延迟焦化装置培训材料 炼油基础知识培训.doc

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1、第一篇 石油基础知识第一章 石油的化学组成第一节 石油的一般性质 石油是碳氢化合物的复杂混合物，外观是一种流动或半流动的粘稠液体，石油按其产地不同，性质也有所不同。从颜色上看，天然石油绝大多数都是黑色的，但也有暗黑、暗绿、暗褐的不同，而且有些石油是呈赤褐、浅黄及至无色的。如我国四川盆地开采出来的原油是黄绿色，玉门原油是黑褐色，大庆原油则是黑色的。石油之所以具有不同的颜色，是因为它们所含的胶质和沥青质的数量不同。胶质和沥青质含量愈多，石油的颜色就愈深。我国石油一般含沥青质不多，但含胶质却不算少。绝大多数石油的比重介于0.80.98之间，但也有个别例外，如伊朗某石油比重高达1.06，美国加里福利亚

2、州石油比重却低到0.707。石油的比重取决于石油中含有重质馏分、胶质、沥青质的多少，重质馏分、胶质和沥青质多，则石油的比重就大，反之比重就小。 许多石油都有浓烈的气味，这是由于在它里面含有一些很臭的硫化合物的缘故。在常温下，大多数石油是可以流动的液体，但也有的是固体或半固体。石油的流动性一般用凝固点和粘度表示。凝固点的高低取决于石油中含蜡量的多少。含蜡量少的，凝固点低，常温下呈液体状态，能流动；含蜡量多的，凝固点高，常温下就会成为固体或半固体。我国石油一般含蜡量比较高，有的高达30。 石油的粘度取决于石油中润滑油馏分和胶质的多少，凡汽油含量高而润滑油含量少的石油，其粘度较低，反之粘度就较高。表

3、I一1一1为我国一部分油田所产原油的主要物理性质。表I一11 我国部分原油的某些性质原油性质大庆混合 原油胜利混合原油大港混合原油玉门原油克拉依 原油孤岛混合 原油 比重 d 粘度50厘沱 凝固点 残炭 含盐毫克NaCl升 水份 酸值毫克KOH克灰分 机械杂质 0.855222.15242.70.210.0160.8070121.38206.601400.80.56 0.020.0450.889620.64203.5741.40.0180.869815.985.114806.50.40.97019.23-503.790.780.0050.9492243.5-47.8119.921.21.7 石

4、油外观性质的差异是其化学组成不同的一种反映，下面我们从元素组成入手，讨论石油及其产品的化学组成。第二节 石油的元素组成 组成石油的主要元素是碳和氢，它们占元素总量的9699，其中碳含量占8387，氢含量占1114 此外，石油中还含有硫、氮、氧等元素，它们在石油中的总含量一般在14，但也有个别石油含量较高，如墨西哥石油仅硫元素含量就高达3.65.3大多数石油含氮量甚少，约千分之几到万分之几，但也有个别石油，如阿尔及利亚及美国加利福尼亚石油含氮量可达1.42.2左右. 除上述五种元素外，在石油中还发现微量的金属元素和非金属元素。 在金属元素中，最重要的是钒(V)、镍(Ni)、铁(Fe)、铜(Cu)

5、、铅(Pb)，此外有钙(ca)、钛(Ti)、镁(Mg)、钠(Na)、钴(Co)、锌(Zn)等 在非金属元素中，主要有氯C1)、硅(Si)，磷(P)、砷(As)等，它们含量都很少。 石油中的硫、氮、氧结金属和非金属元素的含量虽然很少，但对石油的加工过程影响很大。第三节 石油的烃类组成从元素组成可以看出，石油是复杂的有机化合物的混合物，它包括由碳和氢两种元素组成的烃类和碳、氢两种元素与其它元素组成的非烃类这些烃类和非烃类的结构和含量决定了石油及其产品的性质烃类是石油的主要成分，在天然石油中主要含有烷烃、环烷烃和芳香烃，一般不含有烯烃。在不同的石油中，各族烃类含量相差大，在同种石油中，各族烃类在各个

