第四节石油的烃类组成

发布日期：2014-04-04 19:39 浏览次数：19395

核心提示：　　从元素组成可以看出，石油是复杂的有机化合物的混合物。它包括由碳、氢两种元素组成的烃类和碳、氢两种元素与其它元素组成的

　　从元素组成可以看出，石油是复杂的有机化合物的混合物。它包括由碳、氢两种元素组成的烃类和碳、氢两种元素与其它元素组成的非烃类。这些烃类和非烃类的分子结构和含量决定了石油及产品的性质。

　　石油中的主要成分是烃类，在天然石油中主要含有烷烃、环烷烃和芳香烃，一般不含烯烃。在不同的石油中，各族烃类含量相差较大。在同一石油中，各族烃类在各个馏分中的分布也有很大的差异。下面我们着重分析各族烃在石油中的分布情况。

　　一、石油中的烷烃

　　烷烃是组成石油的主要成分之一，随着分子量的增加，烷烃分别以气、液、固三态存在于石油中。

　　1、气态烷烃

　　在常温下，从甲烷到丁烷是气态，它是天然气和炼厂气的主要成分。

　　天然气因组成不同可分为干气(贫气)及湿气(富气)。在干气中，含有大量的甲烷和少量的乙烷、丙烷等气体，而在湿气中，除含有较多的甲烷、乙烷以外，还含有少量易挥发的液态烃如戊烷、己烷直至辛烷的蒸气，还有可能有极少量的芳香烃及环烷烃。

　　干气和湿气之间并无严格的界限，通常以天然气中丁烷以上的液态烃(称气体汽油)含量来区分。若在每立方米天然气中含有低于100g气体汽油时称为贫气，而在富气中，一般含有100g以上的气体汽油，有些甚至高达700～800g。

表1-3 我国某些天然气的组成%(体)

地区

CH4

C2H6

C3H8

C4H10

N2

CO2

H2S

四川
隆昌23井
巴县23井
自流井
柴达木
盐湖
油沙山
玉门
延长
上海江湾

95.5
94.9
87.8

95.5
70.1
82.7
82.4
84.6

0.8
0.3

0.2
9.2
8.5
5.2
——

0.2
——
7.15

0.3
5.8
2.7
4.0
——

——
——

——
4.2
1.0
2.6
——

0.8
1.1
2.3

3.5
9.0
4.7
3.3
10.8

0.9
0.2
0.6

——
——
——
——
2.8

——
——
0.5

——
——
——
——
——

　　至于炼厂气的组成，因加工条件不同，不但含有烷烃，还含有烯烃、氢气等气体。

　　2、液态烷烃

　　在常温下，C ～C 的烷烃为液态，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(见表1—4)。在蒸馏石油时，C ～C11的烷烃多进入汽油馏分(200℃以下)的组成中，而C ～C 的烷烃则进入煤油馏分(200～300℃)的组成中。

表1—4 烷烃分子量与沸点的关系

烃类	沸点（℃）	烃类	沸点（℃）
C5H12 C6H14 C7H16 C8H18 C9H20 C10H22	36.1 68.8 98.4 125.7 150.8 174.1	C11H24 C12H26 C13H28 C14H30 C15H32	195.8 216.3 235.5 253.6 270.6

　　3、固态烷烃

　　在常温下，C 以上的烷烃为固态，一般多以溶解状态存在于石油中，当温度降低时，就有结晶析出，工业上称这种固体烃类为蜡。通常在300℃以上的馏分中，即从柴油馏分开始含有蜡。含蜡量的多少，对油品的凝点高低有很大影响。

表1—5 我国几种原油的含蜡量

项目	大庆	胜利	克拉玛依	玉门	项目	大庆	胜利	克拉玛依	玉门
凝点，℃ 含蜡量，%	23 17.9	30 17.1	－50 2.04	8 8.3	蜡熔点，℃ 含蜡量，%	51－52.4 ——	52－54 ——	50 ——	47.5 ——

　　蜡按其结晶形状不同，可分为两种，一种是结晶较大，呈板状结晶的称为石蜡，另一种是呈细微结晶的微晶形蜡称为地蜡。

　　石蜡主要分布在柴油和轻质润滑油馏分中，分子量一般为300～500，分子中碳原子数为20～35，熔点在30～70℃。石蜡的主要成分是正构烷烃，也含有少量的异构烷、环烷及少量的芳香烃。

　　地蜡主要分布在重质润滑油馏分、重油和渣油中，分子量一般为500～700，分子中碳原子数为35～55，熔点60～90℃。地蜡的组成较为复杂，各类烃都有，但以环状烃为主体，正、异构烷烃的含量都不高。

　　我国大庆原油含蜡量高，蜡的质量好，是生产石蜡的优良原料。

　　二、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成分。

　　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(重汽油馏分中有少量双环环烷烃);在煤油，柴油馏分中除含有单环环烷烃外(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(在煤油、柴油重组分中已出现多于三环的环烷烃);而在高沸点馏分中则包括了单、双、三环及多于三环的环烷烃。

