3.2　石油的性質

3.2.1　石油的組成

石油的性質因產地而異，密度為0.8～1.0g/cm³，黏度范圍很寬，凝固點差別很大（-60～30℃），沸點范圍為從常溫到500℃以上，可溶于多種有機溶劑，不溶于水，但可與水形成乳狀液。組成石油的化學元素主要是碳（83%～87%）、氫（11%～14%），其余為硫（0.06%～0.8%）、氮（0.02%～1.7%）、氧（0.08%～1.82%）及微量金屬元素（鎳、釩、鐵等）。由碳和氫化合形成的烴類構成了石油的主要組成部分，約占95%～99%，含硫、氧、氮的化合物對石油產品有害，在石油加工中應盡量除去。不同產地的石油中，各種烴類的結構和所占比例相差很大，但主要屬于烷烴、環烷烴、芳香烴三類。通常以烷烴為主的石油稱為石蠟基石油；以環烷烴、芳香烴為主的稱環烴基石油；介于二者之間的稱中間基石油。我國主要原油的特點是含蠟較多，凝固點高，硫含量低，鎳、氮含量中等，釩含量極少。除個別油田外，原油中汽油餾分較少，渣油占1/3。組成不同的石油，加工方法有差別，產品的性能也不同，應當物盡其用。大慶原油的主要特點是含蠟量高，凝固點高，硫含量低，屬低硫石蠟基原油。

3.2.2　石油的主要成分與結構

石油中包含的化合物種類數以萬計。主要由烴類和非烴類組成，另外還有少量無機物。下面對石油中的主要成分作詳細的介紹。

（1）烴類化合物

烴類化合物（即碳氫化合物）是石油的主要成分，是石油加工和利用的主要對象。石油中的烴類包括烷烴、環烷烴、芳烴。石油中一般不含烯烴和炔烴，二次加工產物中常含有一定數量的烯烴。

①烷烴　烷烴分子結構中碳原子之間均以單鍵相互結合，其余碳價都為氫原子所飽和。它是一種飽和烴，其分子通式為C_nH_2n+2。烷烴是組成原油的基本組分之一。某些原油中烷烴含量高達50%～70%。原油中的烷烴包括正構烷烴和異構烷烴，烷烴存在于原油整個沸點范圍中，但隨著餾分沸點的升高，烷烴含量逐漸減少，餾出溫度接近500℃時，烷烴含量降到19%～5%或更低。

常溫常壓下烷烴隨著含碳量的增加由氣態逐步變為固態。C₁～C₄的烷烴是氣態，C₅～C₁₆的烷烴是液態，C₁₇以上的烷烴是固態。

烷烴的化學性質較穩定，但在加熱或催化劑以及光的作用下，會發生氧化、鹵化、硝化、熱分解以及催化脫氫、異構化等反應。

②環烷烴　環烷烴的碳原子相互連接成環狀，故稱為環烷烴。由于環烷烴分子中所有碳價都已飽和，因而它也是飽和烴。其分子通式為C_nH_2n。環烷烴在原油中的含量僅次于烷烴。

環烷烴在石油餾分中的含量一般隨餾分沸點的升高而增多，但在沸點較高的潤滑油餾分中，由于芳烴含量的增加，環烷烴含量逐漸減少。

環烷烴的化學性質與烷烴相似，但活潑些。在一定條件下同樣可以發生氧化、鹵化、硝化、熱分解等反應。環烷烴在一定條件下能脫氫生成芳烴，是生產芳烴的重要原料。

③芳香烴　簡稱芳烴，是一種碳原子為環狀聯結結構，單雙鍵交替的不飽和烴，其分子通式有C_nH_2n-6、C_nH_2n-12、C_nH_2n-18等。芳香烴都具有苯環結構，有單環、雙環和多環，也是原油的主要組分之一。含量通常比烷烴和環烷烴少。芳烴在石油餾分中的含量隨餾分沸點的升高而增多。

芳烴可與硫酸等強酸發生化學反應，例如苯及其同系物與硫酸作用生成苯磺酸。芳烴與烯烴可進行烷基化反應，生產石油化工原料（如烷基苯）。芳烴被氧化生成醛和酸，進一步氧化可生成膠狀物質。芳烴在鎳等催化劑的作用下，可進行加氫。

④不飽和烴　在原油中含量極少，主要是在二次加工過程中產生的。催化裂化反應中含有較多的不飽和烴，主要是烯烴，也有少量二烯烴。烯烴的分子結構與烷烴相似，即呈直鏈或直鏈上帶支鏈。分子通式有C_nH_2n、C_nH_2n-2等。烯烴的化學穩定性差，易氧化生成膠質。

（2）非烴類化合物

原油中還含有相當數量的非烴類有機物——即烴的衍生物。這類化合物的分子中除含有碳氫元素外，還含有氧、硫、氯等，其元素含量雖然很少，但組成化合物的量一般占原油總量的10%～20%；少數原油中非烴類有機物的含量甚至高達60%。這些非烴類有機物大都會給原油的加工及產品質量帶來不利影響，在原油的煉制過程中應盡可能將它們除去。非烴化合物主要包括含硫、含氮、含氧化合物以及膠狀瀝青狀物質。

