化工工艺学7章石油炼制及润滑油生产

发布时间：2021-06-10

化工工艺学 Chemical engineering technics

第7章石油炼制 Petroleum-refine process 7.1 7.2

原油的组成与一般性质燃料油的生产

7.3

润滑油的生产

7.1 原油的组成与一般性质 7.1.1

原油的元素组成 P306

原油是成份极其复杂的有机矿物质。主要元素：C、H、S、O、N,此外还约占96-99.5%, 有其它金属及非金属元素。碳氢比约6.5% 产地不一，原油的颜色、比重、凝点各元素的比例也不同。具体情况见表7.1.

表7.1 原油的元素组成

产地

比重 d420 C 大庆 0.8615 85.74 胜利 86.88 孤岛 0.9640 84.24 大港 0.8896 85.82 新疆 86.13 美国 0.8740 84.90 俄国 83.90

元素组成% H S N O 13.31 0.11 0.15 11.11 0.90 0.32 11.74 2.20 0.47 12.70 0.14 0.09 13.30 0.12 0.28 13.70 0.50 0.90 12.30 2.67 0.33 0.74

7.1.2 原油的馏分和馏分组成 P307

石油是组成复杂的混合物，没有固定的沸点。蒸馏时，低沸点成分先被蒸发出来，高沸点成分则随蒸馏温度升高继续蒸发。馏分：在一定温度范围内蒸馏出来的油品。初馏点：蒸馏出第一滴油时的气相温度。

10% , 20%…馏点：蒸馏出10%,20%…油时的气相温度分别称为石油的10%,20%…馏点。

终馏点(干点): 蒸馏到最后的气相最高温度。馏程：原油蒸馏时，从初馏点到干点的温度范围。初馏点干点 42 C 馏程 500 C如：航空汽油的馏程约为40 180 C ;车用汽油的馏程约为35 200 C

馏分的温度范围

石油馏分一般必须再加工后才能真正成为汽油、煤油等产品。

<200 C200 250 C

汽油馏分(或低沸馏分)煤油、柴油馏分(或中沸馏分)

350 500 C

润滑油馏分(或高沸馏分)

馏分沸点升高，C原子数和平均分子量均增加。

较详细的馏分及沸点与C原子数关系如表7.2.

表 7.2 原油馏分的沸点与C原子数关系馏分沸点航空汽油 40 180 C 车用汽油 80 205 C 溶剂油 160 200 C 灯用煤油 200 300 C 轻柴油 200 350 C 低粘度润滑油高粘度润滑油 C数 C5 C10 C5 C11 C8 C11 C11 C17 C15 C20 >C20 分子量 100 120 100 120 100 120 180 200 210 240 300 360 370 470

7.1.3 原油的烃类组成

原油中烃类包括分子量为16的甲烷到分子量为2000左右的大分子化合物，甚至还有C125H234烃类。

烷烃原油中烷烃含量多。常温下C1 C4为气体，C5 C15为液体，C16以上为固体。

环烷烃中主要有单环及双环的五元环和六元环的环烷烃 (eg.环戊烷、环己烷) 。

7.1.3 原油的烃类组成芳香烃有单环(eg.苯)、双环( eg.萘)和多环芳香烃 ( eg.蒽、菲)。

不饱和烃天然石油中一般不含不饱和烃，二

次加工产品中才含有不饱和烃。

非烃类：含S、O、N的化合物和胶质-沥青质。元素量不多，但组成的化合物量多。

特性因数

沸点越高密度越大；但化学组成不同时，同沸点范围的馏分其密度也不同。由实验总结出下列经验关系来表示组成与密度的关系。 1/ 3 定义特性因数 1.216T K 平均沸点 15.6 d 15.6 相对密度烃类特性因数K 烃类沸点/ C 相对密度 K 甲苯 110.6 0.867 10.03 甲基环已烷 100.9 0.769 11.35 正庚烷 98.4 0.684 12.77 【结论】特性因素K可用于了解原油及馏分的化学性质。含烷烃多的K值为12.0-13.0;含环烷烃多的K值为11.012.0;含芳香烃多的K值为9.7-11.0。

用特性因素对原油分类举例：原油特性因数分类表特性因素K 原油类别特点

K>12.1

烷烃含量一般在50%以上，密度较小，含石蜡基原蜡量较高，凝点高，含硫、含氮、含胶质油量较低。我国大庆原油和南阳原油是典型的石蜡基原油。中间基原性质介于石蜡基原油和环烷基原油之间。油

K=11.5~ 12.1

环烷和芳香烃的含量较多，密度较大，凝 K=10.5~ 环烷基原点较低，一般含硫、含胶质、含沥青质较 11.5 油多，所以又叫沥青基原油。孤岛原油和单家寺(胜利油区)原油等都属于环烷基原油。

烃类族组成

烃类族组成是指各族烃类的含量多少。汽油馏分中主要有烷烃(P)、环烷烃(N)和芳香烃(A)。一般规律：环烷烃含量随沸点升高而下降，芳香烃含量随沸点升高而增加。沸点范围/℃ 60~95 95~122 122~150 150~200 烷烃/% 56.8 56.2 60.5 65.0 环烷烃/% 41.1 39.0 32.6 25.3 芳香烃/% 2.1 4.3 6.9 9.7

一些原油的汽油馏分的烃类族组成见表7.3和7.4.