　　环烷烃含量对油品粘度影响较大，一般含环烷烃多，油品粘度就大，它是润滑油组成的主要组分，其中少环长侧链的环烷烃是润滑油的理想成分。

　　三、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(<120℃)中含量较少，而在较高沸点(120～300℃ )馏分中含量较多，一般在汽油馏分中主要含有单环芳烃;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。多环芳烃具有荧光，这是石油能发生荧光的原因。

　　芳香烃的抗爆性很高，是汽油的良好组分，常用做提高汽油质量的掺合剂;灯用煤油中含芳烃多，点燃时会冒黑烟和使灯芯易结焦，是有害组分;润滑油馏分中含有多环短侧链的芳香烃，它将使润滑油的粘温特性变坏，高温时易氧化而生胶。因此，润滑油精制时要设法除去。

　　芳香烃用途很广泛，可做为炸药、染料、医药、合成橡胶等，是重要的化学原料之一。

　　四、汽油馏分的烃类组成

　　汽油是沸点低于200℃的馏分，平均相对分子量约为80～140。天然石油直接蒸馏所得到的汽油称为直馏汽油。

　　(1)直馏汽油馏分的单体烃组成

表1-7 4种原油的直馏汽油中主要单体烃

烃族	单体烃名称	大庆 60～145℃	大港 60～153℃	胜利初馏～130℃	任丘初馏～130℃
正构烷烃	正戊烷正己烷正庚烷正辛烷正壬烷	0.09 6.33 13.93 15.39 2.17	0.39 2.04 4.42 8.69 4.78	2.89 6.37 8.77 5.40 —	5.58 8.91 8.34 5.66 1.39
异构烷烃	2—甲基戊烷 3—甲基戊烷 2—甲基己烷 3—甲基己烷 2—甲基庚烷	1.32① 0.76 1.40 1.83 2.75	0.77 0.67 1.09 1.25 2.38	3.67 2.68 2.73 3.06 3.04	5.08 3.13 2.57 2.60 3.58
环烷烃	甲基环戊烷环己烷甲基环己烷 1-顺-3-二甲基环己烷 1-反-4-二甲基环己烷	2.72② 4.75 11.43③ 3.66	2.08 2.57 9.18 4.62	6.21② 4.35 9.12③ 2.88④	4.26 2.60 5.72 2.69 —
芳香烃	苯甲苯对二甲苯间二甲苯邻二甲苯	0.16 1.05 0.28 0.92⑥ 0.47⑦	0.80 4.17⑤ 1.57 5.21⑥ 0.86⑦	0.80 4.98 0.96 0.31 0.38	0.46 1.66 0.22 — —
单体烃个数		24	22	21	17
占汽油馏分/%		71.41	57.56	68.6	64.53

　　①包括2，3-二甲基丁烷。②包括2，2-二甲基戊烷。③包括2，2，3，3-四甲基丁烷。④包括1，1-二甲基环己烷。

　　⑤包括3，3-二甲基己烷。⑥包括3，3，4-三甲基己烷。⑦包括2，2，4，5-四甲基己烷。

　　虽然组成汽油馏分的单体烃数目繁多，但其含量却彼此相差悬殊，从表1—7中所列数据可以看出,仅这几种主要单体烃的含量就占该馏分总量的一半以上。如大庆60～145℃直馏汽油馏分中，只有24种主要单体烃其含量就占该馏分总重量的71.41%;任丘原油初馏点～130℃汽油馏分中，仅有17种主要单体烃其含量也已占该馏分的64.53%。通过大量研究发现，在绝大多数石油的汽油馏分中，都存在类似情况。这样一个重要事实在某种程度上将会大大方便我们的研究工作，在实用上也具有重要的意义。

　　从表1—7中数据还可以看出;直馏汽油中含量最多的是C5～C10的正构烷烃及分支较少的异构烷烃;环烷烃中环己烷类含量高于环戊烷类;汽油馏分中芳香烃含量较少，芳香烃中甲苯和二甲苯的含量比苯多。

　　(2)直馏汽油馏分的族组成

表1-8 我国几种原油汽油馏分的族组成（%）

沸点范围
/℃

大庆

胜利

大港

孤岛

烷烃

环烷烃

芳香烃

烷烃

环烷烃

芳香烃

烷烃

环烷烃

芳香烃

烷烃

环烷烃

芳香烃

00~95
95~122
122~150
150~200

56.8
56.2
60.5
65.0

41.1
39.0
32.6
25.3

2.1
4.3
6.9
9.7

52.9
45.9
44.8
52.0

44.6
49.8
43.6
35.5

2.5
4.3
11.6
12.5

51.5
42.2
44.8
44.9

42.3
47.6
36.7
34.6

6.2
10.2
18.5
20.5

47.5
36.3
27.2
13.3

51.4
59.6
64.1
72.4

1.1
4.1
8.7
14.3

　　注：孤岛原油第一个馏分的沸点范围为初馏点～95℃。

　　从表1—8中可以看出，在汽油馏分中，烷烃和环烷烃占馏分的绝大多数，而芳香烃含量一般不超过20%。就其分布规律来看，随着沸点的升高，芳香烃含量逐渐增多。我国各原油的直馏汽油族组成与国外几种汽油族组成分析的比较见表1—9。

