第一章油料基礎(chǔ)知識(shí)

輪機(jī)化學(xué)海洋環(huán)境學(xué)院施虹

海洋環(huán)境與工程學(xué)院

施虹辦公室海洋環(huán)境樓403室第一章油料基礎(chǔ)知識(shí)來(lái)源從石油中提煉

煤干餾

成品油燃油潤(rùn)滑油

CO+H2

CO與H2以不同的比例反應(yīng)，在不同的催化劑作用下，分別可合成：烷烴、烯烴、醇等§1-1石油的化學(xué)組成原油oil顏色：黑色或褐色粘稠的液體比重：小于1原油加工提供可得：汽油、柴油、煤油，潤(rùn)滑油、瀝青等因產(chǎn)地不同，石油的性質(zhì)不同凝點(diǎn)：－60℃——30℃石油各組分沸點(diǎn)：25℃——500℃以上動(dòng)物尸體被河水沖到海里堆積海灣浪小的地方形成有機(jī)淤泥地殼變化淤泥被泥沙覆蓋泥沙淤泥隔絕空氣有機(jī)物不被氧化，千萬(wàn)年以后石油一、原油的形成：古代的動(dòng)物死亡以后，混同泥沙被河流送到海里，慢慢堆積在海灣浪小的地方，形成有機(jī)淤泥，由于地殼的變遷，有機(jī)淤泥被大量江河帶來(lái)的泥沙壓在底部，隔絕空氣，使有機(jī)物關(guān)于氧化，若干萬(wàn)千時(shí)間，這些有機(jī)物受底層高壓、地?zé)帷⑽⑸锏姆纸?，逐漸變成了石油。

在這無(wú)垠的宇宙中並不是每一顆星球都有石油的存在

因?yàn)閬K不是每一顆星球都有生命也許...茫茫星海中...蔚藍(lán)的地球就是那唯一的一顆

人類開(kāi)採(cǎi)石油不過(guò)短短一、二百年的歷史卻已經(jīng)將這億萬(wàn)年的遺產(chǎn)用掉大半而若非這幾十年來(lái)發(fā)現(xiàn)石油在石化業(yè)上的用途可能也只是將它當(dāng)作燃料廉價(jià)地消耗掉罷了但千真萬(wàn)確的是石油來(lái)之不易而且所剩不多！一、元素組成

石油是由許多元素組分的多種有機(jī)化合物的混合物元素組成：C，H（主要）

S，O，N（少量）金屬Fe、Cu、V、Ca、K、Na

非金屬Cl、P（微量Ppm10-6）

碳?xì)浔龋–/H）C%H%S%O%N%6.1~7.284~8712~240.1~5.50.2~1.40.01~2.2阿拉伯原油含

:

S1.74%N0.14%

含S高

含N低

勝利油田原油含:S0.81%N0.41%

含S低含N高（1）S：燃油中含S元素，燃燒后生成

S+O2

→SO2

SO3

SO3在較低的溫度下，與水蒸氣結(jié)露引起“低溫腐蝕”（2）金屬元素：燃油中含有金屬元素，燃燒后生成金屬元素氧化物所形成的灰分殘留。

危害：灰分造成柴油機(jī)，磨料磨損堵塞煙道引起“高溫腐蝕”VNa原油：多種碳?xì)浠衔锏幕旌衔?/p>

石蠟基石油烯基石油

中間基石油

芳香基石油二、石油的烴組成

因產(chǎn)地不同，石油的成分不同石油一般以單鏈的形式存在，也含少量的苯環(huán)。大慶油田的石油以烷烴為主新疆、遼河、勝利油田的石油是烷烴、環(huán)烷烴的混合物臺(tái)灣及國(guó)外的石油以芳香烴為主石油是多種烴和非烴的混合物

不飽和烴烯烴炔烴芳香烴烴

：由碳和氫兩種元素組成的化合物飽和烴烷烴環(huán)烷烴1.烷烴：在本專業(yè)稱石蠟烴，在石蠟中含量最多。通式：CnH2n+2正構(gòu)烷烴：C原子的鏈接是直鏈C-C-C-C

