❶ 石油中含有哪些元素
石油是一种从地下深处开采出来的棕色、褐色乃至黑色的可燃性黏稠液体,它们的密度一般比水小,其沸点范围很宽,从常温起一直到600℃以上。世界上各个油田所生产原油的性质虽然千差万别,但是很有意思的是它们都主要由碳、氢、硫、氮、氧五种元素组成,而且碳和氢这两种元素合起来在原油里一般占到95%以上。所以说,石油的主要成分是分子大小不同、结构各异和数量众多的碳氢化合物,包括烷烃、环烷烃和芳香烃。假如单纯从元素的含量来看,硫、氮和氧三种元素合起来在原油中也只不过占百分之几,似乎并不很多;但是假如以含有硫、氮、氧的化合物的含量来考虑,那就相当可观了,有可能占到原油的百分之几十。尽管硫、氮含量比碳、氢含量低很多,但其对石油加工产品的性质有很大影响。因此,对于原油中的硫、氮含量引起炼油加工业主的高度关注;并据此,将原油分为低硫原油(硫含量小于0.5%)、含硫原油(硫含量为0.5%~2.0%)和高硫原油(硫含量大于2.0%)。与世界上大多数油田所产原油相比,中国主要油田所产原油的含硫量一般都不太高,大多不到1%(质量百分数计),但是氮的含量相对比较高。大家知道,中东地区是世界上生产原油最多的地方,我国每年从那里进口很多原油,这些原油的含硫量大多很高,有的竟然高达4%。
❷ 石油,煤的成分是什么请尽量详细些.
石油的成分
石油中碳氢两种元素所组成的化合物,成分很复杂,并且随产地不同而异。按其结构又分为烷烃(包括直链和支链烷烃)、环烷烃(多数是烷基环戊烷、烷基环己烷)和芳香烃(多数是烷基苯),一般石油中不含有烯烃。
石油中含硫化合物主要有硫醇(RSH)、硫醚(RSR)、二硫化物(RSSR)和噻吩等。在石油的某些加工产物中还含有硫化氢(H2S)。
石油中含氧化合物主要有环烷酸和酚类(以苯酚为主),此外还含有少量脂肪酸。环烷酸是指含有11~30个碳原子的羧酸,分子中含有一个或多个骈合脂环,羧基可以在脂环上或在侧链上。如:
在炼油生产中常把环烷酸和酚叫做石油酸。
石油中含氮化合物主要有吡啶、吡咯、喹啉和胺类(RNH2)等。因吡咯在空气中易氧化,颜色逐渐变深,这踉汽油久存颜色变深有关。
石油的化学组成是没有一定的,随产地不同而异。根据含烃的成分不同一般将石油分为烷烃基石油、环烷基石油、混合基石油和芳烃基石油等几大类。但许多产油国家常根据本国的资源情况而有不同的分类。
●煤的成分
通常说煤炭,有的地方习惯叫石炭。但煤不是碳。煤是由古代植物遗体埋在地层下或在地壳中经过一系列非常复杂的变化而形成的。是由有机物和无机物所组成的复杂的混合物,主要含有碳元素,此外还含有少量的氢、氮、硫、氧等元素以及无机矿物质(主要含硅、铝、钙、铁等元素)。煤的结构复杂。视频(煤的组成和分类)
无烟煤
(含碳量95%左右)
煤的主要成分
煤的组成以有机质为主体,构成有机高分子的主要是碳、氢、氧、氮等元素。煤中存在的元素有数十种之多,但通常所指的煤的元素组成主要是五种元素、即碳、氢、氧、氮和硫。在煤中含量很少,种类繁多的其他元素,一般不作为煤的元素组成,而只当作煤中伴生元素或微量元素。
一、煤中的碳
一般认为,煤是由带脂肪侧链的大芳环和稠环所组成的。这些稠环的骨架是由碳元素构成的。因此,碳元素是组成煤的有机高分子的最主要元素。同时,煤中还存在着少量的无机碳,主要来自碳酸盐类矿物,如石灰岩和方解石等。碳含量随煤化度的升高而增加。在我国泥炭中干燥无灰基碳含量为55~62%;成为褐煤以后碳含量就增加到60~76.5%;烟煤的碳含量为77~92.7%;一直到高变质的无烟煤,碳含量为88.98%。个别煤化度更高的无烟煤,其碳含量多在90%以上,如北京、四望峰等地的无烟煤,碳含量高达95~98%。因此,整个成煤过程,也可以说是增碳过程。
二、煤中的氢
