2石油的化学组成.ppt

第二章石油的化学组成,复习1、石油、原油区别及生成理论2、石油炼制3、原油、天然气性质本章重点介绍组成石油的烃类和非烃类化合物分类、特性及其在石油中的分布。,2-1石油中的烃类化合物,组成石油的元素是以化合物的形态存在于石油中的，主要有两大类一是烃类化合物，二是非烃类化合物。其中，烃类主要是烷烃、环烷烃和芳香烃，另外，石油产品中还含有一部分烯烃。,一、烷烃,1.烷烃的分子结构特点其分子结构特点是C原子以单键相连成链状，其余价键为H原子所饱和。它是一种饱和烃,其分子通式为CnH2n2。又分为正构烷烃（C链呈直链的烷烃）和异构烷烃（带侧链或支链的烷烃）两类。C原子数大于3的烷烃，存在组成相同而结构不同的同分异构体。,如正辛烷和2，2，4三甲基戊烷。HHHHHHHHH-C-C-C-C-C-C-C-C-HHHHHHHHH正辛烷HHHH-C-HHH-C-HHHCCCCCHHH-C-HHHHH2，2，4三甲基戊烷。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,可见，正构烷烃和异构烷烃的元素组成相同，但结构不同，因而，它们的物理性质也略有差异。见表1-3,几种烷烃的性质比较表,,2.烷烃的特性,⑴状态看在常温常压下，C1C4的烷烃为气体，C5C16的正构烷烃为液体，是液体燃料的主要组分，C17以上的正构烷烃为呈蜡状固态是石蜡的主要成分），大都存在于柴油和润滑油馏分中。⑵气味看甲烷和乙烷无色无味，其它易挥发的低分子烷烃具有汽油味，碳原子多的高分子烷烃无气味，不易挥发。,⑶稳定性看在常温常压下，烷烃的化学性质很稳定，很难被空气氧化，与强酸、强碱、强氧化剂和强还原剂都不起作用或反应很慢，在储存过程中不易氧化变质。①燃烧反应②裂化反应③取代反应④脱氢反应,⑷烷烃的来源碳氢化合物广泛存在于石油和天然气中。各地的天然气几乎都含有75的甲烷、15的乙烷、5的丙烷及少量较高级的烷烃。石油中含烷烃的种类最多，目前的分析结果表明，石油中含有150个碳原子链形烷烃、环状烷烃及少量芳香烃。石油的产地不同，成分也各不相同。,二、环烷烃,环烷烃是饱和的环状化合物，即C原子以单键相连成环状，其余价键为H原子所饱和的化合物。环烷烃的分子通式为CnH2n（n3）。按环数多少环烷烃可分为单环、双环和多环三类，大都带12个烷基侧链。石油中的环烷烃主要有环戊烷、甲基环戊烷、环己烷等。例如,如分子式为C5H10的环烷烃，可以有如下结构,环烷烃性质物理性质环烷烃的沸点、熔点和密度比相同碳数的烷烃高，但密度仍小于1g/cm3。环戊烷等在常温常压下为液体，相对分子量大的环烷烃为固体。化学性质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，储存过程中不易变质。单环环烷烃主要存在于低、中沸点的馏分中，如汽油和煤油中，双环和多环环烷烃则大多在沸点较高的柴油和润滑油中。,三、芳香烃,分子中具有苯环结构的烃类称为芳香烃。分子通式为CnH2n6（n6）。根据苯环的多少和结合形式的不同，芳香烃可分为单环、多环和稠环芳香烃三类。多环芳香烃是指分子中含有两个或两个以上的独立的苯环芳香烃。例如联苯，三苯甲烷等。,,,,,,,,,,,,,,,联苯,,,,C,,,,,,H,三苯甲烷,,,,,,,,,,稠环芳香烃是指分子中含有两个或两个以上的苯环，但苯环彼此间通过共用两个相邻碳原子稠合而成的芳香烃。例如，萘，菲，蒽等。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,萘,菲,蒽,芳香烃性质物理性质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，其蒸气对人体有害。密度0.860.9g/cm3。化学性质芳香烃苯环很稳定，但带侧链的多环和稠环芳香烃极易氧化生成胶质，造成油品的氧化变质。,四、不饱和烃,分子中的碳原子之间具有双键或三键的烃类称为不饱和烃。其中，含有双键的是烯烃CnH2n，三键的是炔烃CnH2n-2石油及其产品中多含烯烃，根据双键所在位置、数量等结构特点，烯烃多分为单烯烃、二烯烃和环烯烃等，例如，1丁烯，2甲基丙烯，1、3丁二烯，环己烯等。