石油(petroleum)從油田里開采出來未經加工處理叫原油。石油是古代海洋或湖泊中的生物經過漫長的演化形成的,埋藏在地下的天然礦產資源,屬于化石燃料。石油含有的元素主要有碳、氫、硫、氮、氧等,以烷烴、環烷烴、芳香烴等形式存在。石油儲存在地殼上層部分,多分布于低地和盆地,如山間盆地、濱海及近海大陸架等地區。石油通常為流動或半流動的黏稠液體,有紅、金黃、墨綠色、黑、褐紅甚至透明等多種顏色,一般具有特殊氣味,相對密度一般在0.8~0.98,各地石油凝點差別更大,其沸點為常溫到500°C以上。石油不溶于水,易溶于有機溶劑,局部溶于乙醇。
石油被稱為“工業的血液”,是當今世界最重要的能源,是僅次于煤的化石燃料,又是近代有機化工工業的重要原料。石油除了作為燃料,還被作為溶劑、潤滑劑,生產石蠟、瀝青等。石油化工亦可生產出數千種化工產品,如塑料、合成纖維、合成橡膠、合成洗滌劑、染料、醫藥、農藥、炸藥和化肥等等。
主要特征
礦物組成
石油是碳氫化合物的混合物,含有1~50個碳原子的化合物,其主要成分是碳(83%~87%)、氫(11%~14%)兩種元素,還含有少量的硫(0.06%~0.8%)、氮(0.02%~1.7%)、氧(0.08%~1.82%),這些元素以碳氫化合物及其衍生物形態存在,包括烷烴(如甲烷、正丁烷)、烯烴(如乙烯、丙烯、丁二烯)、環烷烴(如環戊烷、環己烷)、芳香烴(如苯、甲苯、二甲苯等)、含硫化合物(如硫醇、硫醚、噻吩等)、含氮化合物(如吡啶、吡咯等)、含氧化合物(如苯酚、環烷酸等)等,相對分子質量為幾十到幾千。在石油中已鑒定出的烴類化合物在230種以上,從溶有天然氣的石油平均成分看,鏈烴約占53%,閉鍵烴約占31%,芳香烴約占16%。有的石油中還可能有氯、碘、、磷、硅等微量非金屬元素和鐵、釩、、銅、鎂、鈦、鈷、鋅等微量金屬元素,以及不溶解的水分。
理化特征
石油通常為流動或半流動的黏稠液體,埋藏在地下儲油層中以液態存在,在地表壓力和混合狀態條件下,仍然為液態或半固態形式存在。因產地不同,甚至同一產地的采油層位不同,石油的顏色、密度、黏度及凝點等性質有較大差別。石油的成分主要有:油質(這是其主要成分)、膠質(一種黏性的半固體物質)、瀝青質(暗褐色或黑色脆性固體物質)、碳質。石油的顏色非常豐富,有紅、金黃、墨綠色、黑、褐紅甚至透明,其顏色是它本身所含膠質、瀝青質的含量,含的越高顏色越深。石油一般具有特殊氣味,相對密度一般在0.8~0.98,各地石油凝點差別更大,高的達30℃,低的為-50℃。其沸點為常溫到500°C以上。石油不溶于水,但可與水形成乳狀液;易溶于有機溶劑,如苯、醚、四氯化碳等,局部溶于乙醇。石油之所以在外觀和物理性質上不同,其根本原因是由于化學組成不完全相同。
石油具有可燃性,其標準燃料系數為1.4286,平均低位發熱量為41.87 MJ/kg。
形成原因
石油成因對勘探油氣資源有著重要的理論指導意義,人們一直在進行研究。不過,由于石油成分復雜且能夠流動,使得石油的成因研究更加困難。人類提出了各種假說,又在實踐中不斷檢驗、修正和完善,這些假說大致可分為無機化合物成因學說和有機成因學說兩大派。
有機成因學說
石油有機成因學說認為:石油中的絕大部分物質,都是由保存在巖石中的有機質(特別是低等的動物和植物的遺體)經過長期復雜的物理-化學變化逐漸轉化而成的。
