石油及其主要產(chǎn)品化學(xué)組成和物理性能.doc

石油及其主要產(chǎn)品化學(xué)組成和物理性能1、石油的化學(xué)組成1.1 顏色與密度石油（俗稱原油）通常是黑色、褐色或黃色的流動(dòng)或半流動(dòng)的粘稠液體，由于含有硫等其它物質(zhì)，一般都有不同程度的臭味。多數(shù)原油的密度集中在750950kg/m之間，也有個(gè)別原油的密度在1000 kg/m以上或在800 kg/m以下。1.2 元素組成一般而言，原油由以下幾種元素或化合物組成：碳8387%，氫1114%，硫13%（硫化物、二硫化物和單質(zhì)硫等），氮低于1%（以帶胺基的堿性化合物為主），氧低于1%（存在于二氧化碳、苯酚、酮和羧酸等有機(jī)化合物中），金屬和非金屬物質(zhì)低于1%（鎳、鐵、釩、銅、砷等）。根據(jù)硫含量的不同，可分為低硫原油（硫含量小于0.5%）、含硫原油（硫含量0.52.0%）和高硫原油（硫含量大于2.0%）三類。碳/氫原子比（有時(shí)也稱氫/碳原子比）是反映原油屬性的一個(gè)重要參數(shù)，與其原有的化學(xué)結(jié)構(gòu)有關(guān)系。1.3 烴類組成原油中的烴類成分主要分為烷烴、環(huán)烷烴、芳香烴，這些烴類組成是以氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài)的化合物存在。根據(jù)烴類成分的不同，原油也可分為石蠟基原油、環(huán)烷基原油和中間基原油三類。石蠟基原油含烷烴較多；環(huán)烷基原油含環(huán)烷烴、芳香烴較多；中間基原油介于二者之間。原油中的烴類含量因?yàn)楫a(chǎn)地種類不同差異很大，相對(duì)密度較小的輕質(zhì)原油中烴類含量可能大于90%，而相對(duì)密度較大的重質(zhì)原油中的烴類含量甚至可能小于50%。煉油廠加工的的原油通常為液態(tài)。原油中含的液體狀態(tài)烴按其沸點(diǎn)不同，可以分為低沸點(diǎn)餾分、中間餾分以及高沸點(diǎn)餾分。低沸點(diǎn)餾分，如在汽油餾分中含有C5C10的正構(gòu)烷烴、異構(gòu)烷烴、單環(huán)環(huán)烷烴、單環(huán)芳香烴（苯系）。中間餾分，如在煤油、柴油餾分中含有C10C20的正異構(gòu)烷烴、帶側(cè)鏈的單環(huán)環(huán)烷烴、雙環(huán)及三環(huán)環(huán)烷烴、雙環(huán)芳烴。高沸點(diǎn)餾分，如在潤滑油餾分中含有C20C36左右的正異構(gòu)烷、環(huán)烷烴和芳香烴。1.4 非烴化合物原油中非烴化合物主要包括含硫、含氮、含氧化合物和膠狀瀝青狀物質(zhì)等。原油中含硫化合物包括活性硫化物和非活性硫化物。原油中氮的分布隨著餾分沸點(diǎn)升高，其氮含量迅速增加，約有80%的氮集中在400以上的重油中。在原油中，氧元素都是以有機(jī)含氧化合物的形式存在的，主要分為酸性含氧化合物和中性含氧化合物兩大類。原油中含氧化合物化合物主要以酸性含氧化合物為主，其中主要是環(huán)氧酸，占原油酸性含氧化合物的90%。2、 石油及其主要石油產(chǎn)品的物理性能2.1 標(biāo)準(zhǔn)密度和相對(duì)密度 我國規(guī)定20時(shí)的密度為石油產(chǎn)品（簡稱油品）的標(biāo)準(zhǔn)密度。原油的相對(duì)密度，在我國是指在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，20原油與4純水單位體積的質(zhì)量比，又稱比重。