,CH3CH2CHCH2CH2CCH3CH3,,,,,1丁烯,2甲基丙烯,CH2CHCHCH2,,,1、3丁二烯,物理性质在常温常压下，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。随分子中碳数增多，烯烃的沸点和密度增大，但密度都小于1g/cm3。化学性质不饱和烃分子中的双键或三键不稳定，很容易发生加成、氧化和聚合反应。,2-2石油中的非烃类化合物,石油中的元素组成C、H、O、N、S。O、N、S元素在石油中14是以非烃类化合物的形式存在的。石油中的非烃类化合物主要包括含硫、含氧、含氮化合物及胶状、沥青状物质。非烃类化合物对石油加工、油品储存和使用性能有较大影响。,一、含硫化合物不同产地的石油，其含硫量差别很大；而且，不同类型的油品中含硫量也不同。,,1、硫在石油中的存在形式,,2、硫化物的分类石油中的S易对金属设备产生腐蚀，根据石油中的硫化物对金属的腐蚀性的不同，可将其分成三大类第一类是具有强烈腐蚀性的硫化物，又称活性硫，常温下易于金属作用，主要是元素S、H2S和低分子硫醇。,第二类是常温下呈中性，不腐蚀金属，但受热后能分解产生具有腐蚀性的硫化物。主要有硫醚和二硫化合物。第三类硫化物是对金属无腐蚀性、对热稳定性好的噻吩及其同系物等。,,硫化物在石油中的分布是不均匀的直馏汽油中主要存在单质S、硫化氢、硫醇、硫醚等，直馏中间馏分主要有硫醚类和噻吩类；直馏高沸馏分主要是稠环结构的化合物和杂环化合物等。,石油中的硫化物对油品的储存、石油的加工及油品的使用性能都会产生影响。①硫化物能加速油品的氧化，生成胶状物质，使油品变质，严重影响油品的储存安定性。②硫化物易引起储油设备、加工装置等的严重腐蚀，甚至酿成事故。,,③含硫油品燃烧后会生成SO2和SO3废气，严重污染大气，而且，遇水后产生强烈腐蚀性。④硫化物还影响汽油的抗爆性，减弱抗爆剂的作用。⑤硫还能使某些金属催化剂中毒。,可见，必须除去油品中的硫化物。通常采用酸碱洗涤、催化加氢、催化氧化等不同方法除去油品中的硫化物。,催化加氢是在一定温度下，较高的氢气压力和经催化剂的作用，油品中各类硫化物发生加氢反应，生成饱和烃和硫化氢，从而脱出油品中各类硫化物。最有效的脱硫方法。,二、含氧化合物,石油中的含氧化合物大都集中在胶质、沥青质中，一般较少。石油中的含氧化合物分为中性氧化物和酸性氧化物两类。中性氧化物有醛、酮类，含量极少。酸性氧化物有环烷酸、脂肪酸和酚类，总称石油酸。这其中以环烷酸最为重要，约占石油酸总量的90左右，其相对密度一般在0.93～1.02之间，呈弱酸性，对金属有腐蚀作用，可用碱洗的方法除去。,三、含氮化合物石油中的含氮化合物大多是氮原子在环状结构中的杂环化合物，可分为碱性和非碱性两类。其中碱性氮化物主要有吡啶、喹啉等及其同系物，约占石油中总含氮化合物地20～40，它们能与有机酸作用生成盐类。,,,,N,,,,N,,,,,,吡啶,喹啉,石油中的非碱性氮化物主要有吡咯、吲哚、咔唑等及其同系物，显弱酸性，能与碱、金属等作用生成盐类。石油中的氮化合物含量虽少，但对油品的储存、石油的加工及油品的使用性能都会产生影响。因为在储运过程中，由于光、温度和空气中氧的作用，氮化合物很容易生成胶质，使油品变质。通常采用酸洗涤、催化加氢精制等不同方法除去油品中的氮化合物。,四、胶质和沥青状物质胶质和沥青状物质是石油中含元素种类最多、结构最复杂、分子量最大的物质，大多存在于渣油中。胶质一般是指能溶于石油醚（低沸点烷烃）、苯、三氯甲烷、和二硫化碳，而不溶于乙醇的物质。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1.0～1.1g/cm3，平均分子量为600～1000。油品中的胶质在燃烧时易形成碳渣，引起机器磨损和堵塞。胶质受热或在常温下氧化，可以转化为沥青质。,,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，是石油中分子量最大、结构最复杂的组分。