遠古時期大量的有機化合物被流水帶到了地勢低洼的湖盆或海盆里。由于重力作用,有機物質沉入水底,與空氣隔絕。陸地上流入大量的泥砂及其他礦物質,迅速地將有機體埋藏,形成還原性環境。隨著地殼的運動,邊沉降邊沉積,壓力和溫度不斷地增大,同時在細菌、壓力、溫度和其他因素的作用下,處在還原環境中的有機淤泥經過壓實和固結作用而變成沉積巖石,形成“生油巖層”。沉積物中的有機物在成巖階段中,經歷了復雜的生物化學變化及化學變化,逐漸失去了CO2、H2O、NH3等,余下的有機質在縮合作用和聚合作用下,通過腐泥化和腐殖化過程,于是形成干酪根,它是生成大量石油和天然氣的先驅,因此石油有機成因學說又叫干酪根說。干酪根埋深到一定深度和溫度門限值后,由未成熟轉化為成熟,雜原子鍵發生斷裂,開始釋放出烴類和非烴化合物;隨著埋深持續增加,烴源巖進一步熟化,干酪根的C-C鍵斷裂,進入生油、生氣高峰。這些碳氫化合物比附近的巖石輕,它們向上滲透到附近的巖層中,而后聚集到一起形成油田。地質學家將石油形成的溫度范圍稱為“油窗”,溫度太低石油無法形成,溫度太高則會形成天然氣。
由于石油的有機成因學說充分考慮了石油的生成和產出的地質、地球化學條件,深入對比了石油及沉積有機質的組成特征,更具有說服力,為絕大多數石油地質和石油地球化學工作者所接受,世界各中國石油天然氣集團有限公司也按石油有機成因學說指導油氣勘探。
無機成因學說
石油無機化合物成因學說主要以碳化物說及宇宙說為代表。碳化物說認為,地球核心部分的重金屬碳化物和從地表滲透下來的水發生作用,可以產生烴類。宇宙說認為,當地球處于熔融狀態時,烴類就存在于它的氣圈里。隨著地球的逐漸冷凝,烴類被巖漿吸收,就在地殼中生成了石油。無機成因學說認為碳氫化合物可以在地下深處產生,并沿裂縫周期性上升,聚集在沉積層、巖漿巖和多孔火山巖內。為了證明這種理論,科學家通過在實驗室模擬地球深處的條件,已經成功合成了石油。另外,在絕無生命存在的空間形體上,也發現了類似于石油和可燃氣的物質,這給無機化合物生成石油的理論提供了根據。如果這一理論得到驗證,意味著油、氣資源則將不會在短期內枯竭。科學家一般它被用來解釋一些油田中的石油流入現象。
分布區域
石油是地質勘探的主要對象之一,儲存在地殼上層部分。石油多分布于低地和盆地,如山間盆地、濱海及近海大陸架等地區。
地球上蘊藏著豐富的石油,據估計它的蘊藏量為10000多億噸,其中700多億噸蘊藏在海洋里。地球上已探明石油資源的1/4和最終可采儲量的45%埋藏在海底。世界石油探明儲量的蘊藏重心將逐步由陸地轉向海洋。2008年探明的世界石油剩余可采儲量為1708億噸,其中中東占60%,歐洲及歐亞移民地區占11.3%,非洲占10.0%,中南美洲占9.8%,北美占5.6%,亞太(中國除外)占2.1%,中國占1.2%。
石油的分布從總體上來看極不平衡:從東西半球來看,約3/4的石油資源集中于東半球,西半球占1/4;從南北半球看,石油資源主要集中于北半球;從緯度分布看,石油資源主要集中在北緯20°~40°和50°~70°兩個緯度帶內。波斯灣及墨西哥灣兩大油區和北非油田均處于北緯20°~40°內,該緯度帶集中了51.3%的世界石油儲量;50°~70°緯度帶內有著名的北海油田俄羅斯伏爾加及西伯利亞地區油田和阿拉斯加灣油區。
中國石油資源的分布極不均衡,集中分布在東部、西部和近海3個大區,其可采資源量分別為100.25億噸、47.87億噸和29.27億噸,合計177.39億噸。從分布的盆地上看,石油資源集中分布在渤海灣、松遼、塔里木盆地、鄂爾多斯、準噶爾、珠江口、柴達木盆地和東海陸架八大盆地,其可采資源量182.31億噸,大型沉積盆地石油資源占全國石油地質資源量的97%。新中國成立后,中國石油地質學家找到了100多個油田,包括大慶油田、勝利油田、遼河油田和克拉瑪依油田等一批大型油田。截至2017年年底,中國石油累計探明地質儲量389.65億噸,剩余技術可采儲量35.42億噸,剩余經濟可采儲量25.33億噸。中國石油資源的探明程度較低,眾多盆地和大陸架中很可能存在豐富的油氣資源。
