第二章__石油的化学组成

1、一：石油的一般性状一：石油的一般性状 1 1颜色及密度颜色及密度 石油通常是石油通常是黑色、褐色或黄色黑色、褐色或黄色的的流动或半流动流动或半流动的的粘稠液体粘稠液体 多数原油的密度集中在多数原油的密度集中在800800980kg/m980kg/m3 3之间，但也有个别之间，但也有个别原油的相对密度在原油的相对密度在1000kg/m1000kg/m3 3以上或以上或800kg/m800kg/m3 3以下以下 2 2我国主要原油的我国主要原油的特点特点 大多数原油的相对密度（大多数原油的相对密度（d d20204 4）0.860.86，属，属较重原油较重原油； 凝点凝点(CP)(CP)高，含蜡量

2、高高，含蜡量高； 含硫量较低含硫量较低含氮量偏高含氮量偏高，大部分原油，大部分原油N0.3% N0.3% 二、石油的元素组成二、石油的元素组成原油中的主要元素是原油中的主要元素是C C、H H 838387%87% 111114%14% 原油中除原油中除C C、H H外，还有外，还有S S、N N、O O及其他微量元素及其他微量元素(1(15%)5%) 原油中的微量金属元素有原油中的微量金属元素有V V、NiNi、FeFe、CuCu、AsAs等等 石油中的石油中的非碳氢原子非碳氢原子称为称为杂原子杂原子。与国外原油相比，我。与国外原油相比，我国原油的国原油的含硫低、含氮量高含硫低、含氮量高 碳

3、氢比：是用来反映碳氢比：是用来反映原油的属性原油的属性的一个参数，与原油的的一个参数，与原油的化学结化学结构构有关系有关系 各种烃类碳氢原子比大小顺序是：各种烃类碳氢原子比大小顺序是：烷烃烷烃 环烷烃环烷烃 芳香烃芳香烃 各种油品的各种油品的H/C天然气天然气 液化气液化气 汽油汽油 柴油柴油 轻质油轻质油 3.90 2.20 1.902.20 1.601.80 1.802.0 普通原油普通原油 重质油重质油 减压渣油减压渣油 沥青沥青 石油焦石油焦1.501.90 1.50 1.401.70 1.101.20 0.300.40三、石油的馏分组成三、石油的馏分组成1.1.馏分馏分 ：是指用分馏

4、方法把原油分成的：是指用分馏方法把原油分成的不同沸点范围不同沸点范围的的 组分组分 石油是一个多组分的复杂混合物，每个组分有其各自石油是一个多组分的复杂混合物，每个组分有其各自不同不同 的沸点的沸点 用用分馏分馏的方法，可以把石油馏分分成不同的方法，可以把石油馏分分成不同温度段温度段，如，如200200、200200350350等，称为石油的一个等，称为石油的一个馏分馏分 馏分馏分不等同于不等同于产品产品 2.2.馏分与产品的馏分与产品的区别区别：石油产品是石油的一个馏分，但馏分：石油产品是石油的一个馏分，但馏分并不等同于产品。石油产品要满足油品的并不等同于产品。石油产品要满足油品的规格要求规

5、格要求，馏分，馏分要变成产品还必须对其要变成产品还必须对其进一步加工进一步加工 3.3.直馏馏分：从原油直馏馏分：从原油直接分馏直接分馏得到的馏分。它基本保留了得到的馏分。它基本保留了石油化学组成的石油化学组成的本来面目本来面目，如：，如：不含不饱和烃不含不饱和烃，在化学组，在化学组成中含有成中含有烷烃、环烷烃、芳香烃烷烃、环烷烃、芳香烃等等 4.4.石油中含有的馏分，一般规定：石油中含有的馏分，一般规定： 小于小于180180的馏分为的馏分为汽油馏分汽油馏分（也称为低沸点馏分，轻油或石（也称为低沸点馏分，轻油或石脑油馏分）脑油馏分） 180180350350的馏分为的馏分为煤、柴油馏分煤、柴

6、油馏分（也称中间馏分，（也称中间馏分，AGOAGO） 350350500500的馏分为的馏分为减压馏分减压馏分（也称高沸点馏分或润滑（也称高沸点馏分或润滑油油,VGO,VGO） 大于大于500500的馏分为的馏分为减渣馏分减渣馏分(VR) (VR) naphthanaphthaAtmospheric gas oilAtmospheric gas oilVacuum gas oilVacuum gas oilVacuum residueVacuum residue第二节第二节 石油馏分的烃类组成石油馏分的烃类组成 含有含有碳和氢碳和氢两种元素的化合物称为碳氢化合两种元素的化合物称为碳氢化合物，简

