石油产品分析概述

2020/4/19石油产品分析主讲：李玉芬二○一四年九月2020/4/19•石油产品分析是指用统一规定或公认的试验方法、分析检验石油产品理化性质和使用性能的试验过程。油品分析课建立在化学分析、仪器分析和石油炼制工程的基础上，以石油炼制中的原油分析、原材料分析、生产中控制分析和产品检验为主要内容的一门课程。•特点：以实验为主的课程2020/4/19主要教学参考书•1、《石油产品分析》侯振菊，付梅莉主编，石油工业出版社，2010年3月•2、《石油产品分析》孙乃有，甘黎明主编，化学工业出版社，2012年2月2020/4/19(一)知识教学目标•1.掌握石油产品常规实验方法和石油产品质量指标。•2.掌握常规石油产品分析仪器使用方法。•3.掌握测定石油产品的影响因素和注意事项。(二)能力培养目标•1.掌握常规分析仪器对石油产品分析的技能。•2.掌握试验误差和数据处理方法。•3.掌握常规分析仪器简单故障的处理方法。教学目的目标2020/4/19学习指南•了解石油产品的组成及分类•熟悉石油产品分析的任务及分析标准•掌握分析数据的处理方法第一章石油产品分析概述2020/4/19主要内容•1.石油及石油产品•2.油品分析的目的、任务及标准•3.实验数据的处理第一章石油产品分析概述2020/4/19第一章油品分析概述第一节石油及油品石油：石油是一种粘稠状的可燃性液体矿物油，颜色多为黑色、褐色或绿色，少数有黄色。原油：地下开采出来的石油未经加工前叫原油。油品：油品是以石油或石油某一部分作原料直接生产出来的各种商品的总称。2020/4/191.元素组成石油主要由五种元素组成。此外，石油中还含有微量铁、镍、铜、钒、砷、氯、磷、硅等。碳含量为83～87%氢含量为10～14%硫0.05～8%氮0.02～2%氧0.05～2%一、石油的组成第一章油品分析概述2020/4/19第一章油品分析概述2020/4/192.馏分组成恩氏蒸馏第一章油品分析概述2020/4/19•馏分：在一定温度范围内的馏出物（蒸馏出的油品）叫馏分。•馏分的命名：200℃汽油馏分、轻馏分、低沸点馏分200~350℃煤柴油馏分、中馏分、中沸点馏分350℃润滑油馏分、重馏分、高沸点馏分•习惯上还有窄馏分—宽馏分2.馏分组成第一章油品分析概述2020/4/193.化合物组成：烃类、非烃类、无机物烃类：烷烃、环烷烃、芳香烃、烯烃、炔烃非烃类：含硫、含氧、含氮化合物及胶状、沥青状物质（胶质、沥青质）无机物第一章油品分析概述2020/4/19（1）石油中的烃类化合物烃类主要是烷烃、环烷烃和芳香烃，石油产品中还含有一定量的烯烃。①烷烃分子结构特点：碳原子间以单键相连成链状，其余价键为氢原子所饱和。碳链呈直链的称为正构烷烃，带侧链或支链的烷烃称为异构烷烃。第一章油品分析概述2020/4/19HCHHCHHCHHCHHCHHCHHHCCCCCCHCHHHHHHHHHHCCHHHHHHHHH碳链呈直链的为正构烷烃，带侧链或支链的为异构烷烃。第一章油品分析概述2020/4/19烷烃的物理性质常温常压下，C1～C4的烷烃为气体；C5～C16的正构烷烃为液体，是液体燃料的主要组分；C17以上的正构烷烃为固态，大都存在于柴油和润滑油馏分中。甲烷和乙烷是无色无味气体，其它易挥发的低分子烷烃具有汽油味，碳数多的高分子烷烃无气味，挥发性很小。烷烃是非极性化合物，几乎不溶于水，但易溶于有机溶剂。第一章油品分析概述2020/4/19烷烃的化学性质烷烃在常温常压下化学性质很稳定，很难被空气所氧化，与强酸、强碱、强氧化剂和强还原剂都不起作用或反应很慢。a.燃烧（氧化反应）b.裂化反应c.取代反应d.脱氢反应第一章油品分析概述2020/4/19碳原子以单键相连成环状，其余价键为H原子所饱和。H2CH2CCH2CHCHH2CCH2CH2CH2H2CH2CH2CCH2CH2H2C石油中的环烷烃主要是环戊烷和环己烷及其衍生物。