2015-chp1 油气成分及性质

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t 4 20 4
式中:—油品的体积 膨胀系数
当属性相近的两种或多种油品混合时,其体积具有 可加性,因此混合油品的的密度mix可按下式计算:
1 min vi i n wi i 1
n

i 1
i
式中:vi和wi-组分i的体积分率和质量分率
• 淡色石油密度↓,深色石油 密度↑。 • 胶质、沥青质含量↑,密度 ↑;
1、主要成分:C、H、O、S、N。
C : 84~87% , H : 11~14% ,两
者占97~99%; O、S、N总量仅占1~4%;
如墨西哥石油含硫 3.6~5.3% 。美国 加利福尼亚第三系石油氮含量可达 1.4~2.2%。
2、灰分:其它微量元素,如:
(V)(Ni) 等构成了石油灰份,已发现其
灰分
高分子化合物含量↑,则石油粘度↑。
T↑、粘度↓;T↓、粘度高。
P↑、粘度↑;P↓、粘度↓。
溶解气量↑,粘度↓;
石油的粘度在油田开采和集输方面(特别 是稠油 ) 很重要。如克拉玛依采用注蒸气法 开采,还有一些油田注氮气开采。
6、倾点和凝点
倾点的定义:油品在规定的试管中不断冷却,直到
将试管平放5秒钟而试样并不流动时的最高温度再 加上3℃后得到的温度值即规定为油品的倾点。
斜率越小,表示沸程越窄。
一般用蒸馏曲线的斜率来表示该油品的沸程的宽窄。
90%馏出温度 10%馏出温度 斜率 90 10
斜率越小,表示沸程越窄。 一般常用平均沸点来表征其气化性能。油品平均 沸点的定义如下:
体积平均沸点tv(℃):
t10 t30 t50 t70 t90 tv 5
(3)沥青质:不溶于石油醚和酒精,而溶于苯、三氯甲烷、二硫化碳等有机溶剂。
其分子量较大,在电子显微镜下,其宏观结构呈胶状颗粒。黑色脆性的固体粉末。
(4)碳质:石油中不溶于有机溶剂的非烃化合物 。又称残碳,在石油中含量少或无。
石油
石油醚
不溶 可溶
硅胶
吸附 不吸附
沥青质
胶质
wk.baidu.com
油质
组分
油质 苯胶质
族分
饱和烃(烷烃、环烷烃) 芳香烃
油有机成因的主要证据之一。
3、芳香烃,通式为CnH2n-6
指具有苯环的化合物(六个碳原子和六个氢原子组成的特殊碳环),
具有芳香气味,属不饱和烃。其结构可分为单环、多环和稠环三类。
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单环芳烃:指分子中只含一个苯环的芳烃,包括苯及其同系物: 多环芳烃:是指分子中含两个或多个独立苯环的芳香烃。 稠环芳香烃 :是指分子中含两个或多个苯环,彼此之间通过共用两 个相邻碳原子稠合而成的芳香烃。
• 高分子量含量↑,密度↑。
• 溶解气量↑ ,密度↓ 。 相对密度大于1或小于0.75的
石油在自然界也有发现。
4.平均分子量
石油的分子量是进行炼油设计、关联石油物性、 研究石油的化学组成中所必不可少的基础数据。由
于石油及其产品是由许多分子大小不同的化合物所
组成的复杂混合物,而各种合物的分子量又各不相 同,其范围也很宽,所以只能用平均分子量来表示
2、环烷烃
分子中含有碳环的饱和烃。单环烷烃(CnH2n)、双环烷烃(CnH2n-2)、 三环烷烃(CnH2n-4)及多环烷烃。
低分子量(≤C10的环烷烃,其中尤以环戊烷和环己烷及其
衍生物是石油的重要组分;
四-五环的环烷烃结构与生物体中的四环甾族化合物和五
环三萜烯类化合物 有明显的相似性,并具有旋光性,是石
2.族分
用液相色谱法常将石油划分为四个族分,即: (1)饱和烃(包括烷烃和环烷烃) (2)芳香烃 (3)非烃
(4)沥青质
3.组分组成
石油化合物对有机溶剂和吸附剂具有选择性溶解和吸附的特性: (1)油质:是石油的主要组分,烃类组成的浅色粘性物质,可
溶解于石油醚而不被硅胶所吸附,主要为饱和烃和一部分芳香烃。
甲苯
4、含硫化合物
