石油组成及物性简介

1、 石油组成及物性简介 v v前言 让我们来认识石油 v第一节 石油的元素组成 v第二节 石油的烃类组成 v第三节 石油的馏分组成 v第四节 石油产品的主要物性指标 石油组成及物性简介石油组成及物性简介 前言 让我们来认识石油 v什么是石油？ 前言 让我们来认识石油 前言 让我们来认识石油 前言 让我们来认识石油 v石油（petroleum，oil）又称原油，通常是一 种流动或半流动状的粘稠液体。世界各地所 产的石油在外观性质上有不同程度的差别。 从颜色看，大部分石油是黑色，也有暗绿或 暗褐色，少数显赤褐，浅黄色，甚至无色。 前言 让我们来认识石油 v地壳上层部分地区有石油储存。主要成分是各种烷

2、 烃、环烷烃、芳香烃的混合物。石油的成油机理有 生物沉积变油和石化油两种学说，前者较广为接受， 认为石油是古代海洋或湖泊中的生物经过漫长的演 化形成，属于化石燃料，不可再生；后者认为石油 是由地壳内本身的碳生成，与生物无关，可再生。 石油主要被用来作为燃油，也是许多化学工业产品 如溶液、化肥、杀虫剂和塑料等的原料。“石油” 这个中文名称是由北宋大科学家沈括第一次命名的。 前言 让我们来认识石油 v石油的性质因产地而异，密度为0.8 - 1.0g/cm3，粘度范围很宽，凝固点差别很大 （30 -60摄氏度），沸点范 v围为常温到500摄氏度以上，可溶于多种有机 溶剂，不溶于水，但可与水形成乳状液

3、。 前言 让我们来认识石油 v用途 v石油主要被用作燃料。石油也是许多化学工 业产品如溶剂、化肥、杀虫剂和塑料等的原 料。 前言 让我们来认识石油 v分类 v燃料（F） v溶剂和化工原料（S） v润滑剂和有关产品（L） v蜡（W） v沥青（B） v石油焦（C） 前言 让我们来认识石油 v一般性质一般性质 v石油的外观及状态石油的外观及状态 外观外观-黑、褐色；气味黑、褐色；气味- - 状态状态-流动、半流动、粘稠流动、半流动、粘稠 v相对密度：相对密度：0.800.800.98 0.98 g/cmg/cm3 3 v我国原油：我国原油：0.850.850.950.95 g/cm g/cm3 3

4、相对密度相对密度 粘度粘度 重质油重质油 0.934 0.9341 1 1001001000010000cpcp 沥青沥青 1.000 1000cp1.000 1000cp 轻质油轻质油 0.85环烷烃环烷烃 芳芳 香烃香烃 第一节 石油的元素组成 第一节 石油的元素组成 第一节 石油的元素组成 v重质油改质的目的是将其变为轻馏分。重质油改质的目的是将其变为轻馏分。 这一过程可以认为是这一过程可以认为是H/CH/C增大的过程，其增大的过程，其 主要途径为：主要途径为： 无外来无外来H2H2：脱碳过程（不外加氢而依借产生部脱碳过程（不外加氢而依借产生部 分分H/CH/C比低的产物来获取一部分比低

5、的产物来获取一部分H/CH/C高的产物的高的产物的 过程。过程。 有外来氢：有外来氢： 加氢过程加氢过程 在脱碳过程中，虽然转化后的在脱碳过程中，虽然转化后的H/CH/C比在各产物中比在各产物中 分配起了变化，但总的分配起了变化，但总的H/CH/C应该守恒。应该守恒。 原油原油 液化气液化气 汽、煤、汽、煤、 柴柴 燃料油燃料油 沥青沥青 石油焦石油焦 H/C 原子比原子比 2.8 2.12.4 1.92.1 1.41.7 1.01.6 0.40.6 第一节 石油的元素组成 （2）S、N、O杂原子杂原子 v S：硫含量也作为衡量原油质量的一个指标：硫含量也作为衡量原油质量的一个指标： 2%2%

