石油綜述第二章石油的組成及性質(zhì)

1、第二章油氣的組成與性質(zhì)第一節(jié)油氣在地層中，油氣那么是指原油與天然氣混合形成的礦藏能源。 油氣的組成那么是 要把原油的組成與天然氣的組成分開講解。原油即石油，也稱黑色金子，是一種粘稠的、深褐色有時(shí)有點(diǎn)綠色的液 體。習(xí)慣上稱直接從油井中開采出來未加工的石油為原油，它是一種由各種烴類組成的黑褐色或暗綠色黏稠液態(tài)或半固態(tài)的可燃物質(zhì)。地殼上層局部地區(qū)有石油 儲(chǔ)存。它由不同的碳?xì)浠衔锘旌辖M成， 其主要組成成分是烷烴，此外石油中還 含硫、氧、氮、磷、釩等元素?？扇苡诙喾N有機(jī)溶劑，不溶于水，但可與水形成乳 狀液。按密度圍分為輕質(zhì)原油、中質(zhì)原油和重質(zhì)原油。不過不同油田的石油成分 和外貌可以有很大差異。石油主要

2、被用來作為燃油和汽油，燃料油和汽油組成世 界上最重要的一次能源之一。石油也是許多化學(xué)工業(yè)產(chǎn)品一一如溶劑、 化肥、殺 蟲劑和塑料等的原料。原油是一種黑褐色的流動(dòng)或半流動(dòng)粘稠液， 略輕于水，是 一種成分十分復(fù)雜的混合物；就其化學(xué)元素而言，主要是碳元素和氫元素組成的 多種碳?xì)浠衔?，統(tǒng)稱“烴類。原油中碳元素占83%87%氫元素占11%廠14% 其它局部那么是硫、氮、氧與金屬等雜質(zhì)。雖然原油的根本元素類似，但從地下開 采的天然原油，在不同產(chǎn)區(qū)和不同地層，反映出的原油品種那么紛繁眾多，其物理 性質(zhì)有很大的差異。原油的分類按組成分類：石蠟基原油、環(huán)烷基原油和中間基原油三類；按硫含量分類：超低硫原油、低硫原

3、油、含硫原油和高硫原油四類;按比重分類：輕質(zhì)原油、中質(zhì)原油、重質(zhì)原油以三類。第二節(jié)原油的組成與物理化學(xué)性質(zhì)原油的性質(zhì)包含物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)兩個(gè)方面。物理性質(zhì)包括顏色、密度、 粘度、凝固點(diǎn)、溶解性、發(fā)熱量、熒光性、旋光性等；化學(xué)性質(zhì)包括化學(xué)組成、 組分組成和雜質(zhì)含量等。密度原油相對(duì)密度一般在0.750.95之間，少數(shù)大于0.95或小于0.75，相對(duì)密度 在0.91.0的稱為重質(zhì)原油，小于0.9的稱為輕質(zhì)原油。粘度原油粘度是指原油在流動(dòng)時(shí)所引起的部摩擦阻力，原油粘度大小取決于溫 度、壓力、溶解氣量與其化學(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

4、低。原油粘度變化較大，一 般在1lOOmPas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。凝固點(diǎn)原油冷卻到由液體變?yōu)楣腆w時(shí)的溫度稱為凝固點(diǎn)。原油的凝固點(diǎn)大約在-50°C35°C之間。凝固點(diǎn)的上下與石油中的組分含量有關(guān)，輕質(zhì)組分含量高， 凝固點(diǎn)低，重質(zhì)組分含量高，尤其是石蠟含量高，凝固點(diǎn)就高。含蠟量含蠟量是指在常溫常壓條件下原油中所含石蠟和地蠟的百分比。 石蠟是一種 白色或淡黃色固體，由高級(jí)烷烴組成，熔點(diǎn)為37C76C。石蠟在地下以膠體狀 溶于石油中，當(dāng)壓力和溫度降低時(shí)，可從石油中析出。地層原油中的石蠟開始結(jié) 晶析出的溫度叫

5、析蠟溫度，含蠟量越高，析蠟溫度越高。析蠟溫度高，油井容易結(jié)蠟，對(duì)油井管理不利 含硫量含硫量是指原油中所含硫硫化物或單質(zhì)硫分的百分?jǐn)?shù)。原油中含硫量較 小，一般小于1%但對(duì)原油性質(zhì)的影響很大，對(duì)管線有腐蝕作用，對(duì)人體健康有 害。根據(jù)硫含量不同，可以分為低硫或含硫石油。含膠量含膠量是指原油中所含膠質(zhì)的百分?jǐn)?shù)。原油的含膠量一般在5%20%之間膠質(zhì)是指原油中分子量較大3001000的含有氧、氮、硫等元素的多環(huán)芳香烴 化合物，呈半固態(tài)分散狀溶解于原油中。膠質(zhì)易溶于石油醚、潤(rùn)滑油、汽油、氯 仿等有機(jī)溶劑中。其他原油中瀝青質(zhì)的含量較少，一般小于1%瀝青質(zhì)是一種高分子量大于1000 以上具有多環(huán)結(jié)構(gòu)的黑色固體物

