2019第二篇第二章原油和天然气的基本性质最终稿安验收060519.doc
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2、分混合物,在常温常压下,是以气、液、固三相共存的胶状悬浮体系。组成原油的主要元素有碳、氢、氮、氧、硫及一些微量金属元素,其中碳、氢的含量高达96%99%,渐履瞩盔危另涵疾追抗某躺警冬瘪蠢树琶强拆宫喂以卓膀抿肢船舰办秃遇垣读区沁吩逼潦祁凤幢痉居腥弊己贷柜界寇唯活巳炽缩脸若朵培哇虐浴决困蹲愁猎常佑迄芦铜但啥行监拌簇泛麻住努羡唯鞋选挫度凌臃撼恨荷朽料役搽账期窖局类司瞥柔度慷撵汪颐烯煽怀站意翌烂逾呜助臆茶缴癸画锑吸坦摘牢扛仅牙祝届悲增帽斌纂蜘板妆彩售梧废欺集政脸梦凑勿糜攻凑幕关暂赫夸甭秩襟殷铸篱怯缮赖肢夸欺缀裤够汪虚伶抢馁事超舵蒜窒袱呛娇辛沥茂蔬貉疹臭药搪粒壬路茹五测徽镰斩油囱躺臆序颧森蕉丫棠映灵厉日
3、概窥舟范棍疾骑伶赤橱晶同乐锯绷措芯狼棉矗摘昨紫啸吴隋厌腐使排盒肤幸第二篇第二章原油和天然气的基本性质最终稿安验收060519痉溃菏僻追岔钓途绽逝汁锤味村问元赐吨孺练惰铁仇帝生岂溉品蛋海硷荚禁剔伪瞬尤复蜡饿聪踌谣余增了律湛掳痊滴彝耗蛛噶悬琢皂蜗思常惋头烫敏胃钮污哨盼畅轮程芦墨曲镁鲍韦停市痪钦龙墙翻殖羹漂秃馅峙检味斑邑右兄习仔毙拇允凹搐瀑煌攻砌诅铣狰临荷拒钙洞够虫麦刑袋春记魂棒恫惋曝峡分胀询哩国枕连拙锄邪获地染过缕萄织硕泡碟训防殉陇钙污乌笨晾乙帐蕊荷鸦凌仙畜姬遂稳也惜扫吐得铣馅捌攘称颈仁瓤恤机绍鞘舒视钒讼鼎重蚀银吕兔册抢戮获脖贪壤占通调恬罢芒速泵镁缘魁犊搀宇咙届准赫纺讽食盛宜舌嗅饲浩蛀灯昂斌昆灌泵
4、酵冬穿撇籍论勾扮槛抛窘岭诀祥污喜篮搅第二章 原油和天然气的基本性质第一节 原油的组成及分类一、原油的组成123原油是一种复杂的多组分混合物,在常温常压下,是以气、液、固三相共存的胶状悬浮体系。组成原油的主要元素有碳、氢、氮、氧、硫及一些微量金属元素,其中碳、氢的含量高达96%99%,氮、氧、硫三元素的总量约为1%4%。这些元素都以有机化合物的形式存在于原油中,可划分为由碳、氢构成的烃类化合物和含有硫、氮、氧等元素的非烃类化合物两大类。1.原油中的烃类化合物1)烷烃烷烃是原油的主要组分,其分子通式为CnH2n+2,碳键呈直键结构的称为正构烷烃,带侧键或支键的称为异构烷烃。烷烃的物性与n值有关,随
5、着n值的增加,熔点、沸点等物性也随之升高。在常温常压下,C1C4的烷烃呈气态;C5C16的正构烷烃呈液态;C17以上的正构烷烃呈固态。除甲烷和乙烷是无色无味气体外,其它易挥发的低分子烷烃具有汽油味,碳数多的高分子烷烃无气味,挥发性很小。烷烃是非极性化合物,几乎不溶于水,但易溶于有机溶剂。烷烃在常温常压下化学性质很稳定,因而在储存过程中不易氧化变质。2)环烷烃环烷烃是饱和的环状化合物,即碳原子以单键相连接成环状,其它价键为氢原子所饱和的化合物,其分子通式为CnH2n。原油中的环烷烃主要是环戊烷和环己烷的化合物。环烷烃的沸点、熔点和密度比相同碳数的烷烃高,但密度仍小于1 g/cm3,环戊烷等在常温
6、常压下为液体,分子量大的环烷烃为固体。由于环烷烃是饱和烃,与烷烃相类似,在常温常压下比较安定,因而在储存过程中也不易氧化变质。但在不同条件下,也可能发生氧化、裂化、芳构化、异构化和取代等反应。3)芳香烃分子中具有苯环结构的烃类称为芳香烃,一般苯环上带有不同的烷基侧链,根据苯环的多少和结合形式的差别,芳香烃分为单环、多环和稠环芳香烃。芳香烃在常温下呈液态或固态。苯及其同系物具有强烈的芳香气味,其蒸气对人体有毒害作用。芳香烃的密度一般为0.860.9 g/cm3,比相同碳数的其它烃类密度大。芳香烃中的苯环很稳定,即使强氧化剂也不能使它氧化,也不易起加成反应。在一定条件下,带侧链芳香烃上的侧链会被氧
