第1章 石油化學(xué)組成

2023/2/3儲運油料學(xué)StorageandTransportationofOilMaterial周洪利2013年09月2023/2/3儲運系統(tǒng)介紹原油天然氣2023/2/3緒論1.學(xué)習(xí)本科程的目的（1）儲運工作者必須掌握的專業(yè)知識，專業(yè)基礎(chǔ)課；（2）掌握油品的儲存與管理、油料性質(zhì)、質(zhì)量指標(biāo)等。2023/2/32.本課程的主要內(nèi)容2.1石油及其產(chǎn)品的組成、物化性質(zhì)、質(zhì)量指標(biāo)（1）石油及其產(chǎn)品的組成：烴類、非烴類（含硫化合物——硫醇、含氧化合物——環(huán)烷酸等）（2）物理化學(xué)性質(zhì)：蒸汽壓、密度、特性因子、粘度、低溫性能、閃點、燃點等（3）質(zhì)量指標(biāo)：汽油、柴油、潤滑油等的質(zhì)量指標(biāo)、特性介紹。2023/2/32.2油料的管理

如何保持油品的質(zhì)量及處理油品變質(zhì)的措施？

質(zhì)量變化：

a.油品損耗：油品在開采、煉制、儲運和經(jīng)營過程中，由于自然蒸發(fā)損耗，各個流通環(huán)節(jié)的跑、冒、滴、漏、混和設(shè)備、容器的粘附、浸潤所造成的數(shù)量減少。

b.氧化：油品與氧接觸，在較高溫度下與金屬作用引起氧化變質(zhì)，生成膠質(zhì)。

c.吸水：雨、冰雹、雪等混入油品中

d.污染：機械雜質(zhì)、水分的污染、油品混油污染2023/2/32.3儲運安全防火、防爆、防靜電、防毒2.4石油的煉制方法常減壓蒸餾、熱裂化、催化裂化、催化重整等介紹。掌握不同的煉制方法對油品性質(zhì)的影響，才能做好油品的儲運、管理、調(diào)合、選擇等工作。2023/2/33.學(xué)習(xí)要求（1）掌握基本理論、基本概念、物化性質(zhì)的測定、燃料的質(zhì)量指標(biāo)和要求、潤滑油的質(zhì)量指標(biāo)和要求、油品的管理；（2）缺課、遲到、早退按相應(yīng)辦法處理；（3）課堂上要保持好紀(jì)律；（4）作業(yè)及成績的評定：作業(yè)、出勤、回答問題等占40%期末考試占60%2023/2/34.教材及參考教材教材：王從崗，張艷梅編著，儲運油料學(xué)，中國石油大學(xué)出版社，2006.8參考教材：(1)壽德清編，儲運油料學(xué)，石油大學(xué)出版社，1988.11(2)熊云，李曉東，許世海編著，油品應(yīng)用及管理，北京：中國石化出版社，2004.52023/2/3第一章石油的化學(xué)組成2023/2/31.基本概念石油：石油是從地下開采出來的油狀可燃液體。原油：未經(jīng)加工的石油。油品：原油經(jīng)煉制加工后得到的石油產(chǎn)品。第一節(jié)石油的一般性狀、元素組成、餾分組成2023/2/3主要由C、H、O、N、S五種元素組成。此外，石油中還含有微量鐵、鎳、銅、釩、砷、氯、磷、硅等。碳含量為83～87%

氫含量為10～14%

硫0.05～8%

氮0.02～2%

氧0.05～2%2.石油的元素組成2023/2/32023/2/33.餾分的組成恩氏蒸餾2023/2/3餾分：在一定溫度范圍內(nèi)的餾出物（蒸餾出的油品）叫餾分。餾程或沸程：每個餾分的沸點范圍。餾分的命名：（1）<２００℃——汽油餾分、輕餾分、低沸點餾分；（2）２００~３５０℃——煤柴油餾分、中餾分、中沸點餾分；（3）>３５０℃——潤滑油餾分、重餾分、高沸點餾分習(xí)慣上還有窄餾分—寬餾分2023/2/3化合物組成：烴類和非烴類（1）烴類：烷烴、環(huán)烷烴、芳香烴、烯烴、炔烴；（2）非烴類：含硫、含氧、含氮化合物及膠狀、瀝青狀物質(zhì)（膠質(zhì)、瀝青質(zhì)）2023/2/34.石油的性質(zhì)

