石油化學基礎知識

石油化學基礎知識

重慶科技學院付雪第1頁，共45頁。石油煉制工業(yè)在國民經(jīng)濟中的地位

石油煉制工業(yè)是國民經(jīng)濟最重要的支柱產(chǎn)業(yè)之一，是提供能源，尤其是交通運輸燃料和有機化工原料的最重要的工業(yè)。裾統(tǒng)計，全世界所需能源的40%依賴于石油產(chǎn)品，汽車等交通工具使用的原料幾乎全部是石油產(chǎn)品，有機化工原料也主要來源于石油煉制工業(yè)，世界石油總產(chǎn)量的約10%用于生產(chǎn)有機化工原料。第2頁，共45頁。用途燃料：各種牌號的汽油，柴油燃料油等潤滑油：各種牌號的內燃機油和機械油有機化工原料：生產(chǎn)乙烯的裂解原料工藝用油：變壓器油，電纜油，液壓油瀝青：鋪路瀝青，建筑瀝青，防腐瀝青蠟：食用，化妝品，包裝用，藥用石油焦碳：冶煉用焦，燃料焦第3頁，共45頁。主要內容石油及石油及其產(chǎn)品的化學組成石油的一般物理性質石油石油餾分的烴組成幾種油品的物理性質第4頁，共45頁。石油的化學組成

石油（或原油）通常是黑色或褐色的流動或半流動的粘稠液體，相對密度一般介于0.8~0.98之間。基本上由五種元素碳、氫、硫、氮、氧所組成。原油中碳的質量分數(shù)一般為83%~87%，氫的質量分數(shù)為11%~14%，硫的質量分數(shù)為0.05%~8%，氮的質量分數(shù)為0.02%~2%，氧的質量分數(shù)為0.05%~2%。第5頁，共45頁。碳氫含量和氫碳比

碳氫兩種元素的一般占95%以上，用原油的氫碳原子比來反映原油的屬性，一般輕質原油或石蠟基原油的氫碳原子比比較高，重質原油或環(huán)烷基原油的氫碳原子比比較低。烷烴>環(huán)烷烴>芳香烴第6頁，共45頁。硫、氮、氧的含量石油中的硫、氮、氧不是以元素形態(tài)，而是以化合物形態(tài)存在。對石油的加工工藝以及石油產(chǎn)品的使用性能都有很大影響。例：催化劑中毒問題和環(huán)境污染問題等。我國原油低硫、高氮。第7頁，共45頁。石油中的含硫化合物

含硫量高于2%的石油稱為高硫石油，低于0.5%的稱為低硫石油，介于之間的稱為含硫石油。大部分硫集中在重餾分和渣油中。石油中含硫化合物按性質可分為：活性硫化物：元素硫、硫化氫和硫醇等非活性硫化物：硫醚、二硫化物和吩噻活性硫化物對設備有強烈的腐蝕性。第8頁，共45頁。石油中的含氮化合物石油中的氮多分布在400℃以上的重油中。石油中含氮化合物的類型：堿性含氮化合物：吡啶、喹啉非堿性含氮化合物：咔唑非堿性化合物性質不穩(wěn)定，易被氧化和聚合，是導致石油二次加工油品顏色變深和產(chǎn)生沉淀的主要原因。第9頁，共45頁。石油中的含氧化合物酸性含氧化合物：環(huán)烷酸、芳香酸和脂肪酸中性含氧化合物：酮、醛和酯類石油中含氧化合物以酸性含氧化合物為主，對設備有腐蝕性。第10頁，共45頁。石油的餾分組成<200℃（或180℃）：汽油餾分200℃~350℃：煤柴油餾分350℃~500℃：潤滑油餾分>500℃：減壓渣油我國原油具有汽油含量低，渣油含量高的特點。第11頁，共45頁。石油餾分的烴類組成單體烴組成族組成結構族組成第12頁，共45頁。石油及其產(chǎn)品的物理性質

石油及其產(chǎn)品的物理性質是評定產(chǎn)品質量和控制生產(chǎn)過程的重要指標，也是設計和計算石油加工工藝裝置的重要數(shù)據(jù)。油品的物理性質與其化學組成有著密切的關系，油品的物理性質在很大程度上取決于其中所烴類的物理性質和化學性質。油品是各含種烴類和非烴類的復雜混合物；它的理化性質是各種化合物性質的宏觀綜合表現(xiàn)。它們之中有的性質有可加性，有的則沒有，而且多數(shù)不具有可加性。第13頁，共45頁。蒸汽壓

