原油構(gòu)成及雜質(zhì)影響

原油的構(gòu)成和雜質(zhì)影響石油的組成元素5種元素組成〔質(zhì)量分?jǐn)?shù)〕。其中，碳的含量為83%～87%11%～14%96%～99%3中元素的總量為1%～4%此外，石油中還含有微量的鐵、鎳、銅、釩、砷、氯、磷、硅等元素。石油餾分和石油產(chǎn)品的區(qū)分，石油有哪些餾分及其劃分標(biāo)準(zhǔn)分餾就是依據(jù)組分沸點(diǎn)的差異將原油“切割”成假設(shè)干“餾分”，每個(gè)餾分的沸點(diǎn)范圍簡稱為餾程或沸程。石油餾分：餾分常冠以汽油、煤油、柴油、潤滑油等石油產(chǎn)品的名稱，但餾分并中間產(chǎn)品或半成品，必需進(jìn)展進(jìn)一步加工才能成為石油產(chǎn)品。餾分劃分標(biāo)準(zhǔn)：汽油餾分〔輕油或石腦油餾分〕：從常壓蒸餾開頭餾出的溫度〔初餾點(diǎn)〕到200℃〔或180℃〕之間的輕餾分。煤油組分，150－250℃之間的餾分柴油餾分〔AGO〕：200〔180〕～350℃之間的餾分。450℃的塔底油稱為常壓渣油或常壓重油〔AR〕。350－400℃，減壓塔頂餾分減壓餾分〔VGO〕：350～500℃的高沸點(diǎn)餾分。減壓渣油〔VR〕：500℃的油?！?00－600℃組分作為SLOPdistillate油〕依據(jù)石油元素組成分析石油有哪些化合物從化學(xué)組成來看，石油中主要含有烴類和非烴類兩大類。烴類主要是由烷烴、環(huán)烷烴和芳香烴以及在分子中兼有這3類烴構(gòu)造的混合烴構(gòu)成〔不飽和烴〕。一般石油中不含烯烴，但在某些加工過程的產(chǎn)品中含有烯烴。非烴類化和物主要包括含硫、含氧、含氮化合物以及膠狀、瀝青狀物質(zhì)。1. 非烴類化合物物性變化規(guī)律含硫化合物：H2S或硫醇，硫氧化物造成腐蝕。硫是石油的重要組成元素之一。硫在石油中的含量隨餾分沸點(diǎn)的上升而增加，大局部硫化物在殘?jiān)汀仓赜汀持?。硫在石油中少?shù)以元素硫〔S〕H2S形式存在，大多數(shù)以有機(jī)硫化物狀態(tài)消滅。石油中3類：第一類似常溫下易與金屬作用，具有猛烈腐蝕性的酸性硫化物，又稱為活性硫，主要是和低分子硫醇。H2S200℃以上反響H2S等硫化物。H2S是無色有毒氣體，其水溶液呈酸性，會(huì)猛烈腐蝕金屬。低分子硫醇如甲硫醇〔CH2SH〕和乙硫醇〔C2H5SH〕具有猛烈的特別臭味，其質(zhì)量濃度2.2×10^-12g/cm3時(shí)，人的嗅覺就可以感覺出來，因而，可作為臭味劑。硫醇不溶于水，呈弱酸性，能和鐵直接作用，生成硫醇亞鐵〔〔RS〕2Fe〕，從而腐蝕金屬設(shè)備。硫H2S，H2S更加猛烈腐蝕作用。硫醇分子式中的R為芳香基時(shí)即為硫酚。笨硫酚性質(zhì)活潑，也具有弱酸性和令人不快的氣味，能直接腐蝕金屬。其次類是常溫下呈中性、不腐蝕金屬，受熱后能分解產(chǎn)生具有腐蝕性物質(zhì)的硫化物，主要有硫醚〔RSR’〕和二硫化合物〔RSSR’〕。硫醚是中性液體，不溶于水，與金屬不起作用，但受熱后能分解成硫醇和烯烴，腐蝕金屬設(shè)備。硫醚含量隨餾分沸點(diǎn)上升而增大，大量集中在煤油和柴油餾分中。二硫化合物在石油中含量較少，大多數(shù)集中在高沸點(diǎn)餾分中。二硫化合物也是中性化合物，不與金屬作用，有確定臭味，其熱穩(wěn)定性比硫醇差，受熱易分解，隨分解溫度不同，可分別生產(chǎn)硫醚和硫、或硫醇和烯烴、或噻吩和H2S。第三類硫化物是對(duì)金屬?zèng)]有腐蝕性、熱穩(wěn)定性好的噻吩及其同系物。這種環(huán)狀構(gòu)造中還有硫或氮〔或氧〕原子的化合物稱為雜環(huán)化合物。