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石油组成及物性简介 前言让我们来认识石油第一节石油的元素组成第二节石油的烃类组成第三节石油的馏分组成第四节石油产品的主要物性指标 石油组成及物性简介 前言让我们来认识石油 什么是石油 前言让我们来认识石油 前言让我们来认识石油 前言让我们来认识石油 石油 petroleum oil 又称原油 通常是一种流动或半流动状的粘稠液体 世界各地所产的石油在外观性质上有不同程度的差别 从颜色看 大部分石油是黑色 也有暗绿或暗褐色 少数显赤褐 浅黄色 甚至无色 前言让我们来认识石油 地壳上层部分地区有石油储存 主要成分是各种烷烃 环烷烃 芳香烃的混合物 石油的成油机理有生物沉积变油和石化油两种学说 前者较广为接受 认为石油是古代海洋或湖泊中的生物经过漫长的演化形成 属于化石燃料 不可再生 后者认为石油是由地壳内本身的碳生成 与生物无关 可再生 石油主要被用来作为燃油 也是许多化学工业产品如溶液 化肥 杀虫剂和塑料等的原料 石油 这个中文名称是由北宋大科学家沈括第一次命名的 前言让我们来认识石油 石油的性质因产地而异 密度为0 8 1 0g cm3 粘度范围很宽 凝固点差别很大 30 60摄氏度 沸点范围为常温到500摄氏度以上 可溶于多种有机溶剂 不溶于水 但可与水形成乳状液 前言让我们来认识石油 用途石油主要被用作燃料 石油也是许多化学工业产品如溶剂 化肥 杀虫剂和塑料等的原料 前言让我们来认识石油 分类燃料 F 溶剂和化工原料 S 润滑剂和有关产品 L 蜡 W 沥青 B 石油焦 C 前言让我们来认识石油 一般性质石油的外观及状态外观 黑 褐色 气味 状态 流动 半流动 粘稠相对密度 0 80 0 98g cm3我国原油 0 85 0 95g cm3相对密度粘度重质油0 934 1100 10000cp沥青 1 000 1000cp轻质油 0 85石油外观性质的差异反应了其化学组成的不同 第一节石油的元素组成 1 碳 C 和氢 H 2 非碳氢元素 硫 S 氮 N 氧 O 元素 3 微量金属元素和其它非金属元素 如镍 钒 铁 铜 钙 砷 氯 磷 硅等 第一节石油的元素组成 1 碳氢组成由碳和氢两种元素组成的碳氢化合物称为烃 在石油炼制过程中它们是加工和利用的主要对象 第一节石油的元素组成 1 碳氢组成C 83 0 87 0 H 11 14 H C原子比 加工难易程度 化学组成 分子结构等信息 如 C6H14 2 4 C6H12 2 C6H6 1 加氢或脱碳 石油加工的实质 第一节石油的元素组成 H C原子比 包含着许多结构信息 第一节石油的元素组成 信息 a 同系物中 分子量越大 H C比越小 b 不同系列中 分子量相近 H C次序为烷烃 环烷烃 芳香烃 第一节石油的元素组成 第一节石油的元素组成 第一节石油的元素组成 重质油改质的目的是将其变为轻馏分 这一过程可以认为是H C增大的过程 其主要途径为 无外来H2 脱碳过程 不外加氢而依借产生部分H C比低的产物来获取一部分H C高的产物的过程 有外来氢 加氢过程在脱碳过程中 虽然转化后的H C比在各产物中分配起了变化 但总的H C应该守恒 第一节石油的元素组成 2 S N O杂原子S 硫含量也作为衡量原油质量的一个指标 2 高硫原油 0 5 2 含硫原油 0 5 低硫原油含硫造成管线设备腐蚀 使油品某些使用性能变坏 污染环境 在二次加工过程中使某些催化剂中毒 第一节石油的元素组成 2 S N O杂原子N 石油中含氮量一般在万分之几至千分之几 密度大 胶质多 含硫量高的石油 一般其含氮量也高 石油馏分中氮化物的含量随沸点范围的升高而增加 大部分氮化物以胶状 沥青状物质存在于渣油中 影响产品安定性 某些二次加工催化剂的毒物 