石油炼制工程杨朝合

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1、2019/10/10,石油加工工程,1,第二章 石油的化学组成,第一节 石油的一般性状、 元素组成、馏分组成,2019/10/10,石油加工工程,2,一、石油的一般性状 颜色及密度 石油通常是黑色、褐色或黄色的流动或半流动的粘稠液体 多数原油的密度集中在之间，但也有个别原油的相对密度在以上或以下 我国主要原油的主要特点 大多数原油的相对密度（），属较重原油； 凝点()高，含蜡量高，庚烷沥青质含量低； 含硫量较低,含氮量偏高，大部分原油; 含量大大高于含量，。,2019/10/10,石油加工工程,3,重质原油(或称稠油) 近年来国内外相继对蕴藏量很丰富的重质原油(或称稠油)进行开采。表所列为国内

2、外几种重质原油的一般性质，这类原油的相对密度均大于，而且粘度较高，其中若干重质原油其酸值较高（例如单家寺、新疆九区等），属含酸原油。 轻质原油的主要特点 此外，还有一类相对密度的轻质石油，该类石油的特点是相对密度小、硫含量低、轻油收率高、渣油含量少，这类原油目前在世界上的探明储量及产量均较少，表为我国及国外几种轻质原油的一般性质。,2019/10/10,石油加工工程,4,二、石油的元素组成,原油中除、外，还有、及其他微量元素() 原油中主要的微量金属元素有、等种 石油中的非碳氢原子称为杂原子。与国外原油相比，我国原油的含硫低、含氮量高 。,原油中的主要元素是、,2019/10/10,石油加工工

3、程,5,由于不同原油中这些杂原子含量相差甚大，所以单纯用它的碳含量或氢含量不易进行比较。原油的氢碳原子比则更能反映原油的属性，与原油的化学结构有关系 对于不同系列的烃类，在相对分子质量相近的情况下(碳原 子数相同)其氢碳原子 比大小顺序是： 芳 香 烃 环 烷 烃 烷 烃 一般说来，轻质原油或石蜡基原油，如表中的大庆原油和印尼米纳斯原油其氢碳原子比较高(约为)，而重质原油或环烷基原油如欢喜岭等原油其氢碳原子比较低(约左右)。,2019/10/10,石油加工工程,6,同一原油的不同馏分其氢碳原子比存在较大差别 在石油的各种加工过程中，氢碳原子比也是一个重要的参数和指标。对于纯粹的脱碳(无外加氢)

4、加工过程，在生成原子比高的轻质产物的同时，必然得到原子比低的重质部分，整个加工过程原子比将保持守恒。 各种油品的 （原子比） 天然气 液化气 汽油 柴油 轻质油 普通原油 重质油 减压渣油 沥青 石油焦 ,2019/10/10,石油加工工程,7,2019/10/10,石油加工工程,8,2019/10/10,石油加工工程,9,三、石油的馏分组成 . 馏分 ：是指用分馏方法把原油分成的不同沸点范围的组分 石油是一个多组分的复杂混合物，每个组分有其各自不同的沸点 ，其沸点范围很宽。用分馏的方法可以把石油分成不同温度段的馏分，如 、 等，每个馏分的沸点范围简称为馏程或沸程。 馏分常冠以石油产品的名称，

5、但馏分不等同于产品 。 . 馏分与产品的区别：石油产品是石油的一个馏分，要满足油品的规格（质量指标）要求，馏分要变成产品还必须对其进一步加工。各种石油产品往往在馏分范围之间有一定的重叠。同一馏分可以生产不同的产品。,2019/10/10,石油加工工程,10,. 直馏馏分：从原油直接分馏得到的馏分。它基本保留了原油化学组成的本来面目，如基本不含不饱和烃。 . 石油中含有的馏分，为了统一称呼，一般规定： 小于（或 ）的轻馏分为汽油馏分（也称为低沸点馏分，轻油或石脑油馏分） 的中间馏分为煤柴油馏分（也称常压瓦斯油，） 的高沸点馏分为减压馏分（也称润滑油馏分或减压瓦斯油） 大于的馏分为减压渣油馏分()