噻吩類是一種芳香性的雜環(huán)化合物，其性質(zhì)與笨系芳香烴和接近。石油中噻吩含量不多，但在石油熱加工的產(chǎn)品中含量卻很高，這是由于其他硫化物熱分解最終都得到熱穩(wěn)定性好的噻吩。直餾汽油中主要存在元素硫、H2S、硫醇、硫醚以及少量二硫化物和噻吩；直餾中間餾分中主要有硫醚類和噻吩類；直餾高沸餾分中的硫化物主要是稠環(huán)構(gòu)造的化合物和硫原子在環(huán)構(gòu)造上的雜環(huán)化合物。含氧化合物：會(huì)生成酚，酮或碳氧化物造成腐蝕。石油中含氧量一般較少，約為千分之幾〔質(zhì)量分?jǐn)?shù)〕，只有個(gè)別石油中含氧量較高，可達(dá)2%～3%。石油中的含氧化合物大局部集中在膠質(zhì)、瀝青質(zhì)中，因而，膠質(zhì)、瀝青質(zhì)含量最多的重質(zhì)石油，其含氧量一般比較高。石油中的氧都以有機(jī)化合物的形式存在。石油中2類。中性氧化物有醛、酮類，它們?cè)谑椭泻繕O少，并不重要。酸性氧化物有環(huán)烷酸、脂肪酸和酚類，總稱石油酸。在石油酸中以環(huán)烷酸最重要，它約占石油酸總質(zhì)量的90%1%〔質(zhì)量分?jǐn)?shù)〕以下。環(huán)烷酸的分布很特別，主要集中在沸程約為250～350℃的中間餾分中，而在低沸或高沸餾分中含量都相當(dāng)少。相對(duì)分子質(zhì)量較大的環(huán)烷酸構(gòu)造中有單環(huán)、雙環(huán)或多環(huán)，甚至還有同時(shí)帶有芳香環(huán)的。環(huán)烷酸的相對(duì)密度一般在0，93～1.02g/cm3之間。隨著相對(duì)分子質(zhì)量的增大和沸點(diǎn)的上升，環(huán)烷酸的相對(duì)密度增加，顏色由淺變深直至暗褐色，其粘度也隨之增大知道呈粘稠狀，有的甚至呈半固體狀態(tài)。環(huán)烷酸在水中的溶解度很小，高分子環(huán)烷酸幾乎不溶于水，但溶于石油烴類。環(huán)烷酸的化學(xué)性質(zhì)與羧酸相像，呈弱酸性，對(duì)金屬有腐蝕作用。其酸性隨相對(duì)分子質(zhì)量的增大而漸漸減弱。石油中含有少量酚類，主要是苯酚的同系物。酚類具有弱酸性，在石油中含量一般不超過10%的，其有用價(jià)值不如環(huán)烷酸。酚類對(duì)人體和生物有毒害作用。含氮化合物：會(huì)在FCC或HCU石油中氮的含量一般為千分之幾到萬分之幾〔0.05%～0.5%質(zhì)量分?jǐn)?shù)〕。密度大、膠質(zhì)多、含硫量高的石油，一般氮含量也高；而密度小、膠質(zhì)少、含硫量低的原油中含氮量也少。隨著石油餾分沸點(diǎn)的上升，其含氮化合物的含量增多，大局部氮化物以膠質(zhì)、瀝青狀物質(zhì)存在于渣油中。石油中的氮化物大多數(shù)是氮原子雜環(huán)狀構(gòu)造中的雜環(huán)化合物，可分為2類。堿性氮化物主要有吡啶、喹啉等的同系物，約占石油中總含氮化合物20%～40%。它們能與有機(jī)酸作用生成鹽類。石油中的非堿性氮化物主要有吡咯、吲哚和咔唑及其同系物，都具有弱酸性，能和堿金屬作用而生產(chǎn)鹽類，中濃酸中能聚合生產(chǎn)膠質(zhì)。由于其化學(xué)性質(zhì)主要呈弱酸性，所以稱為非堿性氮化物。石油中另一類重要的非堿4個(gè)吡咯環(huán)，重金屬原子與卟啉中的氮原子呈絡(luò)合狀態(tài)存在，又稱為〔四個(gè)口〕族化合物。石油中的氮含量雖少，但對(duì)油品儲(chǔ)運(yùn)、使用及石油加工的影響卻很大，中儲(chǔ)運(yùn)過程中，因光、溫度和空氣中氧的作用，氮化物很簡潔生成膠質(zhì)，極少量的生成物就會(huì)使油品顏色變深并產(chǎn)生臭味。