7、称为烃物，简称为烃(Hydrocarbon)(Hydrocarbon)一、一、石油中烃类的类型及分布规律石油中烃类的类型及分布规律 石油中的烃类主要有石油中的烃类主要有烷烃、环烷烃和芳烃烷烃、环烷烃和芳烃 原油中一般原油中一般不含烯烃不含烯烃，炔烃更少炔烃更少 paraffinnaphthenearomaticsolefine1 1石油中的烷烃石油中的烷烃 石油中带有石油中带有直链或支链直链或支链，而无任何环结构的饱和烃称为，而无任何环结构的饱和烃称为烷烃或链烃烷烃或链烃 化学性质化学性质不活泼不活泼，C C1 1C C4 4常温常压下为常温常压下为气态气态，C C5 5C C1515为为液液

8、态态，C C1616以上以上的正构烷烃为的正构烷烃为固态固态 石油中的烷烃根据石油石油中的烷烃根据石油类型类型的不同含量可达的不同含量可达505070%70%或低或低到到101015%15% 石油中的石油中的正构烷烃正构烷烃一般比异构烷烃含量一般比异构烷烃含量高高 随随沸点的增高沸点的增高，石油中的正构烷烃和异构烷烃的，石油中的正构烷烃和异构烷烃的含量逐含量逐渐降低渐降低 2 2石油中的环烷烃石油中的环烷烃 环烷烃是环烷烃是环状环状的的饱和烃饱和烃，其性质较，其性质较稳定稳定 石油中大量存在的环烷烃只有含石油中大量存在的环烷烃只有含五碳环的环戊烷系五碳环的环戊烷系和含和含六碳环的环己烷系六碳环

9、的环己烷系 我国的几种主要原油中一般我国的几种主要原油中一般环己烷系环己烷系多于环戊烷系多于环戊烷系 石油中的环烷烃除单环外，还有石油中的环烷烃除单环外，还有双环双环及及多环多环环烷烃，环环烷烃，环的连接方式以的连接方式以并联并联为主为主 3 3石油中的芳烃石油中的芳烃 芳烃在石油中普遍存在芳烃在石油中普遍存在 C C5 5-C-C1010的正构烷烃的正构烷烃原油原油汽油汽油煤、柴油煤、柴油减压馏分减压馏分单环及少量双环环烷烃单环及少量双环环烷烃单环芳烃单环芳烃( (苯系苯系) )C C1010C C2020左右的正构烷烃左右的正构烷烃 单环、双环及多环环烷烃单环、双环及多环环烷烃单环、双环芳

10、香烃单环、双环芳香烃C C2020C C3636左右的正构烷烃左右的正构烷烃 单、双、三环以及三环以上的环烷烃单、双、三环以及三环以上的环烷烃 单、双、多环芳烃单、双、多环芳烃减压渣油减压渣油某石油馏分中烃类分布示意图某石油馏分中烃类分布示意图二、石油中的气态烃二、石油中的气态烃石油气态烃石油气态烃天然气天然气炼厂气炼厂气伴生气伴生气非伴生气非伴生气纯气田气纯气田气凝析气田气凝析气田气天然气天然气干气干气( (丁烷以上丁烷以上液态烃液态烃100g/m100g/m100g/m3 3为湿气为湿气) )三、石油烃类的组成表示方法三、石油烃类的组成表示方法1 1单体烃组成单体烃组成 单体烃组成表明了石

11、油馏分中单体烃组成表明了石油馏分中每一种烃每一种烃( (单体化合物单体化合物) )，目前还仅限于阐述目前还仅限于阐述石油气及石油低沸点馏分石油气及石油低沸点馏分的组成的组成 石油中单体烃的主要类型有：石油中单体烃的主要类型有： 天然石油天然石油中，中，不含有烯烃、炔烃不含有烯烃、炔烃，含有烷烃、环烷烃及含有烷烃、环烷烃及芳香烃，芳香烃，环状烃几乎都是环状烃几乎都是五元环和六元环五元环和六元环。我国主要原油的。我国主要原油的五元环少于六元环五元环少于六元环优点：具体、直观优点：具体、直观缺点：适用范围很窄，只适用于气体、溶剂油和汽油缺点：适用范围很窄，只适用于气体、溶剂油和汽油可用气相色谱可用气

