石油基础知识：石油物性和组成(胡

1、新员工入职石油基础知识培训新员工入职石油基础知识培训石油物性和组成石油物性和组成2011 年年 7 月月2惠州炼油分公司惠州炼油分公司1. 原油一般性质、元素组成、馏分组成和分类 2. 石油的烃类组成 3. 石油中的硫氮氧化合物 4. 石油中的微量化合物 5. 石油中的胶状沥青状物质 前言 3惠州炼油分公司惠州炼油分公司4惠州炼油分公司惠州炼油分公司 美国美国油气杂志油气杂志公布公布20092009年度世界主要国家的石油产量，年度世界主要国家的石油产量，中国仅次中国仅次于俄罗斯、沙特阿拉伯、美国，排名世界第四于俄罗斯、沙特阿拉伯、美国，排名世界第四，占世界石油总产量的，占世界石油总产量的5.4

2、%5.4%。根据中国石化协会最新发布的统计数据，根据中国石化协会最新发布的统计数据，20092009年，中国石油产量为年，中国石油产量为1.891.89亿亿吨。从世界范围来看，吨。从世界范围来看，20092009年石油总产量为年石油总产量为35.2535.25亿吨，较亿吨，较20082008年的年的36.4136.41亿吨减少亿吨减少3.2%3.2%。 油气杂志油气杂志同时公布同时公布20092009年世界主要国家石油剩余探明可采储量排名。年世界主要国家石油剩余探明可采储量排名。沙特阿拉伯以沙特阿拉伯以359.5359.5亿吨的可采储量继续居于首位亿吨的可采储量继续居于首位，其次是加拿大、伊朗

3、、，其次是加拿大、伊朗、伊拉克、科威特和委内瑞拉等国。伊拉克、科威特和委内瑞拉等国。中国的剩余探明可采储量为中国的剩余探明可采储量为27.927.9亿吨亿吨，较较20082008年的年的21.921.9亿吨增长亿吨增长27.2%27.2%，是为数不多的剩余探明可采储量增长的国，是为数不多的剩余探明可采储量增长的国家。在石油剩余探明可采储量排名前家。在石油剩余探明可采储量排名前3030位的国家中，储量增长的国家还有位的国家中，储量增长的国家还有伊朗、卡塔尔和厄瓜多尔等伊朗、卡塔尔和厄瓜多尔等8 8个国家。个国家。5惠州炼油分公司惠州炼油分公司20092009年世界主要国家和地区炼油能力排行榜年世

4、界主要国家和地区炼油能力排行榜6惠州炼油分公司惠州炼油分公司2009年全球炼油厂炼油能力排名年全球炼油厂炼油能力排名，万吨，万吨/年年 惠州炼油惠州炼油 2015年年 2200万吨万吨/年年 惠州炼油惠州炼油 2020年年 4000万吨万吨/年年7惠州炼油分公司惠州炼油分公司1. 原油一般性质、元素组成、馏分组成和分类 2. 石油的烃类组成 3. 石油中的硫氮氧化合物 4. 石油中的微量化合物 5. 石油中的胶状沥青状物质 前言 8惠州炼油分公司惠州炼油分公司来自地层深处来自地层深处黏稠黏稠的的可燃液体燃料可燃液体燃料通常是通常是黑色黑色 定义：定义：原油是由相对分子质量从数十到数千的、原油是

5、由相对分子质量从数十到数千的、 数目众多的数目众多的烃类烃类和非烃类化合物组成的复杂混合物。和非烃类化合物组成的复杂混合物。石油是几百万年前，海底沉积大量的动、植物尸体，且被碎石层石油是几百万年前，海底沉积大量的动、植物尸体，且被碎石层所掩没，这层覆盖阻绝了完全氧化及分解的过程，并增大所掩没，这层覆盖阻绝了完全氧化及分解的过程，并增大压力和热量压力和热量，使，使有机物部分蒸馏，最后产生有机物部分蒸馏，最后产生油和煤气油和煤气。 9惠州炼油分公司惠州炼油分公司1.简单分类简单分类(个别性质）个别性质）v（1）相对密度进行分类相对密度进行分类v（2）按硫含量分类按硫含量分类v（3）按蜡含量分类按蜡