氮化物還會(huì)使石油加工中的催化劑中毒。膠質(zhì)、瀝青質(zhì)物質(zhì)：石油中的非烴類化合物，大局部以膠質(zhì)及瀝青狀物質(zhì)存在于石油的殘?jiān)椭?。膠質(zhì)和瀝青質(zhì)物質(zhì)在石油中的含量差異很大，我國的原油中，有大約百分之幾到百分之四十幾〔質(zhì)量分?jǐn)?shù)〕的膠質(zhì)和瀝青質(zhì)。膠質(zhì)和瀝青狀物質(zhì)上石油中含元素種類最多、構(gòu)造最簡潔、相對(duì)分子質(zhì)量最大的物質(zhì)。所謂膠質(zhì)，一般指能溶于石油醚〔低沸點(diǎn)烷烴〕、苯、三氯甲烷〔CHCl3〕和二硫化碳〔CS2〕，而不溶于乙醇的物質(zhì)。膠質(zhì)是呈紅褐色到暗褐色，并具1.0～1.1g/cm3，平均相對(duì)分子質(zhì)量為600～1000.隨著石油餾分沸點(diǎn)的上升，膠質(zhì)含量增大，膠質(zhì)的相對(duì)分子質(zhì)量增加，其顏色也由淺黃漸漸變?yōu)樯詈稚?。膠質(zhì)具有極強(qiáng)的著色力氣，中無色汽油中只要參與0.005%〔質(zhì)量分?jǐn)?shù)〕的膠質(zhì)，汽油就變?yōu)椴蔹S色。油品的顏色主要來自膠質(zhì)，顏色的深淺往往反映了膠質(zhì)含量的多少。餾分油中的膠質(zhì)主要以雙環(huán)為主，減壓渣油中的膠質(zhì)以高度稠化的稠環(huán)為主。危害：油品中的膠質(zhì)在燃燒時(shí)易形成炭渣，引起機(jī)器磨損和堵塞。膠質(zhì)受熱或者常溫下氧化，可以轉(zhuǎn)化為瀝青質(zhì)，高溫下甚至生成不溶于油的焦炭狀物質(zhì)—油焦質(zhì)。瀝青質(zhì)是指能溶于苯、三氯甲烷和二硫化碳，但不溶于石油醚和乙醇的物質(zhì)。瀝青質(zhì)是暗褐色或深黑色脆性的非晶體固體粉末，密度稍大于膠質(zhì)，是石油中相對(duì)分子質(zhì)量最大、構(gòu)造最簡潔的組分。在石油中的瀝青質(zhì)局部呈膠狀溶液，局部呈懸浮狀態(tài)。瀝青質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)比較活潑，很簡潔發(fā)生氧化、鹵化和硝化反響，但較難進(jìn)展加氫反響。E) 金屬組分：主要是鎳和釩，殘留的金屬成分在高溫燃燒時(shí)會(huì)生成金屬氧化物導(dǎo)致堵塞。同時(shí)還會(huì)導(dǎo)致催化劑中毒。石油中烴類化合物物性變化規(guī)律烷烴：烷烴是石油的主要組分，其分子構(gòu)造特點(diǎn)是碳原子間以單鍵相連成鏈狀，其余價(jià)鍵為氫原子所飽和。碳鏈呈直鏈的稱為正構(gòu)烷烴，帶側(cè)鏈或支鏈的成為異構(gòu)烷烴。常溫常壓下，C1～C4〔1～4個(gè)碳原子〕的烷烴為氣體；C5～C16的正構(gòu)烷烴為液體，是液體燃料的主要組分；C17以上的正構(gòu)烷烴為固態(tài)，大多存在于柴油和潤滑油餾分中。除甲烷和乙烷是無色、無味氣體外，其他易揮發(fā)的低分子烷烴都具有汽油味，碳原子數(shù)多的高分子烷烴無氣味，揮發(fā)性很小。烷烴是非極性化合物，幾乎不溶于水，但易溶于有機(jī)溶劑。烷烴1g/cm3，正構(gòu)烷烴的相對(duì)分子質(zhì)量、沸點(diǎn)、熔點(diǎn)和密度隨碳原子數(shù)增加而增大。異構(gòu)烷烴由于分子中側(cè)鏈的影響，使分子間距離增大，導(dǎo)致分子間范德華力減弱，因而異構(gòu)烷烴的沸點(diǎn)和熔點(diǎn)比一樣碳原子數(shù)的正構(gòu)烷烴低，一般狀況下ρ正構(gòu)>ρ異構(gòu)。