6、 ；大于 的馏分为常压渣油或常压重油( ) ，它包含了减压渣油馏分。,2019/10/10,石油加工工程,11,2019/10/10,石油加工工程,12,不同原油的各馏分含量差别很大。与国外原油相比，我国主要油田原油中的减压渣油含量都较高（），的汽油馏分含量较少（一般低于）。 原油中的汽油馏分含量低、渣油含量高是我国原油馏分组成的一个特点。,2019/10/10,石油加工工程,13,图中从到，每切割一个窄馏分,2019/10/10,石油加工工程,14,到，每切割一个窄馏分，以及馏分,2019/10/10,石油加工工程,15,第二节 石油馏分的烃类组成 含有碳和氢两种元素的化合物称为碳氢化合物，

7、简称为烃()。从化学组成来看，石油中主要含有烃类和非烃类这两大类。烃类和非烃类存在于石油的各个馏分中，但因石油的产地及种类不同，烃类和非烃类的相对含量差别很大。有的石油(轻质石油)烃类含量可高达以上，但有的石油(重质石油)烃类含量甚至低于。一、石油中烃类的类型及分布规律 石油中的烃类主要有烷烃、环烷烃、芳烃和在分子中兼有这三类烃结构的混合烃构成 原油中一般不含烯烃，炔烃更少,2019/10/10,石油加工工程,16,石油中的烷烃 石油中带有直链或支链，而无任何环结构的饱和烃称为烷烃或链烃 化学性质不活泼，常温常压下为气态，为液态，以上的正构烷烃为固态 石油中的烷烃根据石油类型的不同含量可达或低

8、到 石油中的正构烷烃一般比异构烷烃含量高 随沸点的增高，石油中的正构烷烃和异构烷烃的含量逐渐降低,2019/10/10,石油加工工程,17,石油中的环烷烃 环烷烃是环状的饱和烃，其性质较稳定 石油中大量存在的环烷烃只有含五碳环的环戊烷系和含六碳环的环己烷系 我国的几种主要原油中一般环己烷系多于环戊烷系 石油中的环烷烃除单环外，还有双环及多环环烷烃，环的连接方式以并联为主 石油中的芳烃、混合烃 芳烃和混合烃在石油中普遍存在，馏分越重，结构越复杂,2019/10/10,石油加工工程,18,的正、异构烷烃,2019/10/10,石油加工工程,19,某石油馏分中烃类分布示意图,2019/10/10,石

9、油加工工程,20,二、石油烃类组成表示方法 单体烃组成 单体烃组成表明了石油馏分中每一种烃(单体化合物)的含量 石油及其馏分中的单体化合物的数目十分繁多，而且随着石油馏分沸程的增高(或分子量增大)其单体化合物数目急剧增加。 由于分析和分离手段有限，目前还仅限于阐述石油气及石油低沸点馏分的组成，利用气相色谱技术可分析鉴定出汽油馏分中上百种单体化合物。 优点：具体、直观 缺点：适用范围很窄，只适用于气体、溶剂油和汽油,2019/10/10,石油加工工程,21,族组成 对于石油馏分，元素组成表示法太简单而单体烃表示法太复杂，而且使用范围窄。族组成介于两者之间，简单实用。 所谓“族”就是化学结构类似的

10、一类化合物 石油馏分分成那些族，取决于分析方法和分析要求以及实际应用的需要 对于汽油：烷烃（正构、异构）、环烷烃、烯烃和芳香烃 对于煤、柴油：饱和烃（烷烃、环烷烃）、轻芳烃（单环）、中芳烃、重芳烃、不饱和烃和非烃组分等（液固色谱分析）；若采用质谱分析法，则族组成可以烷烃(正构烷烃、异构烷烃)、环烷烃(一环、二环、多环环烷烃)、芳香烃(一环、二环及多环芳香烃)和非烃化合物的含量表示。 对于减压渣油：一般分成 饱和分、芳香分、胶质、沥青质,2019/10/10,石油加工工程,22,() 结构族组成表示方法 不论石油烃类的结构多么复杂，都可以看作是由三个基本结构单元组成：烷基、环烷基和芳香基，用这些

11、基本结构单元的含量来表示复杂分子混合物的组成的方法就是结构族组成表示法； 通常用三个基本单元上碳原子占总碳原子的百分数( 、 和 ）来描述分子的组成，然后再加上分子中的总环数，芳环数和环烷环数来表示石油馏分的结构族组成,结构族组成,2019/10/10,石油加工工程,23, （芳碳率） （环烷碳率） （烷基碳率） ； 注 意 ： 石油馏分的结构族组成是把一个馏分看作是一个平均分子，该平均分子是由芳香环、环烷环和烷基侧链这三种结构单元所构成；,2019/10/10,石油加工工程,24,用、 、 、来表示该平均分子的结构参数，因此 、 、有可能会出现小数； 结构族组成表示法仅表示上述结构单元的含量

