1、第一章 石油的化學組成,1、基本概念 石油：石油是從地下開采出來的油狀可燃液體 原油：未經加工的石油 油品：原油經煉制加工后得到的石油產品,第一節 石油的一般性狀、元素組成、餾分組成,2、石油的組成,元素組成,化合物組成,3、石油的性質 石油的性狀：石油通常是流動或半流動狀的粘稠液體 石油的顏色：絕大多數石油是黑色的，但也有暗黑、暗綠、暗褐，甚至呈赤褐、淺黃色乃至無色。 相對密度：絕大多數石油介于0.800.98之間，但也有個別相對密度大于1.02和低于0.71的。,運動粘度：石油的流動性差別很大，有的石油其50運動粘度為l.46mm2/s，有的卻達2104mm2/s以上。 凝點：是指溫度下降

2、時液體原油停止流動時的最高溫度。原油凝點的高低與原油中高分子化合物含量多少有關，尤其與蠟含量密切相關。 閃點：是指在規定條件下，加熱油品所逸出的蒸氣與空氣組成的混合物與火焰接觸發生瞬間閃火時的最低溫度，以表示。一般原油的閃點在30170之間，原油中各餾分的閃點隨沸點升高而升高。,熱容：熱容是加熱1g原油使其溫度提高1所需消耗的熱量）。如同測定其他有關的熱常數一樣，在溫度到50時，不同原油的熱容變動范圍相當窄，大約在1.72.0J之間。 溶解性：原油具有易溶于有機溶劑的性質。原油在很多碳氫化合物溶劑中都十分易溶解，溶劑如苯、香精、醚、三氯甲烷、二硫化碳、四氯化碳。石油難溶于水，石油中某些烴類在水

3、中溶解的特點：芳香烴環烷烴烷烴。,熒光性：石油在紫外線光照射下，發出一種特殊“光亮”的特征，稱為原油的熒光性。原油發熒光是一種冷發光現象。發熒光現象是含芳香環化合物的特征。原油中不同組分的熒光顏色不同，油質發天藍色、青色；輕膠質發綠色；重膠質發黃色；瀝青質發褐色。 旋光性：原油的旋光性是指偏光通過原油時，偏光面對其原來的位置旋轉一定角度的光學特性。旋光性與有機物質有關，環烷烴芳香烴烷烴最小，無機化合物沒有旋光性。,導電性：原油主要成分是碳氫化合物，為非極性物質，是非導體。原油的電阻率為10111018cm。 原油的相對分子質量：原油中最小的分子是相對分子質量為16的甲烷，最大的分子是瀝青質，相

4、對分子質量達幾千。 熱膨脹系數：原油受熱膨脹現象服從液體熱膨脹的規律。一般規律是：原油愈輕，其膨脹系數愈大。對于同一原油的不同餾分來說，膨脹系數的變化也同上述情況類似，餾分愈輕，則其膨脹系數愈大。,4、石油產品,燃料：約占全部石油產品的90以上。主要用作各類發動機、鍋爐、炊具的燃料及照明燈用油。,潤滑油和潤滑脂：約為石油產品總量的5%左右，但品種極多，性質差別很大。主要用于潤滑機械，減少摩擦和磨損。,蠟、瀝青和石油焦。,石油化工產品：主要作有機合成工業的原料或中間體。,石油 產品,第二節 石油中的化合物組成,化合物組成,1、烷烴 分子結構特點：碳原子間以單鍵相連成鏈狀，其余價鍵為氫原子所飽和。

5、,碳鏈呈直鏈的為正構烷烴，帶側鏈或支鏈的為異構烷烴。,1.1 烷烴的物理性質,常溫常壓下，C1C4的烷烴為氣體；C5C16的正構烷烴為液體，是液體燃料的主要組分；C17以上的正構烷烴為固態，大都存在于柴油和潤滑油餾分中。 甲烷和乙烷是無色無味氣體，其它易揮發的低分子烷烴具有汽油味，碳數多的高分子烷烴無氣味，揮發性很小。烷烴是非極性化合物，幾乎不溶于水，但易溶于有機溶劑。,1.2 烷烴的化學性質,烷烴在常溫常壓下化學性質很穩定，很難被空氣所氧化，與強酸、強堿、強氧化劑和強還原劑都不起作用或反應很慢。,a. 燃燒（氧化反應） b. 裂化反應 c. 取代反應 d. 脫氫反應,碳原子以單鍵相連成環狀，

