第一章 石油及其产品的性质

2019/8/24石油炼制基础1第一章石油及其产品的性质第一节石油及其产品的组成和性质2019/8/24石油炼制基础2石油的一般性状及化学组成石油的一般性状石油的元素组成石油的烃类组成石油的非烃类组成石油的馏分组成2019/8/24石油炼制基础3石油的一般性状颜色及密度石油通常是黑色、褐色或黄色的流动或半流动的粘稠液体多数原油的密度集中在0.8～0.98g/cm3之间，但也有个别原油的相对密度在1.0g/cm3以上或0.8kg/m3以下我国主要原油的特点大多数原油的相对密度（d204）0.86，属较重原油；凝点(CP)高，含蜡量高；含硫量较低含氮量偏高，大部分原油N0.3%2019/8/24石油炼制基础42019/8/24石油炼制基础52019/8/24石油炼制基础6特点：我国主要油区原油的凝点及蜡含量较高、庚烷沥青质含量较低、相对密度大多在0.85～0.95之间，属于较（偏）重的常规原油。石油在外观上之所以会有很大差别，关键在于石油的化学组成的区别。2019/8/24石油炼制基础7石油的元素组成原油中的主要元素是C、H83～87%11～14%原油中除C、H外，还有S、N、O及其他微量元素(1～4%)原油中的微量金属元素有V、Ni、Fe、Cu、As等石油中的非碳氢原子称为杂原子，以碳氢化合物的衍生物形态存在与石油中。与国外原油相比，我国原油的含硫低、含氮量高2019/8/24石油炼制基础8石油馏分的烃类组成含有碳和氢两种元素的化合物称为碳氢化合物，简称为烃(Hydrocarbon)石油中烃类的类型及分布规律石油中的烃类主要有烷烃、环烷烃和芳烃原油中一般不含烯烃，炔烃更少2019/8/24石油炼制基础9石油中的烷烃石油中带有直链或支链，而无任何环结构的饱和烃称为烷烃或链烃化学性质不活泼，C1～C4常温常压下为气态，C5～C15为液态，C16以上的正构烷烃为固态石油中的烷烃根据石油类型的不同含量可达50～70%或低到10～15%石油中的正构烷烃一般比异构烷烃含量高随沸点的增高，石油中的正构烷烃和异构烷烃的含量逐渐降低2019/8/24石油炼制基础10石油中的环烷烃环烷烃是环状的饱和烃，其性质较稳定石油中大量存在的环烷烃只有含五碳环的环戊烷系和含六碳环的环己烷系我国的几种主要原油中一般环己烷系多于环戊烷系石油中的环烷烃除单环外，还有双环及多环环烷烃，环的连接方式以并联为主石油中的芳烃有单环、双环和多环，含量比烷烃和环烷烃少，大多含有长短不等的烷基侧链，含量随着馏分沸点的升高而增多2019/8/24石油炼制基础11C5-C10的正构烷烃原油汽油煤、柴油减压馏分单环及少量双环环烷烃单环芳烃(苯系)C10～C20左右的正构烷烃单环、双环及多环环烷烃单环、双环芳香烃C20～C36左右的正构烷烃单、双、三环以及三环以上的环烷烃单、双、多环芳烃减压渣油2019/8/24石油炼制基础12烃类的主要性质和用途烷烃化学性质很不活泼，不易与其它物质发生反应，特殊条件下会发生氧化、卤化、硝化及热分解反应。环烷烃在一定条件下发生氧化、卤化、硝化、热分解反应，在一定条件下脱氢生成芳烃。是汽油、喷气燃料及润滑油的良好组分，特别是少环长侧链是润滑油的理想组分。芳香烃的化学性质较烷烃稍活泼，但苯环很稳定，在一定条件下，芳烃的侧链会被氧化成有机酸。同时芳烃在一定条件下还能发生加氢反应。