12、，并未考虑其结合方式； 计算过程中将烷基环侧链和环烷环看作是芳环的取代基； 不管馏分的组成和结构如何复杂用结构族组成方法，可对其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的描述。 该方法可用来比较不同原油或馏分在平均结构上的差异或考察石油加工过程中平均结构的变化。,2019/10/10,石油加工工程,25,如：在混合物中各化合物所占摩尔分数为。 则：,2019/10/10,石油加工工程,26,() 石油中间馏分及高沸点馏分的结构族组成测定法 烃类的物性与其结构单元密切相关 测定中间馏分或高沸点馏分的相对密度()、折射率()和分子量()，就可以用表中的公式算出各结构参数( 、 、 、

13、、 、),2019/10/10,石油加工工程,27,但使用该方法有以下注意事项： 得到的是平均分子的结构参数； 法有一定的适用范围：,凝点时，用表中时的公式； 在计算、 用到硫含量， 含量需代入百分含量，例如： 代入公式计算时用 而不是 ； 公式的准确性： 的分布误差，环数的误差环,不适于低沸点馏分，不适于大多数二次加工产物,不适于重油，尤其是（为）,不适于绝大多数,中间馏分和减压蜡油,2019/10/10,石油加工工程,28,() 重油或渣油的结构族组成测定密度法 法一般仅适用于相对分子质量大于的中间馏分及减压馏分，对于重油或渣油，可以采用密度法测定其结构参数 烃类的密度与其结构有密切关系，

14、在相对分子质量相近的情况下，不同类型的烃类密度不同 ，因此可以用密度关联油样的化学结构,参数 ：表示以每个碳原子计的平均相对分子质量，即 (表示平均相对分子质量)； ：表示每个碳原子所占有的摩尔体积; 对于不同结构的烃，每个碳原子所占的摩尔体积()不同,2019/10/10,石油加工工程,29,表 不同结构烃的性质比较,由于在重油或渣油中一般都含有杂原子，因此须将进行杂原子校正，将其校正为(),2019/10/10,石油加工工程,30,重油的结构族组成测定密度法,对于烷烃 ，；单环烃类，；多环烃类，。值增加表示其缩合程度增高。,2019/10/10,石油加工工程,31,密度法可以得到,已知重油

15、平均相对分子质量、碳含量、氢含量和密度； 当直接取得试样的密度值有困难时，可用经验公式从氢含量()计算其近似值（） 可以计算：、（缩合指数）、（总碳数）、 、 、等 使用范围： 的油样,2019/10/10,石油加工工程,32,几种减压渣油结构参数比较,2019/10/10,石油加工工程,33,三、石油馏分中的烃类组成 . 汽油馏分的烃类组成 直馏汽油馏分的单体烃组成 组成汽油馏分的单体烃的数目相当繁多；但大多数汽油馏分中，往往种主要的单体烃的含量就占该直馏汽油馏分总量的一半以上 ，见表 直馏汽油馏分的族组成,烷烃和环烷烃占直馏汽油馏分的大部分，芳香烃一般不超过()。就其分布规律而言，一般随着

16、沸点的升高，芳香烃的含量逐渐增加，见表和,2019/10/10,石油加工工程,34,石油中间馏分及高沸馏分的烃类组成 石油中间馏分()中的烷烃主要包括从左右(以正构烷烃计)的正、异构烷烃。环烷烃和芳香烃以单环和双环为主，三环及三环以上的环烷烃和芳香烃的含量明显减少 石油高沸点馏分()的烃类类型和中间馏分相似，只是在烃分子中碳原子数目更多，环数也更多，而且环的侧链数更多或更长，高沸点馏分的烷烃主要包括从到左右(以正构烷烃计)的正、异构烷烃；环烷烃包括从单环到六环的带有环戊烷环和环己烷环的环烷烃，其结构主要是以稠合类型为主,2019/10/10,石油加工工程,35,石油高沸点馏分的芳烃以单环、双环、三环芳香烃的含量为多，同时还含有一定量