1石油产品分析绪论

第一章石油的化学组成第一章石油的化学组成石油是指从地下深处开采出来的多组分混合物，即指气态、液态、固态以烃类为主的混合物。烷烃环烷烃芳香烃非烃化合物第一章石油的化学组成1.1原油的一般性质、元素组成、馏分组成和分类1.2石油的烃类组成1.3石油中的含硫化合物1.4石油中的含氮化合物1.5石油中的含氧化合物1.6石油中的胶状沥青状物质1.7石油中的微量元素1.1原油的一般性质、元素组成、馏分组成和分类性状影响因素常规原油特殊原油我国原油颜色胶质和沥青质含量越多，石油的颜色越深大部分石油是黑色，也有暗绿或暗褐色显赤褐、浅黄色，甚至无色四川盆地：黄绿色玉门：黑褐色大庆：黑色相对密度胶质、沥青质含量多，石油的相对密度就大一般在0.80～0.98之间个别高达1.02或低到0.71一般在0.85～0.95之间，属于偏重的常规原油流动性常温下石油中含蜡量少，其流动性好一般是流动或半流动状的粘稠液体个别是固体或半固体蜡含量和凝固点偏高，流动性差气味含硫量高，臭味较浓有程度不同的臭味含硫相对较少，气味偏淡各类原油的主要外观性质一、原油的一般性质1.1原油的一般性质、元素组成、馏分组成和分类二、元素组成原油中元素组成的质量分数原油元素组成常规原油中元素含量*特殊原油我国原油主要元素（C、H）C：83%～87%H：10%～14%合计：95%以上H/C原子比高，油品轻油收率高少量元素（S、N、O）S：0.05%~0.8%N：0.02%~2%O：0.05%~2%委内瑞拉（博斯坎）原油含硫量高达5.7%；阿尔及利亚原油含氮量高达2.2%含S量偏低，多数1%含N量偏高，多数0．3%微量金属、非金属元素（30余种）金属元素和非金属元素含量甚微，大约在10-6～10-9级大多数原油Ni多，V少石油主要由碳、氢两种元素以及硫、氮、氧及一些微量金属、非金属元素组成。1.1原油的一般性质、元素组成、馏分组成和分类氢碳比与其分子量大小和化学结构有关随着分子量增大，氢碳比减小相同碳数，不同化学结构的烃类，碳氢比规律烷烃＞环烷烃＞芳香烃随着环数增加，碳氢比减小1.1原油的一般性质、元素组成、馏分组成和分类三、馏分组成200℃（或180℃）：汽油馏分或石脑油馏分200℃～350℃：煤柴油馏分或常压瓦斯油（AGO）350℃～500℃：润滑油馏分或减压瓦斯油(VGO)(减压下进行蒸馏)500℃：减压渣油(VR)常压蒸馏后残余的350℃的油称为常压渣油或常压重油。（AR）1.1原油的一般性质、元素组成、馏分组成和分类1）原油的一般性质、元素组成、馏分组成和分类四、原油的分类1、美国矿务局原油分类法以原油中具有特定馏程的轻、重两个馏分的相对密度为依据轻馏分称为轻关键馏分－常压下原油在250～275℃馏出重馏分称为重关键馏分－1.33kPa下在240～265℃馏出以轻重两个关键馏分的API度作为分类指标1、美国矿务局原油分类法确定关键馏分的属性关键馏分石蜡基中间基环烷基第一关键馏分(轻油部分)d420＜0.8210API度＞40(K＞11.9)d420＝0.8210～0.8562API度＝33～40(K＝11.5～11.9)d420＞0.8562API度＜33(K＜11.5)第二关键馏分(重油部分)d420＜0.8723API度＞30(K＞12.2)d420＝0.8723～0.9305API度＝20～30(K＝11.5～12.2)d420＞0.9305API度＜20(K＜11.5)15.615.6141.5131.5˚APId1、美国矿务局原油分类法划分原油的类别原油类别第一关键馏分(轻馏分)第二关键馏分(重油部分)API度馏分类别API度馏分类别石蜡基≥40.0石蜡基≥30.0石蜡基石蜡-中间基≥40.4石蜡基20.1～29.9中间基中间-石蜡基33.1～39.9中间基≥30.0石蜡基中间基33.1～39.9中间基20.1～29.9中间基中间-环烷基33.1～39.9中间基≤20.0环烷基环烷-中间基≤33