第一章-重质油的化学组成

第一第一章章重质油重质油化学组成化学组成第一第一章章重质油重质油化学组成化学组成课程要点：元素组成与H/C原子比族组成概念结构族组成概念主讲教师：主讲教师：王王刚刚（Tel:[phone]Email:wanggang75@163com)（Tel:[phone]E-mail:[e-mail])重质油化学组成的重质油化学组成的表征总述表征总述对对重质油化学组成的表征总的重质油化学组成的表征总的包括四个层次包括四个层次：：对对重质油化学组成的表征总的重质油化学组成的表征总的包括四个层次包括四个层次：：11、、基本性质：密度基本性质：密度、、粘度粘度、、分子量分子量22、、元素组成：元素组成：CHSNOCHSNO及微量金属及微量金属NiNi、、VV、、CaCa、、NaNa等等33、、族族组组成：成：Saturates、Aromatics、Resin、Asphaltene44结构族组成芳碳率结构族组成芳碳率芳香环数芳香环数环烷环数环烷环数等等44、、结构族组成：芳碳率结构族组成：芳碳率、、芳香环数芳香环数、、环烷环数环烷环数等等§§11--11重质油重质油基本基本性质性质11、、外表观察外表观察（（最直接最浅显最直接最浅显））：：石油馏分从轻到重石油馏分从轻到重…………浅黄色到黑褐色浅黄色到黑褐色，，流动半流动的粘稠流动半流动的粘稠液体重液体重质油质油………………颜色更暗颜色更暗，，流动性更流动性更差差。。350℃到500℃＞500℃馏分175℃到350℃§§11--11重质油重质油基本基本性质性质22、、基本性质基本性质——一般原油与常规重油的性质比较原油350℃重油500℃重油原油重油重油沙特轻伊朗轻沙特轻伊朗轻沙特轻伊朗轻密度（20℃）0.85980.85210.95510.94771.00650.9964粘度（100℃）513（50℃）564（50℃）296334564298360868粘度（100℃）5.13（50℃）5.64（50℃）29.6334.56429.83608.68凝点，℃-42-1013康氏残炭，m%4.254.358.6916.317.3Ni2134102819236Ni，ppm5.213.410.527.819.253.6V，ppm18.343.136.778.364.7160C，m%85.3385.7884.9485.3H，m%10.8911.5310.1410.66S，m%2.31.493.22.293.83.3N，m%0050230104024051N，m%0.050.230.10.40.240.51饱和分，m%2938.512.418.2芳香分，m%51.640.954.648.6胶质m%56296151177249273胶质，m%5.629.615.117.724.927.3沥青质，m%1.561.524.32.98.15.9§§11--11重质油重质油基本基本性质性质22、、基本性质基本性质——劣质重油与常规重油的性质比较‡委内瑞拉超重原油：残炭15.5wt%，沥青质含量9.4wt%，金属580μg/g。‡加拿大油砂沥青：残炭13.6wt%，沥青质含量20wt%，金属超过400μg/g。‡辽河减压渣油：‡辽河减压渣油：残炭高达19.0wt%，金属含量达256μg/g。大规模单炼加工存在许多未解决难题!举例说明§§11--22重质油重质油元素组成元素组成重质油中碳含量般在重质油中碳含量般在83838787％％之间之间氢的含量氢的含量重质油中碳含量一般在重质油中碳含量一般在8383～～8787％％之间之间，，氢的含量氢的含量一般在一般在1010％％～～1212％％之间之间。。在实用上可用氢含量氢碳原子比(NH/NC)来表征重质油的化学特性这是由于不同的碳氢结构中氢碳原质油的化学特性。这是由于不同的碳氢结构中氢碳原子比有一定差别。不同结构烃类的通式为：烷烃CH22烷烃：CnH2n+2环烷烃：CnH2n+2-2RN芳香烃：CnH2n-6RA§§11--22重质油重质油元素组成元素组成1.