石油化学03 第1章 石油的化学组成
石油地质学课件——第一章 石油、天然气、油田水的成分和性质
（三）石油的组分
石油的组分：石油化合物的不同组分对有机溶剂和 吸附具有选择性溶解和吸附性能，选用不同有机溶剂 和吸附剂，将石油分成若干部分，每一部分就是一个 组分，分别为油质、苯胶质、洒精苯胶质及沥青质。
油质（Oily)：凡能溶解于中性有机溶剂，不被 硅胶所吸附，浅黄色粘性油状物。
苯胶质(Benzene gum)：能溶解于中性有机溶剂， 被硅胶所吸附，主要溶于苯，属暗色的油状物。
第二节 石油的成分和性质
基本概念
石油（Petroleum）： 指气态、液态、固态的以烃类为主的混合物。
（国际标准化委员会)
存在于地下岩石孔隙介质中的由各种碳氢化合物与杂 质组成的，呈液态和稠态的油脂状天然可燃有机矿产。
原油（Crude oil）：采至地表的液态石油。
烃类（Hydrocarbons） 由碳和氢两种元素构成的化合物。
石油中正构烷烃的来源：
现代生物：如细菌、藻类。 含脂类的植物或蜡质（主要在高等植物的叶、孢子花粉、果实）。 有机质的演变、分解。
B、异构烷烃（Isoalkane）
石油中的异构烷烃以≤C20为 主，且以异戊间二烯烷烃最重 要。其特点是在直链上每4个碳 原子有一个甲基支链。在沉积 物和原油中以植烷、姥鲛烷、 降姥鲛烷、异十六烷及法呢烷 的含量最高。研究和应用最多 的是植烷和姥鲛烷。
石油的灰分——微量元素
利用发射光谱法和中子活化分析法在石油灰分中 已发现５９种微量元素，按其含量多少和常见程度列 举如下３３种元素：铁(Fe)、钙(Ca)、镁(Mg)、硅(Si)、铝(Al)、钒(V)、镍
(Ni)、铜(Cu)、锑(Sb)、锰(Mn)、锶(Sr)、钡(Ba)、硼(B)、钴(Co)、锌(Zn)、钼(Mo)、铅(Pb)、 锡(Sn)、钠(Na)、钾(K)、磷( P)、锂(Li）、氯(Cl)、铋(Bi)、铍(Be)、锗(Ge)、银(Ag)、砷 (As)、镓(Ga)、金(Au)、钛(Ti)、铬(Cr)、镉(Cd)。
石油元素组成
石油元素组成石油是一种非常重要的化石能源，由于它的广泛应用，石油已经成为了全球经济发展的重要支撑。
石油的组成非常复杂，主要包括碳、氢、氧、硫、氮、钾、钠、镁、铁、钙、铜、锌等元素。
这些元素的不同比例和组合决定了石油的性质和用途。
碳是石油中最主要的元素，其含量通常在85%以上。
石油中的碳主要以烷烃的形式存在，即由碳和氢组成的化合物。
烷烃的长度、分支、环状结构等因素会影响石油的物理性质和化学反应性。
石油中的碳还可以形成芳香族化合物，这些化合物通常具有较强的芳香性和化学反应性。
氢是石油中第二主要的元素，其含量通常在10%左右。
氢是石油中最轻的元素，它通常以烷烃的形式存在，与碳形成C-H键。
氢还可以形成烯烃和芳香族化合物中的氢原子，这些化合物通常具有较强的化学反应性。
氧、硫、氮等元素的含量通常较低，但它们在石油中起着重要的作用。
氧通常以羟基、醛基、酮基等形式存在，它们可以参与石油的氧化反应。
硫是石油中的重要杂质，其含量通常在0.1%~5%左右。
硫化合物容易与氧气反应形成二氧化硫等有害气体，因此需要在炼油过程中进行脱硫处理。
氮的含量通常在0.1%左右，它们通常以吡啶、吡咯、咪唑等形式存在，对石油的化学反应性和物理性质产生影响。
除了以上元素外，石油中还含有一些微量元素，如钠、钾、镁、铁、钙、铜、锌等。
这些元素通常以盐酸盐、硫酸盐、有机酸盐等形式存在，它们可以影响石油的酸碱性、稳定性、腐蚀性等性质。
总体来说，石油的元素组成非常复杂，不同元素之间的比例和组合决定了石油的性质和用途。
在炼油过程中，需要根据石油的元素组成进行合理的处理和加工，以获得高品质的石油产品。
未来，随着石油需求的不断增长和能源结构的转型，石油的元素组成也将发生变化，需要密切关注和研究。
石油的化学组成
石油的化学组成
第一节石油的元素组成
石油中的主要元素是碳和氢，总含量96％～99％，其中碳占83％～87％，氢占ll％～14％。
其次是氧、氮、硫，一般占l％～4％，人造石油中的含氮量比天然石油多。