6、高硫原油、高硫原油、0.50.52%2%含硫原油、含硫原油、0.5%C16正构烷烃（固体） 第二节 石油的烃类组成 v一般条件下，烷烃的化学性质很不活泼(r) ， 不易与其它物质发生反应，但在特殊条件下， 烷烃也会发生氧化、卤化、消化及热分解等 反应。 第二节 石油的烃类组成 v经过脱水、净化和轻烃回收工艺，提取出液化气和 轻质油以后，主要成是甲烷的处理天然气叫干气。 一般来说，天然气中甲烷含量在90%以上的叫干气。 (c) v甲烷含量低于90%，而乙烷、丙烷等烷烃的含量在 10% 以上的叫湿气。 v天然气根据成分不同分为贫气和富气，贫气中甲烷 含量多，富气中乙烷丙烷丁烷含量高。 第二节 石油

7、的烃类组成 v另有划分方法如下： v 干气：每方气中，戊烷以上（C5）烃类按液态计小 于10mL的天然气；（含有大量甲烷和少量乙烷、丙烷） v 湿气：每方气中，戊烷以上（C5）烃类按液态计大 于10mL的天然气；（除含有较多的甲烷、乙烷外，还 含有少量易挥发的液态烃蒸气（如戊烷、己烷、辛 烷） v 贫气：每方气中，丙烷以上（C3）烃类按液态计小 于100mL的天然气； v 富气：每方气中，丙烷以上（C3）烃类按液态计大 于100mL的天然气；(y) 第二节 石油的烃类组成 v环烷烃：环状的饱和烃，也是石油的主要组分之一。 v石油中主要是环戊烷系，环己烷系 v随着石油馏分沸点的升高，环烷烃的相对

8、含量增加 v化学性质与烷烃相近，但稍活泼，一定条件下可发 生氧化、卤化、硝化、热分解等反应，一定条件下 还能脱氢生成芳香烃。 第二节 石油的烃类组成 v芳香烃：分子中含有苯环的烃类，一般苯环上带 有不同的烷基侧链，也是石油的主要组分之一。 v同一种原油中，随着沸点的升高，芳香烃的含量 增多。石油中除含有单环芳香烃外，还含有双环 和多环芳香烃。 v化学性质较烷烃稍活泼，可与一些物质发生反应， 但芳香烃中的苯环很稳定，强氧化剂也不能使其 氧化，也不易起加成反应。在一定条件下，芳香 烃上的侧链会被氧化成有机酸，这是油品氧化变 质的重要原因之一。芳香烃在一定条件下还能进 行加氢反应。 第二节 石油的烃

9、类组成 （2）表示方法 v单体烃单体烃 v族组成族组成 v结构族组成结构族组成 v大庆原油初 馏130 馏分的单体 烃组成 化化 合合 物物 含含量量 编编号号 化化 合合 物物 含含 量量 正正丁丁烷烷 4 4. .2 23 3 3 31 1 1 1. .4 4- -二二甲甲基基庚庚烷烷 0 0. .4 49 9 异异戊戊烷烷 2 2. .8 87 7 3 32 2 3 3- -甲甲基基庚庚烷烷 正正戊戊烷烷 7 7. .6 69 9 3 33 3 3 3- -乙乙基基已已烷烷 0 0. .9 97 7 环环戊戊烷烷 l l. .3 39 9 3 34 4 1 1 顺顺 3 3 二二甲甲基基

10、环环已已烷烷 2 2- -甲甲基基戊戊烷烷 2 2. .4 46 6 3 35 5 1 1 反反 4 4- -二二甲甲基基环环已已烷烷 2 2. .4 47 7 3 3 一一甲甲基基戊戊烷烷 1 1. .4 48 8 3 36 6 1 1. .1 1- -二二甲甲基基环环已已烷烷 0 0. .2 25 5 正正已已烷烷 1 10 0. .1 15 5 3 37 7 1 1- -甲甲基基顺顺 3 3- -乙乙基基环环戊戊烷烷 0 0. .1 16 6 甲甲基基环环戊戊烷烷 3 3. .9 9 3 38 8 1 1- -甲甲基基反反 2 2- -乙乙基基环环戊戊烷烷 2 2. .4 4 一一二二甲

