石油及產(chǎn)品的組成與性質(zhì)

1、石油及其產(chǎn)品的組成和性質(zhì)n 什么是原油？ 從地下開采出來的、未經(jīng)加工的石油稱為原油。 n 什么是石油產(chǎn)品？ 原油經(jīng)煉制加工得到的各種燃料油、潤滑油、蠟、瀝青、石油焦等產(chǎn)品稱為石油產(chǎn)品。 n什么是石油？ 石油是碳?xì)浠衔锝M成的復(fù)雜混合物。n 為什么要了解石油及產(chǎn)品的化學(xué)組成和物理性質(zhì)？ 1、原油加工；2、產(chǎn)品應(yīng)用；3、石油綜合利用第一節(jié) 石油的化學(xué)組成一、石油的外觀性質(zhì)n流動性：流動半流動的粘稠液體，流動性差別很大，50運(yùn)動粘度低的1.46mm2/s, 高的2000mm2/sn顏色：黑色、暗綠或暗褐色、赤褐色、淺黃色n氣味：臭味n相對密度一般都小于1，在0.800.98之間，個別高到1.02，低

2、到0.71n外觀性質(zhì)差別原因：化學(xué)組成不同 二、石油的元素組成第一類（主要元素）：碳（C）、氫（H）元素 其中C含量83%87% H含量11%14% 合計95%99% 組成碳?xì)浠衔?烴 二、石油的元素組成第二類（常見元素）： 硫（S）、氮（N）、氧（O）元素 三者含量一般為1%5% 個別S含量達(dá)5.5%，N達(dá)1.42.2% 特點(diǎn)：含量少，影響大 與碳?xì)浣M成非烴類化合物二、石油的元素組成第三類（微量元素)：微量金屬元素和非金屬元素 金屬元素：鎳、釩、鐵、銅、鈣 非金屬元素：砷、氯、硅、磷 含量：百萬分之幾計 組成金屬有機(jī)化合物或非金屬有機(jī)化合物 二、石油的元素組成 各種元素的存在形態(tài)： 相互結(jié)

3、合成烴類化合物、非烴類化合物和金屬有機(jī)化合物三、石油的烴類組成天然石油中烴類：主要有烷烴、環(huán)烷烴、芳香烴 二次加工產(chǎn)物：還有烯烴（一）烷烴 主要組分 存在形態(tài)：氣、液、固 1、氣態(tài)烷烴 常T、P下，C1C4為氣態(tài) 是天然氣和煉廠氣的主要成分。 （一）烷烴 天然氣：分為干氣（貧氣）和濕氣（富氣） 干氣：含有大量甲烷、少量乙烷、丙 烷的天然氣，稱為干氣。 濕氣：除含有大量的甲烷、乙烷外，還含有少量的易揮發(fā)的液態(tài)烴蒸汽的天然氣，稱為濕氣。三、石油的烴類組成 （一）烷烴 區(qū)分：以天然氣中丁烷以上的液態(tài)烴(氣體汽油）含量來區(qū)分 貧氣：100g/m3氣體汽油 富氣： 100g/m3氣體汽油三、石油的烴類組

4、成（一）烷烴 2、液態(tài)烷烴 常T下，C5C15的烷烴為液態(tài) 分布：主要存在于汽油和煤油中 其中C5C12:進(jìn)入汽油， C12C15:進(jìn)入煤油 三、石油的烴類組成（一）烷烴3、固態(tài)烷烴 常溫下，C16以上烷烴為固態(tài)， 存在狀態(tài)：以溶解狀態(tài)存在于石油中，低溫下析出，稱為蠟。三、石油的烴類組成（一）烷烴蠟的類型： 石蠟：結(jié)晶較大，呈板狀結(jié)晶，主要成分是正構(gòu)烷烴，分布于柴油和輕潤滑油中 地蠟：呈細(xì)微的針狀結(jié)晶，以環(huán)狀烴為主，主要存在于重潤滑油餾分、重油和渣油中三、石油的烴類組成 （一）烷烴（一）烷烴烷烴的化學(xué)性質(zhì)：一般條件下不活潑，特殊條件下，發(fā)生氧化、鹵化、 硝化及熱分解反應(yīng)三、石油的烴類組成 （二

