炼油基础知识解析

8 石油及其产品的组成和性质

8.1 石油工业在国民经济中的地位

2012年中国企业500强8.2 石油工业生产过程

8.3 石油的一般性状及化学组成

石油与原油二者在含义上是有区别的，石油是由碳氢化合物组成的复杂混合物，它包括气体、液体及固体（煤炭除外），而原油是指从地下开采出来的液体油料。不过，习惯上一般将石油与原油二词交换使用或相提并论。

8.3.1 石油的一般性状

石油是一种主要由碳氢化合物组成的复杂混合物，常温下多为流动或半流动的粘稠液体。大部分是有事暗色的，通常呈黑色、褐色或浅黄色。

相对密度在0.8—0.98之间。我国主要油区原油的相对密度躲在0.85—0.95之间，凝点及蜡含量较高，庚烷沥青质含量较低，属偏重的常规原油。

许多石油含有一些有臭味的硫化合物，有浓烈的特殊气味。我国原油一般含流量都较低，一般都在0.5%以下，只有胜利原油、新疆塔河原油和孤岛原油含硫量较高。

8.3.2 石油的元素组成

基本上由碳、氢、硫、氮、氧五种元素所组成。其中最重要的元素是碳和氢，占96%--99% ，其余的硫、氮、氧和微量元素总含量不超过1%—4% 。氯、碘、磷、砷、硅等微量非金属元素和铁、钒、镍、铜、铅、钙、钠、镁、钛、钴、锌等微量金属元素。这些微量元素在石油中的含量极低，但对石油加工过程，特别是对催化加工等二次加工过程影响很大。

石油中的各种元素不是以单质存在，而是以碳氢化合物的衍生物形态存在。

8.3.3 石油的馏分组成

馏分就是一定沸点范围的分馏馏出物。馏分的沸点范围简称为馏程或沸程。原油直接分馏得到的馏分称为直馏馏分，基本保留石油原来的组成和性质。

一般把原油中从常减压蒸馏开始馏出的温度（初馏点）到200℃（或180℃）的轻馏分称为汽油馏分或称石脑油馏分，常压蒸馏200℃（或180℃）—350℃的中间馏分称为煤柴油馏分或称常压瓦斯油（简称AGO）。将常压蒸馏＞350℃的馏分称为常压渣油或常压重油（简称AR）。由于原油从350℃开始有明显的分解现象，所以对于沸点高于350℃的馏分，需在减压下进行蒸馏，将减压下蒸出馏分的沸点再换算成常压沸点。一般将相当于常压下350℃—500℃的高沸点馏分称为减压馏分或称润滑油馏分或称减压瓦斯由（简称VGO）；而减压蒸馏后残留的＞500℃的馏分称为减压渣油（简称VR）。

我国原油馏分组成的一个特点是VR的含量都较高，＜200℃的汽油馏分含量较少。

8.3.4 石油的烃类组成

烃是碳氢化合物的简称，石油中的烃类包括烷烃、环烷烃、芳烃。石油中一般不含烯烃和炔烃，二次加工产物中常含有一定数量的烯烃。

8.3.4.1 烷烃

烷烃是组成石油的基本组分之一，在常温常压下，C1—C4的烷烃是气态，C5—C15的烷烃是液态，C16以上的烷烃是固态。

8.3.4.2 环烷烃

环烷烃是环状的饱和烃，也是时有的主要组分之一，含量仅次于烷烃。环烷烃在石油各馏分中的含量是不同的，它们的相对含量随馏分沸点的升高而增加，但在更重的石油馏分中，因芳香烃的增加，环烷烃则逐渐减少。

8.3.4.3 芳烃

芳烃是苯环结构的烃类，在石油中的含量通常比烷烃和环烷烃少。芳烃在石油馏分中的含量随馏分沸点的升高而增多。

8.3.5 石油中的非烃化合物

石油的主要组成是烃类，但石油中还含有相当数量的非烃化合物，尤其在重质馏分油和减压渣油中含量更高。石油中的硫、氮、氧等杂元素总量一般占1%—4%，但石油中的硫、氮、氧不是以元素形态存在而是以非烃化合物形态存在，它们在石油中的含量相当可观，高达10%—20%，直接影响石油加工过程及产品质量。

石油中的非烃化合物主要包括含硫、含氮、含氧化合物以及胶状沥青状物质。

8.3.5.1 含硫化合物

硫对石油加工、油品应用和环境保护的影响很大，多以含硫量常作为评价石油的一项重要指标。

含硫化合物在石油馏分中的分布一般是随着石油馏分沸程的升高而增加，其种类和复杂性也随着馏分沸程升高而增加。大部分含硫化合物集中在重馏分油和渣油中。

石油中的含硫化合物给石油加工过程和石油产品质量带来许多危害：○1腐蚀设备；○2影响产品质量；○3污染环境；○4使催化剂中毒。炼油厂常采用碱精制、催化氧化、加氢精制等方法去除油品中的硫化物。