它在石油中的含量变化较大,从万分之几到百分之 几。含硫化合物主要有:单质硫 S 、 H2S 、硫醇、硫醚 等及其同系物近100种。 硫是石油中的一种有害杂质(易产生硫化氢-硫化铁硫醇铁 - 亚硫酸或硫酸等),对机器 -管道 -油罐 -炼塔等 金属设备产生腐蚀。所以含硫量常作为评价石油质量的 一项重要指标,通常将 含硫量 >2% 的石油称为 高硫石油, 低于 <0.5% 称为 低硫石油, 介于 0.5~2% 称 含硫石油。 我国的石油多为低硫石油。
质量平均沸点tw(℃):
t w witi
i 1
n
实分子平均沸点tm(℃ ):
t m xiti
i 1
n
立方平均沸点Tcu(K):
Tcu ( vi 3 Ti ) 3
i 1
n
中平均沸点tme(℃):
tm tcu t me 2
3.密度和相对密度
密度指单位体积重量;相对密度指标准条件下原油密
它微量元素50多种。
元素组成,% 石油产地 C 85.74 H 13.31 S 0.11 N 0.15 O 0.69
大庆(萨尔图混合油)
胜利(101混合油)
86.26
12.20
0.80
0.41
弧岛
84.24
11.74
2.20
0.47
中 国
大港 江汉(混合油) 克拉玛依(混合油) 雅雷克苏 乌克兰 老格罗兹尼 85.67 83.00 86.13 80.61 84.60 86.42 13.40 12.81 13.30 10.36 14.00 12.62 0.12 2.09 0.05 1.05 0.14 0.32 1.25 0.23 0.47 0.25 1.63 0.28 8.97 1.25 0.68
20 d 我国常用的相对密度为 4 ,欧美各国则常用
15.6 d15 .6 表示,二者之间可按下式进行换算:
d
15.6 15.6
d Δd
20 4
温度升高,油品的体积膨胀,密度和相对密度减 小。在0~50℃的温度范围内,t℃时的相对密度 与20 ℃时的相对密度之间存在如下的关系 :
d d (t 20)
二、石油的化合物组成 C、H:烷烃类、环 烷烃、芳香烃; S:含硫化合物 N:含氮化合物 O:含氧化合物
1、烷烃类,通式为CnH2n+2 C与C以单键相联接,排成直链式,C键全部为H 所饱和。无支链者为正烷烃,有支链者为异烷烃。 通常密度小于1,难溶于水。
常温常压下:
1~4个碳原子(C1~C4)的烷烃呈气态; 5~16个碳原子正烷烃呈液态; 17个以上碳原子的高分子烷烃呈固态。
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三、石油的馏分和组分
1.馏分组成:
利用化合物不同沸点特征加热蒸馏得 到不同馏份,如汽油、煤油、柴油、重 瓦斯油、润滑油、渣油。
轻馏分 馏分 温度 石油气 <35 汽油 煤油
中馏分
重馏分 渣油 >500
柴油 重瓦斯油 润滑油
35~190 190~260 260~320 320~360 360~500
凝点的定义:是将盛有油品的试管在一定条件下冷
却到某一温度时,将试管倾斜45,并经过1分钟后 液面不再流动的最高温度。
凝点与倾点都是表征油品低温流动性的质量指标 。 油品在低温下失去流动性的原因: 构造凝固 :随着温度的降低,含蜡较多的油品中 的正构烷烃等高熔点的烃类结晶析出,长大并连 接成网状结晶,同时将处于液态的油品吸附,包
原 苏 联
卡拉· 布拉克
87.77
12.37
0.46
文图拉(加利福尼亚州)
84.00
12.7
0.4
1.70
1.20
科林加(加利福尼亚州) 美 国 博芒特(得克萨斯州) 堪萨斯州
86.40 85.70 84.20
11.7 11.00 13.00
0.60 0.70 1.60 0.45 2.61 0.45
1.216 3 T K d15.6 15.6
常见烃类的K值如下表所示
表 烃类的特性因数K
化合物 正己烷
正庚烷 正辛烷 正壬烷 正癸烷 环己烷
特性因数K 12.81
12.71 12.67 12.66 12.67 10.98
稠油分类 粘度 mPa s 普通 Ⅰ 稠油 Ⅱ 特稠油 超稠油 50* ~ 100* 100* ~ 10000 >50000 相对密度 (20℃ ) >0.9000(<25API ) >0.9200(<22API )


10000~ 50000 >0.9500(<17API ) >0.9800(<13API )
