原油的性質(zhì)概述和原油的化學(xué)組分介紹

    原油是一種有氣味的可燃粘稠液體，它的色澤通常顯黑色或深棕色，常伴有綠色或藍(lán)色熒光，相對(duì)密度0.75-1.0，熱值43.5-46MJ/kg，粘度范圍很寬，凝固點(diǎn)差別也比較大：零下30度到零上60度，沸點(diǎn)范圍常溫到500℃以上，可溶于多種有機(jī)溶劑，不溶于水，但可與水形成乳狀液。
    原油是一種復(fù)雜的多組分混合物，主要成分是烴類（烷烴、環(huán)烷烴、鏈烯烴和芳香烴等），其次是數(shù)量不多的非烴組分（含硫化合物、含氧化合物、含氮化合物、膠質(zhì)和瀝青質(zhì)），通常原油都有相似的特性。然而，實(shí)際資料表明，不同油田、不同油層、不同油井，甚至同一油井不同時(shí)間產(chǎn)出的原油在物理化學(xué)性質(zhì)上也存在著明顯的差異，這種差異反映了原油化學(xué)組成的多樣性和復(fù)雜性。原油的檢測(cè)儀器可以參照上海羽通儀器儀表廠的系列原油檢測(cè)儀器。
    一、原油的元素組成
    原油主要是由C, H及S, O, N五種元素組成，此外還有微量的金屬元素和非金屬元素。在金屬元素中有釩、鎳、鐵、銅、鋁以及鈣、鈦、鎂、鈉、鈷、鋅等，非金屬元素有氯、硅、磷、砷等.它們?cè)谠椭械暮恳话闶荂占83.0%-87.0%, H占10.0%-14.0%, S占0.05%-8.00%, N占0.02%~2.00%, O占0.05%-2.00%.
    到目前為止，一般是用減差法估算原油中的含氧量，而并不直接測(cè)定。這種方法得到的含氧量不夠準(zhǔn)確。原油中所含的元素絕大多數(shù)是以有機(jī)化合物的形式存在的，主要是C和H組成的烴類，其次是含S,N，O等元素的非烴類化合物。
    原油中C, H元素含量變化與原油的化學(xué)組成有密切關(guān)系。原油越重所含高分子的烴類就越多，隨分子量增加，C的含量越高，H的含量越少。S, N，O三種元素的含量變化一般與原油中非烴化合物，尤其與膠質(zhì)、瀝青有關(guān)。

    二、原油的餾分組成
    原油是一個(gè)多組分的復(fù)雜混合物，每個(gè)組分有其各自不同的沸點(diǎn)。原油加工的*步就
是利用原油組分沸點(diǎn)的差別，加熱蒸餾，將原油切割成不同沸點(diǎn)的餾分。在原油組分分析
中，用某個(gè)溫度范圍內(nèi)蒸餾出的餾分百分含量（質(zhì)量或體積）所表示的原油組成稱為餾分組
成。不同原油的餾分組成的分布及含量都有差異，有時(shí)這種差異還相當(dāng)懸殊。輕質(zhì)原油中低
沸點(diǎn)餾分含量相對(duì)較高，而重質(zhì)原油中高沸點(diǎn)的餾分含量相對(duì)較高。
    餾分仍是一個(gè)混合物，并不是石油產(chǎn)品，還必須進(jìn)一步加工精制才能成為合格的石油產(chǎn)品。研究原油的化學(xué)組成，一般以石油餾分為對(duì)象。

