第一節(jié)　石油及其產(chǎn)品的組成和性質(zhì)

1983年第11屆世界石油大會正式提出對石油、原油、天然氣等名詞的定義。

石油（petroleum）是指氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)的烴類混合物，具有天然性狀。

原油（crude oil）是石油的基本類型，常壓下呈液態(tài)，其中也包括一些液態(tài)非烴類組分（天然的液態(tài)烴類混合物）。

天然氣（natural gas）是石油的主要類型，常溫常壓下呈氣態(tài)，在地層條件下溶解于原油中。

因此，石油這一概念實(shí)際上包括了人們習(xí)慣上所說的原油、天然氣、伴生氣、凝析油等。

一、石油的一般性狀及化學(xué)組成

（一）石油的外觀性質(zhì)

從地下開采出來的、未經(jīng)加工的原油通常是一種流動或半流動狀的具有不同顏色和氣味的黏稠液體，相對密度為0.83～0.98。原油的顏色在陽光下呈黑色、暗綠色或暗褐色，原油在不同的光源下呈現(xiàn)出不同的顏色，這與原油中微量金屬的類別及含量都有關(guān)系，也與其膠質(zhì)、瀝青含量有關(guān)，往往膠質(zhì)、瀝青含量越高，原油顏色越深。由于硫含量和硫化物的不同，許多原油有不同程度的氣味。表1-1為我國幾種原油的主要物理性質(zhì)，表1-2為國外幾種原油的主要物理性質(zhì)。

（二）石油的元素組成

石油主要含碳（C）和氫（H）兩種元素，占石油含量的95%～99%。由碳和氫兩種元素組成的碳?xì)浠衔锓Q為烴。石油中還含有硫（S）、氮（N）、氧（O）元素，占石油含量的1%～4%。除以上五種元素以外，原油中還含有微量的金屬元素和其他非金屬元素，如釩、鎳、鐵、銅、砷、氯、磷、硅等，約占原油含量的百萬分之幾。所有的這些元素不是以單質(zhì)形式存在的，而是相互以不同形式結(jié)合成烴類和非烴類化合物存在于原油中。烴類是石油煉制和化工裝置加工的主要對象，烴以外的元素含量雖然不足5%，但它們形成的烴類及非烴類化合物含量卻很高，約占原油總量的25%以上，對石油化工加工過程以及石油產(chǎn)品的使用性能造成很大的影響。表1-3為國內(nèi)外部分原油的主要元素組成。

（三）石油的烴類組成

石油主要是由烷烴、環(huán)烷烴和芳香烴這三種烴類構(gòu)成，一般不含烯烴、炔烴等不飽和烴，即便初期含有此類烴，也在幾億年或幾十億年地下高溫、高壓環(huán)境下的變化過程中生成了性質(zhì)穩(wěn)定的烴類。

1.烷烴

石油中帶有直鏈或支鏈，而無任何環(huán)結(jié)構(gòu)的飽和烴稱為烷烴或鏈烴。石油中的烷烴根據(jù)石油類型的不同，含量可達(dá)50%～70%或低至10%～15%。在一般條件下，烷烴的化學(xué)性質(zhì)很不活潑，不易與其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，但在特殊條件下，烷烴也會發(fā)生氧化、鹵化、硝化及熱分解等反應(yīng)。

環(huán)烷烴在石油餾分中的分布情況是：

①C₁～C₄是天然氣和煉廠氣的主要成分；

②C₅～C₁₀存在于汽油餾分（200℃）中；

③C₁₁～C₁₅存在于煤油餾分（200～300℃）中；

④C₁₆以上的環(huán)烷烴多以溶解狀態(tài)存在于石油中，當(dāng)溫度降低時，有結(jié)晶析出，這種固體烴類為蠟。

2.環(huán)烷烴

環(huán)烷烴是環(huán)狀的飽和烴，其性質(zhì)較穩(wěn)定，是石油的主要成分之一。

石油中大量存在的環(huán)烷烴只有含五碳環(huán)的環(huán)戊烷系和含六碳環(huán)的環(huán)己烷系。我國的幾種主要原油中一般環(huán)己烷系多于環(huán)戊烷系。石油中的環(huán)烷烴除單環(huán)外，還有雙環(huán)及多環(huán)環(huán)烷烴，環(huán)的連接方式以并連為主。

環(huán)烷烴在石油餾分中的分布情況是：

①汽油餾分中主要是單環(huán)環(huán)烷烴（重汽油餾分中有少量的雙環(huán)環(huán)烷烴）；

②煤油、柴油餾分中含有單環(huán)、雙環(huán)及三環(huán)環(huán)烷烴，且單環(huán)環(huán)烷烴具有更長的側(cè)鏈或更多的側(cè)鏈數(shù)目；

③高沸點(diǎn)餾分中則包括了單環(huán)、雙環(huán)、三環(huán)及多于三環(huán)的環(huán)烷烴。

3.芳香烴

苯系芳烴在石油中普遍存在。帶側(cè)鏈的苯系芳烴中，其側(cè)鏈可以是烷基的，也可以是環(huán)烷基的（混烴）。在雙環(huán)芳烴中以兩個環(huán)并連的萘系較多，在三環(huán)的稠環(huán)芳烴中以菲系芳烴和蒽系芳烴為主。至于更多環(huán)數(shù)的芳烴多存在于減壓渣油中，且多數(shù)含有不同數(shù)量的硫、氧、氮等雜原子，已屬于非烴化合物。

芳香烴的側(cè)鏈化學(xué)性質(zhì)較活潑，可與一些物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，尤其易發(fā)生氧化反應(yīng)而使油品變質(zhì)。但是芳香環(huán)很穩(wěn)定，即便在很高溫度下，也只是斷裂側(cè)鏈。