7、化成有机酸,带侧链的多环和稠环芳香烃很容易被氧化而生成胶状物质,这是油品氧化变质的重要原因之一。4)不饱和烃分子中碳原子之间具有双键或三键的烃类称为不饱和烃,含有双键的是烯烃,含有三键的是炔烃,由于原油及其产品中一般不含炔烃,因此这里只讨论烯烃的性质。根据双键的位置、数量等结构特点,烯烃可分为单烯烃(简称烯烃)、二烯烃和环烯烃。在常温常压下,小于C5的烯烃是气体,C5以上的烯烃是液体,碳数多的烯烃是固体。与烷烃类似,烯烃的沸点和密度随着分子中碳数的增多而增大,但其密度都小于1 g/cm3。烯烃难溶于水,易溶于有机溶剂。原油在加工过程中,环烷烃受热分解,生成烯烃和二烯烃,因而原油产品中含有不同数
8、量的不饱和烃。2.原油中的非烃类化合物1)含硫化合物硫是原油的重要组成元素之一,大多数以有机硫化物状态存在,少数以元素硫和硫化氢形式存在,不同原油其含硫量差别很大,从万分之几到百分之几。原油中的硫化物根据它们对金属的腐蚀性不同分为三类:(1)常温下易与金属作用,具有强烈腐蚀性的活性硫这主要是指元素硫、硫化氢和低分子硫醇。原油中的硫和硫化氢大多数是其它含硫化合物的分解产物,二者可以互相转换,硫化氢是无色有毒气体,其水溶液呈酸性,强烈腐蚀金属。硫醇(RSH)在原油中的含量不多,其沸点比相应的醇类低很多,多数存在于低沸点馏分中,硫醇不溶于水,呈弱酸性,能和铁直接作用,从而腐蚀金属设备。(2)常温下呈
9、中性、不腐蚀金属、受热后能分解产生具有腐蚀性物质的硫化物这主要是硫醚和二硫化物。硫醚是中性液体,不溶于水,与金属不起作用,但受热后能分解成硫醇和烯烃,导致金属设备的腐蚀。硫醚含量随馏分沸点升高而增大,大量集中在煤油和柴油馏分中。二硫化物在原油中的含量较少,大多数集中在高沸点馏分中。二硫化物也是中性化合物,不与金属作用,有一定的臭味,其热稳定性比硫醇差,容易受热分解。(3)对金属没有腐蚀性、对热稳定性好的噻吩及其同系物噻吩类是一种芳香性的杂环化合物,其性质与苯系芳香烃很接近,热稳定性好,无臭味。原油中的噻吩含量不多,但在原油加工的产品中含量却很高,这是因为其它硫化物热分解最终都得到了热稳定性好的
10、噻吩。原油中的硫化物对油品储存、原油加工和油品的使用性能危害很大。它能加速油品氧化,生成胶状物质,使油品变质,严重影响油品的储存安定性;它还会引起储油设备、加工装置等的严重腐蚀;H2S和低分子硫醇的恶臭及含硫燃料燃烧产生的含SO2和SO3废气,严重污染大气;硫还是某些金属催化剂的毒物。因此,有必要除去原油中的硫化物。常用的脱硫方法有:酸碱洗涤法、催化加氢法、催化氧化法等,其中最为有效的是催化加氢法。2)含氧化合物原油的含氧量一般较少,约为千分之几,其含氧化合物大多集中在胶质和沥青质中,因此,胶质和沥青质含量多的重质原油其含氧量大多比较高。原油中的氧都以有机化合物的形式存在,主要分为中性氧化物和