6、馏分中的分布亦有很大差异。下面我们着重分析各族烃在石油中的分布情况。一、石油中的烷属烃 烷烃是组成石油的主要成分之一。随着分子量的增加，烷烃分别以气、液、固三态存在于石油中 1.气态烷属烃： 在常温下，从甲烷到丁烷是气态，它是天然气和炼厂气的主要成分。 天然气因组成不同可分干气(贫气)及湿气(富气)。在干气中，含有大量的甲烷和少量的乙烷、丙烷等气体，而在湿气中，除含有较多的甲烷、乙烷以外，还含有少量易挥发的液态烃如戊烷、己烷直至辛烷的蒸汽，还可以有少量的芳香烃及环烷烃。显然，纯气田的天然气主要为干气。从油气田得到的天然气，因分离条件不同，可以是干气，也可以是湿气。 干气和湿气之间并无严格的界限

7、，通常以天然气中丁烷以上的液态烃(称气体汽油)含量来区分。若在每立方米天然气中含有低于100克气体汽油时，称为贫气，而在富气中,一般含有100克以上的气体汽油，有些甚至高达700800克。2.液态烷烃属烃：在常温下，C5C15的烷烃为液态，主要存在于汽油及煤油中，其沸点随分子量的增加而上升(见表I一14)在蒸馏石油时，C5一C10的烷烃多进入汽油馏分(200以下)的组成中，而C11C15的烷烃则进入煤油馏分(200300)的组成中表 I12烷烃分子量与沸点的关系烃类沸点()烃类沸点()C5H12C6H14C7H16C8Hl8C9H20C10H2236.168.898.4125.7150.817

8、4.1C11H24C12H26C13H28C14H30Cl5H32195.8216.3235.5253.6270.63固态烷烃属烃： 在常温下，C16以上的烷烃为固态，一般多以溶解状态存在于石油中，当温度降低时，就有结晶析出，工业上称这种固体烃类为蜡。通常在300以上的馏分中，即从柴油馏分开始才含有蜡。 蜡按其结晶形状不同，又分为两种，一种是结晶较大、呈板状结晶的称石蜡，另一种是呈细微结晶的微晶形蜡称为地蜡石蜡主要分布在油和烃质润滑油馏分中，分于量一般为300500，分子中碳原子数为2035，熔点在3070石蜡的主要成分是正构烷烃，也含有少量的异构烷、环烷及少量的芳香烃地蜡主要分布在重质润滑油

9、馏分、半渣油和渣油中，分子量一般为500700，分子中碳原子数为3555，熔点6090地蜡的组成较为复杂，各类烃都有，但以环状烃为主体，正、异构烷烃的含量都不高我国大庆原油含蜡量高，蜡的质量好，是生产石靖的优良原料表I13 我国几种原油的含量大庆胜利克拉玛依玉门凝固点含蜡量蜡熔点2317.95152.43017.15254-502.045088.347.5二、石油中的环烷烃 环烷烃是石油的主要组分之一，也是润滑油组成的主要组分。在石油中所含的环烷烃主要是环戊烷和环己烷及其衍生物环烷烃在石油各馏分中的含量是不同的，它们的相对含量随馏分沸点的升高而增加，但在更重的石油馏分中，因芳香烃的增加，环烷烃

10、则逐渐减少一般来说，汽油馏分中的环烷烃主要是单环环烷烃外(重汽油馏分中有少量双环环烷烃)，在煤油、柴油馏分中除含有单环环烷烃外(它较汽油馏分中的单环环烷烃具有更长的侧链或更多侧链数目)，还出现了双环及三环环烷烃(在煤油、柴油重组分中已出现三环以上环烷烃);而在高沸点馏分中则包括了单、双、三环及三环以上的环烷烃。环烷烃含量对油品粘度影响较大，一般含环烷烃多，油品粘度就大，因此环烷烃也是润滑油组成的主要组分，其中少环长侧链的环烷烃是润滑油的理想组分。三、石油中的芳香烃芳香烃也是石油的主要组分之一在轻汽油( 520恩氏蒸馏是粗略的蒸馏设备，得到的馏分组成结果是条件性的，它不能代表馏出物的真实沸点范围

