石油产品分析绪论解读课件

,第一章 石油的化学组成,第一章 石油的化学组成,石油是指从地下深处开采出来的多组分混合物，即指气态、液态、固态以烃类为主的混合物。,烷烃,环烷烃,芳香烃,非烃化合物,第一章 石油的化学组成,1.1,原油的一般性质、元素组成、馏分组成和分类,1.2,石油的烃类组成,1.3,石油中的含硫化合物,1.4,石油中的含氮化合物,1.5,石油中的含氧化合物,1.6,石油中的胶状沥青状物质,1.7,石油中的微量元素,1.1,原油的一般性质、元素组成、馏分组成和分类,性状,影响因素,常规原油,特殊原油,我国原油,颜色,胶质和沥青质含量越多，石油的颜色越深,大部分石油是黑色，也有暗绿或暗褐色,显赤褐、浅黄色，甚至无色,四川盆地：黄绿色,玉门：黑褐色,大庆：黑色,相对密度,胶质、沥青质含量多，石油的相对密度就大,一般在,0,.,80,0,.,98,之间,个别高达,1,.,02,或低到,0,.,71,一般在,0,.,85,0,.,95,之间，属于偏重的常规原油,流动性,常温下石油中含蜡量少，其流动性好,一般是流动或半流动状的粘稠液体,个别是固体或半固体,蜡含量和凝固点偏高，流动性差,气味,含硫量高，臭味较浓,有程度不同的臭味,含硫相对较少，气味偏淡,各类原油的主要外观性质,一、原油的一般性质,1.1,原油的一般性质、元素组成、馏分组成和分类,二、元素组成,原油中元素组成的质量分数,原油元素组成,常规原油中元素含量*,特殊原油,我国原油,主要元素,（,C,、,H,）,C,：,83%,87% H,：,10%,14%,合计：,95%,以上,H/C,原子比高，油品轻油收率高,少量元素,（,S,、,N,、,O,）,S,：,0,.,05%,0.8%,N,：,0,.,02%,2%,O,：,0,.,05%,2%,委内瑞拉（博斯坎）原油含硫量高达,5.7%,；阿尔及利亚原油含氮量高达,2.2%,含,S,量偏低，多数,0,3%,微量金属、非金属元素（,30,余种）,金属元素和非金属元素含量甚微，大约在,10,-6,10,-9,级,大多数原油,Ni,多，,V,少,石油主要由碳、氢两种元素以及硫、氮、氧,及一些微量金属、非金属元素组成。,1.1,原油的一般性质、元素组成、馏分组成和分类,氢碳比,与其分子量大小和化学结构有关,随着分子量增大，氢碳比减小,相同碳数，不同化学结构的烃类，碳氢比规律,烷烃,环烷烃,芳香烃,随着环数增加，碳氢比减小,1.1,原油的一般性质、元素组成、馏分组成和分类,三、馏分组成,500 ,：减压渣油,(VR),常压蒸馏后残余的,350 ,的油称为常压渣油或常压重油。（,AR,）,1.1,原油的一般性质、元素组成、馏分组成和分类,1,）原油的一般性质、元素组成、馏分组成和分类,四、原油的分类,1,、美国矿务局原油分类法,以原油中具有特定馏程的轻、重两个馏分的相对密度为依据,轻馏分称为轻关键馏分常压下原油在,250,275,馏出,重馏分称为重关键馏分,1.33kPa,下在,240,265,馏出,以轻重两个关键馏分的,API,度作为分类指标,1,、美国矿务局原油分类法,确定关键馏分的属性,关键馏分,石蜡基,中间基,环烷基,第一关键馏分,(,轻油部分,),d,4,20,0.8210,API,度,40,(,K,11.9),d,4,20,0.8210,0.8562,API,度,33,40,(,K,11.5,11.9),d,4,20,0.8562,API,度