石油

地质勘探的主要对象之一

石油(petroleum) 从油田里开采出来未经加工处理叫 原油 。 石油是古代海洋或湖泊中的生物经过漫长的演化形成的,埋藏在地下的天然矿产资源,属于化石燃料。 石油含有的元素主要有碳、氢、硫、氮、氧等,以 烷烃 、 环烷烃 、 芳香烃 等形式存在。 石油储存在 地壳 上层部分 ,多分布于低地和 盆地 ,如山间盆地、滨海及近海 大陆架 等地区。 石油通常为流动或半流动的黏稠液体 ,有红、金黄、 墨绿色 、黑、褐红甚至透明等多种颜色 ,一般具有特殊气味,相对密度一般在0.8~0.98,各地石油凝点差别更大 ,其 沸点 为常温到500°C以上 。石油不溶于水,易溶于有机 溶剂 ,局部溶于 乙醇 。

石油被称为“工业的血液”,是当今世界最重要的能源,是仅次于煤的化石燃料,又是近代有机化工工业的重要原料。 石油除了作为燃料,还被作为溶剂、润滑剂,生产 石蜡 、 沥青 等。 石油化工亦可生产出数千种化工产品,如塑料、合成纤维、合成橡胶、合成洗涤剂、 染料 、医药、农药、炸药和化肥等等。

主要特征

矿物组成

石油是 碳氢 化合物 的 混合物 ,含有1~50个 碳原子 的化合物,其主要成分是碳(83%~87%)、氢(11%~14%)两种元素,还含有少量的硫(0.06%~0.8%)、氮(0.02%~1.7%)、氧(0.08%~1.82%),这些元素以碳氢化合物及其 衍生物 形态存在,包括 烷烃 (如 甲烷 、 正丁烷 )、 烯烃 (如 乙烯 、丙烯、 丁二烯 )、 环烷烃 (如 环戊烷 、环 己烷 )、 芳香烃 (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 、 环烷酸 等)等,相对分子质量为几十到几千。在石油中已鉴定出的烃类化合物在230种以上,从溶有天然气的石油平均成分看, 链烃 约占53%, 闭键烃 约占31%,芳香烃约占16%。有的石油中还可能有氯、碘、 、磷、硅等微量 非金属元素 和铁、钒、 、铜、镁、钛、钴、锌等微量金属元素,以及不溶解的水分。

理化特征

石油通常为流动或半流动的黏稠液体,埋藏在地下储油层中以液态存在,在地表压力和混合状态条件下,仍然为液态或半固态形式存在。 因产地不同,甚至同一产地的采油层位不同,石油的颜色、密度、黏度及凝点等性质有较大差别。 石油的成分主要有: 油质 (这是其主要成分)、胶质(一种黏性的半固体物质)、 沥青质 (暗褐色或黑色 脆性 固体物质)、碳质。 石油的颜色非常丰富,有红、金黄、 墨绿色 、黑、褐红甚至透明,其颜色是它本身所含胶质、沥青质的含量,含的越高颜色越深。 石油一般具有特殊气味,相对密度一般在0.8~0.98,各地石油凝点差别更大,高的达30℃,低的为-50℃。 其 沸点 为常温到500°C以上。 石油不溶于水,但可与水形成乳状液;易溶于有机 溶剂 ,如苯、醚、 四氯化碳 等,局部溶于 乙醇 。 石油之所以在外观和 物理性质 上不同,其根本原因是由于 化学 组成不完全相同。

石油具有 可燃性 ,其 标准燃料 系数为1.4286,平均低位发热量为41.87 MJ/kg。

形成原因

石油成因对 勘探 油气资源有着重要的理论指导意义,人们一直在进行研究。不过,由于石油成分复杂且能够流动,使得石油的成因研究更加困难。人类提出了各种假说,又在实践中不断检验、修正和完善,这些假说大致可分为 无机化合物 成因学说和有机成因学说两大派。