P308

表7.3 大庆及中原重整原料的烃族组成碳数 C3 C4 C5 C6 C7 C8 C9 C10 总计碳数 C4 C5 C6 C7 C8 C9 C10 总计

烷烃/% 0.05 1.43 6.33 10.98 14.60 16.27 13.19 1.51 64.36烷烃/% 0.10 1.21 5.91 13.97 17.35 9.87 0.75 49.16

环烷烃/% — — 1.24 7.89 12.48 6.31 5.96 0.25 34.13环烷烃/% — 0.21 5.39 9.50 8.31 4.99 0.22 28.62

芳香烃/% — — — 0.26 — 0.92 0.32 — 1.51芳香烃/%

总计/% 0.05 1.43 7.57 19.13 27.08 23.50 19.47 1.76 100.00总计/%

大庆油田

中原油田

— — 5.87 8.87 6.93 0.55 — 22.22

0.10 1.42 17.17 32.34 32.59 15.41 0.97 100.00

P309表7.4 大庆200~500℃馏分的烃族组成实沸点范围/℃ 烷烃/% 正构烷烃异构烷烃环烷烃/% 一环烷烃二环烷烃三环烷烃四环烷烃五环烷烃六环烷烃芳香烃/% 单环芳烃双环芳烃三环芳烃四环芳烃五环芳烃未鉴定噻吩类/% 200~250 55.7 32.6 23.1 36.6 25.6 9.7 1.3 — — — 250~300 62.0 40.2 21.8 27.6 18.2 6.9 2.5 — — — 300~350 64.5 45.1 19.4 25.6 17.1 5.7 2.8 — — — 3

50~400 63.1 41.1 22.0 24.8 11.8 6.8 2.6 2.9 0.7 — 400~450 52.8 23.7 29.1 33.2 13.6 8.4 5.3 3.3 1.8 0.8 13.8 7.8 3.3 1.4 0.8 0.1 0.4 0.2 450~500 44.7 15.7 29.0 39.0 17.4 10.6 7.3 3.1 0.6 —

7.7 5.2 2.5 —— —— —— — —

10.4 6.6 3.6 0.2 —— —— —— —

9.9 6.8 2.5 0.6 —— —— — —

11.8 6.5 3.2 1.5 0.5 —— 0.1 0.3

15.9 9.0 3.8 1.6 0.8 0.3 0.4 0.4

结构族组成

概念：石油组成复杂，有些分子中既有芳香环又有环烷环还有烷基侧链。如:

-C10H21是由一芳香环、一环烷环加一烷基侧链组成。所以石油中一些复杂分子很难说是一种烃类。可以将其看成一种平均分子，从它是由多少芳香烃、环烷烃和烷基侧链组成来分析组成。具体可用各结构单元C原子数占总C数的比例来表示。如前例：C总=20,C芳=6 C环=4 C侧=10 用CA、CN、CP分别表示芳香环、环烷环和烷基侧链上C 原子数占总C数的百分比。前例有： CA = 6/20=30% CN =4/20=20% CP = 10/20=50% 再用RT表示总环数， RA、 RN分别表示芳香环和环烷环的环数。 RT =2, RA =1, RN =1。

由实验测出平均分子量和元素组成后，就可以写出这些馏分的平均分子式。如大庆原油 376 400 C窄馏分饱和烃的分子式为C22.8H44.1,

通式为CnH2n-1.5.

表7.5是我国主要原油润滑油馏分的结构族组成。

P310表 7.5

7.1.4 原油中的非烃化合物

原油中的非烃类主要有含S、N、O等杂原子的化合物，虽然这些元素含量少，但组成的化合物含量大。这些物质一般由大分子化合物组成，且随沸点升高非烃类增多。绝大部分非烃类都集中在重油、渣油中，以胶状沥青状物质的形态存在。

1. 含硫化合物

通常称含S>2%的为高硫石油，0.5 2.0%为含硫石油，<0.5%为低硫石油。我国的石油除胜利、江汉、孤岛石油外，均为低硫石油。

原油中硫的存在形式及危害

石油中S的存在形态：①活性硫：多以元素硫、硫化氢、硫醇等形式存在；能与金属作用腐蚀设备; ②非活性硫：硫醚、二硫醚、噻吩等硫化合物；不能直接腐蚀金属设备。

危害:硫的危害除腐蚀设备外，还可使润滑油积炭等而加大摩擦，缩短润滑油寿命。硫是很多催化剂的毒物。

2. 含氧化合物