6、其余價鍵為H原子所飽和。,石油中的環烷烴主要是環戊烷和環己烷及其衍生物。 存在形式除單環環烷烴外，還有雙環或多環環烷烴。 石油中第二種主要烴類，噴氣燃料的理想組分。,2、環烷烴,2、環烷烴,物理性質：環烷烴的沸點、熔點和密度比相同碳數的烷烴高，但密度仍小于1g/cm3。環戊烷等在常溫常壓下為液體，分子量大的環烷烴為固體。 化學性質：環烷烴是飽和烴，在常溫常壓下比較安定，在儲存過程中不易氧化變質。但在不同條件下，也可能發生氧化、裂化、芳構化、異構化和取代等反應。裂化、芳構化和異構化反應都是石油加工中的重要反應。,類似于環烷烴。分子中具有苯環結構的烴類稱為芳香烴。芳香烴分為單、多環和稠環芳香烴。

7、石油中的芳香烴一般帶有不同側鏈。,3、芳香烴,物理性質：芳香烴在常溫下是液態或固態。芳香烴的密度一般為0.860.9gcm3，比相同碳數的其它烴類密度大。芳香烴對天然橡膠有較大的浸蝕作用。會惡化噴氣燃料的燃燒性能，因而噴氣燃料要限制芳香烴的含量。芳香烴在汽油機中燃燒性能很好，是汽油的良好組分。但在柴油機中困難以自燃而燃燒性能很差。,化學性質：芳香烴中的苯環很穩定，即使強氧化劑也不能使它氧化，也不易起加成反應。在一定條件下，帶側鏈芳香烴上的側鏈會被氧化成有機酸，帶側鏈的多環和稠環芳香烴很容易被氧化而生成膠狀物質，這是油品氧化變質的重要原因之一。,4、不飽和烴,物理性質：在常溫常壓下，小于C5的烯

8、烴是氣體，C5以上的烯烴是液體，碳數多的烯烴是固體。與烷烴類似，隨分子中碳數增多，烯烴的沸點和密度增大，但密度都小于1g/cm3。烯烴難溶于水，易溶于有機溶劑。 化學性質：不飽和烴類分子中的雙鍵不穩定，很容易發生加成、氧化和聚合各種反應。,第三節 石油中的非烴類化合物,石油中的非烴化合物主要包括含硫化合物、含氧化合物、含氮化合物以及膠質、瀝青質。,1、含硫化合物,1.1 硫化物分類,根據對金屬的腐蝕性不同分為以下三類： (1)活性硫:主要是元素硫、硫化氫和低分子硫醇 (2)硫醚（RSR）和二硫化合物（RSSR）：常溫下呈中性、不腐蝕金屬、受熱后能分解產生具有腐蝕性物質的硫化物。 (3)雜環化合

9、物：對金屬沒有腐蝕性，熱穩定性好,1.2 硫化物的分布 天然氣中主要以硫化氫、二硫化物存在 原油中存在硫化氫、硫醇、硫醚等 直餾汽油中主要存在元素硫、硫化氫、硫醇、硫醚以及少量二硫化物和噻吩 直餾中間餾分中主要有硫醚類和噻吩類 直餾高沸餾分中的硫化物主要是稠環結構的化合物和硫原子在環結構上的雜環化合物,1.3 硫化物的危害 硫化物能加速油品氧化，生成膠狀物質，使油品變質，嚴重影響油品的儲存安定性。 硫化物引起儲油設備、加工裝置等的嚴重腐蝕。 硫化物還影響汽油的抗爆性，減弱抗爆劑的作用。 石油加工中生成含硫化氫和低分子硫醇的惡臭氣體以及合硫燃料燃燒產生的含SO3和SO2廢氣，嚴重污染大氣。,汽油

