石油是一種有氣味的棕黑色或黃褐色粘稠狀液體，密度與組成有關，相對密度大約在0.75～1.0。有些油田常伴生油田氣。石油是由分子量。不同、組成和結構不同、數量眾多的化合物構成的混合物，其中化合物的沸點從常溫到500℃以上均有。石油中含量最大的兩種元素是c和H，其質量含量分別為碳83％～87％、氫11％～14％，兩者主要以碳氫化合物形式存在。其他元素的含量因產地不同而有較大的波動，硫含量0.02％～5.5％，氮含量0.02％～1.7％，氧含量0.08％～1.82％。而Ni、V、Fe、Cu等金屬元素只含微量，由十億分之幾到百萬分之幾。在地下與石油共存的水相中溶有 K、Na、Ca、Mg等的氯化物，易于脫除。石油中的化合物可以分為烴類、非烴類以及膠質和瀝青三大類。
(1)烴類化合物烴類即碳氫化合物，在石油中占絕大部分，約幾萬種。
①鏈式飽和烴。含量最多，有正構烷烴和異構烷烴，前者多于后者，兩者在石油中約占50％～70％(質量)，僅有極少數油田的石油中鏈烷烴低于10％～15％。C1～C4烷烴是溶解在石油中的氣態烴，C5～C16烷烴為液態，C17及以上烷烴為溶解在液態烴中的固態烴。
②環烷烴。含量僅次于鏈烷烴，具飽和環狀結構，多為五員環和六員環的單環結構，例如環戊烷和環己烷及其帶側基的衍生物，此外還有少量雙環和三環結構的環烷烴。
③芳香烴。具不飽和環狀結構，有單環的苯系芳烴(苯、甲苯、二甲苯、乙苯及其他苯的衍生物)、雙環的萘及其衍生物(例如甲基萘、其他烷基萘)和聯苯系芳烴，以及三個或三個以上苯環疊合在一起的稠環芳烴。
以上烴類化合物都是有機化工的基本原料，許多烴類還是汽油、航空煤油、柴油的組分。
石油中幾乎沒有烯烴和炔烴這兩類化合物，然而它們卻是石油化工的重要原料.尤其是烯烴更為重要，只有通過對石油的化學加工才能獲得這些化合物。
(2)非烴化合物含有碳、氫及其他雜原子的有機化合物。
①硫化物。多為有機硫化物，例如硫醇(RSH)、硫醚(RSR)、二硫化物(RSSR)、噻吩(C4H4S硫雜環化合物)及其衍生物等。硫醇沸點較低，原油經蒸餾加工后，硫醇多存在于汽油、煤油產品中；硫醚和部分二硫化物則在中等沸程餾分(如柴油)中；二硫化物、噻吩等則多留在高沸程的重油、渣油和瀝青中。
②氮化物。多為吡啶、喹啉、氮雜蒽、吡咯、咔唑等不飽和氮雜環結構的有機物，它們的沸點較高，石油加工后多留在沸點高于500℃的渣油中。
③含氧化合物。有環烷酸、酚類和很少量的脂肪酸，總稱為石油酸。其中環烷酸含量較多，在石油加工分離后，環烷酸多存在于250～400℃沸程的餾分中。分離出來的石油酸是很有用的化工原料。
④金屬有機化合物。含量甚微，主要以金屬絡合物的形式存在，像金屬卟啉(一種含C、H、N和金屬元素的大分子結構)就是一種重要結構單元。有機金屬絡合物的沸點也較高，在高溫加熱處理中發生分解，生成的金屬沉積在設備內或催化劑表面，造成污垢，并使產品產率下降。
非烴化合物的含量雖然很低，但對石油加工過程以及石油產品的性質有很大影響，有的還使催化劑中毒，有的會腐蝕管道和設備，有的使用時污染環境等等。所以在石油加工時均應該預先將其脫除和回收利用。脫硫、脫氮、脫金屬是石油化學加工重要的過程之一。
(3)膠質和瀝青質原油經蒸餾加工后，沸點高于500℃的餾分是渣,油，在渣油中含有相當數量的膠質和瀝青質，它們是由各種結構不同、分子量很大的化合物組成的混合物，多為稠環環烷烴、稠環芳香烴和含S、N等雜原子的環狀化合物。

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