氢是煤中第二个重要的组成元素。除有机氢外,在煤的矿物质中也含有少量的无机氢。它主要存在于矿物质的结晶水中,如高岭土(Al203·2Si02·2H2O)、石膏(CaS04·2H20 )等都含有结晶水。在煤的整个变质过程中,随着煤化度的加深,氢含量逐渐减少,煤化度低的煤,氢含量大;煤化度高的煤,氢含量小。总的规律是氢含量随碳含量的增加而降低。尤其在无烟煤阶段就尤为明显。当碳含量由92%增至98%时,氢含量则由2.1%降到1%以下。通常是碳含量在80~86%之间时,氢含量最高。即在烟煤的气煤、气肥煤段,氢含量能高达6.5%。在碳含量为65~80%的褐煤和长焰煤段,氢含量多数小于6%。但变化趋势仍是随着碳含量的增大而氢含量减小。
三、煤中的氧
氧是煤中第三个重要的组成元素。它以有机和无机两种状态存在。有机氧主要存在于含氧官能团,如羧基(--COOH),羟基(--OH)和甲氧基(--OCH3)等中;无机氧主要存在于煤中水分、硅酸盐、碳酸盐、硫酸盐和氧化物中等。煤中有机氧随煤化度的加深而减少,甚至趋于消失。褐煤在干燥无灰基碳含量小于70%时,其氧含量可高达20%以上。烟煤碳含量在85%附近时,氧含量几乎都小于10%。当无烟煤碳含量在92%以上时,其氧含量都降至5%以下。
四、煤中的氮
煤中的氮含量比较少,一般约为0.5~3.0%。氮是煤中唯一的完全以有机状态存在的元素。煤中有机氯化物被认为是比较稳定的杂环和复杂的非环结构的化合物,其原生物可能是动、植物脂肪。植物中的植物碱、叶绿素和其他组织的环状结构中都含有氮,而且相当稳定,在煤化过程中不发生变化,成为煤中保留的氮化物。以蛋白质形态存在的氮,仅在泥炭和褐煤中发现,在烟煤很少,几乎没有发现。煤中氮含量随煤的变质程度的加深而减少。它与氢含量的关系是,随氢含量的增高而增大。
五、煤中的硫
煤中的硫分是有害杂质,它能使钢铁热脆、设备腐蚀、燃烧时生成的二氧化硫(SO2)污染大气,危害动、植物生长及人类健康。所以,硫分含量是评价煤质的重要指标之一。煤中含硫量的多少,似与煤化度的深浅没有明显的关系,无论是变质程度高的煤或变质程度低的煤,都存在着有机硫或多或少的煤。 煤中硫分的多少与成煤时的古地理环境有密切的关系。在内陆环境或滨海三角训平原环境下形成的和在海陆相交替沉积的煤层或浅海相沉积的煤层,煤中的硫含量就比较高,且大部分为有机硫。 根据煤中硫的赋存形态,一般分为有机硫和无机硫两大类。各种形态的硫分的总和称为全硫分。所谓有机硫,是指与煤的有机结构相结合的硫。有机硫主要来自成煤植物中的蛋白质和微生物的蛋白质。煤中无机硫主要来自矿物质中各种含硫化合物,一般又分为硫化物硫和硫酸盐硫两种,有时也有微量的单质硫。硫化物硫主要以黄铁矿为主,其次为白铁矿、磁铁矿((Fe3O4)、闪锌矿(ZnS)、方铅矿(PbS)等。硫酸盐硫主要以石膏(CaSO4·2H20)为主,也有少量的绿矾 (FeSO4·7H 20 )等。
●煤的分类:
根据含碳量的多少,可以把煤分为如下几类:无烟煤(含碳95%左右)、烟煤(含碳70~80%)、褐煤(含碳50~70%)、泥煤(含碳50~60%)。煤的含碳量越高,燃烧热值也越高,质量越好。
燃料
碳/%
氢/%
氧和氮/%
低发热量 *
木材
50
6
44
13900-18400
泥炭
60-70
5-6
26-38
8380-10500
褐煤
70-80
5-6
16-27
10500-16700
烟煤
80-90
4-5
6.2-16.7
20900-29300
无烟煤
90-98
1-3
1.2-4.3
20900-25100
*应用基燃料实测值,即包括全部水分和灰分在内,以所有燃料成分的总
褐煤
(含碳量50%-70%)
工业分析值:
内含水分3-4%,灰分10-25%,挥发分35-40%,固定碳45-50%,发热量5800-6800cal/g,硫分 1-4%,燃料比0.8-1.2,自由膨胀指 .
