石油及其主要产品化学组成和物理性能

石油及其主要产品化学组成和物理性能1、石油的化学组成1.1 颜色与密度石油（俗称原油）通常是黑色、褐色或黄色的流动或半流动的粘稠液体，由于含有硫等其它物质，一般都有不同程度的臭味。

多数原油的密度集中在750~950kg/m³之间，也有个别原油的密度在1000 kg/m³以上或在800 kg/m³以下。

1.2 元素组成一般而言，原油由以下几种元素或化合物组成：碳——83~87%，氢——11~14%，硫——1~3%（硫化物、二硫化物和单质硫等），氮——低于1%（以带胺基的碱性化合物为主），氧——低于1%（存在于二氧化碳、苯酚、酮和羧酸等有机化合物中），金属和非金属物质——低于1%（镍、铁、钒、铜、砷等）。

根据硫含量的不同，可分为低硫原油（硫含量小于0.5%）、含硫原油（硫含量0.5~2.0%）和高硫原油（硫含量大于2.0%）三类。

碳/氢原子比（有时也称氢/碳原子比）是反映原油属性的一个重要参数，与其原有的化学结构有关系。

1.3 烃类组成原油中的烃类成分主要分为烷烃、环烷烃、芳香烃，这些烃类组成是以气态、液态、固态的化合物存在。

根据烃类成分的不同，原油也可分为石蜡基原油、环烷基原油和中间基原油三类。

石蜡基原油含烷烃较多；环烷基原油含环烷烃、芳香烃较多；中间基原油介于二者之间。

原油中的烃类含量因为产地种类不同差异很大，相对密度较小的轻质原油中烃类含量可能大于90%，而相对密度较大的重质原油中的烃类含量甚至可能小于50%。

炼油厂加工的的原油通常为液态。

原油中含的液体状态烃按其沸点不同，可以分为低沸点馏分、中间馏分以及高沸点馏分。

低沸点馏分，如在汽油馏分中含有C5~C10的正构烷烃、异构烷烃、单环环烷烃、单环芳香烃（苯系）。

中间馏分，如在煤油、柴油馏分中含有C10~C20的正异构烷烃、带侧链的单环环烷烃、双环及三环环烷烃、双环芳烃。

高沸点馏分，如在润滑油馏分中含有C20~C36左右的正异构烷、环烷烃和芳香烃。

1.4 非烃化合物原油中非烃化合物主要包括含硫、含氮、含氧化合物和胶状沥青状物质等。

原油中含硫化合物包括活性硫化物和非活性硫化物。

原油中氮的分布随着馏分沸点升高，其氮含量迅速增加，约有80%的氮集中在400℃以上的重油中。

在原油中，氧元素都是以有机含氧化合物的形式存在的，主要分为酸性含氧化合物和中性含氧化合物两大类。

原油中含氧化合物化合物主要以酸性含氧化合物为主，其中主要是环氧酸，占原油酸性含氧化合物的90%。

2、石油及其主要石油产品的物理性能2.1 标准密度和相对密度我国规定20℃时的密度为石油产品（简称油品）的标准密度。

原油的相对密度，在我国是指在一个标准大气压下，20℃原油与4℃纯水单位体积的质量比，又称比重。

原油相对密度一般在0.75-0.95之间，少数大于0.95或小于0.75。