有机成因学说

石油有机成因学说认为:石油中的绝大部分物质,都是由保存在岩石中的有机质(特别是低等的动物和植物的遗体)经过长期复杂的物理-化学变化逐渐转化而成的。

远古时期大量的 有机化合物 被流水带到了地势低洼的湖盆或海盆里。由于重力作用,有机物质沉入水底,与空气隔绝。陆地上流入大量的泥砂及其他矿物质,迅速地将有机体埋藏,形成还原性环境。随着 地壳 的运动,边 沉降 边沉积,压力和温度不断地增大,同时在细菌、压力、温度和其他因素的作用下,处在还原环境中的有机淤泥经过压实和固结作用而变成沉积岩石,形成“生油岩层”。 沉积物 中的有机物在成岩阶段中,经历了复杂的 生物化学 变化及化学变化,逐渐失去了CO 2 、H 2 O、NH 3 等,余下的有机质在缩合作用和 聚合作用 下,通过腐泥化和腐殖化过程,于是形成 干酪根 ,它是生成大量石油和天然气的先驱,因此石油有机成因学说又叫干酪根说。干酪根埋深到一定深度和 温度门限值 后,由未成熟转化为成熟,杂 原子 键发生断裂,开始释放出 烃类 和非烃化合物;随着埋深持续增加, 烃源岩 进一步熟化,干酪根的C-C键断裂,进入生油、生气高峰。 这些 碳氢 化合物 比附近的岩石轻,它们向上渗透到附近的岩层中,而后聚集到一起形成油田。地质学家将石油形成的温度范围称为“油窗”,温度太低石油无法形成,温度太高则会形成天然气。

由于石油的有机成因学说充分考虑了石油的生成和产出的地质、地球 化学 条件,深入对比了石油及沉积有机质的组成特征,更具有说服力,为绝大多数石油地质和石油地球化学工作者所接受,世界各 中国石油天然气集团有限公司 也按石油有机成因学说指导油气 勘探 。

无机成因学说

石油 无机化合物 成因学说主要以 碳化物 说及 宇宙 说为代表。碳化物说认为, 地球 核心部分的重金属碳化物和从地表渗透下来的水发生作用,可以产生烃类。宇宙说认为,当地球处于熔融状态时, 烃类 就存在于它的气圈里。随着地球的逐渐冷凝,烃类被 岩浆 吸收,就在 地壳 中生成了石油。无机成因学说认为 碳氢化合物 可以在地下深处产生,并沿裂缝 周期性 上升,聚集在沉积层、 岩浆岩 和多孔 火山岩 内。为了证明这种理论,科学家通过在实验室模拟地球深处的条件,已经成功合成了石油。另外,在绝无生命存在的空间形体上,也发现了类似于石油和可燃气的物质,这给 无机化合物 生成石油的理论提供了根据。如果这一理论得到验证,意味着油、气资源则将不会在短期内枯竭。 科学家一般它被用来解释一些油田中的石油流入现象。

分布区域

石油是地质 勘探 的主要对象之一,储存在 地壳 上层部分。 石油多分布于低地和 盆地 ,如山间盆地、滨海及近海 大陆架 等地区。

地球上蕴藏着丰富的石油,据估计它的蕴藏量为10000多亿吨,其中700多亿吨蕴藏在海洋里。 地球上已探明石油资源的1/4和最终可采储量的45%埋藏在海底。世界石油 探明储量 的蕴藏重心将逐步由陆地转向海洋。 2008年探明的世界石油剩余可采储量为1708亿吨,其中 中东 占60%, 欧洲 及 欧亚移民 地区占11.3%, 非洲 占10.0%,中 南美洲 占9.8%,北美占5.6%,亚太(中国除外)占2.1%,中国占1.2%。