異構(gòu)烷烴：C原子的鏈接是支鏈C-C-CC存在形態(tài):C1~4的烷烴是氣體，CH4天然氣C3~C4液化氣

C5~15的烷烴是液體

C>16的烷烴是蠟狀固態(tài)

C>8的異構(gòu)烷烴是固體正構(gòu)烷烴大慶油田以烷烴為主

直鏈烷烴的命名

碳原子數(shù)從1～10以:甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸命名,如乙烷。碳原子數(shù)大于１０以:碳原子數(shù)+烷烴命名,如12烷烴。有支鏈烴的命名

將支鏈作為取代基，稱某烷基（烷烴去掉一個(gè)H稱烷基），用R表示：

CH3—甲基C2H5—乙基

3個(gè)C原子以上有異構(gòu)體（分子式相同，結(jié)構(gòu)式不同）。在烴類化合物中C原子可以與兩個(gè)C原子，3個(gè)，4個(gè)C原子相連，分別稱伯碳、仲碳、叔碳、季碳。命名

1)選C鏈最長(zhǎng)為母體；2)將主鏈編號(hào)，位置從離取代基最近開(kāi)始；

3)將取代基的位置和名稱寫(xiě)在母體名之前，中間加“—”

。例C-C-C-C-C-C正己烷C-C-C-C-C2-甲基戊烷

3，5-二甲基庚烷例5-叔戊基十一烷2.環(huán)烷烴：含量?jī)H次于烷烴,三個(gè)碳以上的，閉合成環(huán)的烴類。

單環(huán)烷烴：一個(gè)環(huán)CnH2n多環(huán)烷烴：二個(gè)及二個(gè)以上環(huán)

最穩(wěn)定的環(huán)狀結(jié)構(gòu)是五C環(huán)和六Ｃ環(huán)存在：環(huán)烷烴沸點(diǎn)較高，在石油中主要存在于高沸點(diǎn)的餾分中燃燒油中很少有環(huán)烷烴，潤(rùn)滑油中含環(huán)烷烴較多３．烯烴：烴分子中含一個(gè)雙鍵，叫烯烴CnH2nC=C—C丙烯烴分子中含二個(gè)雙鍵，叫二烯烴CnH2n-2

C=C=C—C丁二烯存在：石油中烯烴，二烯烴含量極少危害：很不穩(wěn)定在常油被空氣中的O2氧化,生成過(guò)氧化物（不穩(wěn)定）,分解醛、酮、酸等,形成高分子粘稠物質(zhì)。

措施：在含有烯烴的油品中要加入抗氧防膠添加劑４．炔烴：CnH2n-2

石油中不存在影響燃油的質(zhì)量5.芳香烴：含有苯環(huán)的烴單環(huán)CnH2n-6

多環(huán)聯(lián)苯稠環(huán)CnH2n-12

萘CnH2n-12菲含苯環(huán)的原油，燃油的質(zhì)量不理想(1)C/H高，燃燒不充分，冒黑煙，熱值低(2)含有不飽和鍵(大п鍵)①容易被氧化變質(zhì)→生成膠質(zhì)②容易發(fā)生取代反應(yīng)（3）易產(chǎn)生積碳

Cl＋Cl2

ＦｅＣｌ３＋ＨＣｌ與鹵素反應(yīng)硝化反應(yīng)NO2＋HNO3濕H2SO450~60攝氏度(硝基苯)＋H2O磺化反應(yīng)SO3H

+H2SO70~80攝氏度(苯碳酸)

+Ｈ2O取代反應(yīng)，苯環(huán)上有支鏈更容易發(fā)生，如烷基苯比苯更容易發(fā)生碳化反應(yīng)

CH3

CH3

CH3+H2SO4

常溫

SO2H+SO3H

鄰甲苯磺酸對(duì)甲苯磺酸反應(yīng)后的產(chǎn)物又稱酸渣（3）易產(chǎn)生積碳F1鎮(zhèn)海煉化瀝青裝置3.石油的非烴組成非烴類化合物：含S（硫醇、硫醚、硫酚）

含O（苯酚、環(huán)烷酸、脂肪酸

含N（雜環(huán)）瀝青質(zhì)、膠質(zhì)