6、含量分类v（4）按胶质分类按胶质分类API 32 轻质原油 API =20 32中质原油API =1020重质原油低硫2.0%低含蜡0.5%-2.5%, 含蜡2.5%-10%,高含蜡10%低胶质15%5.1315.1416.156.150dAPI10惠州炼油分公司惠州炼油分公司2.1特性因数分类方法特性因数分类方法 定义：定义：特性因素（特性因素（Characterization Factor） K, 是油品的平均沸点和相是油品的平均沸点和相对密度的函数。对密度的函数。2.化学分类化学分类6.156.15306.156.1530216.1dTdTKKR规律：规律：当沸点相近时，芳香烃的相对密度

7、最大，环烷烃的次之，烷烃的最当沸点相近时，芳香烃的相对密度最大，环烷烃的次之，烷烃的最小，因而烷烃的小，因而烷烃的K值最大，环烷烃的次之，芳香烃的最小值最大，环烷烃的次之，芳香烃的最小界定：界定：按照按照K值大小将原油分为石蜡基、中间基和环烷基：值大小将原油分为石蜡基、中间基和环烷基： K12.1 石蜡基原油石蜡基原油 （大庆（大庆K=12.6） 11.5K12.1 中间基原油中间基原油 （胜利（胜利K=12.1， 孤岛孤岛K=11.8） 10.5K0.775航空煤油航空煤油200（或（或180）-3500.80.85柴油馏分、常压瓦斯油柴油馏分、常压瓦斯油(Atomspheric Gas O

8、il AGO)350-5000.850.9减压馏分油，润滑油馏分、减压瓦斯油减压馏分油，润滑油馏分、减压瓦斯油(Vacuum Gas Oil VGO)5000.951.0减压渣油（减压渣油（Vacuum residue VR）204d 将原油按沸点的高低切割成若干部分，即所谓馏分，每个馏分的沸点将原油按沸点的高低切割成若干部分，即所谓馏分，每个馏分的沸点范围简称为馏程或沸程，原油的馏分划分如下表所示：范围简称为馏程或沸程，原油的馏分划分如下表所示：15惠州炼油分公司惠州炼油分公司根据以下数据判断是什么馏分？根据以下数据判断是什么馏分？思考题思考题2主要是煤柴油馏分主要是煤柴油馏分16惠州炼油分

9、公司惠州炼油分公司主要由碳（主要由碳（C）、氢（）、氢（H）、硫（）、硫（S）、氧（）、氧（O） 、氮（、氮（N）5种元素组成，种元素组成，还含有微量的金属和非金属元素；还含有微量的金属和非金属元素；主要是碳（主要是碳（C）和氢（）和氢（H） ，合计在原油中占，合计在原油中占95%以上；以上； 原油中的硫必须加以脱除，以降低对环境的影响。中东和拉美地区的原原油中的硫必须加以脱除，以降低对环境的影响。中东和拉美地区的原油硫含量较高（油硫含量较高（1%），我国原油的特点是硫含量较低、氮含量较高；），我国原油的特点是硫含量较低、氮含量较高；原油中的氧含量一般不超过原油中的氧含量一般不超过2%；微量金

10、属元素的存在，对石油加工过程中的催化剂有很大的负面影响，微量金属元素的存在，对石油加工过程中的催化剂有很大的负面影响，甚至会使催化剂丧失活性，必须设法加以脱除。甚至会使催化剂丧失活性，必须设法加以脱除。17惠州炼油分公司惠州炼油分公司碳氢元素组成碳氢元素组成( (质量分数质量分数) )碳：碳：83.087.0氢：氢：11.014.0硫：硫：0.058.0氧：氧：0.052.0氮：氮：0.052.0石油中碳氢含量之和大于石油中碳氢含量之和大于95，单纯用碳氢含量不易进行比较，用氢碳原子，单纯用碳氢含量不易进行比较，用氢碳原子比更能反映其属性。比更能反映其属性。氢碳原子比是一个与化学结构相关的参数