石油中还含有一些微量元素，如铁、镍、铜、钒、铅、氯、碘、钾等，含量少，以μg/g或ng/g计。
石油的元素组成由于产地的不同含量也会不同。
见表1―1―1某些石油的元素组成。
表1―1―1某眦石油的元素组成％
第二节石油的烃类组成
石油中的元素都是以化合物的状态存在，其中主要是烃类化合物，有烷烃、环烷烃和芳香烃，天然石油中不含烯烃。
烃类一般的特性是相对密度小于1，易燃，难溶于水，溶于有机溶剂，除烯烃外性质都很安定，沸点、熔点随相对分子质量增加而升高，有一定的吸水性，吸水性最强的是芳香烃。
表l―1―2列出了几种烷烃的性质。
表1―1―2几种烷烃的性质
石油是非常复杂的混合物，通过分馏的方法可以把混合物分开，由于不是纯的物质，石油没有固定的沸点，分离石油只是把其中的物质分成不同沸点范围的石油馏分。
第一章 石油、天然气、油田水的成分和性质
二、油田水的来源
沉积水：沉积物堆积过程中保存于其中的水，其含盐度 和化学成分受控于原环境。
渗入水：大气降雨渗入岩层中的水。矿化度低、质淡、 可淡化地下高矿化度水。
深成水：来源于地壳深部及上地幔的高矿化度高温水。
三、油田水产状
1.按与油气藏分布位置的关系： 非油层水： a、上层水； b、夹层水； c、下层水 油层水： d、底水； e、边水
一、石油的化学成分
1.元素组成
★主要元素：碳、氢、氧、硫、氮——C、H 占绝对优势
重量百分比： C 84-87% ； H 10-14%； O+N+S 1-4% 半咸－咸水——S高（>1%）；内陆淡水：S低（<1%） S>2%－高硫原油；S＜0.5%－低硫原油；S＝0.5-2%－含硫原油
★微量元素钒（V）、镍（Ni）：
★ 2.气顶气：
油气藏中呈游离气顶产出的天然气。 ——湿气，成因、分布均与石油有关。
★ 3.凝析气：
地下高T高P（T：180－250℃）：一定T、P范围 内，若油气藏中气多油少，部分低C数液态烃可溶于 烃气或者逆蒸发成气。这种气叫凝析气。采至地面 过程中，随T、P↓，这部分气可凝结析离成轻质油 ，即凝析油。
第三节 天然气的成分和性质
一、天然气化学组分分类（成分）：
二、天然气产状类型
根据气体在地下存在的状态分： 聚集型：气藏气、气顶气、凝析气 分散型：溶解气、煤层气、固态气水合物
1.气藏气 纯气藏中的气体。可为烃气（干气），也可能 为非烃气。
1 2
3 4
5
绝大多数气藏气是以 气态烃为主，含烃量 超过80%的气藏约 占气藏总数的85% 以上；氮气为主的气 藏不到10%；以二 氧化碳或硫化氢等酸 性气体为主的气藏低 于1%。
第一章_石油物性和组成
0.8654 0.8654~0.9340 0.934~1.000 >1.000 <1.000 >1.000
特重原油 沥青
特稠油 天然沥青
<10
原油一般性质
（1） 我国原油一般性质 原油名称 大庆 胜利 孤岛 辽河 华北 中原 新疆 密度 0.8554 0.9005 0.9495 0.9204 0.8837 0.8466 0.8538 g/cm3, 20℃ 运动粘度 20.19 83.36 333.7 109.0 57.1 10.32 18.80 mm2/s, 50℃ 从以上数据可以看出，我国原油相对密度大多在 0.85~0.95 之间，属偏重的常规原油。
石油的氢碳原子比
（1） H/C
石油中 H/C 原子比，也代表着芳香性趋势
大庆 1.86 石蜡基 大庆 1.74 0.16 任丘 1.81 石蜡基 胜利 1.63 0.22 胜利 1.79 中间基 单家寺 1.30 0.29 孤岛 1.66 环烷基
H/C fA
（2） 石油馏分中，随馏分变重，H/C 原子比逐渐减小
大庆馏分油 145~200℃ 250~300℃ 350~400℃ 〉500℃
H/C
2.03
1.96
1.91
1.73
石油加工过程中的H/C比平衡
• 重质油改质的目的是将其变为轻馏分。 这一过程可以认为是 H/C 增大的过程， 其主要途径为：
关键馏分 第一关键馏分
石蜡基
中间基
环烷基
d 420 <0.8210
API>40 (K>11.9)
d 420 =0.8210-0.8562
