第2章石油的化学组成第章主讲教师王刚：本章主要内容第1节石油的一般性质、元素组成和馏分组成第节般性质、第2节石油馏分的烃类组成第3节石油中的非烃化合物第4节石油中的微量元素第5节渣油及渣油中的胶质沥青质第节、2本章主要内容第1节石油的一般性质、元素组成和馏分组成第节般性质、第2节石油馏分的烃类组成第3节石油中的非烃化合物第4节石油中的微量元素第5节渣油及渣油中的胶质沥青质第节、3一、石油的一般性质石油与原油？什么是石油？石油是什么样？颜色：黑色、褐色、黄色状态流动半流动粘稠液体：、、、相对密度：0.80~0.984一、石油的一般性质国内外典型原油的一般性质原油名称密度20℃g/cm3运动粘度50℃, mm2/s凝点℃蜡含量m%庚烷沥青质，m%残炭m%大庆0 8554 20 19 30 26 2 0 29. . . 2.9胜利0.9005 83.36 28 14.6 环烷烃>芳香烃链烷烃H/C环烷烃H/C芳香烃H/CC6H142.33 2.00 1.00C10H222.20 1.80 0.80C H 214 171 070914 302.14 1.71 0.70二、石油的元素组成石油加工过程中，馏分越重，H/C原子比越小石油馏分的H/C原子比液化气汽、煤油柴油燃料油沥青石油焦~2.8 2.1~2.4 1.9~2.1 1.4~1.7 1.0~1.6 0.4~0.6为什么石油馏分的H/C原子比随馏分变重而变小？①分子量变大②馏分中的芳香烃含量增大10②二、石油的元素组成2、硫、氮、氧的含量①石油中非碳氢元素（杂原子）含量一般不超过5m%，大多数原油的氮含量很低，一般为千分之几至万分之几，②与国外原油相比，我国原油的硫含量较低，大多数低于1 %m③与国外原油相比，我国原油的氮含量偏高，一般在千分之三以上，例如井楼及高升原油的氮含量高达千分之七以上，属于较少见的高氮原油11二、石油的元素组成国内外原油的硫氮含量国内原油国外原油原油名称S，m% N，m%原油名称S，m% N，m%庆轻大庆0.10 0.16沙特轻质1.91 0.09胜利0.80 0.41沙特中质2.42 0.12孤岛209 043沙特轻重混合255 0092.09 0.43 2.55 0.09新疆0.05 0.13伊朗1.40 0.12大港012 023科威特230 0140.12 0.23 2.30 0.14欢喜岭0.26 0.41英国（北海）0.35 0.07高升0.56 0.72前苏联（杜依玛斯）2.67 0.33高井楼0.32 0.74美国（勘萨斯）1.90 0.45二连0.16 0.4412江汉2.09 0.47低高高低二、石油的元素组成我国原油的特点之二低硫高氮与国外原油相比我国原油的硫含量低氮含量高，、油中的杂含量少但碳氢化合物的衍生原原子含量虽少，但以碳氢化合物的衍生物形式存在，比例较大，对油品性质和加工过程影响很大13三、石油的馏分组成 9原油是一个多组分的复杂混合物，沸点范围很宽，从常温一直到500℃以上 9无论是对原油进行研究或进行加工利用都必须对，原油进行分馏 9分馏－－按照组分沸点的差别将原油“切割”成若干馏分每个馏分的沸点范围简称为馏程或沸程，或 9初馏点（IBP）－－加热时馏出第一滴液体时的温（）滴液体时的温度14三、石油的馏分组成馏程℃馏分名称，℃IBP~180 (200)汽油馏分、石脑油馏分180 (200)~350煤柴油馏分、常压瓦斯油、AGO350~500减压馏分润滑油馏分、减压瓦斯油、减压蜡油、VGO>500减压渣油、VR>350常压渣油、常压重油、AR常压渣油实际上包含了减压馏分和减压渣油15三、石油的馏分组成馏分组成，m%原油名称初馏点~200℃ 200~350℃ 350~500℃ >500℃℃ ℃ ℃ ℃大庆11.5 19.7 26.0 42.8胜利7.6 17.5 