原油相對(duì)密度一般在0.75-0.95之間，少數(shù)大于0.95或小于0.75。通常相對(duì)密度在0.9-1.0的原油稱為重質(zhì)原油，小于0.9的原油稱為輕質(zhì)原油。分子量相近的不同烴類之間密度差異很大，芳烴環(huán)烷烴烷烴。同一種原油沸點(diǎn)增加，分子量增大，密度增大。對(duì)不同原油，同樣沸程（又稱餾程，見2.7的定義），相對(duì)密度差異很大。一般來說，環(huán)烷基原油中間基原油石蠟基原油。2.2 特性因數(shù)(K)以烴類絕對(duì)溫度表示平均沸點(diǎn)（T）的立方根對(duì)相對(duì)密度作圖，所得曲線的斜率稱為特性因數(shù)K。它是反映原油或原油餾分化學(xué)組成特性的特性數(shù)據(jù)，對(duì)于了解原油分類和確定原油加工方案，油品的化學(xué)組成及油品的其它特性都十分有用。 含烷烴多的石蠟基原油餾分K值較大，約為12.113；含芳烴多的環(huán)烷基原油餾分K值小一些，約為10.511.5。同族烴K值相近，不同族烴K值不同。K的平均值，烷烴約為13，環(huán)烷烴約為11.5，芳烴約為10.5。2.3 平均相對(duì)分子量在煉油設(shè)備計(jì)算中，應(yīng)用最多的是平均相對(duì)分子量。平均相對(duì)分子量相當(dāng)于把混合物看作一個(gè)“單一組分”，這一“單一組分”的相對(duì)分子量就是平均相對(duì)分子量。石油餾分的平均相對(duì)分子量隨餾分沸程的升高而增大。汽油約為100120，煤油約為180200，輕柴油約為210240，低粘度潤滑油約為300360，高粘度潤滑油約為370500。2.4 粘度原油粘度是指原油在流動(dòng)時(shí)所引起的內(nèi)部摩擦阻力。原油粘度大小取決于溫度、壓力、溶解氣量及其化學(xué)組成，溫度增高其粘度降低，壓力增高其粘度增大，溶解氣量增加其粘度降低，輕質(zhì)油組分增加，粘度降低。原油粘度變化較大，一般在1-100MPas之間，粘度大的原油俗稱稠油，稠油由于流動(dòng)性差而開發(fā)難度增大。一般來說，粘度大的原油密度也較大。含烷烴多的原油餾分粘度較小，含環(huán)狀烴的原油餾分粘度較大，原油餾分愈重、沸點(diǎn)愈高，則其粘度愈大。2.5 油品低溫性能含蠟很少或不含蠟的油品，在溫度下降時(shí)，粘度迅速升高，當(dāng)粘度達(dá)到一定程度后，油品就變成無定形的玻璃狀物質(zhì)，失去流動(dòng)性，這種凝固稱為粘溫凝固。含蠟原油或油品，在溫度下降過程中，由于蠟結(jié)晶析出而引起的凝固稱為構(gòu)造凝固。在規(guī)定條件下冷卻油品，出現(xiàn)用肉眼可以分辨結(jié)晶時(shí)的最高溫度稱為結(jié)晶點(diǎn)。在規(guī)定條件下冷卻油品到出現(xiàn)結(jié)晶后，再使其升溫，使原來形成的結(jié)晶消失的最低溫度稱為冰點(diǎn)。同一油品的冰點(diǎn)比結(jié)晶點(diǎn)高13。在嚴(yán)格的儀器、操作條件下測得油品剛失去流動(dòng)時(shí)的最高溫度稱為凝點(diǎn)。油品能從規(guī)定儀器中流出的最低溫度稱為傾點(diǎn)，它比凝點(diǎn)能更好的反映油品的低溫性能。在規(guī)定壓力和冷卻速度下，測得20ml試油開始不能全部通過362目過濾網(wǎng)時(shí)的最高溫度稱為冷濾點(diǎn)。冷濾點(diǎn)能較好的反映柴油的泵送和過濾性能。