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第一章 石油和天然气的组成及性质 石油是从地下开采出来的油状可燃物，石油通常是流动或半流动壮的粘稠液体。从颜色看，绝大多数石油是黑色的，但也有暗黑、暗绿、暗褐，甚至呈赤褐、浅黄色乃至无色。以相对密度论，绝大多数石油介于0.9-0.98之间，但也有个别相对密度大于1.02和低于0.71的，石油的流动性差别也很大，有的石油其50℃运动粘度为1.46mm2/S，有的却高达20392 mm2/S．许多石油具有浓烈的气味，这是因为含有有臭味的含硫化物的缘故。 第一节 石油的组成 石油外观和性质上的差别反映了其组成的不同。石油的组成极为复杂，但其元素组成却较简单，石油主要由碳、氢、硫、氮、氧五种元素组成。其中碳含量为83-87%，氢含量为11-14%，两者合计为96-99%，硫、氮、氧三种元素总量为1-4%。此外，石油中还含有微量铁、镍、铜、钒、砷等。 上述元素都以有机化合物的形式存在于石油中。现已确定，组成石油的有机化合物分为由碳、氢元素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。组成石油中的烃类主要是烷烃、环烷烃和芳香烃。石油中的硫、氮、氧元素以非烃类化合物形式存在，这些元素的含量虽仅有1-4%，但非烃化合物的含量却很高。 石油中的烃类组成 1、石油中的烷烃。烷烃是组成石油的主要组分之一，随着分子量的增加，烷烃分别以气、液、固三种状态存在于石油中。 在常温下，从甲烷到丁烷是气态，它是天然气的主要成分。在常温下，C5-C15为液态，主要存在于汽油和煤油中，其沸点随着分子量的增加而上升。在蒸馏石油时，C5-C10的烷烃多进入汽油馏分（200℃以下）的组成中，而C11-C15的烷烃则进入煤油馏分（200-300℃）的组成中。 C10以上的烷烃在常温下为固态，一般多以溶解状态存在于石油中，当温度降低时，就结晶析出，工业上称这种固体烃类为蜡。含蜡量的多少，对油品凝点的高低有很大影响。 2、石油中的环烷烃。环烷烃是石油的主要组分之一，也是润滑油组成的主要组分。在石油中所含的环烷烃主要是环戊烷和环己烷及其衍生物。 环烷烃在石油各馏分中的含量是不同的。它们的相对含量随馏分沸点的升高而增加，但在更重的石油馏分中，因芳香烃的增加，环烷烃则逐渐减少。一般来说，汽油馏分中的环烷烃主要是单环环烷烃；在煤油、柴油馏分中除含单环环烷烃外（它较汽油馏分中的单环环烷烃具有更长的侧链或更多的侧链数目），还出现了双环及三环环烷烃；而在高沸点馏分中则包括单、双、三环及多于三环的环烷烃。 环烷烃对油品粘度影响较大，一般含环烷烃多，油品粘度就大。 3、石油中的芳香烃。芳香烃也是石油的主要组分之一。在轻汽油（小于120℃）中含量较少。而在较高沸点（120-300℃）馏分中含量较多，一般汽油馏分中含有单环芳烃；煤油、柴油及润滑油馏分中不但含有单环芳烃，还含有双环及三环芳烃；三环及多环芳烃主要存在于高沸点馏分及残油中。 二、石油中非烃类化合物 石油中除了含各种烃类以外，还含有相当数量的非烃化合物，尤其在石油重馏分中的含量更高。石油中的非烃化合物主要有含硫、含氧、含氮化合物以及胶质、沥青质。 1、含硫化合物。硫是石油中常见的元素之一。不同的石油含硫量相差很大，可从万分之几到百分之几。通常将含硫量大于2%的石油称为高硫石油，低于0.5%的称为低硫石油，介于0.5-2%之间的称为含硫石油。我国石油大多为低硫石油。 硫在石油中的分布一般是随着石油馏分沸点范围的升高而增加，大部分硫均集中在残油中。硫在石油中大部分以有机含硫化合物形式存在，极小部分以元素硫存在，含硫化合物按性质可分为酸性含硫化合物、中型含硫化合物、热稳定性较高的含硫化合物三大类。 含硫化合物对石油加工及产品质量的影响是多方面的，总的有以下几方面：严重腐蚀设备；在加工过程中产生H2S及低分子硫醇等有毒气体造成有碍人体健康的空气污染；汽油中含有硫化物，会降低汽油的安定性；在气体和各种石油馏分的催化加工中，会造成催化剂中毒。 2、含氧化合物。石油中的含氧化合物很少，大约在千分之几的范围内，石油中的氧大部分集中在胶质、沥青质中。石油中的含氧化合物可分为酸性含氧化合物和中性含氧化合物两类。 酸性含氧化合物都具有强烈的腐蚀性，能腐蚀设备。中性含氧化合物也会进一步氧化，最后生成胶质，会影响油品的使用性能。 3、含氮化合物。石油中含氮量很少，一般在万分之几到千分之几。石油中的含氮量一般随着馏分沸点升高而增加，因此，氮化物大部分以胶质、沥青质形式存在于渣油中。 4、胶质和沥青质。在石油的非烃类化合物中，胶质、沥青质是很大一类物质。它们在石油中含量相当可观，我国各主要原油中，含有约百分之十几至四十几的胶质和沥青质。 胶质是一种粘稠的液体或半固体状态的物质，其颜色为黄色至暗褐色，油品的颜色主要是由于胶质的存在而引起的。