❶ 石油的化合物组成
一、石油的元素组成
原油中的主要元素是C、H
原油中除C、H外，还有S、N、O及其他微量元素(1～5%)
原油中的微量金属元素有V、Ni、Fe、Cu、As等
石油中的非碳氢原子称为杂原子。
二、石油中烃类的类型及分布规律
石油中的烃类主要有烷烃、环烷烃和芳烃
原油中一般不含烯烃，炔烃更少
三、略去气态烃
四、非烃成分
1、活性硫化物：S、H2S、低分子RSH等
2、非活性硫化物：硫醚(RSR’)，环硫醚，二硫化物(RSSR’)，噻吩及其同系物
3、含氮化合物，较复杂，多为环状结构
4、含氧化合物：酸性氧化物：
环烷酸、脂肪酸、芳香酸、酚类(统称石油酸)
中性氧化物：
醛、酮、酯等，含量极少
5、微量元素。略
❷ 煤、石油、天然气在组成上的异同点是什么
石油是以液态形式存在于地下岩石孔隙中的，也有存在于地下的裂缝或者溶洞中的但大部分是存在于岩石孔隙中的。
天然气是石油的伴生气体赋存状态主要以游离态为主他们有共同的特性就是必须有良好的封闭层也就是圈闭不然气体和石油就不会被储存。气比油水都轻所以一般在封闭层的最上端。也有单一的天然气藏但是规模就很大基本都要满足一定的地质条件才能聚集。
煤层就是古代死亡的植物所形成的必须在还原环境下也就是无氧环境下，煤层的存在是以固体形式存在的。
天然气是指自然界中天然存在的一切气体，包括大气圈、水圈、和岩石圈中各种自然过程形成的气体（包括油田气、气田气、泥火山气、煤层气和生物生成气等）。而人们长期以来通用的“天然气”的定义，是从能量角度出发的狭义定义，是指天然蕴藏于地层中的烃类和非烃类气体的混合物。在石油地质学中，通常指油田气和气田气。其组成以烃类为主，并含有非烃气体。
❸ 烃类物质
一、烃类物质的组成
烃类物质是指碳氢化合物以及伴生或共生有机物，其主要成分为碳、氢，次要成分为硫、氮、氧等。
烃类物质的矿产种类主要有天然气、石油、煤、油页岩等。
1.天然气的组成
实际研究与应用中，天然气是指沉积岩石中以烃类为主的气藏中的天然气和可为工业所利用的二氧化碳气、硫化氢气、氮气等。
气藏中的天然气从成分上分为两种:一种是以烃类物质为主的天然气，主要是甲烷气，一般情况下甲烷含量达80%以上;其次为重烃，约占10%;微量气体有氮气、二氧化碳气、硫化氢气等;另一种是非烃气为主的天然气，主要有氮气、二氧化碳气、硫化氢气等。
根据雅库琴尼(1976)，烃类天然气藏占世界气藏总数的95%以上，而非烃类天然气藏占世界气藏总数的5%以内。图1-2显示出世界上2000个气藏约15000个分析数据构制的三角变化图，它有力地说明了天然气藏的主要成分分布状况。
2.石油的组成
石油是以液态形式存在于地下岩石孔隙中，具有不同结构的碳氢化合物，是可燃的有机矿产。
石油的元素组成主要为碳、氢，其次为硫、氮、氧等。对于平均元素组成，不同学者的估算不同。亨特的统计结果是碳占质量的84.5%，氢占13.0%，硫占1.5%，氮占0.5%，氧占0.5%。据潘钟祥(1986):中国、美国、苏联的石油元素含量列于图1-3中，与亨特的统计结果相似。
石油的化合物，可分为烃类与非烃类，前者包括正构烷烃、异构烷烃、环烷烃、芳烃和环烷芳烃等，后者主要有氮、硫、氧的化合物、有机金属化合物等。
图1-2 世界气藏成分图
正构烷烃的碳数为C1～C60。根据主峰碳数的位置及形态，正构烷烃曲线(图1-4)分为3种基本类型:①主峰小于C15，且主峰区较窄;②主峰大于C25，主峰区较宽;③主峰区在C15～C25之间，主峰区宽。
异构烷烃的碳数以小于C10为主，环烷烃也以小于C10低分子量环烷烃为主。芳烃和环烷芳烃的基本类型有苯、萘、菲，分子量一般较大。
图1-3 石油的元素组成(据潘钟祥，1986)
图1-4不同类型石油的正构烷烃分布曲线(据MartinRLetal.，1986)
石油中的非烃类物质，一是含氮、硫、氧化合物，主要有硫酸、硫醚、噻吩和二硫化物等，低分子量者存在于石油的轻、中馏分中，分子量大者存在于胶质、沥青质中;二是有机金属化合物，主要是汞、铅等的化合物。
3.煤的组成
煤是由地质时期植物遗体在地下经复杂的生物、物理、化学作用而变质形成的固体可燃的有机矿产。
煤的组成元素，主要为碳与氢，其次为氧、氮、硫、磷和其他元素。碳与氢占有机可燃物质量的70%以上。挥发分根据煤的变质程度不同而异，一般在5%～55%之间(图1-5)。