芳烃的抗爆性好，是汽油的良好组分2019/8/24石油炼制基础13石油的非烃组成（非烃化合物含量20%以上）石油中的含硫化合物低硫原油：S0.5%含硫原油：0.5%S2.0%高硫原油：S2.0%活性硫化物：S、H2S、低分子RSH等，性质相对较活泼，能与金属作用而腐蚀设备非活性硫化物：硫醚(RSR’)，环硫醚，二硫化物(RSSR’)，噻吩及其同系物原油中的含硫化合物一般以硫醚类和噻吩类为主硫的存在形态2019/8/24石油炼制基础14硫的分布硫的分布的总趋势是，随沸点升高，硫含量增加，大部分集中在重馏分及渣油中（75%～85%）汽油中馏分：H2S、硫醇、硫醚(环硫醚)及少量的二硫化物和噻吩中间馏分：仅含有比较重的硫化物，硫醚和噻吩高沸点馏分：高沸点馏分中硫的形态与中沸点馏分相似，也是硫醚与噻吩，另外还有四氢噻吩2019/8/24石油炼制基础15腐蚀性Fe+H2S→FeS+H2环境污染影响产品的储存安定性影响燃料的燃烧性能硫可使催化剂中毒含硫化合物对石油加工及产品应用的影响2019/8/24石油炼制基础16酸碱洗涤催化加氢催化氧化去除硫化合物方法2019/8/24石油炼制基础17石油中的含氮化合物石油中的氮含量一般比硫含量低，质量分数通常集中在0.05～0.5%范围内随沸点的升高，含量增加，大部分在胶质沥青质中碱性氮化物：NNN非碱性氮化物：NNN另一类重要非碱性氮化物：金属卟啉化合物，研究石油的成因有重要意义2019/8/24石油炼制基础18氮的存在对整个石油加工过程也有很大的危害（1）影响产品的安定性：如柴油含氮量高，时间久了会变成胶质。是柴油安定性差的主要原因。（2）氮与微量金属作用，形成卟啉化合物。这些化合物的存在，会导致催化剂中毒，使催化剂的活性和选择性降低。2019/8/24石油炼制基础19石油中的含氧化合物石油中的含氧量比硫、氮少，约为千分之几；个别的可高达2～3%随沸点升高，含氧化合物增加酸性氧化物：环烷酸、脂肪酸、芳香酸、酚类(统称石油酸)中性氧化物：醛、酮、酯等，含量极少石油中的含氧化合物的含量一般用酸度(酸值)来间接表示2019/8/24石油炼制基础20①石油中的环烷酸（占石油酸约90%）石蜡基石油的环烷酸含量较少，中间基和环烷基石油的环烷酸含量较多石油中的环烷酸一般是一元羧酸环烷酸的相对密度一般在0.93～1.02之间，随分子量增大，酸值降低，溶解度减小环烷酸易溶于石油烃类和多数有机溶剂，具有普通羧酸的一切性质2019/8/24石油炼制基础21②环烷酸的分布中间馏分(250-400℃)含量最高，低、高沸点馏分含量较低③危害原油含环烷酸多，容易乳化，对加工不理，且腐蚀设备产品中含环烷酸，对铅、锌等有色金属有腐蚀性，对铁、铝几乎无腐蚀；灯用煤油含环烷酸，可使灯芯堵赛，结花④环烷酸的用途：化工原料、防腐剂、杀虫剂等等2019/8/24石油炼制基础22胶质、沥青质的比较主要是根据胶状沥青状物质在不同溶剂中的溶解度来划分：★沥青质：不溶于低分子(C5～C7)正构烷烃，但能溶于热苯★可溶质：即能溶于苯又能溶于低分子正构烷烃可溶质实际上包括饱和分、芳香分和胶质2019/8/24石油炼制基础23胶质沥青质外形褐色或暗褐色的粘稠而流动性很差的液体或无定型固体深褐色至黑色，无定形，脆性的固体存在形式在原油中形成真溶液胶体溶液分子量1000-30003000-10000H/C1.4-1.71.1-1.3芳香度CA/C0.2-0.40.4-0.6分布各馏分(馏分越重，含量越大)渣油溶解度溶于石油醚，受热缩合或氧化成沥青质不溶于石油醚2019/8/24石油炼制基础24胶质、沥青质的危害：石油品在使用过程中生成炭渣，造成机器零件的磨损和堵塞胶质、沥青质有利的方面：沥青中希望含胶质、沥青质多些，这样沥青的延伸度会提高2019/8/24石油炼制基础25石油的馏分组成馏分：是指用分馏方法把原油分成的不同沸点范围的组分石油是一个多组分的复杂混合物，每个组分有其各自不同的沸点用分馏的方法，可以把石油馏分分成不同温度段，如200℃、200～350℃等，称为石油的一个馏分馏分不等同于产品馏分与产品的区别：石油产品是石油的一个馏分，但馏分并不等同于产品。石油产品要满足油品的规格要求，馏分要变成产品还必须对其进一步加工2019/8/24石油炼制基础26直馏馏分：从原油直接分馏得到的馏分。