石油化学04-第1章-石油的化学组成

第1章石油的化学组成本章的主要内容为：第1节原油的一般性质与分类第2节石油的烃类组成第3节石油中的含硫化合物第4节石油中的含氮化合物第5节石油中的含氧化合物第6节石油中的微量元素第7节石油中的胶状沥青状物质1第4节石油中含氮化合物

含氮化合物主要集中在胶质—沥青质中。石油中含氮化合物可分为碱性和中性两大类。碱性含氮化合物主要是胺类，吡啶类，吡咯及酰胺等。

原油中含有具有重要意义的中性含氮化合物，即卟啉化合物，它是石油有机成因的重要生物标志物。

第4节石油中含氮化合物2表1-4-1原油中氮含量的统计原油中氮含量范围，m%原油的样品数占样品总数的份额，%<0.056241.90.05～0.508054.10.51～0.7053.3>0.7010.7

从硫、氮绝对含量来看，石油中的氮含量比硫含量低，通常在0.05～0.5%之间，很少有超过0.7%。从统计数字来看，世界上96%的原油含氮量均小于0.5%。

第4节石油中含氮化合物3迄今为止，已发现的原油中氮含量最高的是阿尔及利亚的西齐－白拉奇原油，含氮量高达2.17%。我国大多数原油的氮含量一般为0.1～0.5%，属于含氮量偏高的原油。辽河油区的高升原油氮含量为0.73%，这是我国含氮量最高的原油。石油中的含氮化合物是由生成石油的原始物质在地下条件下演变而成的，而不是在石油的运移和聚集过程中从外界进入石油的，其含量一般随着原油埋藏深度的增大和成熟度的增高而降低。第4节石油中含氮化合物4石油中的含氮化合物对石油加工和产品的使用都有不利影响，使催化剂中毒失活，还会导致石油产品的安定性变差，易生成胶状沉淀，故必须予以脱除。迄今为止，尚未找到可以利用石油中含氮化合物的有效途径。1石油及其馏分中氮的含量及分布

第4节石油中含氮化合物→1石油及其馏分中氮的含量及分布5表1-4-2原油各馏分中氮的分布(

g/g)馏分,℃大庆胜利孤岛中原伊朗轻质阿曼原油160041004300170012001600<2000.10.30.20.30.70.3200～2500.30.70.50.91.00.2250～3000.96.12.43.47.80.9300～3505.512.113.39.449.407.3350～40013.225.159.323.576.113.0400～45038.196.8112.433.490.679.2450～50065.2162.4174.447.5154.594.3>5001227.33600.6488.01711.9903.91557.990.992.292.593.570.488.9含氮量随着沸点的升高而增加，其分布要比硫更加不均匀，约90%的含氮化合物存在于减压渣油中。6非碱性氮化物：在50/50〔v/v〕冰醋酸和苯的溶液中不能被高氯酸滴定的，其pKa<2，如酰胺类和吡咯类划分无严格界限，假设以pKa>2强碱性氮；-2<pKa<2弱碱性氮；pKa<-2非碱性氮，那么酰胺类和吡咯类为弱碱性氮。碱性氮化物：在50/50〔v/v〕冰醋酸和苯的溶液中可以被高氯酸滴定的，其pKa>2，如胺类和吡啶类。第4节石油中含氮化合物→1石油及其馏分中氮的含量及分布7表1-4-3原油中碱氮与总氮含量的关系原油名称碱氮(NB)含量,m%总氮(NT)含量,m%NB/NT,%杰克逊0.010.0425东得克萨斯0.030.0825西得克萨斯0.030.1127威明顿0.140.5028蒂博比丘利0.0330.1325格依哥利欧0.020.0825科威特0.030.1225原油中的碱氮含量占总氮的25～35%。