環(huán)烷烴在石油餾分中的分布情況是：

①汽油餾分中主要含有單環(huán)芳烴；

②煤油、柴油及潤滑油餾分中不僅含有單環(huán)芳烴，還含有雙環(huán)及三環(huán)芳烴；

③高沸餾分及殘?jiān)椭?，除含有單環(huán)、雙環(huán)芳烴外，主要含有三環(huán)及多環(huán)芳烴。

4.烯烴

石油中一般不含烯烴，烯烴主要存在于石油的二次加工產(chǎn)物中，分子結(jié)構(gòu)式中含有一個雙鍵的稱為烯烴，含有兩個雙鍵的稱為二烯烴，此外還有結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜的環(huán)烯烴以及支鏈。在常溫常壓下，單烯烴C₂～C₄是氣體， C₅～C₁₈是液體，C₁₈以上是固體。

烯烴分子中有雙鍵，因此烯烴的化學(xué)性質(zhì)很活潑，可與多種物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)。在一定條件下可進(jìn)行加成、氧化和聚合等各種反應(yīng)。在空氣中烯烴易氧化成酸性物質(zhì)或膠質(zhì)，特別是二烯烴和環(huán)烯烴自身更易氧化，影響油品的安定性。

（四）石油的非烴類組成

石油中的非烴化合物主要指含硫、氮、氧的化合物，以及膠狀、瀝青狀物質(zhì)。這些元素的含量雖僅有1%～4%，但非烴化合物的含量都相當(dāng)高，可高達(dá)20%以上，大部分集中在重質(zhì)餾分和殘?jiān)椭?。硫含量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于氮、氧含量，而且在石油加工過程中，硫元素會生成較多易腐蝕加工設(shè)備的物質(zhì)和有毒有害的氣體，所以必須要將硫除去，石油加工中絕大多數(shù)精制過程在除去硫元素的同時，也脫除了氮、氧元素。

1.含硫化合物

原油中的含硫量從萬分之幾到百分之幾，差異很大。通常人們將含硫量高于2.0%的石油稱為高硫原油，低于0.5%的稱為低硫原油，介于0.5%～2.0%之間的稱為含硫原油。

（1）含硫化合物在石油餾分中的分布

石油餾分的沸點(diǎn)越高，含硫量越大。硫在煤、柴油中間餾分中的含量較少，在石油餾分中的含量隨其沸點(diǎn)范圍的擴(kuò)大而增大，大部分硫化物集中在重餾分和渣油中。

（2）含硫化合物的存在形態(tài)

硫在石油中少數(shù)以單質(zhì)硫（S）和硫化氫（H₂S）形式存在，大多數(shù)以有機(jī)硫化物形式存在，如硫醇（RSH）、硫醚（RSR'）、環(huán)硫醚（、）二硫化物（RSSR'）、噻吩（）及其同系物等。

其中，活性硫化物包括S、H₂S、低分子硫醇（RSH）等，性質(zhì)相對活潑，能與金屬作用而腐蝕設(shè)備；非活性硫化物包括硫醚（RSR'）、環(huán)硫醚、二硫化物（RSSR'）、噻吩及其同系物。

（3）含硫化合物對石油加工及產(chǎn)品應(yīng)用的影響

①腐蝕性　硫?qū)κ图庸ぜ爱a(chǎn)品應(yīng)用的影響是多方面的，特別是對金屬設(shè)備的腐蝕最為嚴(yán)重，含硫化合物受熱分解產(chǎn)生H₂S，H₂S與水共存產(chǎn)生氫硫酸，它可腐蝕金屬設(shè)備。H₂S與Fe的反應(yīng)式為：

Fe+H₂SFeS+H₂

若石油產(chǎn)品中含有硫化物，同樣也會對儲存設(shè)備造成腐蝕。

②環(huán)境污染　在煉廠加工中生成的H₂S及低分子硫醇等惡臭有毒的氣體，會有礙人類身體健康，造成環(huán)境污染。

③影響產(chǎn)品的儲存安定性　硫可加速油品變質(zhì)，汽、柴油脫臭，就是脫除其中的硫化物，以保證其安定性。

④影響燃料的燃燒性能　含硫化合物的存在使燃料的抗爆性能變差，所以發(fā)動機(jī)燃料的含硫量有嚴(yán)格的限制。

⑤硫可使催化劑中毒　如硫可使鉑重整催化劑中毒失活，因此重整原料要嚴(yán)格限制硫含量，對硫含量大于200×10^-6的原料必須進(jìn)行脫硫。

2.含氮化合物

（1）含氮化合物在石油餾分中的分布

石油中含氮量一般在萬分之幾至千分之幾。密度大、膠質(zhì)多、含硫量高的石油，一般其含氮量也高。石油餾分中氮化物的含量隨其沸點(diǎn)范圍的升高而增大，大部分氮化物以膠狀、瀝青狀物質(zhì)存在于渣油中。

（2）含氮化合物在石油餾分中的存在形態(tài)

石油中的氮化物大多數(shù)是氮原子在環(huán)狀結(jié)構(gòu)中的雜環(huán)化合物，主要有吡啶（）、喹啉（）等的同系物（統(tǒng)稱為堿性氮化物）及吡咯（）、吲哚（）等的同系物（統(tǒng)稱為非堿性氮化物）。石油中另一類重要的非堿性氮化物是金屬卟啉化合物，分子中有四個吡咯環(huán)，重金屬原子與卟啉中的氮原子呈絡(luò)合狀態(tài)存在。

（3）含氮化合物對石油加工及產(chǎn)品應(yīng)用的影響

石油中的氮含量雖少，但對石油加工、油品儲存和使用的影響卻很大。

①影響產(chǎn)品的安定性，如果柴油含氮量高，時間久了會變成膠質(zhì)，這是柴油安定性差的主要原因。

②氮與微量金屬作用，形成卟啉化合物。這些化合物的存在，會導(dǎo)致催化劑中毒，所以，油品中的氮化物應(yīng)在精制過程中除去。

3.含氧化合物

（1）含氧化合物在石油餾分中的分布

石油中的氧含量一般都很少，約千分之幾，個別石油中氧含量高達(dá)2%～3%。石油中的含氧化合物大部分集中在膠質(zhì)、瀝青質(zhì)中。因此，膠質(zhì)、瀝青質(zhì)含量高的重質(zhì)石油餾分，其含氧量一般比較高。這里討論的是膠質(zhì)、瀝青質(zhì)以外的含氧化合物。