10、的抗爆性是表示汽油在一定壓縮比發動機中無爆震地運行的性能。汽油在貧混合氣（過剩空氣系數=0.81.0）狀態下運行時的抗爆性用辛烷值來表示，在富混合氣時（=0.60.65）的抗爆性用品度來衡量。因而車用汽油和航空汽油抗爆性的表示方法有所不同。,1.4 防止方法 通常采用酸堿洗滌、催化加氫、催化氧化等方法除去各類油品中的硫化物。 酸堿洗滌：硫醇、硫酚及硫化氫與氫氧化鈉作用生成鈉鹽。硫醇、二硫化物均溶于硫酸中。噻吩易被濃硫酸所磺化，其產物溶在硫酸中而被除去。 催化氧化：以磺化酞青鈷或聚酞青鈷等為催化劑，可以使油品中的硫醇氧化成二硫化物，達到油品脫臭和降低對金屬腐蝕能力的目的。 催化加氫：是最有效的脫

11、硫方法，在一定溫度、氫氣壓力和存在催化劑的條件下，油品中各類硫化物全部被破壞加氫，生成飽和烴和硫化氫，從而脫除油品中的各類硫化物。,2、含氧化合物,石油中的含氧化合物大部分集中在膠質和瀝青質中，因而，膠質瀝青質含量多的重質石油，其含氧量一般比較高。,石油中的含氧化合物分為中性氧化物和酸性氧化物兩類。 中性氧化物有醛、酮類，它們在石油中含量極少，并不重要。 酸性氧化物有環烷酸、脂肪酸和酚類，總稱石油酸，其中環烷酸占90%左右。,環烷酸的物理性質：相對密度一般在0.931.02之間，隨著分子量的增大，沸點的升高，環烷酸的相對密度增加，顏色由淺變深直至暗褐色，其粘度也隨之增大直到呈粘稠狀，有的甚至呈

12、半固體狀態。環烷酸在水中溶解度很小，高分子環烷酸幾乎不溶于水，但溶于石油烴類。 環烷酸的化學性質：弱酸性，對金屬有腐蝕作用。環烷酸與堿起中和反應，生成各種鹽類，其堿金屬鹽類能很好地溶于水。,采用堿洗的方法除去石油中的環烷酸。,3、含氮化合物,大部分氮化物以膠狀、瀝青狀物質存在于渣油中。 危害：石油中氮含量雖少，但對油品儲運、油品使用及石油加工影響卻很大。在儲運過程中，因為光、溫度和空氣中氧的作用，氮化物很容易生成膠質，極少量的生成物就會導至油品顏色變深并產生臭味。氮化物還會使石油加工中的催化劑中毒。 消除含氮化合物的方法：用酸洗或催化加氫精制等方法可以脫除油品中的部分氮化物。,4、膠質和瀝青質

13、,石油中的非烴化合物，大部分以膠狀及瀝青狀物質存在于石油的殘渣油中。 膠質：一般指能溶于石油醚（低沸點烷烴）、苯、三氯甲烷（CHCl3）和二硫化碳（CS2），而不溶于乙醇的物質。瀝青質是能溶于苯、三氯甲烷和二硫化碳，但不溶于石油醚和乙醇的物質。 瀝青質：暗褐色或深黑色脆性的非晶形固體粉末，密度稍大于膠質，是石油中分子量最大、結構最復雜的組分。,總之，雖然非烴化合物在石油產品中含量并不高，且絕大部分存在于渣油之中，但對石油加工、油品儲存和使用性能影響很大，加工中的精制過程絕大部分都是去除非烴化合物。,第四節 各類化合物在石油中的分布,石油中各族烴類分布的總規律是隨著石油餾分沸點的升高，所含各族烴類的分子量隨之增大，碳原子數增多，環狀烴的環數增加，結構趨于復雜化。,1、石油中各族烴類的分布規律,烴