石油的化學組成課件

第二章石油的化學組成本章小結(jié)石油的元素組成：組成石油的主要元素是碳、氫、硫、氮、氧五種元素。石油的烴類組成：由碳和氫可組成烴類化合物，即烷烴、環(huán)烷烴和芳香烴，它們在原油中占絕大部分。在原油中不含不飽和烴，但在二次加工后的石油產(chǎn)品中有不飽和烴（烯烴）。石油中的非烴化合物主要指：含硫、含氮和含氧化合物以及膠狀瀝青狀物質(zhì)。餾分組成：原油加工時通常是按照沸點高低首先將其切割成幾個餾分，即汽油餾分、煤柴油餾分（中間餾分）、減壓餾分和減壓渣油。我國原油的特點：從元素組成上看，含硫低、含氮高是我國原油的特點之一。汽油餾分含量低、渣油含量高是我國原油餾分組成的一個特點。

各類化合物的分布規(guī)律

隨著石油餾分沸點的升高，餾分中烷烴含量逐漸減少，芳烴含量逐漸增大，含硫化合物和膠質(zhì)含量均逐漸增加。大部分含硫、含氮、含氧化合物和膠質(zhì)以及全部瀝青質(zhì)都集中在渣油中。石油餾分的烴類表示方法渣油、膠質(zhì)和瀝青質(zhì)性質(zhì)一：石油的一般性狀

1．顏色及密度石油通常是黑色、褐色或黃色的流動或半流動的粘稠液體。

多數(shù)原油的密度集中在800～980kg/m3之間，但也有個別原油的相對密度在1000kg/m3以上或800kg/m3以下。2．我國主要原油的特點

相對密度（d204）>0.86，屬較重原油；凝點(CP)高，含蠟量高；含硫量較低含氮量偏高，大部分原油N>0.3%二：石油的元素組成原油中的主要元素是C、H

83～87%

11～14%

原油中除C、H外，還有S、N、O及其他微量元素(1～5%)

原油中的微量金屬元素有V、Ni、Fe、Cu、As等石油中的非碳氫原子稱為雜原子。與國外原油相比，我國原油的含硫低、含氮量高，Ni/V>1(陸相成油)。氫碳比(H/C)：是用來反映原油的屬性的一個參數(shù)，與原油的化學結(jié)構(gòu)有關(guān)系各種烴類H/C原子比大小順序是：

烷烴>環(huán)烷烴>芳香烴

各種油品的H/C天然氣液化氣汽油柴油輕質(zhì)油3.902.201.90～2.201.60～1.801.80～2.0

普通原油重質(zhì)油減壓渣油瀝青石油焦1.50～1.90～1.501.40～1.701.10～1.200.30～0.40三、石油的餾分組成1.餾分：是指用分餾方法把原油分成的不同沸點范圍的組分。

石油是一個多組分的復(fù)雜混合物，每個組分有其各自不同的沸點用分餾的方法，可以把石油餾分分成不同溫度段，如<200℃、200～350℃等，稱為石油的一個餾分餾分不等同于產(chǎn)品2.餾分與產(chǎn)品的區(qū)別：石油產(chǎn)品是石油的一個餾分，但餾分并不等同于產(chǎn)品。石油產(chǎn)品要滿足油品的規(guī)格要求，餾分要變成產(chǎn)品還必須對其進一步加工。

3.直餾餾分：從原油直接分餾得到的餾分。它基本保留了石油化學組成的本來面目，如：基本不含不飽和烴，在化學組成中含有烷烴、環(huán)烷烴、芳香烴等。4.石油中含有的餾分，一般規(guī)定：小于180℃的餾分為汽油餾分（也稱為低沸點餾分，輕油或石腦油餾分）180～350℃的餾分為煤、柴油餾分（也稱中間餾分，AGO）350～500℃的餾分為減壓餾分（也稱高沸點餾分,VGO）大于500℃的餾分為減渣餾分(VR)

不同原油的各餾分含量差別很大。與國外原油相比，我國主要油田原油中＞500℃的減壓渣油含量都較高（40%～50%），＜200℃的汽油餾分含量較少（一般低于10%）。原油中的汽油餾分含量低、渣油含量高是我國原油餾分組成的又一個特點。1．石油中的烷烴

石油中帶有直鏈或支鏈，而無任何環(huán)結(jié)構(gòu)的飽和烴稱為烷烴或鏈烴化學性質(zhì)不活潑，C1～C4常溫常壓下為氣態(tài)，C5～C15為液態(tài)，C16以上的正構(gòu)烷烴為固態(tài)石油中的正構(gòu)烷烴一般比異構(gòu)烷烴含量高隨沸點的增高，石油中的正構(gòu)烷烴和異構(gòu)烷烴的含量逐漸降低2．石油中的環(huán)烷烴