存在形式除单环环烷烃外，还有双环或多环环烷烃。石油中第二种主要烃类，喷气燃料的理想组分。第一章油品分析概述②环烷烃2020/4/19物理性质：环烷烃的沸点、熔点和密度比相同碳数的烷烃高，但密度仍小于1g/cm3。环戊烷等在常温常压下为液体，分子量大的环烷烃为固体。化学性质：由于环烷烃是饱和烃，与烷烃相类似，在常温常压下比较安定，在储存过程中不易氧化变质。但在不同条件下，也可能发生氧化、裂化、芳构化、异构化和取代等反应。裂化、芳构化和异构化反应都是石油加工中的重要反应。第一章油品分析概述2020/4/19CH3类似于环烷烃。分子中具有苯环结构的烃类称为芳香烃。芳香烃分为单、多环和稠环芳香烃。石油中的芳香烃一般带有不同侧链。第一章油品分析概述③芳香烃2020/4/19物理性质：芳香烃在常温下是液态或固态。芳香烃的密度一般为0.86～0.9g／cm3，比相同碳数的其它烃类密度大。芳香烃对天然橡胶有较大的浸蚀作用。芳香烃还会恶化喷气燃料的燃烧性能，因而喷气燃料要限制芳香烃的含量。芳香烃在汽油机中燃烧性能很好，是汽油的良好组分。但在柴油机中困难以自燃而燃烧性能很差。第一章油品分析概述2020/4/19化学性质：芳香烃中的苯环很稳定，即使强氧化剂也不能使它氧化，也不易起加成反应。在一定条件下，带侧链芳香烃上的侧链会被氧化成有机酸，带侧链的多环和稠环芳香烃很容易被氧化而生成胶状物质，这是油品氧化变质的重要原因之一。第一章油品分析概述2020/4/19④不饱和烃物理性质：在常温常压下，小于C5的烯烃是气体，C5以上的烯烃是液体，碳数多的烯烃是固体。与烷烃类似，随分子中碳数增多，烯烃的沸点和密度增大，但密度都小于1g/cm3。烯烃难溶于水，易溶于有机溶剂。化学性质：不饱和烃类分子中的双键不稳定，很容易发生加成、氧化和聚合各种反应。第一章油品分析概述2020/4/19（2）非烃化合物①含硫化合物根据对金属的腐蚀性不同分为以下三类：活性硫:主要是元素硫、硫化氢和低分子硫醇硫醚（RSR’）和二硫化合物（RSSR’）：常温下呈中性、不腐蚀金属、受热后能分解产生具有腐蚀性物质的硫化物。杂环化合物：对金属没有腐蚀性，热稳定性好第一章油品分析概述2020/4/19硫化物的分布天然气中主要以硫化氢、二硫化物存在原油中存在硫化氢、硫醇、硫醚等直馏汽油中主要存在元素硫、硫化氢、硫醇、硫醚以及少量二硫化物和噻吩直馏中间馏分中主要有硫醚类和噻吩类直馏高沸馏分中的硫化物主要是稠环结构的化合物和硫原子在环结构上的杂环化合物。第一章油品分析概述2020/4/19硫化物的危害硫化物能加速油品氧化，生成胶状物质，使油品变质，严重影响油品的储存安定性。硫化物引起储油设备、加工装置等的严重腐蚀。硫化物还影响汽油的抗爆性，减弱抗爆剂的作用。石油加工中生成含硫化氢和低分子硫醇的恶臭气体以及合硫燃料燃烧产生的含SO3和SO2废气，严重污染大气。汽油的抗爆性是表示汽油在一定压缩比发动机中无爆震地运行的性能。汽油在贫混合气（过剩空气系数α=0.8～1.0）状态下运行时的抗爆性用辛烷值来表示，在富混合气时（α=0.6～0.65）的抗爆性用品度来衡量。因而车用汽油和航空汽油抗爆性的表示方法有所不同。第一章油品分析概述2020/4/19防止方法通常采用酸碱洗涤、催化加氢、催化氧化等方法除去各类油品中的硫化物。酸碱洗涤：硫醇、硫酚及硫化氢与氢氧化钠作用生成钠盐。硫醇、二硫化物均溶于硫酸中。噻吩易被浓硫酸所磺化，其产物溶在硫酸中而被除去。催化氧化：以磺化酞青钴或聚酞青钴等为催化剂，可以使油品中的硫醇氧化成二硫化物，达到油品脱臭和降低对金属腐蚀能力的目的。催化加氢：是最有效的脱硫方法，在一定温度、氢气压力和存在催化剂的条件下，油品中各类硫化物全部被破坏加氢，生成饱和烃和硫化氢，从而脱除油品中的各类硫化物。第一章油品分析概述2020/4/19②含氧化合物石油中的含氧化合物大部分集中在胶质和沥青质中，因而，胶质沥青质含量多的重质石油，其含氧量一般比较高。