（2）含氧化合物在石油餾分中的存在形態(tài)

石油中的氧均以有機(jī)物形式存在。這些含氧化合物分為酸性氧化物和中性氧化物兩類。酸性氧化物中有環(huán)烷酸、脂肪酸和酚類，總稱石油酸。中性氧化物有醛、酮和酯類，它們在石油中含量極少。含氧化合物中以環(huán)烷酸和酚類最重要，特別是環(huán)烷酸，約占石油酸總量的90%，而且在石油中的分布也很特殊，主要集中在中間餾分中（沸程為250～350℃），而在低沸餾分或高沸餾分中含量都比較少。

（3）含氧化合物對石油加工及產(chǎn)品應(yīng)用的影響

①原油含環(huán)烷酸多時容易乳化，對加工不利，且腐蝕設(shè)備。

②石油產(chǎn)品中含環(huán)烷酸，對鉛、鋅等有色金屬有腐蝕性，對鐵、鋁幾乎無腐蝕性。

③燈用煤油含環(huán)烷酸，可使燈芯堵塞、結(jié)花。

4.膠狀、瀝青狀物質(zhì)

（1）膠狀、瀝青狀物質(zhì)在石油中的分布

在石油非烴類化合物中，很大一類是膠狀、瀝青狀物質(zhì)，它們在石油中的含量相當(dāng)可觀。我國各主要原油中，含膠狀、瀝青狀物質(zhì)約為百分之十幾至百分之四十幾。

（2）膠狀、瀝青狀物質(zhì)的存在形態(tài)

膠狀、瀝青狀物質(zhì)是石油中結(jié)構(gòu)最復(fù)雜、分子量最大的物質(zhì)。在其組成中，除了含碳、氫外，還含有硫、氧、氮或微量元素等，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，理化性質(zhì)不均勻，熱穩(wěn)定性差，不能從分子類型和結(jié)構(gòu)上研究清楚。大多數(shù)研究是根據(jù)膠狀、瀝青狀物質(zhì)在不同溶劑中的溶解度不同及其物理性質(zhì)的差異進(jìn)行分類，由于研究的方法和采用的溶劑不盡相同，因此結(jié)果各有差異。

①中性膠質(zhì)　中性膠質(zhì)是黏稠半液態(tài)的膠狀物質(zhì)，平均分子量為600～800，最大可達(dá)1000，C/H=8～9（分子比），相對密度稍大，安定性很差，受熱氧化，進(jìn)一步聚合成瀝青質(zhì)。中性膠質(zhì)能很好地溶于石油餾分、苯、氯仿和二硫化碳中，不溶于乙醇。

②瀝青質(zhì)　瀝青質(zhì)是黑色很脆的固體物質(zhì)，呈中性，平均分子量約2000或更大，C/H=10～11（分子比），雜原子較多，稠環(huán)芳烴占優(yōu)勢，相對密度大于1，進(jìn)一步聚合成焦炭。瀝青質(zhì)能溶于苯、氯仿和二硫化碳中，不溶于低沸點(diǎn)的飽和烴（石油醚、正庚烷等）和乙醇。

③瀝青質(zhì)酸　瀝青質(zhì)酸的物理特性類似于膠質(zhì)，與膠質(zhì)不同的是具有酸性特征，相對密度大于1，在加熱到某溫度時，瀝青質(zhì)酸會變成酸酐。它能溶于堿、乙醇、氯仿和苯中，不溶于石油醚和正庚烷。

石油中膠狀、瀝青狀物質(zhì)的基本成分是中性膠質(zhì)和瀝青質(zhì)，它們均具有很強(qiáng)的染色能力，是使油品顏色變深的原因。中性膠質(zhì)、瀝青質(zhì)和高分子稠環(huán)烴類之間存在著聯(lián)系，如在氧化含有高分子稠環(huán)烴類的重質(zhì)石油餾分時，生成了中性膠質(zhì)，而中性膠質(zhì)進(jìn)一步氧化，形成瀝青質(zhì)，瀝青質(zhì)進(jìn)一步氧化以生產(chǎn)焦炭。

（3）膠狀、瀝青狀物質(zhì)對石油加工及產(chǎn)品應(yīng)用的影響

①油品中含膠質(zhì)，在使用中會產(chǎn)生炭渣，造成設(shè)備磨損和堵塞。

②潤滑油含膠質(zhì)，會使其黏溫性能變壞。

（五）石油的餾分組成

石油是一個多組分的復(fù)雜混合物，其沸點(diǎn)范圍很寬，從常溫一直到500℃以上。所以，無論是對石油進(jìn)行研究或進(jìn)行加工利用，都必須對石油進(jìn)行分餾。分餾就是按照組分沸點(diǎn)的差別將石油“切割”成若干“餾分”，例如<200℃餾分、200～350℃餾分等，每個餾分的沸點(diǎn)范圍簡稱為餾程或沸程。

餾分常冠以汽油、煤油、柴油、潤滑油等石油產(chǎn)品的名稱，但餾分并不就是石油產(chǎn)品，石油產(chǎn)品要滿足油品規(guī)格的要求，還需將餾分進(jìn)一步加工才能成為石油產(chǎn)品。各種石油產(chǎn)品往往在餾分范圍之間有一定的重疊。例如，噴氣燃料與輕柴油的餾分范圍間有一段重疊。為了統(tǒng)一稱謂，一般把原油在常壓蒸餾時，從開始餾出的溫度（初餾點(diǎn)）到200℃（或180℃）之間的輕餾分稱為汽油餾分（也稱輕油餾分或石腦油餾分），把200（或180）～350℃之間的中間餾分稱為煤柴油餾分，或稱為常壓瓦斯油（簡稱AGO）。