應用領域
石油被稱為“工業的血液”,是當今世界最重要的能源,是僅次于煤的化石燃料,又是近代有機化工工業的重要原料。
石油產品
按石油產品的用途和特性,可將其分成14大類,即溶劑油、燃料油、潤滑油、電器用油、液壓油、真空油脂、防銹油脂、工藝用油、潤滑脂、蠟及其制品、瀝青、油焦、石油添加劑和石油化學品。
(1)溶劑油。按用途可分為石油醚、橡膠溶劑油、香花溶劑油等。可用于橡膠、油漆、油脂、香料、藥物等工業作溶劑、稀釋劑、提取劑;在毛紡工業中作洗滌劑。
(2)燃料油。可分為石油氣、汽油、煤油、柴油、重質燃料油。石油氣可用于制造合成氨、甲醇、乙烯、丙烯等。汽油分車用汽油和航空汽油,分別用于汽車和螺旋槳式飛機;煤油中的航空煤油用于噴氣式飛機,燈用煤油供點燈用,也可作洗滌劑和農用殺蟲藥溶劑;柴油中的輕柴油用于高速柴油機,重柴油用于低速柴油機。石油作為燃料有著很多優點。如易開采,容積小,容易運輸;可燃性好,發熱量高;易燃燒、燃燒充分和燃后不留灰燼的特點。所以,石油不但用于海陸空交通方面,工廠的生產過程,更現代國防中用于新型武器、超音速飛機、導彈和火箭的燃料。
(3)潤滑油。潤滑油品種很多,主要包括汽油機和柴油機油,機械油,壓縮機油、汽輪機油、冷凍機油和氣缸油,液壓油,電器用油等。
(4)潤滑脂。潤滑脂是在潤滑油中加入稠化劑制成,用于不便于使用潤滑油潤滑的設備,如低速、重負荷和高溫下工作的機械,工作環境潮濕、水和灰塵多且難以密封的機械。
(5)石蠟和微晶蠟。石蠟和地蠟是不同結構的有機高分子化合物固態烴。石蠟分成精白蠟樹、白石蠟、黃石蠟、食品蠟等,可分別用于火柴、蠟燭、蠟紙、電絕緣材料、橡膠、食品包裝、制藥工業等。
(6)瀝青。瀝青可分為道路瀝青、建筑瀝青、油漆瀝青、橡膠瀝青、專用瀝青等多種類型,主要用于建筑工程防水、鋪路以及涂料、塑料、橡膠等工業中。
(7)石油焦。石油焦是優良的碳質材料,用于制造電極,也可作冶金過程的還原劑和燃料。
石油化工產品
石油化工產品是石油煉制過程中所得到的石油氣、芳香烴以及其他副產品,也是有機合成的基本原料或中間體,有的石油化工產品可直接使用。由石油進一步加工生產的三烯、三苯、乙炔和等作為化學工業的原料或中間體直接涉及人們的衣、食、住、行等,是基本有機化工原料。從石油中可提取幾百種有用物質,其經濟價值遠遠超過作為燃料燃燒的經濟意義。石油化工可生產出數千種化工產品,如塑料、合成纖維、合成橡膠、合成洗滌劑、染料、醫藥、農藥、炸藥和化肥等等。
礦物開采
世界范圍內的石油生產,主要集中于中東地區。石油輸出國組織國家原油產量占全世界產量的比例達到40%以上,這是我國石油進口的主要地區。同時,我國也從西非、南美等主要產油區進口石油。2017年,我國的石油海運進口周轉量占到全球周轉量的29%,平均海運距離達到了約7 800海里(1海里=1.852千米),隨著進口石油來源的多元化,這一數據還會繼續增長。
油田開發包括石油勘探、鉆(完)井和油田開采。石油勘探是石油開發中最重要的基礎環節,它包括油田的尋找、發現和評估。石油勘探投資巨大,發展迅速,石油地質理論日益成熟,勘探手段更加先進,除地震勘探外,地球化學勘探、遙感、遙測、資源衛星等先進技術也引入到石油勘探中,使勘探效率和成功率大大提高。鉆井是從地面打開一條通往油、氣層的孔道,以獲取地質資料和油氣能源。最初,依靠地下自然壓力把油集中到油井;油壓降低時需用油泵或深井泵,或者向地下油藏注水或氣體以保持其壓力;有時,還會加注蒸汽或化學溶劑以加熱或稀釋石油后再開采。當采油成本過高時,應關閉油井。