第一节石油的元素组成 2 S N O杂原子O 一般很少 约千分之几 个别石油中氧含量高达2 3 分酸性氧化物和中性氧化物两类 大部分以环烷酸存在 有腐蚀性 对油品的使用性能有不良影响 第一节石油的元素组成 3 微量元素变价金属 Ni V Fe Cu等二次加工催化剂中毒 燃烧过程腐蚀设备碱金属和碱土金属 Na K Ca Mg二次加工时 催化剂活性中心被碱中和 失去活性 Ca积累 生成环烷酸钙 脱钙剂卤素和其它元素 ClFAs As是催化重整催化剂致命的毒素 石脑油中要测 第二节石油的烃类组成 1 分类 2 表示方法 第二节石油的烃类组成 1 分类烷烃环烷烃芳香烃 第二节石油的烃类组成 烷烃 即饱和烃 仅由碳 氢 碳碳单键与碳氢单键所构成 通常指的是直链烷烃 同时也是最简单的一种有机化合物 石油的主要组分 常温常压 C1 C4烷烃 气体 C5 C15烷烃 液体 C16正构烷烃 固体 第二节石油的烃类组成 一般条件下 烷烃的化学性质很不活泼 r 不易与其它物质发生反应 但在特殊条件下 烷烃也会发生氧化 卤化 消化及热分解等反应 第二节石油的烃类组成 经过脱水 净化和轻烃回收工艺 提取出液化气和轻质油以后 主要成是甲烷的处理天然气叫干气 一般来说 天然气中甲烷含量在90 以上的叫干气 c 甲烷含量低于90 而乙烷 丙烷等烷烃的含量在10 以上的叫湿气 天然气根据成分不同分为贫气和富气 贫气中甲烷含量多 富气中乙烷丙烷丁烷含量高 第二节石油的烃类组成 另有划分方法如下 干气 每方气中 戊烷以上 C5 烃类按液态计小于10mL的天然气 含有大量甲烷和少量乙烷 丙烷 湿气 每方气中 戊烷以上 C5 烃类按液态计大于10mL的天然气 除含有较多的甲烷 乙烷外 还含有少量易挥发的液态烃蒸气 如戊烷 己烷 辛烷 贫气 每方气中 丙烷以上 C3 烃类按液态计小于100mL的天然气 富气 每方气中 丙烷以上 C3 烃类按液态计大于100mL的天然气 y 第二节石油的烃类组成 环烷烃 环状的饱和烃 也是石油的主要组分之一 石油中主要是环戊烷系 环己烷系随着石油馏分沸点的升高 环烷烃的相对含量增加化学性质与烷烃相近 但稍活泼 一定条件下可发生氧化 卤化 硝化 热分解等反应 一定条件下还能脱氢生成芳香烃 第二节石油的烃类组成 芳香烃 分子中含有苯环的烃类 一般苯环上带有不同的烷基侧链 也是石油的主要组分之一 同一种原油中 随着沸点的升高 芳香烃的含量增多 石油中除含有单环芳香烃外 还含有双环和多环芳香烃 化学性质较烷烃稍活泼 可与一些物质发生反应 但芳香烃中的苯环很稳定 强氧化剂也不能使其氧化 也不易起加成反应 在一定条件下 芳香烃上的侧链会被氧化成有机酸 这是油品氧化变质的重要原因之一 芳香烃在一定条件下还能进行加氢反应 第二节石油的烃类组成 2 表示方法单体烃族组成结构族组成 大庆原油初馏 130 馏分的单体烃组成 第二节石油的烃类组成 2 表示方法烃类的族组成 性质 结构相近的为一族石油烃 族 是化学结构相似的一类化合物 族组成表示简单实用 可根据分析方法和实际需要进行划分烷烃 正构烷烃 异构烷烃 环烷烃 环戊烷 环己烷 一环 二环 多环芳烃 单环 双环 三环以上 第二节石油的烃类组成 2 表示方法PONAP Paraffin 烷烃 O Olefin 烯烃 N Naphthene 环烷烃 A Aromatics 芳香烃 第二节石油的烃类组成 2 表示方法结构族组成 由于高沸点馏分及渣油中 各种类型分子数目繁多 而且由于分子量极大 且结构复杂 往往在一个分子中同时含有芳香环 环烷环以及相当数目的侧链烷 无法用族组成法表示 结构族组成分析法就是确定复杂分子混合物中 烷基 环烷基和芳香基这些结构单元的量 而不考虑在分子中这些结构单元的结合方式 2 表示方法从结构族组成的观点 