29 油品知识

4、 油中的非烃类组成
石油的非烃化合物主要有 含硫化合物、含氧化合物、含氮化合物、胶质、沥 青质。 石油中含有相当数量的非烃化合物，尤其在石油重 馏分中的含量更高。非烃化合物的存在，对石油的 加工及产品的使用性能具有很大的影响。在石油加 工过程中，绝大多数精制过程都是为了解决非烃化 合物的问题。为了能正确地解决石油加工和产品使 用中的一些问题，就必须研究石油中非烃化合物及 其化学组成
油品基础知识
燕山教培中心
乔石艳
石油的基本性质
一、石油的化学组成 （1） 石油的一般性质 （2） 石油的元素组成 （3） 石油的烃类组成 （4） 石油中的非烃类组成 二、油品的物理性质 （5） 油品的蒸汽压、馏程、平均沸点 （6） 油品的密度、特性因子（特性因数）、平 均分子量 （7） 油品的黏度及热性质 （8） 油品的闪点、燃点、自燃点、凝固点
在五种元素中，碳、氢两种元素一般占95% 以上，而硫、氧、氮等杂原子总含量不到5%。
原油的氢碳原子比则更能反映原油的属性，一般说 来，轻质原油或石蜡基其氢碳原子比较高（越1.9），而 重质原油或环烷基原油其氢碳原子比较低（约1.5）。氢 碳原子比还包含着重要的结构信息，它是一个与化学结 构有关的参数。在相对分子质量相近的情况下，其氢碳 比大小顺序是烷烃>环烷烃>芳香烃。随着烷烃相对分子 质量增加以及环烷烃和芳香烃环数的增加，其氢碳原子 比逐渐降低。
当分子质量相近时，烷烃的K值最大，约为12.7，环烷烃的次 之，为11—12，芳香烃的K值最小，为10—11。
六、平均分子相对质量
由于石油是各种化合物的复杂混合物，所以 石油馏分的分子量取其各组分分子量的平均 值，称为平均分子量。
对于石油及其产品这种含有众多相对分子质量不同组分的 不均一多分散体系，用不同的统计方法可以得到不同定义 的平均相对分子质量。两种对石油常用的是数均相对分子 质量和重均相对分子质量。 数均相对分子质量依据溶液的依数性（冰点下降、沸点上 升）来进行测定。定义：各组分的摩尔分率与其相应的相 对分子质量的乘积的总和。 重均相对分子质量是用光散射等方法测得。定义是各分 子的质量分率与其相应的相对分子质量的乘积的总和。 在炼油设备计算中所用的石油馏分相对分子质量一般指 其数均相对分子质量。
（2）、硫、氧、氮含量
在原油中除氢、碳原子外，还有硫、氧、氮 及一些微量元素。在原油中氧含量少，一般 不直接测定常用估算法，因此数据不准，所 以在原油评价数据中不予列出。 石油中非碳、氢元素也称杂原子，其含量 一般不超过5%（质量分数），除个别外。从 元素组成看，我国原油属含硫低、含氮高。
恩氏蒸馏是一种简单蒸馏，它是以规格化的仪器和在规定的试验 条件下进行的，故是一种条件性的试验方法。将馏出温度（气相 温度）对馏出量（体积百分率）作图，就得到恩氏蒸馏曲线。
恩氏蒸馏也叫微分蒸馏。油样放在标准的蒸馏烧瓶中，严格控制 加热速度，蒸发出来的油汽经专门的冷凝器冷凝后在量筒中收集， 以确定不同馏出体积所对应的馏出温度，恩氏蒸馏的试验简单、 速度快，主要用于石油产品质量的考核及控制上。
3、 油的烃类组成
石油的烃组成 （一）烃类 气态烷烃 烷烃 液态烃 固态烃 环烷烃 芳香烃 .
C1------C4 C5-------C15 C16-----
（二）烃族组成
直馏汽油的族组成：烷烃和环烷烃占直馏汽 油的大部分，芳香烃含量一般不超过20%， 就其分布而言，随着沸点的增高，芳香烃含 量逐渐增加。在实际应用过程中，原油的轻 馏分即可作为直馏汽油的调和组分，也是催 化重整的原料。
2、石油的元素组成
组成石油的主要元素是碳和氢，它们占元素 总量的96～99％，其中碳含量占83～87％， 氢含量占11～14％，硫质量分数为0。05— 8%，氮的质量分数为0。02—2%，氧的质量 分数为0。05——2%，石油中除上述5种元素 外，在石油中还发现微量的金属元素和非金 属元素。
（1）碳、氢含量和氢碳比
石油馏分是各种烃类的混合物，其蒸汽压与温度有关，也与 汽化率有关。
在一定温度下，油品的汽化率越高，则液相组成就越重， 其蒸汽压就越小。 汽化率=气相量 / 汽相量+液相量
二、馏程
1、馏程定义：从初馏点到干点这一温度范围称馏 程。 2、沸点定义：对于纯化合物，在一定外压下，当 加热到某一温度时，其饱和蒸汽压与外界压力相等 时的温度称为沸点。（在外压一定时，沸点是一个 恒定值） 注：油品是一个混合物，没有恒定的沸点。 3、蒸馏：将液体加热，使之蒸发、沸腾，并把蒸 汽导出，使之冷凝冷却，这个过程叫蒸馏。 .