由于原油從350℃開始即有明顯的分解現(xiàn)象，所以對于沸點(diǎn)高于350℃的餾分，需在減壓下進(jìn)行蒸餾，再將減壓下蒸出餾分的沸點(diǎn)換算成常壓沸點(diǎn)。一般將相當(dāng)于常壓下350～500℃的高沸點(diǎn)餾分稱為減壓餾分、潤滑油餾分、減壓瓦斯油（簡稱VGO），而減壓蒸餾后殘留的大于500℃的油稱為小減壓渣油（簡稱VR）。同時，人們也將常壓蒸餾后大于350℃的油稱為常壓渣油或常壓重油（簡稱AR）。與國外原油相比，我國主要油區(qū)原油中的大于500℃減壓渣油的含量較高。

從石油直接分餾得到的餾分稱為直餾餾分，它們基本上保留著石油原來的性質(zhì)，例如基本上不含不飽和烴。石油直餾餾分經(jīng)過二次加工（如催化裂化等）后，所得的餾分與相應(yīng)直餾餾分的化學(xué)組成不同，例如催化裂化產(chǎn)物的化學(xué)組成中就含有不飽和烴（并非一切二次加工產(chǎn)物都含有不飽和烴）。

國內(nèi)、外部分原油直餾餾分和減壓渣油的含量列于表1-4。

二、石油及其產(chǎn)品的理化性質(zhì)

石油及其產(chǎn)品的物理性質(zhì)是評定產(chǎn)品質(zhì)量和控制生產(chǎn)過程的重要指標(biāo)，也是設(shè)計(jì)和計(jì)算石油加工工藝裝置的重要數(shù)據(jù)。為了更好地掌握和使用石油及其產(chǎn)品，就必須了解石油及其產(chǎn)品的相關(guān)理化性質(zhì)。石油及油品的理化性質(zhì)有如下特征：

①石油及油品的理化性質(zhì)與其化學(xué)組成和分子結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。

②石油及油品是復(fù)雜的混合物，因此其性質(zhì)是宏觀的綜合表現(xiàn)，也就是說是多種化合物總體表現(xiàn)出來的性質(zhì)，所以與單獨(dú)一個化合物的性質(zhì)不同。

③多數(shù)性質(zhì)無可加性，如密度、黏度，并且測定性質(zhì)時，為了便于油品之間比較和對照，石油及油品的絕大部分性質(zhì)都是采用條件性實(shí)驗(yàn)進(jìn)行測定（嚴(yán)格規(guī)定儀器、方法和條件），條件改變，結(jié)果也會改變。

石油和油品性質(zhì)測定方法有不同級別的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，其中有國際標(biāo)準(zhǔn)（簡稱ISO）、國家標(biāo)準(zhǔn)（簡稱GB）、中國石油化工總公司行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（簡稱SH）等。

（一）油品的蒸發(fā)性能

石油及其產(chǎn)品的蒸發(fā)性能是反映其汽化、蒸發(fā)難易程度的重要性質(zhì)，可用蒸氣壓、餾程和平均沸點(diǎn)來描述。

1.蒸氣壓

在一定溫度下，液體與其液面上方蒸氣呈平衡狀態(tài)時，該蒸氣所產(chǎn)生的壓力稱為飽和蒸氣壓，簡稱蒸氣壓。蒸氣壓愈高，說明液體愈容易汽化。

純烴和其他純的液體一樣，其蒸氣壓只隨液體溫度而變化，溫度升高，蒸氣壓增大。

與純烴不同，烴類混合物的蒸氣壓不僅取決于溫度，同時也取決于其組成。在一定的溫度下，只有其氣相、液相或整體組成一定，其蒸氣壓才是定值。當(dāng)體系壓力不高，氣相近似為理想氣體時，與其相平衡的液相近似于理想溶液時，對于組分比較簡單的烴類混合物，其總的蒸氣壓可用道爾頓-拉烏爾（Dalton-Raoult）定律求得。石油及石油餾分的組成極其復(fù)雜，尚難以測定其單體烴組成，無法用公式求取其蒸氣壓，可以通過查圖得到。

石油餾分的蒸氣壓表示方法有兩種。

①真實(shí)蒸氣壓　該蒸氣壓為汽化率為零時的蒸氣壓，即泡點(diǎn)蒸氣壓，設(shè)計(jì)計(jì)算中常用。

②雷德蒸氣壓　該蒸氣壓為屬于條件性蒸氣壓，是汽油質(zhì)量指標(biāo)，也可換算成真實(shí)蒸氣壓。雷德蒸氣壓用雷德蒸氣壓測定器測定，是在規(guī)定條件（38℃，氣相體積與液相體積之比為4∶1）下測定的。

2.餾程與平均沸點(diǎn)

對于液態(tài)純物質(zhì)，其飽和蒸氣壓等于外壓時的溫度，稱為該液體在該外壓下的沸點(diǎn)。對于石油餾分這類組成復(fù)雜的混合物，油品沸點(diǎn)隨汽化率增大而不斷增大。因此油品的沸點(diǎn)應(yīng)以一個溫度范圍表示，即沸程。在某一溫度范圍內(nèi)蒸餾出的餾出物稱為餾分，它還是一個混合物，只不過包含的組分?jǐn)?shù)目少一些。溫度范圍窄的稱為窄餾分，溫度范圍寬的稱為寬餾分。