任何烃类化合物 不论其结构如何复杂 都可以看成是由烷基 环烷基 和芳香基三种结构单元所组成 第二节石油的烃类组成 第二节石油的烃类组成 2 表示方法结构族组成CA 芳香环上的碳的百分数CN 环烷环上的碳的百分数CP 链烷碳的百分数RT总环数RA芳香环数RN环烷环数 第三节石油的馏分组成 石油是一个极其复杂的混合物 沸点范围很宽 要研究或利用原油 必须先进行分馏 就是按沸点高低将其分离 切割 成不同的馏分 第三节石油的馏分组成 初馏点 加热时馏出的第一滴液体时的温度 初馏点 200 汽油馏分或 180 200 350 煤 柴油馏分 350 500 减压馏分VGO 润滑油馏分 催化裂化原料 500 减压渣油VR 350 常压渣油AR 原油及其馏分的认识及表征一般性质 元素组成 馏分组成 石油及其馏分的烃族组成及结构族组成 非烃 渣油组成等原油及其馏分的主要性质 密度 粘度 分子量 沸程 临界性质 热性质等 石油主要产品的性能要求汽油 柴油 航空煤油 润滑油 蜡 沥青 石油焦 原油评价脱盐脱水 常压蒸馏汽油柴油 催化重整 常压渣油 减压蒸馏减一减二减三减四减五 润滑油 减压馏分油 VGO 催化裂化加氢裂化 减压渣油 焦化 催化裂化 加氢裂化 溶剂脱沥青 乙烯生产 芳烃生产 气体加工 MTBE 烷基化等 聚烯烃 纤维 橡胶 炼油过程示意图 第三节石油的馏分组成 石油气体烃组成 天然气 伴生气 石油开采过程产生非伴生气 纯气田 甲烷 90 干气凝析油气田 甲烷 C2 C3 C4 10 20 湿气天然气水合物 在一定的温度压力下 轻烃与水分子靠氢键形成笼状物 一个笼 160 180个天然气 海洋底 丰富的水合物 0 4 的利用 炼厂气 气体分析 第三节石油的馏分组成 汽油馏分 直馏汽油C5 C10范围的烃 单体烃检测出1400个 前20个总含量 50 烷烃含量占多数 而正构比异构多 以一个取代基的多 环烷烃的甲基环戊烷多 芳烃含量少 只占几个 直馏汽油加工 制乙烯 烷烃多好 重整 环烷烃转化为芳烃 环烷烃多好中间馏分 柴油馏分 200 350 碳数在C12 C20 族组成 烷烃 环烷烃为主 环烷以1 2环为主高沸点馏分 减压瓦斯油 C20 C35350 500 族组成 烷烃 环烷烃为主 环烷烃为主 环烷烃有3 4环固态烃 蜡MWC石蜡VGO300 45017 35地蜡VR450 80035 60 第三节石油的馏分组成 1 目前对 200 馏分中的烃类组成已能了解直馏汽油中正构及支链较少的烷烃是主要成分 少数烷烃占据较大的量环烷烃只含环戊烷和环己烷系 我国原油环己烷含量高 有利于生产苯 芳香烃中以甲苯和二甲苯为主要特征 不含烯烃 2 对于煤柴油馏分以上的较重组分 已无法从单体化合物层次进行分析 可采用色谱法研究其分布 纯气田天然气主要成分为甲烷 占90 以上 第三节石油的馏分组成 汽油馏分 烷烃 环烷烃和芳香烃 裂化产物还包括烯烃 PONA煤油 柴油及减压馏分 采用液相色谱法 饱和烃 轻芳香烃 中芳香烃 重芳香烃 非烃组分胶质等 减压渣油 采用溶剂处理和液相色谱法 饱和份 芳香份 胶质 沥青质四个组分 说明 石油产品的性质与其烃族组成密切相关 同时族组成数据还可以作为选择加工方案的依据 第三节石油的馏分组成 第三节石油的馏分组成 结构族组成石油中的较重馏分及渣油的分子量大 结构复杂 所含单体化合物不可胜数不仅无法测定其单体化合物的组成 即使用族组成的方法也难以确切表达其结构特征 用结构族组成方法用很少的几个结构参数可以从总体上加以描述 此法比较简单 应用很广 可以借此比较不同原油的平均结构上的差异 也可用来考察加工过程中平均结构的变化 第四节石油产品的主要物性指标 一般性质挥发性低温流动性安全性及燃烧性腐蚀性安定性元素分析组成分析 第四节石油产品的主要物性指标 1 一般性