API=33-40 (K=11.5-11.9)
d 420 >0.8562
油气藏地质 第1章油气性质
2.密度（density）
相对密度:20℃的石油与4℃同体积水的重量比值
(0.75-1.00)
石油按密度的分类
轻质油：＜0.87 中等石油（正常石油）：0.87-0.93 重质石油（重油）：＞0.93
密度的其它表示习惯
美国：
API
141.5 15.5摄氏度时的密度
131.5
欧洲：
波美度
140 15.5摄氏度时的密度
重烃气（C2-C4）
湿气：重烃气>5% 干气：重烃气＜5%
干燥系数（C1/C2+) 甲烷系数(C1/C1+)
2．非烃气体（nonhydrocarbons）
N2
CO2
H2S
惰性气体
二、天然气的性质
1.相对密度
标准状况下，单位体积天然气与同体积空 气质量之比
2．粘度
与成分、压力、温度有关
0℃时：0.31× 10-3mPa.s: 20℃时:12 × 10-3mPa.s
二、天然气的性质 3.天然气的溶解性
天然气可以溶于石油和水中
天然气在水 中的溶解度 与压力有关
4.天然气的扩散性（diffusion）
扩散作用是物质在浓度梯度的作用下，自 发地发生的从高浓度区向低浓度区转移， 以达到浓度平衡的一种物质传递过程
扩散作用强度 与分子大小、 浓度梯度、介 质条件有关
三、天然气地下存在形式（相态、产状）
4、分析油气运移的方向
沿油气运移方向，油气会变得越来越轻，δ13C变低
苏林的油田水分类
水的类型
成因系数(以毫克当量%表示浓度比)
Na/Cl
(Na-Cl)/SO4 (Cl-Na)/Mg
大陆水
硫酸钠型
石油的化学组成
二、石油馏分的烃类组成 一、石油烃类组成表示方法 １、单体烃组成 ２、族组成 ３、结构族组成
二、石油馏分的烃类组成
二、石油气体及石油馏分的烃类组成 １、石油气体的烃类组成 （１）天然气的组成
纯气田天然气主要成分是甲烷，此还有少 量的乙烷、丙烷、丁烷和非烃气体。
凝析气田天然气仍以甲烷为主，但其中乙 烷、丙烷、丁烷的含量明显增加，可达１０～ ２０％，甚至还有少量戊烷和己烷。
一、原油的一般性状、元素组成、 馏分组成
一、原油的一般性状 原油是一种从地下深处开采出来的
黄色、裼色乃至黑色的可燃性粘稠液体， 它常与天然气并存。原油主要是由远古 海洋或湖泊中的生物在地下经过漫长的 地球化学演化而形成的烃类和非烃类的 复杂混合物。
一、原油的一般性状、元素组成、馏分组成
一、原油的一般性状
～550
高温热解 轻油
750～900
0.16
0.5
0.8
4.21
7.0
15.3
1.03
4.3
3.75
7.86
8.8
29.8
11.04
6.6
0.25
27.64
37.6
14.1
4.37
1.8
-
18.43
4.5
9.3
23.75
29.0
-
1.51
0
26.65
延迟焦化 减压渣油
～500 0.66 26.61 21.23 3.97 18.09 10.55
7.53 0.58
催化重整 轻油 ～500 83.62 8.55 3.76 2.37 0.48 0.68 0
二、石油馏分的烃类组成
二、石油气体及石油馏分的烃类组成 2、石油汽油馏分的单体烃组成
02-石油的化学组成
在低值下 CA,CR,RA,RT CA=3660/M+670(2.51n-d) CR=10600/M+1440(d-1.11n) RA=0.44+0.080M(2.51n-d) RT=1.33+0.180M(d-1.11n) CA=3660/M+720(2.42n-d) CR=12100/M+1400(d-1.11n) RA=0.41+0.080M(2.42n-d) RT=1.55+0.180M(d-1.11n)
烷烃、环烷烃、芳香烃，裂化汽油 增加不饱和烃的分析 饱和烃（烷烃和环烷烃）、 轻芳 香烃（单环）、中芳香烃（双环） 、重芳香烃（多环）及非烃组分； 烷烃（正构、异构）、 环烷烃（一环、二环、多环）、 芳香烃（一环、二环、多环） 和非烃化合物 饱和分、芳香分（轻、中、重） 胶质（轻、中、重）、沥青质
（2）质谱法
•氢碳原子比是一个与化学结构相关的参数。