.0环烷基20.1～29.9中间基环烷基≤33.0环烷基≤20.0环烷基石蜡-环烷基≥40.0石蜡基≤20.0环烷基环烷-石蜡基≤33.0环烷基≥30.0石蜡基四、原油的分类2、按特性因数K值分类法T为油品的平均沸点K值与油品的化学组成有关，沸点接近时，烷烃、环烷烃和芳香烃的K值依次减小315.615.61.216TKd＝根据K值分类石蜡基－K值大于12.1中间基－K值在11.5～12.1环烷基－K值在10.5～11.5四、原油的分类3、按原油的个别性质分类°API20～32的原油是中质石油°API10～20的原油是重质石油(1)按相对密度分类°API≥32的原油是轻质石油15.615.6141.5131.5˚APId四、原油的分类3、按原油的个别性质分类硫含量低于0.5％～2.0％的称为含硫原油硫含量高于2％的称为高硫原油(2)按硫含量分类硫含量低于0.5％的称为低硫原油四、原油的分类3、按原油的个别性质分类硫含量低于2.5％～10.0％的称为含蜡原油硫含量高于10％的称为高蜡烛原油（3）按蜡含量分类蜡含量低于2.5％的称为低蜡原油四、原油的分类我国是采用美国矿务局原油分类法附加硫含量的指标1.2石油的烃类组成A单体化合物的组成B族组成C结构族组成1.2石油的烃类组成一、石油及天然气的单体烃组成二、石油的烃族组成三、石油的结构族组成一、石油及天然气的单体烃组成1、天然气的组成2、直馏汽油馏分的单体烃组成3、原油中正构烷烃及类异戊二烯烷烃的含量和分布4、石油中间馏分及高沸馏分中的环烷烃及芳香烃化合物1、天然气的组成天然气广义：埋藏于地层中自然形成的气体的总称狭义：储存于地层深部的可燃气体，与石油共生的天然气称为油田伴生气。天然气包括纯气田气和凝析气田气纯气田天然气成分：甲烷90％以上，乙烷丙烷丁烷1～3％凝析气田气成分：甲烷为主，单乙烷丙烷丁烷10～20％，甚至含少了戊烷和己烷2、直馏汽油馏分的单体烃组成我国从原油轻馏分中鉴定出单体烃数目达200多种正构和支链较少的烷烃是直馏汽油馏分的主要成分环烷烃主要是环戊烷系和环己烷系，个别油田有少量环庚烷系芳香烃中苯含量很低，甲苯和二甲苯含量相对高3、原油中正构烷烃及类异戊二烯烷烃的含量和分布原油中正构烷烃含量较高是重要的有机化工原料是一类与石油成因有关的生物标志化合物正构烷烃的碳数分布范围、主峰碳数及奇偶优势标志生成石油的有机质类型和成熟程度的重要参数。类异戊二烯烷烃是另一生物标志化合物，是一类具有多个异戊二烯碳骨架的异构烷烃3、原油中正构烷烃及类异戊二烯烷烃的含量和分布4、石油中间馏分及高沸点馏分中的环烷烃及芳香烃化合物含有烷烃、环烷烃和芳香烃环烷烃是带较长侧链的单环环烷烃和双环以及三环到六环的多环环烷烃芳香烃在较重馏分中除了有带有更多更长侧链的单环芳香烃外，还含有双环及多环芳香烃二、石油的烃族组成1、汽油馏分的烃族组成2、煤柴油馏分及减压馏分的烃族组成3、减压渣油的族组成1、汽油馏分的烃族组成烷烃含量范围：30～70％环烷烃含量范围：20～60％1、汽油馏分的烃族组成2、煤柴油馏分及减压馏分的烃族组成饱和烃占一半以上2、煤柴油馏分及减压馏分的烃族组成3、减压渣油的族组成减压渣油是原油中沸点最高、分子量最大的部分非烃含量也最多三、石油的结构族组成重馏分中各组分分子量大，结构复杂用结构族组成的方法对碳氢结构部分用很少的几个平均结构参数从总体上加以定量描述三、石油的结构族组成1.3石油中的含硫化合物含硫量作为石油产品质量衡量的重要指标石油中硫分布不均匀，是随着馏分的沸程的升高而呈增多的趋势含硫化合物对热不稳定，在蒸馏过程中易分解石油中含硫化合物的组成：元素硫、硫化氢、硫醇、硫醚、二硫化物、噻吩、亚砜和砜类化合物。1.3石油中的含硫化合物一、硫醇分布：硫醇集中在较轻的馏分中气味：低碳硫醇具有强烈恶臭因为硫醇的恶臭和腐蚀性，所以必须去除或转化为非活性含硫化合物1.3石油中的含硫化合物1.3石油中的含硫化合物二、硫醚及二硫化物原油中的硫约20～30％是硫醚硫硫醚集中在中间馏分硫醚分开链和环状两类二、硫醚及二硫化物原油的柴油和减压馏分中主要是环硫醚，以单环和双环居多。