油氣集輸工程是在油田上建設完整的油氣收集、分離、處理、計量和儲存、輸送的工藝技術,使井中采出的油、氣、水等混合流體,在礦場進行分離和初步處理,獲得盡可能多的油、氣產品。水可回注或加以利用,以防止污染環境,減少無效損耗。
石油是一種不可再生資源,雖然有科學考察表明,這種能源在地球上依然在不斷生成,但其生成的速度,要用地質年代來計算。據估計,地球上大約還有1370億噸石油藏量,按照現有的生產水平,全世界每年開采30億噸石油地球上的石油還可供人類開采40年到50年。
歷史
人類發現和利用石油的歷史悠久。公元前3000年,幼發拉底河流域的人們就開始利用瀝青作建筑材料。公元前10世紀之前,古埃及、巴比倫和古印度等國采集天然瀝青,用于建筑、防腐、黏合、裝飾、制藥,古埃及人甚至能估算出油苗中滲出石油的數量。楔形文字中也有關于在死海沿岸采集天然石油的記載。公元前5世紀,在阿契美尼德王朝(波斯第一帝國)的首都蘇撒附近出現了人類用手工挖成的石油井。公元7世紀,拜占庭人將石油用于戰爭,并稱之為“希臘火”。13世紀,緬甸的仁安油田開始開采。16世紀蘇門答臘島人用石油做成火球燒毀葡萄牙人的帆船。阿塞拜疆的巴庫地區有豐富的油苗和氣苗,這里的居民很早就從油苗處采集石油作為燃料,也用于醫治駱駝的皮膚病。1837年,這里有52個人工挖的采油坑,1827年增加到82個,不過產量很小。在現代戰爭中,如第二次世界大戰時,就有將石油浮在海面上焚燒對方軍艦的戰例。1854年,人們發明了煤油燈,也學會了在石油中提取煤油。
中國也是世界上最早發現和利用石油的國家之一。早在3000年前,中國《易經》就有關于石油的文字記載。東漢的班固的《漢書地理志》記載我國高奴縣(今陜北延長一帶)有一種可以燃燒的水。《后漢書》也記載酒泉郡延壽縣(今甘肅玉門東南)南面有一種泉水,像肉汁一樣肥,燒起來很明亮,但不可以吃,當地人稱為石漆。自晉代到明代,石油除了用來點燈作燃料外,還用作機械的潤滑油,也有人用來涂在牛皮囊上防水,還有可治癬瘡的說法。唐代李吉甫的《元和郡縣志》中提到石油已被利用到了國防和戰爭中。宋朝時也曾用石油焚燒敵人。宋朝沈括在他的《夢溪筆談》中提到陜北地區延長的石油燃燒時產生又濃又黑的煙,并試用這種煙灰來做墨,墨光如漆,比松煙墨還要好。我們現在通用的石油這個名稱,就是從沈括開始使用的。到11世紀,中國開鑿了第一批油井,并煉制出“猛火油”、石蠟、瀝青等粗制石油制品。元朝的《元一統志》記載當時的陜北已經手工挖井采油,其用途已擴大到治療牲畜皮膚病,而且由官方收購入庫。
在古代,石油主要用在照明、潤滑、醫藥、軍事和制墨五個方面,整體上石油科技的發展極其緩慢。人們對石油的開發與運用也只限于對現成原油的開采與使用,未對石油的來源及產生的地質條件進行研究。
1859年,在美國賓夕法尼亞州成功打出了第一口油井,接著俄國人也開始了油井采油,現代石油工業真正開始。1859年,歐洲開采36000桶原油,主要產自加利西亞和羅馬尼亞。1861年,外高加索蘇維埃社會主義聯邦共和國的巴庫建立了世界上第一座煉油廠。當時巴庫出產世界上90%的石油。后來伏爾加格勒(現為伏爾加格勒)保衛戰就是為奪取高加索石油區而展開的。20世紀50年代以來,以石油、天然氣為原料的石油化工工業得到突飛猛進的發展,石油制品消費量迅速增長,石油的消費量劇增。1900年世界石油消費量為40萬桶,1920年為22萬桶/天,1940年為85萬桶/天,1960年為340萬桶/天,1980年為800萬桶/天,2000年后達到了7000萬桶/天以上。