（3）含硫化合物
>1.5% 0.5~1.5 <0.5% 高硫原油 含硫原油 低硫原油
硫含量

硫在石油中大部分以有机含硫化合物形式 存在，极 小部分以元素硫存在。含硫化合物 按性质可分为三大类。
胶质、沥青质
胶质、沥青质是石油中结构最复杂、分子量最大的 物质，在其组成中，除含碳、氢外，还含有硫、氮、 氧等元素。 石油馏分中的胶质、沥青质在精制过程中必须 除去。 石油沥青是以减压渣油为主要原料制成的一类石油 产品。它是黑色固态或半固态粘稠状物质。石油沥 青主要用于道路铺设和建筑工程上，也广泛用于水 利工程、管道防腐、电器绝缘和油漆涂料等方面。 石油沥青的性能指标主要有三个：针入度、延度、 软化点。
（1）含氧化合物
石油中的含氧化合物可分为酸性氧化物和中 性氧化物两类。在石油的酸性氧化物中，环 烷酸最重要，约占石油酸性氧化物的90％左 右，但它在石油中的含量一般多在1％以下。
（2）含氮化合物
石油中的氮化物可分为碱性和中性两类。碱 性氮化物有吡啶、喹啉、异喹啉、胺及它们 的同系物。 碱性 氮化物约占20～40％，其余60～80％为中性 氮化物。 石油中的非烃化合物主要有含硫、含氧、含 氮化合物以及胶质、沥青质。
石油中间馏分（200—350℃）中的烷烃主要 包括从C11—C20ຫໍສະໝຸດ Baidu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，三环及三环以上含量明显减少。侧链数 目和长度增多或增长。
中间及高沸点馏分的烃类组成馏 分
高沸点馏分 族组成
高沸点馏分（350—500℃）烃类类型和中间 馏分相似 ，只是在烃分子中碳原子数更多、 高环数含量更多，而且侧链树更多或侧链更 长。
五、特性因子（特性因数）
石油的特性因数分类方法 特性因数（K）就是把相对密度与平均沸点关 联起来，说明油品化学组成特性的一个复合 参数。按下式计算：
特性因数用“K”表示，K值高说明了烷烃含量多，K值低说明芳 烃含量高。特性因数可用于原油的分类和评价，还可以用于油品 其它物理性质的求定。例如：粘度、蒸发潜热、热焓等。 特性因数（K）分类： 石蜡基原油 K=12.15—12.9 中间基原油 K=12.9-- 11.5 环烷基原油K=10.5—11.5
质量平均沸点：各组分在常压下的温度沸点与质量分率乘积的 总和。
实分子平均沸点：各组分在常压下的温度沸点与摩尔分率乘积 的总和。 立方平均沸点：各组分在常压下的温度沸点的开立方与体积分 率乘积的总和，再立方。 中平均沸点：实分子平均沸点与立方平均沸点的平均值。 这五种平均沸点中，仅有体积平均沸点可由石油馏分的馏程测 定数据直接算得，其他几中平均沸点可借助体积平均沸点与蒸 馏曲线斜率由图查得。
四、油品的密度
单位：g/cm3 ， kg/l 相对密度：液体油品的相对密度是其密度与规定 温度下水的密度之比。 由于水在4 ℃ 时的密度为1，所以通常以规定温 度4℃ 水为基准。即将温度ｔ℃ 的油品密度与4 ℃ 水的密度之比称为该油品的相对密度。写成 d 4t 密度：单位体积内油品的质量称为油品的密度。
（3）、石油中的微量元素
石油中的微量元素按其化学属性可划分成如 下三类： （A）变价金属， （B）碱金属和碱土金属 （C）卤素和其他元素
对石油加工影响最大的微量元素有钒、镍、铁、铜， 它们是催化裂化催化剂的毒物，砷是催化啊重整催化 剂的毒物，钠、钾也会使催化剂减活。 石油中钒、镍等微量元素的含量与石油的属性有关。 一般说来，相对密度比较大的环烷基原油（或稠油） 其微量金属的含量高于相对密度小的石蜡基原油。 一般说来，在含硫及相对密度较高的海相成油的石油 中含钒较多，而在低硫、高氮及陆相成油的石油中镍 含量较高。
D、热氧化时，可以转变为沥青质，进而生成不溶于油的油 焦质。
沥青质