5、）環(huán)烷烴 環(huán)狀飽和烴，主要成分 存在形式：五員環(huán)的環(huán)戊烷系、六員環(huán)的環(huán)己烷系 且國內(nèi)：環(huán)己烷系環(huán)戊烷系， 國外：環(huán)戊烷系環(huán)己烷系三、石油的烴類組成（二）環(huán)烷烴 分布： 餾分沸點(diǎn)升高，相對含量增加； 高沸點(diǎn)餾分中含有雙環(huán)、多環(huán)環(huán)烷烴、環(huán)烷-芳香烴； 更重的石油餾分中，因芳烴含量增加，環(huán)烷相對含量減少。三、石油的烴類組成（二）環(huán)烷烴（二）環(huán)烷烴 環(huán)烷烴特點(diǎn)：抗爆性好、凝點(diǎn)低、有較好的潤滑性和粘溫性， 是汽油、噴氣燃料及潤滑油的良好組分。 環(huán)烷烴的化學(xué)性質(zhì)：與烷烴相近，稍活潑，除發(fā)生烷烴的化學(xué)反應(yīng)外，還能脫氫生成芳烴。 三、石油的烴類組成 （三）芳烴 分子中含有苯環(huán)，主要組分 分布：餾分沸點(diǎn)升高，芳

6、烴含量增加 存在形式:單環(huán)、雙環(huán)、多環(huán) 低沸點(diǎn)餾分以單環(huán)為主 高沸點(diǎn)餾分， 以雙環(huán)和多環(huán)為主三、石油的烴類組成（三）芳烴 芳烴化學(xué)性質(zhì)：側(cè)鏈性質(zhì)較烷烴稍活潑，可發(fā)生反應(yīng)，如氧化反應(yīng)等； 但苯環(huán)很穩(wěn)定，很難反應(yīng)，但一定條件下，發(fā)生加氫反應(yīng) 三、石油的烴類組成 （四）烯烴 存在于二次加工產(chǎn)物 分類（或存在形式）：單烯烴、雙烯烴、環(huán)烯烴 存在狀態(tài)： C2C4：氣體 C5C18：液體 C18以上：固體三、石油的烴類組成（四）烯烴 化學(xué)性質(zhì)：很活潑，發(fā)生加成、氧化和聚合等各種反應(yīng)，在空氣中易氧化生成酸性物質(zhì)和膠質(zhì)，影響安定性。三、石油的烴類組成四、石油的餾分組成 什么是蒸餾（或分餾）？ 蒸餾（或分餾）是

7、利用液體混合物中各組分的沸點(diǎn)的差異使它們得到 分離一種方法。四、石油的餾分組成 什么是餾分？ 利用蒸餾（或分餾）的方法，將石油分割成幾個部分，每一部分稱為餾分。 注意：餾分仍然是混合物，但沸點(diǎn)范圍?。ㄕ┝恕?四、石油的餾分組成 石油餾分的分類： 200：汽油餾分（或稱低沸點(diǎn)餾分） 200350：煤、柴油餾分（或中間餾分） 350500：減壓餾分（或潤滑油餾分、 高沸點(diǎn)餾分 500：渣油四、石油的餾分組成石油餾分和石油產(chǎn)品的區(qū)別： 1、石油餾分不是石油產(chǎn)品，石油產(chǎn)品必須滿足油品規(guī)格要求，餾分油要進(jìn)一步加工才能變成石油產(chǎn)品； 2、同一沸點(diǎn)范圍的餾分可以因目的不同而加工成不同的產(chǎn)品。 四、石油的餾

