石油及产品的组成与性质

1、石油及其产品的组成和性质,?,什么是石油？,石油是碳氢化合物组成的复杂混合物。,?,什么是原油？,从地下开采出来的、未经加工的石油称为原油。,?,什么是石油产品？,原油经炼制加工得到的各种燃料油、润滑油、蜡、,沥青、石油焦等产品称为石油产品。,?,为什么要了解石油及产品的化学组成和物理性质？,1,、原油加工；,2,、产品应用；,3,、石油综合利用,第一节,石油的化学组成,一、石油的外观性质,?,流动性：流动半流动的粘稠液体，流动性差别很大，,50,运动粘度低的,1.46mm2/s,高的,2000mm,2,/s,?,颜色：黑色、暗绿或暗褐色、赤褐色、浅黄色,?,气味：臭味,?,相对密度一般都小于

2、,1,，在,0.800.98,之间，个别高到,1.02,，低到,0.71,?,外观性质差别原因：化学组成不同,二、石油的元素组成,第一类（主要元素）：碳（,C,）、氢（,H,）元素,其中,C,含量,83%87%,H,含量,11%14%,合计,95%99%,组成碳氢化合物,-,烃,二、石油的元素组成,第二类（常见元素）：,硫（,S,）、氮（,N,）、氧（,O,）元素,三者含量一般为,1%5%,个别,S,含量达,5.5%,，,N,达,1.42.2%,特点：含量少，影响大,与碳氢组成非烃类化合物,二、石油的元素组成,第三类（微量元素,),：微量金属元素和非金属元素,金属元素：镍、钒、铁、铜、钙,非金

3、属元素：砷、氯、硅、磷,含量：百万分之几计,组成金属有机化合物或非金属有机化合物,二、石油的元素组成,各种元素的存在形态：,相互结合成烃类化合物、非烃类化合物和金属有,机化合物,三、石油的烃类组成,天然石油中烃类：主要有烷烃、环烷烃、芳香烃,二次加工产物：还有烯烃,（一）烷烃,主要组分,1,、气态烷烃,常,T,、,P,下，,C,1,C,4,为气态,是天然气和炼厂气的主要成分。,存在形态：气、液、固,三、石油的烃类组成,（一）烷烃,天然气：分为干气（贫气）和湿气（富气）,干气：含有大量甲烷、少量乙烷、丙,烷的天然气，称为干气。,湿气：除含有大量的甲烷、乙烷外，还含有少量的易挥发的液态,烃蒸汽的天

4、然气，称为湿气。,三、石油的烃类组成,（一）烷烃,区分：以天然气中丁烷以上的液态烃,(,气体汽油）含,量来区分,贫气：,100g/m,3,气体汽油,富气：,100g/m,3,气体汽油,三、石油的烃类组成,（一）烷烃,2,、液态烷烃,常,T,下，,C,5,C,15,的烷烃为液态,分布：主要存在于汽油和煤油中,其中,C,5,C,12,:,进入汽油，,C,12,C,15,:,进入煤油,三、石油的烃类组成,（一）烷烃,3,、固态烷烃,常温下，,C16,以上烷烃为固态，,存在状态：以溶解状态存在于石油中，低温下,析出，称为蜡。,三、石油的烃类组成,（一）烷烃,蜡的类型：,石蜡：结晶较大，呈板状结晶，主要

5、成分是正构烷烃，,分布于柴油和轻润滑油中,地蜡：呈细微的针状结晶，以环状烃为主，主要存在,于重润滑油馏分、重油和渣油中,三、石油的烃类组成,（一）烷烃,烷烃的化学性质：一般条件下不活泼，特殊条件下，,发生氧化、卤化、,硝化及热分解反应,三、石油的烃类组成,（二）环烷烃,环状饱和烃，主要成分,存在形式：五员环的环戊烷系、六员环的环己烷系,且国内：环己烷系环戊烷系，,国外：环戊烷系环己烷系,三、石油的烃类组成,（二）环烷烃,分布：,馏分沸点升高，相对含量增加；,高沸点馏分中含有双环、多环环烷烃、环烷,-,芳香烃；,更重的石油馏分中，因芳烃含量增加，环烷,相对含量减少。,三、石油的烃类组成,（二）环