石油的分布从总体上来看极不平衡:从东西半球来看,约3/4的石油资源集中于 东半球 ,西半球占1/4;从南 北半球 看,石油资源主要集中于北半球;从 纬度 分布看,石油资源主要集中在北纬20°~40°和50°~70°两个纬度带内。 波斯湾 及 墨西哥湾 两大油区和 北非 油田均处于北纬20°~40°内,该纬度带集中了51.3%的世界石油储量;50°~70°纬度带内有著名的 北海油田 俄罗斯 伏尔加 及 西伯利亚地区 油田和 阿拉斯加湾 油区。

中国石油资源的分布极不均衡,集中分布在东部、西部和近海3个 大区 ,其可采资源量分别为100.25亿吨、47.87亿吨和29.27亿吨,合计177.39亿吨。从分布的盆地上看,石油资源集中分布在 渤海湾 、松辽、 塔里木盆地 、 鄂尔多斯 、 准噶尔 、 珠江口 、 柴达木盆地 和东海陆架八大盆地,其可采资源量182.31亿吨,大型沉积盆地石油资源占全国石油地质资源量的97%。 新中国成立 后,中国石油地质学家找到了100多个油田,包括 大庆油田 、 胜利油田 、 辽河油田 和 克拉玛依油田 等一批大型油田。截至2017年年底,中国石油累计探明地质储量389.65亿吨,剩余技术可采储量35.42亿吨,剩余经济可采储量25.33亿吨。中国石油资源的探明程度较低,众多盆地和 大陆架 中很可能存在丰富的油气资源。

应用领域

石油被称为“工业的血液”,是当今世界最重要的能源,是仅次于煤的化石燃料,又是近代有机化工工业的重要原料。

石油产品

按石油产品的用途和特性,可将其分成14大类,即 溶剂油 、燃料油、润滑油、电器用油、 液压油 、真空油脂、 防锈油脂 、工艺用油、 润滑脂 、蜡及其制品、 沥青 、油焦、石油添加剂和石油化学品。

(1) 溶剂油 。按用途可分为 石油醚 、橡胶溶剂油、香花溶剂油等。可用于橡胶、油漆、油脂、香料、药物等工业作 溶剂 、稀释剂、提取剂;在毛纺工业中作 洗涤剂 。

(2)燃料油。可分为石油气、汽油、 煤油 、 柴油 、重质燃料油。石油气可用于制造 合成氨 、 甲醇 、 乙烯 、 丙烯 等。汽油分车用汽油和 航空汽油 ,分别用于汽车和 螺旋桨 式飞机;煤油中的 航空煤油 用于 喷气式飞机 ,灯用煤油供点灯用,也可作洗涤剂和农用杀虫药溶剂;柴油中的 轻柴油 用于高速柴油机, 重柴油 用于低速柴油机。 石油作为燃料有着很多优点。如易开采,容积小,容易运输; 可燃性 好,发热量高;易燃烧、燃烧充分和燃后不留灰烬的特点。所以,石油不但用于海陆空交通方面,工厂的生产过程,更现代国防中用于新型武器、 超音速飞机 、导弹和火箭的燃料。

(3)润滑油。润滑油品种很多,主要包括汽油机和 柴油 机油, 机械油 , 压缩机油 、 汽轮机油 、 冷冻机油 和气缸油, 液压油 ,电器用油等。

(4) 润滑脂 。润滑脂是在润滑油中加入 稠化剂 制成,用于不便于使用润滑油润滑的设备,如低速、重负荷和高温下工作的机械,工作环境潮湿、水和灰尘多且难以密封的机械。

(5) 石蜡 和 微晶蜡 。石蜡和地蜡是不同结构的 有机高分子化合物 固态烃 。石蜡分成精 白蜡树 、白石蜡、 黄石 蜡、食品蜡等,可分别用于火柴、 蜡烛 、蜡纸、电 绝缘材料 、橡胶、食品包装、制药工业等。

