石油及其主要产品化学组成和物理性能

石油及其主要产品化学组成和物理性能

1、石油的化学组成

1.1 颜色与密度

石油（俗称原油）通常是黑色、褐色或黄色的流动或半流动的粘稠液体，由于含有硫等其它物质，一般都有不同程度的臭味。

多数原油的密度集中在750~950kg/m³之间，也有个别原油的密度在1000 kg/m³以上或在800 kg/m³以下。

1.2 元素组成

一般而言，原油由以下几种元素或化合物组成：碳——83~87%，氢——11~14%，硫——1~3%（硫化物、二硫化物和单质硫等），氮——低于1%（以带胺基的碱性化合物为主），氧——低于1%（存在于二氧化碳、苯酚、酮和羧酸等有机化合物中），金属和非金属物质——低于1%（镍、铁、钒、铜、砷等）。根据硫含量的不同，可分为低硫原油（硫含量小于0.5%）、含硫原油（硫含量0.5~2.0%）和高硫原油（硫含量大于2.0%）三类。

碳/氢原子比（有时也称氢/碳原子比）是反映原油属性的一个重要参数，与其原有的化学结构有关系。

1.3 烃类组成

原油中的烃类成分主要分为烷烃、环烷烃、芳香烃，这些烃类组成是以气态、液态、固态的化合物存在。根据烃类成分的不同，原油也可分为石蜡基原油、环烷基原油和中间基原油三类。石蜡基原油含烷烃较多；环烷基原油含环烷烃、芳香烃较多；中间基原油介于二者之间。

原油中的烃类含量因为产地种类不同差异很大，相对密度较小的轻质原油中

烃类含量可能大于90%，而相对密度较大的重质原油中的烃类含量甚至可能小于50%。

炼油厂加工的的原油通常为液态。原油中含的液体状态烃按其沸点不同，可以分为低沸点馏分、中间馏分以及高沸点馏分。低沸点馏分，如在汽油馏分中含有C5~C10的正构烷烃、异构烷烃、单环环烷烃、单环芳香烃（苯系）。中间馏分，如在煤油、柴油馏分中含有C10~C20的正异构烷烃、带侧链的单环环烷烃、双环及三环环烷烃、双环芳烃。高沸点馏分，如在润滑油馏分中含有C20~C36左右的正异构烷、环烷烃和芳香烃。

1.4 非烃化合物

原油中非烃化合物主要包括含硫、含氮、含氧化合物和胶状沥青状物质等。原油中含硫化合物包括活性硫化物和非活性硫化物。原油中氮的分布随着馏分沸点升高，其氮含量迅速增加，约有80%的氮集中在400℃以上的重油中。在原油中，氧元素都是以有机含氧化合物的形式存在的，主要分为酸性含氧化合物和中性含氧化合物两大类。原油中含氧化合物化合物主要以酸性含氧化合物为主，其中主要是环氧酸，占原油酸性含氧化合物的90%。

2、石油及其主要石油产品的物理性能

2.1 标准密度和相对密度

我国规定20℃时的密度为石油产品（简称油品）的标准密度。原油的相对密度，在我国是指在一个标准大气压下，20℃原油与4℃纯水单位体积的质量比，又称比重。原油相对密度一般在0.75-0.95之间，少数大于0.95或小于0.75。通常相对密度在0.9-1.0的原油称为重质原油，小于0.9的原油称为轻质原油。

分子量相近的不同烃类之间密度差异很大，芳烃>环烷烃>烷烃。

同一种原油沸点增加，分子量增大，密度增大。

对不同原油，同样沸程（又称馏程，见2.7的定义），相对密度差异很大。一般来说，环烷基原油>中间基原油>石蜡基原油。

2.2 特性因数(K)

以烃类绝对温度表示平均沸点（T）的立方根对相对密度作图，所得曲线的斜率称为特性因数K。它是反映原油或原油馏分化学组成特性的特性数据，对于了解原油分类和确定原油加工方案，油品的化学组成及油品的其它特性都十分有用。

含烷烃多的石蜡基原油馏分K值较大，约为12.1~13；含芳烃多的环烷基原油馏分K值小一些，约为10.5~11.5。同族烃K值相近，不同族烃K值不同。K 的平均值，烷烃约为13，环烷烃约为11.5，芳烃约为10.5。

2.3 平均相对分子量

在炼油设备计算中，应用最多的是平均相对分子量。平均相对分子量相当于把混合物看作一个“单一组分”，这一“单一组分”的相对分子量就是平均相对分子量。石油馏分的平均相对分子量随馏分沸程的升高而增大。汽油约为100~120，煤油约为180~200，轻柴油约为210~240，低粘度润滑油约为300~360，高粘度润滑油约为370~500。

2.4 粘度

原油粘度是指原油在流动时所引起的内部摩擦阻力。原油粘度大小取决于温度、压力、溶解气量及其化学组成，温度增高其粘度降低，压力增高其粘度增大，溶解气量增加其粘度降低，轻质油组分增加，粘度降低。原油粘度变化较大，一

般在1-100MPa·s之间，粘度大的原油俗称稠油，稠油由于流动性差而开发难度增大。一般来说，粘度大的原油密度也较大。含烷烃多的原油馏分粘度较小，含环状烃的原油馏分粘度较大，原油馏分愈重、沸点愈高，则其粘度愈大。

2.5 油品低温性能

含蜡很少或不含蜡的油品，在温度下降时，粘度迅速升高，当粘度达到一定程度后，油品就变成无定形的玻璃状物质，失去流动性，这种凝固称为粘温凝固。含蜡原油或油品，在温度下降过程中，由于蜡结晶析出而引起的凝固称为构造

凝固。

在规定条件下冷却油品，出现用肉眼可以分辨结晶时的最高温度称为结晶点。

在规定条件下冷却油品到出现结晶后，再使其升温，使原来形成的结晶消失的最低温度称为冰点。同一油品的冰点比结晶点高1~3℃。

在严格的仪器、操作条件下测得油品刚失去流动时的最高温度称为凝点。

油品能从规定仪器中流出的最低温度称为倾点，它比凝点能更好的反映油品的低温性能。

在规定压力和冷却速度下，测得20ml试油开始不能全部通过362目过滤网时的最高温度称为冷滤点。冷滤点能较好的反映柴油的泵送和过滤性能。

2.6 油品燃烧性能

在加热油品时，随着油品温度升高，油品上方空气中的油气浓度逐渐增大，当用外来的火源去引燃油气混合气时，发现在一定浓度范围内，油品上方会出现瞬间闪火或爆炸现象。当油气浓度低于这一范围，油气不足，而高于这一范围则空气不足，都不能闪火爆炸，这一油气浓度范围称为爆炸范围。其下限浓度称为爆炸下限，其上限浓度称为爆炸上限。