6、烷烃,环烷烃特点：抗爆性好、凝点低、有较好的润滑性,和粘温性，,是汽油、喷气燃料及润滑油的良好组分。,环烷烃的化学性质：与烷烃相近，稍活泼，除发生,烷烃的化学反应外，还能脱氢生成芳烃。,三、石油的烃类组成,（三）芳烃,分子中含有苯环，主要组分,分布：馏分沸点升高，芳烃含量增加,存在形式,:,单环、双环、多环,低沸点馏分以单环为主,高沸点馏分，,以双环和多环为主,三、石油的烃类组成,（三）芳烃,芳烃化学性质：侧链性质较烷烃稍活泼，可发生反应，如,氧化反应等；,但苯环很稳定，很难反应，但一定条件下，发,生加氢反应,三、石油的烃类组成,（四）烯烃,存在于二次加工产物,分类（或存在形式）：单烯烃、双烯

7、烃、环烯烃,存在状态：,C,2,C,4,：气体,C,5,C,18,：液体,C,18,以上：固体,三、石油的烃类组成,（四）烯烃,化学性质：很活泼，发生加成、氧化和聚合等各种反,应，在空气中易氧化生成酸性物质和胶质，影响安定性。,四、石油的馏分组成,什么是蒸馏（或分馏）？,蒸馏（或分馏）是利用液体混合物中各组分的沸点,的差异使它们得到,分离一种方法。,四、石油的馏分组成,什么是馏分？,利用蒸馏（或分馏）的方法，将石油分割成几个部分，,每一部分称为馏分。,注意：馏分仍然是混合物，但沸点范围小（窄）了。,四、石油的馏分组成,石油馏分的分类：,200：汽油馏分（或称低沸点馏分）,200350：煤、柴油

8、馏分（或中间馏分）,350500：减压馏分（或润滑油馏分、,高沸,点馏分,500：渣油,四、石油的馏分组成,石油馏分和石油产品的区别：,1,、石油馏分不是石油产品，石油产品必须满足油品规,格要求，馏分油要进一步加工才能变成石油产品；,2,、同一沸点范围的馏分可以因目的不同而加工成不同,的产品。,四、石油的馏分组成,国内外部分原油直溜馏分和减压渣油含量比较：表,1-1,结论：,我国原油轻馏分含量低，重馏分含量高,国外原油轻馏分含量高，重馏分含量低,四、石油的馏分组成,表,1-1,原油直溜馏分及渣油含量,相对密度,汽油馏分,煤柴油馏分,(200),减压馏分,渣油,项,目,d,大庆,胜利,(200,

9、350),（,350,500cc),(500),18.40,19.21,25.20,27.25,44.60,44.83,0.8650,10.90,0.8898,8.7l,大港,伊朗,印尼米纳,斯,阿曼,0.8968,6.90,0.8551,24.92,0.8456,13.2,0.8488,20.08,18 42,25.74,26.3,34.4,32.44,24.61,27.8(350,480),8.45,41.52,24.73,32.7(480),37.07,五、石油的非烃组成,非烃化合物：含硫、氮、氧的化合物,元素含量仅,15%,但非烃化合物含量可高达,20%,，,对加工和使用影响较大,五、