19世紀,石油工業發展緩慢,提煉的石油主要用作油燈的燃料。20世紀初,隨著內燃機的發明,情況驟變,石油至今是最重要的內燃機燃料。尤其是美國得克薩斯州、俄克拉何馬州和加利福尼亞州的油田的發現,掀起一陣“淘金熱”。1910年在加拿大(尤其是在阿爾伯塔省)、荷屬英國東印度公司(印度尼西亞)、波斯(伊朗)、秘魯、委內瑞拉和墨西哥發現了新的油田。這些油田全部被工業化開發。世界石油開采的情況在20世紀內以迅猛速度增長,1921年首次突破產油量1億噸大關,1950年超過5億噸,1979年創造了31.7億噸的歷史最高記錄,進入二十一世紀后略有下降。在20世紀60年代以前的一個世紀內,美國一直是世界上最大的石油生產中心,產量占世界2/3左右,號稱“石油帝國”。而后中東新興產油區的地位日益上升。1973年波斯灣石油產量占世界總產量的38%,進入80年代后由于人為的因素而有所下降,但仍占世界總產量的近30%。21世紀初,盡管核能和再生性能源發展迅速,石油仍然占歐洲能源消耗的30%、北美的40%、非洲的41%、中南美洲的44%以及近東地區的53%。
中國近代石油工業萌芽于19世紀中葉,基礎極其薄弱。到1949年,中國的石油產量僅12萬噸。隨著克拉瑪依油田、大慶油田、勝利油田等大油田陸續投入開發,中國石油工業迅速發展。1978年,全國石油產量突破1億噸,成為世界石油生產大國。2018年,我國是世界第七大石油生產國、第二大石油消費國和最大的石油進口國。根據中國石油和化學工業聯合會發布的數據,截至2022年中國千萬噸及以上煉廠已增加到32家,煉油總產能達到9.2億噸/年,首次躍居世界第一。
2023年,美國《油氣雜志》根據各國最新官方報道發布年度評估,各國截至2023年1月1日發布的最新油氣儲量報告,全球探明石油儲量總計達17570億桶。根據《中國礦產資源報告(2022年)》,截至2021年年底,中國探明的剩余石油儲量為36.9億噸。截至2022年底,OPEC的石油儲量占世界石油總儲量的71%。
市場現狀
自1993年中國重新成為原油凈進口國后,原油進口量逐年攀升,從2015年的3.35億噸飆升至2022年的5.08億噸。2023年,原油進口量更是增長了11.0%,刷新了5.64億噸的高位水平。2024年,中國原油進口量日均1104萬桶,同比下降1.9%。這是除疫情年份外,近20年內的首次下跌。與此同時,中國的石油消費量也出現了罕見下滑。根據中國石化發布的《中國能源展望2060》顯示,2024年中國石油消費量為7.5億噸,是近20年來第二次出現石油消費下降。
2025年3月3日,石油輸出國組織(OPEC)發表聲明,8個OPEC和非OPEC產油國決定自4月1日起按既定計劃逐步增加石油產量。根據彭博新能源財經數據,2025年全球煉油產能繼續增長,增幅超過100萬桶/日(約5千萬噸/年),全球煉油廠的原油加工量已經增加56萬桶/日(約300萬噸/年)。在原油供應缺口緩解的形勢下,成品油供應盈余將擴大,成品油會出現一定程度的“供過于求”。
分類
按照原油性質分類
據現行行業標準《油藏分類》(SY/T 6169-2021),原油性質及稠油分類如下表。
按照所含烴的比例分類
①烷基石油(又叫石蠟基石油):主要成分為直鏈烷烴含量超過50%,環烷烴和芳香烴含量較少。特點是密度小,蠟含量高,凝點高,含硫、膠質和瀝青質較少,其生產的直餾汽油的辛值較低,柴油的十六烷值較高,加工石蠟基石油,可以得到黏度指數較高的潤滑油。中國大慶油田就屬于這種類型。