第4节石油中含氮化合物→1石油及其馏分中氮的含量及分布8原油名称馏程℃碱氮(NB)含量,g/g总氮(NT)含量,g/gNB/NT

%胜

利204～3609116057360～48033678543>4802580920028加利福尼亚204～36029945066360～4801351370037表1-4-4原油各馏分中碱氮占总氮的份额碱氮与总氮的比值随着馏分沸点的升高而降低，因而在原油的较轻馏分中主要是碱氮，而在较重馏分及减压渣油中主要是非碱氮。第4节石油中含氮化合物→1石油及其馏分中氮的含量及分布9原油名称类型氮的分布，m%强碱氮pKa>2弱碱氮-2<pKa<2非碱氮pKa<-2威明顿311455萨波开克301555杜马292843庞德拉21790特斯莱帕275122威逊303040里德沃克431740哈恩伯利292843表1-4-5原油中类型氮的分布不同类型的氮化物在不同原油中的分布是不同的。第4节石油中含氮化合物→1石油及其馏分中氮的含量及分布10表1-4-6威明顿原油各馏分中类型氮的分布馏程，℃含氮量，m%类型氮分布，%强碱氮弱碱氮非碱氮原油0.64311455300～3500.0410000350～40005000.49331651>5001.03341056在同一种原油中强碱氮和弱碱氮的分布随着沸点的升高而减少，非碱氮分布那么随着沸点的升高而增加。第4节石油中含氮化合物→1石油及其馏分中氮的含量及分布112石油中氮化合物的组成由于碱性氮化物的别离比较容易，因而对它的研究也就比较多。目前从石油中别离出来的50多种碱性氮化物大局部是吡啶和喹啉的衍生物，而苯胺的衍生物极少。2.1吡啶系和喹啉系〔碱性氮化物〕吡啶系和喹啉系氮化物都属于强碱性氮化物。喹啉类氮化物：吡啶类氮化物：第4节石油中含氮化合物→2石油中氮化合物的组成→2.1吡啶席和喹啉系12表1-4-7威明顿原油常压馏分中碱氮化合物组成碱氮化合物类型各馏分中碱氮化合物类型分布，%130～250℃250～300℃300～350℃烷基吡啶3750环己基吡啶554518环戊基吡啶0195烷基喹啉83160环烷基喹啉0010苯并喹啉007

在较轻的馏分中主要是烷基吡啶和环烷基吡啶等吡啶的衍生物，随着馏分沸点的增加，吡啶衍生物的含量下降随着沸点的升高，喹啉衍生物的含量增加，因而在较重的馏分中主要是喹啉的衍生物第4节石油中含氮化合物→2石油中氮化合物的组成→2.1吡啶席和喹啉系13具有吡啶环的含氮化合物，pKa值约为5～7，能与无机强酸和有机强酸形成结晶状盐类。吡啶环与苯环一样具有芳香性，对热和氧化都比较稳定，不易破裂。2.2吡咯系和酰胺系〔非碱性氮化物〕目前已别离并鉴定出来的吡咯系化合物有：吡咯吲哚咔唑苯并咔唑

第4节石油中含氮化合物→2石油中氮化合物的组成→2.2吡咯系和酰胺系14吡咯类和吲哚类氮化物的特性：吡咯类和吲哚类氮化物都不稳定，易于氧化和聚合生成胶状物质，因此石油产品中如果含有较多的吡咯类含氮化合物时，其颜色很容易变深和产生沉淀。酰胺类化合物主要是环状酰胺：在石油的重馏分中含发现有每个分子中含有两个氮原子的化合物，如：第4节石油中含氮化合物→2石油中氮化合物的组成→2.2吡咯系和酰胺系152.3卟啉络合物在石油中还发现了一类由四个吡咯环所组成具有卟吩结构的卟啉类化合物，这是一类重要的生物标志物，在研究石油的成因中具有十分重要的意义。卟啉类化合物在石油中是以钒〔VO2+〕或镍〔Ni2+〕螯合物的形式存在。主要有两种类型：脱氧叶红初卟啉(简称DPEP)

初卟啉Ⅲ(简称ETIO)第4节石油中含氮化合物→2石油中氮化合物的组成→2.3卟啉络合物16金属卟啉DPEP随着石油埋藏深度的增加逐渐转化成ETIO，所以DPEP/ETIO是表征石油成熟度的重要地球化学标志。由于氮主要存在于五员环的吡咯系和六员环的吡啶系，它们都具有芳香性，化学性质比较稳定，因此在石油加工过程中脱氮比脱硫更困难。第4节石油中含氮化合物→2石油中氮化合物的组成→2.3卟啉络合物17第1章石油的化学组成本章的主要内容为：第1节原油的一般性质与分类第2节石油的烃类组成第3节石油中的含硫化合物第4节石油中的含氮化合物第5节石油中的含氧化合物第6节石油中的微量元素第7节石油中的胶状沥青状物质18第5节石油中的含氧化合物

