① 石油是由什麼材料組成的
石油的成分主要有:油質(這是其主要成分)、膠質(一種粘性的半固體物質)、瀝青質(暗褐色或黑色脆性固體物質)、碳質。嚴格地說,石油以氫與碳構成的烴類為主要成分。分子量最小的4種烴,全都是煤氣。
它由不同的碳氫化合物混合組成,組成石油的化學元素主要是碳、氫,其餘為硫、氮、氧及微量金屬元素(鎳、釩、鐵、銻等)。一般天然石油不含烯烴而二次加工產物中常含有數量不等的烯烴和炔烴。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 。
(1)石油亮綠的成分是什麼擴展閱讀
原油的顏色非常豐富,有甚紅、金黃、墨綠、黑、褐紅、至透明;原油的顏色是它本身所含膠質、瀝青質的含量決定的,含的越高顏色越深。
我國重慶黃瓜山和華北大港油田有的井產無色石油,克拉瑪依石油呈褐至黑色,大慶、勝利、玉門石油均為黑色。
無色石油在美國加利福尼亞、原蘇聯巴庫、羅馬尼亞和印尼的蘇門答臘均有產出。
石油沿著工藝順序流經各裝置,在不同的溫度、壓力、流量、時間條件下,分解為不同餾分,完成產品生產的各個階段。
一套裝置可同時生產幾種不同的產品,而同一產品又可以由不同的裝置來生產,產品品種多。因此,為了充分利用資源,在管理上需採用先進的組織管理方法,恰當安排不同裝置的生產。
② 石油的主要成分
石油的主要成分是油質、膠質、瀝青質、碳質。石油是一種粘稠的、深褐色液體,被稱為「工業的血液」。地殼上層部分地區有石油儲存。主要成分是各種烷烴、環烷烴、芳香烴的混合物。
石油的成油機理有生物沉積變油和石化油兩種學說,前者較廣為接受,認為石油是古代海洋或湖泊中的生物經過漫長的演化形成,屬於生物沉積變油,不可再生;後者認為石油是由地殼內本身的碳生成,與生物無關,可再生。石油主要被用來作為燃油和汽油,也是許多化學工業產品,如溶液、化肥、殺蟲劑和塑料等的原料。
石油原油的顏色非常豐富,有甚紅、金黃、墨綠、黑、褐紅、至透明;原油的顏色是它本身所含膠質、瀝青質的含量決定的,含的越高顏色越深。我國重慶黃瓜山和華北大港油田有的井產無色石油,克拉瑪依石油呈褐至黑色,大慶、勝利、玉門石油均為黑色。無色石油在美國加利福尼亞、原蘇聯巴庫、羅馬尼亞和印尼的蘇門答臘均有產出。
③ 石油是什麼顏色的
石油的顏色非常豐富,有深紅、金黃、墨綠、黑、褐紅、至透明。石油的顏色是它本身所含膠質、瀝青質的含量決定的,含的越高顏色越深。我國華北大港油田有的井產無色石油,克拉瑪依石油呈褐至黑色,大慶、勝利、玉門石油均為黑色。
無色石油在美國加利福尼亞、原蘇聯巴庫、羅馬尼亞和印尼的蘇門答臘均有產出。無色石油的形成,可能同運移過程中,帶色的膠質和瀝青質被岩石吸附有關。但是不同程度的深色石油占絕對多數,幾乎遍布於世界各大含油氣盆地。
元素組成:
石油之所以在外觀和物理性質上存在差異,根本原因在於其化學組分不完全相同。石油既不是由單一元素組成的單質,也不是由兩種以上元素組成的化合物,而是由各種元素組成的多種化合物的混合物。因此,其性質就不象單質和純化合物那樣確定,而是所含各種化合物性質的綜合體現。
石油的主要組成成分是碳和氫,碳氫化合物也簡稱為烴,烴是石油加工和利用的主要對象。石油中所含各種元素並不是以單質形式存在,而是以相互結合的各種碳氫及非碳氫化合物的形式而存在。
以上內容參考:網路-石油
④ 石油焦的主要原料是什麼,原料的成分又是什麼
石油焦是以原油經蒸餾後的重油或其它重油為原料,以高流速通過500℃加熱爐的爐管,使裂解和縮合反應在焦炭塔內進行,再經生焦到一定時間冷焦、除焦生產出石油焦。
原油即石油,是一種粘稠的、深褐色(有時有點綠色的)液體。是石油剛開采出來未經提煉或加工的物質。地殼上層部分地區有石油儲存。它由不同的碳氫化合物混合組成,其主要組成成分是烷烴,此外石油中還含硫、氧、氮、磷、釩等元素。不過不同油田的石油成分和外貌可以有很大差別。
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平均而言,原油由以下幾種元素或化合物組成:
碳——84%
氫——14%
硫——0.2到5%(硫化氫、硫化物、二硫化物和單質硫)
氮——低於1%(帶胺基的鹼性化合物)
氧——低於1%(存在於二氧化碳、苯酚、酮和羧酸等有機化合物中)
金屬——低於1%(鎳、鐵、釩、銅、砷)
⑤ 組成原油的主要成分有哪些
習慣上把未經加工處理的石油稱為原油。一種黑褐色並帶有綠色熒光,具有特殊氣味的粘稠性油狀液體。是烷烴、環烷烴、 芳香烴和烯烴等多種液態烴的混合物。
主要成分是碳和氫兩種元素,分別佔83~87%和 11~14%;還有少量的硫、氧、氮和微量的磷、砷、鉀、鈉、鈣、鎂、鎳、鐵、釩等元素。比重0.78~0.97,分子量280~300,凝固點-50~24℃。原油經煉制加工可以獲得各種燃料油、溶劑油、潤滑油、潤滑脂、石蠟、瀝青以及液化氣、芳烴等產品,為國民經濟各部門提供燃料、原料和化工產品。