環(huán)烷烴是環(huán)狀的飽和烴，其性質(zhì)較穩(wěn)定石油中大量存在的環(huán)烷烴只有含五碳環(huán)的環(huán)戊烷系和含六碳環(huán)的環(huán)己烷系我國的幾種主要原油中一般環(huán)己烷系多于環(huán)戊烷系

石油中的環(huán)烷烴除單環(huán)外，還有雙環(huán)及多環(huán)環(huán)烷烴，環(huán)的連接方式以并聯(lián)為主3．石油中的芳烴

芳烴在石油中普遍存在。

原油汽油煤、柴油減壓餾分單環(huán)及少量雙環(huán)環(huán)烷烴單環(huán)芳烴(苯系)C10～C20左右的正構(gòu)烷烴單環(huán)、雙環(huán)及多環(huán)環(huán)烷烴單環(huán)、雙環(huán)芳香烴C20～C36左右的正構(gòu)烷烴單、雙、三環(huán)以及三環(huán)以上的環(huán)烷烴單、雙、多環(huán)芳烴減壓渣油C5-C10的正構(gòu)烷烴三：石油液態(tài)烴1．單體烴組成單體烴組成表明了石油餾分中每一種烴(單體化合物)，目前還僅限于闡述石油氣及石油低沸點餾分的組成。石油中單體烴的主要類型有：①天然石油中，不含有烯烴、炔烴，含有烷烴、環(huán)烷烴及芳香烴；②單體烴的數(shù)目非常繁多；③環(huán)狀烴幾乎都是五元環(huán)和六元環(huán)。我國主要原油的五元環(huán)少于六元環(huán)可用氣相色譜技術(shù)進行鑒定2．結(jié)構(gòu)族組成

不論石油烴類的結(jié)構(gòu)多么復(fù)雜，都可以看作是由三個基本結(jié)構(gòu)單元組成：芳香環(huán)、環(huán)烷環(huán)和烷基側(cè)鏈，用這些基本結(jié)構(gòu)單元的量來表示復(fù)雜分子混合物的組成的方法就是結(jié)構(gòu)族組成表示法。通常用三個基本單元上碳原子所占的百分數(shù)來描述分子的組成，然后再加上分子中的總環(huán)數(shù)RT，芳環(huán)數(shù)RA和環(huán)烷環(huán)數(shù)RN來表示石油餾分的結(jié)構(gòu)族組成。

CA%=6÷20×100%=30%（芳碳率）CN%=4÷20×100%=20%（環(huán)烷碳率）CP%=10÷20×100%=50%（烷基碳率）RT=2；RA=1；RN=1注意：石油餾分的結(jié)構(gòu)族組成是把一個餾分看作是一個平均分子，該平均分子是由芳香環(huán)、環(huán)烷環(huán)和烷基側(cè)鏈這三種結(jié)構(gòu)單元所構(gòu)成；四、石油餾分中的烴類組成1.汽油餾分的烴類組成

烷烴和環(huán)烷烴占直餾汽油餾分的大部分，芳香烴一般不超過20%(wt)。就其分布規(guī)律而言，一般隨著沸點的升高，芳香烴的含量逐漸增加。2．石油中間餾分的烴類組成

石油中間餾分(200～350℃)中的烷烴主要包括從C11～C20左右(以正構(gòu)烷烴計)的正、異構(gòu)烷烴。環(huán)烷烴和芳香烴以單環(huán)和雙環(huán)為主，三環(huán)及三環(huán)以上的環(huán)烷烴和芳香烴的含量明顯減少3．高沸餾分的烴類組成石油高沸點餾分(350～500℃)的烴類類型和中間餾分相似，只是在烴分子中碳原子數(shù)目更多，高環(huán)數(shù)含量更多，而且環(huán)的側(cè)鏈數(shù)更多或更長，高沸點餾分的烷烴主要包括從C20到C36左右(以正構(gòu)烷烴計)的正、異構(gòu)烷烴；環(huán)烷烴包括從單環(huán)到六環(huán)的帶有環(huán)戊烷環(huán)和環(huán)己烷環(huán)的環(huán)烷烴，其結(jié)構(gòu)主要是以稠合類型為主

四、固態(tài)烴1．地蠟與石蠟的區(qū)別

第三節(jié)石油中的非烴成分

一、石油中的含硫化合物

低硫原油：S<0.5%含硫原油：0.5%<S<2.0%高硫原油：S>2.0%活性硫化物：S、H2S、低分子RSH等，性質(zhì)相對較活潑，能與金屬作用而腐蝕設(shè)備