S在0.5%以下，稱低硫原油

S在0.5~1.5%以下，稱中硫原油

S在1.5%以上，稱高硫原油我國(guó)原油含硫量較高，中東原油含硫量較低。S與其化合物：不同地理位置的原油，S的含量不一樣。烴分子中的H被—OH取代→醇，烴分子中的H原子被基—SH取代S化物：1.硫醇醇R—OH硫醇R—SH

乙硫醇

HHH烴H—C—C—OHCH3—CH3

CH3—CH2—OH→CH3—CH2—SH→硫醇

HHSH醇

2.硫醚：醚R—O—R’硫醇R—S—R’CH3CH2SCH2CH3

乙硫醚

醚分子中的O原子被硫取代。

3.硫酚：酚OH硫酚SH石油中的S以多種形式：S、H2S、硫醇、硫醚、硫酚對(duì)金屬的腐蝕性很強(qiáng)，尤其是對(duì)Cu，Cu化合物的腐蝕，因此稱活性硫化物1）含S化合物對(duì)石油加工設(shè)備腐蝕2）對(duì)油品腐蝕影響油品質(zhì)量同時(shí)腐蝕后的生成物硫酸鹽等，對(duì)油品的氧化起加速作用，（催化劑）使油品氧化成膠狀，影響油品質(zhì)量。特點(diǎn)：3）含硫化合物中的硫燃燒后生成SO2→SO3→低溫腐蝕

4）生成的SO3會(huì)惡化潤(rùn)滑油的品質(zhì)，結(jié)炭現(xiàn)象含氧化合物脂肪酸在油中含量其次環(huán)烷酸五C、六C環(huán)最穩(wěn)定，存在于石油中的量最多苯酚一元酚，二元酚，三元酚石油酸：環(huán)烷酸、脂肪酸、酚類

又稱石炭酸石油酸、環(huán)烷酸、脂肪酸、酚類、通常稱石油酸。石油酸的特點(diǎn)：1.分布于：300℃左右的餾分中；

2.在水中的溶解度很小，微溶于水；

3.能腐蝕金屬合金。除去有機(jī)酸的方法：石油中的有機(jī)酸用堿去除。環(huán)烷酸（CH2）nCOOH(CH2)nCOONa+NaOH+H2O

油相不溶于H2O溶于H2O生成的鹽以膠狀分散形式進(jìn)入水相環(huán)烷酸上的羧基不直接連在環(huán)上

OHONa+NaOH+H2O

不溶于H2O碳酸溶于H2OOH有機(jī)酸含量的確定①酸度：mgKOH/100ml用于燃油中和100ml燃油中的酸所需的KOH的mg數(shù)要求輕柴油酸度<10mgKOH/100ml②酸值：mgKOH/g

用于潤(rùn)滑油、石油中和1g石油或潤(rùn)滑油中的有機(jī)酸所需要的KOH的mg數(shù)用酸度或酸值可直接反映油中氧元素的含量含氮化合物：含氮化合物也是石油中的不理想成分，一般以雜環(huán)化合物的形式存在

N碳環(huán)上的碳原子被N取代

N吡咯N吡啶特點(diǎn)：受熱，見(jiàn)光易氧化成有色的膠質(zhì)，油品的顏色也發(fā)生變化，從原淺綠色→暗紅色，油品質(zhì)量惡化，并有較濃的臭味。多環(huán)（CH2）n

稠環(huán)

雜環(huán)（CH2）n

蒽

N

2）S、O、N、及金屬元素都可存在于膠狀和瀝青狀的物質(zhì)中。3)石油中的瀝青質(zhì)以膠狀的微粒狀態(tài)懸浮或吸附在油中，久置或受熱，將以油泥的形式析出。4)劣質(zhì)油中瀝青質(zhì)物質(zhì)更多，如渣油。瀝青質(zhì)、膠狀：

