石油的化学组成

二、微量元素在石油中的分布 石油中的微量元素大多数也是随着沸点的升高 而增加，主要集中在>500℃的渣油中
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
一：石油的一般性状
1．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800～980kg/m3之间，但也有个别 原油的相对密度在1000kg/m3以上或800kg/m3以下。 2．我国主要原油的特点
我国原油馏分组成的又一个特点。
图中从175℃到352℃，每25℃切割一个窄馏分
350℃到500℃，每25℃切割一个窄馏分，以及＞ 500℃馏分
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， 简称为烃(Hydrocarbon) 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、环烷烃和芳烃
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
2．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
成。
石油中单体烃的主要类型有：
①天然石油中，不含有烯烃、炔烃，含有烷烃、环烷
烃及芳香烃；
②单体烃的数目非常繁多； ③环状烃几乎都是五元环和六元环。我国主要原油的
五元环少于六元环
2．结构族组成
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：芳香环、环烷环和烷基侧链，用这些
基本结构单元的量来表示复杂分子混合物的组成的方法
碳氢比：是用来反映原油的属性的一个参数，与原油的化学结构有关系 各种烃类碳氢原子比大小顺序是：
烷 烃 <环 烷 烃 < 芳 香 烃
各种油品的H/C
天然气 3.90 普通原油 1.50～1.90
液化气 2.20 重质油 ～1.50
汽油 1.90～2.20 减压渣油 1.40～1.70
柴油 1.60～1.80 沥青 1.10～1.20
就是结构族组成表示法。
通常用三个基本单元上碳原子所占的百分数来描述分子
的组成，然后再加上分子中的总环数RT，芳环数RA和环烷
环数RN来表示石油馏分的结构族组成。
CA%=6÷20×100%=30% （芳碳率） CN%=4÷20×100%=20% （环烷碳率） CP%=10÷20×100%=50% （烷基碳率）
轻质油 1.80～2.0 石油焦 0.30～0.40
特 点：
我国主要油区原油的凝点及蜡含量较高、庚 烷沥青质含量较低、相对密度大多在 0.85～0.95 之间，属于较（偏）重的常规原油。
石油在外观上之所以会有很大差别，关键在于石油的 化学组成的区别 。
三、石油的馏分组成
1.馏分 ：是指用分馏方法把原油分成的不同沸点范围的组分。
原油中一般不含烯烃，炔烃更少
1．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，C1～C4常温常压下为气态，C5～C15为液 态，C16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50～70%或低 到10～15%
石油中的正构烷烃一般比异构烷烃含量高
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
用分馏的方法，可以把石油馏分分成不同温度段，如
<200℃、200～350℃等，称为石油的一个馏分
馏分不等同于产品
2. 馏分与产品的区别：石油产品是石油的一个馏分，但馏分
并不等同于产品。石油产品要满足油品的规格要求，馏分
要变成产品还必须对其进一步加工。
环烷酸的相对密度一般在0.93～1.02之间，随分子量增大，
酸值降低，溶解度减小。
环烷酸易溶于石油烃类和多数有机溶剂，具有普通羧酸的
一切性质。
② 环烷酸的分布
中间馏分(250-400℃)含量最高，低、高沸点馏分含量
较低 ③ 危Biblioteka Baidu 原油含环烷酸多，容易乳化，对加工不理，且腐蚀设备 产品中含环烷酸，对铅、锌等有色金属有腐蚀性，对铁、 铝几乎无腐蚀； 灯用煤油含环烷酸，可使灯芯堵赛，结花
升高，芳香烃的含量逐渐增加。
2．石油中间馏分及高沸馏分的烃类组成
石油中间馏分(200～350℃)中的烷烃主要包括从C11～C20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(350～500℃)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，高环数含量更多，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C20到C36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
四、固态烃
1．地蜡与石蜡的区别 石 蜡 颜 色 结晶形态 来源 分子量 碳原子数 化学组成 白 色 较大，成板状 从柴油、润滑油中分 离出 300～500 17～35 以正构烷烃为主，还 有少量异构烷烃、环 烷烃及很少量的芳烃 微晶蜡 黄色、黄褐色 细微结晶(结晶小) 重润滑油和减渣分离出 500～800 35～60 以带烷基侧链的环状烃 为主(～80%)，正构烷 烃、异构烷烃含量约占 20%
第三节
石油中的非烃成分
一、石油中的含硫化合物
低硫原油：S<0.5% 含硫原油：0.5%<S<2.0% 高硫原油：S>2.0% 1．硫的存在形态 活性硫化物：S、H2S、低分子RSH等，性质相对较 活泼，能与金属作用而腐蚀设备 非活性硫化物：硫醚(RSR’)，环硫醚，二硫化 物(RSSR’)，噻吩及其同系物
原油中的含硫化合物一般以硫醚类和噻吩类为主
2．硫的分布
硫的分布的总趋势是，随沸点升高，硫含量增加，大部
分集中在重馏分及渣油中（75%～85%）
汽油中的馏分：H2S、硫醇、硫醚(环硫醚)及少量的二
硫化物和噻吩
中间馏分：仅含有比较重的硫化物，硫醚和噻吩
高沸点馏分：高沸点馏分中硫的形态与中沸点馏分相似，
3．石油中的芳烃
芳烃在石油中普遍存在。
C5-C10的正构烷烃
汽油 单环及少量双环环烷烃 单环芳烃(苯系) C10～C20左右的正构烷烃 煤、柴油 原油 单环、双环及多环环烷烃 单环、双环芳香烃
C20～C36左右的正构烷烃
减压馏分 单、双、三环以及三环以上的环烷烃 单、双、多环芳烃 减压渣油
某石油馏分中烃类分布示意图
达2～3%
随沸点升高，含氧化合物增加 酸性氧化物： 环烷酸、脂肪酸、芳香酸、酚类(统称石油酸) 中性氧化物： 醛、酮、酯等，含量极少 石油中的含氧化合物的含量一般用酸度(酸值)来间接表示
① 石油中的环烷酸 （占石油酸约90%） 石蜡基石油的环烷酸含量较少，中间基和环烷基石油的环 烷酸含量较多。 石油中的环烷酸一般是一元羧酸。
2．蜡的不利影响及用途 不利影响：温度下降时，蜡结晶析出，堵塞管道；柴油中含
蜡较多，在冬天使用时，蜡会堵塞喷油嘴，使柴油机不能正
常供油，影响柴油机的正常工作 用途：石蜡除了可以作为裂化的原料以外，由于它具有良好 的绝缘性能及化学安定性，可广泛应用于电气、化工、医药、 日化；而微晶蜡可作为润滑脂的稠化剂，在电子、橡胶、军 工、冶金等工业也有广泛的用途 3．我国原油的蜡含量：总体来说，蜡含量较高
RT=2；RA=1；RN=1
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；
用CA%、CN%、CP%、RT 、RA 、RN来表示该 平均分子的结构参数，因此RT 、RA 、RN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， 并未考虑其结合方式；
计算过程中将烷基侧链和环烷环看作是芳环的 取代基；
石油馏分不管有多复杂，均可以用结构族组成 表示法来描述其大致结构。
四、石油馏分中的烃类组成
1. 汽油馏分的烃类组成 ① 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20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 。 ② 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20%(wt)。就其分布规律而言，一般随着沸点的
二、石油中的气态烃
伴生气 天然气 石油气态烃 炼厂气 干气(丁烷以上液态烃<100g/m3为干气) 天然气 湿气(丁烷以上液态烃>100g/m3为湿气) 非伴生气 凝析气田气 纯气田气
三：石油液态烃
1．单体烃组成
可用气相色谱 技术进行鉴定
单体烃组成表明了石油馏分中每一种烃(单体化合 物)，目前还仅限于阐述石油气及石油低沸点馏分的组
19.7 17.5 14.9 21.5 19.9 25.1 26.0 24.5
26.0 27.5 27.2 29.2 34.9 23.2 29.9 23.2
42.8 47.4 51.8 39.9 39.1 32.3 29.7 31.6
沙特（混合）
也门（麦瑞波）
英国（北海） 印尼（米纳斯）
31.5
29.0 11.9
350～500℃的馏分为减压馏分（也称高沸点馏分,VGO）
大于500℃的馏分为减渣馏分(VR)
国内外不同原油的馏分分布
原油名称 大 胜 孤 辽 华 中 新 庆 利 岛 河 北 原 疆
＜200℃
200～350℃ 350～500℃
＞500℃
11.5 7.6 6.1 9.4 6.1 19.4 15.4 20.7
相对密度（d204）>0.86，属较重原油；
凝点(CP)高，含蜡量高； 含硫量较低 含氮量偏高，大部分原油N>0.3%
二：石油的元素组成
原油中的主要元素是C、H
11～ 14%
83～87%
原油中除C、H外，还有S、N、O及其他微量元素(1～5%) 原油中的微量金属元素有V、Ni、Fe、Cu、As等 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，Ni/V>1(陆相成油)。
30.6
27.6 30.2
23.2
25.4 24.8
14.7
18.0 33.1