终馏点(End Point)或干点:气相温度所能达到的
最高值。
大庆原油中汽油、喷气燃料、轻柴油馏分的 恩氏蒸馏曲线
根据测得的馏程数据,
以气相馏出温度为纵 坐标,以馏出体积百 分数为横坐标作图即 可得到某一油品的蒸
馏曲线。
一般用蒸馏曲线的斜率来表示该油品的沸程的宽窄。
90%馏出温度 10%馏出温度 斜率 90 10
酒精-苯胶质
沥青质
非烃
黑色固体粉末
四、石油的物理性质
1、颜色:变化较大,从白色、淡黄色、黄褐色、 淡红色、深褐色、黑绿色到黑色。多数为黑色。 石油颜色与组分含量有关,胶质-沥青质含量越 高颜色越深,油质含量高,颜色浅。
1)白色或浅色石油:可能在运移过程中,带色的胶质 和沥青质被岩石吸附,剩下浅色油质部分。或由于高温裂 解,使高分子烃碳链断裂,变成低分子烃,而形成浅色轻 质组分。四川黄瓜山、华北大港。 2)如果石油受到氧化或细菌降解而形成黑色的沥青质、 炭质。如胜利、克拉玛依。
(2)胶质:粘稠状的液体或半固体,可溶于石油醚、苯、三氯
甲烷、四氯化碳等有机溶剂,可被硅胶吸附。胶质可分为苯胶质
(用苯从硅胶解吸的产物)和酒精-苯胶质。前者主要是芳香烃和 一些含有杂原子(O、S、N)的芳香烃结构化合物,后者主要是含 杂原子的非烃化合物。
轻质油中胶质含量少于 5% ,重质油中胶质含量可达 20% 以上。
5、含氮化合物
一般含量为万分之几至千分之几,我国一般<5‰。 主要在高分子化合物中,代表性的如卟啉类,易被 氧化、吸附作用强,可用于确定原油运移方向。
6、含氧化合物
一般只有千分之几,个别石油可高达2~3%。 环烷酸、脂肪酸、酚、醛、酮类,含量少。 在石油接触的地下水中常含环烷酸盐等,可作为找 油的标志。
围在网状骨架中,从而使整个油品失去流动性 。
粘温凝固 :含有较多环状烃类的油品,在低温
下其粘度较高,形成了均匀的玻璃状物质而使
油品丧失流动性 。
7、特性因数K
特性因数是利用相对密度与平均沸点T表明原油化
学组成特性的一个复合参数 。可以一定程度上反映 出原油 烃类分布情况。可按下式计算:
特性因数K:
度与4℃下纯水密度之比值,介于0.75~1.0。
>0.9 重质石油, <0.9 轻质石油。
大庆、大港、克拉玛依均为轻质油,胜利 (0.90~0.93) 为重质油。美国常用API度,西欧常用波美度表示石油的 相对密度:
API 141.5 131.5 15.6 d15.6
波美 140 130 d15.6 15.6
油气集输
第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 原油与天然气的组成和性质 油气集输流程 油气分离 原油净化 原油稳定 天然气净化与加工 油田污水处理
第一章
原油与天然气的组成和性质
§1 石油的组成及性质
§2 天然气的组成及性质
§1 石油的组成及性质
一、石油的元素组成
100 80 60 40 12 20 0 C H 3 O\S\N 0.0001 85
M n ni M i
NM N
i i
i
W N
i i
式中:ni —组分i的摩尔分率;Mi —组分i的分子量; Ni —组分i的摩尔数; Wi—组分i的质量
5、粘度
指流体质点相对移动时所受到的内部阻力。它是 对流体流动性能的度量。 石油的粘度变化很大,如大庆石油粘度在 50℃ 为 9.3~21.8×10-3(Pa· S) 、孤岛油田馆陶组原油则 为103~6451×10-3Pa· S。
四、石油的物理性质
2、沸程/馏程:石油及其产品是由许多分子大小不 同的烃类与非烃类所组成的复杂混合物,它们的沸 点不象单体化合物那样具有恒定值,而是随气化的
过程在一定温度范围内逐步升高,这个沸点范围称
为沸程(馏程)。其测定过程如下:
恩式蒸馏的测定过程简单,步骤如下: 将100mL油品放入标准的蒸馏瓶中,按规定的加 热速度进行加热。 初馏点(Initial Boiling Point,简称IBP):馏出的第 一滴冷凝液的气相温度 。 10%、20%……90%馏出温度:馏出液达10ml、 20ml、直至90ml时的气相温度 。
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