元素分析值:
碳72-80%,氢5-7%,氧10-12%,氮1.5-2.0%
煤灰之矿物成分:
SiO2 55-65%,Al2O3 18-36%, Fe2O3 36-25%,碱金属3-5%
物 理 性 质:黑色、褐色之固体,易裂开成鳞片状、块状或粉状,韧度微弱至致密强韧,钝至无光泽,具平滑或贝壳状断口,下部系煤呈参差断口,比重1.25-1.40,易磨性指数50-60。
化 学 性 质:煤之化学性质甚为安定,耐酸、耐碱,具易燃性而产生高热量,粘结性煤具有热熔融性,可炼成焦炭,在高温高压下,加氢可使之液化或气化。
岩相:
以镜煤素群为主68-96%,其次为膜煤素群0.8-13%,惰煤素群在5%以下,镜煤素之平均反射率 0.42-0.66。
❸ 石油中主要元素包括哪些
组成石油的化学元素主要是碳 (83% 87%)、氢(11% 14%),其余为硫(0.06% 0.8%)、氮(0.02% 1.7%)、氧(0.08% 1.82%)及微量金属元素(镍、钒、铁等).由碳和氢化合形成的烃类构成石油的主要组成部分,约占95% 99%,含硫、 氧、氮的化合物对石油产品有害,在石油加工中应尽量除去.不同产地的石油中,各种烃类的结构和所占比例相差很大,但主要属于烷烃、环烷烃、芳香烃三类.通常以烷烃为主的石油称为石蜡基石油;以环烷烃、芳香烃为主的称环烃基石油;介于二者之间的称中间基石油.我国主要原油的特点是含蜡较多,凝固点高,硫含量低,镍、氮含量中等,钒含量极少.除个别油田外,原油中汽油馏分较少,渣油占1/3.组成不同类的石油,加工方法有差别,产品的性能也不同,应当物尽其用.大庆原油的主要特点是含蜡量高,凝点高,硫含量低,属低硫石蜡基原油.
❹ 石油中主要含什么元素
碳、氢、氧、硫、氮。
石油中的化辩消学元素主要有碳、氢、氧、硫、氮,其中碳和氢占了95%~99%,剩下的氧、氮和其他的微量元素占1%~5%。
石油的成油机理有生物沉积变油和石化油两种学说,前者较广为接受,认为石油是古代海洋或湖泊中的生物经过漫长的演化形成,属于生物沉积变油,不可再生;后者认为锋举石油是由地壳内本身的碳生成,与生物无关,可再生。石油主要被用来作为燃油和汽油,也是许多化学工业产品,如溶液、化肥、杀虫剂和塑料等的原料。
❺ 简述石油是由哪些元素组成的
石油的主要元素有:碳、氢;其它的非金属元素有:氧、氮、硫、磷等,还有金属元素:镍、钒等,还有非生物质等等。石油的成分很负责,不同的石油有的成分差别很大。
❻ 石油的化学成分
石油中,碳、氢是主要的组成元素。碳一般占83%~87%,氢占11%~14%,原子比介于5.7~8.5之间。其他元素,如氧、氮、硫元素约占1%,很少达到2%~3%。还有磷、钒等微量元素和矿物质。这些元素或以游离状或组成化合物的形式存在于重的组分中。
自然界中,碳氢化合物种类繁多,已知的有数百种。但构成石油的碳氢化合物,从其对石油性质的影响和存在的广泛性来看,烷烃、环烷烃、芳香烃这三大系列的结构最为重要,也最为普遍。从溶有天然气的石油平均成分看,大体上烷烃占53%,环烷烃占31%,芳香烃占16%。
烷烃分子通式为CnH2n+2,是由碳原子以单键链状与氢原子结合构成的一类饱和、稳定的烃类化合物。没有支链的称为正构烷烃,按其碳原子数的增加分别定名为甲烷、乙烷……癸烷等;碳原子数超过十的即用数字直接表示,如十一烷、十二烷……二十烷等。有支链者,为异构烷烃。