(6) 沥青 。沥青可分为 道路沥青 、建筑沥青、油漆沥青、橡胶沥青、专用沥青等多种类型,主要用于 建筑工程 防水、铺路以及涂料、塑料、橡胶等工业中。

(7) 石油焦 。石油焦是优良的碳质材料,用于制造 电极 ,也可作冶金过程的 还原剂 和燃料。

石油化工产品

石油化工产品是石油炼制过程中所得到的石油气、 芳香烃 以及其他 副产品 ,也是 有机合成 的基本原料或 中间体 ,有的石油化工产品可直接使用。 由石油进一步加工生产的三烯、 三苯 、 乙炔 和 等作为 化学工业 的原料或中间体直接涉及人们的衣、食、住、行等,是基本有机 化工原料 。 从石油中可提取几百种有用物质,其经济价值远远超过作为燃料燃烧的 经济意义 。石油化工可生产出数千种化工产品,如塑料、 合成纤维 、 合成橡胶 、合成 洗涤剂 、 染料 、医药、农药、炸药和化肥等等。

矿物开采

世界范围内的石油生产,主要集中于 中东 地区。 石油输出国组织 国家原油产量占全世界产量的比例达到40%以上,这是我国石油进口的主要地区。同时,我国也从 西非 、南美等主要产油区进口石油。2017年,我国的石油海运进口周转量占到全球周转量的29%,平均海运距离达到了约7 800 海里 (1海里=1.852千米),随着进口石油来源的多元化,这一数据还会继续增长。

油田开发包括石油 勘探 、钻(完)井和油田开采。石油勘探是石油开发中最重要的基础环节,它包括油田的寻找、发现和评估。 石油勘探投资巨大,发展迅速,石油地质理论日益成熟,勘探手段更加先进,除地震勘探外, 地球化学 勘探、 遥感 、遥测、 资源 卫星 等先进技术也引入到石油勘探中,使勘探效率和成功率大大提高。 钻井是从地面打开一条通往油、气层的孔道,以获取地质资料和油气能源。 最初,依靠地下自然压力把油集中到 油井 ;油压降低时需用 油泵 或 深井泵 ,或者向地下油藏 注水 或气体以保持其压力;有时,还会加注蒸汽或 化学 溶剂 以加热或稀释石油后再开采。当采油成本过高时,应关闭油井。

油气集输工程是在油田上建设完整的油气收集、分离、处理、计量和储存、输送的工艺技术,使井中采出的油、气、水等混合 流体 ,在矿场进行分离和初步处理,获得尽可能多的油、气产品。水可回注或加以利用,以防止污染环境,减少无效损耗。

石油是一种不可再生资源,虽然有科学考察表明,这种能源在地球上依然在不断生成,但其生成的速度,要用 地质年代 来计算。 据估计,地球上大约还有1370亿吨石油藏量,按照现有的生产水平,全世界每年开采30亿吨石油地球上的石油还可供人类开采40年到50年。

历史

人类发现和利用石油的历史悠久。公元前3000年, 幼发拉底河 流域的人们就开始利用 沥青 作 建筑材料 。 公元前10世纪之前, 古埃及 、 巴比伦 和 古印度 等国采集 天然沥青 ,用于建筑、防腐、黏合、装饰、制药, 古埃及人 甚至能估算出油苗中渗出石油的数量。 楔形文字 中也有关于在 死海 沿岸采集天然石油的记载。 公元前5世纪,在 阿契美尼德王朝 (波斯 第一帝国 )的首都 苏撒 附近出现了人类用手工挖成的 石油井 。 公元7世纪, 拜占庭人 将石油用于战争,并称之为“ 希腊火 ”。 13世纪, 缅甸 的仁安油田开始开采。16世纪 苏门答腊岛 人用石油做成火球烧毁葡萄牙人的帆船。 阿塞拜疆 的 巴库 地区有丰富的油苗和气苗,这里的居民很早就从油苗处采集石油作为燃料,也用于医治骆驼的 皮肤病 。1837年,这里有52个人工挖的采油坑,1827年增加到82个,不过产量很小。 在现代战争中,如 第二次世界大战 时,就有将石油浮在海面上焚烧对方军舰的战例。 1854年,人们发明了 煤油 灯,也学会了在石油中提取 煤油 。