6、質(zhì)，不溶于酒精和石油醚，易溶于苯、氯仿、 二硫化碳。瀝青質(zhì)含量增高時(shí)，原油質(zhì)量變壞。原油中的烴類成分主要分為烷烴、環(huán)烷烴、芳香烴。根據(jù)烴類成分的不同, 可分為的石蠟基石油、環(huán)烷基石油和中間基石油二類。石蠟基石油含烷烴較多； 環(huán)烷基石油含環(huán)烷烴、芳香烴較多；中間基石油介于二者之間。中國(guó)已開米的原 油以低硫石蠟基居多。等地原油均屬此類。其中，最有代表性的原油，硫含量低, 蠟含量高，凝點(diǎn)高，能生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)煤油、柴油、溶劑油、潤(rùn)滑油和商品石蠟。勝 利原油膠質(zhì)含量高29%,比重較大0.91左右，含蠟量高約15-21%,屬含硫 中間基。汽油餾分感鉛性好，且富有環(huán)烷烴和芳香烴，故是重整的良好原料。成分組成平均

7、而言，原油由以下幾種元素或化合物組成：碳84%氫14%硫一一1到3% 硫化氫、硫化物、二硫化物和單質(zhì)硫氮一一低于1% 帶胺基的堿性化合物氧一一低于1% 存在于二氧化碳、苯酚、酮和羧酸等有機(jī)化合物中金屬一一低于1% 鎳、鐵、釩、銅、砷烴含有大量的能量。來自原油的許多產(chǎn)品，例如汽油、柴油和石蠟等都是利了這一能量。烴有多種存在形式。最簡(jiǎn)單的烴是甲烷CH4,這是一種比空 氣輕的氣體。含有5個(gè)與5個(gè)以上碳原子的長(zhǎng)鏈都是液體。非常長(zhǎng)的長(zhǎng)鏈那么是固體， 例如蠟或焦油。通過對(duì)烴鏈進(jìn)行化學(xué)耦合，可以得到各種產(chǎn)品，從合成橡膠到尼 龍?jiān)俚剿良矣盟芰现破穞upperware 所用的塑料都是這樣生產(chǎn)出來的。 烴鏈 幾

8、乎無所不能。原油中的烴的主要種類包括：石蠟化學(xué)通式：CnH2n+2n為整數(shù)，一般從1到20直鏈或支鏈分子室溫下，根據(jù)分子的不同，有氣態(tài)和液態(tài)兩種存在形式實(shí)例：甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、異丁烷、戊烷、己烷芳香烴化學(xué)通式：C6H5-Y Y是連接在苯環(huán)上的一個(gè)長(zhǎng)直鏈分子具有一個(gè)或一個(gè)以上環(huán)的環(huán)狀結(jié)構(gòu)環(huán)由六個(gè)碳原子構(gòu)成，碳原子之間的成鍵方式為單鍵與雙鍵相互交替一般為液態(tài)實(shí)例：苯、萘環(huán)烷 Nap the nes 或環(huán)烷 Cyclalka nes化學(xué)通式：CnH2nn為整數(shù)，一般從1到20具有一個(gè)或一個(gè)以上環(huán)的環(huán)狀結(jié)構(gòu)環(huán)碳原子之間的成鍵方式均為單鍵室溫下一般為液態(tài)實(shí)例：環(huán)己烷、甲基環(huán)戊烷烯烴化學(xué)通式：CnH

9、2nn為整數(shù)，一般從1到20含有一個(gè)碳碳雙鍵的直鏈或支鏈分子以液態(tài)或氣態(tài)形式存在實(shí)例：乙烯、丁烯、異丁烯二烯烴和炔烴化學(xué)通式：CnH2n-2n為整數(shù)，一般從1到20含有兩個(gè)碳碳雙鍵的直鏈或支鏈分子以液態(tài)或氣態(tài)形式存在實(shí)例：乙炔、丁二烯第三節(jié)天然氣從廣義的定義來說，天然氣是指自然界中天然存在的一切氣體， 包括大氣圈、 水圈、和巖石圈中各種自然過程形成的氣體。 而人們長(zhǎng)期以來通用的“天然氣 的定義，是從能量角度出發(fā)的狹義定義，是指天然蘊(yùn)藏于地層中的烴類和非烴類 氣體的混合物。天然氣主要成分烷烴，其中甲烷占絕大多數(shù)，另有少量的乙烷、丙烷和丁烷， 此外一般有硫化氫、二氧化碳、氮和水氣和少量一氧化碳與微

