石油及其产品的组成和性质

克拉玛依职业技术学院石油加工生产技术第一节石油的一般性状及化学组成第二节石油及其产品的物理性质克拉玛依职业技术学院石油加工生产技术【教学目标】知识目标：1、了解石油一般形状、元素组成、馏分组成和非烃类组成；2、了解石油及其产品的物理性质；能力目标：1、能进行石油及其产品物理性质的测定。2、能进行石油及其产品物理性质的计算及查图方法;3、能分析原油及其产品中各种元素、烃类或非烃类化合物的存在，对其产品质量的影响；克拉玛依职业技术学院石油加工生产技术第一节石油的一般性状及化学组成主要内容石油的一般性状石油的元素组成石油及石油馏分的烃类组成石油中的非烃类化合物克拉玛依职业技术学院石油加工生产技术一、石油的一般性状石油主要是由碳氢化合物组成的复杂混合物。外观：淡黄—黑色，流动或半流动的粘稠液体。如：我国四川盆地开采出来的原油是黄绿色，玉门原油是黑褐色的，大庆原油则为黑色。相对密度：相对密度一般小于1，绝大多数原油的相对密度为0.8～0.98,属重质原油。含硫量：我国原油一般含硫量较低，大部分含硫量为0.12%～1.83%，只有胜利原油的含硫量稍高。克拉玛依职业技术学院石油加工生产技术产地性质大庆原油胜利原油任丘原油辽河原油新疆4号原油克拉玛依3号低凝油相对密度d4200.85540.90050.88370.86620.7730.8839运动粘度50℃(厘斯)20.1983.3657.19.0533.02凝点,℃302836170-54含蜡量,%吸附法26.214.622.85.81.05蒸馏法13.5沥青质,%05.12.50.170.53硅胶胶质,%8.9①23.223.214.40.913.3残炭(电炉),%2.96.46.73.595.3①氧化铝吸附色谱的分析数据表1-1我国部分油田原油的某些性质克拉玛依职业技术学院石油加工生产技术原油名称大庆胜利孤岛辽河华北中原新疆吐哈鲁宁管输密度（20℃)g/cm30.85540.90050.94950.92040.88370.84660.81970.8937运动粘度（50℃）mm2/s20.1983.36333.7109.057.110.322.7237.8凝点，℃3028217(倾点)363316.526.0蜡含量(质量分数①)%26.214.64.99.522.819.718.615.3庚烷沥青质(质量分数)%012.900.1000残炭(质量分数)，%2.96.47.46.86.73.80.905.5灰分(质量分数)，%0.00270.020.0960.010.0097____0.014____硫含量(质量分数)，%0.100.802.090.240.310.520.030.80氮含量(质量分数),%0.160.4l0.430.400.380.170.050.29镍含量，μg／g3.126.021.132.515.03.30.5012.3钒含量，μg／g0.041.62.00.60.72.40.031.5表1-2我国主要原油的一般性质克拉玛依职业技术学院石油加工生产技术原油名称沙特(轻质)沙特(中质)沙特(轻重混合)伊朗(轻质)科威特阿联酋(穆尔班)伊拉克印尼(米纳斯)密度（20℃)g/cm30.85780.86800.87l60.85310.86500.82390.85590.8456运动粘度（50℃）mm2/s5.889.049.174.917.312.556.50(37.8℃)13.4凝点。℃-24-7-25-11-20-7-15(倾点)34(倾点)蜡含量(质量分数)，%3.363.104.24____2.735.16________庚烷沥青质(质量分数)%1.481.843.150.641.970.361.100.28残炭(质量分数)，%4.455.675.824.285.691.964.22.8硫含量(质量分数)，%1.912.422.551.402.300.861.950.10氮含量(质量分数)，%0.090.120.090.120.14____0.100.10表1-3国外部分原油的一般性质克拉玛依职业技术学院石油加工生产技术二、石油的元素组成1.