第一章石油及其產品的化學組成和物理性質
**是從地下開採出來的、未經加工的石油。**經煉製加工後得到各種燃料油、潤滑油、蠟、瀝青、石油焦等石油產品。了解石油及其產品的化學組成和物理性質，對於**加工、產品使用以及石油的綜合利用等有重要意義。
第一節石油的化學組成
一、石油的外觀性質
石油通常是一種流動或半流動狀的粘稠液體。世界各地所產的石油在外觀性質上有不同程度的差別。從顏色看，大部分石油是黑色，也有暗綠或暗褐色，少數顯赤褐、淺黃色，甚至無色。
相對密度一般都小於1，絕大多數石油的相對密度在0.80～0.98之間，但也有個別的高達1.
02和低到0.71。我國主要油田的**相對密度都在0.
85以上。不同石油的流動性差別也很大，有的石油其50℃運動粘度為1.46公釐2/秒，有的卻高達20000公釐2/秒。
許多石油都有程度不同的臭味，這是因為含有硫化物的緣故。
石油外觀性質的差異反映了其化學組成的不同。
二、石油的元素組成
石油主要由碳（c）和氫（h）兩種元素組成，其中碳含量為83～87%，氫含量為11～14%，兩者合計為95～99%，由碳和氫兩種元素組成的碳氫化合物稱為烴，在石油煉製過程中它們是加工和利用的主要物件。此外，石油中還含有硫(s)、氮(n)、氧(o)。這些非碳氫元素含量一般為1～4%。
但也有個別例外，如國外某**含硫高達5.5%，某**含氮量為1.4～2.
2%。雖然石油中非碳氫元素的含量很少，但是它們對石油的性質、石油加工過程以及產品的使用效能有很大的影響。
石油中除含有碳、氫、硫、氮、氧五種元素外，還有微量的金屬元素和其它非金屬元素，如釩、鎳、鐵、銅、砷、氯、磷、矽等，它們的含量非常少，常以百萬分之幾計(ppm)。
以上各種元素並非以單質出現，而是相互以不同形式結合成烴類和非烴類化合物存在於石油中。所以，石油的組成是極為複雜的。
三、石油的烴類組成
石油主要是由各種不同的烴類組成的。石油中究竟有多少種烴，至今尚無法說明。但已確定石油中的烴類主要是由烷烴、環烷烴和芳香烴這三種烴類構成。
天然石油中一般不含烯烴、炔烴等不飽和烴，只有在石油的二次加工產物中和利用油頁岩制得的頁岩油中含有不同數量的烯烴。
(一)烷烴
烷烴是石油的主要組分。在常溫常壓下，c1～c4（即分子中含有1～4個碳原子）的;烷烴為氣體，c5～c15的烷烴為液體，大於c16的正構烷烴為固體。
含有大量的甲烷和少量的乙烷、丙烷的天然氣稱為幹氣，除含有較多的甲烷、乙烷外，還含有少量易揮發的液態烴蒸氣（如戊烷、己烷、辛烷）的天然氣稱為濕氣，高分子烷烴是固態，但一般溶於油中，低溫下析出。
在一般條件下，烷烴的化學性質很不活潑，不易與其它物質發生反應，但在特殊條件下，烷烴也會發生氧化、鹵化、硝化及熱分解等反應。
(二)環烷烴
環烷烴是環狀的飽和烴，也是石油的主要組分之一。石油中的環烷烴主要是含五碳環的環戊烷系和含六碳環的環己烷系。從數量上看，一般是環己烷系多於環戊烷系。
隨著石油餾分沸點的公升高，環烷烴相對含量增加，在高沸點的石油餾分中，還含有雙環和多環的環烷烴以及環烷-芳香烴。在更重的石油餾分中，因為芳香烴的含量增加使得環烷烴的相對含量有所減少。
環烷烴的抗爆性較好、凝點低、有較好的潤滑性能和粘溫性，是汽油、噴氣燃料及潤滑油的良好組分。
環烷烴的化學性質與烷烴相近，但稍活潑，在一定條件下可發生氧化、鹵化、硝化、熱分解等反應，環烷烴在一定條件下還能脫氫生成芳香烴。