2.6 油品燃燒性能 在加熱油品時(shí)，隨著油品溫度升高，油品上方空氣中的油氣濃度逐漸增大，當(dāng)用外來的火源去引燃油氣混合氣時(shí)，發(fā)現(xiàn)在一定濃度范圍內(nèi)，油品上方會(huì)出現(xiàn)瞬間閃火或爆炸現(xiàn)象。當(dāng)油氣濃度低于這一范圍，油氣不足，而高于這一范圍則空氣不足，都不能閃火爆炸，這一油氣濃度范圍稱為爆炸范圍。其下限濃度稱為爆炸下限，其上限濃度稱為爆炸上限。油品在常壓下，油氣混合氣相當(dāng)于爆炸下限或上限時(shí)的油品溫度稱為閃點(diǎn)。閃點(diǎn)越低表明其著火危險(xiǎn)性越大，油品以其閃點(diǎn)作為著火危險(xiǎn)等級(jí)的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。油品在規(guī)定條件下加熱到被外部火源引燃并連續(xù)燃燒不少于5秒鐘時(shí)的最低溫度稱為燃點(diǎn)。把油品預(yù)熱到很高的溫度，然后使其與空氣接觸，不需引火，油品即可能因劇烈氧化而產(chǎn)生火焰自行燃燒，這個(gè)讓油品產(chǎn)生自燃的最低溫度稱為自然點(diǎn)。油品是由具有不同沸點(diǎn)的烴化合物組成的混合物，與水（沸點(diǎn)為100）不同，沒有固定的沸點(diǎn)。其閃點(diǎn)隨著具有不同沸點(diǎn)化合物的含量比例不同而各有差異。沸點(diǎn)越高，閃點(diǎn)也高。如油品中煤油閃點(diǎn)在40以上，柴油在5065之間，重油在80120之間，潤滑油要達(dá)到300左右。自燃點(diǎn)卻相反，沸點(diǎn)高的油品，自燃點(diǎn)降低，如汽油自燃點(diǎn)為415530，裂化殘?jiān)妥匀键c(diǎn)約為270，石油瀝青則降至230240左右。2.7 蒸汽壓和餾程 在一定溫度下，一種物質(zhì)液相與其上方的氣相呈平衡狀態(tài)時(shí)，該蒸汽所產(chǎn)生的壓力稱為飽和蒸汽壓，簡稱蒸汽壓。蒸汽壓愈高的液體愈易于氣化。 原油和油品是各種烴類和非烴類的復(fù)雜混合物，在一定壓力下，它的沸點(diǎn)隨著氣化率增加而不斷升高。蒸餾時(shí)，從開始有油品餾出時(shí)的最低溫度（初餾點(diǎn)）到全部液體蒸發(fā)后最后達(dá)到的最高氣相溫度(終餾點(diǎn)又稱干點(diǎn))，這一溫度范圍稱為油品的餾程，又稱沸程。3、煉油生產(chǎn)裝置的主要產(chǎn)品3.1 汽油汽油是消耗量最大的油品之一。汽油的餾程為30220，密度約為700780 kg/m。易燃易揮發(fā)，爆炸極限為1.47.6%。汽油產(chǎn)品根據(jù)用途可分為航空汽油、車用汽油、溶劑汽油三大類。前兩者主要用作汽油機(jī)的燃料，廣泛用于汽車、摩托車、快艇、直升飛機(jī)、農(nóng)林業(yè)用飛機(jī)等。溶劑汽油則用于合成橡膠、油漆、油脂、香料等生產(chǎn)；汽油組分還可以溶解油污等水無法溶解的物質(zhì)，起到清潔油污的作用；汽油組分作為有機(jī)溶液，還可以作為萃取劑使用。汽油在發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸中燃燒時(shí)的抗爆震能力稱為抗爆性，是汽油最重要的指標(biāo)之一。汽油的抗爆性是用辛烷值來表示的，人為規(guī)定異辛烷的辛烷值為100，正庚烷的辛烷值為0，汽油牌號(hào)即為其辛烷值。如車用汽油，依據(jù)國V標(biāo)準(zhǔn)，牌號(hào)分別為89號(hào)、92號(hào)、95號(hào)、98號(hào)，號(hào)數(shù)越大，抗爆性能越好。需要注意，汽油辛烷值只表示汽油的抗爆震程度，并不表示汽油中異辛烷的真正含量。