8、分組成 國內(nèi)外部分原油直溜餾分和減壓渣油含量比較：表1-1 結(jié)論： 我國原油輕餾分含量低，重餾分含量高 國外原油輕餾分含量高，重餾分含量低四、石油的餾分組成表1-1 原油直溜餾分及渣油含量 相對密度 汽油餾分 煤柴油餾分 減壓餾分 渣油 項(xiàng) 目 d (500) 大慶 0.8650 10.90 18.40 25.20 44.60 勝利 0.8898 8.7l 19.21 27.25 44.83 大港 0.8968 6.90 18 42 32.44 41.52 伊朗 0.8551 24.92 25.74 24.61 24.73 印尼米納斯 0.8456 13.2 26.3 27.8(350 480

9、) 32.7(480) 阿曼 0.8488 20.08 34.4 8.45 37.07 五、石油的非烴組成 非烴化合物：含硫、氮、氧的化合物 元素含量僅15%,但非烴化合物含量可高達(dá)20%， 對加工和使用影響較大 五、石油的非烴組成 （一）含硫化合物 硫（S）：常見的組成元素之一 含硫量：不同石油含硫量相差很大，從萬分之幾百分之幾 S對石油加工影響極大 含硫量常作為評價石油的一項(xiàng)重要指標(biāo) 根據(jù)含硫量，把石油分為： 高硫原油：含硫量2% ，含硫原油：0.52%，低硫原油0.5% 五、石油的非烴類組成（一）含硫化合物 分布：餾分沸點(diǎn)范圍升高，含硫量增加，大部分集中在重油中 存在形式：少量元素硫（S

10、）和硫化氫（H2S），大量有機(jī)含硫化合物 含硫化合物分為三類： 1、酸性含硫化合物 種類：硫化氫（H2S)和硫醇（RSH),是分解產(chǎn)物 分布：存在于低沸點(diǎn)的汽油和煤油餾分中 硫化氫：有臭味，有毒，用乙醇胺液吸附后氧化制硫 的方法除去 硫醇：有特殊臭味，有腐蝕性，與烯烴縮合生膠，用抽提氧化的方法除去 五、石油的非烴類組成（一）含硫化合物2、中性含硫化合物 種類：硫醚（RSR)、二硫化物（RSSR) 分布： 硫醚：隨餾分沸點(diǎn)升高，含量增加，大量集中在煤油、柴油餾分中 二硫化物：含量較少，多集中在高沸點(diǎn)餾分中 五、石油的非烴類組成（一）含硫化合物性質(zhì)：硫醚：為中性液體，熱穩(wěn)定性高，不與金屬發(fā)生化學(xué)

11、反應(yīng)二硫化物：不與金屬發(fā)生反應(yīng)，但熱穩(wěn)定性差，受熱后分解成硫醚、硫醇或硫化氫五、石油的非烴類組成（一）含硫化合物 3、熱穩(wěn)定性較高的含硫化合物 種類：噻吩（ ）和四氫化噻吩（ ） 分布：存在于中間餾分中 性質(zhì)：與苯及其同系物性質(zhì)接近，對熱穩(wěn)定，易溶于硫酸五、石油的非烴類組成（一）含硫化合物含硫化合物的危害： 對設(shè)備管線造成腐蝕； 使油品的某些使用性能變壞； 污染環(huán)境；使催化劑中毒脫除方法：酸堿洗滌、催化加氫、催化氧化抽提等五、石油的非烴類組成（一）含硫化合物五、石油中的非烴組成 （二）、含氮化合物 含氮量：萬分之幾千分之幾 密度大，膠質(zhì)多、含硫量高的石油，含氮量高 分布：餾分沸點(diǎn)升高，氮化物的