11、，所以它只能用于油品馏程的相对比较，或大致判断油品中轻重组分的相对含量。根据馏分组成数据，以馏出温度为纵座标，馏出体积百分数为横座标作图，得到的曲线称为恩氏蒸馏曲线。不同压力下沸点会随之变化变化，液体的蒸汽压与外压相等时开始沸腾，所以液体的沸点随外压而变化，例如水在760mmHg下沸点为100，但在800mmHg下沸点为101.5，外压越高，沸点也便愈高。第三节 平均沸点馏程在油品的评价和规格上虽然用处很大，但在工艺计算上却不能直接应用，因此工艺计算上为了要表示某一馏分油的特征，需要用平均沸点的概念。它在设计计算及其他物理性质的求定上用处甚大。平均沸点有好几种，用途各不相同。含意虽不一样，但都

12、是根据恩氏蒸馏体积平均沸点和斜率求得，现分别叙述之。一、体积平均沸点由恩氏蒸馏数据求出，即恩氏蒸馏的10、30、50、70、90五个馏出温度的平均值。式中：t10、t30、t90为恩氏蒸馏10、3090的馏出温度。体积平均沸点主要用来求定其他难以直接测定的平均沸点。二、重量平均沸点重量平均沸点为各组分重量分数和相应的馏出温度的乘积之和。 t重平W1t1+W2t2+Witi式中；W1、W2、Witi一各组分的重量百分数。t1、t2ti各组分的馏出温度重量平均沸点可用来求油品真临界温度。三、实分子平均沸点实分子平均沸点为各组分分子分数和相应的沸点乘积之和。 t分平=N1t1+N2t2+Niti式中

13、；N1、N2Ni各组分的分子分数 t1、t2ti各组分的沸点对于石油窄馏分，可近似地用恩氏蒸馏50点温度代替实分子平均沸点。实分子平均沸点可用来求油品的假监界温度，并可用来计算平均分子量。四、立方平均沸点立方平均沸点为各组分体积分数乘各组分沸点(K)的立方根之和再立方。 T立方(V1T11/3+V2T21/3+ViTi1/3)3K式中：Vl、V2Vi各组分的体积百分数 T1、T2Ti各组分的沸点K当用图表示求油品的特性因数和运动粘度时，需用立方平均沸点。五、中平均沸点 中平均沸点为方立平均沸点与实分子平均沸点的数学平均值， T中平=由中平均沸点可求出油品的平均分子量等上述五种平均沸点，除了体积

14、平均沸点可根据油品的恩氏蒸馏数据直接计算外，其它几种都无法按公式计算得到因此，通常总是先利用恩氏蒸馏数据求得体积平均沸点，然后再根据体积平均沸点利用图I26求出其它平均沸点。例14巳知某油品的恩氏蒸馏数据如下： 馏出体积 10 30 50 70 90 馏出温度 54 84 108 135 182试求出其各种平均沸点。解：t平均=112.6恩氏蒸馏1090曲线斜率=1.6/由图I26查出：重量平均沸点、实分于平均沸点、立方平均沸点、中平均沸点的校正值各为+4.5、18、4.1、11；则 t重平=112.6+4.5=117.1 t分子=112.618=94.6 t立平=112.64.1=108.5