12、相色谱技术进行鉴定技术进行鉴定2 2族组成族组成 对于石油馏分，元素组成表示法太简单而单体烃表示法对于石油馏分，元素组成表示法太简单而单体烃表示法太复杂，而且使用范围窄。族组成介于两者之间，简单实用。太复杂，而且使用范围窄。族组成介于两者之间，简单实用。所谓所谓“族族”就是就是化学结构类似化学结构类似的一类化合物的一类化合物 石油馏分分成那些族，取决于分析方法和分析要求以及实际应用的需要石油馏分分成那些族，取决于分析方法和分析要求以及实际应用的需要 对于汽油：烷烃（正构、异构）、环烷烃、烯烃和芳香烃对于汽油：烷烃（正构、异构）、环烷烃、烯烃和芳香烃对于煤、柴油：饱和烃（烷烃、环烷烃）、轻芳烃（

13、单环）、中芳烃、对于煤、柴油：饱和烃（烷烃、环烷烃）、轻芳烃（单环）、中芳烃、不饱和烃和非烃组分等不饱和烃和非烃组分等对于减压渣油：一般分成对于减压渣油：一般分成 饱和分、芳香分、胶质、沥青质饱和分、芳香分、胶质、沥青质3 3结构族组成结构族组成 不论石油烃类的结构多么复杂，都可以看作是由三个基不论石油烃类的结构多么复杂，都可以看作是由三个基本结构单元组成：本结构单元组成：芳香环、环烷环和烷基侧链芳香环、环烷环和烷基侧链，用这些，用这些基本结构单元的量来表示复杂分子混合物的组成的方法基本结构单元的量来表示复杂分子混合物的组成的方法就是结构族组成表示法就是结构族组成表示法 通常用三个基本单元上通

14、常用三个基本单元上碳原子所占的百分数碳原子所占的百分数来描述来描述分子分子的组成的组成，然后再加上分子中的，然后再加上分子中的总环数总环数R RT T，芳环数，芳环数R RA A和环烷和环烷环数环数R RN N来表示石油馏分的来表示石油馏分的结构族组成结构族组成 C CA A%=6%=62020100%=30% 100%=30% （芳碳率）（芳碳率） C CN N%=4%=42020100%=20% 100%=20% （环烷碳率）（环烷碳率） C CP P%=10%=102020100%=50% 100%=50% （烷基碳率）（烷基碳率） R RT T=2=2；R RA A=1=1；R RN

15、N=1=1注意注意 ： 石油馏分的结构族组成是把一个馏分看作是一个石油馏分的结构族组成是把一个馏分看作是一个平均分子平均分子，该平均分子是由芳香环、环烷环和烷基侧链这三种结构单该平均分子是由芳香环、环烷环和烷基侧链这三种结构单元所构成元所构成； 用用CA%、CN%、CP%、RT 、RA 、RN来表示该来表示该平均分子的结平均分子的结 构参数，因此构参数，因此RT 、RA 、RN有可有可能会出现小数；能会出现小数； 结构族组成表示法仅表示上述结构单元的含量，结构族组成表示法仅表示上述结构单元的含量，并未考虑其结合方式；并未考虑其结合方式； 计算过程中将烷基环侧链和环烷环看作是芳环计算过程中将烷基

16、环侧链和环烷环看作是芳环的取代基；的取代基； 石油馏分不管有多复杂，均可以用结构族组成石油馏分不管有多复杂，均可以用结构族组成表示法来描述其大致结构。表示法来描述其大致结构。 四、石油馏分中的烃类组成四、石油馏分中的烃类组成1. 1. 汽油馏分的烃类组成汽油馏分的烃类组成 直馏汽油馏分的单体烃组成直馏汽油馏分的单体烃组成 组成汽油馏分的单体烃的数目相当繁多；但大多数汽组成汽油馏分的单体烃的数目相当繁多；但大多数汽油馏分中，往往油馏分中，往往2020种种主要的单体烃的含量就占该直馏汽油主要的单体烃的含量就占该直馏汽油馏分总量的馏分总量的一半以上一半以上 直馏汽油馏分的族组成直馏汽油馏分的族组成

17、烷烃和环烷烃占直馏汽油馏分的大部分，芳香烃一烷烃和环烷烃占直馏汽油馏分的大部分，芳香烃一般不超过般不超过20%(wt)20%(wt)。就其分布规律而言，。就其分布规律而言，一般随着沸点的一般随着沸点的升高，芳香烃的含量升高，芳香烃的含量逐渐增加逐渐增加2 2石油中间馏分及高沸馏分的烃类组成石油中间馏分及高沸馏分的烃类组成 石油中间馏分石油中间馏分(200(200350)350)中的烷烃主要包括从中的烷烃主要包括从C C1111C C2020左右左右( (以正构烷烃计以正构烷烃计) )的正、异构烷烃。环烷烃和芳香烃以单环和双的正、异构烷烃。环烷烃和芳香烃以单环和双环为主，三环及三环以上的环烷烃和