將100mL的油品放入儀器中進(jìn)行蒸餾，經(jīng)過加熱、汽化、冷凝等過程，油品中低沸點(diǎn)組分易蒸發(fā)出來，隨著蒸餾溫度的不斷提高，較多的高沸點(diǎn)組分也相繼蒸出。蒸餾時餾出第一滴冷凝液時的氣相溫度稱為初點(diǎn)（或初餾點(diǎn)），餾出物的體積依次達(dá)到10%，20%，30%，…，90%時的氣相溫度分別稱為10%點(diǎn)（或10%餾出溫度），30%點(diǎn)，…，90%點(diǎn)，蒸餾到最后達(dá)到的氣體的最高溫度稱為終餾點(diǎn)。從初點(diǎn)到終餾點(diǎn)這一溫度范圍稱為餾程，在此溫度范圍內(nèi)蒸餾出的部分稱為餾分。餾分與餾程或蒸餾溫度與餾出量之間的關(guān)系稱為原油或油品的餾分組成。

在生產(chǎn)和科研中常用的餾程測定方法有實(shí)沸點(diǎn)蒸餾與恩氏蒸餾，它們的不同是：前者蒸餾設(shè)備較精密，餾出時的氣相溫度較接近餾出物的沸點(diǎn)，溫度與餾出的質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈對應(yīng)關(guān)系；后者蒸餾設(shè)備較簡便，蒸餾方法簡單，餾程數(shù)據(jù)容易得到，但餾程并不能代表油品的真實(shí)沸點(diǎn)范圍。所以，實(shí)沸點(diǎn)蒸餾適用于原油評價及制定產(chǎn)品的切割方案，恩氏蒸餾常用于生產(chǎn)控制、產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及工藝計(jì)算，例如工業(yè)上常把餾程作為汽油、噴氣燃料、柴油、燈用煤油、溶劑油等的重要質(zhì)量指標(biāo)。石油產(chǎn)品的餾程測定器見圖1-1。

餾程在油品評價和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)上用處很大，但無法直接用于工程計(jì)算，為此提出平均沸點(diǎn)的概念，用于設(shè)計(jì)計(jì)算及其他物性常數(shù)的確定。平均沸點(diǎn)有五種表示方法，分別是體積平均沸點(diǎn)、質(zhì)量平均沸點(diǎn)、立方平均沸點(diǎn)、實(shí)分子平均沸點(diǎn)、中平均沸點(diǎn)，其計(jì)算方法和用途各不相同，但都可以通過恩氏蒸餾及平均沸點(diǎn)溫度校正圖求取。

（二）密度、特性因數(shù)、平均分子量

1.密度

在規(guī)定溫度下，單位體積內(nèi)所含物質(zhì)的質(zhì)量稱為密度，單位是克/厘米³（g/cm³）或千克/厘米³（kg/cm³）。密度是評價石油質(zhì)量的主要指標(biāo)，通過密度和其他性質(zhì)可以判斷原油的化學(xué)組成。

我國國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 1884—2000規(guī)定，20℃時的密度為石油和液體石油產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)密度，以ρ₂₀表示，其他溫度下測得的密度用ρ_t表示。

油品的密度與規(guī)定溫度下水的密度之比稱為油品的相對密度，用d表示，無量綱。由于4℃時純水的密度近似為1g/cm³（398℃時水的密度為0.99997g/cm³），常以4℃的水為比較標(biāo)準(zhǔn)。我國常用的相對密度為（ 即20℃時油品的密度與4℃時水的密度之比），歐美各國常用的為［即15.6℃（或60℉）時油品的密度與15.6℃時水的密度之比］，并常用比重指數(shù)表示液體的相對密度，也稱API度，它與的關(guān)系為：

與通常密度的觀念相反，API度數(shù)值愈大，表示密度愈小。

API度>32為輕質(zhì)油，API度在20～32之間為中質(zhì)油，API度在10～20之間為重質(zhì)油，API度<10為超重質(zhì)油。

油品的密度與其組成有關(guān)。同一原油的不同餾分油，隨沸點(diǎn)范圍擴(kuò)大而密度增大。當(dāng)沸點(diǎn)范圍相同時，含芳香烴愈多，密度愈大，含烷烴愈多，密度愈小。

各族烴類，當(dāng)分子中碳原子數(shù)相同時，密度關(guān)系為：

芳烴>環(huán)烷烴>烷烴

不同原油相同沸程的餾分的密度關(guān)系為：

環(huán)烷基的密度>中間基的密度>石蠟基的密度

石油中各餾分的相對密度隨其沸程的升高而增大，沸程愈高的餾分，其相對密度愈大。這是由于分子量的增大，但更重要的是由于較重的餾分中芳香烴的含量一般較高。至于減壓渣油，其中含有較多的芳香烴（尤其是多環(huán)芳香烴），而且還含有較多的膠質(zhì)、瀝青質(zhì)，所以其相對密度最大，接近甚至超過1.0。

2.特性因數(shù)

特性因數(shù)（K）是反映石油或石油餾分化學(xué)組成特性的特性數(shù)據(jù)，對原油的分類、確定原油加工方案等十分有用。

特性因數(shù)的定義式為：

式中，T為烴類的沸點(diǎn)，石油或石油餾分的立方平均沸點(diǎn)或中平均沸點(diǎn)，K。

K值的規(guī)律：

①烷烴的K值最大（約為12.7），芳烴的K值最?。?0～11），環(huán)烷烴居中（為11～12）。

②富含烷烴的石油餾分，K值為12.5～13.0；富含環(huán)烷烴的石油餾分，K值為10～11。

③混合物的K值具有可加性。

一般石油的K值在9.7～13之間，如大慶原油K值為12.5，勝利原油K值為12.1。

3.平均分子量

石油是多種化合物的復(fù)雜混合物，石油餾分的分子量是其各組分分子量的平均值，稱為平均分子量（簡稱分子量）。

原油中所含化合物的分子量從幾十到幾千。其各餾分的平均分子量是隨其沸程的升高而增大的。當(dāng)沸程相同時，各原油相應(yīng)的平均分子量還是有差別的，石蠟基原油（如大慶原油）的分子量最大，中間基原油（如勝利原油）的居中，環(huán)烷基原油（如歡喜嶺）的最小。