11、。氢碳原子比是一个与化学结构相关的参数。对石油组成中特别重要的是对石油组成中特别重要的是H/C 原子比，包含着许多结构信息原子比，包含着许多结构信息氢碳原子比氢碳原子比011.12/0079. 1/碳含量氢含量CH18惠州炼油分公司惠州炼油分公司同系物中，分子量越大，同系物中，分子量越大，H/C比越小；比越小；不同系列中，分子量相近，不同系列中，分子量相近， H/C次序为次序为 烷烃烷烃 环烷烃环烷烃 芳香烃；芳香烃；碳原子数相同的烃类，烷烃的氢碳比碳原子数相同的烃类，烷烃的氢碳比环烷烃环烷烃芳香烃；芳香烃；石油馏分中，随馏分变重，石油馏分中，随馏分变重，H/C原子比逐渐减小。原子比逐渐减小。

12、19惠州炼油分公司惠州炼油分公司 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H/C增大增大的过程，其主要途径为：的过程，其主要途径为：无外来无外来H2：脱碳过程（不外加氢而依借产生部分脱碳过程（不外加氢而依借产生部分H/C比低的产物来获比低的产物来获取一部分取一部分H/C高的产物的过程。（催化裂化、延迟焦化）高的产物的过程。（催化裂化、延迟焦化）有外来有外来H2 ：加氢过程（加氢裂化）：加氢过程（加氢裂化） 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/C比在各产物中分配起了变化，比在各产物中分配起了变化，但总的但总的H/

13、C应该守恒。应该守恒。 原原油油 液液化化气气 汽汽、煤煤、 柴柴 燃燃料料油油 沥沥青青 石石油油焦焦 H/C原原子子比比 2.8 2.12.4 1.92.1 1.41.7 1.01.6 0.40.6 重质油改质重质油改质20惠州炼油分公司惠州炼油分公司1. 原油一般性质、元素组成、馏分组成和分类 2. 石油的烃类组成 3. 石油中的硫氮氧化合物 4. 石油中的微量化合物 5. 石油中的胶状沥青状物质 前言 21惠州炼油分公司惠州炼油分公司原油中的任何烃类化合物，不论其结构如何复杂，都可以看成是由烷原油中的任何烃类化合物，不论其结构如何复杂，都可以看成是由烷基、环烷基、和芳香基三种结构单元所

14、组成。基、环烷基、和芳香基三种结构单元所组成。 C10H21C10H21烃烃烷基烷基环烷基环烷基环烷基环烷基芳香基芳香基22惠州炼油分公司惠州炼油分公司23惠州炼油分公司惠州炼油分公司汽油馏分的烃族组成汽油馏分的烃族组成汽油中烷烃含量的范围大约为汽油中烷烃含量的范围大约为30%70%，环烷烃含量大约为，环烷烃含量大约为20%60%；石蜡基原油直馏汽油馏分中烷烃含量较多，环烷基原油直馏汽油馏石蜡基原油直馏汽油馏分中烷烃含量较多，环烷基原油直馏汽油馏分中环烷烃含量较多，中间基原油中两者的含量差不多；分中环烷烃含量较多，中间基原油中两者的含量差不多；环烷烃只含环戊烷和环己烷系环烷烃只含环戊烷和环己烷

15、系直馏汽油馏分中芳烃的含量较其他两族的为小，直馏汽油馏分中芳烃的含量较其他两族的为小，以以甲苯甲苯和和二甲苯二甲苯为为主主，一般为，一般为20%以下。以下。不含烯烃不含烯烃24惠州炼油分公司惠州炼油分公司煤柴油馏分及减压馏分的烃族组成煤柴油馏分及减压馏分的烃族组成饱和烃的（烷烃、环烷烃）含量都在一半以上，芳烃中一般以轻芳烃饱和烃的（烷烃、环烷烃）含量都在一半以上，芳烃中一般以轻芳烃的含量最高；的含量最高；随着馏分实沸点范围的升高，其中烷烃尤其是正构烷烃的含量趋于减随着馏分实沸点范围的升高，其中烷烃尤其是正构烷烃的含量趋于减少，芳烃的含量则趋于增加。在环烃和芳烃中，多环的都趋于增多；少，芳烃的含