烷烴在常溫常壓下化學(xué)性質(zhì)很穩(wěn)定，很難被空氣氧化，與強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、強(qiáng)氧化劑和強(qiáng)復(fù)原劑都不起作用或反響很慢。重量熱值最高：在高溫下，烷烴能在空氣或氧氣中燃燒而生成CO2和水，并放出大量的熱。假設(shè)空氣缺乏，則燃燒不完全，生產(chǎn)CO及黑色的游離碳。高分子正構(gòu)烷烴低溫易析出晶體。烷烴在常溫常壓下化學(xué)性質(zhì)不活潑，因而安定性好，在儲(chǔ)存過程中不易氧化變質(zhì)；正構(gòu)烷烴在汽油機(jī)中燃燒性能不好，但異構(gòu)烷烴的燃燒性能卻很好；在柴油機(jī)中正構(gòu)烷烴和分支少的異構(gòu)烷烴的低溫自燃性和燃燒性能都很好。環(huán)烷烴：環(huán)烷烴是飽和的環(huán)狀化合物，即碳原子以單鍵相連成環(huán)狀，其他價(jià)鍵為氫原子所飽和的化31～2個(gè)烷基側(cè)鏈。石油中的環(huán)烷烴主要是環(huán)戊烷和環(huán)己烷以及含有這兩種烴構(gòu)造的化合物。環(huán)烷烴的沸點(diǎn)、熔點(diǎn)和密度比一樣碳原子數(shù)的烷烴高，但密度仍小于1g/cm3對(duì)分子質(zhì)量大的環(huán)烷烴為固體。由于環(huán)烷烴是飽和烴，與烷烴相類似，在常溫常壓下比較安定，在儲(chǔ)存過程中不易氧化變質(zhì)。但在確定條件下，環(huán)烷烴也可能發(fā)生氧化、裂化、芳構(gòu)化、異構(gòu)化和取代等反響。裂化、芳構(gòu)化和異構(gòu)化反響都是石油加工中的重要反響。單環(huán)環(huán)烷烴主要存在于低、中沸點(diǎn)的餾分〔如汽油和煤油〕之中，雙環(huán)環(huán)烷烴和多環(huán)環(huán)烷烴則大多在沸點(diǎn)較高的柴油和潤滑油中消滅。環(huán)烷烴在汽油機(jī)中的燃燒性能介于正構(gòu)烷烴和異構(gòu)烷烴之間，在柴油機(jī)中的燃燒性能比烷烴差，但環(huán)烷烴是噴氣燃料的抱負(fù)組分，它使噴氣燃料具有大多熱值和密度、較好的燃燒性能和低溫性能。芳香烴：分子中具有苯環(huán)構(gòu)造的烴類稱為芳香烴，一般苯環(huán)上還帶有不同的烷基側(cè)鏈。依據(jù)苯環(huán)的多少和結(jié)合形式的差異，芳香烴分為單環(huán)、多環(huán)和稠環(huán)芳香烴322個(gè)以上獨(dú)立苯環(huán)的芳香烴稱為多環(huán)芳香烴。分子中含有22個(gè)以上苯環(huán)，且苯環(huán)彼此2個(gè)相鄰碳原子稠合而成的芳香烴稱為稠環(huán)芳香烴，如萘、菲、蒽等。芳香烴在常溫下呈液態(tài)或固態(tài)。笨及其同系物具有猛烈的芳香氣味，其蒸氣對(duì)人體有毒害作用。0.86～0.9g/cm3，比一樣碳原子數(shù)的其他烴類密度大。芳香烴對(duì)自然橡膠有較大的侵蝕作用。水在芳香烴中的溶解度很小。笨對(duì)水的溶解度對(duì)航空燃料的低溫性能影響很大。芳香烴還會(huì)惡化噴氣燃料的燃燒性能，因而噴氣燃料要限制芳香烴的含量。芳香烴在汽油機(jī)中燃燒性能很好，但在柴油機(jī)中因難以自燃而燃燒性能很差。芳香烴中的苯環(huán)很穩(wěn)定，即使強(qiáng)氧化劑也不能使它氧化，亦不易起加成反響。在確定條件下，帶側(cè)鏈芳香烴上的側(cè)鏈會(huì)被氧化成有機(jī)酸，帶側(cè)鏈的多環(huán)和稠環(huán)芳香烴很簡潔被氧化而生成膠狀物質(zhì)，這是油品氧化變質(zhì)的重要緣由之一。