煤中的碳和氢，多以凝胶化组分(包括木煤、木质镜煤、结构镜煤、无结构镜煤、凝胶化基质)、丝炭化组分(包括丝炭、木质镜煤丝炭、镜煤丝炭、丝炭化基质)、稳定组分(包括木柱层、角质层、孢子和花粉、树脂体)等组成，以固态形式存在，在显微镜下可以观察到。煤中的无机物，主要有与有机质同时沉积的陆源矿物、化学或(和)生物成因的矿物(如黄铁矿、粘土、菱铁矿等的结核)，以及后生矿物(如裂隙中的黄铁矿、方解石、高岭土等)，它们也以固态形式存在。
图1-5 煤的主要组成成分(据陆春元，1987)
含碳页岩也是烃类有机质的重要存在形式，与煤相似，碳以固态存在。
总体上，煤是固态的烃类物质，分子量很大;石油是液态的烃类物质，分子量中等;
天然气主要是气态的烃类物质，分子量很小。下面讨论这3类烃类物质的形成过程以及相互关系。
二、烃类物质的形成
天然气、石墨、煤的形成过程以及相互关系见图1-6。烃类物质共同的主要物质来源是地表存在的生物有机质。生物有机质主要是动物、植物的遗体。由于地表及近地表的生物作用，特别是细菌活动的活跃，动物、植物的遗体一大部分经生物降解作用等过程形成生物成因的天然气，很少的部分则经沉积掩埋，进入地下。
图1-6 天然气、石墨、煤形成过程示意图
在地下一定深度，生物作用减弱。再进入到更大的深度，压力增大，地温增高，热压作用增强，沉积有机质经热催化、热裂解，有机质开始成熟。①高丰度的腐殖型有机质向煤方向转化，依次形成泥炭、褐煤、长阳煤、气煤、肥煤、焦煤、瘦煤、贫煤、无烟煤，同时形成大量的以甲烷为主的煤系天然气。②腐泥型有机质和一部分腐殖型有机质，进入到生油门限温度后，形成石油与石油气。如果有机质进入到更高温高压的地层埋深，所形成的煤、石油、天然气则向石墨方向转化。石油与煤的形成过程，均伴随着有机烃气体的形成。其成因早期以微生物作用为主，晚期则以热动力作用为主。
三、烃类物质的赋存状态
气态的天然气、液态的石油、固态的煤，它们在地下的赋存形式，特别是能为工业应用的赋存形式，存在很大的差异。这种差异，往往决定了勘探方法的不同。
1.天然气的赋存状态
天然气赋存状态见表1-1。目前具广泛工业意义的有气顶气、气藏气、凝析气、煤层气。
表1-1 天然气的赋存状态表
气顶气与石油共存，位于油气藏的顶部，乙烷以上的重烃含量较高，成因上属石油气。气藏气是单一天然气聚集的气体，可以是石油气、煤系天然气，或其他成因类型的天然气。凝析气是一种特殊的气藏气，是在较高的温度、压力下由液态烃蒸发而形成，一旦温度、压力降低则逆凝结而形成轻质油。
煤层气是吸附在煤层中的煤系天然气。
2.石油的赋存状态
石油主要呈液态存在于岩石孔隙中。根据是否发生运移分两种形式:一种是自生自储型，生油的地层即是储油的地层;另一种是下生上储或上生下储型，指生油层不是储油层，而是石油经运移储集在有效孔隙度大的岩石或构造中。
3.煤的赋存状态
煤是以天然的固体形式存在于煤系地层中。如不经特殊的构造运动的破坏，煤层是没有明显运移的。
四、烃类物质的运移
相对于母岩地层而言，煤以固相“原地”存在。石油呈液态可能“原地”存在，也可能经运移而“异地”存在。天然气中煤层气可能以“原地”存在为主，其他天然气则主要以“异地”存在。因此，烃类中，石油与天然气存在着运移的情况。
石油的运移分初次运移和二次运移，以及再次运移。
初次运移指石油从细粒的生油岩中向外排出的过程。初次运移的发生，可能是在压实作用、热力作用、粘土脱水作用等控制下，生油岩(主要是泥岩)受到较大的应力作用，发生强烈的变形，导致体积减小，这时必然驱动塑性物质(包括气体、液体及硬度小的粘土矿物等)的流动。在初次运移中，石油可能呈油相、乳油液、胶体溶液、气体溶液等相态运移，但多数学者认为初次运移以油相为主。初次运移是与石油生成有密切关系的过程，运移距离较短，一般限于生油岩系中。
二次运移是初次运移的接续，是石油脱离成油母岩向储集岩内部传导的过程，主要的传导层是颗粒较粗的砂岩层、张性或张扭性的非紧闭的断层、不整合面等。二次运移的驱动力主要是浮力、水动力，运移多呈游离相进行。运移的距离不等，最远达到数十千米，甚至上百千米。多数情况下，二次运移的结果使石油聚集成油藏。
再次运移是在二次运移的基础上发生的，与二次运移的性质相似。
一些地区，石油可能只经初次运移，而另一些地区由于构造活动的多期性导致石油发生二次运移，甚至再次运移。
按运移方向，石油的运移可分为水平运移和垂直运移，或分为顺层运移或穿层运移等。运移方向取决于驱动力条件，不同地区可能不一样，但共同遵循的原则是沿阻力最小的方向运移。