它基本保留了石油化学组成的本来面目，如：不含不饱和烃，在化学组成中含有烷烃、环烷烃、芳香烃等石油中含有的馏分，一般规定：小于180℃的馏分为汽油馏分（也称为低沸点馏分，轻油或石脑油馏分）180～350℃的馏分为煤、柴油馏分（也称中间馏分，AGO）350～500℃的馏分为减压馏分（也称高沸点馏分或润滑油,VGO）大于500℃的馏分为减渣馏分(VR)2019/8/24石油炼制基础27原油名称＜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15.426.029.929.7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）11.930.224.833.12019/8/24石油炼制基础28不同原油的各馏分含量差别很大。与国外原油相比，我国主要油田原油中＞500℃的减压渣油含量都较高，＜200℃的汽油馏分含量较少（一般低于10%）。原油中的汽油馏分含量低、渣油含量高是我国原油馏分组成的又一个特点。2019/8/24石油炼制基础29小结石油的元素组成：组成石油的主要元素是碳、氢、硫、氮、氧五种元素。石油的烃类组成：由碳和氢可组成烃类化合物，即烷烃、环烷烃和芳香烃，它们在原油中占绝大部分。在原油中不含不饱和烃，但在二次加工后的石油产品中有不饱和烃（烯烃）。2019/8/24石油炼制基础30石油中的非烃化合物主要指：含硫、含氮和含氧化合物以及胶状沥青状物质。馏分组成：原油加工时通常是按照沸点高低首先将其切割成几个馏分，即汽油馏分、煤柴油馏分（中间馏分）、减压馏分和减压渣油。我国原油的特点：从元素组成上看，含硫低、含氮高是我国原油的特点之一。汽油馏分含量低、渣油含量高是我国原油馏分组成的一个特点。2019/8/24石油炼制基础31各类化合物的分布规律随着石油馏分沸点的升高，馏分中烷烃含量逐渐减少，芳烃含量逐渐增大，含硫化合物和胶质含量均逐渐增加。大部分含硫、含氮、含氧化合物和胶质以及全部沥青质都集中在渣油中。石油馏分的烃类表示方法2019/8/24石油炼制基础32二、石油及油品的物理性质2019/8/24石油炼制基础33注意事项石油及油品的理化性质与其化学组成和分子结构密切相关；石油及油品是复杂的混合物，因此它的性质是宏观的综合表现，也就是说是多种化合物总体表现出来的性质，所以它与单独一个纯化合物的性质不同；多数性质无可加性，如密度、粘度，并且测定性质时，都是条件性实验；为了便于油品之间相互比较和对照，石油及油品的绝大部分性质都是采用条件性实验进行测定。（严格规定的仪器、方法和条件），条件改变，结果也会改变；石油及油品的各种试验方法有不同的级别，如ISO、GB、SH。2019/8/24石油炼制基础34（一）蒸发性能石油和石油产品的蒸发性能是反映其汽化、蒸发难易的重要性质，用蒸汽压、沸程来描述。1、蒸汽压定义：是在某一温度下一种物质的液相与其上方的气相呈平衡状态时的压力，也称饱和蒸气压。蒸气压愈高的液体愈易于气化。对同族烃类，在同一温度下，相对分子质量较大的烃类的蒸气压较小。对某一纯烃而言，其蒸气压是随温度的升高而增大。2019/8/24石油炼制基础35纯烃P=f(T)烃类混合物P=ΣPiXi=f(T,X)石油馏分P=f(T,e)蒸气压的表示法雷德蒸汽压：T=38℃，气体体积∶液体体积=4真实蒸气压(泡点蒸汽压)：即e=0时的蒸汽压蒸气压的计算两种蒸气压可通过图表进行换算。2019/8/24石油炼制基础362、馏程(沸程)定义：石油馏分的沸点表现为一定宽度的温度范围，称为沸程。同一油品的馏程因测定仪器和测试方法不同。其馏程数据也有差别。在油品的质量标准中，大都采用条件性的馏程测定法——恩