含氧化合物主要有酸性和中性两大类。酸性含氧化合物中有环烷酸、脂肪酸及酚，总称石油酸；中性含氧化合物有醛、酮、酯类、醚类、呋喃类等，其含量较少。酸性含氧化合物中环烷酸最多，占酸性物质90%以上，易与碱金属作用生成环烷酸盐，极易溶于水，大多数石油的氧含量为0.1%～1.0%之间。石油中的含氧化合物酸性含氧化合物〔石油酸〕中性含氧化合物：羧酸：环烷酸、脂肪酸、芳香酸

酚类醛、酮、酯类、醚类、呋喃类191石油中酸性含氧化合物的分布

石油中酸性含氧化合物的含量是利用非水滴定法测得的酸度〔mgKOH/100ml，适用于轻质油品〕或酸值〔mgKOH/g，适用于重质油品〕来间接表示的。不同原油的酸值差异较大，环烷基原油的酸值较高，而石蜡基原油的酸值较低。我国辽河、胜利以及新疆克拉玛依原油的酸值比较高。第5节石油中含氧氮化合物→1石油中酸性含氧化合物的分布20表1-5-1国内外一些原油的酸值原油产地酸值，mgKOH/g原油类别大庆混合原油0.04低硫石蜡基胜利油区混合原油0.93含硫中间基孤岛原油1.55含硫环烷-中间基单家寺原油7.40含硫环烷基辽河油区双喜岭2.52低硫环烷基高升0.81低硫环烷-中间基曙光1.60低硫中间基兴隆台0.24低硫中间-石蜡基大明屯0.03低硫石蜡基第5节石油中含氧氮化合物→1石油中酸性含氧化合物的分布21原油产地酸值，mgKOH/g原油类别新疆油区克拉玛依0号0.08低硫中间基克拉玛依1号1.02低硫中间基克拉玛依2号0.74低硫中间基克拉玛依3号1.3～1.8低硫中间基克拉玛依九区4.87低硫环烷-中间基河南油区井楼3.28低硫环烷-中间基印尼米纳斯0.06低硫石蜡基阿曼0.32含硫石蜡基伊朗轻质0.11含硫中间基续表1-5-1国内外一些原油的酸值第5节石油中含氧氮化合物→1石油中酸性含氧化合物的分布22表1-5-2大庆、江汉、胜利原油各馏分的酸值分布大庆原油江汉原油胜利原油馏程℃酸值mgKOH/g馏程℃酸值mgKOH/g馏程℃酸值mgKOH/gIBP~1120.01IBP~900.01IBP~1140.03195～2250.04184～2140.13189～2220.06257～2890.05260～2890.22248～2780.17313～3350.09310～3200.16293～3060.17355～3740.08336～3570.43325～3420.36394～4150.22372～3860.32400～4170.21435～4560.06406～4580.11432～4460.28475～5000.03493～5070.11474～4960.39低硫石蜡基含硫石蜡基含硫中间基石蜡基原油在300～400℃馏分的酸值最大，而轻馏分和重馏分的酸值较低。第5节石油中含氧氮化合物→1石油中酸性含氧化合物的分布23表1-5-3辽河油区原油各馏分的酸值分布馏程，℃酸值，mgKOH/g双喜岭原油曙光原油兴隆台原油原油2.011.950.18IBP～800.150.030.01150～1800.650.070.01200～2300.140.090.28250～2800.650.520.14300～3302.211.650.25350～4003.952.890.30400～4502.661.270.17450～5001.141.670.20500～5652.742.240.32原油类别低硫环烷基低硫中间基低硫中间-石蜡基中间基及环烷基原油在300～400℃馏分和500℃馏分左右处出现两个酸值的极大值，呈现双峰形的分布模式。第5节石油中含氧氮化合物→1石油中酸性含氧化合物的分布24表1-5-4羧酸类和酚类含量与地质年代的关系原油形成地质年代分析样品数酸性含氧化合物平均含量,m%酸性含氧化合物的分布,%羧酸类酚类羧酸类酚类新生代60.0370.0902971中生代290.0140.0154852古生代510.0270.0186040石油中的酸性含氧化合物除了羧酸外，还有相当数量的石油酚石油酚的含量与石油形成的地质年代有关，石油形成年代越久远，酸性含氧化合物中石油酚的含量越低。第5节石油中含氧氮化合物→1石油中酸性含氧化合物的分布252石油中含氧化合物的组成