汽油主要由石油煉制得到的直餾汽油組分、催化裂化汽油組分、催化重整汽油組分等不同汽油組分經(jīng)精制后與高辛烷值組分調(diào)和制得。汽油由烴類組成，對(duì)分子量大致相同的不同烴類，其辛烷值：正構(gòu)烷烴環(huán)烷烴、烯烴正構(gòu)烯烴異構(gòu)烷烴和異構(gòu)烯烴芳烴。同族烴類，分子量越小，沸點(diǎn)越低，辛烷值越大。汽油的干點(diǎn)降低，辛烷值會(huì)升高。3.2 航空煤油航空煤油是指作為噴氣式（渦噴、渦扇、渦槳、渦軸等燃?xì)廨啓C(jī)）航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃料使用的煤油，學(xué)名噴氣燃料，簡稱航煤。航空煤油的餾程為150315，密度約為775830kg/m。易燃易揮發(fā)，揮發(fā)后與空氣混合形成爆炸性的混合氣體，爆炸極限為2-3% 。對(duì)航空渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)來說，燃?xì)廨啓C(jī)是靠很細(xì)的噴嘴把燃料噴成云霧狀跟高壓高溫空氣充分混合，產(chǎn)生猛烈燃燒而工作。汽油容易揮發(fā)，太容易燃燒，不安全。柴油黏度太大，燃?xì)廨啓C(jī)里不適合。噴氣燃料分很多種，一般分1、2、3、4號(hào)和高閃點(diǎn)噴氣燃料五個(gè)品種，其中比較常用是3號(hào)噴氣燃料。3號(hào)噴氣燃料是由直餾餾分、加氫裂化和加氫精制等裝置生產(chǎn)的航煤組分及必要的添加劑調(diào)和而成的一種透明液體，主要由不同餾分的烴類化合物組成。3號(hào)噴氣燃料密度適宜，熱值高，燃燒性能好，能迅速、穩(wěn)定、連續(xù)、完全燃燒，且燃燒區(qū)域小，積炭量少，不易結(jié)焦；低溫流動(dòng)性好，能滿足寒冷低溫地區(qū)和高空飛行對(duì)油品流動(dòng)性的要求；熱安定性和抗氧化安定性好，可以滿足超音速高空飛行的需要；潔凈度高，無機(jī)械雜質(zhì)及水分等有害物質(zhì)，硫含量尤其是硫醇性硫含量低，對(duì)機(jī)件腐蝕小。3.3 柴油柴油分為輕柴油和重柴油兩大類，其餾程分別為180-370和350-410，密度約為790850 kg/m。柴油質(zhì)量要求是燃燒性能和流動(dòng)性好，其重要技術(shù)指標(biāo)分別為十六烷值和凝點(diǎn)。同車用汽油一樣，柴油也有不同的牌號(hào)。柴油按凝點(diǎn)分級(jí)，輕柴油有5、0、-10、-20、-35、-50六個(gè)牌號(hào)，重柴油有10、20、30三個(gè)牌號(hào)，依據(jù)使用外部環(huán)境溫度選用柴油的牌號(hào)。我國柴油汽車主要選用后5個(gè)牌號(hào)的柴油，外部環(huán)境溫度在4以上時(shí)選用0#柴油，在4 -5時(shí)選用-10#柴油，在-5 -14時(shí)選用-20#柴油，在-14 -29時(shí)選用-35#柴油。柴油主要通過原油蒸餾、催化裂化、加氫裂化、石油焦化、柴油加氫等過程生產(chǎn)的柴油餾分直配或調(diào)配而成。柴油十六烷值表示其發(fā)火性能。它的制定是用兩種燃燒性能十分懸殊的烴類作為基準(zhǔn)物：一種是十六烷，它的燃燒性能良好，把它的十六烷值定為100；另一種是 -甲基萘，因其燃燒性能差，而把它的十六烷值定為零。柴油十六烷值是指與所測柴油自燃性相當(dāng)?shù)臉?biāo)準(zhǔn)燃料中所含正構(gòu)十六烷烴的體積百分?jǐn)?shù)，愈高其自燃性愈好。