2017年10月27日,世界衛生組織國際癌症研究機構公布的致癌物清單初步整理參考,原油在3類致癌物清單中。
烴分類,烴含有大量的能量。來自原油的許多產品,例如汽油、柴油和石蠟等都是利用了這一能量。烴有多種存在形式。最簡單的烴是甲烷,這是一種比空氣輕的氣體。含有5個及5個以上碳原子的長鏈都是液體。非常長的長鏈則是固體,例如蠟或焦油。通過對烴鏈進行化學耦合,可以得到各種產品,從合成橡膠到尼龍再到特百惠家用塑料製品(Tupperware)所用的塑料都是這樣生產出來的。烴鏈幾乎無所不能。原油中的烴的主要種類包括:
石蠟,化學通式:CnH2n+2(n為整數,一般從1到20),直鏈或支鏈分子,室溫下,根據分子的不同,有氣態和液態兩種存在形式,實例:甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、異丁烷、戊烷、己烷。
芳香烴,化學通式:C6H5-Y(Y是連接在苯環上的一個長直鏈分子)。具有一個或一個以上環的環狀結構,環由六個碳原子構成,碳原子之間的成鍵方式為大π鍵,一般為液態,實例:苯、萘。環烷(Napthenes)或環烷(Cyclalkanes)。化學通式:CnH2n(n為整數,一般從1到20),具有一個或一個以上環的環狀結構,環內碳原子之間的成鍵方式均為單鍵,室溫下一般為液態,實例:環己烷、甲基環戊烷。
烯烴,化學通式:CnH2n(n為整數,一般從1到20)。含有一個碳碳雙鍵的直鏈或支鏈分子,以液態或氣態形式存在,實例:乙烯、丁烯、異丁烯。
二烯烴和炔烴,化學通式:CnH2n-2(n為整數,一般從1到20),含有兩個碳碳雙鍵的直鏈或支鏈分子,以液態或氣態形式存在,實例:乙炔、丁二烯。
⑥ 石油的化學成分是什麼
石油中,碳、氫是主要的組成元素。碳一般佔83%~87%,氫佔11%~14%,原子比介於5.7~8.5之間。其他元素,如氧、氮、硫元素約佔1%,很少達到2%~3%。還有磷、釩等微量元素和礦物質。這些元素或以游離狀或組成化合物的形式存在於重的組分中。
自然界中,碳氫化合物種類繁多,已知的有數百種。但構成石油的碳氫化合物,從其對石油性質的影響和存在的廣泛性來看,烷烴、環烷烴、芳香烴這三大系列的結構最為重要,也最為普遍。從溶有天然氣的石油平均成分看,大體上烷烴佔53%,環烷烴佔31%,芳香烴佔16%。
烷烴分子通式為CnH2n+2,是由碳原子以單鍵鏈狀與氫原子結合構成的一類飽和、穩定的烴類化合物。沒有支鏈的稱為正構烷烴,按其碳原子數的增加分別定名為甲烷、乙烷……癸烷等;碳原子數超過十的即用數字直接表示,如十一烷、十二烷……二十烷等。有支鏈者,為異構烷烴。
環烷烴是碳原子以單鍵呈環狀相連並與四周的氫原子結合構成。只含有一個環的環烷烴,通式是CnH2n。與烷烴相比,氫原子數目減少。但仍是一種飽和、穩定的化合物。環己烷和環戊烷是石油中最主要的環烷烴。環烷烴與烷烴在化學性質上比較接近,但構成的石油反映出的物理性質則有所差異。環烷烴比例大的石油比烷烴比例大的石油往往密度大、熔點和沸點高。
芳香烴分子通式為CnH2n-6(n≥6),碳原子以單鍵和雙鍵呈環狀與氫原子結合。主要特點是分子中至少有一個苯環,苯(C6H6)是最簡單和典型的代表。這類烴多具有芳香氣味。在石油中,常集中於重餾分內。
烷烴、環烷烴都屬於比較穩定的飽和烴類,芳香烴屬不飽和烴。但在鏈狀烷烴的化合物中,有不飽和烴類化合物存在。這類化合物的碳原子呈鏈狀以雙鍵相連與氫原子結合,缺少兩個氫原子的稱為烯烴,分子通式為CnH2n,例如乙烯(C2H4)。碳原子間仍呈鏈狀排列但以三鍵相連的結構,稱為炔烴,其分子通式為CnH2n-2,如乙炔(C2H2)。這類不飽和烴在化學性質上比較不穩定。當較純時,點火燃燒尚顯平靜,而一旦混有空氣,就易發生猛烈爆炸。
⑦ 石油的成分主要有什麼
石油中碳氫兩種元素所組成的化合物,成分很復雜,並且隨產地不同而異。按其結構又分為烷烴(包括直鏈和支鏈烷烴)、環烷烴(多數是烷基環戊烷、烷基環己烷)和芳香烴(多數是烷基苯),一般石油中不含有烯烴。 石油中含硫化合物主要有硫醇(RSH)、硫醚(RSR)、二硫化物(RSSR)和噻吩等。在石油的某些加工產物中還含有硫化氫(H2S)。 石油中含氧化合物主要有環烷酸和酚類(以苯酚為主),此外還含有少量脂肪酸。環烷酸是指含有11~30個碳原子的羧酸,分子中含有一個或多個駢合脂環,羧基可以在脂環上或在側鏈上。如: 在煉油生產中常把環烷酸和酚叫做石油酸。 石油中含氮化合物主要有吡啶、吡咯、喹啉和胺類(RNH2)等。因吡咯在空氣中易氧化,顏色逐漸變深,這踉汽油久存顏色變深有關。 石油的化學組成是沒有一定的,隨產地不同而異。根據含烴的成分不同一般將石油分為烷烴基石油、環烷基石油、混合基石油和芳烴基石油等幾大類。但許多產油國家常根據本國的資源情況而有不同的分類。
⑧ 石油在哪個角度看是綠色的為什麼啊
