第一章 石油的化学组成

第一章石油的化学组成本章的主要内容为：原油的一般性质与分类石油的烃类组成石油中的含硫、含氮、含氧化合物石油中的胶状沥青状物质石油是一种从地下深处开采出来的黄色、褐色乃至黑色的可燃性粘稠液体，是由烃类和非烃类组成的复杂混合物。第一节原油的一般性质、元素及馏分组成和分类一、原油的一般性质石油的化学组成表1-1我国主要原油的一般性质原油名称大庆胜利孤岛辽河中原新疆密度(20℃)g/cm30.85170.92360.94950.94430.85480.8538运动粘度(50℃)mm2/s31.15271.03333.7209.9014.6218.80凝点，℃3314203212庚烷沥青质m%01.422.91.800.17---残炭,m%3.107.227.49.354.102.6石油的化学组成表1-2国外几种常规原油的一般性质原油名称伊朗(轻质)哈萨克斯坦阿拉伯(轻质)阿拉伯(中质)密度(20℃)g/cm30.85600.80960.85980.8664运动粘度（50℃）mm2/s4.802.056.966.54凝点，℃-1-24-37-31庚烷沥青质m%1.00.11.52.0残炭，m%4.281.134.656.10石油的化学组成表1-3国内外几种重质原油的一般性质原油名称单家寺双喜岭井楼加拿大冷湖阿萨巴斯卡密度(20℃)g/cm30.97310.96200.95311.00131.030运动粘度(50℃)mm2/s8108339.61539670（100℃）1420（60℃）凝点，℃5-191115.610庚烷沥青质m%1.21.5015.016.9残炭m%9.77.56.813.618.5石油的化学组成石油的化学组成流动状态：是一种流动或半流动状态的粘稠液体颜色：褐色至黑色；相对密度：常规原油的相对密度在0.80~0.95之间。我国原油的相对密度大多在0.85~0.95之间，属偏重的常规原油。重质原油相对密度在0.93以上，有的还大于1.0。二、石油的元素组成原油名称C,m%H,m%S,m%N,m%O,m%H/C原子比大庆85.8713.730.110.160.131.90孤岛85.1211.611.440.431.401.62辽河85.8612.650.260.410.821.75新疆86.1013.300.040.250.311.85大港85.6713.400.120.230.581.86江汉83.0012.812.090.471.631.85伊朗轻质85.1413.131.350.170.211.84阿萨巴斯卡83.4410.454.190.481.441.49格罗兹尼85.5913.000.140.071.201.81杜依玛兹83.912.32.670.330.801.75石油的化学组成表1-4原油的元素组成石油的化学组成主要元素：5种（m%）烃是石油的主要组成C：83.0%~87.0%H：10.0%~14.0%S：0.05%~8.00%N：0.02%~2.00%O：0.05%~2.00%虽然石油的元素组成差别不大，但是其性质千差万别，所以单纯用碳或氢含量来区分石油性质之间的差别是很难的，因此提出了用碳氢两种元素的比值来表征石油组成性质之间的差别。氢碳比是反映原油化学组成的一个重要参数，其中氢碳原子比最为常用。石油的化学组成H/C原子比对于烃类化合物而言，H/C原子比是一个与其化学结构和分子量大小密切相关的参数。石油的化学组成烷烃（CnH2n+2）H/C＝2.0＋2/n六员三环环烷烃（CnH2n-4）H/C＝2.0－4/nn≥14六员双环环烷烃（CnH2n-2）H/C＝2.0－2/nn≥10六员单环环烷烃（CnH2n)）H/C＝2.0n≥6单环芳香烃（CnH2n-6）H/C＝2.0－6/nn≥6双环芳香烃（CnH2n-12）H/C＝2.0－12/nn≥10三环芳香烃（CnH2n-18）H/C＝2.0－18/nn≥14烯烃（CnH2n）H/C＝2.0分子式H/C原子比CH44.00C2H63.00C3H82.67C5H122.40C6H142.33C8H182.25C12H262.17C16H342.13C32H662.06表1-5分子量不同的烷烃的H/C原子比石油的化学组成续表1-5分子结构不同的C16烃的H/C原子比分子式H/C原子比分子式H/C原子比2.001.631.881.251.750.88石油的化学组成同一系列的烃类，其H/C原子比随着分子量的增加而降低；烷烃的变化幅度较小，环状烃的随分子量的变化幅度较大。不同结构的烃类，碳数相同时，烷烃的H/C原子比最大，而芳烃最小。对于环状烃而言，相同碳数时，环数增加，其H/C原子比降低。石油的化学组成结论以上表明，H/C原子比参数包含了相当有价值的结构信息。原油的H/C原子比越高，表明原油中链状结构的化合物含量越高，而环状结构的化合物含量越低。石油的化学组成变价元素：V、Ni、Fe、Mo、Co、W、Cr、Cu、Mn、Pb、Ga、Hg微量元素碱金属与碱土金属：Na、K、Ba、Ca、Mg卤素和其它元素：Cl、Br、I、Si、Al、As微量元素：约59种（PPm，PPb）表1-6国外几种原油的部分微量元素含量元素含量，g/g加州利比亚博斯坎阿尔伯塔阿萨巴斯卡伊朗西苏尔古As0.6550.0770.2840.00240.1110.0950.25Fe68.94.944.770.69610.81.417Hg23.1----0.0270.0840.051--------Na13.213.020.32.923.620.60.10Ni98.449.11170.6099.381210V7.58.211100.68213.65336Zn9.7662.90.6920.6700.0460.3240.75表1-7国内外几种原油的主要微量元素组成原油名称元素含量，g/gNi/VNiVFeCu大庆3.10