环烷烃是碳原子以单键呈环状相连并与四周的氢原子结合构成。只含有一个环的环烷烃,通式是CnH2n。与烷烃相比,氢原子数目减少。但仍是一种饱和、稳定的化合物。环己烷和环戊烷是石油中最主要的环烷烃。环烷烃与烷烃在化学性质上比较接近,但构成的石油反映出的物理性质则有所差异。环烷烃比例大的石油比烷烃比例大的石油往往密度大、熔点和沸点高。
芳香烃分子通式为CnH2n-6(n≥6),碳原子以单键和双键呈环状与氢原子结合。主要特点是分子中至少有一个苯环,苯(C6H6)是最简单和典型的代表。这类烃多具有芳香气味。在石油中,常集中于重馏分内。
烷烃、环烷烃都属于比较稳定的饱和烃类,芳香烃属不饱和烃。但在链状烷烃的化合物中,有不饱和烃类化合物存在。这类化合物的碳原子呈链状以双键相连与氢原子结合,缺少两个氢原子的称为烯烃,分子通式为CnH2n,例如乙烯(C2H4)。碳原子间仍呈链状排列但以三键相连的结构,称为炔烃,其分子通式为CnH2n-2,如乙炔(C2H2)。这类不饱和烃在化学性质上比较不稳定。当较纯时,点火燃烧尚显平静,而一旦混有空气,就易发生猛烈爆炸。
❼ 石油的化学组成
石油的化学组成可以从组成石油的元素、化合物、馏分和组分加以认识,必须明确这是从不同侧面去认识同一问题。
(一)石油的元素组成
由于石油没有确定的化学成分,因而也就没有确定的元素组成。但其元素组成还是有一定的变化范围。
石油的元素组成主要是碳(C)和氢(H),其次是硫(S)、氮(N)、氧(O)。世界上大多数石油的元素组成一般为:碳含量介于80%~88%之间,氢含量占10%~14%,硫、氮、氧总量在0.3%~7%之间变化,一般低于2%~3%,个别石油含硫量可高达10%。世界各地原油的元素组成尽管千差万别,但均以碳、氢两种元素占绝对优势,一般在95%~99%之间。碳、氢元素重量比介于5.7~7.7之间,平均值约为6.5。原子比的平均值约为0.57(或1∶1.8)。
石油中硫含量,据蒂索(B.P.Tissot,1978)等对9347个样品的统计,平均为0.65%(重量),其频率分布具双峰型(图2-2),多数样品(约7500个)的含硫量小于1%,少数样品(1800个)的含硫量大于1%,1%处为两峰的交叉点。根据含硫量可把原油概略地分为高硫原油(含硫量大于1%)和低硫原油(含硫量小于1%)。原油中的硫主要来自有机物的蛋白质和围岩的含硫酸盐矿物如石膏等,故产于海相环境的石油较形成于陆相环境的石油含硫量高。由于硫具有腐蚀性,因此含硫量的高低关系到石油的品质。含硫量变化范围很大,从万分之几到百分之几。
图2-2 不同时代和成因的9347个石油样品中含硫分布(据Tissot&Welte,1978)
石油中含氮量在0.1%~1.7%之间,平均值0.094%。90%以上的原油含氮量小于0.2%,最高可达1.7%(美国文图拉盆地的石油),通常以0.25%作为贫氮和富氮石油的界限。
石油的含氧量在0.1%~4.5%之间,主要与其氧化变质程度有关。
石油的元素组成,不同研究者的估算值不甚一致。通常碳、氢两元素主要赋存在烃类化合物中,是石油的主体,而硫、氮、氧元素组成的化合物大多富集在渣油或胶质和沥青质中。
除上述5种主要元素之外,还从原油灰分(石油燃烧后的残渣)中发现有50多种元素。这些元素虽然种类繁多,但总量仅占石油重量的十万分之几到万分之几,在石油中属微量元素。石油中的微量元素,以钒、镍两种元素含量高、分布普遍,且由于其与石油成因有关联,故最为石油地质学家重视。V/Ni比值可作为区分是来自海相环境还是陆相环境沉积物的标志之一。一般认为V/Ni>1是来自海相环境,V/Ni<1是来自陆相环境。