非活性硫化物：硫醚(RSR’)，環(huán)硫醚，二硫化物(RSSR’)，噻吩及其同系物原油中的含硫化合物一般以硫醚類和噻吩類為主1．硫的存在形態(tài)

二：石油中的含氮化合物石油中的氮含量一般比硫含量低，質(zhì)量分數(shù)通常集中在0.05～0.5%范圍內(nèi)隨沸點的升高，含量增加分為堿性氮和非堿性氮（中性氮）:堿氮是指與高氯酸的醋酸溶液反應(yīng)的氮化物：吡啶、喹啉、吖啶等；不反應(yīng)的即為非堿氮：吡咯、吲哚和咔唑等。

堿性氮化物：非堿性氮化物：

吡啶喹啉吖啶吡咯吲哚咔唑氮的存在對整個石油加工過程也有很大的危害

1.影響產(chǎn)品的安定性：如柴油含氮量高，時間久了會變成膠質(zhì)。是柴油安定性差的主要原因。

2.氮與微量金屬作用，形成卟啉化合物。這些化合物的存在，會導(dǎo)致催化劑中毒，使催化劑的活性和選擇性降低。

三、石油中的含氧化合物

石油中的含氧量比硫、氮少，約為千分之幾；個別的可高達2～3%隨沸點升高，含氧化合物增加

酸性氧化物：

環(huán)烷酸、脂肪酸、芳香酸、酚類(統(tǒng)稱石油酸)

中性氧化物：

醛、酮、酯等，含量極少

石油中的含氧化合物的含量一般用酸度(酸值)來間接表示

①石油中的環(huán)烷酸（占石油酸約90%）石蠟基石油的環(huán)烷酸含量較少，中間基和環(huán)烷基石油的環(huán)烷酸含量較多。石油中的環(huán)烷酸一般是一元羧酸。

環(huán)烷酸的相對密度一般在0.93～1.02之間，隨分子量增大，酸值降低，溶解度減小。

環(huán)烷酸易溶于石油烴類和多數(shù)有機溶劑，具有普通羧酸的一切性質(zhì)。

②環(huán)烷酸的分布

中間餾分(250-400℃)含量最高，低、高沸點餾分含量較低

③危害原油含環(huán)烷酸多，容易乳化，對加工不利，且腐蝕設(shè)備產(chǎn)品中含環(huán)烷酸，對鉛、鋅等有色金屬有腐蝕性，對鐵、鋁幾乎無腐蝕；④環(huán)烷酸的用途

稀土金屬萃取劑，噴氣燃料抗磨劑環(huán)烷酸鹽

第四節(jié)石油中的微量元素

一、石油中的微量元素類型目前發(fā)現(xiàn)的石油中的微量元素有59種，可分為三類：過渡(變價)金屬元素堿金屬和堿土金屬鹵素和其他元素

就世界范圍來看，在石油中含量最多的微量元素是釩，其次是鎳，海相成油我國大多數(shù)原油的鎳含量明顯高于釩含量，陸相成油二、微量元素在石油中的分布

石油中的微量元素大多數(shù)也是隨著沸點的升高而增加，主要集中在>500℃的渣油中

三、微量金屬在石油中的存在形態(tài)

以無機鹽的水溶液的鹽類形式存在以油溶性的有機金屬化合物形式存在

第五節(jié)渣油及渣油中的膠質(zhì)、瀝青質(zhì)

渣油是原油中沸點最高、相對分子質(zhì)量最大、雜原子含量最多和結(jié)構(gòu)最為復(fù)雜的部分

我國大多數(shù)主要原油>500℃的減壓渣油的產(chǎn)率在40～50%

一、渣油的組成及其分析方法我國原油減渣C：85～87%(wt)H：11～12%(wt)H/C(原子比)≈1.6渣油正庚烷瀝青質(zhì)(不溶于正庚烷)含水量為1%的中性氧化鋁吸附色譜柱上用不同溶劑進行沖洗

飽和分芳香分膠質(zhì)Al2O3吸附分離石油醚沖出物甲苯?jīng)_出物甲苯-乙醇沖出物二、我國渣油的特點與國外原油相比，我國減渣：芳香分含量一般不太高，一般在30%左右

庚烷瀝青質(zhì)的含量普遍較低，多小于3%

減渣中的膠質(zhì)含量一般較高，多在40～50%左右

膠質(zhì)與瀝青質(zhì)的比值數(shù)值較高，是我國渣油的特