(1)是一种黑色的、无定形脆性的固体，相对密度大于1。能溶 于苯、二硫化碳、四氯化碳中，但不溶于石油醚，而石油的其 他组分都能溶于石油醚。 （2）沥青质全部集中在渣油中，但它是以胶体状态分散在石油 中，而不是象胶质一样与石油形成真溶液。 （3）沥青质在300℃以上温度时，就会分解成焦炭状物质和气 体。 胶质、沥青质对油品性质影响很大，润滑油含有胶质，会使粘 度指数降低，在自动氧化过程中生成积炭，造成机器零件磨损 和细小输油管路堵塞；裂化原料中含有胶质、沥青质容易在裂 化过程中生焦。
这几种平均沸点各有其相应的应运场合，不能混淆。 计算：已知某油品恩氏蒸馏数据如下，出馏点：45℃、 10%点：65℃、30%点：82℃、50%点：105℃、70%点： 125℃、90%点：134℃、干点：158℃。求体积平均沸点。 解：由题意： t平 = 65 + 82 + 105 + 125 + 134 ）/5 = 102.2℃
油
品
物
理
性 质
一、蒸汽压
1、 蒸汽压定义：在某一温度下，液体与它 液面上的蒸汽呈平衡状态时，由此蒸汽所产 生的压力称为饱和蒸汽压，简称蒸汽压。 2、 蒸汽压的意义：蒸汽压的高低表明了液 体中分子逃离液体汽化或蒸发的能力，蒸汽 压高，说明液体越易汽化。
13、 纯烃的蒸汽压 纯烃的蒸汽压随温度的不同而异，液体的温度越高，则其蒸 汽压越高，反之，液体的温度 低，则其蒸汽压越低。 24、 石油馏分的蒸汽压
（4）石油中微量元素的分布
微量元素含量随着沸程的升高而增加，而且 主要也是集中在>500℃的渣油中。95%以上 的镍、钒集中在>500℃的渣油中。 石油中的硫、氮、氧及金属和非金属的含 量虽然很少，但对石油的加工过程影响很大。
（5）石油中微量元素的存在形 态
在石油中，一部分微量金属以无机的水溶性 盐类形式存在，如钠、钾的氯化物盐类。另 一类金属以油溶性的有机化合物或络合物形 式存在，如镍、钒、铜、铁。此外，一些金 属以极细的矿物质微粒悬浮于原油中。
石油产品的使用性能
汽油 柴油 航煤 沥青、蜡
石油的一般性状
石油定义：是由碳氢化合物组成的复杂混合 物，外观是一种流动或半流动的粘稠液体。
相对密度一般在0.80—0.98之间。
与国外原油相比，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，属偏重的常规原油。
三、油品平均沸点的概念
油品的平均沸点，在求定石油馏分的各种物 理参数时，为简化起见，常用平均沸点来表 征其气化性能。石油馏分的平均沸点的定义 有下列五种：体积平均沸点 、质量平均沸 点 、实分子平均沸点、 立方平均沸点和中平均沸点 。
体积平均沸点：又馏程测定的10%、30%、50%、70%、90%这 五个馏出温度的平均值。
4、初馏点：油品在恩氏蒸馏设备中进行蒸馏时，流出第一滴冷 凝液时的气相温度叫初馏点。 15、 各馏分的分点 当馏出体积为10%时的气相温度称10%点。
-------------------30% ---------------------30%--。
-------------------50%----------------------50%--。 -------------------90%----------------------90%--。 26、 终馏点（干点）：当蒸馏到最后达到的最高气相温度，称 为终馏点。
胶质 A一种很粘稠的液体或半固体状态的胶状物，其颜色为黄色 至暗褐色。胶质具有很强的着色能力。 B、溶于石油醚、苯、乙醇中，也溶于石油馏分。胶质在石 油中的分布是从煤油馏分开始，随馏分沸点的上升，其含量 不断增多，在渣油中的含量最大。
C、易被吸附剂吸附，因此，油品用石油醚稀释后，再用硅 胶吸附，就可得出油品中的胶质的含量，这些胶质称为硅胶 胶质。