10、石油的非烃组成,（一）含硫化合物,硫（,S,）：常见的组成元素之一,含硫量：不同石油含硫量相差很大，从万分之几,百,分之几,S,对石油加工影响极大,含硫量常作为评价石油的一项重要指标,根据含硫量，把石油分为：,高硫原油：含硫量,2%,，含硫原油：,0.52%,，,低硫原油,0.5%,五、石油的非烃类组成,（一）含硫化合物,分布：馏分沸点范围升高，含硫量增加，大部分集中,在重油中,存在形式：少量元素硫（,S,）和硫化氢（,H2S,），大,量有机含硫化合物,五、石油的非烃类组成,（一）含硫化合物,含硫化合物分为三类：,1,、酸性含硫化合物,种类：硫化氢（,H2S),和硫醇（,RSH),是分解产物,

11、分布：存在于低沸点的汽油和煤油馏分中,硫化氢：有臭味，有毒，用乙醇胺液吸附后氧化制硫,的,方法除去,硫醇：有特殊臭味，有腐蚀性，与烯烃缩合生胶，用抽,提氧化的方法除去,五、石油的非烃类组成,（一）含硫化合物,2,、中性含硫化合物,种类：硫醚（,RSR,),、二硫化物（,RSSR,),分布：,硫醚：随馏分沸点升高，含量增加，大量集中在煤油、,柴油馏分中,二硫化物：含量较少，多集中在高沸点馏分中,五、石油的非烃类组成,（一）含硫化合物,性质：,硫醚：为中性液体，热稳定性高，不与金属发生化学,反应,二硫化物：不与金属发生反应，但热稳定性差，受热,后分解成硫醚、硫醇或硫化氢,五、石油的非烃类组成,（一

12、）含硫化合物,3,、热稳定性较高的含硫化合物,种类：噻吩（,）和四氢化噻吩（,）,分布：存在于中间馏分中,性质：与苯及其同系物性质接近，对热稳定，易溶于,硫酸,五、石油的非烃类组成,（一）含硫化合物,含硫化合物的危害：,对设备管线造成腐蚀；,使油品的某些使用性能变坏；,污染环境；,使催化剂中毒,脱除方法：,酸碱洗涤、催化加氢、催化氧化抽提等,五、石油中的非烃组成,（二）、含氮化合物,含氮量：万分之几,千分之几,密度大，胶质多、含硫量高的石油，含氮量高,分布：馏分沸点升高，氮化物的含量升高，大部分,氮化物以胶质、沥青质物质存在于石油中,五、石油中的非烃组成,氮化物分类：,1,、碱性氮化物,种类：

13、吡啶（）、喹啉（）及其同系物，,约占,2040%,2,、非碱性氮化物,种类：吡咯（）、吲哚（）、金属卟啉化合物，,约占,6080%,五、石油中的非烃组成,氮化物的危害：,氧化生胶，影响油品储存安定性,使催化剂中毒,必须除去,五、石油中的非烃组成,（三）含氧化合物,氧含量：很少，约千分之几,分布：含氧化合物大部分集中在胶质、沥青质中（单独,讨论）,含氧化合物分类：酸性氧化物和中性氧化物,1,、酸性氧化物,种类：环烷酸、脂肪酸和酚类，统称为石油酸,五、石油中的非烃组成,环烷酸的含量：最重要，占石油酸的,90%,环烷酸的分布：集中在中间馏分，而在低沸和高沸馏分中,都很低,2,、中性氧化物,种类：醛、

14、酮、酯类,含量：极少,五、石油中的非烃组成,（四）胶状沥青状物质,胶状沥青状物质,(,胶质、沥青质）：,属于非烃化合物，是由碳、氢、硫、氮、氧和一些金属,元素组成的多环复杂化合物。,五、石油中的非烃组成,胶质与沥青质的区别：,胶质：是粘稠的液体或半固状的胶状物，能溶于石油醚,及苯，及一切石油馏分，黄色或褐色，着色力强，受热或,常温氧化转化为沥青质。,油品中的胶质必须除去。,五、石油中的非烃组成,沥青质：是暗褐色或深黑色脆性的非晶体固体粉末，不溶,于石油醚而溶于苯。,胶质沥青质的用途：,含大量胶质沥青质的渣油可生产沥青。,五、石油中的非烃组成,归纳总结出石油的准确定义：,石油是以烃类有机物为主，