16、量则趋于增加。在环烃和芳烃中，多环的都趋于增多； 烷烃：烷烃：C C1111C C2020煤柴油馏分煤柴油馏分 环烷烃：单、双环为主环烷烃：单、双环为主 芳香烃：单、双环为主芳香烃：单、双环为主与汽油相比，环数和侧与汽油相比，环数和侧链长度均增加链长度均增加 烷烃：烷烃：C C2020C C3636 减压馏分减压馏分 环烷烃：单环到六环，稠合类型为主环烷烃：单环到六环，稠合类型为主 芳香烃：单、双环和三环为主芳香烃：单、双环和三环为主25惠州炼油分公司惠州炼油分公司减压渣油的烃族组成减压渣油的烃族组成减压渣油是原油中沸点最高、相对分子质量最大的部分，其中非烃减压渣油是原油中沸点最高、相对分子质

17、量最大的部分，其中非烃化合物的含量也最多，有的甚至高达一半；化合物的含量也最多，有的甚至高达一半；减压渣油的组成常用四组分法表示，即饱和分、芳香分、胶质、沥减压渣油的组成常用四组分法表示，即饱和分、芳香分、胶质、沥青质；青质；26惠州炼油分公司惠州炼油分公司1. 原油一般性质、元素组成、馏分组成和分类 2. 石油的烃类组成 3. 石油中的硫氮氧化合物 4. 石油中的微量化合物 5. 石油中的胶状沥青状物质 前言 27惠州炼油分公司惠州炼油分公司硫化物存在形态硫化物存在形态元素硫、硫化氢（元素硫、硫化氢（H2S）、硫醇）、硫醇(RSH）、硫醚（）、硫醚（RSR）、二硫化）、二硫化物（物（RSSR

18、）、噻吩、砜（既含硫又含氧）、噻吩、砜（既含硫又含氧）原油中的硫化物一般以硫醚类和噻吩类为主原油中的硫化物一般以硫醚类和噻吩类为主原油中元素硫和硫化氢极少原油中元素硫和硫化氢极少活性硫活性硫：元素硫、：元素硫、H2S、硫醇（对金属有腐蚀性）。、硫醇（对金属有腐蚀性）。非活性硫非活性硫：硫醚、二硫化物、噻吩。（对金属无腐蚀性）：硫醚、二硫化物、噻吩。（对金属无腐蚀性）硫化物硫化物（对金属有无腐蚀）（对金属有无腐蚀）按对金属的腐蚀性划分按对金属的腐蚀性划分28惠州炼油分公司惠州炼油分公司硫和硫化氢硫和硫化氢 原油中元素硫和硫化氢极少原油中元素硫和硫化氢极少； 多是其它硫化物的分解产物；多是其它硫化

19、物的分解产物； 硫与石油烃类作用也可生成硫与石油烃类作用也可生成H2S和其它硫化物。和其它硫化物。硫醇（硫醇（RSH） 石油中含量不多；石油中含量不多； 沸点低于相应的醇类，多存在于低沸点馏分（汽油、煤油馏分）中；沸点低于相应的醇类，多存在于低沸点馏分（汽油、煤油馏分）中； 不溶于水，有不溶于水，有特殊臭味特殊臭味，空气中浓度达，空气中浓度达2.210-12g/m3可嗅出；可嗅出； 受热分解生成硫醚和硫化氢。受热分解生成硫醚和硫化氢。29惠州炼油分公司惠州炼油分公司 硫醚（硫醚（RSR） 石油中含量很大，在轻、中馏分中占含硫量的石油中含量很大，在轻、中馏分中占含硫量的5070（m），），在高沸