石油餾分的平均分子量隨餾分沸程的升高而增大：汽油的平均分子量為100～120，煤油為180～200，輕柴油為210～240，低黏度潤滑油為300～360，高黏度潤滑油為370～500。

（三）油品的流動性能

石油產(chǎn)品的低溫流動性表示石油產(chǎn)品在低溫下能否流動的性能，是一項(xiàng)標(biāo)志油品使用性能的指標(biāo)，在柴油、燃料油及某些潤滑油（如傳動油、齒輪油、內(nèi)燃機(jī)油等）的規(guī)格中均有規(guī)定的限值。

石油和油品處于牛頓流體狀態(tài)時，其流動性可用黏度來描述；處于低溫狀態(tài)時，則用多種條件性指標(biāo)來評定其低溫流動性。

1.黏度

黏度表示液體流動時分子間摩擦而產(chǎn)生阻力的大小。黏稠的液體比稀薄的液體流動得慢，因?yàn)轲こ硪后w在流動時產(chǎn)生的分子間摩擦力較大。黏度的大小隨液體組成、溫度和壓力不同而異。

（1）油品黏度的表示方法

①動力黏度（η），單位為Pa·s ，又稱絕對黏度。

②運(yùn)動黏度（ν），單位為cm²/s，又稱相對黏度。

運(yùn)動黏度、動力黏度之間存在下式關(guān)系：

ν= η/ρ

式中，ρ為油品密度，g/cm³。

③條件黏度，如恩氏黏度、賽氏黏度、雷氏黏度等，都是用特定儀器在規(guī)定條件下測定的。

恩氏黏度是條件性黏度，常用于表示油品的黏度。恩氏黏度是在規(guī)定條件下，從儀器中流出200mL油品的時間（s）與20℃時流出200mL蒸餾水所需時間（s）的比值，以E來表示。

（2）黏度與化學(xué)組成的關(guān)系

黏度反映了液體內(nèi)部分子間的摩擦力，它必然與分子的大小、結(jié)構(gòu)有密切關(guān)系：

①同一系列的烴類，分子量越大，其黏度也越大；

②當(dāng)碳數(shù)相同時，具有環(huán)狀結(jié)構(gòu)的分子的黏度大于鏈狀結(jié)構(gòu)的，分子中的環(huán)數(shù)越多，則其黏度也就越大；

③當(dāng)烴類分子中的環(huán)數(shù)相同時，側(cè)鏈越長，則其黏度越大；

④石油各餾分的黏度都是隨其沸程的升高而增大的，這是由于其分子量增大，更重要的是由于隨餾分沸程的升高，其中的環(huán)狀烴增多；

⑤當(dāng)餾分的沸程相同時，石蠟基原油的黏度最小，環(huán)烷基原油的最大，中間基原油的居中。

（3）油品的黏溫性質(zhì)

油品黏度隨溫度變化的性質(zhì)稱為黏溫性質(zhì)。黏溫性質(zhì)好的油品，其黏度隨溫度變化的幅度較小。黏溫性是潤滑油的重要指標(biāo)之一，為了使?jié)櫥驮跍囟茸兓臈l件下能保證潤滑作用，要求潤滑油具有良好的黏溫性質(zhì)。

①油品黏溫性質(zhì)的表示方法　油品黏溫性質(zhì)的表示方法常用的有兩種，即黏度比和黏度指數(shù)（VI）。

黏度比最常用的是50℃與100℃運(yùn)動黏度的比值，也有用-20℃與50℃運(yùn)動黏度的比值，分別表示為ν_50℃/ν_100℃和ν_-20℃/ν_50℃。黏度比愈小，黏溫性愈好。

黏度指數(shù)是世界各國表示潤滑油黏溫性質(zhì)的通用指標(biāo)，也是ISO標(biāo)準(zhǔn)，我國目前也采用此指標(biāo)。黏度指數(shù)愈高，黏溫性質(zhì)愈好。此指標(biāo)是選定兩種原油的餾分作為標(biāo)準(zhǔn)：一種是黏溫性質(zhì)良好的賓夕法尼亞原油，把這種原油的所有窄餾分（稱為H油）的黏度指數(shù)人為地規(guī)定為100；另一種是黏溫性質(zhì)不好的得克薩斯海灣沿岸原油，把這種原油的所有窄餾分（稱為L油）的黏度指數(shù)人為地規(guī)定為0。一般油樣的黏度指數(shù)介于兩者之間，黏度指數(shù)越大，表明黏溫性質(zhì)越好。對于黏溫性質(zhì)很差的油品，其黏度指數(shù)可以是負(fù)值。

②石油及石油餾分的黏溫性質(zhì)

a.正構(gòu)烷烴的黏溫性質(zhì)最好，分支程度小的異構(gòu)烷烴較正構(gòu)烷烴的差，分支程度越大，黏溫性質(zhì)越差。

b.環(huán)狀烴（環(huán)烷烴和芳香烴）的黏溫性質(zhì)較鏈狀烴差。

c.分子環(huán)數(shù)相同時，其側(cè)鏈越長，黏溫性質(zhì)越好，側(cè)鏈上有分支會使黏度指數(shù)下降。

總之，烴類中正構(gòu)烷烴的黏溫性質(zhì)最好，帶有分支長烷基側(cè)鏈的少環(huán)烴類和分支程度不大的異構(gòu)烷烴的黏溫性質(zhì)比較好，而多環(huán)短側(cè)鏈的環(huán)狀烴類的黏溫性質(zhì)很差。

（4）黏度與壓力的關(guān)系

試驗(yàn)表明：壓力在4MPa以下時，影響不大；壓力高于4MPa時，呈正相關(guān)關(guān)系；壓力在7MPa時，黏度提高20%～25%。

2.油品的低溫性能

（1）油品的低溫性能指標(biāo)