石油在經濟和社會角度上是綠色的。這是因為石油是一種可再生陵察能源,可以為經濟帶來穩定的增長,並提高社尺乎茄會的福利水平。此外,石油也可以有效減少排放,保護環境和改善頃燃空氣質量。
⑨ 石油的組成和性質
1.1.1 可燃性礦物
石油及其衍生產品含可燃氣體,都屬於可燃性礦物。最早引入「可燃性礦物」這個概念的是德國古植物學家波托涅(Г.Потонье)。這個詞的詞素包含「可燃的」「石頭」「生命」等意義,即有機來源的能夠燃燒的石頭。可燃性礦物是一種有機生物岩石,在岩石中佔有一定的位置(圖1.1)。有機岩石中也有不能夠燃燒的叫做非可燃性礦物,例如石灰岩。
圖1.1 可燃性礦物在岩石中所處的地位
可燃性礦物的分類介紹如下。
波托涅及古布金將可燃性礦物分為以下幾類:
1)瀝青質和石油系列的可燃性礦物——石油瀝青;
2)煤炭和腐殖質類可燃性礦物;
3)殘留有機岩。
屬於石油系列可燃性礦物的有各種性質的石油、可燃性碳氫化合物氣體、重質原油、瀝青、瀝青質、石蠟,以及分布於岩石中、溶化於中性有機液體中的物質(瀝青)。
可燃性煤炭系列是各種泥炭、褐色煤和石煤、硬煤等可燃性礦物。在其形成過程中,各種植物來源的物質起到了主要作用。
殘留有機質是植物來源的有機化合物——樹脂、固醇類、孢質、石蠟等。琥珀、磷瀝青屬於這一類礦物。
至今沒有形成適用於可燃性礦物的分類標准,多數是根據原始產品的成因、形成途徑、彼此間的相互轉化等制定的分類方法。
古布金把可燃性礦物分為兩個基本大類:瀝青和煤炭。其中瀝青這個類別沿用格菲爾(Г.Гефер)的觀點,包括了天然氣、石油以及硬瀝青。如地瀝青、地蠟等從成因上與石油有關的物質。
由於有古布金的研究成果,格菲爾的瀝青分類方法在俄羅斯得到了廣泛的應用。該方法以物質的物理特性為基礎。
(1)氣體
1)自然形成的,天然的;
2)石油的,伴生石油的。
(2)液態瀝青
1)石油;
2)煤焦油,樹脂,樹脂焦油等。
(3)硬瀝青
1)石蠟;
2)地瀝青;
3)瀝青。
(4)瀝青與其他物質的混合物
烏斯賓斯基(Успеинский)和拉德琴柯(Радченко)根據可燃性礦物形成條件編制的圖表是成因分類的實例(圖1.2)。
該圖由兩個分支構成:左側是煤炭類可燃性礦物(腐殖質),右側是石油類可燃性礦物(瀝青質)。每一個單類以板塊的形式表示,板塊端面是其形成期間的地球化學環境特徵。
該圖左側分支展示了形成煤炭類可燃性礦物原始物質的主要范疇,這些物質是高等植物和低等的動物有機體。
圖表的右側分支指的是石油類(瀝青類)可燃性礦物。煤炭板塊右側的箭頭指向的是海相和淡水相腐泥岩成因,展示的是石油類可燃性礦物和海水沉積物質的關系。該分支的右側板塊是石蠟類物質,是由含蠟石油風化形成的。
與這個分支相對的一側揭示的是石油芳香烴類重樹脂分支向瀝青類,繼而向瀝青、煤瀝青、碳瀝青等相應變質程度的轉變。
從圖中可以看出,可燃性礦物,不管是煤炭類還是石油類,其變質的終端產物相互靠近,這兩大類物質變質的最終產品是石墨,也就是物質總的炭化過程。
瓦索葉維奇(Вассоевич)和穆拉托夫(Муратов)根據碳在可燃性礦物組成中的作用,把兩個特徵作為把天然化合物合並為一組的分類基礎:① 化學組成中總的特性,必須含有碳,而且碳起主要作用;② 特殊的物質特性(有機化學研究的結果)。這些天然的物質見圖1.3。
圖1.2 可燃性礦物成因分類圖
對於天然的礦物煤和石油有相應的概念「天然焦」和「石油焦」。化石燃料由3大類礦物組成:煤、石油、可燃氣體。在這種圖表上把天然焦分為殼質煤、腐殖煤、腐泥岩。
卡林克(Калинко)把所有的可燃性燃料和天然有機物質(包括礦物煤)都稱作Naphtides,包括烴類氣體、凝析氣、石油、天然瀝青、天然氣水合物。萘基的概念是當代最通用的。
圖1.3 碳分類圖
1.1.2 石油化學組成特徵
石油是黏性油質液體,無色或者黑褐色,有時是黑色,是各種碳氫化合物的復合混合物。石油在黏稠度上有很大差異,有稀薄的,有黏稠的,也有樹脂狀的。
研究石油的化學成分與同位素組成對於研究石油的成因以及地殼中各種石油的轉化過程具有重要意義。石油是非常復雜的有機化合物,按化學成分來說,目前可以確定的有800種碳氫化合物。
對石油組成成分的研究最充分。石油主要是由碳(83%~87%)和氫(12%~14%)組成,比例關系是1.85個氫原子對1個碳原子。這個組分在碳氫化合物中是彼此相關的,化學成分和性質而各不相同。此外,氮和硫也是石油的組成成分,見表1.1。石油被相應地分為氧化原油、含氮原油和含硫原油。
表1.1 燃氣與石油的化學成分
1.1.2.1 石油中各元素的性質
(1)碳
碳是門捷列夫化學元素周期表中的第四類,原子序數是6,原子量是12.01。碳元素四價原子表示為:
俄羅斯東部地區及中國的油氣田
原子外層的4個空位決定了它以不同方式與其他不同原子結合形成復合分子的能力。碳原子這種形成復合分子的特性取決於它可以形成無數有機物的性質。
(2)氫