通常相对密度在0.9-1.0的原油称为重质原油，小于0.9的原油称为轻质原油。

分子量相近的不同烃类之间密度差异很大，芳烃>环烷烃>烷烃。

同一种原油沸点增加，分子量增大，密度增大。

对不同原油，同样沸程（又称馏程，见2.7的定义），相对密度差异很大。

一般来说，环烷基原油>中间基原油>石蜡基原油。

2.2 特性因数(K)以烃类绝对温度表示平均沸点（T）的立方根对相对密度作图，所得曲线的斜率称为特性因数K。

它是反映原油或原油馏分化学组成特性的特性数据，对于了解原油分类和确定原油加工方案，油品的化学组成及油品的其它特性都十分有用。

含烷烃多的石蜡基原油馏分K值较大，约为12.1~13；含芳烃多的环烷基原油馏分K值小一些，约为10.5~11.5。

同族烃K值相近，不同族烃K值不同。

K 的平均值，烷烃约为13，环烷烃约为11.5，芳烃约为10.5。

2.3 平均相对分子量在炼油设备计算中，应用最多的是平均相对分子量。

平均相对分子量相当于把混合物看作一个“单一组分”，这一“单一组分”的相对分子量就是平均相对分子量。

石油馏分的平均相对分子量随馏分沸程的升高而增大。

汽油约为100~120，煤油约为180~200，轻柴油约为210~240，低粘度润滑油约为300~360，高粘度润滑油约为370~500。

2.4 粘度原油粘度是指原油在流动时所引起的内部摩擦阻力。

原油粘度大小取决于温度、压力、溶解气量及其化学组成，温度增高其粘度降低，压力增高其粘度增大，溶解气量增加其粘度降低，轻质油组分增加，粘度降低。

原油粘度变化较大，一般在1-100MPa·s之间，粘度大的原油俗称稠油，稠油由于流动性差而开发难度增大。

一般来说，粘度大的原油密度也较大。

含烷烃多的原油馏分粘度较小，含环状烃的原油馏分粘度较大，原油馏分愈重、沸点愈高，则其粘度愈大。

2.5 油品低温性能含蜡很少或不含蜡的油品，在温度下降时，粘度迅速升高，当粘度达到一定程度后，油品就变成无定形的玻璃状物质，失去流动性，这种凝固称为粘温凝固。

含蜡原油或油品，在温度下降过程中，由于蜡结晶析出而引起的凝固称为构造凝固。

在规定条件下冷却油品，出现用肉眼可以分辨结晶时的最高温度称为结晶点。

在规定条件下冷却油品到出现结晶后，再使其升温，使原来形成的结晶消失的最低温度称为冰点。

同一油品的冰点比结晶点高1~3℃。

在严格的仪器、操作条件下测得油品刚失去流动时的最高温度称为凝点。

油品能从规定仪器中流出的最低温度称为倾点，它比凝点能更好的反映油品的低温性能。

在规定压力和冷却速度下，测得20ml试油开始不能全部通过362目过滤网时的最高温度称为冷滤点。

冷滤点能较好的反映柴油的泵送和过滤性能。

2.6 油品燃烧性能在加热油品时，随着油品温度升高，油品上方空气中的油气浓度逐渐增大，当用外来的火源去引燃油气混合气时，发现在一定浓度范围内，油品上方会出现瞬间闪火或爆炸现象。