燃料和潤滑油通常需要在冬季、室外、高空等低溫條件下使用，所以油品在低溫時的流動性是評價油品使用性能的重要指標(biāo)，原油和油品的低溫流動性對輸送也有重要意義。油品的低溫流動性能包括濁點(diǎn)、冰點(diǎn)、結(jié)晶點(diǎn)、傾點(diǎn)、凝點(diǎn)和冷濾點(diǎn)等，都是在規(guī)定條件下測定的。

油品在低溫下失去流動性的原因有兩個：一個是對于含蠟很少或不含蠟的油品，隨著溫度降低，油品黏度迅速增大，當(dāng)黏度增大到某一程度，油品就變成無定形的黏稠狀物質(zhì)而失去流動性，即所謂的“黏溫凝固”；另一個原因是對含蠟油品而言，油品中的固體蠟當(dāng)溫度適當(dāng)時可溶解于油中，隨著溫度的降低，油中的蠟就會逐漸結(jié)晶出來，當(dāng)溫度進(jìn)一步下降時，結(jié)晶大量析出，并連接成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的結(jié)晶骨架，蠟的結(jié)晶骨架把此溫度下還處于液態(tài)的油品包在其中，使整個油品失去流動性，即所謂的“構(gòu)造凝固”。

濁點(diǎn)是在規(guī)定條件下，清澈的液體油品由于出現(xiàn)蠟的微晶粒而呈霧狀或渾濁時的最高溫度。若油品繼續(xù)冷卻，直到油中出現(xiàn)肉眼能看得到的晶體時，此時的溫度就是結(jié)晶點(diǎn)。油品中出現(xiàn)結(jié)晶后，再使其升溫，使原來形成的烴類結(jié)晶消失時的最低溫度稱為冰點(diǎn)。同一油品的冰點(diǎn)比結(jié)晶點(diǎn)稍高1～3℃。

濁點(diǎn)是燈用煤油的重要質(zhì)量指標(biāo)，而結(jié)晶點(diǎn)和冰點(diǎn)是噴氣燃料的重要質(zhì)量指標(biāo)。

純化合物在一定溫度和壓力下有固定的凝點(diǎn)，而且與熔點(diǎn)數(shù)值相同。而油品是一種復(fù)雜的混合物，它沒有固定的“凝點(diǎn)”。所謂油品的“凝點(diǎn)”，是在規(guī)定條件下測得的油品剛剛失去流動性時的最高溫度，完全是條件性的。

傾點(diǎn)是在標(biāo)準(zhǔn)條件下，被冷卻的油品能流動的最低溫度。

冷濾點(diǎn)是在規(guī)定的壓力和冷卻速度下，測得20mL試油開始不能全部通過363目/in²（1in=0.0254m）的過濾網(wǎng)時的最高溫度。冷濾點(diǎn)能較好地反映柴油的泵送和過濾性能，與實(shí)際使用情況有較好的對應(yīng)關(guān)系，所以目前用冷濾點(diǎn)替代凝點(diǎn)指標(biāo)。

（2）影響油品的低溫性能的因素

①與油品的烴類組成有關(guān)　石油產(chǎn)品是各類烴類的復(fù)雜混合物，其中每一種烴類的結(jié)構(gòu)不同，它們的低溫性能也互不相同。大分子正構(gòu)烷烴和芳香烴的低溫性能較差，環(huán)烷烴和烯烴的低溫性能較好。在同一烴類中，低溫性能隨分子量的增大而變差。

②與油品中含有的膠質(zhì)、瀝青質(zhì)及表面活性物質(zhì)的多少有關(guān)　油品中含有的膠質(zhì)、瀝青質(zhì)這些物質(zhì)能吸附在石蠟結(jié)晶中心的表面上，能阻止石蠟結(jié)晶的生長，致使油品的冷凝點(diǎn)、傾點(diǎn)、凝點(diǎn)下降。含有環(huán)烷酸鹽等表面活性物質(zhì)的油品，其凝點(diǎn)比不含有表面活性物質(zhì)的油低，原因是這些表面活性物質(zhì)能吸附在剛剛形成的蠟結(jié)晶顆粒上，同樣阻止了蠟結(jié)晶的生長，使蠟結(jié)晶以小而分散的形式分散在油中而不能形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，必須再降低溫度。因此，當(dāng)油品脫除了膠質(zhì)、瀝青質(zhì)及表面活性物質(zhì)后，其冷凝點(diǎn)、傾點(diǎn)、凝點(diǎn)便升高，而加入某些表面活性物質(zhì)（如降凝添加劑），則可以降低油品的凝點(diǎn)，使油品的低溫流動性能得到改善。

③與油品中的水分有關(guān)水分也是影響油品低溫性能的重要因素。特別是燃料中的溶解水，在低溫下呈細(xì)小的冰晶析出，堵塞發(fā)動機(jī)燃料系統(tǒng)的過濾器，減少供油量，嚴(yán)重時造成事故。

（四）油品的燃燒性能

石油和石油產(chǎn)品大都是易燃易爆的，作為重要燃料來使用。研究其燃燒性能，對于安全使用燃料和了解燃料的使用性能均非常重要，燃燒性能主要用閃點(diǎn)、燃點(diǎn)和自燃點(diǎn)來描述。

1.油品的燃燒性能指標(biāo)

（1）爆炸極限

油品蒸氣與空氣的混合氣在一定的濃度范圍內(nèi)遇到明火就會閃火或爆炸?；旌蠚庵杏蜌獾臐舛鹊陀谶@一范圍，油氣不足，或高于這一范圍，空氣不足，都不能發(fā)生閃火或爆炸。因此，能產(chǎn)生閃火或爆炸的濃度范圍就稱為爆炸范圍，油氣的下限濃度稱為爆炸下限，上限濃度稱為爆炸上限。

（2）閃點(diǎn)

閃點(diǎn)是在規(guī)定條件下，加熱油品所逸出的蒸氣和空氣組成的混合物與火焰接觸發(fā)生瞬間閃火時的最低溫度。

由于測定儀器和條件的不同，油品的閃點(diǎn)又分為閉口閃點(diǎn)和開口閃點(diǎn)兩種，兩者的數(shù)值是不同的。通常輕質(zhì)油品測定其閉口閃點(diǎn)，重質(zhì)油和潤滑油多測定其開口閃點(diǎn)。