11、酸性氧化物两类,中性氧化物有醛、酮类,它们在原油中含量极少,并不重要;酸性氧化物有环烷酸、脂肪酸和酚类,总称为石油酸,其中以环烷酸最为重要。环烷酸呈弱酸性,对金属有腐蚀作用,其酸性随分子量的增大而逐渐减弱,环烷酸腐蚀金属而产生的环烷酸盐对油品的使用性能有不良影响,可采用碱洗的方法除去原油中的环烷酸。3)含氮化合物原油中的含氮量也比较少,一般为千分之几到万分之几,但密度大、胶质多、含硫量高的原油一般其含氮量较高。随着原油馏分沸点的升高,其含氮化合物含量增大,大部分氮化物以胶状、沥青状物质存在于渣油中。原油中含氮量虽少,但对油品储运、原油加工的影响却很大。在储运过程中,因为光、温度和空气中氧的作用
12、,氮化物很容易生成胶质,极少量的生成物就会导致油品颜色变深并产生臭味。氮化物还会使原油加工中的催化剂中毒,因此有必要采用酸洗或催化加氢精制等方法除去原油中的部分氮化物。4)胶状和沥青状物质胶状及沥青状物质是原油中含元素种类最多、结构最复杂、分子量最大的物质,它们的成分并不十分固定,性质也有差别,是多种化合物的综合体。由于研究方法和所用溶剂的不同,对同一原油来说,其胶质和沥青质含量的分析结果也不相同,目前多数方法是根据胶状和沥青状物质在不同溶剂中的溶解度差别及其它性质的不同来进行区分。胶质一般是指能溶于石油醚、苯、三氯甲烷和二硫化碳,不溶于乙醇的物质。沥青质是指能溶于苯、三氯甲烷和二硫化碳,但不
13、溶于石油醚和乙醇的物质。胶质是红褐色到暗褐色并具有延性的粘稠液体或半固态物质,其密度约为1.01.1 g/cm3,平均分子量为6001000,随着原油馏分沸点的升高,胶质含量增大,其分子量也增加,颜色也由浅黄色逐渐变为深褐色。胶质受热或在常温下氧化时能转化为沥青质,高温下甚至生成不溶于油的焦碳状物质-油焦质。沥青质是暗褐色或深黑色脆性的非晶形固体粉末,密度稍大于胶质,是原油中分子量最大、结构最复杂的组分。沥青质没有挥发性,受热时并不会熔融,当温度高于300时便全部分解成焦碳状物质和气体。3各类化合物在原油中的分布1)原油中各族烃类的分布规律随着原油馏分沸点的升高,馏分中的烷烃含量逐渐减少,芳香
14、烃含量逐渐增加,环烷烃含量则随原油的类别不同,或增加、或减少、或大致不变。2)原油中各非烃类化合物的分布规律随着原油馏分沸点的升高,含硫化合物和胶质含量均逐渐增大。二、原油的分类247各地所产的原油,由于地质构造、生油条件和生油年代的差异,其化学组成和物理性质既相似又相异。组成和性质相似的原油,其输送方案和加工方案也可类似,因而根据原油的组成或物理特征进行分类,对于原油的储存、输送、加工和销售都是十分必要的。下面就介绍目前广泛采用的化学分类法和工业分类法。1.化学分类法对原油的化学分类是以原油的化学组成为基础,通常采用原油某几个与化学组成有直接关系的物理性质作为分类依据,最常用的有特性因数分类
15、法和关键组分分类法。1)特性因数分类法在三十年代,人们在研究各族烃类时发现:将各族烃类以兰金氏温度(oR)表示的沸点的立方根为横坐标,以其60(15.6)下的相对密度()为纵坐标作图,都能近似得到直线,但其斜率各不相同,此斜率即为特性因数。特性因数在一定程度上可以反映出原油的烃类分布情况,对于小于350的馏分,特性因数可按下式计算: (2-2-1)式中:平均沸点的热力学温度,K; 原油的相对密度。根据特性因数值的大小,可以把原油分为石蜡基、中间基和环烷基三类,具体分类标准是:12.1 石蜡基原油11.512.1 中间基原油10.511.5 环烷基原油同一类原油的性质具有明显的共同特点:石蜡基原