,33,(,K,11.5),第二关键馏分,(,重油部分,),d,4,20,0.8723,API,度,30,(,K,12.2),d,4,20,0.8723,0.9305,API,度,20,30,(,K,11.5,12.2),d,4,20,0.9305,API,度,20,(,K,11.5),1,、美国矿务局原油分类法,划分原油的类别,原油类别,第一关键馏分,(,轻馏分,),第二关键馏分,(,重油部分,),API,度,馏分类别,API,度,馏分类别,石蜡基,40.0,石蜡基,30.0,石蜡基,石蜡,-,中间基,40.4,石蜡基,20.1,29.9,中间基,中间,-,石蜡基,33.1,39.9,中间基,30.0,石蜡基,中间基,33.1,39.9,中间基,20.1,29.9,中间基,中间,-,环烷基,33.1,39.9,中间基,20.0,环烷基,环烷,-,中间基,33.0,环烷基,20.1,29.9,中间基,环烷基,33.0,环烷基,20.0,环烷基,石蜡,-,环烷基,40.0,石蜡基,20.0,环烷基,环烷,-,石蜡基,33.0,环烷基,30.0,石蜡基,四、原油的分类,2,、按特性因数,K,值分类法,T,为油品的平均沸点,K,值与油品的化学组成有关，沸点接近时，烷烃、环烷烃和芳香烃的,K,值依次减小,根据,K,值分类,石蜡基,K,值大于,12.1,中间基,K,值在,11.5,12.1,环烷基,K,值在,10.5,11.5,四、原油的分类,3,、按原油的个别性质分类,API20,32,的原油是中质石油,API10,20,的原油是重质石油,(1),按相对密度分类,API32,的原油是轻质石油,四、原油的分类,3,、按原油的个别性质分类,硫含量低于,0.5,2.0,的称为含硫原油,硫含量高于,2,的称为高硫原油,(2),按硫含量分类,硫含量低于,0.5,的称为低硫原油,四、原油的分类,3,、按原油的个别性质分类,硫含量低于,2.5,10.0,的称为含蜡原油,硫含量高于,10,的称为高蜡烛原油,（,3,）按蜡含量分类,蜡含量低于,2.5,的称为低蜡原油,四、原油的分类,我国是采用美国矿务局原油分类法,附加硫含量的指标,1.2,石油的烃类组成,A,单体化合物的组成,B,族组成,C,结构族组成,1.2,石油的烃类组成,一、石油及天然气的单体烃组成,二、石油的烃族组成,三、石油的结构族组成,一、石油及天然气的单体烃组成,1,、天然气的组成,2,、直馏汽油馏分的单体烃组成,3,、原油中正构烷烃及类异戊二烯烷烃的含量和分布,4,、石油中间馏分及高沸馏分中的环烷烃及芳香烃化合物,1,、天然气的组成,天然气,广义：埋藏于地层中自然形成的气体的总称,狭义：储存于地层深部的可燃气体，与石油共生的天然气称为油田伴生气。,天然气包括纯气田气和凝析气田气,纯气田天然气成分：甲烷,90,以上，乙烷丙烷丁烷,1,3,凝析气田气成分：甲烷为主，单乙烷丙烷丁烷,10,20,，甚至含少了戊烷和己烷,2,、直馏汽油馏分的单体烃组成,我国从原油轻馏分中鉴定出单体烃数目达,200,多种,正构和支链较少的烷烃是直馏汽油馏分的主要成分,环烷烃主要是环戊烷系和环己烷系，个别油田有少量环庚烷系,芳香烃中苯含量很低，甲苯和二甲苯含量相对高,3,、原油中正构烷烃及类异戊二烯烷烃的含量和分布,原油中正构烷烃含量较高,是重要的有机化工原料,是一类与石油成因有关的生物标志化合物,正构烷烃的碳数分布范围、主峰碳数及奇偶优势标志生成石油的有机质类型和成熟程度的重要参数。