氫原子在碳氫化合物中的含量占第二位。氫元素是門捷列夫元素周期表中的第四類,原子序數是1。由於氫具有極強的還原性,除了稀有氣體元素和稀有金屬元素以外,它可以和幾乎所有的元素生成化合物。氫是宇宙中分布最廣的元素,它以等離子的形式構成太陽和星球質量的70%。
碳元素和氫元素在石油和天然氣中彼此相關構成碳氫化合物,因此經常利用碳、氫兩種元素的比值來確定它們的成分(表1.2)。
(3)氧
氧元素在石油中的含量很少能達到1%~2%,在可燃氣體中它基本是以CО2的形式存在,含量從幾乎為零到近乎純碳酸。
(4)硫
硫元素在石油中以自由狀態和化合狀態存在。化合狀態的硫或者以H2S的形式存在,或者進入高分子的有機化合物。硫元素在石油中的總含量有時可以達到7%~8%。硫元素在天然氣中通常是呈H2S的形式,其數量有時可達20%,甚至45%(據科茲洛夫對首爾-蘇氣田可燃氣的測定)。
(5)氮
氮在石油中的含量不超過1%,以自由狀態存在,含量波動很大:從濃度接近於零到幾乎是純凈的氮氣。在比較石油與其他可燃性礦物時通常利用的關系是C/(O+N+S)(表1.2)。
表1.2 可燃性礦物的元素組成
此外,還有維爾納茨基(В.И.Вернадский)確定了磷元素在石油中的存在。在天然氣中存在有很少量的氦元素(He含量為1%~2%,有時可達10%)、氬元素(Ar含量不超過1%,很少達到2%)、氖元素以及其他惰性氣體元素。
在石油中還可以發現很多濃度不高的元素(通常是沉積岩中的元素),例如Si,Al,Fe,Ca,Mg,往往還有 V,Ni,Cu,Sr,Ba,Mn,Cr,Co,B及一些其他元素。
1.1.2.2 同位素
除了研究各種元素在碳氫化合物中的分布以外,為了弄清石油的地球化學史,也非常重視對同位素成分的研究。
(1)碳元素同位素
碳元素有3個同位素12C,13C,14C。在天然化合物中,12C的克拉克值是98.89%,13C的克拉克值是1.108%。這兩個同位素非常穩定,在石油中12C與13C的數量比是91%~94%。同位素14C放射性很強,半衰期是5568±30 a,可以用來確定3萬年以下的各種木質出土文物的年齡。
不同種類的石油中,碳的同位素組成是不同的。低沸點餾分的特點是「輕型碳同位素組成」,沸騰溫度有時超過100 ℃,重度穩定碳同位素的含量隨著餾分干點的進一步升高而降低,但是高於450 ℃時13C/14C的值重新升高。
石油中碳元素總量的同位素組成決定著其他各組分碳同位素的組成以及相互之間的數量關系。對於確定石油的相關性來說,碳同位素組成比其他參數更加可靠。
穩定的重同位素13C的最高濃度出現在含碳的碳酸鹽和二氧化物中,最低濃度則出現在石油中。與碳酸鹽和內生岩中的碳相比,有機物及其衍生品(煤、石油、天然氣)實際上都富含輕同位素12C。
(2)氫元素同位素
氫元素有4個同位素:1H——氕(P),2H——氘(D)和人工合成的3H——氚(T),還有非常不穩定的4H。氚具有放射性,半衰期是12年。氫元素穩定同位素的分布是氕為99.9844,氘為0.0156。P/D的值在3895到4436間波動。
格林貝爾克(И.В.Гринберг)指出,伴生在石油和天然氣中的水含有很高的氘,是由於石油和水中的氫原子發生了同位素置換。
(3)硫元素同位素
硫元素有4個穩定的同位素:32S,33S,34S和36S,同位素豐度(%)(據 Ранкам的資料整理)32S為95.1,33S為0.74,34S為4.2,36S為0.016。32S/34S的值通常在22~22.5之間波動。只是可以根據年齡相同的沉積物質中硫的同位素組成大概地判斷石油品種的相近度及其不同年齡沉積物質的石油的差異性。此外,一些學者指出,相同層位的石油和瀝青通常有著相似的32S/34S值。
(4)氧元素同位素
氧元素有3個穩定同位素。在水中和空氣中的平均豐度(據 Ранкам資料整理)分別是(%)16О為99.760~99.759,17О為0.042~0.0374,18О為0.198~0.2039。通常研究 16О/18О的值用來確定古盆地的水溫。
氮元素有兩個穩定的同位素,平均豐度(據霍葉林克(Хоеринг)資料整理)是(%)14N為99.635,15N為0.365,14N/15N的值為273~277。霍葉林克和穆爾(Г.Мур)確定了含氮天然氣在經過砂岩富集的過程中氮同位素的分餾級別。
上述方法被廣泛地用於可燃性礦物的比較特性、對比與揭示其成因特徵方面。
1.1.2.3 石油及其衍生物中的碳氫化合物
碳元素和氫元素是碳氫化合物的基礎,碳氫化合物的分子結構和大小各異,因此其化學性質和物理性質也各不相同。在石油及其衍生物中有3個碳氫化合物的基本族類。
(1)鏈烷烴