主要元素：C、H、O、N、S五种。C、H占95%～99%(C83%～87%,H11%～14%)S、O、N及微量元素总共不过1%～4%,但也有除外(美国加利福尼亚N1.4~2.2%)。2.微量元素：金属元素：VNiCuPbCaTiMgNaCo锌等。非金属元素：ClSiPAS等。微量元素总共不超过0.02%～0.03%，约30余种。克拉玛依职业技术学院石油加工生产技术原油产地CHOSN大庆原油85.7413.31—0.110.15胜利原油86.2612.20—0.800.41大港原油85.6713.40—0.120.23克拉玛依原油86.1013.300.280.040.25孤岛原油84.2411.74—2.200.47苏联杜依玛兹原油83.9012.300.742.670.33墨西哥原油84.2011.400.803.60—伊朗原油85.4012.800.741.06—美国宾夕法尼亚原油84.9013.700.900.50—表1-4某些石油的元素组成克拉玛依职业技术学院石油加工生产技术我国原油国外部分原油原油名称S(质量分数)，%N(质量分数)，%原油名称S(质量分数),%N(质量分数)，%大庆0.100.16沙特轻质1.910.09胜利0.800.41沙特中质2.420.12孤岛2.090.43沙特轻重混合2.550.09新疆0.050.13伊朗1.400.12大港0.120.23科威特2.300.14欢喜岭0.260.41英国(北海)0.350.07高升0.560.72前苏联(杜依玛兹)2.670.33井楼0.320.74美国(堪萨斯)1.900.45二连0.160.44江汉2.090.47表1-5国内外部分原油的硫、氮元素含量克拉玛依职业技术学院石油加工生产技术三、石油及其石油馏分的烃组成1.石油的馏分组成原油是一个多组分的复杂混合物，必须对原油进行分馏。分馏：就是按照组分沸点的差别将原油“切割”成若干“馏分”，每个馏分的沸点范围简称为馏程或沸程。馏分：原油经分馏后馏出的部分，馏分还是一个混合物，只是组分数目比原油少。例如:馏分沸程航空煤油150~280℃灯用煤油200~300℃轻柴油200~350℃克拉玛依职业技术学院石油加工生产技术从常压蒸馏开始馏出的温度(初馏点)到200℃(或180℃)之间的轻馏分称为汽油馏分(也称轻油或石脑油馏分)。常压蒸馏200(或180℃)～350℃之间的中间馏分称为煤柴油馏分或称常压瓦斯油。简称：AGO（atmosphericgasoil）将相当于常压下350～500℃的高沸点馏分称为减压馏分或称润滑油馏分或称减压瓦斯油。简称：VGO（vacuumgasoil）减压蒸馏后残留的500℃的馏分称为减压渣油。简称：VR（vacuumresidue）将常压蒸馏后350℃的馏分称为常压渣油或常压重油。简称：AR（atmosphericresidue）克拉玛依职业技术学院石油加工生产技术原油名称馏分组成(质量分数)，%初馏点～200℃200～350℃350～500℃500℃大庆11.519.726.042.8胜利7.617.527.547.4孤岛6.114.927.251.8辽河9.421.529.239.9华北6.119.934.939.1中原19.425.123.232.3新疆库尔勒19.631.126.123.2新疆九区2.419.329.651.1单家寺1.212.218.368.3沙特(轻质)23.326.325.125.3沙特(混合)20.724.523.231.6也门(麦瑞波)31.530.623.214.7英国(北海)29.027.625.418.0印尼(米纳斯)11.930.224.833.1表1-6国内外部分原油的馏分组成克拉玛依职业技术学院石油加工生产技术2.