【教学】第六章 石油的化学组成

第六章石油的化学组成教学目的熟悉石油的化学组成及其地球化学分类，掌握影响石油化学组成的主要因素教学内容石油的化学组成石油的地球化学类型影响石油化学组成的主要因素重点及难点影响石油化学组成的主要因素整理课件石油的一般性质原油是沉积岩中有机质在成岩演化过程中生成的烃类和非烃类复杂混合物，为黄色、褐色乃至黑色的可燃性粘稠液体。不同地区、不同层位产出的原油其物理性质有较大的差异，根据原油的粘度、相对密度可将原油划分为轻质原油、中质原油、重质原油和沥青砂四类分类名称俗称粘度（mPa.s）相对密度轻质原油普通原油<20<0.900中质原油中等稠油20～1000.900～0.934重质原油稠油100～100000.934～1.000沥青砂>10000>1.000按粘度、相对密度对原油分类标准整理课件整理课件整理课件石油的元素组成石油主要由C、H、S、N、O等五种元素组成，它们在石油中的分布范围C占83.0%～87.0%、H占11.0%～14.0%、S占0.05%～8.00%、N占0.02%～2.00%、O占0.05%～2.00%，除此之外，还含有一些微量元素，如Ni、V、Fe、Cu、U、Ca、Mg等整理课件原油的馏分组成原油是由分子量不同的烃类和非烃类组成的复杂混合物，其沸点范围宽，从常温～500℃，因此在对原油进行研究和加工时，常采用蒸馏方法对原油按沸点的高低切割成若干部分，每个部分称为馏分，而每个馏分的沸点范围称为馏程或沸程馏分名称沸点范围，℃碳数分布范围轻馏分石油气<30C1～C4汽油50～200C5～C12中间馏分煤油130～250C12～C14柴油180～350C14～C18重馏分润滑油350～500C18～C20渣油>500C20以上石油的馏分组成分类整理课件整理课件石油的化学组成由于组成石油的化合物十分复杂，目前尚有一些化合物还不能鉴别，但按化学结构可分为：烃类（烷烃、环烷烃、芳香烃）、非烃（含氧化合物、含硫化合物、含氮化合物）、胶质和沥青质烃类：包括烷烃、环烷烃、芳香烃烷烃：组成石油的最重要部分，可分为正构烷烃和异构烷烃；通常正构烷烃的含量较高，一般为15%～20%，已在原油中检测出C1～C60的正构烷烃；在原油中也发现了许多异构烷烃，其中以C10以内的异构烷烃含量最高，而在>C10的异构烷烃中最重要一类是异戊二烯烷烃，约占原油的1%，其中最常见的是姥鲛烷（C19）和植烷（C20），可达原油中全部无环异戊二烯烷烃的55%环烷烃：在原油中已发现单环、双环、三环和多环环烷烃，如环己烷、环戊烷及其衍生物整理课件芳香烃：指只有芳香环和侧链基的分子，已发现单环和多环的芳香烃，其中以1～3环的苯、甲苯和菲系列含量最高非烃化合物：包括含氧、硫、氮等杂原子的化合物和胶质、沥青质，主要集中分布在原油的高沸点馏分中含硫化合物：原油中含硫量大于1%称为高硫原油，含硫量小于称为低硫原油；目前已鉴定出的含硫化合物有250种，主要有三类，即硫醇、硫醚、噻吩硫醇——指分子中含有硫基（—SH）的硫化物，是H2S中一个氢原子被烷基或环烷基所取代形成的，大多数硫醇具低分子量，在原油中已分离出脂肪族和环烷族硫醇，但未发现芳香族硫醇硫醚——指分子中含有硫醚键（—S—）的硫化物，是H2S中两个H原子被烷基、环烷基或芳香基取代后形成，在原油中一般集中在中间馏分中噻吩——指含有一个硫原子和四个碳原子的不饱和五员环化合物，在原油含量较少，但对研究原油的成因和成熟度有意义整理课件含氮化合物：原油中含氮量比含硫量低，通常在0.05%～0.5%之间；主要分布在较重的馏分或渣油中，其分离和鉴定较困难，已鉴定出大约80多种单体化合物。由于含氮化合物具有较强的极性，可根据其变化按地质色层原理来追踪油的运移途径含氧化合物：原油中的含氧量在0.1%～1.0%之间，个别可达3%，主要的含氧化合物为：醇（R—OH）、酚（Ar—OH）、醚（R—O—R’）、醛（R—CO—H）、酮（R—CO—R’）和酸（R—COOH）；含氧化合物可分为酸性和中性两大类，酸性含氧化合物中有环烷酸、脂肪酸和酚；中性含氧化合物有醛、酮等，一般认为地层水和原油中的酸性含氧化合物对储集层次生孔隙的形成有重要意义胶质和沥青质：是原油中结构最复杂、分子量最大的一部分物质，主要集中分布在渣油中；在轻质油中含量一般小于5%，重质油中可达20%～30%，最高可达50%以上，它是由脂肪族链和杂原子组成的多芳香核的高分子量化合物整理课件石油的地球化学类型原油中组分的浓度（210℃）原油类型硫含量%样品数饱和烃>50%芳香烃<50%石蜡烃>环烷烃且石蜡烃>40%石蜡型<1100石蜡烃≤40%且环烷烃≤40%石蜡—环烷型217环烷烃>石蜡烃且环烷烃>40%环烷型21饱和烃≤50%芳香烃≥50%石蜡烃>10%芳香—中间型>1126石蜡烃<10%环烷烃≤25%芳香—沥青型41环烷烃≥25%芳香—环烷型<136原油的地球化学分类（据Tissot和Welte，1984）整理课件整理课件影响原油化学组成的主要因素包括三方面的因素：有机质的类型和性质；有机质的热演化程度；石油生成所经历的次生变化有机质类型：腐泥型有机质中由细菌改造的高等植物及藻类生成的石油多为石蜡型；由海相浮游生物来源的有机质生成的石油多为芳香—中间型；饱和烃30%～70%，芳香烃25%～26%。以高等植物来源为主有机质生成的石油多为高蜡原油，也可形成石蜡—环烷型石油，饱和烃60%～90%，芳香烃10%～30%，含硫量较海相源岩生成的石油低有机质的成熟度：石油密度、含硫量随深度增加而降低；随深度增加，轻质馏分含量增加，烷烃含量增加，正构烷烃含量增加，高成熟石油中以低分子量的正构烷烃为主。次生变化：热成熟作用；生物降解和水洗作用；氧化作用；气浸和脱沥青作用整理课件热成熟作用：链烃中的碳链断裂形成低分子量烃，异构烷烃脱去侧链形成正构烷烃，芳香烃的裂解产物是低分子量的芳烃、烷烃和高度聚合的高碳物质。环烷烃一方面开环加氢形成链烃，多环断裂为单环、双环，另一方面脱氢形成芳香烃。在热力作用下，石油中烃类变化实质是氢元素的重新分配。生物降解作用和水洗作用：生物降解作用的结果是使造成原油中正构烷烃、少量支链烷烃、低环环烷烃及芳香烃部分或全部消失，向重质油方向变化，根据生物标志物的分布特征，可以对生物降解级别进行分类，不同的降解级别对应不同的原