18、芳香烃的含量明显减少环为主，三环及三环以上的环烷烃和芳香烃的含量明显减少 石油高沸点馏分石油高沸点馏分(350(350500)500)的烃类类型和中间馏分相似，只的烃类类型和中间馏分相似，只是在烃分子中碳原子数目更多，高环数含量更多，而且环的侧是在烃分子中碳原子数目更多，高环数含量更多，而且环的侧链数更多或更长，高沸点馏分的烷烃主要包括从链数更多或更长，高沸点馏分的烷烃主要包括从C C2020到到C C3636左右左右( (以正构烷烃计以正构烷烃计) )的正、异构烷烃；环烷烃包括从单环到六环的的正、异构烷烃；环烷烃包括从单环到六环的带有环戊烷环和环己烷环的环烷烃，其结构主要是以稠合类型带有环戊

19、烷环和环己烷环的环烷烃，其结构主要是以稠合类型为主为主 四、固态烃四、固态烃1 1地蜡与石蜡的区别地蜡与石蜡的区别 2 2蜡的不利影响及用途蜡的不利影响及用途 不利影响：不利影响：温度下降时，蜡结晶析出，堵塞管道；柴油中含温度下降时，蜡结晶析出，堵塞管道；柴油中含蜡较多，在冬天使用时，蜡会堵塞喷油嘴，使柴油机不能正蜡较多，在冬天使用时，蜡会堵塞喷油嘴，使柴油机不能正常供油，影响柴油机的正常工作常供油，影响柴油机的正常工作 用途：用途：石蜡除了可以作为裂化的原料以外，由于它具有良好石蜡除了可以作为裂化的原料以外，由于它具有良好的绝缘性能及化学安定性，可广泛应用于电气、化工、医药、的绝缘性能及化学

20、安定性，可广泛应用于电气、化工、医药、日化；而微晶蜡可作为润滑脂的稠化剂，在电子、橡胶、军日化；而微晶蜡可作为润滑脂的稠化剂，在电子、橡胶、军工、冶金等工业也有广泛的用途工、冶金等工业也有广泛的用途 3 3我国原油的蜡含量：总体来说，蜡含量较高我国原油的蜡含量：总体来说，蜡含量较高第三节第三节 石油中的非烃成分石油中的非烃成分 一、石油中的含硫化合物一、石油中的含硫化合物 低硫原油：低硫原油：S0.5%S0.5%含硫原油：含硫原油：0.5%S2.0%0.5%S2.0%S2.0%活性硫化物：活性硫化物：S S、H H2 2S S、低分子、低分子RSHRSH等，性质相对较等，性质相对较 活泼，能与

21、金属作用而腐蚀设备活泼，能与金属作用而腐蚀设备 非活性硫化物：非活性硫化物：硫醚硫醚(RSR)(RSR)，环硫醚，二硫化，环硫醚，二硫化 物物(RSSR)(RSSR)，噻吩及其同系物，噻吩及其同系物 原油中的含硫化合物一般以原油中的含硫化合物一般以硫醚类和噻吩类硫醚类和噻吩类为主为主 1 1硫的存在形态硫的存在形态 2 2硫的分布硫的分布 硫的分布的硫的分布的总趋势总趋势是，是，随沸点升高，硫含量增加随沸点升高，硫含量增加，大部，大部分集中在重馏分及渣油中（分集中在重馏分及渣油中（75%75%85%85%） 汽油中馏分：汽油中馏分：H H2 2S S、硫醇、硫醚、硫醇、硫醚( (环硫醚环硫醚)

22、 )及少量的二硫及少量的二硫化物和噻吩化物和噻吩 中间馏分：仅含有比较重的硫化物，硫醚和噻吩中间馏分：仅含有比较重的硫化物，硫醚和噻吩 高沸点馏分：高沸点馏分中硫的形态与中沸点馏分相似，高沸点馏分：高沸点馏分中硫的形态与中沸点馏分相似，也是硫醚与噻吩，另外还有四氢噻吩也是硫醚与噻吩，另外还有四氢噻吩 腐蚀性腐蚀性 Fe+HFe+H2 2SFeS+HSFeS+H2 2 环境污染环境污染 影响产品的储存安定性影响产品的储存安定性 影响燃料的燃烧性能影响燃料的燃烧性能 硫可使催化剂中毒硫可使催化剂中毒 3 3含硫化合物对石油加工及产品应用的影响含硫化合物对石油加工及产品应用的影响二、二、 石油中的含