2.1石油羧酸

石油羧酸包括脂肪酸、环烷酸及芳香酸，分子量最小的环烷酸和芳香酸的沸点也超过200℃，因此汽油馏分中只存在脂肪酸。石油中的脂肪酸主要是正构的，也存在轻度异构化的脂肪酸。

第5节石油中含氧氮化合物→2石油中含氧化合物的组成→2.1石油羧酸26表1-5-5辽河原油常减压馏分中酸性氧化物的含量馏分沸程,℃酸值mgKOH/g羧酸含量,m%羧酸中脂肪酸含量,m%常压一线143～2420.0460.023.73常压二线207～3660.840.353.27常压三线221～4162.331.084.32常压四线269～4742.031.163.99减压一线244～4221.630.773.58减压二线265～4542.561.174.89减压三线287～4852.001.024.75减压四线296～4971.761.163.62减压渣油>5000.961.00----在辽河及孤岛原油的石油酸中，脂肪酸的含量一般不超过10%。27表1-5-6孤岛原油250～400℃馏分中石油羧酸的组成羧酸类型各馏分中石油羧酸的组成，m%250～330℃330～370℃370～400℃脂肪酸4.45.611.5环烷酸45.552.033.7含一个环烷环7.59.05.9含二个环烷环21.322.014.0含三个环烷环13.615.39.5含四个环烷环3.15.74.3芳香酸41.136.848.8含一个芳香环33.229.735.5含二个芳香环6.35.28.5含三个芳香环1.31.13.3在环烷－中间基原油中〔孤岛原油〕环烷酸的含量较高，两个到三个环烷环的环烷酸含量比较高。石油中的芳香酸含量也比较高，主要是一个芳香环的芳香酸。第5节石油中含氧氮化合物→2石油中含氧化合物的组成→2.1石油羧酸28在石油羧酸的分子中只含有一个-COOH，孤岛原油中环烷酸结构如以下图所示：2.2石油酚由于从石油中别离石油酚较困难，因而对其研究也就比较少。已经从石油中鉴定出来的酚类有：苯酚、甲酚、二甲酚、三甲酚和萘酚等。石油中酚类的含量一般随沸点的升高而降低。第5节石油中含氧氮化合物→2石油中含氧化合物的组成→2.2石油酚293石油酸的性质及利用

原油中酸性含氧化合物对金属设备和管线具有腐蚀作用，尤其是低分子酸其腐蚀性更强。研究说明，原油中酸值大于0.5mgKOH/g时，腐蚀趋于严重。在低温下，石油酸对金属设备的腐蚀不严重，而腐蚀严重的温度范围是230～400℃。石油馏分中的酸性含氧化合物可借助于碱洗得以别离，所得的石油酸是一种重要的化工原料，它是石油中唯一得到广泛应用的非烃石油产品。已经在工业上应用的主要是从煤油、轻柴油馏分中脱出的石油酸。第5节石油中含氧氮化合物→3石油酸的性质及利用30作为产品的石油酸实际上是环烷酸、芳香酸、酚类的混合物。其相对密度为0.99～1.02，随着分子量的增加，其粘度增加，颜色加深，酸值降低，石油酸在水中的溶解度很小，而易溶于烃类和许多有机溶剂。第5节石油中含氧氮化合物→3石油酸的性质及利用31石油酸的铜盐和锌盐：木材与织物的防腐杀菌剂。石油酸的铝盐：润滑脂的稠化剂、制取凝固汽油。石油酸的钴和锰盐：烃类氧化催化剂，油漆涂料催干剂。

石油酸钠盐：外表活性剂、乳化润滑油或乳化沥青的乳化剂、有保水性原油破乳剂、润滑脂的稠化剂和植物生长促进剂。石油酸的钙盐和镁盐：润滑脂的稠化剂和内燃机油添加剂。目前应用最为广泛的是石油酸的盐类。