1)存在形式：膠質(zhì)瀝青質(zhì)外觀渾色粘稠狀液體或半固體黑色無(wú)定形固體C/H8—910—11d1~1.1比膠質(zhì)略高存在從柴油開(kāi)始的高分餾重油、渣油揮發(fā)性不揮發(fā)不揮發(fā)穩(wěn)定性差230—360℃轉(zhuǎn)變?yōu)闉r青質(zhì)300℃以上變?yōu)榻固既芙庑钥扇苡谟椭?，不溶于乙醇不溶于正庚烷石油中烴C從1~幾十，C4以上就有同分異構(gòu)體，因此石油中有成千上萬(wàn)種烴類，現(xiàn)已檢測(cè)出1346種,如何將它們分離？

三、石油的加工

石油開(kāi)采鉆井海上石油天然氣開(kāi)采鎮(zhèn)海煉化公司天津煉油廠石油的加工原理：——分餾

利用組成原油的各組成分沸點(diǎn)不同，以加熱的物理方法將它切割成沸點(diǎn)相近的各種餾分的工藝過(guò)程。烴：C原子數(shù)↑→分子量↑→沸點(diǎn)↑

如：C7H16的bp﹥C2H6的bp

分餾，隨著溫度的升高，石油中不同組分的烴相繼氣化，而后冷凝，而被分離。分餾在分餾塔中進(jìn)行。分餾塔圖分餾塔：根據(jù)塔板原理分離。

①

塔內(nèi)蒸氣從塔底向塔頂上升；②

液體從塔頂向塔底下降；③

每層塔板上液汽兩相接觸時(shí)蒸汽部分冷凝，液相部分液化；④

沸點(diǎn)低的，易揮發(fā)的組分向上擴(kuò)散（汽相）沸點(diǎn)高的，難揮發(fā)的組分向下（液相）擴(kuò)散。

這樣分餾塔上部的成份沸點(diǎn)越來(lái)越低，下部的成份沸點(diǎn)越來(lái)越高，根據(jù)沸點(diǎn)不同，對(duì)不同成份進(jìn)行分離。

分餾塔的塔板越多，分餾越細(xì)，（液化，冷凝的次數(shù)多，塔板數(shù)可計(jì)算）

初餾點(diǎn)：液化后冷凝接受到的第一點(diǎn)餾分的汽相溫度。終餾點(diǎn)：液化后冷凝接受到的最后一點(diǎn)餾分的汽相溫度。餾程：初餾點(diǎn)到終餾點(diǎn)的溫度；如煤油（200-2500C）。石油的加工流程圖原油初餾塔汽油（〈950C）重整（芳烴、支鏈烴）

常壓塔常壓塔：汽油重整原料（95-2000C）；

燈用煤油（200-2500C）；輕柴油（250-3000C）；重柴油（300-3500C）；

加氫精制；催化裂化；減壓塔；

減壓塔：催化裂化催化汽油催化柴油烯烴、苯等化工原料減壓側(cè)線精制潤(rùn)滑油減壓渣油焦化瀝青焦化原料第四章能源與化學(xué)原油加工流程及其主要產(chǎn)品鎮(zhèn)海煉化工藝流程蘭煉120萬(wàn)噸/年重油催裂化裝置石油催裂化塔乙烯系列產(chǎn)品裂化分

⑴熱裂化：高溫使分子量大的烴分裂成碳原子數(shù)較少的烴

C16H34====C8H18（辛烷）+C8H16（辛烯），C8H18還可以繼續(xù)裂化，產(chǎn)生較多的烯烴

缺點(diǎn)：選擇性差;

產(chǎn)生不飽和烴

⑵催化裂化：在催化劑作用下發(fā)生的裂化。

優(yōu)點(diǎn)：反應(yīng)速度快;

不飽和烴減少。（3）加氫裂化：氫氣存在的條件下發(fā)生的裂化

優(yōu)點(diǎn)：無(wú)不飽和烴產(chǎn)生C16H34+H2→2C8H18使非烴化合物中的S，O，N變成H2S、H2O、NH3除去汽油在內(nèi)燃機(jī)汽缸運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程

:

進(jìn)氣→壓縮→點(diǎn)火→排氣

汽缸中，汽油蒸發(fā)氣只有在點(diǎn)火燃燒時(shí)才能和活塞的運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)；如果汽油質(zhì)量不好，在點(diǎn)火之前發(fā)生自燃，造成：壓力突然增加形成沖擊波就會(huì)產(chǎn)生發(fā)