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原油的性質概述和原油的化學組分介紹
閱讀：13236發布時間：2012-9-5
原油是一種有氣味的可燃粘稠液體，它的色澤通常顯黑色或深棕色，常伴有綠色或藍色熒光，相對密度0.75-1.0，熱值43.5-46MJ/kg，粘度范圍很寬，凝固點差別也比較大：零下30度到零上60度，沸點范圍常溫到500℃以上，可溶于多種有機溶劑，不溶于水，但可與水形成乳狀液。
原油是一種復雜的多組分混合物，主要成分是烴類（烷烴、環烷烴、鏈烯烴和芳香烴等），其次是數量不多的非烴組分（含硫化合物、含氧化合物、含氮化合物、膠質和瀝青質），通常原油都有相似的特性。然而，實際資料表明，不同油田、不同油層、不同油井，甚至同一油井不同時間產出的原油在物理化學性質上也存在著明顯的差異，這種差異反映了原油化學組成的多樣性和復雜性。原油的檢測儀器可以參照上海羽通儀器儀表廠的系列原油檢測儀器。
一、原油的元素組成
原油主要是由C, H及S, O, N五種元素組成，此外還有微量的金屬元素和非金屬元素。在金屬元素中有釩、鎳、鐵、銅、鋁以及鈣、鈦、鎂、鈉、鈷、鋅等，非金屬元素有氯、硅、磷、砷等.它們在原油中的含量一般是C占83.0%-87.0%, H占10.0%-14.0%, S占0.05%-8.00%, N占0.02%~2.00%, O占0.05%-2.00%.
到目前為止，一般是用減差法估算原油中的含氧量，而并不直接測定。這種方法得到的含氧量不夠準確。原油中所含的元素絕大多數是以有機化合物的形式存在的，主要是C和H組成的烴類，其次是含S,N，O等元素的非烴類化合物。
原油中C, H元素含量變化與原油的化學組成有密切關系。原油越重所含高分子的烴類就越多，隨分子量增加，C的含量越高，H的含量越少。S, N，O三種元素的含量變化一般與原油中非烴化合物，尤其與膠質、瀝青有關。
二、原油的餾分組成
原油是一個多組分的復雜混合物，每個組分有其各自不同的沸點。原油加工的*步就
是利用原油組分沸點的差別，加熱蒸餾，將原油切割成不同沸點的餾分。在原油組分分析
中，用某個溫度范圍內蒸餾出的餾分百分含量（質量或體積）所表示的原油組成稱為餾分組
成。不同原油的餾分組成的分布及含量都有差異，有時這種差異還相當懸殊。輕質原油中低
沸點餾分含量相對較高，而重質原油中高沸點的餾分含量相對較高。
餾分仍是一個混合物，并不是石油產品，還必須進一步加工精制才能成為合格的石油產品。研究原油的化學組成，一般以石油餾分為對象。
三、原油的烴類組成
從化學組成來看，原油餾分可分為烴類和非烴類兩大類。烴類和非烴類存在于原油的各個餾分中，原油的產地不同，其相互含量也大不相同。在同一原油中，隨著沸程增高，烴類含量降低而非烴類含量逐漸增加。
原油的烴類化合物主要是烷烴、環烷烴和芳香烴，除個別種類的原油外，一般的原油中不含烯烴，但它可在加工過程中產生。
（一）烷烴
烷烴又稱石蠟烴，是一類飽和的直鏈和支鏈烴化合物，在一般情況下，分子中含有1-4個碳原子的烷烴為氣態;含5-15個碳原子的烷烴為液態，是原油的主要成分;含16個碳原子以上的烷烴為固態，懸浮在原油中。由于烷烴所有的碳鏈都*達到了飽和狀態，烷烴有較穩定的化學安定性、高閃點和其他*的性能。烷烴凝點較高，在室溫下便失去了流動性，當碳原子數相同時，直鏈正烷烴的熔點比支鏈異烷烴高。烷烴是化學反應緩慢的化合物。具有同樣原子數，但不同結構的烷烴，稱為異構體烷烴。隨著碳原子數目的增多，其構成異構體烷烴的數目也急劇增長。烷烴含量超過25%-30%的原油稱為烷基（或稱石蠟基）原油。
（二）環烷烴
環烷烴是飽和的5個或6個碳原子的環烴類化合物，它的結構比較復雜，有單環、雙環和多環，依其分子量的不同，可能會帶有烷烴側鏈，也有可能在一個分子中有若干個飽和環，它們帶有與烷烴鏈相連接的側鏈。這類分子中具有的環烷烴特性的強弱決定于分子中環烷烴的環數多于烷烴側鏈的程度，環烷烴幾乎是一切原油的主要成分。由于環烷烴具有較高的抗爆性、低凝點及較好的潤滑性，并會使制得的油品具有良好的熱安定性和化學安定性，是電力用油的主要理想成分之一。原油中含有75%-83%的環烷烴稱為環烷基原油，是煉制變壓器油的選擇。
（三）鏈烯烴（非飽和化合物）
如果烷烴和環烷烴的氫原子數不足，則其碳原子的四個鍵就不都是飽和的，相鄰的兩個碳原子之間，有一個雙鏈，稱為鏈烯烴。由于這類化合物為雙鏈結構，故化學穩定性比烷烴低。一般原油中不含不飽和烴，但原油裂化過程及高溫熱解產物中有一定的含量。
（四）芳香烴