(二)石油的化合物组成
概要地说,组成石油的化合物多是有机化合物,作为杂质混入的无机化合物不多,含量甚微,可以忽略不计。组成石油的5种主要元素构成的化合物是一个庞大的家族———有机化合物。现今从全世界经过分析的不同原油中分离出来的有机化合物有近500种,还不包括有机金属化合物。其中约200种为非烃,其余为烃类。原油的大半部分是由150种烃类组成。石油的化合物组成,归纳起来可以分为烃类和非烃类化合物两大类,其中烃类化合物是主要的,这与元素组成以C、H占绝对优势相一致。
1.烃类化合物
在化学上,烃类可以分为两大类:饱和烃和不饱和烃。
(1)饱和烃
在石油中饱和烃在数量上占大多数,一般占石油所有组分的50%~60%。可细分为正构烷烃、异构烷烃和环烷烃。
正构烷烃平均占石油体积的15%~20%,轻质原油可达30%以上,而重质原油可小于15%。石油中已鉴定出的正烷烃为C1—C45,个别报道曾提及见有C60的正烷烃,但石油大部分正烷烃碳数≤C35。在常温常压下,正烷烃C1—C4为气态,C5—C15为液态,C16以上为固态(天然石蜡)。
不同类型原油的正构烷烃分布情况如图2-3所示。由图可见,尽管正构烷烃的分布曲线形态各异,但均呈一条连续的曲线,且奇碳数与偶碳数烃的含量总数近于相等。根据主峰碳数的位置和形态,可将正烷烃分布曲线分为三种基本类型:①主峰碳小于C15,且主峰区较窄;②主峰碳大于C25,主峰区较宽;③主峰区在C15—C25之间,主峰区宽。上述正烷烃的分布特点与成油原始有机质、成油环境和成熟度有密切关系,因而常用于石油的成因研究和油源对比。
石油中带支链(侧链)的异构烷烃以≤C10为主,常见于C6—C8中;C11—C25较少,且以异戊间二烯型烷烃最重要。石油中的异戊间二烯型烷烃(图2-4),一般被认为是从叶绿素的侧链———植醇演化而来,因而它是石油为生物成因的标志化合物。这种异构烷烃的特点是每四个碳原子带有一个甲基支链。现已从石油中分离出多种异戊间二烯型烷烃化合物,其总量达石油的0.5%。其中研究和应用较多的是2,6,10,14-四甲基十五烷(姥鲛烷)和2,6,10,14-四甲基十六烷(植烷)。研究表明,同一来源的石油,各种异戊二烯型化合物极为相似,因而常用之作为油源对比的标志。
图2-3 不同类型石油的正构烷烃分布曲线图(据Martin,1963)
图2-4 类异戊间二烯型烷烃同系物立体化学结构图
环烷烃在石油中所占的比例为20%~40%,平均30%左右。低分子量(≤C10)的环烷烃,尤以环戊烷(C5-五员环)和环己烷(C6-六员环)及其衍生物是石油的重要组成部分,且一般环己烷多于环戊烷。中等到大分子量(C10—C35)的环烷烃可以是单环到六环。石油中环烷烃以单环和双环为主,占石油中环烷烃的50%~55%,三环约占20%,四环以上占25%左右。在石油中多环环烷烃的含量随成熟度增加而减少,故高成熟原油中1~2环的环烷烃显着增多。
在常温常压下,环丙烷(C3H6)和甲基环丙烷(C4H8)为气态,除此之外所有其他单环环烷烃均为液态,两环以上(>C11)的环烷烃为固态。
(2)不饱和烃
石油中的不饱和烃主要是芳香烃和环烷芳香烃,平均占原油重量的20%~45%。此外原油中偶可见有直链烯烃。烯烃及不饱和环烃,因其极不稳定,故很少见。
石油中已鉴定出的芳香烃,根据其结构不同可以分为单环、多环和稠环三类,而每个类型的主要分子常常不是母体,而是烷基衍生物。
单环芳烃包括苯、甲苯、二甲苯等。
多环芳烃有联苯、三苯甲烷等。