15、 t中平=112.611=101.6 或 t中平=101.6在计算体积平均沸点时，当恩氏蒸馏馏出温度高于246者，考虑到裂化作用，需用下式进行温度校正。 LogD=0.00852t1.691式中：D温度校正值(加至t上) t馏出温度，但若馏出温度系从减压蒸馏数据换算而来，则无需进行裂化校正。第四节 比重、密度一、油品的比重和密度 物质的密度是该物质单位体积的质量，通常以克厘米3或公斤米3为单位，以表示。 =m/V 式中：m物质的质量(克或公斤) V物质的体积(厘米3或米3)物质的重度是该物质单位体积的重量。工程上通常以公斤(力)米3为单位，以表示。 =G/V (公斤/米3)式中，G物质的重量

16、公斤(力) V物质的体积 米3 由于G=mg，于是密度和重度之间的关系为：=g 式中：g重力加速度。G=9.81米秒2液体油品的比重是其密度与规定温度下水的密度之比。通常以d表示。因为水在4时的密度为1克厘米3，所以常以4水作为基准。将温度为t的油品和4水的密度之比作为油品的比重，写成d14，它在数值上等于油品在t的密度。从这里可以看出，液体油品的比重与密度在数值上是相等的，但比重无因次，而密度有单位。我国常用的比重是，表示20油品和4水密度之比，国外常用（，表示15.6油品和15.6(60oF)水的密度之比。与的换算可用下式计算： =d式中d为校正值，可从表I一21查出。在欧美各国，液体比重

17、常以比重指数表示或称API度。它与的关系式如下：比重指数(APIo)=131.5和比重指数的换算见表I22。此外，与之间的关系可用下式计算=0.999表 I21比重、换算表比重或 校正值比重或 校正值0.7000.7100.00510.8300.8400.00440.7100.7200.00500.8400.8500.00430.7200.7300.00500.8500.8600.00420.7300.7400.00490.8600.8700.00420.7400.7500.00490.8700.8800.00410.7500.7600.00480.8800.8900.00410.7600.7

18、700.00480.8900.9000.00400.7700.7800.00470.9000.9100.00400.7800.7900.00460.9100.9200.00390.7900.8000.00460.9200.9300.00380.8000.8100.00450.9300.9400.00380.8100.8200.00450.9400.9500.00370.8200.8300.00441976年石化部颁发的石油产品标准测定方法(SY220676)规定20密度为石油产品的标准密度，以20表示，以代替原来的标准比重。从数值上看，20与是相等的，但它们的物理含义和单位则不相同。二、液体油

19、品比重与温度的关系温度升高时，油品就会膨胀，使体积增大，因而比重减小，或者说，油品的密度减小。表122 各种油品的比重范围油品比重（）oAPI原油0.651.06862汽油0.700.777050煤油0.750.835739柴油0.820.874131润滑油0.8535三、油品混合物的比重当两种或更多的油品混合时，混合油品的比重可近似地按可加性进行计算。 d混=V1d1+V2d2+Vidi 或d混=式中：Vl、V2Vi混合油品中各组分的体积百分数 W1、W2Wi混合油品中各组分的重量分数。 d1、d2di混合油品中各组分的比重。 根据这一道理，若油品粘度很大，难以直接测定其比重时，可用等体积巳

20、知比重的煤油与之混合稀释，然后测定混合油品的比重；再利用下式即可求出该粘度较大的油品的比重。 d粘2d混d煤四、油品比重的测定 比重的测定一般有三种方法：最简单而又较粗略的方法是用比重计，所测得的比重为，当测定粘度不大的油品时，其准确度为0.001，测粘性油品时，准确为0.005，适用于工业生产上较准确的方法是韦氏天平，准确度为0.0005，其刻度一般以20的水为标准，故测得的比重为，它可用于产品的质量检查，准确度最高的为比重瓶，测得比重为其准确度为0.0005，一般用于科学研究上。五、石油气体的比重气体的密度以克厘米3或公斤米3为单位。 气体的比重是指在标准状态下(0、760mmHg)气体的