②環烷基石油(又叫瀝青基石油):主要成分為環烷烴。特點是密度大,凝點低,一般含硫、含膠質及瀝青質較高,這種石油生產的直餾汽油辛烷值較高,但產量不高,氧化穩定性不好,有利于煉制柴油和潤滑油,此類原油的重質渣油可生產高級瀝青。中國克拉瑪依油田就屬于這種類型。
③芳香基石油:主要成分是單環芳烴和稠環化合物。這種類型的石油組分內含有雙鍵,因此化學性質活潑,易發生加氫反應和取代反應,轉化成其他產品。中國臺灣省很多油田就屬于這種類型。
④混合基石油:含有烷烴、環烷烴、芳香烴,且數量相近。中國勝利油田就屬于這種類型。
其他分類方法
根據密度由小到大,將原油分為輕質原油(密度<0.87g/cm3)、中質原油(0.87 g/cm3≤密度<0.92 g/cm3)、重質原油(0.92 g/cm3≤密度<1.0 g/cm3)和特重質原油(密度≥1.0 g/cm3)。根據硫含量由少到多,將原油分為低硫原油(硫含量<0.5%)、含硫原油(0.5%≤硫含量<2.0%)和高硫原油(硫含量≥2.0%)。在世界原油總產量中,含硫原油和高硫原油之和約占75%。原油中的硫化物對石油產品的性質影響較大,加工含硫原油時應對設備采取防腐蝕措施。根據蠟含量由低到高,可將原油分為低蠟原油(0.5%≤蠟含量<2.5%)、含蠟原油(2.5%≤蠟含量<10%)和高蠟原油(蠟含量>10%)。
人工優化
石油煉制是指將原油經過分離或反應獲得可直接使用的燃料(如汽油、航空煤油、柴油、液化燃料氣、重質燃料油等)、潤滑油、瀝青及其他產品(如石蠟、石油焦等)的過程。
原油經過分餾和精制,加工成的各種燃料、潤滑油等,總稱為石油產品。而加工原油提煉各種石油產品的過程叫石油煉制。因為石油成分復雜,是由許多種特性不一的碳氫化合物混合而成的而每種碳氫化合物的性質和用途都不相同,因此石油直接利用的途徑很少。為了使石油中的各種組分都能發揮效能,必須通過煉制過程把它們一一提取出來。
石油經煉制和加工后得到的石油化工產品,按用途和特性可分成14大類,即溶劑油、燃料油、潤滑油、電氣用油、液壓油、真空油脂、防銹油脂、工藝用油、潤滑脂、蠟及其制品、瀝青、油焦、石油添加劑和石油化學品。石油化工產品可按照國際標準或者中國標準分類,中國GB/T 498-2014標準體系與ISO8681標準對照如下:
根據所需產品的不同,煉油廠的原油加工方案大致分為三種類型:第一種是燃料型,主要以汽油、噴氣燃料、煤油、柴油等燃料油為主要產品,除了通過一次加工盡量提取原油中的輕質餾分,還利用裂化和焦化等二次加工工藝,將重質餾分轉化為汽油、柴油等輕質油品;第二種是燃料一潤滑油型,即除了生產燃料油外,還生產各種潤滑油;第三種是石油化工型,它提供石腦油、輕油、渣油用作生產石油化工產品的原料,制取芳香烴、烯烴等化工原料和產品。
原油的預處理
原油中所含的鹽類以質量分數計,一般NaCl約占75%,CaCl2約占10%,MgCl2約占15%。這些鹽類以牢固的乳化液形式存在。由于水的存在會使系統壓力降增加,動力消耗加大,顯著增加塔底加熱爐和塔頂冷卻器的熱負荷,增加燃料耗量和冷卻水用量,降低裝置的處理能力。而鹽的存在會形成鹽垢,影響傳熱,使增加燃料消耗并縮短爐管壽命,還會對二次加工工藝的催化劑造成污染。鹽水解放出HCl,嚴重腐蝕設備,甚至使設備腐蝕穿孔、漏油而造成火災。因此,在分餾前,需要脫除原油中的水、鹽和固體雜質。
常減壓分餾
石油煉制的方法主要有分離法和轉化法兩大類。分離法包括溶劑法、固體吸附法、結晶法和分餾法等,其中最常用的是分餾法。
原油分餾是利用蒸餾的方法能將原油中沸點不同的混合物分開,原油的分餾裝置的處理能力往往被視為一個國家煉油工業發展水平的標志。在原油分餾過程中,為降低蒸餾溫度、避免大分子烴的裂解,通常在常減壓病分餾裝置中完成原油的分餾。所謂減壓分餾是將分餾設備內的氣體抽出,提高分餾塔內的真空度,使塔內的油品在低于大氣壓的情況下進行分餾,高沸點組分在較低溫度汽化的操作。