對(duì)于柴油，十六烷值并非愈高愈好，十六烷值愈大，燃料太易自然，尚未與空氣完全混合均勻就開始燃燒，易出現(xiàn)燃燒不完全，分離的炭來不及燃燒，會(huì)隨著廢氣排走，造成燃料過多消耗，部分烴類熱分解（500700），產(chǎn)生黑煙。另外，十六烷值過大，凝點(diǎn)高，低溫流動(dòng)性差。所以，一般規(guī)定十六烷值不高于65。3.4 液化氣與石油焦液化石油氣是煉油工藝生產(chǎn)裝置在石油煉制過程中產(chǎn)出的多種低沸點(diǎn)低碳數(shù)的烴類混合物，沒有固定的組分。主要成分是丙烷、丁烷、丙烯、丁烯和少量的乙烷、戊烷、戊烯等。在常溫常壓下（20、100kpa）呈氣體狀態(tài)，只有在增高壓力或降低溫度的條件下，才變成液體，故稱為液化石油氣。液態(tài)液化石油氣的密度約為580 kg/ m，氣態(tài)密度約為：2.35kg/ m，比空氣重。液化石油氣氣體的密度隨著溫度和壓力的不同而發(fā)生變化。液體密度受溫度影響較大，溫度上升密度變小，同時(shí)體積膨脹，由于液體壓縮性很小，因此壓力對(duì)密度的影響也很小，可以忽略不計(jì)。液化氣的爆炸范圍為1.59.5%，易爆性是液化石油氣最大的特點(diǎn)。 石油焦（生焦）是一種黑色或暗灰色的固體焦炭，是各種渣油、瀝青或重油在高溫下（490550）分解、縮合、焦化后而制得的，是焦化過程所特有的產(chǎn)品。石油焦的組分主要為瀝青質(zhì)，含碳9097%，含氫1.58%，同時(shí)還含有少量的硫、氮、氯及重金屬化合物。石油焦的形態(tài)隨生產(chǎn)過程、操作條件及進(jìn)料性質(zhì)的不同而有所差異。石油焦外觀通常為黑褐色多孔固體不規(guī)則塊狀，此種焦又稱為海綿焦。第二種品質(zhì)較佳的石油焦叫做針狀焦，與海綿焦比，由于其具較低的電阻及熱膨脹系數(shù)，因此更適合做電極。有時(shí)還有另一種堅(jiān)硬石油焦亦會(huì)產(chǎn)生，稱之為球狀（彈丸）焦，這種焦形如彈丸，表面積少，不易焦化，故用途不多。3.5 其它石油產(chǎn)品化工原料油。在大型煉油化工一體化企業(yè)中，其煉油工藝生產(chǎn)裝置還生產(chǎn)大量的化工原料油，作為乙烯系列生產(chǎn)裝置和芳烴系列生產(chǎn)裝置的原料。乙烯系列生產(chǎn)裝置和芳烴系列生產(chǎn)裝置的副產(chǎn)品也可以作為煉油工藝生產(chǎn)裝置的原料、調(diào)和油品的組分或產(chǎn)品。大型煉油化工一體化企業(yè)，更易于實(shí)現(xiàn)原油價(jià)值鏈的最大化，是新建企業(yè)的方向。燃料油又稱重油，可以分為常壓重油、減壓重油、催化重油和混合重油。混合重油一般指減壓重油和催化重油的混合，包括渣油、催化油漿和部分瀝青的混合，其特點(diǎn)是粘度大，含非烴化合物、膠質(zhì)、瀝青質(zhì)多。燃料油分為船用內(nèi)燃機(jī)燃料油和爐用燃料油兩大類，兩類都包括餾分油和殘?jiān)?。餾分油一般是由直餾重油和一定比例的柴油混合而成，用于中速或高速船用柴油機(jī)和小型鍋爐。殘?jiān)椭饕菧p壓渣油、裂化渣油或二者的混合物，也可以調(diào)入適量裂化輕油制成重質(zhì)石油燃料油，作為低速柴油機(jī)、部分中速柴油機(jī)、各種工業(yè)爐或鍋爐的燃料。潤滑油一般由基礎(chǔ)油和添加劑兩部分組成?；A(chǔ)油是潤滑油的主要成分，決定著潤滑油的基本性質(zhì)，添加劑可以彌補(bǔ)和改善基礎(chǔ)油性能方面的不足，賦予某些新的性能，是潤滑油的重要組成部分。潤滑油基