.040.70.2578胜利261.03.50.126孤岛21.12.012.00.211辽河32.50.69.30.354中原3.32.48.20.41.4华北15.00.71.80.321新疆5.60.07---0.5580新疆轮南6.064.03.50.60.09原油名称元素含量，g/gNi/VNiVFeCu西德克萨斯4.87.95.10.40.61堪萨斯5.820.85.80.40.28希加包夫304431.30.33沙乌斯瓦谢夫50150170.70.39阿尔兰70180131.70.27科威特6.022.50.70.10.27伊朗轻质12531.40.030.23博斯坎11711104.80.20.11续表1-7国内外几种原油的主要微量元素组成国外大部分原油中含量最高的微量元素是钒，其次是镍，Ni/V1，铁的含量也比较高。铁、铜、镍、钒是催化裂化催化剂的毒物，砷是催化重整催化剂的毒物，镍影响催化剂的选择性，钒会导致催化剂的活性降低。我国绝大多数原油（除新疆塔里木地区外）的钒含量显著低于镍含量，Ni/V1；Ni/V＞1是陆相成油的特征，形成的石油为低硫、高氮、含镍较多的石油。Ni/V＜1是海相成油的特征。形成的石油为含硫、低氮、含钒较多的石油。我国大部分原油属于低硫陆相成油，Ni/V＞1。新疆塔里木油田所产原油为高硫、高钒原油，因而认为是海相成油。原油馏程,℃含量，g/gNiVFeCuAs大庆原油3.10.040.70.20.900200～3500.10.010.40.20.500350～5000.10.010.40.20.700500的减渣7.20.12.40.21.700减渣中含量占原油中含量,％98------------胜利原油261.6130.1---200～3500.050.030.50.050.059350～5000.080.032.50.080.026500的减渣754.1---0.40.054减渣中含量占原油中含量,％99.999.1---------表1-8我国原油各馏分几种主要金属含量分布石油中的微量元素比氮更加集中在减压渣油中，常压馏分和减压馏分中Ni、V、Fe、Cu含量很低，而95%以上的Ni和V集中在＞500℃的减压渣油中。砷在常压馏分和减压馏分中的含量相对比较高，只有70％左右的砷存在于＞500℃的减压渣油中。石油的化学组成我国原油的元素组成特点硫含量偏低，氮含量偏高（低硫高氮）0.5%低硫原油0.25%低氮原油0.5~2.0%含硫原油0.25%高氮原油2.0%高硫原油含镍高，含钒低石油的化学组成石油馏分—直馏馏分—三、石油的馏分组成思考：石油馏分=石油产品？需进一步加工处理，以满足产品质量要求一定温度范围内蒸馏出的石油组分。（根据沸点划分）原油经一次加工（原油蒸馏）得到的石油馏分馏分并不代表石油产品，只是从沸程上看有可能作为生产汽油、煤油、柴油、润滑油的原料，它们往往需要经过适当加工才能生产出符合相应的质量规格要求的产品。石油及油品的化学组成石油的化学组成石油的化学组成沸点范围（℃）馏分名称英文简称初馏点～200（180）汽油馏分、低沸点馏分轻油、石脑油200（180）～350煤柴油馏分、中间馏分常压瓦斯油AGO350～500润滑油馏分、高沸点馏分减压馏分、减压瓦斯油VGO500减压渣油VR350常压渣油AR表1-9石油馏分的划分石油及油品的化学组成石油的化学组成将原油经常减压蒸馏得到的一系列沸点范围不同的馏分的百分含量就是该原油的馏分组成。表1-10原油的馏分组成原油名称IBP～200℃200～350℃350～500℃500℃大庆11.519.726.042.8胜利7.517.627.547.4辽河12.324.329.933.5中原19.425.123.232.3新疆15.426.028.929.7单家寺1.711.521.265.6欢喜岭1.720.635.440.3印尼米纳斯11.930.224.833.1伊朗轻质24.925.724.624.8阿萨巴斯卡016.028.056.0石油的化学组成不同原油其馏分组成是不同的。从我国主要原油的馏分组成来看，500℃的减压渣油含量较高，多数原油的减压渣油含量高于40%。汽油馏分含量低，减压渣油含量高是我国原油的特点之一。石油的化学组成结论四、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进行分类的。第一关键馏分（轻关键馏分）：常压下原油的250～275℃馏分。第二关键馏分（重关键馏分）：通过减压蒸馏出来的馏分，换算至常压下的395～425℃的馏分。表1-11美国矿务局原油分类指标关键馏分指标石蜡基中间基环烷基轻关键馏分API度≥4033.1～39.9≤33≤0.82510.8256～0.8597≥0.8602≤0.82120.8217～0.8559≥0.8564重关键馏分API度≥3020.1～29.9≤20≤0.87620.8767～0.9334≥0.9340≤0.87150.8730～0.9299≥0.930615.615.6d15.615.6d204d204d表1-12按美国矿务局划分的原油类别原油类别轻关键馏分重关键馏分石蜡基石蜡基石蜡基石蜡-中间基石蜡基中间基中间-石蜡基中间基石蜡基中间基中间基中间基中间-环烷基中间基环烷基环烷-中间基环烷基中间基环烷基环烷基环烷基2、特性因数K值分类法特性因数K值其定义如下：15.615.63dT1.216K式中：T－油品的平均沸点，T＝t＋273.15(k)K值与油品的化学组成有关，当沸点相近时，K值大小顺序为：烷烃＞环烷烃＞芳香烃根据K值可以对原油进行分类：K值＞12.1为石蜡基K值＝11.5～12.1为中间基K值＝10.5～11.5为环烷基3、按原油的个别性质分类（1）按相对密度分类131.5d141.5API15.615.615.615.6d原油归属轻质原油