20、馏分中占在高沸馏分中占70（m） ； 存在形态很多，存在形态很多，R基可以是烷基、环烷基和芳香基；基可以是烷基、环烷基和芳香基； 中性液体，对金属没有作用。中性液体，对金属没有作用。二硫化物（二硫化物（RSSR) 含量很少，多集中于高沸点馏分中；含量很少，多集中于高沸点馏分中； 中性液体，对金属没有作用；中性液体，对金属没有作用； 热安定性差，受热分解为硫醚、硫醇和硫化氢。热安定性差，受热分解为硫醚、硫醇和硫化氢。30惠州炼油分公司惠州炼油分公司噻吩及同系物噻吩及同系物 芳香性的杂环化合物；芳香性的杂环化合物； 热安定性较好；热安定性较好； 性质与苯系芳烃类似。性质与苯系芳烃类似。SSSSC0

21、C30C0C20C0C30s31惠州炼油分公司惠州炼油分公司分布规律分布规律 随馏分沸程升高，硫含量增加，大部分集中在重馏分和渣油中；随馏分沸程升高，硫含量增加，大部分集中在重馏分和渣油中； 直馏汽油中，以直馏汽油中，以硫醇和硫醚硫醇和硫醚为主，含少量二硫化物和噻吩；为主，含少量二硫化物和噻吩； 中间馏分中，主要是中间馏分中，主要是硫醚和噻吩硫醚和噻吩类；类； 高沸点馏分中，主要是高沸点馏分中，主要是硫醚、噻吩及其同系物硫醚、噻吩及其同系物。32惠州炼油分公司惠州炼油分公司对加工过程及油品性质的影响对加工过程及油品性质的影响 对金属设备的腐蚀对金属设备的腐蚀Fe+ H2SFeS+H2F e S

22、 H C l+F e C l2 H2S+Fe + S350 400 -FeS+Fe(RS)2Fe H2+RSH233惠州炼油分公司惠州炼油分公司油品燃烧生成油品燃烧生成SO2和和SO3，造成环境污染；，造成环境污染；硫化氢和低分子硫醇污染空气；硫化氢和低分子硫醇污染空气；影响油品的储存安定性；影响油品的储存安定性；使催化剂中毒。使催化剂中毒。34惠州炼油分公司惠州炼油分公司 含氮化合物的分布含氮化合物的分布 石油中的氮含量要比硫含量低，通常在石油中的氮含量要比硫含量低，通常在0.050.5%范围内，范围内，很少有超过很少有超过0.7%的；的； 与硫在原油中的分布一样，石油中的氮含量也是随馏分沸

23、与硫在原油中的分布一样，石油中的氮含量也是随馏分沸程的升高而增加的，但其分布比硫更不均匀。程的升高而增加的，但其分布比硫更不均匀。 石油中的硫约有石油中的硫约有70%是集中在其减压渣油中，而石油中的是集中在其减压渣油中，而石油中的氮则更集中，约有氮则更集中，约有90%集中于其减压渣油中。集中于其减压渣油中。35惠州炼油分公司惠州炼油分公司 含氮化合物的类型含氮化合物的类型 石油中的含氮化合物，尤其是较重馏分中的含氮化合物，主要石油中的含氮化合物，尤其是较重馏分中的含氮化合物，主要是氮杂环芳香族化合物，由于在分离和鉴定上的困难，迄今尚是氮杂环芳香族化合物，由于在分离和鉴定上的困难，迄今尚未完全弄