11、甲基基戊戊烷烷 0 0. .2 22 2 3 39 9 1 1- -甲甲基基反反 3 3- -乙乙基基环环戊戊烷烷 0 0. .5 53 3 1 10 0 2 2. .2 2. .3 3 一一三三甲甲基基丁丁烷烷 0 0. .3 32 2 4 40 0 1 1- -甲甲基基 1 1- -乙乙基基环环戊戊烷烷 0 0. .4 45 5 1 11 1 环环已已烷烷 5 5. .2 29 9 4 4l l 正正辛辛烷烷 l ll l. .0 07 7 1 12 2 2 2- -甲甲基基已已烷烷 1 1. .4 46 6 4 42 2 1 1 顺顺 4 4- -二二甲甲基基环环已已烷烷 0 0. .2

12、 25 5 1 13 3 2 2. .3 3- -二二甲甲基基戌戌烷烷 1 1. .0 04 4 4 43 3 1 1 反反 3 3- -二二甲甲基基环环已已烷烷 1 14 4 3 3- -甲甲基基已已烷烷 1 1. .9 91 1 4 44 4 2 2. .6 6- -二二甲甲基基环环已已烷烷 0 0. .3 35 5 1 15 5 1 1 顺顺 3 3- -二二甲甲基基坏坏戍戍烷烷 0 0. .7 7l l 4 45 5 1 1 顺顺 2 2- -二二甲甲基基环环已已烷烷 0 0. .2 27 7 1 16 6 3 3- -乙乙基基戊戊烷烷 4 46 6 乙乙基基环环已已烷烷 1 17 7

13、 1 1 反反 3 3- -二二甲甲基基坏坏戊戊烷烷 0 0. .9 92 2 4 47 7 乙乙 苯苯 1 18 8 1 1 反反 2 2- -二二甲甲基基环环戌戌烷烷 1 1. .6 65 5 4 48 8 3 3. .5 5- -二二甲甲基基庚庚烷烷 2 2. .1 1 1 19 9 正正庚庚烷烷 1 12 2. .1 12 2 4 49 9 1 1. .1 1. .3 3- -三三甲甲基基环环已已烷烷 2 20 0 1 1 顺顺 2 2- -二二甲甲基基环环戍戍烷烷 0 0. .2 28 8 5 50 0 2 2. .3 3. .3 3- -三三甲甲基基己己烷烷 1 1. .2 2 2

14、 21 1 甲甲基基环环已已烷烷 5 51 1 对对二二甲甲苯苯 0 0. .4 49 9 2 22 2 2 2. .2 2. .3 3. .3 3. .- -四四甲甲基基丁丁烷烷 9 9. .6 61 1 5 52 2 间间二二甲甲苯苯 2 2. .2 27 7 2 23 3 2 2. .4 4- -二二甲甲基基已已烷烷 0 0. .9 95 5 5 53 3 3 3. .3 3. .4 4- -三三甲甲基基已已烷烷 0 0. .2 27 7 2 24 4 1 1 反反 2 2 顺顺 4 4- -三三甲甲基基坏坏戊戊烷烷 0 0. .3 37 7 5 54 4 1 1 反反 2 2. .反反

15、 4 4- -三三甲甲- -基基环环已已烷烷 0 0. .1 15 5 2 25 5 甲甲 苯苯 0 0. .7 78 8 5 55 5 1 1 顺顺 3 3. .反反 5 5- -三三甲甲基基环环已已烷烷 2 26 6 1 1 反反 2 2 顺顺 3 3- -三三甲甲基基环环戍戍烷烷 0 0. .4 46 6 5 56 6 3 3- -乙乙基基庚庚烷烷 0 0. .2 22 2 2 27 7 2 2. .3 3. .4 4- -三三甲甲基基戊戊烷烷 0 0. .1 19 9 5 57 7 邻邻二二甲甲苯苯 2 28 8 2 2- -甲甲基基, ,3 3- -乙乙基基戊戊烷烷 0 0. .1

