石油及其产品的组成和性质

古代动、植物的遗体,由于地壳的运动被压在地层深处,在缺氧、高温和高压的条件下,逐渐变成石油。石油中的烃类按其结构不同,大体上可分为烷烃、环烷烃、芳香烃和不饱和烃等类。

第一节：石油的一般性状及化学组成

• 石油一般性状及组成
  • 一般性状
    • 颜色：大部分为暗色，通常呈黑色、褐色或浅黄色
    • 流动性：多为流动或半流动的粘稠状
    • ★相对密度：在0.8～0.98之间，我国多在0.85～0.95之间
  • 元素组成
    • 最主要元素：碳（C）占83%～87%，氢（H）占11%～14%
    • 其他元素：硫（S），氮（N），氧（O）占1%～4%
  • 馏分组成
    • ★馏分的沸点范围：常温～500℃以上，该范围称为馏程或沸程
    • 常压蒸馏
      • 轻馏分（初馏点～180℃或200℃）：汽油馏分/石脑油馏分
      • 中间馏分（180或200℃～350℃）：煤柴油馏分/常压瓦斯油
      • 重馏分（＞350℃）：常压重油（AR）/常压渣油
    • 减压蒸馏
      • 减压馏分（相当于常压350℃～500℃）：润滑油馏分/减压瓦 斯油（VGO）
      • 减压蒸馏残留馏分（＞500℃）：减压渣油（VR）
    • ★我国原油馏分特点：VR含量较高，汽油馏分含量较少
• 石油中的微量元素
• 石油及馏分的烃类组成
  • 石油的烃类组成
    • 含有：烷烃，环烷烃，芳烃 不含：烯烃，炔烃
    • 烷烃
      • 馏分沸点升高，烷烃含量逐渐减少
      • 有石油中烷烃含量高达50%～70%， 也有一些只有10%～15%
      • ★我国石油中烷烃含量较高
      • 状态：气态（C1～C4），液态（C5～C15） 固态（C16以上）
      • ★气态烷烃主要存在于石油气体中，C5～C11主要存在于汽油馏分中，C11～C20存在于中间馏分中，C20～C36存在于润滑油馏分
      • 蜡
        • 石蜡：晶型较大呈板状，主要由C17～C35正构烷烃组成，熔点30～70℃，主要分布在柴油和轻质润滑油馏分中
        • 微晶蜡：晶型呈细微状，也称地蜡，主要由环状烃组成，熔点70～95℃，主要分布在重质润滑油馏分及渣油馏分中
    • 环烷烃：含量仅次于烷烃，含量随沸点升高而增多，但在润滑油馏分中，因芳烃的含量增多而减少
    • 芳香烃：在石油中含量通常比烷烃和环烷烃少，含量随沸点升高而增多，有些多环芳烃具有荧光
  • 汽油馏分的烃类组成
    • 直馏汽油馏分单体烃组成：组成汽油馏分的单体烃数目繁多，但主要单体烃仅20种左右，占馏分总量一半以上
    • 直馏汽油馏分的烃类族组成：烷烃和烯烃占绝大部分，芳烃含量一般不超过20%，随沸点升高，芳烃含量增多
  • 中间馏分的烃类组成
    • 主要是C11～C20左右的烷烃，环烷烃和芳香烃以单环为主，三环及以上明显减少
    • ★大庆油＜350℃的馏分重芳烃（三环以上）极少，孤岛油300～350℃重芳烃含量已经相当可观
    • 随沸点升高，总环数和芳香环数逐渐增加，侧链碳原子百分数也逐渐增加，环上碳原子百分数趋势是减少
    • ★中间馏分油（煤柴油）的平均结构中烷基碳占主体
  • 高沸点馏分的烃类组成
    • 主要是C20～C36之间的烷烃，包括单环直到六环的稠合环烷烃，包括单环到四环以及四环以上的芳烃，还有稠合的环烷—芳香混合烃
    • 脱蜡之后饱和烃含量仍然很高，大庆原油高沸点馏分饱和烃含量最高
    • ★随着馏分沸点升高，侧链上碳原子百分比修炼降低，环烷烃和芳烃环数增加
    • 平均分子结构中烷基碳仍为主体
• 石油中的非烃化合物
  • 含硫化合物
    • 评价石油的一项重要指标
    • 分布、种类和复杂性随着石油馏分沸程升高而增加
    • ★汽油馏分的硫含量最低，减压渣油中的硫含量最高
    • 多以有机硫的形态存在，极少以元素硫存在
    • 酸性含硫化合物（活性硫）：元素硫（S），硫化氢（H2S） 硫醇（R-S-H）
    • 中性含硫化合物（非活性硫化物）：硫醚，二硫化物
    • ★含硫化合物的危害：①腐蚀设备，②影响产品质量，③污 染环境，④使催化剂中毒
  • 含氮化合物
    • 含量比硫含量低，约为0.05%～0.5%，但我国偏高，约0.1%～0.5%
    • 含量随沸点的升高而迅速增加，约80%的氮集中在400℃以上的渣油
    • ★碱性含氮化合物：吡啶系，喹啉系，异喹啉系和吖啶系
    • ★非碱性含氮化合物：吡咯，卟啉化合物
    • 非碱性含氮化合物性质不稳定，易氧化和聚合形成胶质，是导致二次加工油品颜色变深及产生沉淀的主要原因
  • 含氧化合物
    • 石油中氧含量很少，一般在千分之几左右
    • 含量随沸点升高而增加，大部分富集在胶状沥青状物质中（胶状沥青状物质中的氧含量占原油总氧含量的90%～95%）
    • 酸性含氧化合物：环烷酸，芳香酸，脂肪酸和酚类，总称为石油酸
    • 中性含氧化合物：酮类，醛类和酯类
    • 石油酸主要是环烷酸，它一般是一元羧酸，且多为稠合环系，呈弱酸性，容易与碱反应生成盐类，低分子环烷酸酸性较强，容易腐蚀设备
    • 中性含氧化合物可氧化生成胶质，影响油品使用性能
  • 胶状、沥青状物质
    • 胶质
      • ★原油中大部分S、N、O以及绝大多数金属集中在胶状沥青状物质中
      • 性状：褐色至暗褐色的粘稠且流动性很差的液体（或无固定形状）
      • 作用：提高石油沥青的延展性
      • ★胶质具有很强的着色能力，油品的颜色主要是胶质存在造成的
      • 危害：使用时生成炭渣，造成机器零件磨损和输油管路系统堵塞
    • 沥青
      • 石油中平均相对分子质量最大，结构最复杂，含杂原子最多的物质
      • 虽然含有较多杂原子，但碳、氢元素仍为主要元素
      • ★沥青质没有挥发性，石油中的沥青质全部集中在减压渣油中
• 渣油的组成