重质油中的H、C元素1)分子中如含有环状结构，其氢碳原子数比就下降，尤其是含有多环芳香结构时，其氢碳原子比则显著较小。有多环芳香结构时，其氢碳原子比则显著较小。2)氢碳原子比可以很好地表征分子中所含环结构尤其是芳香结构的多少构的多少。3)对于像重质油这样复杂的混合物，氢碳原子比可为表征重质油的平均分子结构提供重要的信息油的平均分子结构提供重要的信息。4)从重质油加工的角度看，氢碳原子数比也是一个能很好地与其加性能相关联的重要参数其加工性能相关联的重要参数。§§11--22重质油重质油元素组成元素组成2.H/C原子比所含的平均分子结构信息同一系列不同烃类H/C的差别不同系列间烷烃H/CCH44.0烷烃H/C环烷烃H/C芳烃H/CC6H142.33C6H122.00C6H61.004C2H63.0C3H82.761461266C10H222.20C10H181.80C10H80.80CH214CH171CH071C4H102.5C14H302.14C14H241.71C14H100.71a同系列中MH/C但差别逐渐缩小;a.同系列中MH/C,但差别逐渐缩小;b.不同系列分子量接近的化合物，H/C:烷＞环烷＞芳香；烷、环烷差别较小，芳香与非芳香差别大。§§11--22重质油重质油元素组成元素组成3、H/C原子比表示的芳香化程度1）解释芳香化程度：以C20为例H/CfAACfC20H422.10SAAACCCf+=CHC20H341.70.3C14H29C10H21C20H281.40.5C10H21C6H13C20H221.10.7C2H5C20H160.80.9§§11--22重质油重质油元素组成元素组成4.表示芳香环系的缩合程度芳烃H/CCACAPCICFCAP/CAC30H22073302280073C30H220.733022800.73C22H140.642214800.64CH062211381062C21H130.622113810.62C20H120.602012820.60C19H110.581911830.58CAPAromaticPeripheralCarbon芳香外周边碳芳香内核CIAromaticInternalCarbon芳香内核CFAromaticFusedCarbon芳香融核、迫碳CAP/CA缩合程度，缩合度，CAP/CAH/C小说明芳香化程度高芳碳率大H/C小说明：a、芳香化程度高，芳碳率大；b、芳香环系缩合程度高。提问：根据信息画出分子结构？§§11--22重质油重质油元素组成元素组成5.重质油的氢碳比1)重质油的氢碳比可以看出其范围约在1.4—1.7之间；2)大庆阿曼等减压渣油的氢碳比较大约为172)大庆、阿曼等减压渣油的氢碳比较大，约为1.7；3)科威特、卡夫奇等减压渣油氢碳比则较小，只有约1.4；4)我国大多原油减压渣油的氢碳比在1.6左右，居于中游；5)一般来说石蜡基原油减压渣油的氢碳比较大环烷基原5)一般来说，石蜡基原油减压渣油的氢碳比较大，环烷基原油减压渣油的氢碳比较小。§§11--22重质油重质油元素组成元素组成6.石油加工中的H/C比平衡原油—1.8重质油1.4—1.7产品液化气2124汽煤柴油1921液化气：2.1～2.4汽、煤柴油：1.9～2.1燃料油：1.4～1.7沥青：1.2～1.4比原油低石油焦：04～06石油焦：0.4～0.6石油加工两大途径：1）脱碳，得到H/C高的轻质油品H/C低的产物焦炭、沥青、渣油2）加氢可以全部轻质化（但耗氢，氢从脱碳得到，故需分析加氢的经济效益）§§11--22重质油重质油元素组成元素组成7.从H/C判断加工难易程度1)1)将将氢碳比＞氢碳比＞11..6565归属归属为质量较好为质量较好、、易于轻质化的重质油易于轻质化的重质油，，2)2)将氢碳比为将氢碳比为11..5050——11..6565的归属为中等质量的重质油；的归属为中等质量的重质油；3)3)将氢碳比＜将氢碳比＜11..5050的归属为质量较差的归属为质量较差、、不易轻质化的重质油不易轻质化的重质油。。