高,利用餾分沸點范圍的不同,在側線蒸出煤油。煤油通過常壓汽提塔,在使用過熱水蒸氣提取輕組分后,經過換熱回收部分熱量,并冷卻到一定溫度后送出裝置。

加氫裂化

加氫裂化是一種化工加工工藝,利用催化劑和氫氣在反應條件下將重質油轉化為煤油等輕質油品。不同于催化裂化,加氫裂化不僅進行裂化反應,還伴隨有加氫反應。加氫裂化可以提高輕質油收率,并可生產出各種高質量的油品。加氫裂化的工藝流程有單段、兩段和固定床、沸騰床等幾種類型。單段串聯是一種通過加氫裂化一次通過反應實現原料轉化的工藝,其流程如下圖所示。

該反應系統包含兩套并列的精制與裂化串聯反應器,用于將管輸直餾減壓蠟油及經加氫處理過的烴、重焦化餾分油加工為煤油等油品。反應器出口的生成油經過換熱和冷卻后進入一個共用的高分、低分和分餾系統進行分離。

單段串聯全循環加氫裂化流程如下圖所示。原油通過加氫反應,使得重質原油在一定條件下進行裂化制得煤油,產生的煤油質量分數達45.11%,同時,油品的硫、氮含量低、芳香烴含量低、煙點高。

應用領域

煤油按用途分為航空煤油、動力煤油、溶劑煤油、燈用煤油、燃料煤油、溶劑煤油、洗滌煤油、滲碳煤油等。

燈用煤油

燈用煤油是用低硫分的原油直餾餾出物制得的,餾程范圍約180~315℃,主要用于點煤油燈,也可用作噴燈、汽燈和煤油爐的燃料,在工業上可用作洗滌機件和殺蟲制藥的溶劑。

航空煤油

航空煤油是一種受到管制的石油產品,主要用于軍工和機場,還可用于制作溶劑油等。航空煤油的硫含量被用來分類,高硫航空煤油可用于船用柴油調和,低硫航空煤油可用于車用柴油調和。在偏北地區,低硫航空煤油使用較多,因為它可以降低冷凝點和調和柴油的冷濾點,以防止蠟質析出并堵塞柴油管道。而在偏南地區,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較多,而部分航空煤油還可用于工地。

無味煤油

無味煤油是由石蠟基原油經常壓直餾而制得的煤油部分餾分,再經高壓催化加氫,進行脫硫,脫象,脫芳香烴,膠質等反應而制得的。無味煤油具有高度的潔凈度和優良的安定性,噴灑在衣物或加工部件上揮發后不會留下污跡。主要用途包括以下三個方面:(1)作為精密金屬制品清洗劑,用于鋁合金制品,可以提高光亮度并且不會留下污跡。(2)用作高級滅蚊蠅和殺蟲劑的配伍油。(3)用于電火花加工油。

油墨煤油

油墨煤油是高沸點煤油,餾程范圍為270~310℃,主要成分是十五烷十八烷。油墨煤油的揮發性較差,具有一定的滲透性,可以溶解多種沒藥樹,廣泛的用于膠印油墨、凸印油墨中。

滲碳煤油

滲碳煤油是用于金屬工件表面滲碳的油,可提高其硬度和耐磨性。通常情況下,滲碳工藝是在回轉爐內進行,碳的來源來自低分子烷烴。但在缺乏低分子烷烴或存儲設備的情況下,特種煤油可被用作代替品。這種煤油被稱為滲碳油,其質量要求硫含量和芳烴含量低,以確保滲碳質量和速度。

安全事宜

消防

泄漏處理

盡可能將泄漏和遺灑液體收集在可密封的容器中,然后用沙子或惰性吸收劑吸收殘液,進行上述操作后按照當地規定儲存和處置收集物。

儲運

儲存于陰涼、通風的庫房。遠離火種、熱源。炎熱季節庫溫不得超過25℃。與氧化劑、食用化學品分開存放,切忌混儲。采用防爆型照明、通風設施。禁止使用易產生火花的機械設備和工具。儲區應備有泄漏應急處理設備和合適的收容材料。運輸灌裝時要控制流速,且要配有接地裝置,防止靜電積聚。搬運時要輕裝輕卸,防止包裝及容器損壞,同時配備相應品種和數量的消防器材及泄漏應急處理設備。

防護措施

健康相關

煤油毒性較低,但可通過多種途徑被人體吸收。吸入高濃度煤油蒸氣時,先會有興奮作用,隨后會轉為抑制作用。其表現為頭痛、乏力、有酩酊感、肌肉震顫、脊髓小腦性共濟失調,甚至昏迷驚厥等。同時,還可能引起眼睛和上呼吸道刺激癥狀。直接吸入液態煤油可能會導致急性滲出性出血性支氣管肺炎。短期接觸煤油會刺激皮膚和呼吸道;皮膚接觸液態煤油可能會導致皮膚干燥、裂;如果被吸入肺中,可能會導致化學性肺炎。

急救措施

參考資料 >

煤油.國際化學品安全卡.2023-04-30

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