27.5 47.4孤岛6.1 14.9 27.2 51.8辽河9.4 21.5 29.2 39.9华北6.1 19.9 34.9 39.1中原19.4 25.1 23.2 32.3新疆管输油15.4 26.0 29.9 29.7新疆库尔勒19.6 31.1 26.1 23.2新疆九区2.4 19.3 29.6 51.1单家寺1.2 12.2 18.3 68.3沙特轻质23.3 26.3 25.1 25.3沙特混合20.7 24.5 23.2 31.6阿联酋，麦瑞波31.5 30.6 23.2 14.7英国北海29 0 27 6 25 4 18 016，. . . .印尼，米纳斯11.9 30.2 24.8 33.1低高三、石油的馏分组成我国原油的特点之三与国外原油相比，我国原油的汽油馏分含量低、减压渣油含量高（轻馏分少、重馏分多）（、） 9从原油直接分馏得到的馏分称为直馏馏分，它们基本上保留着石油原来的性质，基本上不含不饱和烃 9石油直馏馏分经过二次加工（如延迟焦化催化裂（、化等）后，所得的馏分与相应直馏馏分的化学组成不同，产物的化学组成中含有不饱和烃17四、小结1原油的外观特性黑褐或黄色流动半流动粘稠液体、：2、原油的密度范围：800~980 kg/m3（ 850~950）黑、、3、原油一般性质：4原油的主要元素及其含量：密度、粘度、凝点、蜡含量、胶质沥青质等、：C： 83.0~87.0 m%； H： 11.0~14.0 m%5、H/C原子比反映：加工难易程度、化学组成、分子结构等信息18四、小结我国原油的特点①粘度高、凝点高、蜡含量高、庚烷沥青质含量低，相对密度在0.85~0.95之间，属偏重的常规原油，属②与国外原油相比，我国原油的硫含量低、氮含量高（低硫高氮）（）③与国外原油相比，我国原油的汽油馏分含量低、减压渣油含量高（轻馏分少、重馏分多）19本章主要内容第1节石油的一般性质、元素组成和馏分组成第节般性质、第2节石油馏分的烃类组成第3节石油中的非烃化合物第4节石油中的微量元素第5节渣油及渣油中的胶质沥青质第节、20第2节石油馏分的烃类组成石油主要由烃类和非烃类组成①石油因产地及种类不同，烃类和非烃类的相对含量差别很大②轻质石油的烃类含量可高达90%以上，但重质石油的烃类含量甚至低于0%5③在同一原油中，随着馏分沸程增高，烃类含量降低而非烃类含量逐渐增加石油中的烃类包括烷烃环烷烃芳香烃和分子中：、、兼有这三类烃结构的混合烃组成21一、石油烃类组成表示方法1、单体烃组成表明石油及其馏分中每一单体化合物的含量石油中单体烃数目繁多馏分越重数目剧增，，分析手段：气相色谱技术只限于分析石油气和低沸点馏分组成如汽油馏分中的单体烃有上百种如22一、石油烃类组成表示方法2、族组成族是化学结构相似的一类化合物族组成简单实用，可根据分析方法和实际需要进行划分，馏分分析方法族组成划分汽油馏分气相色谱烷烃、环烷烃、芳香烃，裂化汽油增加不饱和烃的分析煤油柴油及液固色谱法饱和烃（烷烃和环烷烃）轻芳香烃（单环）中芳、减压馏分质谱法（）、（）、香烃（双环）、重芳香烃（多环）及非烃组分烷烃（正构、异构）、环烷烃（一环、二环、多环）、芳香烃（一环、二环、多环）和非烃化合物减压渣油溶剂处理及液相色谱法饱和分、芳香分（轻、中、重）胶质（轻中重）沥青质23（轻、中、重）、一、石油烃类组成表示方法3、结构族组成石油中的较重馏分及渣油的分子量大，结构复杂，所含单体化合物不可胜数；不仅无法测定其单体化合物的组成；，即使用族组成的方法也难以确切表达其结构特征结构族组成方法：①用少量结构参数进行总体描述；①；②20世纪30~40年代荷兰学者Waterman提出，其构想的主要内容包括结构单元（Structural Unit）24平均分子（Average