汽油的閃點(diǎn)是相當(dāng)于爆炸上限的油品溫度，而煤油、柴油和潤滑油等的閃點(diǎn)是相當(dāng)于爆炸下限時的油品溫度。通過油品閃點(diǎn)的大小，可以確定油品儲存或使用時應(yīng)采用的溫度。從防火角度來看，敞開裝油容器或傾倒油品時的溫度應(yīng)比油品的閃點(diǎn)至少低17℃。

混合油品的閃點(diǎn)不具備加和性，其閃點(diǎn)總是低于按可加和性計(jì)算的混合油閃點(diǎn)。

石油餾分的沸點(diǎn)愈低，其閃點(diǎn)也愈低。汽油的閃點(diǎn)為-50～30℃，煤油的閃點(diǎn)為28～60℃，潤滑油的閃點(diǎn)為130～325℃。

（3）燃點(diǎn)

燃點(diǎn)是指油品在規(guī)定條件下加熱到能被外部火源引燃，并連續(xù)燃燒不少于5s時的最低溫度。

（4）自燃點(diǎn)

如果預(yù)先將油品加熱到很高的溫度，然后使其與空氣接觸，則無須引火，油品因劇烈氧化而產(chǎn)生火焰自行燃燒，稱為油品的自燃。發(fā)生自燃的最低溫度稱為油品的自燃點(diǎn)。

2.閃點(diǎn)、燃點(diǎn)和自燃點(diǎn)與油品組成的關(guān)系

閃點(diǎn)和燃點(diǎn)與烴類的蒸發(fā)性能有關(guān)，而自燃點(diǎn)卻與其氧化性能有關(guān)。所以，油品的閃點(diǎn)、燃點(diǎn)和自燃點(diǎn)與其化學(xué)組成有關(guān)。

①同族烴中，分子量增大，閃點(diǎn)升高，燃點(diǎn)升高，自燃點(diǎn)降低。

②油品越輕，閃點(diǎn)越低，燃點(diǎn)越低，自燃點(diǎn)越高。

③烷烴比芳烴易于自燃，所以烷烴的自燃點(diǎn)低（芳香烴比烷烴穩(wěn)定），但烷烴的閃點(diǎn)卻比黏度相同而含環(huán)烷烴和芳香烴較多的油品高。

閃點(diǎn)、燃點(diǎn)和自燃點(diǎn)對油品的儲存、使用和安全生產(chǎn)都有重要意義，是油品安全保管、輸送的重要指標(biāo)，油品在儲運(yùn)過程中要避免火源與高溫。

（五）油品的其他物理性質(zhì)

1.水在油中的溶解度

水在油品中的溶解度很小，但對油品使用性能產(chǎn)生惡劣的影響，其主要原因是水在油品中的溶解度隨溫度升高而增大。

油品中的微量水會使油品的低溫性能變差，特別是對航空汽油或噴氣燃料造成的危害最為嚴(yán)重，并使油品儲存安定性變差，導(dǎo)致設(shè)備腐蝕和磨蝕等。

2.折射率

嚴(yán)格地講，光在真空中的速度（2.9986×10³m/s）與光在物質(zhì)中的速度之比稱為折射率，以n表示。通常用的折射率數(shù)據(jù)是光在空氣中的速度與被空氣飽和的物質(zhì)中的速度之比。

折射率的大小與光的波長，被光透過物質(zhì)的化學(xué)組成，以及密度、溫度和壓力有關(guān)。在其他條件相同的情況下，烷烴的折射率最低，芳香烴的最高，烯烴和環(huán)烷烴的介于它們之間。對于環(huán)烷烴和芳香烴，分子中環(huán)數(shù)愈多，則折射率愈高。常用的折射率是，即溫度為20℃，常壓下鈉的D線（波長為58926nm）的折射率。

油品的折射率常用于測定油品的烴類族組成，煉油廠的中間控制分析也采用折射率來求殘?zhí)恐怠?/p>

3.殘?zhí)亢突曳?/h5>

殘?zhí)恐凳怯锰囟ǖ膬x器，在規(guī)定的條件下，將油品在不通空氣的情況下加熱至高溫，此時油品中的烴類即發(fā)生蒸發(fā)和分解反應(yīng)，最終成為焦炭。該焦炭占試驗(yàn)用油的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，叫作油品的殘?zhí)炕驓執(zhí)恐怠?/p>

殘?zhí)颗c油品的化學(xué)組成有關(guān)。生成焦炭的主要物質(zhì)是瀝青質(zhì)、膠質(zhì)和芳香烴，在芳香烴中又以稠環(huán)芳香烴的殘?zhí)孔罡?。所以，石油的殘?zhí)吭谝欢ǔ潭壬戏从沉似渲袨r青質(zhì)、膠質(zhì)和稠環(huán)芳香烴的含量，這對于選擇石油加工方案具有一定的參考意義。此外，因?yàn)闅執(zhí)康拇笮∧軌蛑苯拥乇砻饔推吩谑褂弥蟹e炭的傾向和結(jié)焦的多少，所以殘?zhí)窟€是潤滑油和燃料油等重質(zhì)油以及二次加工原料的質(zhì)量指標(biāo)。

灰分是油品煅燒后的固體殘余物，其組成、含量隨石油種類、性質(zhì)和加工方法不同而異。油品中的灰分主要是由少量無機(jī)鹽、金屬化合物及機(jī)械雜質(zhì)所構(gòu)成。油品中的灰分會導(dǎo)致油品在使用中引起機(jī)械磨損、積炭、積垢和腐蝕，因而是汽輪機(jī)油和鍋爐燃料等石油產(chǎn)品的重要質(zhì)量指標(biāo)。