15、还包括一定非烃类有机,物的复杂混合物。,第一节小结,一、外观性质；,二、元素组成；,三、烃类组成；,四、非烃类组成；,五、胶状沥青状物质。,第二节、石油及其产品的物理性质,研究石油及其产品物理性质的意义：,1,、物性是生产和科研中评定油品性质和控制加工过,程的主要指标,原油评价实验：即测定原油的物理性质,2,、物性与化学组成有关，物性是所含各种成分的综,合表观,即通过物性数据可大致判断其化学组成,第二节、石油及其产品的物理性质,物性特点：,1,、条件性,即规定测定方法、仪器和条件,2,、标准化,国际标准、国家标准、行业标准,一、密度和相对密度,1,、密度,定义：在规定温度下，单位体积内所含物质

16、的质量，称为,密度,单位：,g/cm,3,或,kg/m,3,国家标准规定：,20,时密度为石油和液体石油产品的标,准密度，表,示为,20,。,其他温度下测得的密度用,t,表示。,一、密度和相对密度,2,、相对密度,定义：油品的密度与规定温度下水的密度之比称为油品,的相对密度，用,d,表示,表示方法：,d,20,4,:,我国常用，即20时油品的密度与4 时水的,密度之比, 4 水的密度约等于,1g/cm,3, 数值上,d,20,4,20,无单位,，但,d,20,4,一、密度和相对密度,?,d,15.6,15.6,：欧美常用，即15.6时油品的密度与,15.6时水的密度之比。,15.6 换算为华氏

17、温度为60,?,比重指数：,API,度，表示为,0,API,，,0,API=141.5/d,15.6,15.6,-131.5,由关系式可看出：,0,API,与,d,15.6,15.6,成反,比关系，即,0,API,越大，密度越小,一、密度和相对密度,3,、油品密度与组成关系,同一原油的不同馏分油，沸点范围升高，密度增,大,不同原油的同一沸点范围的馏分油，芳烃含量越,多，密度越大；烷烃含量越多，密度越小,通过密度可以大致判断石油的组成,二、蒸气压,1,、定义：,在一定温度下，液体与其液面上方蒸气呈平衡状态时，,该蒸气所产生的压力称为饱和蒸气压，简称蒸气压。,蒸气压愈高，液体愈容易气化,二、蒸气压

18、,2,、纯烃与石油馏分蒸气压的差别：,纯烃的蒸气压只与温度有关，,T,升高，蒸气压增大,石油馏分的蒸气压不仅与温度有关，而且与气化率,（液相组成）有关，,T,一定时，气化率越高，液相组成就,越重，蒸气压越小,二、蒸气压,3,、油品蒸气压的表示方法：,雷德蒸气压,用雷德蒸气压测定器测定。,测定条件：,T=38,汽相体积：液相体积,=4,：,1,真实蒸气压,气化率为,0,时的蒸气压，即泡点蒸气压。,三、沸点与馏程,1,、沸点定义,纯物质在一定外压下，当加热到某一温度时，其饱和,蒸气压等于外界压力，此时液体沸腾，此温度称为沸点。,外压一定时，纯化合物的沸点是一个定值。,三、沸点与馏程,2,、馏程的定

19、义,对于化合物，所含各组分沸点不同，一定外压下，油品的沸,点不是一个温度点，而是一个温度范围。,将油品在特定的仪器中进行蒸馏时，流出的第一滴冷凝液时,的气相温度叫初馏点，溜出物体积分别达到,10%,、,20%,、,30%.90%,时的气相温度分别称为,10%,、,30%.90%,点，蒸馏到最后达到的气体的最高温度叫干点（或终馏点）。,从初馏点到干点这一温度范围称为馏程。,在此温度范围内溜出的部分称为馏分。,蒸馏温度与溜出量之间的关系叫油品的馏分组成。,三、沸点与馏程,3,、馏程的测定方法,实沸点蒸馏,特点：设备精密、馏出的气相温度较接近馏出物的沸,点，温度与馏出物的质量,%,呈对应关系，适用于