①含硫化合物　原油含硫量一般低于0.5%，但不同油區所產的原油硫含量相差很大。硫對原油加工、油品應用和環境保護的影響很大，所以硫含量常作為評價石油的一項重要指標。

原油中的硫多以有機硫的形態存在，含硫化合物按性質劃分時，可分為酸性含硫化合物、中性含硫化合物和對熱穩定含硫化合物。

酸性含硫化合物主要包括元素硫（S）、硫化氫（H₂S）、硫醇（RSH）等，它們的共同特點是對金屬設備有較強的腐蝕作用。

中性硫化合物主要包括硫醚（RSR'）和二硫化物（RSSR'）等。

對熱穩定性硫化合物也是非活性硫化物，對金屬設備無腐蝕作用。

含硫化合物在石油餾分中的分布一般是隨著石油餾分沸程的升高而增加的，其種類和復雜性也隨著餾分沸程的升高而增加。汽油餾分的硫含量最低，減壓渣油中的硫含量最高。原油中的含硫化合物會給石油加工過程和石油產品質量帶來腐蝕設備、影響產品質量、污染環境以及使催化劑中毒等許多危害。煉油廠常采用堿精制、催化氧化、加氫精制等方法除去油品中的硫化物。

②含氮化合物　原油中氮含量一般比硫含量低，通常在0.05%～0.5%范圍內。氮化合物含量隨石油餾分沸點的升高而迅速增加，約有80%的氮集中在400℃以上的渣油中。我國大多數原油的渣油集中了約90%的氮。

原油中的氮化合物可分為堿性含氮化合物和非堿性含氮化合物兩大類。原油中的非堿性含氮化合物性質不穩定，易被氧化和聚合生成膠質，是導致石油二次加工油品顏色變深和產生沉淀的主要原因。在石油加工過程中堿性氮化物會使催化劑中毒。石油及石油餾分中的氮化物應精制予以脫除。

③含氧化合物　原油中的氧含量很少，一般在千分之幾范圍內。原油中的含氧化合物包括酸性含氧化合物和中性含氧化合物，以酸性含氧化合物為主。酸性含氧化合物包括環烷酸、芳香酸、脂肪酸和酚類等，總稱為石油酸。中性含氧化合物包括酮、醛和酯類等。

環烷酸呈弱酸性，容易與堿反應生成各種鹽類，也可與很多金屬作用而腐蝕設備；酚有強烈的氣味，呈弱酸性，能溶于水，煉油廠污水中常含有酚，導致環境污染。石油餾分中的酚可以用堿洗法除去。

石油中的中性含氧化合物可氧化生成膠質，影響油品的使用性能。

④膠狀瀝青狀物質　膠狀瀝青狀物質是結構復雜、組成不明的高分子化合物的復雜混合物，膠狀瀝青狀物質大量存在于減壓渣油中。原油中的大部分硫、氮、氧以及絕大多數金屬均集中在膠狀瀝青狀物質中。

膠質通常為褐色至暗褐色的黏稠且流動性很差的液體或無定形固體，受熱時熔融。膠質是原油中分子量及極性僅次于瀝青質的大分子非烴化合物。膠質的相對密度在1.0左右，平均分子量約為1000～3000。膠質主要是稠環類結構，芳環、芳環-環烷環及芳環-環烷環-雜環結構。從不同沸點餾分中分離出來的膠質，分子量隨著餾分沸點的升高而逐漸增大，顏色也逐漸變深，從淺黃、深黃以至深褐色。

膠質是道路瀝青、建筑瀝青、防腐瀝青等瀝青產品的重要組分之一。膠質能提高石油瀝青的延展性。但在油品中含有膠質，會使油品在使用時生成積炭，造成機器零件磨損和輸油管路系統堵塞。

瀝青質是石油中分子量最大，結構最為復雜，含雜原子最多的物質。從石油或渣油中用C₅～C₇正構烷烴沉淀分離出的瀝青質是暗褐色或黑色的脆性無定形固體。瀝青質的相對密度稍高于膠質，略大于1.0；平均相對分子質量約為3000～10000，明顯高于膠質；H/C原子比在1.1～1.3之間，低于膠質。瀝青質加熱不熔融，當溫度升到350℃以上時，會分解為氣態、液態物質以及縮合為焦炭狀物質。瀝青質沒有揮發性。石油中的瀝青質全部集中在減壓渣油中。

（3）無機物

除烴類及其衍生物外，原油中還含有少量無機物，主要是水及Na、Ca、Mg的氯化物，硫酸鹽和碳酸鹽以及少量污泥等。它們分別呈溶解、懸浮狀態或以油包水型乳化液分散于原油中。其危害主要是增加原油儲運的能量消耗，加速設備腐蝕和磨損，促進結垢和生焦，影響深度加工催化劑的活性等。

原油經過加工（煉制）可得到煉廠氣及各種燃料油、潤滑油、石蠟、石油焦和瀝青等產品，這些產品稱為石油產品。