23、氮化合物石油中的含氮化合物 石油中的氮含量一般比硫含量低，质量分数通石油中的氮含量一般比硫含量低，质量分数通常集中在常集中在0.050.050.5%0.5%范围内范围内 随沸点的升高，含量增加随沸点的升高，含量增加 ，大部分在胶质沥，大部分在胶质沥青质中青质中 碱性氮化物：碱性氮化物：NNN非碱性氮化物：非碱性氮化物： NNN三、三、 石油中的含氧化合物石油中的含氧化合物 石油中的含氧量比硫、氮少，约为石油中的含氧量比硫、氮少，约为千分之几千分之几；个别的可高；个别的可高达达2 23% 3% 随沸点升高，含氧化合物增加随沸点升高，含氧化合物增加 酸性氧化物：酸性氧化物： 环烷酸、脂肪酸、芳香酸

24、、酚类环烷酸、脂肪酸、芳香酸、酚类( (统称石油酸统称石油酸) ) 中性氧化物：中性氧化物： 醛、酮、酯等，含量极少醛、酮、酯等，含量极少 石油中的含氧化合物的含量一般用石油中的含氧化合物的含量一般用酸度酸度( (酸值酸值) )来间接表示来间接表示 石油中的环烷酸石油中的环烷酸 （占石油酸约（占石油酸约90%90%） 石蜡基石油石蜡基石油的环烷酸含量较少，的环烷酸含量较少，中间基和环烷基石油中间基和环烷基石油的环的环烷酸含量较多烷酸含量较多 石油中的环烷酸一般是石油中的环烷酸一般是一元羧酸一元羧酸 环烷酸的相对密度一般在环烷酸的相对密度一般在0.930.931.021.02之间，随之间，随分子

25、量增大分子量增大，酸值降低酸值降低，溶解度减小溶解度减小 环烷酸易溶于石油烃类和多数有机溶剂，具有普通羧酸的环烷酸易溶于石油烃类和多数有机溶剂，具有普通羧酸的一切性质一切性质 环烷酸的分布环烷酸的分布 中间馏分中间馏分(250-400)(250-400)含量最含量最高高，低、高沸点馏分低、高沸点馏分含量含量较较低低 危害危害 原油含环烷酸多，容易乳化，对加工不理，且腐蚀设备原油含环烷酸多，容易乳化，对加工不理，且腐蚀设备 产品中含环烷酸，对铅、锌等有色金属有腐蚀性，对铁、产品中含环烷酸，对铅、锌等有色金属有腐蚀性，对铁、铝几乎无腐蚀；铝几乎无腐蚀； 灯用煤油含环烷酸，可使灯芯堵赛，结花灯用煤油

26、含环烷酸，可使灯芯堵赛，结花 环烷酸的用途环烷酸的用途 第四节第四节 石油中的微量元素石油中的微量元素 一、石油中的微量元素类型一、石油中的微量元素类型目前发现的石油中的微量元素有目前发现的石油中的微量元素有5959种种，可分为三类：，可分为三类： 过渡过渡( (变价变价) )金属元素金属元素 碱金属和碱土金属碱金属和碱土金属 卤素和其他元素卤素和其他元素 就世界范围来看，在石油中含量最多的微量元素是就世界范围来看，在石油中含量最多的微量元素是钒钒，其次是其次是镍镍 我国大多数原油的我国大多数原油的镍含量明显高于钒含量镍含量明显高于钒含量 二、微量元素在石油中的分布二、微量元素在石油中的分布

27、石油中的微量元素大多数也是石油中的微量元素大多数也是随着沸点的升高随着沸点的升高而增加而增加，主要，主要集中在集中在500500的渣油的渣油中中 三、微量金属在石油中的存在形态三、微量金属在石油中的存在形态 以以无机盐无机盐的水溶液的盐类形式存在的水溶液的盐类形式存在 以以油溶性油溶性的有机金属化合物形式存在的有机金属化合物形式存在 第四节第四节 渣油及渣油中的胶质、沥青质渣油及渣油中的胶质、沥青质 渣油是原油中沸点最高、相对分子质量最渣油是原油中沸点最高、相对分子质量最大、杂原子含量最多和结构最为复杂的部分大、杂原子含量最多和结构最为复杂的部分 我国大多数主要原油我国大多数主要原油500500的减压渣油的的减压渣油的产率在产率在404050%50% 一、渣油的组成及其分析方法一、渣油的组成及其分析方法我国原油减渣我国原油减渣C C：858587% (wt)87% (wt)H H：111112% (wt)12% (wt)H/C (H/C (原子比原子比) )1.