    三、原油的烴類組成
    從化學(xué)組成來(lái)看，原油餾分可分為烴類和非烴類兩大類。烴類和非烴類存在于原油的各個(gè)餾分中，原油的產(chǎn)地不同，其相互含量也大不相同。在同一原油中，隨著沸程增高，烴類含量降低而非烴類含量逐漸增加。
    原油的烴類化合物主要是烷烴、環(huán)烷烴和芳香烴，除個(gè)別種類的原油外，一般的原油中不含烯烴，但它可在加工過(guò)程中產(chǎn)生。
      （一）烷烴
    烷烴又稱石蠟烴，是一類飽和的直鏈和支鏈烴化合物，在一般情況下，分子中含有1-4個(gè)碳原子的烷烴為氣態(tài);含5-15個(gè)碳原子的烷烴為液態(tài)，是原油的主要成分;含16個(gè)碳原子以上的烷烴為固態(tài)，懸浮在原油中。由于烷烴所有的碳鏈都*達(dá)到了飽和狀態(tài)，烷烴有較穩(wěn)定的化學(xué)安定性、高閃點(diǎn)和其他*的性能。烷烴凝點(diǎn)較高，在室溫下便失去了流動(dòng)性，當(dāng)碳原子數(shù)相同時(shí)，直鏈正烷烴的熔點(diǎn)比支鏈異烷烴高。烷烴是化學(xué)反應(yīng)緩慢的化合物。具有同樣原子數(shù)，但不同結(jié)構(gòu)的烷烴，稱為異構(gòu)體烷烴。隨著碳原子數(shù)目的增多，其構(gòu)成異構(gòu)體烷烴的數(shù)目也急劇增長(zhǎng)。烷烴含量超過(guò)25%-30%的原油稱為烷基（或稱石蠟基）原油。
    （二）環(huán)烷烴
    環(huán)烷烴是飽和的5個(gè)或6個(gè)碳原子的環(huán)烴類化合物，它的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，有單環(huán)、雙環(huán)和多環(huán)，依其分子量的不同，可能會(huì)帶有烷烴側(cè)鏈，也有可能在一個(gè)分子中有若干個(gè)飽和環(huán)，它們帶有與烷烴鏈相連接的側(cè)鏈。這類分子中具有的環(huán)烷烴特性的強(qiáng)弱決定于分子中環(huán)烷烴的環(huán)數(shù)多于烷烴側(cè)鏈的程度，環(huán)烷烴幾乎是一切原油的主要成分。由于環(huán)烷烴具有較高的抗爆性、低凝點(diǎn)及較好的潤(rùn)滑性，并會(huì)使制得的油品具有良好的熱安定性和化學(xué)安定性，是電力用油的主要理想成分之一。原油中含有75%-83%的環(huán)烷烴稱為環(huán)烷基原油，是煉制變壓器油的選擇。
    （三）鏈烯烴（非飽和化合物）
    如果烷烴和環(huán)烷烴的氫原子數(shù)不足，則其碳原子的四個(gè)鍵就不都是飽和的，相鄰的兩個(gè)碳原子之間，有一個(gè)雙鏈，稱為鏈烯烴。由于這類化合物為雙鏈結(jié)構(gòu)，故化學(xué)穩(wěn)定性比烷烴低。一般原油中不含不飽和烴，但原油裂化過(guò)程及高溫?zé)峤猱a(chǎn)物中有一定的含量。
    （四）芳香烴
    所有原油中都含有芳香族化合物，它們是由苯和少量的縮合環(huán)（如萘）衍生而成的。zui簡(jiǎn)單的芳香烴是苯（C6H6）。芳香烴分為對(duì)稱結(jié)構(gòu)的烴（如苯、萘、蒽）和帶側(cè)鏈的芳香烴（如甲苯），在同一分子中，環(huán)烷烴環(huán)、烷烴鏈和芳香環(huán)也可能是同時(shí)相互連接的。芳香烴比環(huán)烷烴化學(xué)性質(zhì)活潑，它們的活性是*由側(cè)鏈的數(shù)量和大小決定。原油中芳香烴的含量約為14%-30%。芳香烴與鏈烯烴一樣，也是非飽和化合物。但是，由于芳香烴的環(huán)為共軛雙鏈結(jié)構(gòu)，所以芳香烴在化學(xué)特性上比鏈烯烴穩(wěn)定一些。所有的潤(rùn)滑油成分中都含有芳香烴，電力用油中當(dāng)然也不例外。
    由于多環(huán)芳香烴在化學(xué)結(jié)構(gòu)上具有不飽和的雙鍵，因此穩(wěn)定性較差，而且環(huán)數(shù)越多，穩(wěn)定性越低，不飽和性越強(qiáng)。如果變壓器油中多環(huán)芳香烴含量過(guò)大，油的閃點(diǎn)就會(huì)降低，易著火。另一方面，多環(huán)芳香烴的不穩(wěn)定性又能提高變壓器油運(yùn)行中的延緩氧化和抵抗酸價(jià)的能力。因此，在保證閃點(diǎn)大于140℃的情況下，要在變壓器抽中留有一定數(shù)量的多環(huán)芳香烴，即在原油精制餾分的提純過(guò)程中，并不全部除去多環(huán)芳香烴。
    多環(huán)芳香烴的另一個(gè)用途是它能代替液體電介質(zhì)中的一種添加劑--電壓穩(wěn)壓劑，而起到穩(wěn)定電壓的作用。電壓穩(wěn)定劑在變壓器油中能吸收能量、分散電場(chǎng)強(qiáng)度、降低氣泡游離電場(chǎng)，其作用機(jī)理現(xiàn)在尚未探明。一般的看法認(rèn)為，它能捕獲電介質(zhì)中的高能離子或高能電子，把局部（微觀）高場(chǎng)強(qiáng)引發(fā)出來(lái)的高能離子或高能電子變成低能離子或低能電子。
    在多環(huán)芳香烴中，芘、苊、螢蒽等烴的示性電壓（DNCV）值均在10-25kV或以上，具有很好的電壓穩(wěn)定作用，可以有效延緩油老化過(guò)程。