中国 也是世界上最早发现和利用石油的国家之一。 早在3000年前,中国《 易经 》就有关于石油的文字记载。 东汉 的 班固 的《 汉书地理志 》记载我国 高奴县 (今陕北延长一带)有一种可以燃烧的水。《 后汉书 》也记载 酒泉郡 延寿县 (今甘肃玉门东南)南面有一种泉水,像 肉汁 一样肥,烧起来很明亮,但不可以吃,当地人称为石漆。 自晋代到明代,石油除了用来点灯作燃料外,还用作机械的润滑油,也有人用来涂在牛皮囊上防水,还有可治癬疮的说法。 唐代 李吉甫 的《元和郡县志》中提到石油已被利用到了国防和战争中。 宋朝 时也曾用石油焚烧敌人。 宋朝 沈括 在他的《 梦溪笔谈 》中提到 陕北地区 延长的石油燃烧时产生又浓又黑的烟,并试用这种烟灰来做墨,墨光如漆,比 松烟墨 还要好。我们现在通用的石油这个名称,就是从沈括开始使用的。 到11世纪, 中国 开凿了第一批 油井 ,并炼制出“ 猛火油 ”、 石蜡 、 沥青 等粗制石油制品。 元朝 的《 元一统志 》记载当时的陕北已经手工挖井采油,其用途已扩大到治疗牲畜 皮肤病 ,而且由官方收购入库。

在古代,石油主要用在照明、润滑、医药、军事和制墨五个方面,整体上石油科技的发展极其缓慢。人们对石油的开发与运用也只限于对现成 原油 的开采与使用,未对石油的来源及产生的地质条件进行研究。

1859年,在美国 宾夕法尼亚州 成功打出了第一口油井,接着俄国人也开始了油井采油,现代石油工业真正开始。 1859年, 欧洲 开采36000桶原油,主要产自 加利西亚 和 罗马尼亚 。 1861年, 外高加索苏维埃社会主义联邦共和国 的 巴库 建立了世界上第一座 炼油厂 。当时巴库出产世界上90%的石油。后来 伏尔加格勒 (现为 伏尔加格勒 )保卫战就是为夺取高加索石油区而展开的。 20世纪50年代以来,以石油、天然气为原料的石油化工工业得到突飞猛进的发展,石油制品消费量迅速增长,石油的消费量剧增。1900年世界石油消费量为40万桶,1920年为22万桶/天,1940年为85万桶/天,1960年为340万桶/天,1980年为800万桶/天,2000年后达到了7000万桶/天以上。 19世纪,石油工业发展缓慢,提炼的石油主要用作 油灯 的燃料。20世纪初,随着 内燃机 的发明,情况骤变,石油至今是最重要的内燃机燃料。尤其是美国 得克萨斯州 、 俄克拉何马州 和 加利福尼亚州 的油田的发现,掀起一阵“淘金热”。 1910年在 加拿大 (尤其是在 阿尔伯塔省 )、荷属 英国东印度公司 ( 印度尼西亚 )、波斯( 伊朗 )、 秘鲁 、 委内瑞拉 和 墨西哥 发现了新的油田。这些油田全部被工业化开发。 世界石油开采的情况在20世纪内以迅猛速度增长,1921年首次突破产油量1亿吨大关,1950年超过5亿吨,1979年创造了31.7亿吨的历史最高记录,进入二十一世纪后略有下降。 在20世纪60年代以前的一个世纪内, 美国 一直是世界上最大的石油生产中心,产量占世界2/3左右,号称“石油帝国”。 而后 中东 新兴产油区的地位日益上升。1973年 波斯湾 石油产量占世界总产量的38%,进入80年代后由于人为的因素而有所下降,但仍占世界总产量的近30%。 21世纪初,尽管 核能 和再生性能源发展迅速,石油仍然占 欧洲 能源消耗的30%、北美的40%、 非洲 的41%、中 南美洲 的44%以及 近东 地区的53%。