表1-9 各汽油馏分的烃族组成分析比较 %

原油名称及馏分沸点	烷烃	环烷烃	芳香烃
大庆初馏～200℃ 胜利60～180℃ 任丘初馏～145℃ 大港初馏～145℃ 克拉环依初馏～200℃ 玉门初馏～200℃ 科威特40～200℃ 米纳斯16～204℃ 美国加州惠明顿50～210℃ 美国宾夕法尼亚40～200℃ 伊朗45～200℃	57 49 56.1 41.1 58 61.7 70 59 35 70 70	39 42 41.6 46.9 33 29.4 21 40 54 22 21	4 9 2.3 12.0 9 8.9 9 1 11 8 9

　　从表1—9中可以看出,我国原油中汽油的组成不但烷烃含量高,而且环烷烃含量一般都在40%左右;国外相当一部分原油中的汽油仅含20%～22%的环烷烃。

　　上述均为直馏汽油馏分的烃族组成，对于二次加工所得汽油,其烃族组成与直馏汽油有很大差异。例如，催化裂化汽油含有大量的异构烷烃，正构烷烃含量比直馏汽油少得多，芳香烃的含量比直馏汽油有显著增加，此外还含有一定量的烯烃。

　　5、煤油、柴油馏分的烃类组成

　　煤油一般为200～300℃馏分，柴油一般为200～350℃馏分。它们中的烃类分子量约为200～300左右，烃类分子中的碳原子数比汽油高，可达20个左右。

　　在煤油、柴油馏分中，烃类的碳原子数增多，表现在烃类的分子结构更加复杂。除了烷烃只是链上的碳原子数增多外，随着沸点的增加，环烷烃和芳香烃的环数、侧链数也会增多或是侧链增长。

表1-10 中间馏分油族组成分析(色谱法)

原油

沸点范围
/℃

族组成%

烷烃+环烷烃

轻芳烃

中芳烃

重芳烃

非烃

孤岛

胜利
大庆

180～300
300～350
328～373
210～220
290～300
340～350

71.21
57.69
71.66
93.5
84.8
87.6

—
11.28
10.89
5.4
9.9
6.0

28.44
14.48
7.34
1.1
5.3
6.2

—
13.21
8.49
—
—
—

0.35
3.25
1.61
—
—
—

　　从表1—10中可以看出大庆、胜利、孤岛原油的中间馏分油中，大庆油350℃以前馏分重芳烃(三环以上)含量较少;而孤岛油300～350馏分的重芳烃含量已相当可观(13.21%)，孤岛油的特点为中芳烃、重芳烃和非烃含量均较高。

　　表1—11为我国大庆、大港原油的中间馏分结构族组成数据。由表1—11中可以看出，在中间馏分中，随着沸点的升高其芳香环的环数在逐渐增加，同时侧链上碳原子百分数(CP%)也逐渐增加，这说明在中间馏分中，随着沸点升高，侧链上碳原子数的增加比环上碳原子数增加得还要多。

表1-11 大庆、大港中间馏分的结构族组成

原油	馏分范围/℃	结构族组成
原油	馏分范围/℃	RA	RN	RT	CP%	CA%	CN%
大港原油	200～250 250～300 300～330 330～360	0.3 0.4 0.5 0.16	1.0 1.1 1.1 1.0	1.3 1.5 1.6 1.6	38.6 50.0 56.0 57.6	17.2 17.9 16.0 16.8	44.2 32.1 28.0 25.6
大庆原油	200～250 250～300 300～350	0.15 0.22 0.28	0.43 0.60 0.58	0.58 0.82 0.86	68.5 74.0 74.5	6.0 8.0 9.0	25.5 18.9 16.5

　　注：结构族组成——即把整个石油馏分看成是由某种“平均分子”所组成。这一“平均分子”则是由某些结构单位(芳香环、环烷环及烷基侧链)所组成。馏分结构组组成就是用“平均分子”中的环数(芳香环和环烷环)或碳原子在某一结构单位上的百分数来表示。常用符号如下：

　　RA—分子中的芳香环数; RN—分子中的环烷环数; RT—分子中总环数，RT=RA+RN;

　　CA%—分子中芳香环上碳原子数占总碳原子数的百分数;

　　CN%—分子中环烷环上碳原子数占总碳原子数的百分数;

　　CR%—分子中总环上碳原子数占总碳原子数的百分数，CR%=CA%+CN%;

　　CP%—分子中烷基侧链上碳原子数占总碳原子数的百分数。

• 第五节石油的非烃化合物	• 第三节石油的元素组成
• 第二节石油的分馏和馏分	• 第一节石油的一般性质

第四节 石油的烃类组成

第四节石油的烃类组成