与石油的运移情况比较，煤可以认为是不存在运移的，而天然气的运移强度则更强烈，运移得更远。
❹ 石油的概念及化学组成
(一)石油的概念
石油是存在于地下岩石孔隙中的以液态烃为主体的可燃有机矿产。地下油气藏中的石油是气态、液态及固态烃类及其衍生物的混合物，在成分上以烃类为主，含有数量不等的非烃化合物及多种微量元素。在相态上以液态为主，溶有大量烃气及少量非烃气，以及数量不等的固态烃类及非烃类物质。油气藏中组成石油的各种成分和相态的比例因地而异，因此，石油没有确定的化学成分和物理常数。
(二)石油的元素组成
石油没有确定的化学成分，因而也就没有确定的元素组成。但组成石油的化学元素主要是碳(C)和氢(H)，其次是硫(S)、氮(N)、氧(O)。不同产地的石油元素组成含量存在差异(表1－1)。
石油中碳含量一般为80%～88%，氢含量为10%～14%，两种元素占绝对优势，一般含量在95%～99%之间。硫、氮、氧总量在0.3%～7%之间变化，一般含量低于2%～3%，个别石油含硫量可高达10%。
由于硫具有腐蚀性，因此含硫量的高低关系到石油的品质。原油中含硫量变化很大，从万分之几(克拉玛依，0.05%)到百分之几(委内瑞拉，5.48%)。根据含硫量可把原油分为高硫原油(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。
原油的含氮量在0.1%～1.7%之间，平均值0.094%。90%以上的原油含氮量小于0.2%。原油的含氧量在0.1%～4.5%之间，主要与其氧化变质程度有关。
表 1 －1 石油的元素组成 ( 质量分数/%)
( 据石毓程，1980，有改动)
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) 中发现有铁 ( Fe) 、钙 ( Ca) 、镁 ( Mg) 、硅 ( Si) 、铝 ( Al) 、钒 ( V) 、镍 ( Ni) 、铜 ( Cu) 、锑 ( Sb) 、锰( Mn) 、锶 ( Sr) 、钡 ( Ba) 、硼 ( B) 、钴 ( Co) 、锌 ( Zn) 、钼 ( Mo) 、铅 ( Pb) 、锡( Sn) 、钠 ( Na) 、钾 ( K) 、磷 ( P) 、锂 ( Li) 、氯 ( Cl) 、铋 ( Bi) 、铍 ( Be) 、锗( Ge) 、银 ( Ag) 、砷 ( As) 、镓 ( Ga) 、金 ( Au) 、钛 ( Ti) 、铬 ( Cr) 、镉 ( Cd) 等 30多种元素。这些元素虽然种类繁多，但总量仅占石油质量的万分之几，在石油中属微量元素，或称之为灰分元素。
在石油微量元素中，以钒 ( V) 、镍 ( Ni) 两种元素含量高，分布普遍，且鉴于其与石油成因有关，最为石油地质学家所重视。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 V/Ni ＞ 1 被认为是海相环境，V/Ni ＜ 1 为陆相环境。
( 三) 石油的化合物组成
组成石油的主要元素是碳 ( C) 、氢 ( H) 、硫 ( S) 、氮 ( N) 、氧 ( O) ，但由这 5 种元素构成的化合物却是庞大的。笼统地说，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。石油的化合物组成，归纳起来可以分为烃和非烃两大类，其中烃类是主要的，这与元素组成以碳 ( C) 、氢 ( H) 占绝对优势相一致。
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。原油的大半是由 150 种烃类组成的。
1. 烃类化合物
在化学上，烃类可以分为两大类: 饱和烃———烷烃、环烷烃，不饱和烃———烯烃、芳香烃和环烷－芳香烃。
(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%。可细分为烷烃和环烷烃。
在常温常压下，烷烃C1—C4为气态，C5—C15为液态，C16以上为固态(天然石蜡)。
图1－1 异戊二烯型烷烃同系物立体化学结构图
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，且以异戊二烯型烷烃最重要。石油中的异戊二烯型烷烃(图1－1)，一般被认为是由叶绿素的侧链———植醇演化而来的，因而是石油为生物成因的标志化合物。现已从石油中分离出多种异戊二烯型化合物，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。因而常用作油源对比的标志。