16、17 7 5 58 8 2 2. .2 2. .4 4. .5 5- -四四甲甲基基已已烷烷 0 0. .1 19 9 2 29 9 1 1. .1 1. .2 2- -三三甲甲基基环环戊戊烷烷 0 0. .2 25 5 5 59 9 2 2. .2 2. .6 6- -三三甲甲基基庚庚烷烷 1 10 0. .1 18 8 3 30 0 2 2- -甲甲基基庚庚烷烷 2 2. .2 28 8 6 60 0 C C9 9H H1 16 6 双双环环烷烷 1 1. .1 19 9 第二节 石油的烃类组成 v（2）表示方法 v烃类的烃类的族组成族组成：性质、结构相近的为：性质、结构相近的为一族一族石

17、油烃。 “族”是化学结构相似的一类化合物，族组成表示 简单实用，可根据分析方法和实际需要进行划分 烷烃（正构烷烃、异构烷烃）；烷烃（正构烷烃、异构烷烃）； 环烷烃（环戊烷、环己烷）一环、二环环烷烃（环戊烷、环己烷）一环、二环-多环多环 芳烃（单环、双环、三环以上）芳烃（单环、双环、三环以上） 第二节 石油的烃类组成 v（2）表示方法 vPONA P- Paraffin(烷烃) O- Olefin(烯烃) N- Naphthene(环烷烃) A- Aromatics(芳香烃) 第二节 石油的烃类组成 v（2）表示方法 v结构族组成结构族组成：由于高沸点馏分及渣油中，各种：由于高沸点馏分及渣油中，

18、各种 类型分子数目繁多，而且由于分子量极大，且类型分子数目繁多，而且由于分子量极大，且 结构复杂，往往在一个分子中同时含有芳香环、结构复杂，往往在一个分子中同时含有芳香环、 环烷环以及相当数目的侧链烷。无法用族组成环烷环以及相当数目的侧链烷。无法用族组成 法表示。法表示。 v结构族组成分析法结构族组成分析法就是确定复杂分子混合物中，就是确定复杂分子混合物中， 烷基、环烷基和芳香基这些结构单元的量，而烷基、环烷基和芳香基这些结构单元的量，而 不考虑在分子中这些结构单元的结合方式。不考虑在分子中这些结构单元的结合方式。 v（2）表示方法 v从结构族组成的观点，任何烃类化合物，不论其 结构如何复杂，

19、都可以看成是由烷基、环烷基、 和芳香基三种结构单元所组成。 C10H21 C 10H21 第二节第二节 石油的烃类组成石油的烃类组成 第二节 石油的烃类组成 v（2）表示方法 v结构族组成结构族组成 vC CA A% % 芳香环上的碳的百分数芳香环上的碳的百分数 vC CN N% % 环烷环上的碳的百分数环烷环上的碳的百分数 vC CP P% % 链烷碳的百分数链烷碳的百分数 vR RT T 总环数总环数 vR RA A 芳香环数芳香环数 vR RN N 环烷环数环烷环数 第三节 石油的馏分组成 v石油是一个极其复杂的石油是一个极其复杂的混合物混合物，沸点范围很，沸点范围很 宽，要研究或利用原

20、油，必须先进行宽，要研究或利用原油，必须先进行分馏分馏， 就是按沸点高低将其分离就是按沸点高低将其分离（切割）（切割）成不同的成不同的 馏分馏分。 第三节 石油的馏分组成 v初馏点：加热时馏出的第一滴液体时的温度。初馏点：加热时馏出的第一滴液体时的温度。 v初馏点初馏点200 汽油馏分汽油馏分 或或180 v（200350） 煤、柴油馏分煤、柴油馏分 v（350500） 减压减压馏分馏分VGO（润滑油润滑油 馏分、催化裂化原料）馏分、催化裂化原料） v500 减压渣油减压渣油 VR v350 常压渣油常压渣油 AR 原油及其馏分的认识及表征原油及其馏分的认识及表征 一般性质、元素组成、馏分组一