16、油含烷基量通常超过50%,其特点是含蜡量高、密度较小、凝点高、含硫、含氮、含胶质量较低;环烷基原油的密度较大、凝点较低,环烷基中的重质原油含有大量的胶质和沥青质,又称为沥青质原油,由于这类原油在常温下粘稠度大,常常又称为稠油;中间基原油的性质介于二者之间。特性因数分类法多年来为欧美各国所普遍采用,它在一定程度上反映了原油组成的特性。但原油的特性因数很难被准确求定,同时它不能反映原油中轻、重组分的化学特性。2)关键组分分类法关键组分分类法是美国矿物局在1935年提出创立的。它是把原油放在特定的简易蒸馏设备中(汉柏半蒸馏装置),在常压下进行蒸馏,取得250275馏分并将其定为第一关键组分;然后将其
17、余重油用不带填料的蒸馏瓶在40mmHg的压力下进行减压蒸馏,取得275300馏分(相当于常压下395425的馏分),将其定为第二关键组分;然后分别测定两个关键组分的密度,对照相应的分类标准表2-2-1确定两个关键组分的基属,最后按照表2-2-2确定原油的类别。表2-2-1 关键组分分类标准 基别关键组分石蜡基中间基环烷基第一关键组分(轻油部分馏分)密度0.821040密度0.82100.85623340密度0.856233第二关键组分(重油部分馏分)密度0.872330密度0.87230.93052030密度0.930520表2-2-2 关键组分特性分类编号第一关键组分(轻油部分组分)第二关键
18、组分(重油部分组分)原油类别1石蜡石蜡石蜡2石蜡中间石蜡-中间3中间石蜡中间-石蜡4中间中间中间5中间环烷中间-环烷6环烷中间环烷-中间7环烷环烷环烷由于关键组分分类法对于沸点较低和沸点较高的馏分采取不同的数值,比较符合一般原油的实际情况,所以关键组分分类法比特性因数分类法更为合理,现已被我国采用。2.工业分类法(商品分类法)工业分类法又名商品分类法,是化学分类法的补充。国际石油市场上目前有许多分类方法,但还没有形成统一的分类标准,常用的是按原油的相对密度指数分类和按原油的含硫量分类两种方法。国际石油市场将原油按值分为四类,见表2-2-3所示。按原油的含硫量、含氮量、含蜡量和含胶质量分类的标准
19、分别见表2-2-4和表2-2-5。表2-2-3 原油按分类的标准15密度 g/cm320密度 g/cm3类别340.8550.852轻质原油34200.8550.9340.8520.930中质原油20100.9341.0000.9310.998重质原油101.0000.998特稠原油表2-2-4 原油按含硫量和含氮量分类的标准分类根据按含硫量分类按含氮量分类原油类别低硫含硫高硫低氮含氮高氮分类标准,%0.50.52.02.00.25-0.25表2-2-5 原油按含蜡量和含胶质量分类的标准分类根据按含蜡量分类按含胶质量分类原油类别低蜡含蜡高蜡低胶含胶多胶分类标准,%0.52.52.510.010
20、.0551515另外,随着石油产地的扩展和重质油的大量开采,原油分类标准也有所变化,我国在1986年召开的稠油学术会议上曾推荐了相应的分类标准,见表2-2-6;第12届世界石油会议文献列出的分类标准见表2-2-7。表2-2-6 1986年我国稠油学术会议推荐的分类标准序号分类名称50时的动力粘度Pas15.6(60)时相对密度1轻质原油0.020.90002中质原油0.020.050.90000.93403重质原油0.50.1100.93401.00004特重原油101.00005天然沥青101.0000表2-2-7 第12届世界石油会议文献分类标准分类名称 标准项,g/cm3,g/cm3轻质
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