当油气浓度低于这一范围，油气不足，而高于这一范围则空气不足，都不能闪火爆炸，这一油气浓度范围称为爆炸范围。

其下限浓度称为爆炸下限，其上限浓度称为爆炸上限。

油品在常压下，油气混合气相当于爆炸下限或上限时的油品温度称为闪点。

闪点越低表明其着火危险性越大，油品以其闪点作为着火危险等级的分级标准。

油品在规定条件下加热到被外部火源引燃并连续燃烧不少于5秒钟时的最低温度称为燃点。

把油品预热到很高的温度，然后使其与空气接触，不需引火，油品即可能因剧烈氧化而产生火焰自行燃烧，这个让油品产生自燃的最低温度称为自然点。

油品是由具有不同沸点的烃化合物组成的混合物，与水（沸点为100℃）不同，没有固定的沸点。

其闪点随着具有不同沸点化合物的含量比例不同而各有差异。

沸点越高，闪点也高。

如油品中煤油闪点在40℃以上，柴油在50～65℃之间，重油在80～120℃之间，润滑油要达到300℃左右。

自燃点却相反，沸点高的油品，自燃点降低，如汽油自燃点为415～530℃，裂化残渣油自燃点约为270℃，石油沥青则降至230～240℃左右。

2.7 蒸汽压和馏程在一定温度下，一种物质液相与其上方的气相呈平衡状态时，该蒸汽所产生的压力称为饱和蒸汽压，简称蒸汽压。

蒸汽压愈高的液体愈易于气化。

原油和油品是各种烃类和非烃类的复杂混合物，在一定压力下，它的沸点随着气化率增加而不断升高。

蒸馏时，从开始有油品馏出时的最低温度（初馏点）到全部液体蒸发后最后达到的最高气相温度(终馏点又称干点)，这一温度范围称为油品的馏程，又称沸程。

3、炼油生产装置的主要产品3.1 汽油汽油是消耗量最大的油品之一。

汽油的馏程为30~220℃，密度约为700~780 kg/m³。

易燃易挥发，爆炸极限为1.4~7.6%。

汽油产品根据用途可分为航空汽油、车用汽油、溶剂汽油三大类。

前两者主要用作汽油机的燃料，广泛用于汽车、摩托车、快艇、直升飞机、农林业用飞机等。

溶剂汽油则用于合成橡胶、油漆、油脂、香料等生产；汽油组分还可以溶解油污等水无法溶解的物质，起到清洁油污的作用；汽油组分作为有机溶液，还可以作为萃取剂使用。

汽油在发动机气缸中燃烧时的抗爆震能力称为抗爆性，是汽油最重要的指标之一。

汽油的抗爆性是用辛烷值来表示的，人为规定异辛烷的辛烷值为100，正庚烷的辛烷值为0，汽油牌号即为其辛烷值。

如车用汽油，依据国V标准，牌号分别为89号、92号、95号、98号，号数越大，抗爆性能越好。

需要注意，汽油辛烷值只表示汽油的抗爆震程度，并不表示汽油中异辛烷的真正含量。

汽油主要由石油炼制得到的直馏汽油组分、催化裂化汽油组分、催化重整汽油组分等不同汽油组分经精制后与高辛烷值组分调和制得。

汽油由烃类组成，对分子量大致相同的不同烃类，其辛烷值：正构烷烃＜环烷烃、烯烃＜正构烯烃＜异构烷烃和异构烯烃＜芳烃。

同族烃类，分子量越小，沸点越低，辛烷值越大。

汽油的干点降低，辛烷值会升高。

3.2 航空煤油航空煤油是指作为喷气式（涡喷、涡扇、涡桨、涡轴等燃气轮机）航空发动机燃料使用的煤油，学名喷气燃料，简称航煤。

航空煤油的馏程为150~315℃，密度约为775~830kg/m³。

易燃易挥发，挥发后与空气混合形成爆炸性的混合气体，爆炸极限为2-3% 。

对航空涡轮发动机来说，，燃气轮机是靠很细的喷嘴把燃料喷成云雾状跟高压高温空气充分混合，产生猛烈燃烧而工作。

汽油容易挥发，太容易燃烧，不安全。

柴油黏度太大，燃气轮机里不适合。

喷气燃料分很多种，一般分1、2、3、4号和高闪点喷气燃料五个品种，其中比较常用是3号喷气燃料。

3号喷气燃料是由直馏馏分、加氢裂化和加氢精制等装置生产的航煤组分及必要的添加剂调和而成的一种透明液体，主要由不同馏分的烃类化合物组成。

3号喷气燃料密度适宜，热值高，燃烧性能好，能迅速、稳定、连续、完全燃烧，且燃烧区域小，积炭量少，不易结焦；低温流动性好，能满足寒冷低温地区和高空飞行对油品流动性的要求；热安定性和抗氧化安定性好，可以满足超音速高空飞行的需要；洁净度高，无机械杂质及水分等有害物质，硫含量尤其是硫醇性硫含量低，对机件腐蚀小。

3.3 柴油柴油分为轻柴油和重柴油两大类，其馏程分别为180-370℃和350-410℃，密度约为790~850 kg/m³。

柴油质量要求是燃烧性能和流动性好，其重要技术指标分别为十六烷值和凝点。

同车用汽油一样，柴油也有不同的牌号。

柴油按凝点分级，轻柴油有5、0、-10、-20、-35、-50六个牌号，重柴油有10、20、30三个牌号，依据使用外部环境温度选用柴油的牌号。

我国柴油汽车主要选用后5个牌号的柴油，外部环境温度在4℃以上时选用0#柴油，在4~ -5℃时选用-10#柴油，在-5~ -14℃时选用-20#柴油，在-14~ -29℃时选用-35#柴油。

柴油主要通过原油蒸馏、催化裂化、加氢裂化、石油焦化、柴油加氢等过程生产的柴油馏分直配或调配而成。