石油的性狀：石油通常是流動或半流動狀的粘稠液體

石油的顏色：絕大多數(shù)石油是黑色的，但也有暗黑、暗綠、暗褐，甚至呈赤褐、淺黃色乃至無色。

相對密度：絕大多數(shù)石油介于0.80～0.98之間，但也有個別相對密度大于1.02和低于0.71的。

運動粘度：石油的流動性差別很大，有的石油其50℃運動粘度為l.46mm2/s，有的卻達2×104mm2/s以上。2023/2/3凝點：是指溫度下降時液體原油停止流動時的最高溫度。原油凝點的高低與原油中高分子化合物含量多少有關(guān)，尤其與蠟含量密切相關(guān)。

閃點：是指在規(guī)定條件下，加熱油品所逸出的蒸氣與空氣組成的混合物與火焰接觸發(fā)生瞬間閃火時的最低溫度，以℃表示。一般原油的閃點在30～170℃之間，原油中各餾分的閃點隨沸點升高而升高。2023/2/3熱容和發(fā)熱量：熱容是加熱1g原油使其溫度提高1℃所需消耗的熱量）。如同測定其他有關(guān)的熱常數(shù)一樣，在溫度到50℃時，不同原油的熱容變動范圍相當(dāng)窄，大約在1.7～2.0J之間。溶解性：原油具有易溶于有機溶劑的性質(zhì)。原油在很多碳?xì)浠衔锶軇┲卸际忠兹芙猓軇┤绫?、香精、醚、三氯甲烷、二硫化碳、四氯化碳。石油難溶于水，石油中某些烴類在水中溶解的特點：芳香烴＞環(huán)烷烴＞烷烴。2023/2/3熒光性：石油在紫外線光照射下，發(fā)出一種特殊“光亮”的特征，稱為原油的熒光性。原油發(fā)熒光是一種冷發(fā)光現(xiàn)象。發(fā)熒光現(xiàn)象是含芳香環(huán)化合物的特征。原油中不同組分的熒光顏色不同，油質(zhì)發(fā)天藍色、青色；輕膠質(zhì)發(fā)綠色；重膠質(zhì)發(fā)黃色；瀝青質(zhì)發(fā)褐色。旋光性：原油的旋光性是指偏光通過原油時，偏光面對其原來的位置旋轉(zhuǎn)一定角度的光學(xué)特性。旋光性與有機物質(zhì)有關(guān)，環(huán)烷烴的旋光性最強，芳香烴次之，烷烴最小，無機化合物沒有旋光性。2023/2/3