中国近代石油工业萌芽于19世纪中叶,基础极其薄弱。到1949年,中国的石油产量仅12万吨。随着 克拉玛依油田 、 大庆油田 、 胜利油田 等大油田陆续投入开发,中国石油工业迅速发展。1978年,全国石油产量突破1亿吨,成为世界石油生产大国。2018年,我国是世界第七大石油生产国、第二大石油消费国和最大的石油进口国。 根据 中国石油和化学工业联合会 发布的数据,截至2022年中国千万吨及以上炼厂已增加到32家,炼油总产能达到9.2亿吨/年,首次跃居世界第一。

2023年,美国《 油气杂志 》根据各国最新官方报道发布年度评估,各国截至2023年1月1日发布的最新油气储量报告,全球探明石油储量总计达17570亿桶。根据《中国矿产资源报告(2022年)》,截至2021年年底,中国探明的剩余石油储量为36.9亿吨。截至2022年底,OPEC的石油储量占世界石油总储量的71%。

市场现状

自1993年中国重新成为原油净进口国后,原油进口量逐年攀升,从2015年的3.35亿吨飙升至2022年的5.08亿吨。2023年,原油进口量更是增长了11.0%,刷新了5.64亿吨的高位水平。2024年,中国原油进口量日均1104万桶,同比下降1.9%。这是除疫情年份外,近20年内的首次下跌。与此同时,中国的石油消费量也出现了罕见下滑。根据 中国石化 发布的《中国能源展望2060》显示,2024年中国石油消费量为7.5亿吨,是近20年来第二次出现石油消费下降。

2025年3月3日, 石油输出国组织 (OPEC)发表声明,8个OPEC和非OPEC产油国决定自4月1日起按既定计划逐步增加石油产量。根据彭博新能源财经数据,2025年全球炼油产能继续增长,增幅超过100万桶/日(约5千万吨/年),全球炼油厂的原油加工量已经增加56万桶/日(约300万吨/年)。在原油供应缺口缓解的形势下,成品油供应盈余将扩大,成品油会出现一定程度的“供过于求”。

分类

按照原油性质分类

据现行行业标准《油藏分类》(SY/T 6169-2021),原油性质及稠油分类如下表。

按照所含烃的比例分类

① 烷基 石油(又叫 石蜡 基石油):主要成分为 直链烷烃 含量超过50%, 环烷烃 和 芳香烃 含量较少。特点是密度小,蜡含量高,凝点高,含硫、胶质和 沥青质 较少,其生产的 直馏汽油 的辛 值较低, 柴油 的 十六烷值 较高,加工 石蜡 基石油,可以得到黏度指数较高的润滑油。中国 大庆油田 就属于这种类型。

②环烷基石油(又叫 沥青 基石油):主要成分为环 烷烃 。特点是密度大,凝点低,一般含硫、含胶质及 沥青 质较高,这种石油生产的直馏汽油辛烷值较高,但产量不高,氧化稳定性不好,有利于炼制柴油和润滑油,此类 原油 的重质 渣油 可生产高级 沥青 。中国 克拉玛依油田 就属于这种类型。

③芳香基石油:主要成分是 单环芳烃 和 稠环化合物 。这种类型的石油组分内含有 双键 ,因此 化学性质 活泼,易发生加氢反应和 取代反应 ,转化成其他产品。中国 台湾省 很多油田就属于这种类型。