21、密度与空气的密度之比。标准状态下空气的密度为1293公斤米3。气体的比重不但受温度影响，与压力也有很大的关系，当压力增加时，要计算不同压力下气体比重时，必须进行压力校正。第五节 特性因数为表示石油馏分化学组成的特性，特引出特性因数的概念。所谓特性因数，就是把比重与平均沸点联系起来，说明油品化学组成特性的一个复合参数。 特性因数可以用下式表示 K=1.126 K石油馏分的特性因数 T该馏分的中平均沸点K 该馏分在15.6时的比重表I23列出几种纯烃的特性因数，由表中数据可以看出，烷烃K值最大，芳烃K值最小，而环烷烃的K值介于二者之间。石油馏分是烃类的复杂混合物，研究证明，纯烃的规律也完全适用于石

22、油馏分，即油品K值低，说明含芳香烃多，K值高，说明含烃烷多，一般含芳烃多的油品，K值在9.711.0；含烷烃较多的油品，K值在12.013.0；而含环烷烃较多的油品，其K值在11.012.0之间。因此，通过K值的大小，可以大致判断石油馏分化学组成的特性。表I23 纯烃的特性因数碳数烃名称沸点比重特性因数KC7正庚烷98.40.683712.77甲基环己烷100.90.769411.35甲苯110.60.867010.03C8正辛烷125.60.702512.65乙基环己烷131.80.787911.36乙苯136.20.867010.32我国某些原油的特性因数如表I一24所示。表I一24 我国

23、某些原油的特性因数原油种类大庆923原油五七原油大港原油特性因数 K12.612.0512.211.8特性因数不仅可以用来判断石油及其馏分的化学组成的特性，而且对于石油的分类及确定原油的加工方案也是相当有用的，同时，还可以用它来求定油品的其它理化常数如分子量、汽化潜热、热焓等。第六节 平均分子量 由于石油是各种化合物的复杂混合物，所以石油馏分的分子量取其各组分分子量的平均值，称为平均分子量。油品的平均分子量常用来计算油品的汽化热、石油蒸汽的体积和分压及石油馏分的化学性质等。油品的分子量随石油馏分沸程的增高而增大。不同馏分的平均分子量大约数值如表I一25所列。表I一25 不同馏分的平均分子量馏分

24、温度范围比重平均分子量M60800.68090801000.7101001001200.7501101201400.7701151401600.7951201601800.8101321802000.8201402002200.835150 各种油品的分子量大致如下：汽油100120，煤油180200，轻柴油210240，低粘度润滑油300360，高粘度润滑油370500。石油馏分的平均分子量可以用公式计算或查图表。 计算平均分子量的公式如下： M=a+bt+ct2式中t一油品的分子平均沸点，a、b、c常数，其数值随馏分K值不同而变化，见表I26表I26 平均分子量的常数表特性因数 K1010

25、.511.011.512.0a5657596369b0.230.240.240.2250.18c0.00080.00090.00100.001150.0014 对石蜡基油品(如九二三、大庆油)可用下式计算： M60+0.3t+0.001t2式中：t油品的分子平均沸点。工艺计算中，常用查图来求油品的平均分子量，其主要方法如下：1.巳知石油馏分的比重指数和中平均沸点，求定分子量(和特性因数)。2.已知石油馏分的比重指数和苯胺点，求定分子量(和特性因数)3.巳知石油馏分的比重指数和特性因数，求定分子量。4.对于分子量较大的润滑油馏分(M=240680)，可根据该馏分的粘度和比重值，从图表中查，查出其分子量。当两种以上的油品混合时，混合油品的平均分子量可按下式计算：M混=式中：M1、M2Mi各组分的平均分子量， W1、W2Wi各组分的重量。第七节 油品的粘度 粘度是评价油品流动性的指标，是油品、尤其是润滑油的重要规格之一。在油品的流动和输送过程中，粘度对流量和压力降的影响很大，因此在工艺计算中粘度又是不