導(dǎo)電性：原油主要成分是碳?xì)浠衔铮瑸榉菢O性物質(zhì)，是非導(dǎo)體。原油的電阻率為1011～1018Ω·cm。

原油的相對分子質(zhì)量：原油中最小的分子是相對分子質(zhì)量為16的甲烷，最大的分子是瀝青質(zhì)，相對分子質(zhì)量達幾千。

熱膨脹系數(shù)：原油受熱膨脹現(xiàn)象服從液體熱膨脹的規(guī)律。各種原油的熱膨脹系數(shù)有顯著的不同，一般規(guī)律是：原油愈輕，其膨脹系數(shù)愈大。對于同一原油的不同餾分來說，膨脹系數(shù)的變化也同上述情況類似，餾分愈輕，則其膨脹系數(shù)愈大。2023/2/35.石油產(chǎn)品（1）燃料：約占全部石油產(chǎn)品的90％以上。主要用作各類發(fā)動機、鍋爐、炊具的燃料及照明燈用油。如汽油、煤油、柴油、噴氣燃料和重油等。（2）潤滑油和潤滑脂：約為石油產(chǎn)品總量的5%左右，但品種極多，性質(zhì)差別很大。主要用于潤滑機械，減少摩擦和磨損。（3）蠟、瀝青和石油焦。（4）石油化工產(chǎn)品：主要作有機合成工業(yè)的原料或中間體。2023/2/3烴類主要是烷烴、環(huán)烷烴和芳香烴，石油產(chǎn)品中還含有一定量的烯烴。1、烷烴分子結(jié)構(gòu)特點：碳原子間以單鍵相連成鏈狀，其余價鍵為氫原子所飽和。碳鏈呈直鏈的稱為正構(gòu)烷烴，帶側(cè)鏈或支鏈的烷烴稱為異構(gòu)烷烴。第二節(jié)石油中的烴類化合物2023/2/3碳鏈呈直鏈的為正構(gòu)烷烴，帶側(cè)鏈或支鏈的為異構(gòu)烷烴。2023/2/31.1烷烴的物理性質(zhì)常溫常壓下，C1～C4的烷烴為氣體；C5～C16的正構(gòu)烷烴為液體，是液體燃料的主要組分；C17以上的正構(gòu)烷烴為固態(tài)，大都存在于柴油和潤滑油餾分中。甲烷和乙烷是無色無味氣體，其它易揮發(fā)的低分子烷烴具有汽油味，碳數(shù)多的高分子烷烴無氣味，揮發(fā)性很小。烷烴是非極性化合物，幾乎不溶于水，但易溶于有機溶劑。2023/2/31.2烷烴的化學(xué)性質(zhì)