8.3.5.2 含氮化合物

石油中氮含量一般比硫含量低。

氮化合物含量随石油馏分沸点的升高而迅速增加，集中在渣油中。

石油中的氮化合物可分为碱性含氮化合物和非碱性含氮化合物两类，其中非碱性含氮化合物性质不稳定，易被氧化和聚合生成胶质，是导致石油二次加工油品颜色变深和产生沉淀的主要原因。在石油加工过程中碱性氮化物会使催化剂中毒。石油及石油馏分中的氮化物应精制予以脱除。

8.3.5.3 含氧化合物

石油中的氧含量很少，随馏分沸点升高而增加，主要集中在高沸点馏分中，大部分富集在胶状沥青状物质中。

石油中的含氧化合物包括酸性含氧化合物和中性含氧化合物。其中酸性含氧化合物中的环烷酸可与很多金属作用而腐蚀设备。环烷酸与金属作用生成的环烷酸盐留在油品中还将促进油品氧化，在石油加工过程中，通常用碱洗的方法将环烷酸等酸性含氧化物除去，但重馏分中的环烷酸在碱洗时易乳化而难于分离。酸性含氧化合物中的酚能溶于水，炼油厂污水中长含有酚，导致环境污染。石油中的中性含氧化合物含量极少，可氧化生成胶质，影响油品的使用性能。

8.3.5.4 胶状—沥青状物质

胶状沥青状物质是结构复杂、组成不明的高分子化合物的复杂混合物，大量存在于减压渣油中。

胶质通常为褐色至暗褐色的黏稠且流动性很差的液体或无定形固体，受热时熔融。胶质具有很强的着色能力，油品的颜色主要是由于交织的存在而造成的。胶质是不稳定的物质，在常温下易被空气氧化而缩合为沥青质，是道路沥青、建筑沥青、防腐沥青等沥青产品的重要组分之一。

沥青质是石油中平均相对分子质量最大，结构最为复杂，含杂原子最多的物质。石油中的沥青质全部集中在减压渣油中。

胶状—沥青状物质对石油加工和产品使用有一定的影响。含有大量胶状—沥青状物质的减压渣油可用来生产沥青。

8.3.6 渣油的组成

减压渣油是原油中沸点最高、平均相对分子质量最大、杂原子含量最多和结构最为复杂的部分。

8.3.7 石油中的微量元素

石油中所含的微量元素一般都处在百万分级至十亿分级范围。微量元素含量虽然很少，但是有些元素对石油的加工过程，特别是催化剂的活性影响很大。

石油中的微量元素主要富集在＞500摄氏度的减压渣油中，含量随着馏分沸程的升高而增加。

原油的几十种微量元素中，对石油加工影响最大的微量元素由钒（V）、镍（Ni）、铁（Fe）、铜（Cu），他们是催化裂化催化剂的毒物，在重油固定床加氢裂化过程中也会造成催化剂减活；在燃气透平中，燃料油中金属钒的存在会对透平叶片产生严重的熔蚀和烧蚀作用。为了延长催化剂的使用寿命和保障装置的安全运行，必须尽可能降低催化加工原料中微量元素的含量。

8.4 石油及其产品的物理性质

石油及其产品的物理性质，是评定石油产品质量和控制石油炼制过程的重要指标，也是涉及石油炼制工艺装置和设备的重要依据。

8.4.1 蒸汽压

在一定温度下，液相与其上方的气相呈平衡状态时的压力称为饱和蒸汽压，简称蒸汽压。表示液体在一定温度下蒸发和汽化的能力，蒸汽压愈高的液体愈容易汽化。

8.4.1.1 纯烃的蒸汽压

纯烃的饱和蒸汽压是温度的函数，随温度的升高而增大。在同一温度下，不同烃类具有不同的蒸汽压。对于同一族烃类，相对分子质量较大的烃类蒸汽压较小。

8.4.1.2 烃类混合物及石油馏分的蒸汽压

石油及其馏分是各种烃类的混合物，组成复杂，蒸汽压仍然是温度和组成的函数。在一定温度下，馏分越轻，越易挥发，其蒸汽压越大。馏分的组成是随汽化率不同而改变的，一定量的油品在汽化过程中，由于轻组分易挥发，因此当汽化率增大时，液相组成逐渐变重，其蒸汽压也会随之降低。