,类异戊二烯烷烃是另一生物标志化合物，是一类具有多个异戊二烯碳骨架的异构烷烃,3,、原油中正构烷烃及类异戊二烯烷烃的含量和分布,4,、石油中间馏分及高沸点馏分中的环烷烃及芳香烃化合物,含有烷烃、环烷烃和芳香烃,环烷烃是带较长侧链的单环环烷烃和双环以及三环到六环的多环环烷烃,芳香烃在较重馏分中除了有带有更多更长侧链的单环芳香烃外，还含有双环及多环芳香烃,二、石油的烃族组成,1,、汽油馏分的烃族组成,2,、煤柴油馏分及减压馏分的烃族组成,3,、减压渣油的族组成,1,、汽油馏分的烃族组成,烷烃含量范围：,30,70,环烷烃含量范围：,20,60,1,、汽油馏分的烃族组成,2,、煤柴油馏分及减压馏分的烃族组成,饱和烃占一半以上,2,、煤柴油馏分及减压馏分的烃族组成,3,、减压渣油的族组成,减压渣油是原油中沸点最高、分子量最大的部分,非烃含量也最多,三、石油的结构族组成,重馏分中各组分分子量大，结构复杂,用结构族组成的方法对碳氢结构部分用很少的几个平均结构参数从总体上加以定量描述,三、石油的结构族组成,1.3,石油中的含硫化合物,含硫量作为石油产品质量衡量的重要指标,石油中硫分布不均匀，是随着馏分的沸程的升高而呈增多的趋势,含硫化合物对热不稳定，在蒸馏过程中易分解,石油中含硫化合物的组成：,元素硫,、,硫化氢,、,硫醇,、,硫醚,、二硫化物、,噻吩,、亚砜和砜类化合物。,1.3,石油中的含硫化合物,1.3,石油中的含硫化合物,一、硫醇,分布：硫醇集中在较轻的馏分中,气味：低碳硫醇具有强烈恶臭,因为硫醇的恶臭和腐蚀性，所以必须去除或转化为非活性含硫化合物,1.3,石油中的含硫化合物,1.3,石油中的含硫化合物,二、硫醚及二硫化物,原油中的硫约,20,30,是硫醚硫,硫醚集中在中间馏分,硫醚分开链和环状两类,二、硫醚及二硫化物,原油的柴油和减压馏分中主要是环硫醚，以单环和双环居多。,二、硫醚及二硫化物,二、硫醚,硫醚加热分解，生成硫化氢和相应烯烃,硫醚能被氧化成亚砜和砜,环硫醚及芳香硫醚对热更稳定,三、噻吩,原油中噻吩类化合物占含硫化合物一半以上,噻吩属于芳香杂环化合物，结构稳定，难脱除,主要在中沸馏分和高沸馏分中,1.4,石油中的含氮化合物,原油中氮含量在,0.05,0.5,范围内，超过,0.7,的很少,我国油田大多含氮量在,0.1,0.5,之间，偏高,最高是辽河油田，含氮量在,0.73,1.4,石油中的含氮化合物,分布：不均匀，原油中氮含量随馏分沸程的升高而增加，,90,分布在减压渣油中,1.4,石油中的含氮化合物,1.4,石油中的含氮化合物,含氮化合物分碱性和非碱性含氮化合物,较轻馏分的氮主要是碱性氮,较重的馏分及渣油中氮主要是非碱性氮,1.4,石油中的含氮化合物,轻馏分中的碱性含氮化合物主要是烷基吡啶和环烷基吡啶,随馏分变重，吡啶衍生物含量下降，喹啉衍生物含量增加,1.5,石油中的含氧化合物,大多数石油的氧含量在,0.1,1,之间，个别达,3,分酸性和中性两大类,酸性：羧酸类和酚类,中性：酯类、酮类、醚类和呋喃类,1.5,石油中的含氧化合物,1.5,石油中的含氧化合物,酸性含氧化合物含量用酸值间接表示,酸值取决于酸性化合物的含量及平均分子量,石蜡基原油酸值低，环烷基原油酸值高,1.5,石油中的含氧化合物,酸值并不随沸点升高而增大,1.5,石油中的含氧化合物,酚含量并不低,一、石油羧酸,包括脂肪酸、环烷酸和芳香酸,汽油馏分中只有脂肪酸，且主要是正构的，少量轻度异构，随馏分的变重支链数有所增加。