10、量的稀有氣體，如 氦和氬等。在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，甲烷至丁烷以氣體狀態(tài)存在，戊烷以上為液體。甲烷 是最短和最輕的烴分子。天然氣主要存在于油田氣、氣田氣、煤層氣、泥火山氣和生物生成氣中，也 有少量出于煤層。天然氣又可分為伴生氣和非伴生氣兩種。 伴隨原油共生，與原 油同時(shí)被采出的油田氣叫伴生氣；非伴生氣包括純氣田天然氣和凝析氣田天然氣 兩種，在地層中都以氣態(tài)存在。凝析氣田天然氣從地層流出井口后， 隨著壓力的 下降和溫度的升高，別離為氣液兩相，氣相是凝析氣田天然氣，液相是凝析液， 叫凝析油。天然氣與石油生成過程既有聯(lián)系又有區(qū)別： 石油主要形成于深成作用階段，由催 化裂解作用引起，而天然氣的形成那么貫穿于成巖

11、、深成、后成直至變質(zhì)作用的始 終；與石油的生成相比，無論是原始物質(zhì)還是生成環(huán)境，天然氣的生更廣泛、更 迅速、更容易，各種類型的有機(jī)質(zhì)都可形成天然氣一一腐泥型有機(jī)質(zhì)那么既生油又 生氣，腐植形有機(jī)質(zhì)主要生成氣態(tài)烴。因此天然氣的成因是多種多樣的。 歸納起 來，天然氣的成因可分為生物成因氣、 油型氣和煤型氣。無機(jī)成因氣尤其是非烴 氣受到高度重視，這里一并簡(jiǎn)要介紹，最后還了解各種成因氣的判別方法。依天然氣蘊(yùn)藏狀態(tài)，又分為構(gòu)造性天然氣、水溶性天然氣、煤礦天然氣等三 種。而構(gòu)造性天然氣又可分為伴隨原油出產(chǎn)的濕性天然氣、不含液體成份的干性 天然氣。生物成因氣：生物成因氣一指成巖作用階段早期，在淺層生物化學(xué)作用

12、帶， 沉積有機(jī)質(zhì)經(jīng)微生物的群體發(fā)酵和合成作用形成的天然氣。其中有時(shí)混有早期低 溫降解形成的氣體。生物成因氣出現(xiàn)在埋藏淺、時(shí)代新和演化程度低的巖層中, 以含甲烷氣為主。形成條件生物成因氣形成的前提條件是更加豐富的有機(jī)質(zhì)和強(qiáng)復(fù)原環(huán)境。最有利于生氣的有機(jī)母質(zhì)是草本腐植型一腐泥腐植型，這些有機(jī)質(zhì)多分布于 陸源物質(zhì)供給豐富的三角洲和沼澤湖濱帶， 通常含陸源有機(jī)質(zhì)的砂泥巖系列最有 利。硫酸巖層中難以形成大量生物成因氣的原因，是因?yàn)榱蛩釋?duì)產(chǎn)甲烷菌有明顯的抵抗作用，H優(yōu)先復(fù)原SGfS2-形成金屬硫化物或HHS等，因此CO不能被H 復(fù)原為CH。甲烷菌的生長(zhǎng)需要適宜的地化環(huán)境，首先是足夠強(qiáng)的復(fù)原條件，一般Eh&l

13、t;-300m V為宜即地層水中的氧和 SQ2-依次全部被復(fù)原以后，才會(huì)大量繁殖； 其次對(duì)pH值要求以靠近中性為宜，一般6.08.0，最正確值7.27.6 ;再者， 甲烷菌生長(zhǎng)溫度Q75C,最正確值3742C。沒有這些外部條件，甲烷菌就不 能大量繁殖，也就不能形成大量甲烷氣。天然氣燃料是各種替代燃料中最早廣泛使用的一種，它分為壓縮天然氣CNG和液化天然氣LNG兩種。作為汽車燃料，天然氣具有單位熱值高、排氣污染小、供給可靠、價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)，已成為世界車用清潔天燃料的開展方向，而天然氣汽車那么已成為開展最快、 使用量最多的新能源汽車。國(guó)際天然氣汽車組 織的統(tǒng)計(jì)顯示，天然氣汽車的年均增長(zhǎng)速度為 20.