8.4.2 沸程与馏分组成

石油馏分是一个沸点连续的多组分混合物，没有恒定的沸点，只有一个沸腾温度范围。在外压一定时，石油馏分的沸点范围成为沸程。

石油馏分沸程数据因所用的蒸馏设备不同而不同，实验室常用恩氏蒸馏装置来测定石油馏分的馏程。在使用恩氏蒸馏装置加热蒸馏时，当冷凝管流出第一滴冷凝液时所对应的气相温度称为初馏点。继续加热，温度逐渐升高，组分由轻到重逐渐馏出。蒸馏过程中气相温度升高到一定数值，不再上升而开始回落，这个最高的气相温度称为终馏点。蒸馏烧瓶底部最后一滴液体气化的瞬间所测得的气相温度成为干点，此时不考虑蒸馏烧瓶壁及温度计上的任何液滴或液膜。由于终馏点一般在蒸馏烧瓶全部液体蒸发后才出现，故与干点往往相同。

从初馏点到终馏点这一温度范围叫做馏程。而在某一温度范围内蒸馏出的馏出物，称为馏分。温度范围窄的称为窄馏分，温度范围宽的称为宽馏分，低温范围的称为轻馏分，高温范围的称为重馏分。馏分仍是一个混合物，只不过包含的组分数目少一些。

馏出温度与馏出量（体积百分比）相对应的一组数据，称为馏分组成。石油馏分恩氏蒸馏是间歇式的简单蒸馏，基本不具有精馏作用，石油馏分中的烃类并不是按各自沸点逐一蒸出，而是在温度从低到高的渐次汽化过程中，以连续增高沸点的混合物形式蒸出。也就是说在蒸馏时既有首先汽化的轻组分携带部分沸点较高的重组分一同汽化的过程，同时又有留在液体中的一些低沸点轻组分与高沸点组分被一同蒸出的过程。因此，馏分组成数据仅是粗略地判断油品的轻重及使用性质。

8.4.3 密度和相对密度

石油及其石油产品的密度和相对密度与石油产品的化学组成有密切的内在

联系，是石油和石油产品的重要特征之一。

8.4.3.1 石油及石油产品的密度和相对密度

密度是单位体积物质的质量，单位为g/cm3或kg/ m3。油品的体积随温度变化，但质量并不随温度变化，同一油品在不同温度下有不同的密度，所以油品密度应标明温度，通常用ρt表示温度t℃时油品的密度。我国规定油品20℃时的密度作为石油产品的标准密度，表示为ρ20。

液体石油产品的相对密度是其密度与规定温度下水的密度之比。因为水在4℃时的密度等于1 g/cm3，所以通常以4℃水为基准，因而油品的相对密度与同温下油品的密度在数值上是相等的。

t表示。我国及东欧各国常用的相对密度是油品在t℃时的相对密度通常用d

4

d420。

8.4.3.2 液体油品相对密度与温度、压力的关系

温度升高油品受热膨胀，体积增大，密度和相对密度减小。

液体受压后体积变化很小，压力对液体油品密度的影响通常可以忽略。只有在几十兆帕的极高压力下才考虑压力的影响。

8.4.3.3 油品相对密度与馏分组成和化学组成的关系

对同一原油的各馏分，随着沸点上升，相对分子质量增大，相对密度也随之增大。

若原油性质不同，相同沸程的两个馏分的相对密度会有较大差别，这主要是由于它们的化学组成不同所致。环烷基原油的馏分中环烷烃及芳烃含量较高，所以相对密度较大；石蜡基原油的相应馏分中烷烃含量较高，因而相对密度较小。对于沸点范围相近的石油馏分，根据密度大小可大致判断其化学性质。

8.4.4 特性因数

特性因数是表征石油及石油馏分化学组成的一个重要参数。它是石油及其馏分平均沸点和相对密度的函数。K＝1.216× T1/3 /d15.615.6

对同一族烃类，沸点高，相对密度也大，所以同一族烃类的特性因数很接近，在平均沸点相近时，相对密度越大，特性因数越小。当相对分子质量相近时，相对密度大小的顺序为芳烃＞环烷烃＞烷烃。所以，特性因数的顺序为烷烃＞环烷烃＞芳烃，烷烃的K值一般＞12，环烷烃的K值11—12，芳烃的K值＜11。

相对密度对特性因数的影响比平均沸点更大些，所以对同一族烃类的或同一原油的不同馏分，分子越大，馏分越重，特性因数越小。

特性因数不能准确表征含有大量烯烃、二烯烃、芳烃的馏分的化学组成特性。

9 石油产品

9.1 石油产品的分类

9.1.1 石油产品总分类

石油产品种类繁多，用途各异。我国制定了GB 498—87标准体系，将石油产品分为6大类：燃料、溶剂和化工原料、润滑剂、蜡、沥青、焦。

9.1.2 石油燃料分类