12、含量升高，大部分氮化物以膠質(zhì)、瀝青質(zhì)物質(zhì)存在于石油中五、石油中的非烴組成 氮化物分類： 1、堿性氮化物 種類：吡啶（）、喹啉（）及其同系物， 約占2040% 2、非堿性氮化物 種類：吡咯（）、吲哚（）、金屬卟啉化合物， 約占6080%五、石油中的非烴組成氮化物的危害： 氧化生膠，影響油品儲存安定性 使催化劑中毒必須除去五、石油中的非烴組成 （三）含氧化合物 氧含量：很少，約千分之幾 分布：含氧化合物大部分集中在膠質(zhì)、瀝青質(zhì)中（單獨(dú)討論） 含氧化合物分類：酸性氧化物和中性氧化物 1、酸性氧化物 種類：環(huán)烷酸、脂肪酸和酚類，統(tǒng)稱為石油酸五、石油中的非烴組成環(huán)烷酸的含量：最重要，占石油酸的90%環(huán)烷

13、酸的分布：集中在中間餾分，而在低沸和高沸餾分中都很低2、中性氧化物種類：醛、酮、酯類含量：極少五、石油中的非烴組成 （四）膠狀瀝青狀物質(zhì) 膠狀瀝青狀物質(zhì)(膠質(zhì)、瀝青質(zhì)）： 屬于非烴化合物，是由碳、氫、硫、氮、氧和一些金屬元素組成的多環(huán)復(fù)雜化合物。 五、石油中的非烴組成 膠質(zhì)與瀝青質(zhì)的區(qū)別： 膠質(zhì)：是粘稠的液體或半固狀的膠狀物，能溶于石油醚及苯，及一切石油餾分，黃色或褐色，著色力強(qiáng)，受熱或常溫氧化轉(zhuǎn)化為瀝青質(zhì)。 油品中的膠質(zhì)必須除去。五、石油中的非烴組成 瀝青質(zhì)：是暗褐色或深黑色脆性的非晶體固體粉末，不溶于石油醚而溶于苯。 膠質(zhì)瀝青質(zhì)的用途： 含大量膠質(zhì)瀝青質(zhì)的渣油可生產(chǎn)瀝青。五、石油中的非烴組

14、成 歸納總結(jié)出石油的準(zhǔn)確定義： 石油是以烴類有機(jī)物為主，還包括一定非烴類有機(jī)物的復(fù)雜混合物。 第一節(jié)小結(jié)第一節(jié)小結(jié) 一、外觀性質(zhì)；一、外觀性質(zhì)； 二、元素組成；二、元素組成； 三、烴類組成；三、烴類組成；四、非烴類組成；四、非烴類組成； 五、膠狀瀝青狀物質(zhì)。五、膠狀瀝青狀物質(zhì)。第二節(jié)、石油及其產(chǎn)品的物理性質(zhì) 研究石油及其產(chǎn)品物理性質(zhì)的意義： 1、物性是生產(chǎn)和科研中評定油品性質(zhì)和控制加工過程的主要指標(biāo) 原油評價實(shí)驗(yàn)：即測定原油的物理性質(zhì) 2、物性與化學(xué)組成有關(guān)，物性是所含各種成分的綜合表觀 即通過物性數(shù)據(jù)可大致判斷其化學(xué)組成第二節(jié)、石油及其產(chǎn)品的物理性質(zhì) 物性特點(diǎn)： 1、條件性 即規(guī)定測定方法、

15、儀器和條件 2 、標(biāo)準(zhǔn)化 國際標(biāo)準(zhǔn)、國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)一、密度和相對密度 1、密度 定義：在規(guī)定溫度下，單位體積內(nèi)所含物質(zhì)的質(zhì)量，稱為密度 單位：g/cm3或kg/m3 國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：20時密度為石油和液體石油產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)密度，表 示為20。其他溫度下測得的密度用t表示。2、相對密度定義：油品的密度與規(guī)定溫度下水的密度之比稱為油品的相對密度，用d表示表示方法： d204:我國常用，即20時油品的密度與4 時水的密度之比 4 水的密度約等于1g/cm3 數(shù)值上d20420，但d204無單位一、密度和相對密度n d15.615.6：歐美常用，即15.6時油品的密度與15.6時水的密度之比。 15.6