,二、石油酚,分离困难,苯酚、甲酚、二甲酚和奈酚及,3,6,个芳香环的酚类,酚含量随馏分的沸点升高而降低,三、石油中的中性含氧化合物,酮类是主要的含氧化合物,此外还有酯类，在高沸馏分和渣油中,四、石油酸的性质及其利用,酸性含氧化合物对金属设备和管线有腐蚀作用,尤其是低分子酸类,石油酸可借助碱洗的方法分离，作为化工原料,也作为稀土金属萃取剂、喷气燃料抗磨添加剂及表面活性剂、稠化剂和植物促生长剂。,1.6,石油中的胶质沥青状物质,石油的重质组分中，非烃化合物的含量很多。,石油中最重的部分基本由,大分子非烃化合物,组成,胶质：石油中分子量及极性均仅次于沥青质的大分子非烃化合物，具有很大的多分散性。,沥青质：石油中不溶于非极性的小分子正构烷烃而溶于苯的物质称为沥青质，是石油中分子量最大、极性最强的非烃组分。,1.6,石油中的胶质沥青状物质,胶质：深棕色至深褐色，极粘稠不易流动的液体或无定形固体，受热熔解，密度小于,1.0.,沥青质：深褐色至黑色的无定形固体，受热不熔化，性脆易碎裂成片，密度稍大于,1.0.,一、胶质、沥青质的元素组成和平均分子量,一、胶质、沥青质的元素组成和平均分子量,二、胶质、沥青质的结构特征,稠合的芳香环是核心，周围连接若干环烷环,芳香环和环烷环连接烷烃，分子中还有各种杂原子,二、胶质、沥青质的结构特征,沥青质芳香化程度更高,环数更多,二、胶质、沥青质的结构特征,沥青质有类似石墨的晶结构,三、石油分散体系,分散相沥青质（核心）,+,胶质（溶剂化层）；分散介质油分和部分胶质,四、胶质、沥青质的性质,使原油黏度增加，且随温度变化，尤其是胶质黏度,它们是天然的油包水型的乳化剂，在油水界面形成牢固的乳化膜，难破乳,胶质对热很不稳定，尤其是有氧存在时，缩合成沥青质,沥青质加热到,350,摄氏度以上分解，产生二氧化碳、一氧化碳、硫化氢、氢气和甲烷,沥青质经轻度加氢会转化成胶质,四、胶质、沥青质的性质,组成,极性,结构,芳香程度,H/C,比,热稳定性,一系列大分子非烃化合物,最强,相同,高,低,不稳定,二者的共性,四、胶质、沥青质的性质,组成,是否溶于低分子正构烷烃,杂原子含量,芳香程度,H/C,比,平均分子量,沥青质,否,高,高,低,高,胶质,是,低,低,高,低,二者的特性,1.7,石油中的微量元素,含量在百万分之几（,ppm,）到十亿分之几（,ppb,）,对石油加工影响很大,大致分三类,变价金属：,V,、,Ni,、,Fe,、,Mo,、,Co,、,W,、,Cr,、,Cu,、,Mn,、,Ga,、,Hg,碱金属和碱土金属：,Na,、,K,、,Ba,、,Ca,、,Sr,、,Mg,卤素和其他元素：,Cl,、,Br,、,I,、,Si,、,Al,、,As,一、石油中微量元素的含量及分布,一、石油中微量元素的含量及分布,一、石油中微量元素的含量及分布,二、石油中微量元素存在的形态,石油中微量元素的来源：,1,、以乳化状态分散于原油中的水中所含的盐类,2,、悬浮于原油中的极细的矿物质微粒,3,、结合于有机化合物或络合物中,二、石油中微量元素存在的形态,在有机物中微量元素以下列形态存在,1,、与碳原子以化学键结合,2,、有机酸官能团中的氢被金属置换形成盐类,3,、形成螯合物，即金属的分子内络合物,4,、与单一的或混杂的配位体形成的络合物,5,、与沥青质中的杂原子或稠合芳香环的,系形成的络合物,