鏈烷烴或者石蠟(甲烷烴)有著通用的分子式CnH2n+2,式中的n可以是從1到60的任意數,隨烴族分子量的增加而增加。這是完全飽和化合物。由戊烷C5H12、己烷 C6H14、庚烷C7H16、辛烷C8H18等組成,分為正辛烷(無支鏈)和異烷烴(有支鏈)。結構中無支鏈的鏈烷烴當n=1~4時呈現為氣體,化合物中n=5~16時是液體,當n>16時是固體。無支鏈的鏈烷烴被稱作正鏈烷烴或者n鏈烷烴(例如CH3—CH2—CH2—CH3)。它們構成同類系列,在分子鏈上每一項都比前一項相差一個碳原子和兩個氫原子。在石油中n鏈烷烴數量被限制,通常低於60,多數情況是從C1到C40,構成石油的 15%~20%。
除了無支鏈的鏈烷烴還有有支鏈的鏈烷烴。例如,有兩個碳原子時(異構烷烴、異鏈烷烴),
俄羅斯東部地區及中國的油氣田
這些同分異構體的組合數量實際上是可以超過百萬的。
上述石油甲烷烴基本是標准形式,比異構化合物相對穩定,因此可以在石油中呈現。
每一種同分異構體都有自己的物理性質和化學性質。因為石油中鏈烷烴和其他種類碳氫化合物的同分異構體呈現出不同的比例關系,所以不同礦床的石油都有自己特有的性質和組成。
一般情況下,石油由二三十種標準的和同分異構體的碳氫化合物組成,其他的則是以微量的形式存在。
(2)環烷烴
環烷CnH2n是含有封閉環狀結構碳原子的碳氫化合物。環烷的環狀結構含有5個或6個碳原子,即環戊烷和環己烷。
俄羅斯東部地區及中國的油氣田
幾乎50%的石油是由環烷碳氫化合物構成的。環戊烷和環己烷結構中的氫原子可能被烴基甲基(CH3)、乙基(C2H5)等取代。這種情況下就得到衍生物(甲基環戊烷、甲基環己烷等),它們構成近2%的石油。
環烷和鏈烷烴一樣被稱作飽和碳氫化合物,因為它們烴鏈中的碳原子是飽和的。
(3)芳烴
芳烴(芳香烴)Cn H2n-6——環狀烴,有1個到4個或者5個芳香環,每個芳香環由6個碳原子和少量的短鏈組成。最普通的代表是苯C6H6,由6組CH組成:
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分離出單周期的芳香烴———本系列裡的單芳烴,二環的 Cn H2n-12 (兩個環),萘系列,以及烴系列,在分子Cn H2n-p中含有3個、4 個或更多的環,其中p隨著環的數量變化而改變。
每一組CH中的氧原子都可以由甲基和其他自由基代替。這樣就構成一系列的碳氫化合物,其中苯環與一個或者幾個直鏈或者支鏈的烴基結合。
石油中芳烴的含量很少超過15%,而且集中在石油的重餾分中。與易溶的烷烴和環烴相比,芳烴非常穩定,具有飽和的特點,主要特徵是置換反應,而不是化合反應。
石油中含有混合的環烴-芳香烴化合物,在石油組分的顯著性上與芳烴一起位居第二。含量占餾分物質(沸點高於210 ℃)的比重在20%~45%之間波動。
此外,在石油中還可以發現開鏈烯烴,通式為CnH2n-2。由於它們具有一個雙鍵,因此可以進行化合反應和聚合反應。屬於這一類型的有乙烯(C2H4)、丙烯(C3H6)、丁烯(C4H8)等。與幾個雙鍵化合物化合叫做聚烯烴。
石油中不存在烯烴,它們存在於石油化工產品中。
1.1.2.4 石油中非碳組分
硫氧氮化合物是石油中的非碳組分,分子式含有氮、硫、氧。在石油中的含量差異巨大:硫佔0.01%~1%(在含硫石油和高含硫石油中達8%),氮佔0.04%~0.6%(在純石油中達1.7%),氧佔0.2%~7%。隨著烴類分子質量的增長,異質原子化合物的含量也在增長,因此異質化合物在輕質原油中很少,而在重質原油中則很多。
1.1.2.5 石油的相似組分
樹脂物質、瀝青烯是石油中一組異質有機高分子化合物,即樹脂-瀝青物質。它們由碳、氫、氧及幾乎一貫存在的硫、氮和金屬組成。樹脂中包括少量的自由酸和樹脂醚,而瀝青烯中含有大量的芳香化合物。含油岩石瀝青中的樹脂和瀝青烯接近石油的相應組分,但不相同。樹脂和瀝青烯在石油中的含量在0到40%之間擺動,取決於石油的成因類型和熱成熟度。
這樣,石油的組分是烷烴和環烴——飽和烴,而芳烴、樹脂和瀝青是不飽和烴。
1.1.2.6 石油分類
石油分為以下幾種類型:石蠟(烷烴)和環烴,如果飽和烴的總含量超過50%。石油含有超過40%的烷烴和環烷烴,這些界限就區分出石蠟石油和混合石蠟-環烴和環烴石油。如果飽和烴的總含量低於50%,而芳香化合物、樹脂和瀝青的總量高於50%,這一類石油就屬於芳香類。在實踐中這一級別分為兩個小類:環烴含量低於25%的芳香-瀝青石油和環烴含量高於25%的芳香-環烴石油。
彼得羅夫以重要殘留烴——標准類異戊二烯結構的烷烴分配時氣液相色譜數據的排列為基礎,制定石油化學標准將石油分為4種基本類型:А1,А2和Б1,Б2。
А1型石油屬於甲烷類石油,在自然界中分布最廣,俄羅斯各大油氣田都有。屬於高產工業石油,主要礦床有羅曼什金諾、薩摩特洛爾。
А2型石油按組分是環烴-石蠟型和石蠟-環烴類。烷烴含量在25%~40%之間。特點是含有1%~6%的異戊二烯型烷烴,而正常的異戊二烯型烷烴含量是0.5%~5%。這種類型石油產於裏海南部(蘇拉汗)、西西伯利亞(薩莫特洛爾、索列寧斯克)、近裏海(卡拉-丘貝)等地。含有這類石油的底部地層很少,基本是在新生代沉積層中;中生代1500~2000 m深處的沉積層中也有少量存在。