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)及其衍生物为石油的重要组成部分，且一般环己烷多于环戊烷。中等到高分子量(C10—35)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，平均占原油质量的20%～45%。此外原油中偶见有直链烯烃。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)，以及苯并蒽和崫(四环稠合)。
芳香烃在石油中以苯、萘、菲三种化合物含量最多，其主要分子也常常是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－芳香烃，其含量和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碳、氢两种主要元素外，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。石油中这些元素含量不多，但含这些元素的化合物却不少，有时可达石油质量的30%。其中又主要是含硫、氮、氧的化合物。
(1)含硫化合物
硫是石油中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(H2S)和噻吩(以含硫的杂环化合物的形式存在，在重质石油中含量较为丰富)。
(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的形式存在。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发现的(C.Treibs，1934)。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叶绿素和动物氯化血红素转化来的。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4个吡咯核为基本结构，由甲川桥联结的含氮化合物。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1－2)。
图1－2 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.Hobsohetal.，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，而古生代地层中的原油中的卟啉含量甚低或不含。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C1—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)统称为石油酸，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。环烷酸易与碱金属化合作用生成环烷酸盐，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。
(四)石油的馏分组成
石油是数以百计的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，将石油分馏成不同沸点范围的若干部分，每一部分就是一个馏分。分馏所用的温度区间(馏程)不同，馏出物(馏分)有所差异(表1－2)。
表1－2 石油产品的大致馏程范围
通常石油的炼制过程可以看做是对石油的分馏，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。
(五)石油的组分分析
石油的组分分析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。
一般在做组分分析之前，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。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(主要为含硫、氮、氧的多环芳烃)。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。