沥青质的化学性质比较活泼，很容易起氧化、卤化和硝化反应，但较难进行加氢反应。胶质、沥青质都是商品沥青中的重要组分。,2-3各类化合物在石油中的分布前面介绍知，石油中的化合物主要有烃类化合物和非烃类化合物两类。它们在石油中是如何分布的呢,一、石油中的各族烃类的分布规律总规律是随石油馏分沸点的升高，所含各族烃类的分子量随之增大，碳原子数增多，环状烃的环数增加，结构趋于复杂化。一般而言，馏分中烷烃含量逐渐减少，芳香烃含量逐渐增加，环状烃含量则随原油类别不同，或增、或减、或不变，如下图所示。,,正构烷烃,,,,异构烷烃,,,,环烷烃,,,,,,芳香烃,某原油各馏分中各族烃的相对含量（体）,汽油,煤油,,柴油,润滑油,,,200℃,400℃,500℃,,,,100905030,沸点（1大气压）,,①正构烷烃（异构烷烃）存在于石油的各个馏份中，一般来讲，汽油馏分C5～C11，煤柴油馏分C12～C25，润滑油馏分C20～C35。②环烷烃的分布是汽油馏分主要是单环环烷烃和少量双环环烷烃；煤柴油馏分中存在单环、双环和少量三环环烷烃；润滑油馏分中包含单环、双环、三环及三环以上的环烷烃。,,③芳香烃的分布单环芳香烃存在于汽油、煤油、柴油和润滑油中；双环和三环存在于煤柴油和更高沸点馏分中。三环及稠环芳香烃主要存在于高沸馏分和残渣油中。④另外，不同烃类在各馏分中的含量也不相同，如汽油馏分中烷烃含量最多，环烷烃次之，芳香烃最少。,二、非烃类化合物分布随石油馏分沸点的升高，含硫化合物和胶质含量均逐渐增加。①大部分含硫、含氧、含氮化和物及胶质和沥青质都集中在石油的渣油中。②而石油中的环烷酸很特殊，在轻馏分和重馏分中含量都很少，主要集中在煤油、柴油馏分中，通常在300～350℃馏分中含量最多。,思考题1、石油中的烃类化合物主要有那些各有何特点2、石油中的非烃类化合物主要有那些各有何特点3、石油中的各类化合物的分布规律是什么,第二章作业题,一、选择题（将正确的答案添入括号内）1、我国原油的相对密度大多介于（）之间,属于偏重的常规原油。A0.550.65B0.850.95C0.750.85D0.951.022、一般原油中的平均含碳量为（）A.1114B.4050C.65713.84874、在常温常压下，（）的烷烃为气体。AC1C4BC1C2CC5C16DC5C11,5、甲烷和乙烷是（）的气体。A芳香气味B汽油味C无色无味D嗅味6、分子中具有苯环结构的烃类称为（）。A芳香烃B烷烃C环烷烃D烯烃7、（）是最有效的脱硫方法。A酸洗涤B催化氧化C催化加氢D碱洗涤,8、石油中的（）大都集中在胶质、沥青质中，一般较少。A含氮化合物B含硫化合物C含碳化合物D含氧化合物9、（）是红褐色到暗褐色并具有延性的粘稠液体或半固态物质。A沥青质B胶质C环烷烃D芳香烃10、分子中的碳原子之间具有双键或三键的烃类称为（）。A烯烃B环烷烃C不饱和烃D炔烃,二、判断题（对的打√，错的打）（）11、世界上所有的原油都是黑色的粘稠液体。（）12、环烷烃是石油的主要组分。（）13、在常温常压下，烷烃可发生脱氢反应生成希烃和芳香烃。（）14、按环数多少环烷烃可分为单环、双环和多环三类。（）15、单环环烷烃主要存在于沸点较高的柴油和润滑油中。,（）16、不饱和烃分子中的双键或三键较稳定，不容易发生加成、氧化反应。（）17、硫在石油中大都是以有机硫化物的形式存在。（）18、不同烃类在各馏分中的含量也不相同。（）19、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。,第一章作业题,1、常减压蒸馏大约从原油中得到（）的汽油、煤柴油馏分。A1040B4060C1030D50802、（）约占全部石油产品的90以上，如汽油、柴油、喷气燃料、重油等。A燃料油B润滑油C蜡、沥青D石油化工产品3、原油经过（）过程可以得到石油产品。A油气分离B油水分离C石油加工D轻油回收,,（）4、二次加工后得到的油品只能作为润滑油原料的重馏分和渣油存在。（）5、二次加工得到的油品与常减压蒸馏得到的一样，都是半成品。（）6、常减压蒸馏所得到的馏分可以作为合格产品使用。,