16、 換算為華氏溫度為60n 比重指數(shù)：API度，表示為0API， 0API=141.5/d15.615.6-131.5 由關(guān)系式可看出：0API與d15.615.6成反 比關(guān)系，即0API越大，密度越小一、密度和相對密度 3、油品密度與組成關(guān)系 同一原油的不同餾分油，沸點(diǎn)范圍升高，密度增大 不同原油的同一沸點(diǎn)范圍的餾分油，芳烴含量越多，密度越大；烷烴含量越多，密度越小通過密度可以大致判斷石油的組成一、密度和相對密度二、蒸氣壓 1、定義： 在一定溫度下，液體與其液面上方蒸氣呈平衡狀態(tài)時，該蒸氣所產(chǎn)生的壓力稱為飽和蒸氣壓，簡稱蒸氣壓。 蒸氣壓愈高，液體愈容易氣化 2、純烴與石油餾分蒸氣壓的差別： 純

17、烴的蒸氣壓只與溫度有關(guān)，T升高，蒸氣壓增大 石油餾分的蒸氣壓不僅與溫度有關(guān)，而且與氣化率（液相組成）有關(guān)，T一定時，氣化率越高，液相組成就越重，蒸氣壓越小二、蒸氣壓 3、油品蒸氣壓的表示方法： 雷德蒸氣壓 用雷德蒸氣壓測定器測定。 測定條件：T=38,汽相體積：液相體積=4：1 真實(shí)蒸氣壓 氣化率為0時的蒸氣壓，即泡點(diǎn)蒸氣壓。二、蒸氣壓三、沸點(diǎn)與餾程 1、沸點(diǎn)定義 純物質(zhì)在一定外壓下，當(dāng)加熱到某一溫度時，其飽和蒸氣壓等于外界壓力，此時液體沸騰，此溫度稱為沸點(diǎn)。 外壓一定時，純化合物的沸點(diǎn)是一個定值。 2、餾程的定義 對于化合物，所含各組分沸點(diǎn)不同，一定外壓下，油品的沸點(diǎn)不是一個溫度點(diǎn)，而是一個

18、溫度范圍。 將油品在特定的儀器中進(jìn)行蒸餾時，流出的第一滴冷凝液時的氣相溫度叫初餾點(diǎn)，溜出物體積分別達(dá)到10%、20%、30%.90%時的氣相溫度分別稱為10%、30%.90%點(diǎn)，蒸餾到最后達(dá)到的氣體的最高溫度叫干點(diǎn)（或終餾點(diǎn)）。 從初餾點(diǎn)到干點(diǎn)這一溫度范圍稱為餾程。 在此溫度范圍內(nèi)溜出的部分稱為餾分。 蒸餾溫度與溜出量之間的關(guān)系叫油品的餾分組成。三、沸點(diǎn)與餾程 3、餾程的測定方法 實(shí)沸點(diǎn)蒸餾 特點(diǎn)：設(shè)備精密、餾出的氣相溫度較接近餾出物的沸點(diǎn)，溫度與餾出物的質(zhì)量%呈對應(yīng)關(guān)系，適用于原油評價及制定產(chǎn)品的切割方案。 恩氏蒸餾 特點(diǎn)：設(shè)備簡便、方法簡單，數(shù)據(jù)容易得到，但餾程不能代表真實(shí)的沸點(diǎn)范圍， 適