Structure）一、石油烃类组成表示方法从结构族组成的观点，任何烃类化合物，不论其结构如何复杂，都可以看成是由烷基、环烷基、和芳香基三种结构单元所组成C10H21C10H2125一、石油烃类组成表示方法3.1结构参数芳香碳原子百分数CA%=6/20*100=30环烷碳原子百分数CN%=4/20*100=20烷基碳原子百分数CP%=10/20*100=50总环数RT=2芳数C10H21芳环数RA=1环烷环数RN=126一、石油烃类组成表示方法①石油馏分的某些物理参数，如密度、折射率等与其烃族组成有关②在各族烃类中芳香烃的密度和折射率最大而②，，而且随着芳香环环数的增加其密度和折射率也增加③烷烃的密度和折射率最小，环烷烃介于二者之间④烃类分子中的各种结构单元与烃类以及烃类混合物的物理常数之间存在着一定的关系定的关系⑤烃类物性与其结构单元密切相关，利用物理常数27可测定石油馏分的结构族组成一、石油烃类组成表示方法3.2结构族组成测定方法n-d-M法——适用于中、高沸点馏分密度法适用常重油减渣油等——于常压重油、减压渣油等核磁共振法NMR ——适用于常压重油、减压渣油等 ¾1H法测得H的信息，B-L法计算结构参数 ¾13C测定碳信息，灵敏度差，误差大28一、石油烃类组成表示方法3.3 n-d-M法计算公式参见教材p13表2-10优点：应用方便，准确性高限定条件：石油馏分，且M>200不含不饱和烃不适，不含不饱和烃2R4,RAT≤≤适用于重75%CR≤重油1.5/CCNA≤05%O05%N%2%S% ≤≤≤290.5%0.5%,,二、石油馏分的烃类组成石油馏分包括哪些？①气体馏分C1~C4②汽油馏分C5~C10③柴油馏分（中间馏分）C11~C20③（）④瓦斯油馏分（高沸点馏分）C21~C35⑤减压渣油>C3630二、石油馏分的烃类组成1、石油气体的烃类组成－用单体烃表示1.1天然气①伴生气伴随原油共生与原油同时采出①：、②非伴生气纯气田，甲烷>90 v%干气凝析气田，甲烷，C2+C3+C4=10~20 v%湿气气气③天然气中还经常杂有非烃气体，主要包括二氧化碳、氮气和硫化氢1.2炼厂气：因加工工艺、条件及原料的不同，组成31差别很大，且普遍含有烯烃二、石油馏分的烃类组成2、汽油馏分①单体烃－表示直馏汽油C5～C10范围的烃②单体烃检测达200个其中20种主要单体烃的总含量②个，>50%③直馏汽油的烷烃含量很高，一般在50%左右，且主要成分是正构及支链较少的烷烃④环烷烃只含环戊烷和环己烷系；在环己烷系中，以甲基环己烷的含量为最高⑤不含烯烃32二、石油馏分的烃类组成烷烃环烷烃芳香烃80%100%80%100%60%60%20%40%20%40%0%60-95 95-122 122-150 150-200沸点范围，℃0%60-95 95-122 122-150 150-200沸点范围，℃大庆原油胜利原油 ¾烷烃和环烷烃占绝大部分，烷烃50%，芳烃不超过20%33，， ¾芳烃随沸点增高而增加二、石油馏分的烃类组成3、中间及高沸点馏分3.1单体烃组成种类繁多，分离和鉴定十分困难200~350 ℃烷烃：C11~C20中间馏分：环烷烃：单、双环为主芳香烃单双环为主与汽油相比，环数和侧链长度均增加：单、34二、石油馏分的烃类组成3、中间及高沸点馏分3.1单体烃组成种类繁多，分离和鉴定十分困难350~500 ℃烷烃：C20~C36高沸点馏分：C36环烷烃：单环到六环，稠合类型为主芳香烃：单、双环和三环为主：单、35二、石油馏分的烃类组成3.2族组成常法常用液相法进行测相色谱和测定和质谱36大庆原油200~500℃馏分的族组成分布二、石油馏分的烃类组成烷烃环烷烃芳香烃胶质80%100%80%100%60%60%20%40%20%40%0%200-250 250-300 300-350 350-400 400-450 450-500沸点范围，℃0%200-2。