烷烴在常溫常壓下化學(xué)性質(zhì)很穩(wěn)定，很難被空氣所氧化，與強酸、強堿、強氧化劑和強還原劑都不起作用或反應(yīng)很慢。a.燃燒（氧化反應(yīng)）b.裂化反應(yīng)c.取代反應(yīng)d.脫氫反應(yīng)2023/2/32、環(huán)烷烴物理性質(zhì)：環(huán)烷烴的沸點、熔點和密度比相同碳數(shù)的烷烴高，但密度仍小于1g/cm3。環(huán)戊烷等在常溫常壓下為液體，分子量大的環(huán)烷烴為固體。化學(xué)性質(zhì)：由于環(huán)烷烴是飽和烴，與烷烴相類似，在常溫常壓下比較安定，在儲存過程中不易氧化變質(zhì)。但在不同條件下，也可能發(fā)生氧化、裂化、芳構(gòu)化、異構(gòu)化和取代等反應(yīng)。裂化、芳構(gòu)化和異構(gòu)化反應(yīng)都是石油加工中的重要反應(yīng)。2023/2/3碳原子以單鍵相連成環(huán)狀，其余價鍵為H原子所飽和。石油中的環(huán)烷烴主要是環(huán)戊烷和環(huán)己烷及其衍生物。存在形式除單環(huán)環(huán)烷烴外，還有雙環(huán)或多環(huán)環(huán)烷烴。石油中第二種主要烴類，噴氣燃料的理想組分。2023/2/33、芳香烴物理性質(zhì)：芳香烴在常溫下是液態(tài)或固態(tài)。芳香烴的密度一般為0.86～0.9g／cm3，比相同碳數(shù)的其它烴類密度大。芳香烴對天然橡膠有較大的浸蝕作用。芳香烴還會惡化噴氣燃料的燃燒性能，因而噴氣燃料要限制芳香烴的含量。芳香烴在汽油機中燃燒性能很好，是汽油的良好組分。但在柴油機中困難以自燃而燃燒性能很差。2023/2/3化學(xué)性質(zhì)：芳香烴中的苯環(huán)很穩(wěn)定，即使強氧化劑也不能使它氧化，也不易起加成反應(yīng)。在一定條件下，帶側(cè)鏈芳香烴上的側(cè)鏈會被氧化成有機酸，帶側(cè)鏈的多環(huán)和稠環(huán)芳香烴很容易被氧化而生成膠狀物質(zhì)，這是油品氧化變質(zhì)的重要原因之一。2023/2/3類似于環(huán)烷烴。分子中具有苯環(huán)結(jié)構(gòu)的烴類稱為芳香烴。芳香烴分為單、多環(huán)和稠環(huán)芳香烴。石油中的芳香烴一般帶有不同側(cè)鏈。2023/2/34、不飽和烴物理性質(zhì)：在常溫常壓下，小于C5的烯烴是氣體，C5以上的烯烴是液體，碳數(shù)多的烯烴是固體。與烷烴類似，隨分子中碳數(shù)增多，烯烴的沸點和密度增大，但密度都小于1g/cm3。烯烴難溶于水，易溶于有機溶劑?；瘜W(xué)性質(zhì)：不飽和烴類分子中的雙鍵不穩(wěn)定，很容易發(fā)生加成、氧化和聚合各種反應(yīng)。2023/2/3第三節(jié)石油中的非烴類化合物石油中的非烴化合物主要包括含硫化合物、含氧化合物、含氮化合物以及膠質(zhì)、瀝青質(zhì)。2023/2/31、含硫化合物1.1硫化物分類根據(jù)對金屬的腐蝕性不同分為以下三類：(1)活性硫:主要是元素硫、硫化氫和低分子硫醇；(2)硫醚（RSR’）和二硫化合物（RSSR’）：常溫下呈中性、不腐蝕金屬、受熱后能分解產(chǎn)生具有腐蝕性物質(zhì)的硫化物；(3)雜環(huán)化合物：對金屬沒有腐蝕性，熱穩(wěn)定性好。2023/2/31.2硫化物的分布天然氣中主要以硫化氫、二硫化物存在原油中存在硫化氫、硫醇、硫醚等直餾汽油中主要存在元素硫、硫化氫、硫醇、硫醚以及少量二硫化物和噻吩直餾中間餾分中主要有硫醚類和噻吩類直餾高沸餾分中的硫化物主要是稠環(huán)結(jié)構(gòu)的化合物和硫原子在環(huán)結(jié)構(gòu)上的雜環(huán)化合物。2023/2/31.3硫化物的危害硫化物能加速油品氧化，生成膠狀物質(zhì)，使油品變質(zhì)，嚴(yán)重影響油品的儲存安定性。硫化物引起儲油設(shè)備、加工裝置等的嚴(yán)重腐蝕。硫化物還影響汽油的抗爆性，減弱抗爆劑的作用。石油加工中生成含硫化氫和低分子硫醇的惡臭氣體以及合硫燃料燃燒產(chǎn)生的含SO3和SO2廢氣，嚴(yán)重污染大氣。汽油的抗爆性是表示汽油在一定壓縮比發(fā)動機中無爆震地運行的性能。汽油在貧混合氣（過剩空氣系數(shù)α=0.8～1.0）狀態(tài)下運行時的抗爆性用辛烷值來表示，在富混合氣時（α=0.6～0.65）的抗爆性用品度來衡量。因而車用汽油和航空汽油抗爆性的表示方法有所不同。2023/2/31.4防止方法通常采用酸堿洗滌、催化加氫、催化氧化等方法除去各類油品中的硫化物。酸堿洗滌：硫醇、硫酚及硫化氫與氫氧化鈉作用生成鈉鹽。硫醇、二硫化物均溶于硫酸中。噻吩易被濃硫酸所磺化，其產(chǎn)物溶在硫酸中而被除去。催化氧化：以磺化酞青鈷或聚酞青鈷等為催化劑，可以使油品中的硫醇氧化成二硫化物，達到油品脫臭和降低對金屬腐蝕能力的目的。催化加氫：是最有效的脫硫方法，在一定溫度、氫氣壓力和存在催化劑的條件下，油品中各類硫化物全部被破壞加氫，生成飽和烴和硫化氫，從而脫除油品中的各類硫化物。2023/2/32、含氧化合物石油中的含氧化合物大部分集中在膠質(zhì)和瀝青質(zhì)中，因而，膠質(zhì)瀝青質(zhì)含量多的重質(zhì)石油，其含氧量一般比較高。石油中的含氧化合物分為中性氧化物和酸性氧化物兩類。中性氧化物有醛、酮類，它們在石油中含量極少，并不重要。酸性氧化物有環(huán)烷酸、脂肪酸和酚類，總稱石油酸，其中環(huán)烷酸占90%左右。2023/2/3環(huán)烷酸的物理性質(zhì)：相對密度一般在0.93～1.02之間，隨著分子量的增大，沸點的升高，環(huán)烷酸的相對密度增加，顏色由淺變深直至暗褐色，其粘度也隨之增大直到呈粘稠狀，有的甚至呈半固體狀態(tài)。環(huán)烷酸在水中溶解度很小，高分子環(huán)烷酸幾乎