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 和 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 和 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 焦化 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 至 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 没药树 ,广泛的用于 胶印 油墨 、 凸印 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。