稠环芳烃包括萘(二环稠合),蒽和菲(三环稠合)以及苯并蒽和屈(四环稠合)。
芳香烃在石油中以苯、萘、菲三种化合物含量最多,其主要分子也常常以烷基的衍生物出现。如前者通常出现的主要是甲苯,而不是苯。
环烷芳香烃包含一个或几个缩合芳环,并与饱和环及链烷基稠合在一起。石油中最丰富的环烷芳香烃是两环(一个芳环和一个饱和环)构成的茚满和萘满以及它们的甲基衍生物。而最重要的是四环和五环的环烷芳烃,其含量及分布特征常用于石油的成因研究和油源对比。因为它们大多与甾族和萜族化合物有关(芳构化),而甾族和萜族化合物是典型的生物成因标志化合物。
2.非烃化合物
石油中的非烃化合物是指除C、H两种主要元素外,还含有硫或氮或氧,抑或金属原子(主要是钒和镍)的一大类化合物。石油中这些元素的含量不多,但含这些元素的化合物却不少,有时可达石油重量的30%。其中又主要是含硫、氮、氧的化合物。
(1)含硫化合物
硫是碳和氢之后的第三个重要元素,含硫的化合物也最为多见。目前石油中已鉴定出的含硫化合物将近100种,多呈硫醇、硫醚、硫化物和噻吩(以含硫的杂环化合物形式存在),在重质石油中含量较为丰富。
石油中所含的硫是一种有害的杂质,因为它容易产生硫化氢(H2S)、硫化铁(FeS)、亚硫酸(H2SO3)或硫酸(H2SO4)等化合物,对机器、管道、油罐、炼塔等金属设备造成严重腐蚀,所以含硫量常作为评价石油质量的一项重要指标。
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。一般含硫量较高的石油多产自碳酸盐岩系和膏盐岩系含油层,而产自砂岩的石油则含硫较少。我国原油多属低硫石油(如大庆、任丘、大港、克拉玛依油田)和含硫石油(如胜利油田)。原苏联伊申巴石油含硫量高达2.25%~7%,其他如墨西哥、委内瑞拉和中东的石油含硫量也较高。
(2)含氮化合物
石油中含氮化合物较为少见,平均含量小于0.1%。目前从石油中分离出来的含氮化合物有30多种,主要是以含氮杂环化合物形式存在。可将其分为两组,一组为碱性化合物,有吡啶、喹啉、异喹啉、吖啶及其同系物;另一组为非碱性化合物,有卟啉、吲哚、咔唑及其同系物,其中以含钒和镍的金属卟啉化合物最为重要。
原油中的卟啉化合物首先是由特雷勃斯(C.Treibs,1934)发现的。包括初卟啉和脱氧玫红初卟啉,并提出石油中的卟啉是由植物的叶绿素和动物的氯化血红素转化而来。这个发现为石油有机成因说提供了有力的证据,引起了广泛的注意和重视。目前对卟啉的研究已逐步深入并发现了多种类型。卟啉是以四个吡咯核为基本结构,由4个次甲基(—CH)桥键联结的含氮化合物,又称族化合物。在石油中卟啉常与钒、镍等金属元素形成络合物,因而又称为有机金属化(络)合物,其基本结构与叶绿素结构极为相似(图2-5)。
图2-5 叶绿素(A)与原油中的卟啉(B)、植烷(Ph)、姥鲛烷(Pr)结构比较图(据G.D.Hobson等,1981)
但是,并不是所有原油中都含有卟啉,有相当一部分原油中不含或仅含痕量。一般中新生代地层中形成的原油含卟啉较多,而古生代地层中石油含卟啉甚低或不含。这可能与卟啉的稳定性差有关。在高温(>250℃)或氧化条件下,卟啉将发生开环裂解而遭破坏。
此外,原油中的卟啉类型还与沉积环境有密切关系,海相石油富含钒卟啉,而陆相石油富含镍卟啉。
(3)含氧化合物