分餾法工藝是將原油脫鹽后加熱到385°C左右,送至高30多米的常壓分餾塔底,塔內設有許多層油盤,石油蒸氣上升,不同沸點的成分冷凝在不同高度的油盤上,塔底為不能蒸發的渣油、重油,中層為柴油等,上層為汽油、石腦油等。常壓一減壓分餾是煉油廠加工原油的第一道工序,也稱一次加工。
渣油熱加工
轉化法是利用化學方法對分餾的油品進行深加工的石油煉制方法,也稱二次加工。例如,可以把重油、瀝青等分解成輕油,也可以把輕餾分氣聚合成油類。常用的轉化法有熱裂法、催化裂化法、加氫裂化法和焦化法等。
絕大多數原油經過常減壓蒸餾后,只能提供30%左右的汽油、煤油和柴油等輕質油品,其余是重質餾分油和殘渣油,若不經過二次加工,它們只能作為潤滑油原料或重質燃料油。但國民經濟和國防上大量需要的是汽油、煤油、柴油等輕質油品。此外,直餾汽油辛烷值很低,通常僅40~50,遠不能滿足汽油發動機對汽油辛烷值的要求。因此需要二次加工。根據化學加工過程中有無催化劑的存在,原油蒸餾后的加工可分為熱加工過程和催化加工過程。
熱加工過程有熱裂化、減粘裂化和延遲焦化等工藝,主要用于加工重質原料油,生產輕質原油產品,以提高輕質油的收率。但熱裂化所得產品由于含烯烴多,安定性很差,目前一般僅用于生產三烯三苯的石油化工工藝中。延遲焦化可處理減壓渣油等重質貧氫油料,除可生成輕質油品和石油焦外,還可為催化裂化提供原料,因此現在仍然是原油深度加工的重要方法,為大多數煉油廠所采用。
延遲焦化是將渣油以高流速流過加熱爐管,加熱到反應所需的溫度500~505℃,然后進入焦炭塔,在焦炭塔里靠自身帶入的熱量進行裂化、羥醛縮合,使渣油深度反應轉化為氣體、汽油、柴油、蠟油和固體產品焦炭的過程。熱渣油在爐管里雖然已達到反應溫度,但由于焦油的流速很快,停留時間很短,裂化和縮合反應來不及發生就離開了加熱爐,而把反應推遲到焦炭塔中進行,所以稱為延遲焦化。
催化裂化
催化裂化是以重質餾分油為原料,在催化劑存在條件下和在450~530℃高溫和0.1~0.3 MPa壓力下,經過以裂化為主的一系列反應,生成氣體、汽油、柴油、重質油及焦炭的工藝過程。其主要特點是輕質油收率高,可達70%~80%,比熱裂化和延遲焦化都高。氣體產率為10%~20%,其中主要是C3,C4,烯烴質量分數可達50%以上,是優良的石油化工原料和生產高辛烷值組分的原料。汽油產率為30%~60%,安定性好,辛烷值為70~80,高于直餾汽油和熱裂化汽油、焦化汽油。柴油產率為20%~40%,其中含芳香烴多,抽提出來是寶貴的化工原料。
由于催化裂化在生產輕質油品方面的優越性,它已成為煉油廠提高原油加工深度、生產高辛烷值汽油、柴油和液化石油氣的最重要的一種重油輕質化工藝過程。
催化裂化裝置一般由反應-再生系統、分餾系統和吸收-穩定系統三部分組成,在處理量較大、反應壓力較高的裝置中常常還有再生煙氣能量回收系統。
加氫裂化
加氫裂化是在催化劑和氫氣存在條件下,使重質油通過裂化等反應轉化為汽油、煤油和柴油等輕質油品的加工工藝。加氫裂化既能提高輕質油收率,同時又可得到各種優質油品。加氫裂化由于從外界補入氫氣降低了油料的碳氫比,不僅可防止渣油、焦炭的大量生成,而且還可將原料油中的含硫、含氧、含氮化合物中的硫、氧、氮轉化為易于除去的硫化氫、水、氨等,減少對催化劑的毒害作用。另外,原料油及生成油中的烯烴加氫飽和后,產品安定性可顯著提高。