21、般性质、元素组成、馏分组 成、石油及其馏分的烃族组成成、石油及其馏分的烃族组成 及结构族组成、非烃、渣油组及结构族组成、非烃、渣油组 成等成等 原油及其馏分的主要性质（密原油及其馏分的主要性质（密 度、粘度、分子量、沸程、临度、粘度、分子量、沸程、临 界性质、热性质等）界性质、热性质等） 石油主要产品的性能要求石油主要产品的性能要求 汽油、柴油、航空煤油、润滑汽油、柴油、航空煤油、润滑 油、蜡、沥青、石油焦油、蜡、沥青、石油焦 原油评价原油评价 脱盐脱水脱盐脱水 常常 压压 蒸蒸 馏馏 汽汽 油油 柴柴 油油 催催 化化 重重 整整 常压渣油常压渣油 减压蒸减压蒸 馏馏 减一减一 减二减二 减

22、三减三 减四减四 减五减五 润润 滑滑 油油 减 压 馏 分 油减 压 馏 分 油 （VGO） 催化裂化催化裂化 加氢裂化加氢裂化 减压渣油减压渣油 焦化焦化催化裂化催化裂化加氢裂化加氢裂化溶剂脱沥青溶剂脱沥青 乙烯乙烯 生产生产 芳烃芳烃 生产生产 气体加工：气体加工：MTBE，烷基化等，烷基化等 聚烯烃、纤维、橡胶 炼油过程示意图炼油过程示意图 第三节 石油的馏分组成 v石油气体烃组成：石油气体烃组成： 天然气：天然气： 伴生气：石油开采过程产生伴生气：石油开采过程产生 非伴生气：纯气田，甲烷非伴生气：纯气田，甲烷90% 90% 干气干气 凝析油气田，甲烷凝析油气田，甲烷 ，C C2 2+

23、C+C3 3+C+C4 4=10=1020% 20% 湿气湿气 天然气水合物：天然气水合物：在一定的温度压力下，轻烃与水分子靠氢在一定的温度压力下，轻烃与水分子靠氢 键形成笼状物。键形成笼状物。 一个笼一个笼 ，160160180180个天然气个天然气 （海洋底，丰富的水合物（海洋底，丰富的水合物（0 044）的利用）的利用） 炼厂气炼厂气 气体分析气体分析 第三节 石油的馏分组成 v汽油馏分汽油馏分：直馏汽油直馏汽油C5C5C10C10范围的烃：单体烃检测出范围的烃：单体烃检测出14001400个，前个，前2020 个总含量个总含量50%50%；烷烃含量占多数，而正构比异构多，以一个取代基的

24、；烷烃含量占多数，而正构比异构多，以一个取代基的 多，环烷烃的甲基环戊烷多，芳烃含量少，只占几个多，环烷烃的甲基环戊烷多，芳烃含量少，只占几个% % 直馏汽油加工：制乙烯，烷烃多好；重整：直馏汽油加工：制乙烯，烷烃多好；重整： 环烷烃转化为芳烃，环烷烃环烷烃转化为芳烃，环烷烃 多好多好 v中间馏分（柴油馏分）：中间馏分（柴油馏分）：200200350350，碳数在，碳数在C12 C12 C20C20。 族组成：烷烃族组成：烷烃+ +环烷烃环烷烃 为主，为主， 环烷以环烷以1 1、2 2环为主环为主 v高沸点馏分（减压瓦斯油）：高沸点馏分（减压瓦斯油）：C20C35 350500。 族组成：烷烃