Б1型石油按照族的組成屬於環烴型或者環烴-芳香烴基類。特點是不含標准型烷烴和異戊二烯烷烴,含有少量的支鏈型烷烴(4%~10%)。這一類型的石油往往賦存在新生代沉積層500~1000 m的深處。裏海南部和西伯利亞的北部、南部蘊藏的石油屬於這一類型。
Б2型石油的成分是石蠟環烴和環烴,特點是環烷烴含量高,可達60%~75%。藏量比А2型的石油豐富,主要產在新生代1000~1500 m深處的沉積層中。產地主要在喬治亞、北高加索(斯塔羅格羅茲涅斯克、阿納斯塔西葉夫斯克-特羅伊茨克)。
表1.3 天然瀝青分類
卡靈科認為,屬於環烴的還有天然瀝青——天然有機化合物的一個大類,和石油構成一個連續系列,從中可以看出物質從稀薄、黏稠到固態的過渡。根據天然瀝青的油質含量及某些物理性質,將其進行分類(表1.3)。
烏斯賓斯基(Успенский)和穆拉托夫(Муратов)給天然瀝青分類增加了酸瀝青、彈性瀝青和高氮瀝青。酸瀝青是地瀝青風化的產物,彈性瀝青是脂族烴類物質的一個特殊變種,高氮瀝青是利用現代細菌加工技術對石蠟烴進行加工得到的產物,詳見表1.4。
表1.4 天然瀝青的分類
天然瀝青分布廣泛。在每一個產油區都有埋藏瀝青的地層,主要存在於含油層之間,而且在每一個凝析氣層都有。巴基羅夫(Бакиров,1993)指出,從全球范圍來看,天然瀝青與普通石油的儲藏總量大致相同,天然瀝青儲量有可能會超過石油儲量。
1.1.3 石油的物理性質和物化性質
研究石油的性質和組成可以運用各種物理方法、化學方法和物化方法。物理方法用來確定密度、黏稠度、凝固點及石油的含水量。化學方法用來研究催化過程、異構過程等。物化方法採用氣液色譜法、質譜分析法等。
1.1.3.1 密度
密度是描述石油和石油製品的一個重要性質。密度的絕對值取決於樹脂-瀝青組分的含量、石油的化學成分、溶解氣體的含量等。不同種類的石油密度不同,處於0.77~1 g/cm3之間。
1.1.3.2 黏度和流度
黏度和流度是液體受力影響彼此間的摩擦阻力。石油中芳烴和環烴含量越高,黏度就越高。石油的黏度隨著其中輕餾分和溶解氣體含量的增加而升高。在正常壓力下,溫度升高,石油的黏度會降低,而氣體的黏度會升高。
石油的絕對黏度單位是泊,泊值為
俄羅斯東部地區及中國的油氣田
在研究石油時,通常需要確定的不是其絕對值,而是運動黏度(ν),相當於石油的絕對黏度除以其密度(ρ),即ν=η/ρ。
流度是相對黏度的倒數。
1.1.3.3 張力面
張力面是液體對抗自身表面擴張的力。其單位是達因(dyn),引算的是表層密度單位、壓力表層單位。
因為壓力表層是在各種介質交界處測量所得出的數據,其大小與空氣和水有關。相對於空氣來說,各個礦床所產石油的數值也不盡相同,從25.8~31.0 dyn/cm2,相對於水來說,是17.3~27.8 dyn/cm2。
1.1.3.4 沸點
沸點取決於烴的成分:烴類分子組成中碳原子的數量越多,烴的沸點就越高。烴的沸點見表1.5。
表1.5 烴類的沸點(℃)
從表1.6可以看出,前5個烴族在一般的大氣條件下處於氣態。研究沸點溫度用於分餾石油。根據沸點分離出下列餾分:
1)原油~60 ℃;
2)汽油~200 ℃;
3)煤油~300 ℃;
4)氣體~300-400 ℃;
5)潤滑油>400 ℃;
6)地瀝青>500 ℃。
1.1.3.5 燃燒值
燃燒值指1 kg石油完全燃燒時釋放出的卡路里數量。其中,完全燃燒是指產生出二氧化碳和水。表1.6列出了一些礦床的石油燃燒值。
表1.6 石油的密度及燃燒值
1.1.3.6 顏色
石油的顏色非常豐富:有無色(產自蘇拉哈內油田上新世中期上部地層)、淺黃色(產自馬爾科夫斯基油田的寒武紀地層)、黃色(艾木貝的侏羅紀沉積層)、黑褐色(羅麻什金斯克油田的泥盆紀沉積層)及接近黑色(古謝夫斯基油田的奧陶紀沉積層),還有的在日光下呈現淺綠色(格羅茲寧斯克),也有的呈現淺藍色(巴京斯克)。
1.1.3.7 光澤
各種因素導致的冷發光,分為熒光和磷光。熒光是物質在受激發停止不超過10-7秒的時間內直接發出的光。如果發光持續時間較長就是通常所說的磷光。在紫外光照射下輕質原油發出強烈的藍色光,重質原油發黃褐色和褐色光。為了比較不同種類石油發光的顏色和亮度,往往採用質量發光分析法。
1.1.3.8 旋光性
指當偏光通過石油時能使偏光面的位置產生小角度偏轉的特性。石油一般多為右旋,少數為左旋。旋轉的角度從幾度到零度不等。光旋轉的大小隨著石油年齡的減小而減小。
1.1.3.9 導電性
石油及石油製品是電介質,不能導電。
1.1.3.10 分子量
表1.7 石油餾分分子量
石油的分子量是它的餾分分子量的算術平均數,從240到290不等。最重的石油餾分是樹脂和瀝青,分子量是700~2000。表1.7列舉了各種石油餾分的分子量。
1.1.3.11 熱擴散系數