    四、原油的非烴組成
    原油中非烴化合物（雜環(huán)化合物）指分子結(jié)構(gòu)中除含碳、氫原子外，還含有硫、氮、氧等原子的化合物。尤其是環(huán)烷基原油中，還可能含有某些有機(jī)酸（環(huán)烷酸），其中既有延緩油的化學(xué)特性變化（老化）的成分，即天然抗氧化劑，也有加速其老化的成分。原油中非烴組成可分為含硫化合物、含氮化合物、含氧化合物、膠質(zhì)和瀝青質(zhì)四類。S, N,O三種元素一般占原油的2%左右，其化合物含量可占10%-20%，甚至更多。這些非烴組分主要集中在原油高沸點(diǎn)餾分中。原油中非烴化合物在數(shù)量上并不占主要地位，但對(duì)石油產(chǎn)品的質(zhì)量和使用卻有一定的不良影響，一般在煉制過(guò)程中應(yīng)盡zui除去。
    （一）含氧化合物
    原油中含氧化合物由烴基和含氧官能團(tuán)兩部分組成，主要有醇（R-OH）,酚（Ar-OH） ,醚（R-O-R'）,醛（R-CO-H）,酮（R-CO-R'）和酸（R-COOH）。含氧化合物主要有酸性和中性兩大類。酸性含氧化合物中主要有環(huán)烷酸、脂肪酸及酚，總稱石油酸;中性含氧化合物有醛、酮等，其含量很少。
    原油中含氧化合物主要是酸性含氧化合物，其中環(huán)烷酸zui多，占酸性物質(zhì)90%以上，脂肪酸含量少，還有微量的芳香酸、環(huán)烷-芳香酸以及瀝青酸。原油中環(huán)烷酸主要是五元環(huán)和六元環(huán)的環(huán)烷酸（環(huán)戊烷酸、環(huán)己烷酸），主要集中在200-400℃中間餾分中，在低餾分和高餾分中環(huán)烷酸的含量很少。
    （二）含硫化合物
    原油中含硫量大小是評(píng)價(jià)原油性質(zhì)的一項(xiàng)重要指標(biāo)，通常將原油中含硫量大于2%的稱為高硫石油，低于0.5%的稱為低硫石油，介于0.5%-2%之間的稱為含硫石油。我國(guó)多數(shù)原油屬于低硫石油（如大慶原油）及含硫石油（如勝利原油）。
    硫在原油中存在的形態(tài)有元素硫（S）,硫化氫（H2S）,硫醇（RSH）和硫醚（RSR'）等?；钚粤蚧铮ㄔ亓?、硫化氫和硫醇等）在原油中存在量極少，大多在加工過(guò)程中由其他化合物分解生成，主要集中在低沸點(diǎn)餾分中。非活性硫化物（硫醚、二硫醚和噻吩等）不直接與金屬作用，但受熱分解后生成硫化氫等同樣會(huì)腐蝕金屬，大多集中在高沸點(diǎn)餾分中。
    上述硫化物只是原油中已確定結(jié)構(gòu)的一部分，還有一部分硫化物結(jié)構(gòu)尚待研究，這部分稱殘余殘硫。
    （三）含氮化合物
    原油中含氮量一般變化不大，在0.1%-0.4%之間，只有少數(shù)情況下超過(guò)0.5%。與其他非烴化合物相似，原油中含氮量與膠質(zhì)、瀝青質(zhì)密切相關(guān)。主要集中于膠質(zhì)、瀝青質(zhì)中。
    原油中含氮化合物可分為堿性和中性（及酸性）兩大類。堿性含氮化合物主要是吡啶、哇琳、異喹琳的同系物;中性及酸性含氮化合物有吡硌、吲哚、咔唑的同系物及酞胺等。
    （四）膠質(zhì)和瀝青質(zhì)
    膠質(zhì)、瀝青質(zhì)是一些含有C, H,O, N, S等多環(huán)化合物的混合物，其結(jié)構(gòu)仍不清楚，大致是一些分子量很高的雜環(huán)化合物的混合物。
    溶于酚的膠質(zhì)在空氣中可氧化縮合形成瀝青質(zhì)，不溶于酚的是一些高分子的膠質(zhì)，它們氧化后可生成酸，但不能生成瀝青質(zhì)。膠質(zhì)、瀝青質(zhì)的存在對(duì)油品有害，可使油品顏色加深、氧化安定性下降、粘溫性能變差、氧化后形成積炭。

相關(guān)檢測(cè)儀器：原油檢測(cè)儀器匯總   烴類測(cè)定儀