第5节石油中含氧氮化合物→3石油酸的性质及利用32第1章石油的化学组成本章的主要内容为：第1节原油的一般性质与分类第2节石油的烃类组成第3节石油中的含硫化合物第4节石油中的含氮化合物第5节石油中的含氧化合物第6节石油中的微量元素第7节石油中的胶状沥青状物质33第6节石油中的微量元素石油中还有许多微量元素，虽然它们的含量甚微，但对石油加工过程尤其是对某些催化剂的活性的影响相当大。这些微量元素，构成了石油的灰分。现已从石油中检测出59种微量元素，大体上分为三类：微量元素变价元素：V、Ni、Fe、Mo、Co、W、Cr、Cu、Mn、Pb、Ga、Hg等碱金属与碱土金属：Na、K、Ba、Ca、Mg等卤素和其它元素：Cl、Br、I、Si、Al、As等

341石油中微量元素含量及其分布表1-6-1国外几种原油的局部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原油中含量最高的微量元素是钒其次是镍，铁的含量也比较高。第6节石油中微量元素→1石油中微量元素含量及其分布35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表1-6-3国外几种原油的主要微量元素组成国外大局部原油的钒含量显著高于镍含量，Ni/V<1。第6节石油中微量元素→1石油中微量元素含量及其分布36表1-6-2我国几种原油中微量元素的含量元素含量，g/g胜利孤岛高升羊三木王官屯As----0.2500.2080.1400.090Ca8.93.61.63815Fe134.4227.08.2Na8126291.230Ni2617122.52592V1.62.53.10.90.5Zn0.70.50.60.50.4第6节石油中微量元素→1石油中微量元素含量及其分布37表1-6-3国内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21.12.012.0<0.211辽河32.50.69.30.354中原3.32.48.20.41.4华北15.00.71.8<0.321新疆5.60.07---0.5580新疆轮南6.064.03.50.60.09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/V>1；第6节石油中微量元素→1石油中微量元素含量及其分布38Ni/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。镍高、钒低是我国大局部原油化学组成的特点之一。我国大局部原油属于低硫陆相成油，因而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。第6节石油中微量元素→1石油中微量元素含量及其分布39由于原油在储存和运输的过程中始终与钢铁接触，容易受污染而导致铁含量数据偏高。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，钠和钙会使某些催化剂的活性降低，同时钒还会对燃气透平的叶片产生严重烧灼。第6节石油中微量元素→1石油中微量元素含量及其分布40原油馏程，℃含量，g/gNiVFeCuAs大庆原油3.10.040.7<0.20.900200～350<0.1<0.01<0.4<0.20.500350～500<0.1<0.01<0.4<0.20.700>500的减渣7.20.12.4<0.21.700减渣中含量占原油中含量，%>98------------表1-6-4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主要集中在减压渣油中，95%以上的Ni和V集中在＞500℃的减渣中，常压馏分和减压馏分中Ni、V、Fe、Cu含量很低。砷As在常压馏分和减压馏分中的含量相比照较高，只有70%左右的As存在于＞500℃的减压渣油中。第6节石油中微量元素→1石油中微量元素含量及其分布412石油中微量元素的存在形态一般认为，石油中的微量元素可能有三个方面的来源：以乳化状态分散于原油中的水中的盐类；悬浮于原油中的极细的矿物质微粒；结合在有机物或络合物中的金属。石油中微量元素的可能存在形态：元素有机化合物，这些元素与碳原子之间以化学键结合。有机酸官能团中的氢被金属置换形成盐类。形成金属的分子内络合物。与单一或混杂的配位体形成的络合物。与沥青质中的杂原子或稠环芳香环的π系形成的络合物。第6节石油中微量元素→2石油中微量元素的存在形态42目前对于石油中的微量元素研究得比较多的是钒卟啉和镍卟啉这些分子内的络合物。石油中的金属卟啉络合物主要是钒卟啉和镍卟啉，其中镍以Ni2+形式存在，而钒那么以VO2+的形式存在。石油中的金属卟啉络合物沸点约为565～650℃，分子量为500～800，是一种结晶状固体，极易溶于石油烃中，热安定性较高。第6节石油中微量元素→2石油中微量元素的存在形态43表1-6-5国外原油重馏分中卟啉金属的分布原油名称馏分,℃V+Nig/g卟啉V+Nig/g卟啉V+Ni/V+Ni%伊朗阿加贾里原油441534540～580352777580～6401518355>6403586919委内瑞拉博斯坎原油138332023530～63084270183>630278056320原油中所含的镍和钒仅有约10～50%是以金属卟啉络合物的形式存在。第6节石油中微量元素→2石油中微量元素的存在形态44原油名称馏分,℃V+Ni,g/g卟啉V+Ni,g/g卟啉金属/金属,%科威特原油39513570～650342162650～690674161>690211209马拉原油1952312525～585453578585～6451049793>645108415815表1-6-5国外原油重馏分中卟啉金属的分布金属卟啉具有一定的挥发性，在500～600℃的馏分中，镍和钒主要以金属卟啉络合物形式存在，而在>600℃的馏分中镍和钒主要以非卟啉络合物的形式存在。