在某一溫度下液體與其液面上的蒸汽呈平衡狀態(tài)，這時蒸汽所產(chǎn)生的壓力稱為飽和蒸汽壓，簡稱為蒸汽壓。蒸汽壓的高低表明了液體氣化或蒸發(fā)的能力，蒸汽壓愈高，就說明液體愈容易汽化。第14頁，共45頁。餾分組成與平均沸點油品沸點隨氣化率增加而不斷增加。因此表示油品的沸點應以一個溫度范圍，即稱為沸程。在某一溫度范圍內蒸餾出的餾出物稱為餾分。它還是一個混合物，只不過包含的組分數(shù)目少一些。溫度范圍窄的稱為窄餾分，溫度范圍寬的稱為寬餾分。在石油產(chǎn)品的質量控制或原油的初步評價時，實驗室常用比較粗略而又最簡便的恩氏蒸餾裝置來測定油品的沸點范圍。思氏蒸餾裝置如圖所示。第15頁，共45頁。各種直餾產(chǎn)品的餾程范圍汽油40—200℃；燈用煤油180—300℃輕柴油200一300℃：噴氣燃料l30一240℃潤滑油350一500℃；重質燃料油＞500℃第16頁，共45頁。密度和相對（比重）密度我國規(guī)定油品20℃時密度作為石油產(chǎn)品的標準密度。液體油品的相對密度是其密度與規(guī)定溫度下水的密度之比，也稱比重，是無因次的。比重指數(shù)(API度)油品的密度和相對密度在生產(chǎn)和儲運中有著重要意義。相對密度與原油或產(chǎn)品的物理性質、化學性質有關。第17頁，共45頁。特性因數(shù)特性因數(shù)是表示烴類和石油餾分化學性質的一個重要參數(shù)。K表示。我園原油大多只有較高的K值。大慶原油K＝12.5勝利原油K＝12.1大港原油K＝11.8第18頁，共45頁。粘度和粘溫性質粘度是評定油品流動性的指標，是油品特別是潤滑油質量標準中的重要項目之一。粘度值就是用來表示流體流動時分子間摩擦產(chǎn)生阻力大小的標志。餾分越重，粘度越大。粘度的表示方法：運動粘度，mm2／s。條件粘度：恩氏粘度、賽氏粘度、雷氏粘度等。它們都是用特定儀器在規(guī)定條件下測定的。第19頁，共45頁。粘度與溫度的關系油品的粘溫性質：油品的粘度隨溫度的升高而減少，隨溫度的降低而增大。粘度指數(shù)：它是衡量潤滑油粘度受溫度影響變化程度的一個相對比較指標。第20頁，共45頁。其它物理性質一、低溫流動性油品在低溫下失去流動性的原因有兩個，含蠟量極少的油品，當溫度降低時粘度迅速增加，最后因粘度過高而失去了流動性，變成為無定形的玻璃狀物質，這種情況稱為粘溫凝固；對于含蠟較多的油品來說，油品冷卻時，油中所含的蠟就逐漸結晶出來，當析出的蠟逐漸增多形成一個網(wǎng)狀的骨架后，將尚處于液體狀態(tài)的油品包在其中，使整個油品失去了流動性，這種情況稱為構造凝固。相應的失去流動性的溫度稱為凝點(或凝固點)。第21頁，共45頁。冷濾點：是指在規(guī)定條件下，試油每分鐘開始不能通過濾清器流量20(mL)時的最高溫度。冷濾點測定的方法原理是模擬柴油在低溫下通過濾清器的工作狀況而設計的。第22頁，共45頁。二、燃燒性能1、閃點閃點(或稱閃火點)是指可燃性液體(如烴類及石油產(chǎn)品)的蒸氣同空氣的混合物在有火焰接近時，能發(fā)生閃火(一閃即滅)的最低油溫。

2、燃點：在油品達到閃點溫度以后，如果繼續(xù)提高溫度，則會使閃火不立即熄滅，生成的火焰越來越大，熄滅前所經(jīng)歷的時間也越來越低，當?shù)竭_某一油溫時，引火后所生成的火焰不再熄火(不少于5秒)這時油品就燃燒了。發(fā)生這種現(xiàn)象的最低油溫稱為燃點。第23頁，共45頁。3、自燃點：無需引火，油品即可因劇烈的氧化而產(chǎn)生火焰自行燃燒，這就是油品的自燃。能發(fā)生自燃的最低油溫，稱為自燃點。