20、原油评价,及制定产品的切割方案。,恩氏蒸馏,特点：设备简便、方法简单，数据容易得到，但馏程,不能代表真实的沸点范围，,适用于生产控制、产品质量,及工艺计算。,四、特性因数,特性因数（,K,）是反映石油或石油馏分化学组成特性的一,种特性数据。,1,、定义式,K=1.216T,1/3,/d,15.6,15.6,2,、不同烃类,K,值的比较,烷烃,12.,环烷烃,11.,芳烃,10.,四、特性因数,3,、石油及其馏分的,K,值,含烷烃多的：,1213,；,含环烷多的：,1112,；,含芳烃多的：,1011,通过,K,值大小，可大致判断石油馏分的化学组成,五、平均相对分子质量,1,、定义,石油是多种化

21、合物的复杂混合物，石油馏分的相对分,子质量是其中各组分相对分子质量的平均值，因此称为平,均相对分子质量。,2,、石油馏分的平均相对分子质量,馏分沸程升高，平均相对分子质量增大,汽油：,100200,；,喷气燃料：,180200,；,轻柴油：,210240,；,六、粘度,粘度是评价油品流动性的重要指标，是喷气燃料、柴,油重油和润滑油的重要质量指标之一。,1,、粘度定义,粘度是表示液体流动时分子间摩擦而产生阻力的大小。,六、粘度,2,、粘度表示方法,动力粘度,动力粘度是表示液体在一定剪切应力下流动时内摩擦力,的量度。,=,剪切应力,/,剪切速率,单位：,法定：帕秒（Pas)，习惯：厘泊（,cP,）

22、,1 cP=10,-3,Pas=1mPas,六、粘度,运动粘度,运动粘度表示液体在重力作用下流动时内摩擦力的量度。,=,/,单位：,法定：,m,2,/s,，物理：,cm,2,/s,（,st,，斯），常用：,mm,2,/s(cSt,厘斯）,1m,2,/s=10000st=1000000cst(mm,2,/s),六、粘度,恩氏粘度,为条件性粘度。是在规定条件下，油品从特定仪器中,流出,200mL,所需时间（,s),与20时流出,200mL,水所需时间的,比值，以,E,表示。,E,t,=,油,/,水,六、粘度,3,、石油馏分粘度与组成的关系,含烷烃多，粘度较小；含环状烃多，粘度较大；,馏分越重，沸点

23、越高，粘度越大。,4,、温度对粘度的影响,T,升高，液体油品粘度减小，油蒸气粘度增大。,六、粘度,5,、粘温性质,定义,油品粘度随温度变化的性质称为粘温性质。,粘温性质好的油品，粘度变化幅度较小。,粘温性是润滑油的重要指标之一。,六、粘度,粘温性质的表示方法,粘度比：常用,50,与,100,运动粘度的比值，表示为,50,/,100,粘度指数（,VI,）：欧美常用。,VI,越高，粘温性质越好,6,、粘温性质与化学组成的关系,不同烃类，正构烷烃粘温性最好，环烷次之，芳烃最差,烃类分子中，环状结构越多，粘温性越差，侧链越长，,粘温性越好,七、低温性能,评价低温性能的指标：浊点、冰点、结晶点、倾点、,凝点和冷滤点。,1,、油品失去流动性的原因：,粘温凝固：不含蜡的油品，温度降低，粘度增大而失,去流动性。,构造凝固：含蜡油品，温度降低，蜡结晶析出，形成,网状骨架，失去流动性。,七、低温性能,2,、浊点、冰点、结晶点,三点可在同一个样品的实验中同时测定。,浊点：出现蜡的微晶粒而呈雾状和混浊时的最高温度