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石油化學(xué)petroleum chemistry

時間：2020-03-01 來源：網(wǎng)絡(luò) 瀏覽：
研究石油的組成、性質(zhì)以及在加工成為燃料、潤滑劑和石油化學(xué)品過程中的化學(xué)問題的一門學(xué)科。它和有機(jī)化學(xué)、物理化學(xué)及分析化學(xué)有密切的聯(lián)系。其領(lǐng)域大體包括：石油及其產(chǎn)品的化學(xué)組成與性質(zhì)；石油中烴類和非烴類的反應(yīng)，尤其是催化轉(zhuǎn)化反應(yīng)；石油加工過程的化學(xué)理論基礎(chǔ)；以及合成燃料、合成潤滑油、石油產(chǎn)品添加劑、石油化學(xué)品合成的化學(xué)原理等。有時，將石油油田化學(xué)也包括在本學(xué)科之內(nèi)。在日本，石油化學(xué)一詞則相當(dāng)于中國的石油化工。
　　沿革 　石油化學(xué)的研究始于20世紀(jì)初期，以美國和蘇聯(lián)為發(fā)源地。美國化學(xué)學(xué)會于1922年成立石油化學(xué)分會一事，可認(rèn)為是石油化學(xué)學(xué)科形成的標(biāo)志。美國石油學(xué)會(API)的第6號課題組自1928年開始進(jìn)行的石油組成研究工作是具有開創(chuàng)性的。此研究工作的結(jié)果由F.D.羅西尼等整理匯編為專著《石油中的烴類》。20世紀(jì)中葉起，石油加工技術(shù)發(fā)展迅速，隨之石油化學(xué)在深度和廣度上均有很大進(jìn)展。研究的對象從汽油、煤油、柴油、潤滑油餾分進(jìn)而至減壓渣油；研究的手段從一般的常規(guī)方法，更新為以現(xiàn)代物理分析測試為主的方法；研究的領(lǐng)域也從化學(xué)組成和轉(zhuǎn)化反應(yīng)擴(kuò)展到石油化學(xué)品的合成。
　　石油的組成 　石油是一種多組分的復(fù)雜混合物，包括烴類及非烴類。
　　烴類 　石油中包括：①烷烴，含量隨餾分沸點(diǎn)升高而逐漸減少。正構(gòu)烷烴和異構(gòu)烷烴都存在。后者主要是單取代基異構(gòu)物，支鏈較短且大多靠近鏈端。②環(huán)烷烴，主要是五元和六元環(huán)烷烴的衍生物。低沸點(diǎn)餾分中以單環(huán)為主，中沸和高沸點(diǎn)餾分中還有雙環(huán)和多環(huán)環(huán)烷烴。③芳烴，含量隨餾分沸點(diǎn)升高而增多，環(huán)數(shù)也增多。大多帶有烷基側(cè)鏈，鏈的長度不一。在高沸點(diǎn)餾分中還常并連有環(huán)烷環(huán)（環(huán)烷-芳烴）。
　　非烴類 　存在于石油中的有：①含硫化合物，是石油中主要的非烴化合物。各種原油的含硫量差異很大，少的只有萬分之幾，多的可達(dá)百分之幾。在同一石油中硫化物含量隨沸點(diǎn)升高而增多。硫的存在形態(tài)已確定的有：元素硫、硫醚、硫醇、噻吩及其同系物等。②含氮化合物，一般在萬分之幾至千分之幾，主要集中在高沸點(diǎn)餾分及渣油中。有堿性含氮化合物（吡啶、喹啉的同系物）和非堿性含氮化合物（吡咯、吲哚、咔唑類）。含氮化合物在石油貯存過程中易生成膠質(zhì)，在加工過程中能引起催化劑中毒。③含氧化合物，含量很少，存在形態(tài)以環(huán)烷酸為主，脂肪酸和酚的含量很少。低分子環(huán)烷酸能腐蝕金屬設(shè)備。④膠狀、瀝青狀物質(zhì)，存在于高沸點(diǎn)餾分和渣油中，是以稠合芳環(huán)為核心，連有環(huán)烷環(huán)和烷基側(cè)鏈、并有各種雜原子基團(tuán)的復(fù)雜大分子化合物。其中不溶于低分子正構(gòu)烷烴而溶于苯的組分稱為瀝青質(zhì)。⑤金屬化合物，以油溶性金屬有機(jī)化合物或絡(luò)合物形態(tài)存在，集中在渣油中。金屬元素有鎳、釩、鐵、銅等，鎳和釩的含量從幾個ppm到幾百ppm，相當(dāng)部分以卟啉絡(luò)合物形式存在。
　　烴類的化學(xué)反應(yīng) 　分為熱反應(yīng)和催化反應(yīng)兩類。
　　熱反應(yīng) 　烴類在約450℃開始即有明顯的熱反應(yīng)(包括裂解和縮合)。在加熱條件下，烷烴主要發(fā)生碳鏈斷裂，生成碳數(shù)較少的烷烴和烯烴；環(huán)烷烴主要發(fā)生側(cè)鏈斷裂和環(huán)烷環(huán)開裂反應(yīng)；芳烴除側(cè)鏈斷裂外還發(fā)生縮合反應(yīng)生成稠環(huán)芳烴直至焦炭（見石油焦），芳香環(huán)本身則很難開裂。
　　催化反應(yīng) 　烴類在各種不同催化劑作用下發(fā)生下列反應(yīng)：①催化裂化反應(yīng)，以硅酸鋁為催化劑，主要發(fā)生裂化反應(yīng)。②加氫和脫氫反應(yīng)，以鉑、鎳等金屬為催化劑可使芳烴和烯烴加氫成為相應(yīng)的飽和烴，也可使烷烴脫氫為烯烴或使環(huán)烷烴脫氫生成芳烴。③異構(gòu)化反應(yīng)，在三氯化鋁等催化劑（見固體酸催化劑）作用下，可使正構(gòu)烷烴轉(zhuǎn)化為異構(gòu)烷烴。④烷基化反應(yīng)，用硫酸、氫氟酸為催化劑，可使異構(gòu)烷烴與烯烴或芳烴與烯烴進(jìn)行加成反應(yīng)，生成較大分子的異構(gòu)烷烴或烷基芳烴。⑤烯烴疊合反應(yīng)，各種低分子烯烴可用磷酸等催化劑（見酸堿催化劑）轉(zhuǎn)化為較大分子的烯烴。⑥氧化反應(yīng)，在催化劑作用下可使烷烴氧化為醇類、醛類、酮類或羧酸類等化合物。
 
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