不飽和烴：分子中碳原子之間具有雙鍵或三鍵的烴類稱為不飽和烴，具有雙鍵的是烯烴，具有三鍵的是炔烴。烯烴可分為單烯烴〔簡稱烯烴〕、二烯烴和環(huán)烯烴等。在常溫常壓下，碳原子數(shù)C5的烯烴是氣體，C5以上的烯烴是液體，碳原子數(shù)多的烯烴是固體。與烷烴類似，隨分子中碳原子數(shù)增多，烯烴的沸點(diǎn)和密度增大，但密度都小于1g/cm3/。烯烴難溶于水，易溶于有機(jī)溶劑。石油中一般不含烯烴，但石油在加工過程中，大分子烷烴和環(huán)烷烴受熱分解，可生成烯烴和二烯烴，因而石油產(chǎn)品中含有不同數(shù)量的不飽和烴。不飽和烴類分子中的雙鍵不穩(wěn)定，很簡潔發(fā)生加成、氧化和聚合等反響。含烯烴和二烯烴的油品，如裂化汽油，在常溫儲(chǔ)存時(shí)簡潔氧化變質(zhì)，生成高分子粘稠物，如膠質(zhì)等，在儲(chǔ)存治理中應(yīng)特別留意實(shí)行必要的預(yù)防措施。不飽和烴在汽油機(jī)中的燃燒性能比相應(yīng)正構(gòu)烷烴好；在柴油機(jī)中的燃燒性能比芳香烴好，但比正構(gòu)烷烴差。石油中烴類化合物和非烴類化合物在石油中的分布規(guī)律石油中各族烴類分布的總規(guī)律是隨著石油餾分沸點(diǎn)的上升，所含各族烴類的相對(duì)分子質(zhì)量隨之增大，碳原子數(shù)增多，環(huán)狀烴的環(huán)數(shù)增加，構(gòu)造趨于簡潔化。正構(gòu)烷烴存在于石油的各個(gè)餾分中，它們?cè)谄宛s分，煤、柴油餾分和潤滑油餾C5～C11,C12～C25,C26～C35。異構(gòu)烷烴也同樣分布在各石油餾分中，只是其沸點(diǎn)比一樣碳原子數(shù)的正構(gòu)烷烴低一些。環(huán)烷烴的分布是：汽油餾分中主要是單環(huán)環(huán)烷烴，重汽油餾分中開頭消滅雙環(huán)環(huán)烷烴；煤油、柴油餾分中存在單環(huán)、雙環(huán)和少量三環(huán)環(huán)烷烴；中潤滑油中餾分中含有單環(huán)、雙環(huán)、三環(huán)及三環(huán)以上的環(huán)烷烴。環(huán)烷烴可能存在數(shù)量不同、長短不一的烷基側(cè)鏈。對(duì)于芳香烴，單環(huán)〔苯系〕芳香烴存在于汽油、煤油、柴油和潤滑油餾分中，但隨餾分沸點(diǎn)增高，其側(cè)鏈數(shù)和側(cè)鏈長度有所增加；雙環(huán)和三環(huán)芳香烴存在于煤油、柴油和更高沸點(diǎn)餾分中；三環(huán)及稠環(huán)芳香烴主要存在于高沸點(diǎn)餾分和殘?jiān)椭?。從不同烴類在餾分中的相對(duì)含量及分布來看，汽油餾分中烷烴含量最高，環(huán)烷烴次之，芳10%〔質(zhì)量分?jǐn)?shù)〕200℃，平均相對(duì)分子質(zhì)量約為100～120。直餾汽油中幾乎沒有不飽和烴，但二次加工汽油中則含有相當(dāng)數(shù)量的烯烴，200～300℃，平均相對(duì)分子質(zhì)量約為180～200；200～350℃180～260℃。潤滑油餾分沸點(diǎn)范圍一般為350～520℃左右。潤滑油餾分中的烴類構(gòu)造較簡潔，包括正構(gòu)烷烴、異構(gòu)烷烴及單環(huán)、雙環(huán)、三環(huán)及三環(huán)以上的環(huán)烷烴和芳香烴，多環(huán)的構(gòu)造中還包括稠環(huán)構(gòu)造。此外還有中芳香環(huán)上帶有環(huán)烷環(huán)和烷基側(cè)鏈的混合烴，其構(gòu)造也多呈稠環(huán)型。大局部含硫、含氧、含氮化合物以及膠質(zhì)和全部瀝青質(zhì)都集中在石油的渣油中。