④混合基石油:含有 烷烃 、 环烷烃 、 芳香烃 ,且数量相近。中国 胜利油田 就属于这种类型。

其他分类方法

根据密度由小到大,将 原油 分为 轻质原油 (密度<0.87g/cm 3 )、中质原油(0.87 g/cm 3 ≤密度<0.92 g/cm 3 )、重质原油(0.92 g/cm 3 ≤密度<1.0 g/cm 3 )和特重质原油(密度≥1.0 g/cm 3 )。 根据硫含量由少到多,将 原油 分为 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 总产量中,含硫原油和高硫原油之和约占75%。原油中的 硫化物 对 石油产品 的性质影响较大,加工含硫原油时应对设备采取防腐蚀措施。 根据蜡含量由低到高,可将 原油 分为低蜡原油(0.5%≤蜡含量<2.5%)、含蜡原油(2.5%≤蜡含量<10%)和 高蜡原油 (蜡含量>10%)。

人工优化

石油炼制是指将原油经过分离或反应获得可直接使用的燃料(如汽油、航空 煤油 、 柴油 、 液化 燃料气、重质燃料油等)、润滑油、 沥青 及其他产品(如 石蜡 、石油焦等)的过程。

原油经过 分馏 和精制,加工成的各种燃料、润滑油等,总称为 石油产品 。而加工 原油 提炼各种石油产品的过程叫石油炼制。因为石油成分复杂,是由许多种特性不一的 碳氢化合物 混合而成的而每种碳氢化合物的性质和用途都不相同,因此石油直接利用的途径很少。为了使石油中的各种组分都能发挥效能,必须通过炼制过程把它们一一提取出来。

石油经炼制和加工后得到的 石油化工产品 ,按用途和特性可分成14大类,即 溶剂油 、燃料油、润滑油、电气用油、 液压油 、真空油脂、 防锈油脂 、工艺用油、 润滑脂 、蜡及其制品、 沥青 、油焦、石油添加剂和石油 化学 品。 石油化工产品可按照国际标准或者中国标准分类,中国GB/T 498-2014标准体系与ISO8681标准对照如下:

根据所需产品的不同, 炼油厂 的原油加工方案大致分为三种类型:第一种是燃料型,主要以汽油、喷气燃料、 煤油 、 柴油 等燃料油为主要产品,除了通过一次加工尽量提取 原油 中的轻质馏分,还利用裂化和 焦化 等二次加工工艺,将重质馏分转化为汽油、柴油等轻质油品;第二种是燃料一润滑油型,即除了生产燃料油外,还生产各种润滑油;第三种是石油化工型,它提供 石脑油 、 轻油 、 渣油 用作生产 石油化工产品 的原料,制取 芳香烃 、 烯烃 等 化工原料 和产品。

原油的预处理

原油中所含的盐类以质量分数计,一般 NaCl 约占75%,CaCl 2 约占10%,MgCl 2 约占15%。这些盐类以牢固的 乳化液 形式存在。由于水的存在会使系统压力降增加,动力消耗加大,显著增加塔底 加热炉 和塔顶 冷却器 的热负荷,增加燃料耗量和冷却水用量,降低装置的处理能力。而盐的存在会形成盐垢,影响 传热 ,使增加燃料消耗并缩短炉管寿命,还会对二次加工工艺的 催化剂 造成污染。 盐水 解放出HCl,严重腐蚀设备,甚至使设备腐蚀穿孔、漏油而造成火灾。 因此,在 分馏 前,需要脱除 原油 中的水、盐和固体杂质。

常减压分馏

石油炼制的方法主要有分离法和转化法两大类。分离法包括溶剂法、固体 吸附 法、结晶法和分馏法等,其中最常用的是分馏法。

原油分馏是利用 蒸馏 的方法能将原油中 沸点 不同的 混合物 分开,原油的分馏装置的处理能力往往被视为一个国家 炼油工业 发展水平的标志。在原油分馏过程中,为降低蒸馏温度、避免大分子烃的裂解,通常在常 减压病 分馏装置中完成 原油 的分馏。所谓减压分馏是将分馏设备内的气体抽出,提高 分馏塔 内的真空度,使塔内的油品在低于 大气压 的情况下进行分馏,高沸点组分在较低温度 汽化 的操作。