石油的烃类组成石油烃类非烃类烷烃环烷烃芳香烃含硫、氮、氧化合物胶质—沥青质烃类：由碳、氢两种元素组成的化合物。非烃类：碳、氢与其它元素组成的化合物。克拉玛依职业技术学院石油加工生产技术（1）烷烃：（高达50%～70%；低到10%～15%）性能：化学性质不活泼；但加热、催化剂作用、光能的条件下能起卤化、磺化、氧化及裂解等反应。存在形式：气态C1～C4石油气体中。液态C5～C15汽、煤、柴、馏分中。固态C16以上溶解或结晶状存在于石油高沸点馏分中。类型：正构烷烃石蜡基原油中正构烷烃含量很高。异构烷烃大多是两个或三个甲基的衍生物。含量：正构烷烃＞异构烷烃克拉玛依职业技术学院石油加工生产技术石油中的固态烃——蜡石蜡——板状结晶性能：分子量：300～500分子中的碳原子数：20～35相对密度：0.86～0.94熔点：30～70℃软蜡(熔点低于45℃)中等熔点的蜡(熔点45～50℃)硬蜡(熔点50～70℃)克拉玛依职业技术学院石油加工生产技术地蜡——针状结晶性能:分子量：500～700分子中的碳数：35～55熔点：69～90℃相对密度、黏度比石蜡高化学性质比石蜡活泼，100℃下与发烟硫酸反应。克拉玛依职业技术学院石油加工生产技术性质：稳定较强存在形式：①环戊烷、环己烷及同系物，主要集中在低沸点的馏分中。RR②双环和多环环烷烃③特殊结构的双环环烷烃④三环和稠环烃类：主要存在在高沸点的馏分中（2）环烷烃克拉玛依职业技术学院石油加工生产技术（3）芳香烃R比烷烃与环烷烃含量少，平均含量为10%～20%存在形式：①含一个苯系②双环芳香烃（CH2）n③三环稠合芳香烃④四环芳香烃克拉玛依职业技术学院石油加工生产技术3.石油馏分的烃类组成表示方法（1）单体烃组成表示方法单体烃组成是表明石油及其馏分中每一种烃的含量。目前单体烃组成表示法一般还只限于阐述石油气及石油低沸点馏分。（2）族组成表示方法所谓“族”就是化学结构相似的一类化合物。一般对于汽油馏分的分析以，可用烷烃、环烷烃、芳香烃的含量来表示。对于煤油、柴油及减压馏分的分析，可采用液固色谱法和质谱分析法。对于减压渣油，目前一般是用溶剂处理及液相色谱法将减压渣油分成饱和分、芳香分、胶质、沥青质四个组分。克拉玛依职业技术学院石油加工生产技术（3）结构族组成结构族组成就是确定复杂分子混合物中这些结构单元的含量，而不是研究在分子中这些结构单元的结合方式。方法：把整个石油馏分看成是由某种“平均分子”所组成。馏分结构族组成情况，用“平均分子”上的环数或碳原子在某一结构单元上的百分数来表示。其中CA%、CN%、CP%、RT、RA、RN均对平均分子而言。克拉玛依职业技术学院石油加工生产技术CA%～芳烃环上C原子占总分子C原子数的%CN%～环烷烃环上C原子占总分子C原子数的%CP%～烷基侧链上C原子占总分子C原子数的%RT～分子中的总环数RA～分子中芳烃环数RN～分子中环烷环数C10H21CA%=6/20×100=30CN%=4/20×100=20CP%=10/20×100=50RT=2RA=1RN=1克拉玛依职业技术学院石油加工生产技术▲石油馏分一些物理常数与族组成的关系芳香烃＞环烷烃＞烷烃折射率n与相对密度d随着环数和碳原子数增高而增大。▲结构族组成求定方法：利用查图和计算均可得到（利用P13～21表2-9，图2-1～2-8）适用范围：a.M＞200不含不饱和烃b.RT≤4，RN≤2，CN≤75%c.CA/CN≤1.5d.S≤2%,N≤0.5%,O≤0.5%我国原油直馏馏分油基本上均能适应。结构族组成求定方法：n—d—M克拉玛依职业技术学院石油加工生产技术石油中间馏分及高沸馏分的结构族组成测定—n-d-M法由于烃类的物性与其结构单元密切相关，因此利用物理常数来测定石油馏分的结构族组成的方法，其中最常用的是n-d-M法。在实际应用中，只要测定石油的中间馏分或高沸馏分的密度(d)、折射率(n)和平均相对分子质量(M)可利用图查得CA%、