第6节石油中微量元素→2石油中微量元素的存在形态45表1-6-6我国原油中卟啉镍的含量原油名称胜利孤岛高升羊三木王官屯Ni,g/g28.516.4122.525.891.5卟啉Ni,g/g15.87.459.210.127.6卟啉Ni／总Ni,%55.445.148.339.130.1我国五种原油的卟啉镍约占30～50%。第6节石油中微量元素→2石油中微量元素的存在形态46第1章石油的化学组成本章的主要内容为：第1节原油的一般性质与分类第2节石油的烃类组成第3节石油中的含硫化合物第4节石油中的含氮化合物第5节石油中的含氧化合物第6节石油中的微量元素第7节石油中的胶状沥青状物质47第7节石油中的胶状沥青状物质石油中的S、N、O及微量元素等杂原子大局部集中在减压渣油中，因而在石油的重组分中非烃化合物的含量相当可观。石油中最重的局部根本上是由大分子的非烃化合物组成，这类非烃化合物统称为胶状沥青状物质。按极性可分为胶质与沥青质两局部。沥青质与胶质的定义：沥青质就是石油中不溶于非极性的低分子正构烷烃而溶于苯或甲苯的物质，它是石油中分子量最大、极性最强的非烃组分。胶质是石油中分子量和极性仅次于沥青质的大分子非烃化合物，它在组成和结构上具有多分散性。

48表1-7-1用不同的正构烷烃溶剂所沉淀出沥青质的量减压渣油正戊烷沥青质，m%正庚烷沥青质，m%加拿大沥青16.911.4胜利减渣13.70.2孤岛减渣11.32.8华北减渣10.10.2单家寺减渣17.02.4第7节石油中的胶状沥青状物质49别离沥青质常用的溶剂为：n-C5、n-C6、n-C7、石油醚等。用不同的溶剂别离出来的沥青质含量差异较大。正戊烷沥青质的含量要高于正庚烷沥青。胶质的含量随分析方法的不同有相当大的差异。在我国目前是以渣油的四组分分析为准.胶质与沥青质的特点：外观：胶质是深棕色至深褐色、极为粘稠不易流动的液体或无定形固体，受热时易熔融，沥青质为深褐色至黑色的无定形固体，受热时不熔化，易脆裂成片。密度：胶质的密度略小于1.0，沥青质的密度略大于1.0。第7节石油中的胶状沥青状物质50项目C,m%H,m%S,m%N,m%H/C分子量胶质大庆86.710.60.310.991.471780胜利84.310.21.611.441.451730孤岛85.810.03.311.491.401380庚烷沥青质胜利84.09.02.271.731.283410孤岛81.07.87.371.361.165620表1-7-2胶质、沥青质的元素组成和平均分子量1胶质、沥青质的元素组成和平均分子量第7节石油中的胶状沥青状物质→1胶质、沥青质的元素组成和平均分子量51表1-7-3硫、氮、镍在减压渣油各组分中的分布项目组分中的含量／总含量，%芳香分中胶质及沥青质中氮的分布大庆22.677.4胜利17.182.9孤岛30.369.7华北23.676.4硫的分布大庆61.039.0胜利38.062.0孤岛34.066.0华北40.060.0镍的分布大庆3.596.5胜利1.898.2孤岛3.196.9华北2.098.0在减压渣油中80%左右的氮、60%左右的硫、95%以上的镍集中在胶质和沥青质中。第7节石油中的胶状沥青状物质→1胶质、沥青质的元素组成和平均分子量52图1-7-1胶质与沥青质的分子量分布示意图胶质的分子量范围很宽，与沥青质分子量分布之间还有局部的重叠，这也说明胶质与沥青质在组成结构上是连续的，二者之间没有明显的界限。第7节石油中的胶状沥青状物质→1胶质、沥青质的元素组成和平均分子量532胶质、沥青质的结构特征胶质和沥青质是由数目众多、结构各异的非烃化合物所组成的复杂混合物。对于它们的认识不可能从单体化合物的角度来开展，目前只能从平均分子结构的角度来加以研究。近几十年来，随着近代物理分析手段如NMR、IR、ESR〔电子自旋共振波谱〕、XRD〔X射线衍射光谱〕等在石油的组成和结构分析方面的应用，人们对于胶质与沥青质的认识开始逐步深化。第7节石油中的胶状沥青状物质→2胶质、沥青质的结构特点542.1根本结构胶质、沥青质根本分子结构如下：