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＞500℃的
减压渣油含量都较高（ 40% ～ 50% ），＜
200℃ 的 汽 油 馏 分 含 量 较 少 （ 一 般 低 于
10%）。

原油中的汽油馏分含量低、渣油含量高是
也是硫醚与噻吩，另外还有四氢噻吩
3．含硫化合物对石油加工及产品应用的影响
腐蚀性
Fe+H2S→FeS+H2
环境污染
影响产品的储存安定性
影响燃料的燃烧性能
硫可使催化剂中毒
二：石油中的含氮化合物
石油中的氮含量一般比硫含量低，质量分数通常集中 在0.05～0.5%范围内 随沸点的升高，含量增加 分为碱性氮和非碱性氮（中性氮）:碱氮是指与高氯酸 的醋酸溶液反应的氮化物：吡啶、喹啉、吖啶等；不反 应的即为非碱氮：吡咯、吲哚和咔唑等。 碱性氮化物：
④ 环烷酸的用途
第四节
石油中的微量元素
一、石油中的微量元素类型
目前发现的石油中的微量元素有59种，可分为三类： 过渡(变价)金属元素 碱金属和碱土金属 卤素和其他元素 就世界范围来看，在石油中含量最多的微量元素是钒， 其次是镍 ，海相成油
我国大多数原油的镍含量明显高于钒含量，陆相成油
3.直馏馏分：从原油直接分馏得到的馏分。它基本保留了
石油化学组成的本来面目，如：不含不饱和烃，在化学组
成中含有烷烃、环烷烃、芳香烃等。
4.石油中含有的馏分，一般规定：
小于180℃的馏分为汽油馏分（也称为低沸点馏分，轻油或石 脑油馏分） 180～350℃的馏分为煤、柴油馏分（也称中间馏分，AGO）
N
N
N
吡啶
喹啉
吖啶
非碱性氮化物：
N
N
N
吡咯
吲哚
咔唑
氮的存在对整个石油加工过程也有很大的危害
1. 影响产品的安定性：如柴油含氮量高，时间久了会变成胶质。是 柴油安定性差的主要原因。 2. 氮与微量金属作用，形成卟啉化合物。这些化合物的存在，会导 致催化剂中毒，使催化剂的活性和选择性降低。
三、 石油中的含氧化合物 石油中的含氧量比硫、氮少，约为千分之几；个别的可高