二、硫醚及二硫化物二、硫醚硫醚加热分解，生成硫化氢和相应烯烃硫醚能被氧化成亚砜和砜环硫醚及芳香硫醚对热更稳定三、噻吩原油中噻吩类化合物占含硫化合物一半以上噻吩属于芳香杂环化合物，结构稳定，难脱除主要在中沸馏分和高沸馏分中1.4石油中的含氮化合物原油中氮含量在0.05～0.5％范围内，超过0.7％的很少我国油田大多含氮量在0.1～0.5％之间，偏高最高是辽河油田，含氮量在0.73％1.4石油中的含氮化合物分布：不均匀，原油中氮含量随馏分沸程的升高而增加，90％分布在减压渣油中1.4石油中的含氮化合物含氮化合物分碱性和非碱性含氮化合物较轻馏分的氮主要是碱性氮较重的馏分及渣油中氮主要是非碱性氮1.4石油中的含氮化合物轻馏分中的碱性含氮化合物主要是烷基吡啶和环烷基吡啶随馏分变重，吡啶衍生物含量下降，喹啉衍生物含量增加1.5石油中的含氧化合物大多数石油的氧含量在0.1～1％之间，个别达3％分酸性和中性两大类酸性：羧酸类和酚类中性：酯类、酮类、醚类和呋喃类1.5石油中的含氧化合物酸性含氧化合物含量用酸值间接表示酸值取决于酸性化合物的含量及平均分子量石蜡基原油酸值低，环烷基原油酸值高1.5石油中的含氧化合物酸值并不随沸点升高而增大1.5石油中的含氧化合物酚含量并不低一、石油羧酸包括脂肪酸、环烷酸和芳香酸汽油馏分中只有脂肪酸，且主要是正构的，少量轻度异构，随馏分的变重支链数有所增加。二、石油酚分离困难苯酚、甲酚、二甲酚和奈酚及3～6个芳香环的酚类酚含量随馏分的沸点升高而降低三、石油中的中性含氧化合物酮类是主要的含氧化合物此外还有酯类，在高沸馏分和渣油中四、石油酸的性质及其利用酸性含氧化合物对金属设备和管线有腐蚀作用尤其是低分子酸类石油酸可借助碱洗的方法分离，作为化工原料也作为稀土金属萃取剂、喷气燃料抗磨添加剂及表面活性剂、稠化剂和植物促生长剂。1.6石油中的胶质沥青状物质石油的重质组分中，非烃化合物的含量很多。石油中最重的部分基本由大分子非烃化合物组成胶质：石油中分子量及极性均仅次于沥青质的大分子非烃化合物，具有很大的多分散性。沥青质：石油中不溶于非极性的小分子正构烷烃而溶于苯的物质称为沥青质，是石油中分子量最大、极性最强的非烃组分。1.6石油中的胶质沥青状物质胶质：深棕色至深褐色，极粘稠不易流动的液体或无定形固体，受热熔解，密度小于1.0.沥青质：深褐色至黑色的无定形固体，受热不熔化，性脆易碎裂成片，密度稍大于1.0.一、胶质、沥青质的元素组成和平均分子量一、胶质、沥青质的元素组成和平均分子量二、胶质、沥青质的结构特征稠合的芳香环是核心，周围连接若干环烷环芳香环和环烷环连接烷烃，分子中还有各种杂原子二、胶质、沥青质的结构特征沥青质芳香化程度更高环数更多二、胶质、沥青质的结构特征沥青质有类似石墨的晶结构三、石油分散体系分散相－沥青质（核心）+胶质（溶剂化层）；分散介质－油分和部分胶质四、胶质、沥青质的性质使原油黏度增加，且随温度变化，尤其是胶质黏度它们是天然的油包水型的乳化剂，在油水界面形成牢固的乳化膜，难破乳胶质对热很不稳定，尤其是有氧存在时，缩合成沥青质沥青质加热到350摄氏度以上分解，产生二氧化碳、一氧化碳、硫化氢、氢气和甲烷沥青质经轻度加氢会转化成胶质四、胶质、沥青质的性质组成极性结构芳香程度H/C比热稳定性一系列大分子非烃化合物最强相同高低不稳定二者的共性四、胶质、沥青质的性质组成是否溶于低分子正构烷烃杂原子含量芳香程度H/C比平均分子量沥青质否高高低高胶质是低低高低二者的特性1.7石油中的微量元素含量在百万分之几（ppm）到十亿分之几（ppb）对石油加工影响很大大致分三类变价金属：V、Ni、Fe、Mo、Co、W、Cr、Cu、Mn、Ga、Hg碱金属和碱土金属：Na、K、Ba、Ca、Sr、Mg卤素和其他元素：Cl、Br、I、Si、Al、As一、石油中微量元素