24、清楚；未完全弄清楚； 一般只是按其酸碱性分为一般只是按其酸碱性分为碱性碱性和和非碱性非碱性两大类；两大类； 对多数原油而言，其碱性氮含量约占总氮含量的对多数原油而言，其碱性氮含量约占总氮含量的1/4到到1/3； 一般来说，在较轻馏分中的氮主要是碱性氮；而在较重的馏分一般来说，在较轻馏分中的氮主要是碱性氮；而在较重的馏分及渣油中的氮则主要是非碱性氮。及渣油中的氮则主要是非碱性氮。36惠州炼油分公司惠州炼油分公司氮化物氮化物非碱性氮：吡咯非碱性氮：吡咯 、吲哚、吲哚 、咔唑咔唑 、卟啉类化合物、卟啉类化合物碱性氮：吡啶碱性氮：吡啶 、喹啉、喹啉、 氮杂蒽、氮杂菲氮杂蒽、氮杂菲NNNHNHNCH33

25、7惠州炼油分公司惠州炼油分公司含氮化合物的危害含氮化合物的危害 导致催化剂中毒；导致催化剂中毒； 易生成胶状沉淀，影响油品的安定性。易生成胶状沉淀，影响油品的安定性。38惠州炼油分公司惠州炼油分公司 类型类型含氧含氧化合物化合物中性氧化物中性氧化物：酮、醛、酯，含量极少。：酮、醛、酯，含量极少。酸性氧化物酸性氧化物：环烷酸、芳香酸、脂肪酸：环烷酸、芳香酸、脂肪酸 和酚类，总称石油酸。和酚类，总称石油酸。39惠州炼油分公司惠州炼油分公司酸度（酸值）与酸含量酸度（酸值）与酸含量 酸度：中和酸度：中和100ml试油所需的试油所需的KOH mg数（轻质油品）数（轻质油品） 或中和或中和1g试油所需的试

26、油所需的KOH mg数（重质油品）数（重质油品）酸含量酸含量=酸值酸值*酸平均分子量酸平均分子量各种原油的酸值从百分之几各种原油的酸值从百分之几mgKOHg到几个到几个mgKOHg变化，变化，相差可达两个数量级。相差可达两个数量级。一般来说环烷基原油的酸值较高，而石蜡基原油的酸值较低。一般来说环烷基原油的酸值较高，而石蜡基原油的酸值较低。原油中各馏分的酸值不随沸点变化，而是存在若干峰值，在原油中各馏分的酸值不随沸点变化，而是存在若干峰值，在300450之间有最高峰。之间有最高峰。40惠州炼油分公司惠州炼油分公司 环烷酸环烷酸占酸性氧化物的占酸性氧化物的90以上；以上；分布规律特殊，在中间馏分（

27、分布规律特殊，在中间馏分（250400）中含量最高；）中含量最高；环烷酸的盐类是非常有用的化工原料，可以用作防腐剂、环烷酸的盐类是非常有用的化工原料，可以用作防腐剂、乳化剂、植物生长激素、润滑油添加剂等。乳化剂、植物生长激素、润滑油添加剂等。41惠州炼油分公司惠州炼油分公司1. 原油一般性质、元素组成、馏分组成和分类 2. 石油的烃类组成 3. 石油中的硫氮氧化合物 4. 石油中的微量化合物 5. 石油中的胶状沥青状物质 前言 42惠州炼油分公司惠州炼油分公司 1922年，对墨西哥原油中年，对墨西哥原油中12种微量元素的检测结果报导以来，已从石种微量元素的检测结果报导以来，已从石油中检测出油中

28、检测出59种微量元素，其中金属元素为种微量元素，其中金属元素为45种。种。 可分为三类可分为三类:（1）变价金属，如）变价金属，如V、Ni、Fe、Mo、Co、W、Cr、Cu、Mn、Pb、Ga、Hg等；等；（2）碱金属和碱土金属：如）碱金属和碱土金属：如Na、K、Ba、Ca、Sr、Mg等；等；（3）卤素和其它元素：如）卤素和其它元素：如Cl、Br、Si、Al、As等。等。 微量元素种类微量元素种类43惠州炼油分公司惠州炼油分公司含量与分布含量与分布 从世界范围来看，石油中含量最高的微量元素是钒，最高可达从世界范围来看，石油中含量最高的微量元素是钒，最高可达1000ppm以上；其次是镍，最高可达以上；其次是镍，最高可达100 ppm 以