§§11--22重质油重质油元素组成元素组成石铁磐等将氢碳比、分子量及密度组合为一个称为KH的重质石铁磐等将氢碳子及密度合为个称为H的质油特征化参数，其关系式如下：N/NdMN/N10K1236.0CHH＝从此式可以看出，由于重质油的相对分子质量和密度的变化幅度一般较小，其中决定性的因素仍为氢碳比。还提出将：KH＞7.5的重质油划分为二次加工性能好的第一类，将6.5＜KH＜7.5划分为性质中等的第二类，H而KH＜6.5的则为二次加工性能差的第三类。§§11--22重质油重质油元素组成元素组成几种典型减压渣油的氢碳比及K7.从H/C判断加工难易程度几种典型减压渣油的氢碳比及KH分类减压渣油名称氢碳原子比KH大庆1980第一类大庆1.798.07华北1.657.53米那斯1.657.51阿曼1.607.09第二类胜利1.586.95孤岛1.586.79第三类阿拉伯（轻）1.476.40辽河1.466.24委内瑞拉1.456.08§§11--22重质油重质油元素组成元素组成8.重质油中的杂原子含量1)杂原子主要是硫、氮和氧；2)一般以硫含量为最高，重质油中硫含量的范围为0.15％至55％差别很大；5.5％，差别很大；3)氮含量的差别较小，为0.3％一1.4％；)4)氧含量一般并不直接进行测定，采用减差法得到；5)重质油中杂原子的含量大体在2％一7％之间。§§11--22重质油重质油元素组成元素组成8.重质油中的杂原子含量1)我国原油减压渣油中含硫量一般不高，除胜利、孤岛、中原减压渣油外，都在1％以下；中原减压渣油外，都在1％以下；2)氮的含量相对较高，大多在1％左右，其中单家寺、孤岛、高升和井楼减压渣油都高于1％高升和井楼减压渣油都高于1％；3)如将减压渣油与相应原油中的含量相比，减压渣油中硫氮含量显著较高氮含量显著较高；4)我国原油中所含的硫约有70％集中在其减压渣油中，同时减压渣油中还集中了原油中的氮时减压渣油中还集中了原油中90％的氮。§§11--22重质油重质油元素组成元素组成8.重质油中的杂原子含量1)重质油硫碳原子数比范围为0.00065—0.025，氮碳原子数比范围为0.0032—0.014，其中我国减压渣油的硫碳原子数比大多在0003左右氮碳原子数比大多在001左右大多在0.003左右，氮碳原子数比大多在0.01左右2)从减压渣油平均分子中的原子数目来看，每100个原子中只)从减压渣油平均分子中的原子数目来看，每个原子中只有几个杂质子，而从其中化合物的含量来看，则其中所含的非烃化合物就相当多达分之十甚超过半非烃化合物就相当多，可达百分之几十，甚至超过一半。因此对于重质油中非烃化合物的研究是重质油研究工作的关键因此，对于重质油中非烃化合物的研究是重质油研究工作的关键。§§11--22重质油重质油元素组成元素组成9.重质油中的微量金属含量1)微量金属：镍、矾、铁、铜2)原油95％以上微量金属集中在其减压渣油中，而减压渣油中所含重金属是浓集在其较重部分中；3)微量金属在减压渣油中的含量虽然很少但对于3)微量金属在减压渣油中的含量虽然很少，但对于重质油加工有较大影响，如镍和矾能使催化裂化催化剂和活性降低减少催化裂化的轻质油收率剂和活性降低，减少催化裂化的轻质油收率§§11--22重质油重质油元素组成元素组成9.重质油中的微量金属含量1)我国原油减压渣油中的镍含量较高，一般为几十ppm，其中以高升的镍含量最高，达1306ppm，而钒的含量其中以高升的镍含量最高，达130.6ppm，而钒的含量一般只有几个ppm。2)镍含量高钒含量低是我国绝大多数重质油化学组成的2)镍含量高、钒含量低是我国绝大多数重质油化学组成的特点之一。3)减压渣油中还含有微量的钙和钠，会导致催化剂的失活或床层堵塞，含钙量较高也是我国原油的特点之一，有些