原油的性质概述和原油的化学组分介绍

　　原油是一种有气味的可燃粘稠液体，它的色泽通常显黑色或深棕色，常伴有绿色或蓝色荧光，相对密度0.75-1.0，热值43.5-46MJ/kg，粘度范围很宽，凝固点差别也比较大：零下30度到零上60度，沸点范围常温到500℃以上，可溶于多种有机溶剂，不溶于水，但可与水形成乳状液。

　　原油是一种复杂的多组分混合物，主要成分是烃类(烷烃、环烷烃、链烯烃和芳香烃等)，其次是数量不多的非烃组分(含硫化合物、含氧化合物、含氮化合物、胶质和沥青质)，通常原油都有相似的特性。然而，实际资料表明，不同油田、不同油层、不同油井，甚至同一油井不同时间产出的原油在物理化学性质上也存在着明显的差异，这种差异反映了原油化学组成的多样性和复杂性。原油的检测仪器可以参照上海羽通仪器仪表厂的系列原油检测仪器。

　　一、原油的元素组成

　　原油主要是由C,H及S,O,N五种元素组成，此外还有微量的金属元素和非金属元素。在金属元素中有钒、镍、铁、铜、铝以及钙、钛、镁、钠、钴、锌等，非金属元素有氯、硅、磷、砷等.它们在原油中的含量一般是C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%.

　　到目前为止，一般是用减差法估算原油中的含氧量，而并不直接测定。这种方法得到的含氧量不够准确。原油中所含的元素绝大多数是以有机化合物的形式存在的，主要是C和H组成的烃类，其次是含S,N，O等元素的非烃类化合物。

　　原油中C,H元素含量变化与原油的化学组成有密切关系。原油越重所含高分子的烃类就越多，随分子量增加，C的含量越高，H的含量越少。S,N，O三种元素的含量变化一般与原油中非烃化合物，尤其与胶质、沥青有关。

　　二、原油的馏分组成

　　原油是一个多组分的复杂混合物，每个组分有其各自不同的沸点。原油加工的第一步就

　　是利用原油组分沸点的差别，加热蒸馏，将原油切割成不同沸点的馏分。在原油组分分析

　　中，用某个温度范围内蒸馏出的馏分百分含量(质量或体积)所表示的原油组成称为馏分组

　　成。不同原油的馏分组成的分布及含量都有差异，有时这种差异还相当悬殊。轻质原油中低

　　沸点馏分含量相对较高，而重质原油中高沸点的馏分含量相对较高。

　　馏分仍是一个混合物，并不是石油产品，还必须进一步加工精制才能成为合格的石油产品。研究原油的化学组成，一般以石油馏分为对象。

　　三、原油的烃类组成

　　从化学组成来看，原油馏分可分为烃类和非烃类两大类。烃类和非烃类存在于原油的各个馏分中，原油的产地不同，其相互含量也大不相同。在同一原油中，随着沸程增高，烃类含量降低而非烃类含量逐渐增加。

　　原油的烃类化合物主要是烷烃、环烷烃和芳香烃，除个别种类的原油外，一般的原油中不含烯烃，但它可在加工过程中产生。

　　(一)烷烃

　　烷烃又称石蜡烃，是一类饱和的直链和支链烃化合物，在一般情况下，分子中含有1-4个碳原子的烷烃为气态;含5-15个碳原子的烷烃为液态，是原油的主要成分;含16个碳原子以上的烷烃为固态，悬浮在原油中。由于烷烃所有的碳链都完全达到了饱和状态，烷烃有较稳定的化学安定性、高闪点和其他优越的性能。烷烃凝点较高，在室温下便失去了流动性，当碳原子数相同时，直链正烷烃的熔点比支链异烷烃高。烷烃是化学反应缓慢的化合物。具有同样原子数，但不同结构的烷烃，称为异构体烷烃。随着碳原子数目的增多，其构成异构体烷烃的数目也急剧增长。烷烃含量超过25%-30%的原油称为烷基(或称石蜡基)原油。

　　(二)环烷烃

　　环烷烃是饱和的5个或6个碳原子的环烃类化合物，它的结构比较复杂，有单环、双环和多环，依其分子量的不同，可能会带有烷烃侧链，也有可能在一个分子中有若干个饱和环，它们带有与烷烃链相连接的侧链。这类分子中具有的环烷烃特性的强弱决定于分子中环烷烃的环数多于烷烃侧链的程度，环烷烃几乎是一切原油的主要成分。由于环烷烃具有较高的抗爆性、低凝点及较好的润滑性，并会使制得的油品具有良好的热安定性和化学安定性，是电力用油的主要理想成分之一。原油中含有75%-83%的环烷烃称为环烷基原油，是炼制变压器油的最好选择。

　　(三)链烯烃(非饱和化合物)

　　如果烷烃和环烷烃的氢原子数不足，则其碳原子的四个键就不都是饱和的，相邻的两个碳原子之间，有一个双链，称为链烯烃。由于这类化合物为双链结构，故化学稳定性比烷烃低。一般原油中不含不饱和烃，但原油裂化过程及高温热解产物中有一定的含量。