石油中的含氧化合物分为中性氧化物和酸性氧化物两类。中性氧化物有醛、酮类，它们在石油中含量极少，并不重要。酸性氧化物有环烷酸、脂肪酸和酚类，总称石油酸，其中环烷酸占90%左右。第一章油品分析概述2020/4/19环烷酸的物理性质：相对密度一般在0.93～1.02之间，随着分子量的增大，沸点的升高，环烷酸的相对密度增加，颜色由浅变深直至暗褐色，其粘度也随之增大直到呈粘稠状，有的甚至呈半固体状态。环烷酸在水中溶解度很小，高分子环烷酸几乎不溶于水，但溶于石油烃类。环烷酸的化学性质：弱酸性，对金属有腐蚀作用。环烷酸与碱起中和反应，生成各种盐类，其碱金属盐类能很好地溶于水。采用碱洗的方法除去石油中的环烷酸。第一章油品分析概述2020/4/19③含氮化合物大部分氮化物以胶状、沥青状物质存在于渣油中。危害：石油中氮含量虽少，但对油品储运、油品使用及石油加工影响却很大。在储运过程中，因为光、温度和空气中氧的作用，氮化物很容易生成胶质，极少量的生成物就会导至油品颜色变深并产生臭味。氮化物还会使石油加工中的催化剂中毒。消除含氮化合物的方法：用酸洗或催化加氢精制等方法可以脱除油品中的部分氮化物。第一章油品分析概述2020/4/19④胶质和沥青质石油中的非烃化合物，大部分以胶状及沥青状物质存在于石油的残渣油中。胶质：一般指能溶于石油醚（低沸点烷烃）、苯、三氯甲烷（CHCl3）和二硫化碳（CS2），而不溶于乙醇的物质。沥青质是能溶于苯、三氯甲烷和二硫化碳，但不溶于石油醚和乙醇的物质。沥青质：暗褐色或深黑色脆性的非晶形固体粉末，密度稍大于胶质，是石油中分子量最大、结构最复杂的组分。第一章油品分析概述2020/4/19（3）无机物水、Na、Ga、Mg的氯化物、硫酸盐和碳酸盐以及污泥等。以溶解、悬浮状态或以油包水型乳状液分散于石油中。其危害主要是增加原油贮运的能量消耗加速设备腐蚀和磨损促进结垢和生焦影响深度加工催化剂的活性等第一章油品分析概述2020/4/19总之，虽然非烃化合物在石油产品中含量并不高，且绝大部分存在于渣油之中，但对石油加工、油品储存和使用性能影响很大，加工中的精制过程绝大部分都是去除非烃化合物。第一章油品分析概述2020/4/19第一章油品分析概述二、石油产品分类•分类的主要依据GB/T498-1987《石油产品及润滑剂的总分类》•分为六类：燃料(F)、溶剂和化工原料(S)、润滑剂及有关产品(L)、蜡(W)、沥青(B)、焦(C)•油品分类标准采用统一命名格式，产品名称以编码形式表示。一般形式为：类别-品种数字例如L-G682020/4/19第一章油品分析概述1.燃料（F）石油燃料是指用来作为燃料的各种石油气体、液体的总称•按GB/T12692.1-1990将其分为四组：气体燃料、液化气燃料、馏分燃料、残渣燃料•主要质量指标：馏程、辛烷值、十六烷值、闪点、胶质诱导期、苯胺点、密度和粘度等。2020/4/19•2.溶剂油和化工原料（S）•——石油中低沸点馏分，一般不含添加剂。•主要指标：碘值、芳香烃含量、馏程、闪点、腐蚀性及外观等。•3.润滑剂和有关产品（L）•这类产品品种非常多，根据其使用性能分成10个部分。（参见GB7631），它们的质量指标各有个别。第一章油品分析概述2020/4/19•4.蜡（W）•在常温下大多为固体，按其来源可分为动物蜡，植物蜡和矿物蜡。•5.石油沥青（B）•6.石油焦（C）第一章油品分析概述2020/4/19•石油产品分析是指用统一规定或公认的试验方法、分析检验石油产品理化性质和使用性能的试验过程。油品分析课建立在化学分析、仪器分析和石油炼制工程的基础上，以石油炼制中的原油分析、原材料分析、生产中控制分析和产品检验为主要内容的一门课程。一、油品分析的目的和任务第一章油品分析概述第二节油品分析的目的、任务及标准2020/4/19第一章油品分析概述1、油品分析的目的原油石油产品生产过程产品质量2020/4/19⑴为制定加工方案提供基