加氫裂化自20世紀60年代以來發展迅速,與催化裂化和催化重整互相補充,已成為煉油廠中最重要的加工過程之一。
加氫精制
精制是將油品中的某些雜質或不理想組分除掉,以改善油品質量的工藝過程。經蒸餾或裂化、焦化等二次加工得到的輕質燃料油中常常含有少量硫、氧、氮的化合物、膠質等,還含有不飽和烴。這些雜質的存在會使油品顏色變深,氣味加濃甚至很臭,引起腐蝕,燃燒后會放出有害氣體,易于變質,安定性差等,因此必須進行油品精制。油品精制最常見工藝有兩種,加氫精制與電-化學精制,其中前者為主流。加氫精制的主要目的是改善焦化柴油的顏色和安定性,提高渣油催化裂化柴油的安定性和十六烷值,從焦化汽油制取乙烯原料或催化重整原料等。
催化重整
將二次加工的氣體或輕烴進行再加工稱為三次加工,也是生產高辛烷值汽油組分和各種化學品的過程,如烷基化、疊合、異構化等工藝過程。重整是指將石腦油中的烴類分子催化劑作用下重新排列成新的分子結構的工藝過程,可以有效地提高汽油的辛烷值,同時得到芳香烴。采用鉑催化劑進行的重整叫鉑重整,采用鉑催化劑或多金屬催化劑進行重整叫鉑錸重整或多金屬重整。催化重整過程除原料預處理外,還包括重整、芳烴抽提,芳烴精餾等三個主要部分。
環境影響
石油烴類物質包括烷烴、芳香烴、膠質和瀝青質等,具有黏著力強、含碳量高、有機化合物種類多及難降解等特點,屬于《國家危險廢物名錄》(2021年版)中的HW08類危險廢物。
土壤石油烴類污染泛指原油和石油初加工產品(包括汽油、煤油、柴油等)及各類油的分解產物引起的土壤污染。其來源主要有原油泄漏和溢油事故,含油礦渣、污泥、垃圾的堆置,含油污水的灌溉,大氣污染及汽車尾氣的沉降以及含油農藥的施用。土壤石油烴類污染是一類非常嚴重的環境問題,石油中的有毒有害烴類會改變土壤物理化學性質,導致土壤質量下降,影響植物生長,改變土壤微生物群落結構,對陸生動物產生嚴重危害,并可能通過食物鏈危害人體健康。
低沸點的烴類具有揮發性,可通過空氣流動發生轉移,對大氣造成污染。大氣中二氧化氮與碳氫化合物在紫外光照射下,經復雜的光化學反應所產生的光化學煙霧,它對人體的粘膜有強烈的刺激作用。烯烴在大氣中生成二次污染物,其毒性顯著增強,例如汽車排氣中的氮氧化物和低碳烯烴光化學反應生成pan,形成的光化學煙霧毒性就很強。石油工業的各個環節,包括生產、運輸、精煉以及最后成品的使用所排放的氣體幾乎都是溫室氣體,如二氧化碳、甲烷、臭氧和氧化亞氮等。
石油也會對海洋造成污染。每年數十萬噸的石油烴類物因泄漏、沿海煉油工廠污水排放、大氣污染物的沉降等原因進入海洋中。1991年海灣戰爭期間泄漏入海的石油達150萬噸,使當地生態遭受毀滅性破壞,生態恢復至少需要100年,而其濕地將永無再生可能。進入水體中的石油在隨同水一起遷移,同時在變質、氧化、移動和擴散等眾多因素的作用下,水中的油可聚集成瀝青塊,浮在水中,隨水漂流。石油污染會破壞海產養殖、鹽田生產和濱海旅游區等產業。海面上的油膜會阻礙大氣與海水之間的氣體交換,影響海洋植物的光合作用。海獸皮毛和海鳥羽毛被石油沾污后,會失去保溫、游泳或飛翔的能力。石油中所含的苯和甲苯等有毒化合物泄漏人海洋后,會進入食物鏈,對海洋生物造成巨大危害。
參考資料 >
【中國青年網】煉油總產能達9.2億噸/年 我國已成為世界第一煉油大國.百家號 .2023-06-21
全球探明油氣儲量繼續增長.中國石化新聞網.2023-06-21
成品油需求變天了.今日頭條.2025-03-30
SY/T 6169-2021 油藏分類.全國標準信息公共服務平臺.2023-06-21
GB/T498-2014 石油產品及潤滑劑分類方法和類別的確定.道客巴巴.2023-07-13