19、用于生產(chǎn)控制、產(chǎn)品質(zhì)量及工藝計算。三、沸點(diǎn)與餾程四、特性因數(shù) 特性因數(shù)（K）是反映石油或石油餾分化學(xué)組成特性的一種特性數(shù)據(jù)。 1、定義式 K=1.216T1/3/d15.615.6 2、不同烴類K值的比較 烷烴12.環(huán)烷烴11.芳烴10. 3、石油及其餾分的K值 含烷烴多的：1213； 含環(huán)烷多的：1112； 含芳烴多的：1011 通過K值大小，可大致判斷石油餾分的化學(xué)組成四、特性因數(shù)五、平均相對分子質(zhì)量1、定義 石油是多種化合物的復(fù)雜混合物，石油餾分的相對分子質(zhì)量是其中各組分相對分子質(zhì)量的平均值，因此稱為平均相對分子質(zhì)量。2、石油餾分的平均相對分子質(zhì)量 餾分沸程升高，平均相對分子質(zhì)量增大 汽

20、油：100200； 噴氣燃料：180200； 輕柴油：210240；六、粘度 粘度是評價油品流動性的重要指標(biāo)，是噴氣燃料、柴油重油和潤滑油的重要質(zhì)量指標(biāo)之一。 1、粘度定義 粘度是表示液體流動時分子間摩擦而產(chǎn)生阻力的大小。 2、粘度表示方法 動力粘度 動力粘度是表示液體在一定剪切應(yīng)力下流動時內(nèi)摩擦力的量度。 =剪切應(yīng)力/剪切速率 單位： 法定：帕秒（Pas)，習(xí)慣：厘泊（cP） 1 cP=10-3 Pas=1mPas六、粘度 運(yùn)動粘度 運(yùn)動粘度表示液體在重力作用下流動時內(nèi)摩擦力的量度。 =/ 單位： 法定：m2/s，物理：cm2/s（st，斯），常用：mm2/s(cSt,厘斯） 1m2/s=1

21、0000st=1000000cst(mm2/s)六、粘度 恩氏粘度 為條件性粘度。是在規(guī)定條件下，油品從特定儀器中流出200mL所需時間（s)與20時流出200mL水所需時間的比值，以E表示。 Et=油/水六、粘度 3、石油餾分粘度與組成的關(guān)系 含烷烴多，粘度較?。缓h(huán)狀烴多，粘度較大； 餾分越重，沸點(diǎn)越高，粘度越大。 4、溫度對粘度的影響 T升高，液體油品粘度減小，油蒸氣粘度增大。六、粘度 5、粘溫性質(zhì) 定義 油品粘度隨溫度變化的性質(zhì)稱為粘溫性質(zhì)。 粘溫性質(zhì)好的油品，粘度變化幅度較小。 粘溫性是潤滑油的重要指標(biāo)之一。六、粘度 粘溫性質(zhì)的表示方法 粘度比：常用50與100 運(yùn)動粘度的比值，表示為50 / 100 粘度指數(shù)（VI）：歐美常用。VI越高，粘溫性質(zhì)越好 6、粘溫性質(zhì)與化學(xué)組成的關(guān)系 不同烴類，正構(gòu)烷烴粘溫性最好，環(huán)烷次之，芳烴最差 烴類分子中，環(huán)狀結(jié)構(gòu)越多，粘溫性越差，側(cè)鏈越長，粘溫性越好六、粘度七、低溫性能 評價低溫性能的指標(biāo)：濁點(diǎn)、冰點(diǎn)、結(jié)晶點(diǎn)、傾點(diǎn)、凝點(diǎn)和冷濾點(diǎn)。 1、油品失去流動性的原因： 粘溫凝固：不含蠟的油品，溫度降低，粘度增大而失去流動性。 構(gòu)造凝固：含蠟油品，溫度降低，蠟結(jié)晶析出，形成網(wǎng)狀骨架，失去流動性。 2、濁點(diǎn)、冰點(diǎn)、結(jié)晶點(diǎn) 三點(diǎn)可在同一個樣品的實(shí)驗(yàn)中同時測定。 濁點(diǎn)：出現(xiàn)蠟的微晶粒而呈霧狀和混濁時的最高溫度。 結(jié)晶點(diǎn)：繼續(xù)冷卻，出現(xiàn)看得到的晶體