所有原油中都含有芳香族化合物，它們是由苯和少量的縮合環（如萘）衍生而成的。zui簡單的芳香烴是苯（C6H6）。芳香烴分為對稱結構的烴（如苯、萘、蒽）和帶側鏈的芳香烴（如甲苯），在同一分子中，環烷烴環、烷烴鏈和芳香環也可能是同時相互連接的。芳香烴比環烷烴化學性質活潑，它們的活性是*由側鏈的數量和大小決定。原油中芳香烴的含量約為14%-30%。芳香烴與鏈烯烴一樣，也是非飽和化合物。但是，由于芳香烴的環為共軛雙鏈結構，所以芳香烴在化學特性上比鏈烯烴穩定一些。所有的潤滑油成分中都含有芳香烴，電力用油中當然也不例外。
由于多環芳香烴在化學結構上具有不飽和的雙鍵，因此穩定性較差，而且環數越多，穩定性越低，不飽和性越強。如果變壓器油中多環芳香烴含量過大，油的閃點就會降低，易著火。另一方面，多環芳香烴的不穩定性又能提高變壓器油運行中的延緩氧化和抵抗酸價的能力。因此，在保證閃點大于140℃的情況下，要在變壓器抽中留有一定數量的多環芳香烴，即在原油精制餾分的提純過程中，并不全部除去多環芳香烴。
多環芳香烴的另一個用途是它能代替液體電介質中的一種添加劑--電壓穩壓劑，而起到穩定電壓的作用。電壓穩定劑在變壓器油中能吸收能量、分散電場強度、降低氣泡游離電場，其作用機理現在尚未探明。一般的看法認為，它能捕獲電介質中的高能離子或高能電子，把局部（微觀）高場強引發出來的高能離子或高能電子變成低能離子或低能電子。
在多環芳香烴中，芘、苊、螢蒽等烴的示性電壓（DNCV）值均在10-25kV或以上，具有很好的電壓穩定作用，可以有效延緩油老化過程。
四、原油的非烴組成
原油中非烴化合物（雜環化合物）指分子結構中除含碳、氫原子外，還含有硫、氮、氧等原子的化合物。尤其是環烷基原油中，還可能含有某些有機酸（環烷酸），其中既有延緩油的化學特性變化（老化）的成分，即天然抗氧化劑，也有加速其老化的成分。原油中非烴組成可分為含硫化合物、含氮化合物、含氧化合物、膠質和瀝青質四類。S, N,O三種元素一般占原油的2%左右，其化合物含量可占10%-20%，甚至更多。這些非烴組分主要集中在原油高沸點餾分中。原油中非烴化合物在數量上并不占主要地位，但對石油產品的質量和使用卻有一定的不良影響，一般在煉制過程中應盡zui除去。
（一）含氧化合物
原油中含氧化合物由烴基和含氧官能團兩部分組成，主要有醇（R-OH）,酚（Ar-OH） ,醚（R-O-R'）,醛（R-CO-H）,酮（R-CO-R'）和酸（R-COOH）。含氧化合物主要有酸性和中性兩大類。酸性含氧化合物中主要有環烷酸、脂肪酸及酚，總稱石油酸;中性含氧化合物有醛、酮等，其含量很少。
原油中含氧化合物主要是酸性含氧化合物，其中環烷酸zui多，占酸性物質90%以上，脂肪酸含量少，還有微量的芳香酸、環烷-芳香酸以及瀝青酸。原油中環烷酸主要是五元環和六元環的環烷酸（環戊烷酸、環己烷酸），主要集中在200-400℃中間餾分中，在低餾分和高餾分中環烷酸的含量很少。
（二）含硫化合物
原油中含硫量大小是評價原油性質的一項重要指標，通常將原油中含硫量大于2%的稱為高硫石油，低于0.5%的稱為低硫石油，介于0.5%-2%之間的稱為含硫石油。我國多數原油屬于低硫石油（如大慶原油）及含硫石油（如勝利原油）。
硫在原油中存在的形態有元素硫（S）,硫化氫（H2S）,硫醇（RSH）和硫醚（RSR'）等。活性硫化物（元素硫、硫化氫和硫醇等）在原油中存在量極少，大多在加工過程中由其他化合物分解生成，主要集中在低沸點餾分中。非活性硫化物（硫醚、二硫醚和噻吩等）不直接與金屬作用，但受熱分解后生成硫化氫等同樣會腐蝕金屬，大多集中在高沸點餾分中。
上述硫化物只是原油中已確定結構的一部分，還有一部分硫化物結構尚待研究，這部分稱殘余殘硫。
（三）含氮化合物
原油中含氮量一般變化不大，在0.1%-0.4%之間，只有少數情況下超過0.5%。與其他非烴化合物相似，原油中含氮量與膠質、瀝青質密切相關。主要集中于膠質、瀝青質中。
原油中含氮化合物可分為堿性和中性（及酸性）兩大類。堿性含氮化合物主要是吡啶、哇琳、異喹琳的同系物;中性及酸性含氮化合物有吡硌、吲哚、咔唑的同系物及酞胺等。
（四）膠質和瀝青質
膠質、瀝青質是一些含有C, H,O, N, S等多環化合物的混合物，其結構仍不清楚，大致是一些分子量很高的雜環化合物的混合物。
溶于酚的膠質在空氣中可氧化縮合形成瀝青質，不溶于酚的是一些高分子的膠質，它們氧化后可生成酸，但不能生成瀝青質。膠質、瀝青質的存在對油品有害，可使油品顏色加深、氧化安定性下降、粘溫性能變差、氧化后形成積炭。
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