❺ 如何区分石油的四种族分
可以帮你解答下石油族组分的概念。
概念 利用不同有机溶剂对原油的不同族性成分和结构的化合物类型进行选择性分离所得到若干物理化学性质相近的混合物。一般分离为饱和烃、芳香烃、胶质和沥青质四种族组分！
组成 原油族组分包括：①饱和烃，包括正构、异构烷烃和环烷烃；②芳香烃，包括纯芳香烃、环烷烃芳香烃；③胶质（在我国实验室给出的分析报告中，多称为非烃）仅指原油沥青中一种相对分子质量较高的含硫、氮、氧等杂原子的复杂有机化合物的暗色胶状混合物；④沥青质，由石油中含氮、硫、氧原子的高相对分子质量多环化合物构成。所有石油都是由这4个族组分构成的，但他们的含量并非是独立的。因为按百分含量计算，饱和烃、芳香烃、非烃和沥青质之和等于100%，如果其中有一族缺失了，则其他三族的综合就是100%。法国石油研究院对全世界517个正常石油样品的分析表明烃类占85.8%，其中饱和烃占57.2%，芳香烃占28.6%，而非烃+沥青质只占14.2%。
分类 石油又可分为烃类和非烃类：①烃类：石油最主要的部分是烃类。烃类可占大于210°C的石油馏分的75%以上，有些轻质石油几乎全由烃类组成。而在某些重油中，尤其是受到细菌生物降解、氧化的石油中烃类组分大大降低。目前是有种已经鉴定出1000多种单体烃类。按其结构不同可分为烷烃、环烷烃、芳香烃以及由这3种组合而成的烃类。②非烃类：主要是指含硫、氮、氧3种元素的有机化合物。胶质、沥青质是高相对分子质量的含杂原子的所聚合物。石油的非烃在数量上并不占主要地位，但它的组成性质和分布特点对石油的性质有很大影响。——卢双舫 张敏 主编.《油气地球化学》，石油工业出版社，北京，2007。
分离 原油族组分的分离方法主要有：①柱层析法，原油中的沥青质用正己烷沉淀，其滤液部分通过硅胶氧化铝层析柱，采用不同极性的溶剂，依次将其中的饱和烃、芳香烃和胶质组分分别淋洗出，挥发溶剂，称量恒重，求得试样中各族组分的含量；②棒薄层火焰离子化检测法，将原油用氯仿溶解，点在烧结的硅胶层析棒上，选择不同极性的溶剂，依次将试样中的饱和烃、芳香烃、胶质和沥青质分离，经火焰离子化检测器检测，以峰面积归一化法计算每个族组分的质量分数。——SY/T 5119-2008标准
❻ 石油中的有机物
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，亦或金属原子（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，有时可达石罩渣油重量的30%。其中又主要是含硫、氮、氧的化合物。
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（H2S）和噻吩（含硫的杂环化合物的形式存在，在重质石油中含量较为丰富。
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氯化血红素转化来的。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，由甲川桥联结的含氮化合物，又称器族化合物。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。
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，而古生代地层中含量甚低或不含。这可能与卟啉的稳定性差有关。在高慎闷敬温（＞250℃）或氧化条件下，卟啉将发生开环裂解而破坏。
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。
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C1-24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）统称石宽慎油酸，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。
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