　　(四)芳香烃

　　所有原油中都含有芳香族化合物，它们是由苯和少量的缩合环(如萘)衍生而成的。最简单的芳香烃是苯(C6H6)。芳香烃分为对称结构的烃(如苯、萘、蒽)和带侧链的芳香烃(如甲苯)，在同一分子中，环烷烃环、烷烃链和芳香环也可能是同时相互连接的。芳香烃比环烷烃化学性质活泼，它们的活性是完全由侧链的数量和大小决定。原油中芳香烃的含量约为14%-30%。芳香烃与链烯烃一样，也是非饱和化合物。但是，由于芳香烃的环为共轭双链结构，所以芳香烃在化学特性上比链烯烃稳定一些。所有的润滑油成分中都含有芳香烃，电力用油中当然也不例外。

　　由于多环芳香烃在化学结构上具有不饱和的双键，因此稳定性较差，而且环数越多，稳定性越低，不饱和性越强。如果变压器油中多环芳香烃含量过大，油的闪点就会降低，易着火。另一方面，多环芳香烃的不稳定性又能提高变压器油运行中的延缓氧化和抵抗酸价的能力。因此，在保证闪点大于140℃的情况下，要在变压器抽中留有一定数量的多环芳香烃，即在原油精制馏分的提纯过程中，并不全部除去多环芳香烃。

　　多环芳香烃的另一个用途是它能代替液体电介质中的一种添加剂--电压稳压剂，而起到稳定电压的作用。电压稳定剂在变压器油中能吸收能量、分散电场强度、降低气泡游离电场，其作用机理现在尚未探明。一般的看法认为，它能捕获电介质中的高能离子或高能电子，把局部(微观)高场强引发出来的高能离子或高能电子变成低能离子或低能电子。

　　在多环芳香烃中，芘、苊、萤蒽等烃的示性电压(DNCV)值均在10-25kV或以上，具有很好的电压稳定作用，可以有效延缓油老化过程。

　　四、原油的非烃组成

　　原油中非烃化合物(杂环化合物)指分子结构中除含碳、氢原子外，还含有硫、氮、氧等原子的化合物。尤其是环烷基原油中，还可能含有某些有机酸(环烷酸)，其中既有延缓油的化学特性变化(老化)的成分，即天然抗氧化剂，也有加速其老化的成分。原油中非烃组成可分为含硫化合物、含氮化合物、含氧化合物、胶质和沥青质四类。S,N,O三种元素一般占原油的2%左右，其化合物含量可占10%-20%，甚至更多。这些非烃组分主要集中在原油高沸点馏分中。原油中非烃化合物在数量上并不占主要地位，但对石油产品的质量和使用却有一定的不良影响，一般在炼制过程中应尽最除去。

　　(一)含氧化合物

　　原油中含氧化合物由烃基和含氧官能团两部分组成，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两大类。酸性含氧化合物中主要有环烷酸、脂肪酸及酚，总称石油酸;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，其中环烷酸最多，占酸性物质90%以上，脂肪酸含量少，还有微量的芳香酸、环烷-芳香酸以及沥青酸。原油中环烷酸主要是五元环和六元环的环烷酸(环戊烷酸、环己烷酸)，主要集中在200-400℃中间馏分中，在低馏分和高馏分中环烷酸的含量很少。

　　(二)含硫化合物

　　原油中含硫量大小是评价原油性质的一项重要指标，通常将原油中含硫量大于2%的称为高硫石油，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。我国多数原油属于低硫石油(如大庆原油)及含硫石油(如胜利原油)。

　　硫在原油中存在的形态有元素硫(S),硫化氢(H2S),硫醇(RSH)和硫醚(RSR’)等。活性硫化物(元素硫、硫化氢和硫醇等)在原油中存在量极少，大多在加工过程中由其他化合物分解生成，主要集中在低沸点馏分中。非活性硫化物(硫醚、二硫醚和噻吩等)不直接与金属作用，但受热分解后生成硫化氢等同样会腐蚀金属，大多集中在高沸点馏分中。

　　上述硫化物只是原油中已确定结构的一部分，还有一部分硫化物结构尚待研究，这部分称残余残硫。

　　(三)含氮化合物

　　原油中含氮量一般变化不大，在0.1%-0.4%之间，只有少数情况下超过0.5%。与其他非烃化合物相似，原油中含氮量与胶质、沥青质密切相关。主要集中于胶质、沥青质中。

　　原油中含氮化合物可分为碱性和中性(及酸性)两大类。碱性含氮化合物主要是吡啶、哇琳、异喹琳的同系物;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)胶质和沥青质

　　胶质、沥青质是一些含有C,H,O,N,S等多环化合物的混合物，其结构仍不清楚，大致是一些分子量很高的杂环化合物的混合物。

　　溶于酚的胶质在空气中可氧化缩合形成沥青质，不溶于酚的是一些高分子的胶质，它们氧化后可生成酸，但不能生成沥青质。胶质、沥青质的存在对油品有害，可使油品颜色加深、氧化安定性下降、粘温性能变差、氧化后形成积炭。