25、族组成：烷烃+环烷烃为主，环烷烃为主，环烷烃有环烷烃为主，环烷烃为主，环烷烃有3、4环环 v固态烃固态烃- -蜡蜡 MW C 石蜡 VGO 300450 1735 地蜡 VR 450800 3560 大大 庆庆 原原 油油 汽汽 油油 馏馏 分分 的的 组组 成成 初初145 初初160 初初180 烷烷 烃烃 环环 烷烷烃烃 芳芳 香香烃烃 总总 计计 烷烷烃烃 环环烷烷 烃烃 芳芳香香 烃烃 总总计计 烷烷烃烃 环环烷烷 烃烃 芳芳香香 烃烃 总总计计 C3 C4 C5 C6 C7 C8 C9 C10 C11 0.38 2.53 6.18 10.19 13.62 15.79 9.81 0.

26、87 6.53 12.16 11.38 7.20 1.04 0.20 0.67 1.34 0.14 0.38 2.53 7.05 16.92 26.45 28.51 17.12 1.04 0.29 2.20 5.48 8.9l 11.60 13.54 12.01 4.02 0.?8 5.82 10.62 10.41 9.86 1.66 0.19 0.59 1.61 0.41 0.29 2.20 6.26 14.92 22.81 25.56 22.28 5.68 0.22 1.79 4.52 7.49 9.95 12.06 12.07 8.89 0.64 4.82 9.05 9.43 10.02

27、 3.32 2.28 0.17 0.53 1.54 0.81 0.22 l.79 5.16 12.48 19.53 23.03 22.90 12.6l 2.28 总总 计计 58.5 39.18 2.52 100.00 58.05 59.15 2.8 100.0 59.89 59.96 3.05 100.0 第三节 石油的馏分组成 v（1 1）目前对）目前对200200馏分中的烃类组成已能了解馏分中的烃类组成已能了解 直馏汽油中正构及支链较少的烷烃是主要成分，直馏汽油中正构及支链较少的烷烃是主要成分， 少数烷烃占据较大的量少数烷烃占据较大的量 环烷烃只含环戊烷和环己烷系；我国原油环己烷含量高，

28、环烷烃只含环戊烷和环己烷系；我国原油环己烷含量高， 有利于生产苯。有利于生产苯。 芳香烃中以甲苯和二甲苯为主要特征。芳香烃中以甲苯和二甲苯为主要特征。 不含烯烃。不含烯烃。 v（2 2）对于煤柴油馏分以上的较重组分，已无法从单体化合）对于煤柴油馏分以上的较重组分，已无法从单体化合 物层次进行分析。物层次进行分析。 可采用色谱法研究其分布。可采用色谱法研究其分布。 v纯气田天然气主要成分为甲烷，占纯气田天然气主要成分为甲烷，占90%90%以上以上。 第三节 石油的馏分组成 v汽油馏分:烷烃、环烷烃和芳香烃; 裂化产物还包括 烯烃，PONA v煤油、柴油及减压馏分（采用液相色谱法）：饱和 烃、轻芳

29、香烃、中芳香烃、重芳香烃、非烃组分胶 质等。 v减压渣油（采用溶剂处理和液相色谱法）：饱和份、 芳香份、胶质、沥青质四个组分。 说明：石油产品的性质与其烃族组成密切相关，同时族 组成数据还可以作为选择加工方案的依据。 第三节第三节 石油的馏分组成石油的馏分组成 馏分馏分 分析方法及应用分析方法及应用 族组成划分族组成划分 汽油馏分汽油馏分气相色谱气相色谱 烷烃、环烷烃、芳香烃，裂化汽烷烃、环烷烃、芳香烃，裂化汽 油增加不饱和烃的分析油增加不饱和烃的分析 煤油、柴油及煤油、柴油及 减压馏分减压馏分 （1 1）液固色谱法）液固色谱法 （2 2）质谱法）质谱法 饱和烃（烷烃和环烷烃）、饱和烃（烷烃和环烷烃）、 轻轻 芳香烃