(三)芳香烴
芳香烴是指分子中含有苯環的烴類，一般苯環上帶有不同的烷基側鏈，也是石油的主要組分之一。同一種**中，隨著沸點（或分子量）的公升高，芳香烴的含量增多。石油中除含有單環芳香烴外，還含有雙環和多環芳香烴。
芳香烴的化學性質較烷烴稍活潑，可與一些物質發生反應，但芳香烴中的苯環很穩定，強氧化劑也不能使其氧化，也不易起加成反應。在一定條件下，芳香烴上的側鏈會被氧化成有機酸，這是油品氧化變質的重要原因之一，芳香烴在一定條件下還能選行加氫反應，
(四)烯烴
石油中一般不含烯烴。烯烴主要存在於石油的二次加工產物中。
烯烴又分為單烯烴(即分子中含有乙個雙鍵)、雙烯經和環烯烴。在常溫常壓下，單烯烴c2～c4氣體， c3～c18是液體，c18以上是固體。
烯烴分子中有雙鍵，因此烯烴的化學性質很活潑，可與多種物質發生反應。在一定條件下可進行加成、氧化和聚合等各種反應。在空氣中烯烴易氧化成酸性物質或膠質，特別是二烯烴和環烯烴更易氧化，影響油品的安定性。
四、石油的餾分組成
石油是乙個多組分的複雜混合物，每個組分有其各自不同的沸點。石油加工的第一步——蒸餾(或分餾)，就是根據各組分沸點的不同，用蒸餾的方法把石油 「分割」成幾個部分，這每一部分稱為餾分。
通常我們把沸點小於200℃的餾分稱為汽油餾分或低沸餾分，200～350℃的稱為煤、柴油餾分或中間餾分，350～500℃的稱為減壓餾分或高沸餾分，大於500℃的為渣油。
必須注意，石油餾分不是石油產品。石油產品必須滿足油品規格的要求。通常餾分油要經過進一步的加工才能變成石油產品。
此外，同一沸點範圍的餾分也可以因目的不同而加工成不同產品。例如航空煤油（即噴氣燃料）的餾分範圍是150～280℃，燈用煤油是200～300℃，輕柴油是200～350℃。減壓餾分油既可以加工成潤滑油產品，也可以作為裂化的原料。
國內外部分**直餾餾分和減壓渣油的含量列於表1-1。
從表1-1可以看出：與國外**相比，我國一些主要油田**中汽油餾分少（一般低於10％），渣油含量高，這是我國**的主要特點之一。
表1-1 **直餾餾分及渣油含量
五、石油的非烴組成
石油中的非烴化合物主要指含硫、氮、氧的化合物。這些元素的含量雖僅約1～4％，但非烴化合物的含量都相當高，可高達20％以上。非烴化合物在石油各餾分中的分布是不均勻的，大部分集中在重質餾分和殘渣油中。
非烴化合物的存在對石油加工和石油產品使用效能影響很大，石油加工中絕大多數精製過程都是為了除去這類非烴化合物。如果處理適當，綜合利用，可變害為利，生產一些重要的化工產品。例如，從石油氣中除硫的同時，又可**硫磺。
(一) 含硫化合物
硫是石油中常見的組成元素之一，不同的石油含硫量相差很大，從萬分之幾到百分之幾。硫在石油餾分中的含量隨其沸點範圍的公升高而增加，大部分硫化物集中在重油中。由於硫對於石油加工影響極大，所以含硫量常作為評價石油的一項重要指標。
硫在石油中少量以元素硫(s)和硫化氫(h2s)形式存在，太多數以有機硫化物形式存在，如硫醇(rsh)硫醚（rsr＇）、環硫醚( 等)、二硫化物(rssr＇)、噻吩( )及其同系物等。
含硫化合物的主要危害是:①對裝置管線有腐蝕作用。元素硫、硫化氫和低分子硫醇(統稱為活性硫化物)都能與金屬作用而腐蝕裝置和管線。
