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石油的组成元素主要是碳、氢、氧、氮、硫五种。其中主要是碳和氢两种元素：碳的含量（质量分数）占84%~87%，氢的含量占11%~14%。除上述五种主要元素外，在石油中还发现有极微量的金属元素和其他非金属元素。
通常，将燃料油的元素组成表示为：碳（C）、氢（H）、氧（O）、氮（N）、硫（S）、灰分（A）和水分（M），如果用符号表示油中各收到基成分的质量分数，则可表示为：
Car+Har+Oar+Nar+Sar+Aar+War=100%
一般石油的水分含量较高，运输前要经过脱水处理，规定含水量（质量分数）应小于2%。燃料油中的水分一般是有害的，水分过高会管道或设备腐蚀，增加排烟损失和输送动力消耗量等。当水分不均匀的混在油中，出现油水分层时，危害更大，它会使炉内火焰脉动。因此，必须对燃料油进行脱水。但是，如果水分呈乳化状态均匀地混在燃料油中，不仅不会破坏火焰的连续性，相反的，有时还能提高燃烧效率。
除掉水分，剩下的组成油的干基成分，其质量分数用符号表示时如下：
Cd+Hd+Od+Nd+Sd+Ad=100%
灰分有时用干基成分表示。干基灰分和收到基灰分的换算关系如下：
Ad= Aar﹒100/(100-War)
其他成分的换算关系与上式类同。
石油中灰分的含量很少，通常其质量分数不到0.05%，但是灰分对锅炉的影响却很大。燃油锅炉的积灰常常比煤粉炉还要严重，过热器上积灰有时还会引起高温腐蚀，积灰对低温腐蚀也有影响。
除了灰分外，油中还有一些机械杂质。石油产品中不溶于汽油或苯的全部沉淀状态或悬浮状态的物质，称为机械杂质。它是在开采、运输、储存过程中混入的。机械杂质会磨损设备，赌赛喷嘴，影响锅炉的正常运行。因此，必须用过滤器将它清除掉。
把水分和灰分都去掉后，就得到油的干燥无灰基成分，其质量分数组成表示为：
Cdaf+Hdaf+Odaf+Ndaf+Sdaf=100%
对于同一油田的产品，干燥无灰基成分比较稳定。以碳为例，其干燥无灰基成分和收到基成分的换算关系按照下式计算：
Cdaf = Car﹒100/(100-Aar-War)
其他成分的换算关系与上式类同。
和其他燃料一样，燃料油中的主要可燃元素是碳和氢。它们结合组成各种碳氢化合物，简称烃。氢是燃料中一种有利的元素。1Kg氢燃烧放出的热量比1kg碳多3.5倍，而且燃料中含氢量越多，越容易着火，燃烧性能越好。燃料中碳和氢的含量之比叫做碳氢比。
燃料油中的碳氢比在6~9之间，而无烟煤的碳氢比则可超过20。碳氢比高的燃料油，密度常常大一些，发热量常常低一些，在燃烧过程中，相同条件下产生的炭黑量也要多一些。
石油中含的氧和氮一般很少，氧的含量（质量分数）约为0.1%~1%；氮的含量一般在0.2%以下，很少超过0.5%。绝大部分氧、氮的化合物成胶态沥青状物质存在。
石油中的硫一般以化合物的形式存在，但大部分都不稳定，受热易分解，80%的硫残留在提取后的重油中。在燃料油中，硫可以以元素硫、硫化氢、硫醚、噻吩等形式存在。
硫虽然也在燃烧，产生一定热量，但是，留在燃烧后生产二氧化硫或三氧化硫，这些气体是有毒的，排至大气中会污染环境。并且，其中一部分可与烟气中的水蒸气反应生成硫酸，对燃油锅炉尾部低温部分的金属和烟囱会产生腐蚀作用。
根据含硫量的多少，可以将石油分为低硫油、中硫油和高硫油。一般以含硫量（质量分数）在0.5%以下为低硫油，在0.5%~2%之间为中硫油，高于2%的为高硫油；也有以0.5%~1%之间的为中硫油，高于1%的为高硫油。我国大庆石油属于低硫油，胜利油田属于中硫油，而中东石油则属于高硫油。