氢含量 / 1.0079 H /C 碳含量 / 12.011
上一内容
下一内容 回主目录 返回
链烷烃
C6H14 C10H22 C14H30
H/C
2.33 2.20 2.14
环烷烃
H/C
2.00 1.80 1.71
芳香烃
H/C
1.00 0.80 0.70
～200℃
馏分组成，% 200～350℃ 350～500℃ 19.7 17.5 14.9 21.5 19.9 25.1 26.0 31.1 19.3 12.2 26.3 24.5 30.6 27.6 30.2 26.0 27.5 27.2 29.2 34.9 23.2 29.9 26.1 29.6 18.3 25.1 23.2 23.2 25.4 24.8
石油的化学组成
（二）化合物组成
1 （1）烷烃
又 在名常脂温（肪常二族压烃下），：化通式合为物CnH组2n+2成，属：饱和烃。
C1~C4的烷烃呈气态； C5~C16的直链烷烃呈液态； C17以上的高分子烷烃皆呈固态。 烷烃的比重（相对密度）、熔点及沸点均随分子量 增加而上升。所有烷烃的比重都小于1，几乎不溶于水。 无支链者，为正构烷烃或正烷烃；C-C-C-C 有支链者，为异构烷烃或异烷烃。 C-C-C-C
加热蒸馏得到馏分。利用组成石油的化合物具有不 同沸点的特性，加热蒸馏，则可以将石油切割成不同沸 点范围的若干部分，每一部分即为一个馏分。
馏分
轻馏分
中馏分
重馏分
石油气 汽油 煤油 柴油 重瓦斯油 润滑油 渣油
温度℃ <35 35-190 190-260 260-320 320-360 360-530 >530
组成的非烃化合物数量不少，尤其在重质馏分中含量更 高，可达30%。它们对石油的质量鉴定和炼制加工有着
（二）化合物组成
（1 含硫量大于2% 属于高硫石油；低于0.5% 属于低硫
石油；介于0.5~2%之间属于含硫石油。 一般含硫量较高的石油多产自碳酸盐岩系和膏盐岩
系含油层，而产自砂岩的石油则含硫较少。 海相石油一般含硫量较高，陆相石油一般含硫量较
（一）元素组成
石油的主要元素由C、H 、O、N、S构成
石油的灰分：微量元素，V、Ni等几十种微量元素，构 成了石油的灰分。其含量从十万分之几到万分之几。但其意 义却很明显。
石油的化学组成及表示方法
石油的化学组成及表示方法石油啊，那可是个超级有趣又超级重要的东西呢。
石油的化学组成可复杂啦。
它主要是由碳和氢两种元素组成的，这俩就像一对超级好的小伙伴，在石油里到处都是它们的身影。
其中碳的含量大概在83% - 87%，氢呢就在11% - 14%左右。
不过呢，石油里可不止有碳和氢这俩家伙，还有少量的硫、氮、氧这些元素。
硫就像个调皮捣蛋的小坏蛋，虽然量不多，但是它会给石油加工带来不少麻烦，比如会腐蚀设备啥的。
氮和氧呢，也各自有着自己的小脾气，影响着石油的性质。
石油里还有各种各样的化合物。
其中烃类化合物是大头。
烃类又分好多类呢。
有烷烃，这就像是一群老老实实的小团子，结构比较简单，它们在石油里可不少呢。
然后还有环烷烃，就像是一个个小圈圈组合起来的，特别可爱。
还有芳香烃，那可是自带一种特殊的“香味”（当然啦，这香味可不能随便闻，很多对身体不好呢），它们的结构比较复杂，但是也很有特色。
那石油的化学组成怎么表示呢？有一种方法是元素组成表示法。
就像我刚刚说的，把碳、氢、硫、氮、氧这些元素的含量给列出来，这样就能大概知道这个石油的基本情况啦。
还有一种是馏分组成表示法。
石油就像一个大杂烩，不同的成分沸点不一样。
我们可以根据沸点的不同把石油分成好多馏分，像汽油馏分、柴油馏分、润滑油馏分等等。
这就好比把一群小伙伴按照身高来分组一样，不同组的小伙伴有着不同的特点。
比如说汽油馏分，它的沸点比较低，是那种比较轻的成分，适合做汽车的燃料。
另外呢，石油的组成还可以用族组成表示法。
就是把石油中的化合物按照化学结构分成不同的族，像刚刚说的烷烃族、环烷烃族、芳香烃族之类的。
这样我们就能更细致地了解石油里到底都有些啥啦。
石油的化学组成和表示方法虽然有点复杂，但是了解它们就像了解一个超级神秘又超级有用的宝藏的密码一样，可有趣啦。