石油化學

石油化學是一門關於石油天然氣及其產品的化學性質、組成與結構、石油加工過程中烴類和非烴類的轉化反應和化學原理以及研究方法的學科。涵蓋了有關石油內燃氣的內容，主要內容包括：石油天燃氣成因與組成、石油天然氣分類、石油天然氣性質、石油天然氣生產、石油組分分離和組成、石油產品性質、石油化工產品性質、天然氣化工產品性質、石油生產環境保護等。

石油化學是研究有關石油的化學，其中包括：油田化學、煉油工程、天然氣、油氣儲運、油田地面工程、海洋石油、石油經濟管理等。

石油是一種多組分的複雜混合物，包括烴類及非烴類。

• 烴類

石油中包括：

烷烴，含量隨餾分沸點升高而逐漸減少。正構烷烴和異構烷烴都存在。後者主要是單取代基異構物，支鏈較短且大多靠近鏈端。

環烷烴，主要是五元和六元環烷烴的衍生物。低沸點餾分中以單環為主，中沸和高沸點餾分中還有雙環和多環環烷烴。

含量隨餾分沸點升高而增多，環數也增多。大多帶有烷基側鏈，鏈的長度不一。在高沸點餾分中還常並連有環狀烴（環烷烴-芳香烴）。

1.

烷烴，含量隨餾分沸點升高而逐漸減少。正構烷烴和異構烷烴都存在。後者主要是單取代基異構物，支鏈較短且大多靠近鏈端。

2.

環烷烴，主要是五元和六元環烷烴的衍生物。低沸點餾分中以單環為主，中沸和高沸點餾分中還有雙環和多環環烷烴。

3.

含量隨餾分沸點升高而增多，環數也增多。大多帶有烷基側鏈，鏈的長度不一。在高沸點餾分中還常並連有環狀烴（環烷烴-芳香烴）。

• 非烴類

存在於石油中的有：

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，多的可達百分之幾。在同一石油中硫化物含量隨沸點升高而增多。硫的存在形態已確定的有：元素硫、硫醚、硫醇、噻吩及其同系物等。

含氮化合物，一般在萬分之幾至千分之幾，主要集中在高沸點餾分及中。有鹼性含氮化合物（吡啶、喹啉的同系物）和非鹼性含氮化合物（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，在加工過程中能引起。

含氧化合物，含量很少，存在形態以環烷酸為主，脂肪酸和酚的含量很少。低分子環烷酸能腐蝕金屬設備。

膠狀、瀝青狀物質，存在於高沸點餾分和渣油中，是以稠合芳環為核心，連有環烷環和烷基側鏈、並有各種雜原子基團的複雜大分子化合物。其中不溶於低分子正構烷烴而溶於苯的組分稱為瀝青質。

金屬化合物，以油溶性金屬有機化合物或絡合物形態存在，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，相當部分以卟啉絡合物形式存在。

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，多的可達百分之幾。在同一石油中硫化物含量隨沸點升高而增多。硫的存在形態已確定的有：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，主要集中在高沸點餾分及中。有鹼性含氮化合物（吡啶、喹啉的同系物）和非鹼性含氮化合物（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，在加工過程中能引起。

3.

含氧化合物，含量很少，存在形態以環烷酸為主，脂肪酸和酚的含量很少。低分子環烷酸能腐蝕金屬設備。

4.

膠狀、瀝青狀物質，存在於高沸點餾分和渣油中，是以稠合芳環為核心，連有環烷環和烷基側鏈、並有各種雜原子基團的複雜大分子化合物。其中不溶於低分子正構烷烴而溶於苯的組分稱為瀝青質。

5.

金屬化合物，以油溶性金屬有機化合物或絡合物形態存在，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，相當部分以卟啉絡合物形式存在。

分為熱反應和催化反應兩類。

• 熱反應

烴類在約450℃開始即有明顯的熱反應(包括裂解和縮合)。在加熱條件下，烷烴主要發生碳鏈斷裂，生成碳數較少的烷烴和烯烴；環烷烴主要發生側鏈斷裂和環烷環開裂反應；芳烴除側鏈斷裂外還發生縮合反應生成稠環芳烴直至焦炭（見），芳香環本身則很難開裂。

• 催化反應

烴類在各種不同催化劑作用下發生下列反應：

反應，以硅酸鋁為催化劑，主要發生裂化反應。和反應，以鉑、鎳等金屬為催化劑可使芳烴和烯烴加氫成為相應的飽和烴，也可使烷烴脫氫為烯烴或使環烷烴脫氫生成芳烴。

反應，在三氯化鋁等催化劑（見）作用下，可使正構烷烴轉化為異構烷烴。

反應，用硫酸、氫氟酸為催化劑，可使異構烷烴與烯烴或芳烴與烯烴進行加成反應，生成較大分子的異構烷烴或烷基芳烴。

反應，各種低分子烯烴可用磷酸等催化劑（見）轉化為較大分子的烯烴。

反應，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。

石油化學的研究始於20世紀初期，以美國和蘇聯為發源地。美國化學學會於1922年成立石油化學分會一事，可認為是石油化學學科形成的標誌。美國石油學會（API）的第6號課題組自1928年開始進行的石油組成研究工作是具有開創性的。此研究工作的結果由F.D.羅西尼等整理彙編為專著《石油中的烴類》。20世紀中葉起，石油加工技術發展迅速，隨之石油化學在深度和廣度上均有很大進展。研究的對象從汽油、煤油、柴油、潤滑油餾分進而至減壓渣油；研究的手段從一般的常規方法，更新為以現代物理分析測試為主的方法；研究的領域也從化學組成和轉化反應擴展到石油化學品的合成。