石油具有在加熱條件下膨脹的性質,與其組成成分有關。在自然條件下,石油並不總是完全被天然氣充填。石油分解出所含天然氣時受到的壓力(常溫條件下)叫做飽和壓力。
1.1.3.12 逆行溶解
指石油融化在天然氣中。液態的碳氫化合物在壓力增加的條件下能夠溶解在天然氣中,轉化為氣態,形成天然氣凝析混合氣(礦床)。極少情況下石油溶解在甲烷中。極限碳氫化合物充盈進甲烷時,其溶解能力增強。隨著碳氫化合物分子量的增大石油的溶解力下降。最不易溶解的是樹脂和瀝青。
1.1.3.13 石油的氣體飽和度
它決定著石油礦床中天然氣的含量,用m3表示。溶解在石油中的天然氣數量取決於石油和天然氣的成分以及溫度與壓力。根據薩維那婭(Cавиная)和維利霍夫斯基(Велиховский)的資料,在同樣條件下,液態碳氫化合物的分子中如果含有相同數量的碳原子,最易溶解烴氣的是烷烴,其次是環烷烴,最難溶解的是芳香烴。
1.1.3.14 石油的地球化學演變
地下石油的組成和性質具有強烈的多變性,這取決於一系列的因素:① 組成石油的有機物退化的成分和程度;② 聚集過程的特點;③ 地下石油的賦存條件(溫度和壓力),也就是地質因素(埋藏層深度、石油年齡、水文地質條件、圍岩沉積岩石學)。
眾所周知,石油的組成和性質與其年齡無關,而是取決於圍岩礦層的深度(Бакиров,1993)。早在1934年,美國科學家巴爾托(Бартон)就指出,很多油田的輕質烷烴石油埋藏於比較深的古老儲油層中。隨著深度的增加,石油的密度和黏稠度在減小,成分中碳氫化合物的濃度在升高,熱動力條件更加穩定,烷烴和環烷烴的含量升高,芳香烴的含量明顯降低。正如多林諾(Долинко,1990)所指出的:同一岩層的油層,如果埋藏深度不同,那麼環烷總量中環戊烷的數量隨著岩層溫度的升高而減少,同時環烷的總量也在減少。同樣隨埋藏深度發生變化的還有相同年齡中n-乙烷的含量(參見表1.8)。
表1.8 相同年齡的石油中n-乙烷含量與埋藏深度的關系
卡爾采夫(Карцев,1978)以大量礦床為例,指出剖面底部石油的密度在減小,輕質餾分的逃逸在增加,樹脂和硫的數量在減少。總的來說,石油年齡越古老,其中的輕質餾分就越多。的確應該考慮礦床的構造狀況:地台的古老沉積層的石油埋藏越淺,年輕的地向斜區域越廣,因為沒有經歷高溫高壓的作用。
石油的熱動力轉化是在高溫高壓下進行的。由於溫度和壓力的影響,石油的深度變質在地球內部的深處進行,輕餾分的穩定化合物不斷聚集和豐富。烷基碳氫化合物中最穩定的是甲烷;液態和固態的碳氫化合物中是芳香烴(苯、萘)和混合稠環烴。因此,在大約200 ℃的條件下,大多積聚的是甲烷和稠環烴。
最後,石油的熱動力轉化導致碳氫化合物的石蠟化以及環烷烴的被破壞,這個過程一直持續到石油消失,只殘留著甲烷和固態的碳氫化合物。自然界中的所有石油都經歷過這個過程。
石油的氧化有兩條途徑:① 自由氧條件下的多氧氧化;② 有氧化合物條件下的乏氧氧化(Бакиров,1993)。
多氧氧化發生在近地表的礦層,石油與各種富氧水的接觸帶,也就是表生作用帶。表生作用帶的厚度和表生變質的程度不固定,取決於礦層的深度和石油積聚的范圍、地質及水文地質特性,以及一系列其他因素。
乏氧氧化是在含有氧及細菌的化合物作用下發生的。含有細菌的化合物是使碳氫化合物組分氧化的石油。在這種情況下,石油的氧化只發生在局部,因為細菌只能在80 ℃~90 ℃的溫度條件下存在,出現在礦化度不超過200 g/L的層間水中。實際上,甲烷在乏氧條件下沒有經歷氧化。
石油的微生物轉化發生在有來自於表層的滲透水穿透的礦層,這些滲透水可以攜帶氧和微生物機體,它們利用氧以及在物質交換中吸收某種碳氫化合物。
在無氧條件下,某些細菌為了保證自己的需要恢復為硫酸物,往往生成單體硫。有時在鹽洞存在著單體硫,這種鹽洞是生物退化形成的原油。
礦層中石油成分形成的一個因素是其在聚集過程中的物理分餾作用(Бакиров,1993)。
在橫向運移的過程中,石油變得更加緻密黏稠,其中的環烷含量增高,而在汽油餾分中的石蠟烴含量減少。
在石油的垂直運移過程中,尤其是處於射流狀的情況下,在沿著通向地球表面的裂隙里密度也可能加大。如果從最底部的油層往上運移過程中發生局部溢流,石油的密度就會降低,同時在運移過程中石油不僅可能失去碳氫化合物餾分,而且非碳氫化合物的組分也會散失,這取決於岩石的吸附作用。石油的芳香烴可能會失去其原始質量的48%~53%,石蠟烴被岩石吸附的數量不超過20%~30%。
石油分異時在礦層內部密度往往隨著深度增加而加大。
可以證實的是,石油的組成、特性及其演化程度取決於下列因素:① 有機物質原始組成的特性;② 油田的地質構造特點;③ 熱動力及表生變化;④ 運移過程。
⑩ 「綠色石油」是什麼