第24頁，共45頁。幾種類型原油加工特點1）

低硫石蠟基原油

以大慶原油為代表，其加工特點：（1）原油含硫少，氮含量不高，輕質直餾產(chǎn)品基本不需要精制。（2）減壓餾分油是催化裂化的好原料，是生產(chǎn)潤滑油好原料。（3）由于含蠟高，是生產(chǎn)石蠟的好原料。（4）由于輕餾分油飽和烴含量高，作為裂解原料，乙烯收率高。（5）由于減壓渣油的殘?zhí)康停s質少，可以作為：催化裂化原料。第25頁，共45頁。

2）

中間基原油以勝利、遼河等原油代表，其加工特點：（1）直餾汽油芳烴潛含量較高，適于作為催化重整原料。其直餾產(chǎn)品酸度高，一般需要精制。（2）減壓餾分油中，烷烴含量低，作為催化裂化原料，生焦量大，柴油十六烷值低，需要改質，各餾分的芳烴含量都較高，不適合作裂解原料。（3）渣油可以生產(chǎn)瀝青。第26頁，共45頁。3）

含硫和高硫原油以中東原油為代表，其加工特點：（1）

產(chǎn)品含硫高，需要精制脫硫。（2）柴油收率高，凝點低，十六烷指數(shù)高，適合于生產(chǎn)低凝優(yōu)質柴油。（3）減壓渣油蠟含量低，飽和烴含量少，是生產(chǎn)高等級瀝青的優(yōu)質原料。

第27頁，共45頁。1、汽油1）主要品種及其應用范圍汽油的商品牌號為辛烷值主要品種：90#93#應用在壓縮比<9（95#）97#應用在壓縮比>9第28頁，共45頁。2）主要性能要求（1）抗爆性：辛烷值（2）蒸發(fā)性：餾程（3）安定性：抗氧化能力（4）腐蝕性：含硫，酸，堿（6）有害物質含量控制：（7）含氧化合物：第29頁，共45頁。汽油質量指標1）中華人民共和國車用無鉛汽油2000年1月1日執(zhí)行GB17930—1999說明：本標準與SH0041—1993的主要差異是：1、硫含量由不大于0.15%降為不大于0.10%。2000年7月1日起在在北京、上海和廣州執(zhí)行不大于0.08%。在2003年1月1日起全國執(zhí)行。2、增加苯含量不大于2.5%(v)；3、增加芳烴含量不大于40%(v)；4、增加烯烴含量不大于35%(v)；2000年7月1日起在在北京、上海和廣州執(zhí)行不大于0.08%。在2003年1月1日起全國執(zhí)行。5、氧含量不大于2.7%(m)；規(guī)定鐵不得人為加入。第30頁，共45頁。2）車用無鉛汽油技術要求

項目要求90#93#95#研究法辛烷值（RON）不小于909395抗爆指數(shù)（RON+MON）/2不小于858890含鉛量g/L不小于0.005餾程：10%不高于7050%不高于12090%不高于190終餾點不高于205殘留量%(v)不大于2蒸汽壓，kPa冬季不大于88夏季不大于74實際膠質，mg/100mL不大于5誘導期，min不小于480硫含量%(m)不大于0.1銅片腐蝕（50℃3h)級不大于1水溶性酸或堿無機械雜質及水分無苯含量，%(v)不大于2.5芳烴含量，%(v)不大于40烯烴含量，%(v)不大于35第31頁，共45頁。3）世界無鉛汽油規(guī)范

質量指標1類無鉛汽油(無控制）2類無鉛汽油(控制）3類無鉛汽油(超前控制）項目要求91#95#98#研究法辛烷值（RON）不小于919598馬達法辛烷值（MON）不小于828588含鉛量g/L不小于0.013不可觀察（無人為添加）不可觀察（無人為添加）錳含量，g/L無人為添加不可觀察（無人為添加）不可觀察（無人為添加）磷含量，g/L/不可觀察（無人為添加）不可觀察（無人為添加）硅含量，g/L/不可觀察（無人為添加）不可觀察（無人為添加）實際膠質，mg/100mL不大于555誘導期，min不小于360480480硫含量%(m)不大于0.10.020.003含氧量，%(m)不大于2.72.72.7銅片腐蝕,級不大于111水溶性酸或堿無無無機械雜質及水分無無無苯含量，%(v)不大于52.51.0芳烴含量，%(v)不大于504035烯烴含量，%(v)不大于/2010密度，kg/m3715/780715/770715/770沉淀物，mg/L不大于/11第32頁，共45頁。我國汽油的特點