以多个芳香环组成的稠合芳香环系为中心，其周围连有假设干，环上连有假设干个长度不一的正构或异构的烷基侧链，个环烷环，分子中还含有S、N、O等杂原子基团，同时还络合Ni、V、Fe等金属。第7节石油中的胶状沥青状物质→2胶质、沥青质的结构特点→2.1根本结构55上图所示是以一个稠合芳香环系为核心的结构，它组成了胶质与沥青质的根本单元，亦称单元结构，由于缩合的芳香环系是由芳香碳组成的平面结构，故称单元薄片。第7节石油中的胶状沥青状物质→2胶质、沥青质的结构特点→2.1根本结构562.2平均分子结构

单元结构数(n)：一个胶质或沥青质平均分子是由假设干个单元结构所组成，单元结构的个数即为单元结构数。胶质的n约为2，沥青质的n约为5。胶质

沥青质

第7节石油中的胶状沥青状物质→2胶质、沥青质的结构特点→2.2平均分子结构57单元结构重〔usw〕：单元结构的平均分子量。胶质与沥青质的单元结构重一般约为1000。结构参数：用fA、fN、fP、RA、RN、RT来表征平均分子中碳氢结构局部的结构特征。胶质：fA＝0.3～0.4，fP＝0.5左右，RA＝5～7，RN＝3.0左右。沥青质：fA＝0.4～0.5，fP＝0.4左右，RA＝7～10，RN＝3～4。杂原子：O—醚基、羰基、羧基、酚羟基S—硫醚、噻吩N—吡啶、吡咯

第7节石油中的胶状沥青状物质→2胶质、沥青质的结构特点→2.2平均分子结构582.3沥青质的似晶结构石墨的结构特征：纯碳形成的六方晶体，由许多相叠合的碳原子网状层所组成。层内碳原子排列呈正六角形，层间距0.335nm。XRD谱图在2θ＝26°处有锋利的(002)峰第7节石油中的胶状沥青状物质→2胶质、沥青质的结构特点→2.3沥青质的似晶结构59沥青质的似晶结构特征：XRD谱图在2θ＝26°处也有(002)峰存在，说明沥青质具有类似石墨的有序排列结构。以稠合芳香环为核心的单元薄片之间由于分子内或分子间π电子云的重叠而形成局部有序的似晶结构。层间距0.357nm，略大于石墨。由于芳香环上连有非平面结构的环烷环和烷基侧链使得层间排列不如石墨有序。第7节石油中的胶状沥青状物质→2胶质、沥青质的结构特点→2.3沥青质的似晶结构60图1-7-3沥青质的丝晶结构微粒的示意图第7节石油中的胶状沥青状物质→2胶质、沥青质的结构特点→2.3沥青质的似晶结构61表1-7-6庚烷沥青质似晶体的晶胞参数样品芳香片平均直径La,nm晶胞高度Lc,nm层间距dM

,nm层数Nc孤岛1.192.080.3575.8单家寺1.371.910.3575.4新疆天然沥青1.541.840.3575.2阿萨巴斯卡1.002.800.3577.8圣地亚哥1.101.900.3575.3博斯坎0.802.000.3575.6伯克洛夫1.232.090.3575.8第7节石油中的胶状沥青状物质→2胶质、沥青质的结构特点→2.3沥青质的似晶结构62沥青质似晶体的晶胞参数：芳香片平均直径La=0.8～1.5nm晶胞高度Lc=2.0nm层间距dM=0.357nm平均层数Nc=5～6胶质的XRD谱图中无明显的(002)峰，这也说明胶质没有象沥青