14、8%,全世界共有大約1270萬(wàn)輛 使用天天然氣的車輛，2021年總量將達(dá)7000萬(wàn)輛，其局部是壓縮天然氣汽。第四節(jié)石油類產(chǎn)品在生活中的應(yīng)用1. 汽油汽油是消耗量最大的品種。汽油的沸點(diǎn)圍又稱餾程為30 205 ° C,密度為0.700.78克/厘米3,商品汽油按該油在汽缸中燃燒時(shí)抗爆震燃燒性能的優(yōu) 劣區(qū)分，標(biāo)記為辛烷值70、80、90或更高。號(hào)俞大，性能俞好，汽油主要用作 汽車、摩托車、快艇、直升飛機(jī)、農(nóng)林用飛機(jī)的燃料。商品汽油中添加有添加劑如抗爆劑四乙基鉛以改善使用和儲(chǔ)存性能。受環(huán)保要求，今后將限制芳烴和 鉛的含量。2. 噴氣燃料噴氣燃料主要供噴氣式飛機(jī)使用。 沸點(diǎn)圍為60280C或

15、150315C 俗稱航空 汽油。為適應(yīng)高空低溫高速飛行需要，這類油要求發(fā)熱量大，在 -50C不出現(xiàn)固 體結(jié)晶。煤油沸點(diǎn)圍為180310C主要供照明、生活炊事用。要求火焰平穩(wěn)、 光亮而不冒黑煙。目前產(chǎn)量不大。3. 煤油煤油沸點(diǎn)圍為180 310 C主要供照明、生活炊事用。要求火焰平穩(wěn)、光亮而 不冒黑煙。目前產(chǎn)量不大。4. 柴油柴油沸點(diǎn)圍有180370C和350410C兩類。對(duì)石油與其加工產(chǎn)品，習(xí)慣上對(duì)沸 點(diǎn)或沸點(diǎn)圍低的稱為輕， 相反成為重。 故上述前者稱為輕柴油， 后者稱為重柴油。 商品柴油按凝固點(diǎn)分級(jí)，如 10、 -20 等，表示低使用溫度，柴油廣泛用于大型車 輛、船艦。由于高速柴油機(jī)汽車用比

16、汽油機(jī)省油，柴油需求量增長(zhǎng)速度大于 汽油，一些小型汽車也改用柴油。 對(duì)柴油質(zhì)量要燃燒性能和流動(dòng)性好。 燃燒性能 用十六烷值表示愈高愈好，原油制成的柴油十六烷值可達(dá)68。高速柴油機(jī)用的輕柴油十六烷值為 4255，低速的在 35 以下。5. 燃料油 燃料油用作鍋爐、輪船與工業(yè)爐的燃料。商品燃料油用粘度大小區(qū)分不同牌號(hào)。6. 石油溶劑 石油溶劑用于香精、油脂、試劑、橡膠加工、涂料工業(yè)做溶劑，或清洗儀器、儀 表、機(jī)械零件。7. 潤(rùn)滑油從石油制得的潤(rùn)滑油約占總潤(rùn)滑劑產(chǎn)量的 95%以上。除潤(rùn)滑性能外， 還具有冷卻、 密封、防腐、絕緣、清洗、傳遞能量的作用。用量最大的是燃機(jī)油占40%，其余為齒輪油、液壓油、

17、汽輪機(jī)油、電器絕緣油、壓縮機(jī)油，合計(jì)占40%。商品潤(rùn)滑油按粘度分級(jí)，負(fù)荷大，速度低的機(jī)械用高粘度油，否那么用低粘度油。煉油 裝置生產(chǎn)的是采取各種精制工藝制成的根底油， 再加多種添加劑， 因此具有專用 功能，附加產(chǎn)值高。8. 潤(rùn)滑脂俗稱黃油，是潤(rùn)滑劑加稠化劑制成的固體或半流體， 用于不宜使用潤(rùn)滑油的軸承、 齒輪部位。9. 石蠟油包括石蠟占總消耗量的 10%、地蠟、石油脂等。石蠟主要做包裝材料、化裝 品原料與蠟制品，也可做為化工原料產(chǎn)脂肪酸肥皂原料。10 . 石油瀝青 主要供道路、建筑用。11. 石油焦用于冶金鋼、鋁、化工電石行業(yè)做電極。12. 其它除上述石油商品外， 各個(gè)煉油裝置還得到一些在常溫下是氣體的產(chǎn)物， 總稱煉廠 氣，可直接做燃料或加壓液化分出液化石油氣，可做原料或化工原料。 煉油廠 提供的化工原料品種很多， 是有機(jī)化工產(chǎn)品的原料基地， 各種油、 煉廠氣都可按 不同生產(chǎn)目的、生產(chǎn)工藝選用