（1）

硫含量低從原油上講我國原油為低硫原油。催化裂化汽油中硫的質量分數(shù)一般在0.05％以下。而我國汽油中的硫80%以上來自于催化裂化汽油．經(jīng)過調臺可以達到美國汽車制造者協(xié)會(AAMA)95號新配方汽油標準(0.05%)。（2）芳烴含量低目前我國93號商品汽油的芳烴含量僅20．3％(90號汽油中重整油只占5％．芳烴含量更低)比美國AAMA新配方汽油標準(27%)還低7個百分點。這就給增加芳烴的調合比例提供了空間。因此大力發(fā)展重整將是我國實現(xiàn)汽油無鉛化的重要一步．重整汽油不僅可提高汽油辛烷值，還能解決由汽油無鉛化帶來的辛烷值分布問題。

第33頁，共45頁。(3)蒸氣壓高我國現(xiàn)行汽油蒸氣壓指標(夏季＜74kPa、冬季＜88kPa高于歐美平均指標．與日本指標(夏季44—78kPa、冬季＜93kPa接近。

(4)高排放發(fā)動機國內汽車發(fā)動機大部分屬高排放發(fā)動機、在消滅70號汽油．實現(xiàn)無鉛化之后，影響汽車尾氣排放的主要矛盾在汽車行業(yè)的發(fā)動機改造。

(5)催化裂化汽油含量高催化裂化汽油占汽油總調合組分的70％一80％。這就造成汽油烯烴含量高的局面。

(6)我國經(jīng)濟發(fā)展不平衡沿海大城市經(jīng)濟發(fā)達。車輛擁擠，排放污染嚴重。第34頁，共45頁。醇類汽油和新配方汽油醇類汽油的優(yōu)點：辛烷值高，節(jié)省能源，不易生成積碳，污染小，屬清潔燃料醇類汽油的缺點：發(fā)熱值小，沸點低容易產(chǎn)生氣阻現(xiàn)象，有腐蝕性，有甲醇，易中毒與成品油進行調和，含醇類15%以下，發(fā)動機不需改造第35頁，共45頁。兩種工藝芳構化醚化第36頁，共45頁。2、柴油機燃料1）主要品種及其應用范圍品種：輕柴油：適用于高速柴油機重柴油（農用柴油）：適用于中、低速柴油機船用燃料油：適用于大功率、低速柴油機牌號：輕柴油：按凝固點劃分。如：0#-10#-20#-35#等。重柴油（農用柴油）：按粘度船用燃料油：按粘度如：180第37頁，共45頁。2）主要性能要求（1）自燃性（抗爆性）：十六烷值（2）蒸發(fā)性：餾程（3）粘度：（4）低溫性能：凝固點，冷濾點（5）腐蝕性：（6）安定性：（7）有害物質含量控制第38頁，共45頁。2、柴油機燃料質量指標1）中華人民共和國國家標準GB252—xxxx代替GB252—94輕柴油技術要求項目要求10#5#0#-10#-20#-35#-50#色度，號不大于3.5氧化安定性，總不溶物mg/100mL不大于2.5硫含量，%（m)不大于0.2酸度，mgKOH/100mL不大于710%蒸余物殘?zhí)浚?(m)，不大于0.3灰分，%(m)不大于0.01銅片腐蝕不大于1水分痕跡機械雜質無運動粘度（20℃），mm2/s3.0/8.02.5/8.01.8/7.0凝點，℃不高于1050-10-20-35-50冷濾點，℃不高于1284-514-29-44閃點，℃不低于5545十六烷值不小于45餾程，℃，50%不高于30090%不高于35595%不高于365第39頁，共45頁。生物柴油采用大豆油，葵花籽油，豬油，花生油等經(jīng)一系列反應提煉出和柴油餾分相近的組分與柴油進行調和。目前工藝已基本成型，很快投入生產(chǎn)。第40頁，共45頁。3、噴氣燃料（航空煤油）1）主要品種及其應用范圍我國噴氣燃料目前分為5個牌號：牌號餾程℃結晶點℃閃點℃芳烴含量(v%)適用1135—240-60軍用、民航2135—2