綠色植物中作為燃料使用最有價值的是纖維類生物質,它包括纖維素、半纖維素、木質素三種成分。這是地球上分布最廣的化合物。但纖維類的熱值較低,每公斤只有4200千卡,利用率不高。而可以高效利用生物質能的最佳途徑是把生物質轉化為液體燃料和氣體燃料。為了提高其利用率,人們採取多種措施,利用技術手段把它們加工成其他燃料形式,如固體燃料,典型的是木炭,其燃燒值可提高近100%,達到每公斤8000千卡;液體燃料,如甲醇,熱值每公斤為4650千卡,乙醇(酒精),熱值提高到每公斤6400~7000千卡;氣體燃料,如氫,熱值為每公斤28900千卡,一下子提高了7倍,甲烷,熱值為每公斤6200千卡。
從上述實驗數據可見,把植物纖維素進行一定加工改造後,可大大提高其效能,可以成為更為靈活方便而高效的燃料能源。
用植物造酒精是否可行呢?回答是肯定的。其實,用木材造酒精的技術並非新發明,早在二次大戰之前,就已有「木材酒精」作為液體燃料供應汽車使用了。我國早在1946年,我們人民空軍在東北老航校對,也曾使用過酒精作為飛機發動機的燃料進行飛行訓練。其酒精很多也是來源於木材。
現在人們把燃料酒精叫做「綠色石油」,就是由於這種燃料來源於綠色植物。各種水果、甜萊、甘蔗、甜高梁、糧食、木薯、玉米芯、秸桿、稻草、木片、鋸屑、草類以及許多含纖維素的原料,都可提取乙醇(酒精)。酒精作為燃料,對環境的污染比汽油、柴油都小得多;生產成本與汽油差不多;用20%的酒精和汽油混合使用,汽車發動機可以不必改裝。
隨著現代生物技術的發展,酶制劑工業不斷擴展,許多發達國家的酒精生產普遍採用澱粉酶代替麩曲和液體曲,用酶法糖化液生產酒精發酵率竟高達93%,大大提高了出酒率。目前國外發酵生產酒精的澱粉出酒率一般約為56.3%。
現在看來,有可能用乙醇(燃料酒精)作為礦物燃料的最佳替代能源。許多國家的經驗表明,燃料酒精完全可以作為內燃機燃料替代石油,而且其來源不會枯竭。酒精的熱值雖比石油低30%,但每公斤也有7000千卡。據1991年最新科學研究表明,生產1加侖酒精需要56000個熱量單位,而1加侖酒精至少可以產生76000個熱量單位,使有用能量增加20%。若在乙醇里摻入10%的汽油,燃燒後的一氧化碳可大大減少。
利用哪種纖維素提取燃料酒精,也要根據各國的資源情況而定,各國酒精工業的生產各具特色,有的國家森林面積大,造紙工業發達,就採用亞硫酸鹽紙漿廢液發酵生產酒精,如北歐的瑞典、挪威、芬蘭三國。而南美的巴西、古巴等國盛產甘蔗,則全都用甘蔗糖作原料生產酒精。
巴西是發展燃料酒精工業最快的國家之一。近些年來,巴西在推用酒精汽車燃料方面,已經取得很大成績。在巴西全國已普遍使用酒精或使用由60%的酒精和33%的甲醇、7%的汽油混合液體燃料作為汽車用燃料。早在1975年,巴西就實施了「國家乙醇生產計劃」。到1981年時,專門用300萬公頃農田種植甘蔗、番薯樹,有近300家工廠專門從事生產酒精,僅一年就生產12億加侖,絕大部分用於汽車燃料,約占該國汽車燃料的50%。巴西還進行了固定化酶利用技術的研究,以便更有效地利用木薯生產乙醇。巴西政府十分重視用乙醇取代石油工作,現在巴西正在繼續用發酵工藝從植物中獲取酒精,生產水平穩步上升,1噸甘蔗已可生產出65升純度為96%的酒精。1公頃土地種植甘蔗,可提取相當於28噸石油的酒精。
紐西蘭科學家對植物能源進行了深入研究,他們發現植物通過化學分解後,可以得到氫氣、沼氣和酒精。他們還認為,在這方面最有發展前途的是飼料甜菜、紫苜蓿和松樹。這些專家預測,到2000年,僅從松樹中提取的能源就可滿足紐西蘭全國運輸部門全部燃料的需要。
瑞典對植物能源抱有更大的期望,1980年就制訂了一項新的能源計劃。計劃規定,樹木將成為瑞典的新能源。隨即,在全國種植了300公頃「能源樹」。這些樹的主要用途就是研製酒精燃料。這樣,瑞典每年可獲得300萬噸樹汁,轉變成酒精後,將相當於瑞典每年石油消耗量的50%。在北部地區種植了大片柳樹、赤楊,1~2年就可快生成材。
澳大利亞也准備用當地生長的桉樹用發酵工藝生產酒精。
美國是居世界第二位的酒精燃料生產國。1983年生產總量就已達3.75億加侖,佔全國汽車總耗油量的5‰。早在1977年,美國能源部就制訂了「國家酒精燃料計劃」,其短期目標是用剩餘農產品玉米進行發酵生產酒精,以代替汽油作為汽車燃料,其長遠目標是實現純酒精發動機的實用化,預計到2000年,將有相當一部分汽車實現純酒精化。據報道,美國目前銷售的汽車汽油中,實際上70%是「酒精汽油」,就是1/10酒精和9/10汽油的混合型燃料。
日本在1979年也制訂了「石油代用品16年開發計劃」,其中主要是以製取酒精作為研究課題,有7家私營公司參加,開發使用細菌的高速發酵設備,以加速酒精燃料的生產。
印度也很重視生物技術在酒精生產中的發展。1991年印度羅迪加爾微生物研究所經過4年研究,研製出一種培養新酵母品系的方法,使酒精產量翻一番。這種新酵母品系以92%的效率把糖漿轉化為酒精,在不到48小時內,可生產出濃度12%~16%的酒精發酵醪液。印度生物技術部已在各酒精廠推廣這一新技術。
其他國家,如德國、加拿大、印尼、菲律賓等國,也都對用植物生產酒精燃料十分重視,並先後開展了這方面的開發研究工作。