硫醚、二硫化物等（統稱為非活性硫化物）本身對金屬並無作用，但受熱後會分解生成腐蝕性較強的硫醇和硫化氫，特別是燃燒生成的二氧化硫腐蝕性更強。②可使油品某些使用效能變壞。汽油中的含硫化合物會使汽油的感鉛性下降、燃燒效能變壞、氣缸積炭增多、發動機腐蝕和磨損加劇。
硫化物還會使油品的儲存安定性變壞，不僅發生惡臭，還會顯著促進膠質的生成。③汙染環境。含硫油品燃燒後生成二氧化硫、三氧化硫等，汙染大氣，對人體有害。
石油中的臭味來自其中的含硫化合物硫醇，當空氣是有0。00001毫克/公升的硫醇時即可嗅到。在二次加工過程中，使某些催化劑中毒，喪失催化劑活性。
通常採用酸鹼洗滌、催化加氫、催化氧化等方法除去油品中的硫化物，
(二)含氮化合物
石油中含氮量一般在萬分之幾至千分之幾。密度大，膠質多、含硫量高的石油，一般其含氮量也高。石油餾分中氮化物的含量隨其沸點範圍的公升高而增加，大部分氮化物以膠狀、瀝青狀物質存在於渣油中。
石油中的氮化物大多數是氮原子在環狀結構中的雜環化合物，主要有吡啶( )喹啉等的同系物（統稱為鹼性氮化物）及吡咯吲哚等的同系物（統稱為非鹼性氮化物）。
石油中另一類重要的非鹼性氮化物是金屬卟啉化合物，分子中有四個吡咯環，重金屬原子與卟啉中的氮原子呈絡合狀態存在，又稱嘂族化合物。
石油中氮含量雖少，但對石油加工、油品儲存和使用的影響卻很大，當油品中含有氮化物時，儲存日期稍久，就會使顏色變深，氣味發臭，這是因為不穩定的氮化物長期與空氣接觸氧化生成了膠質。氮化物也是某些二次加工催化劑的毒物，所以，油品中的氮化物應在精製過程中除去。
(三)含氧化合物
石油中的氧含量一般都很少，約千分之幾，個別右油中氧含量高達2～3％，有油中的含氧化合物大部分集中在膠質、瀝青質中，因此，膠質、瀝青質含量高的重質石油其含氧量一般比較高。對以膠質、瀝青質形式存在的含氧化合物在後面將作單獨討論，這裡只討論膠質、瀝青質以外的含氧化合物。
石油中的氧均以有機物形式存在。這些含氧化合物分為酸性氧化物和中性氧化物兩類。酸性氧化物中有環烷酸、脂肪酸和酚類，總稱石油酸。
中性氧化物有醛、酮和酯類，它們在石油中含量極少。含氧化合物中以環烷酸和酚類最重要，特別是環烷酸，約佔石油酸總量的90％，而且在石油中的分布也很特殊，主要集中在中間餾分中（沸程約為250～400℃)，而在低沸餾分或高沸餾分中含量都比較低。
純的環烷酸是一種油狀液體，有特殊的臭味，具有腐蝕性，對油品使用效能有不良影響。但是環烷酸卻是非常有用的化工產品或化工原料，常用作防腐劑、殺蟲殺菌劑、農用助長劑、洗滌劑、顏料新增劑等。
酚類也有強烈的氣味，具有腐蝕性。但可作為消毒劑，還是合成纖維、醫藥、染料、炸藥等的原料。
油品中的含氧化合物在精製時必須除去。
（四）膠狀瀝青狀物質
石油中的非烴化合物，大部分以膠狀瀝青狀物質(即膠質瀝青質)存在，都是由碳、氫、硫、氮、氧以及一些金屬元素組成的多環複雜化合物。它們在石油中的含量相當可觀，從百分之幾到幾十，絕大部分存在於石油的減壓渣油中。膠質和瀝青質的組成和分子結構都很複雜，兩者有差別，但並沒有嚴格的界限，膠原一般能溶於石油醚（低沸點烷烴）及苯，也能溶於一切石油餾分。
膠質有很強的著色力，油品的顏色主要來自膠質。膠質受熱或在常溫下氧化可以轉化為瀝青質。瀝青質是暗褐色或深黑色脆性的非晶體固體粉末，不溶於石油醚而溶於苯。
膠質和瀝青質在高溫時易轉化為焦炭。
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