石油中含氧化合物已鉴定出50多种,包括有机酸、酚和酮类化合物。其中主要是与酸官能团(—COOH)有关的有机酸,有C2~24的脂肪酸,C5~10的环烷酸,C10~15的类异戊二烯酸。石油中的有机酸和酚(酸性)统称石油酸,其中以环烷酸最多,占石油酸的95%,主要是五员酸和六员酸。几乎所有石油中都含有环烷酸,但含量变化较大,在0.03%~1.9%之间。环烷酸易与碱金属作用生成环烷酸盐,环烷酸盐又特别易溶于水。因此地下水中环烷酸盐的存在是找油的标志之一。
(三)石油的馏分组成
石油是若干种烃类和非烃有机化合物的混合物,每种化合物都有自己的沸点和凝点。石油的馏分就是利用组成石油的化合物各自具有不同沸点的特性,通过对原油加热蒸馏,将石油分割成不同沸点范围的若干部分,每一部分就是一个馏分。分割所用的温度区间(馏程)不同,馏分就有所差异(表2-1)。
表2-1 石油的馏分组成
据亨特对美国一种相对密度为35°API(0.85g/cm3)的环烷型原油所做的分析结果,以脱气后各馏分总和计算,各馏分的体积百分比为:汽油27%,煤油13%,柴油12%,重质瓦斯油10%,润滑油20%,渣油18%。其与化合物组成的关系如图2-6所示。
通常石油的炼制过程可以看作就是对石油的分馏,馏程的控制是根据原油的品质及对油品质量的具体要求来确定的。现代炼油工业为了提高石油中轻馏分的产量和提高产品质量,除了采用直馏法外,还采用催化热裂化、加氢裂化、热裂解、石油的铂重整等一系列技术措施。例如在常压下分馏出的汽油只占原油的15%~20%,在采用催化热裂化后,可使汽油的产量提高到50%~80%,以满足各方面以汽油作能源燃料的需求。
图2-6 相对密度为35°API的环烷型石油的馏分与化合物组成的关系图(据J.M.Hunt,1979)
(四)石油的组分组成
石油组分分析是过去在石油研究中曾广泛使用的一种方法。它是利用有机溶剂和吸附剂对组成石油的化合物具有选择性溶解和吸附的性能,选用不同有机溶剂和吸附剂,将原油分成若干部分,每一部分就是一个组分。
一般在作组分分析之前,先对原油进行分馏,去掉低于210℃的轻馏分,切取>210℃的馏分进行组分分析(图2-7)。凡能溶于氯仿和四氯化碳的组分称为油质,它们是石油中极性最弱的部分,其成分主要是饱和烃和一部分低分子芳烃。溶于苯的组分称为苯胶质,其成分主要是芳烃和一些具有芳环结构的含杂元素的化合物(主要为含S、N、O的多环芳烃)。用酒精和苯的混合液(或其他极性更强的如甲醇、丙酮等)作溶剂,可以得到酒精-苯胶质(或其他相应组分),此类胶质的成分主要是含杂元素的非烃化合物。用石油醚分离,溶于石油醚的部分是油质和胶质。其中能被硅胶吸附的部分是胶质;不被硅胶吸附的部分是油质;剩下不溶于石油醚的组分(但可溶于苯、二硫化碳和三氯甲烷等中性有机溶剂,呈胶体溶液,可被硅胶吸附)为沥青质;后者是渣油的主要组分,其主要成分是结构复杂的大分子非烃化合物。
显然,石油的组分组成是一个比较模糊的概念,特别是胶质和沥青质,在石油地质学中使用频率较高,使用上也不是很严谨。胶质和沥青质是一些分子量较大的复杂化合物的混合体。胶质的视分子量约在300~1200;沥青的视分子量多大于10000,可能达到甚至于超过50000,其直径平均为40~50nm。胶质和沥青质占原油的0~40%,平均为20%。胶质和沥青质可能主要是由多环芳核或环烷-芳核和杂原子链如含S、N、O等的化合物组成,其平均元素组成如表2-2所示,大量分布于未成熟以及经过生物降解和变质的原油中,尤其在天然沥青矿物或沥青砂岩中更为多见。
石油的组分在石油的成因演化研究和原油品质评价中经常涉及。
图2-7 原油组分分析流程图
表2-2 胶质和沥青质的平均元素组成