分馏法工艺是将 原油 脱盐后加热到385°C左右,送至高30多米的常压 分馏塔 底,塔内设有许多层油盘,石油蒸气上升,不同 沸点 的成分冷凝在不同高度的油盘上,塔底为不能蒸发的 渣油 、重油, 中层 为 柴油 等,上层为汽油、 石脑油 等。常压一 减压 分馏 是 炼油厂 加工 原油 的第一道工序,也称一次加工。

渣油热加工

转化法是利用 化学 方法对 分馏 的油品进行深加工的石油炼制方法,也称二次加工。例如,可以把重油、 沥青 等分解成 轻油 ,也可以把轻馏分气聚合成油类。常用的转化法有热裂法、 催化 裂化法、加氢裂化法和 焦化 法等。

绝大多数原油经过常减压 蒸馏 后,只能提供30%左右的汽油、 煤油 和柴油等轻质油品,其余是重质馏分油和残渣油,若不经过二次加工,它们只能作为润滑油原料或重质燃料油。但 国民经济 和国防上大量需要的是汽油、煤油、 柴油 等轻质油品。此外,直馏汽油 辛烷值 很低,通常仅40~50,远不能满足汽油 发动机 对 汽油辛烷值 的要求。因此需要二次加工。根据 化学 加工过程中有无 催化剂 的存在,原油蒸馏后的加工可分为 热加工 过程和催化加工过程。

热加工过程有热裂化、减粘裂化和延迟 焦化 等工艺,主要用于加工重质原料油,生产 轻质原油 产品,以提高 轻质油 的 收率 。但热裂化所得产品由于含 烯烃 多,安定性很差,目前一般仅用于生产三烯 三苯 的石油化工工艺中。延迟焦化可处理 减压 渣油 等重质贫氢 油料 ,除可生成轻质油品和石油焦外,还可为 催化 裂化提供原料,因此现在仍然是 原油 深度加工的重要方法,为大多数 炼油厂 所采用。

延迟焦化是将渣油以高流速流过 加热炉 管,加热到反应所需的温度500~505℃,然后进入 焦炭 塔,在焦炭塔里靠自身带入的热量进行裂化、 羟醛缩合 ,使渣油深度反应转化为气体、汽油、 柴油 、蜡油和固体产品 焦炭 的过程。热渣油在炉管里虽然已达到反应温度,但由于焦油的流速很快,停留时间很短,裂化和缩合反应来不及发生就离开了加热炉,而把反应推迟到焦炭塔中进行,所以称为延迟焦化。

催化裂化

催化 裂化是以重质馏分油为原料,在 催化剂 存在条件下和在450~530℃高温和0.1~0.3 MPa压力下,经过以裂化为主的一系列反应,生成气体、汽油、柴油、重质油及 焦炭 的工艺过程。其主要特点是 轻质油 收率 高,可达70%~80%,比热裂化和延迟 焦化 都高。气体产率为10%~20%,其中主要是C 3 ,C 4 , 烯烃 质量分数可达50%以上,是优良的石油 化工原料 和生产高 辛烷值 组分的原料。汽油产率为30%~60%,安定性好,辛烷值为70~80,高于 直馏汽油 和 热裂化汽油 、 焦化汽油 。 柴油 产率为20%~40%,其中含 芳香烃 多,抽提出来是宝贵的 化工原料 。

由于 催化 裂化在生产轻质油品方面的优越性,它已成为 炼油厂 提高原油加工深度、生产高辛烷值汽油、柴油和 液化石油气 的最重要的一种重油轻质化工艺过程。

催化裂化装置一般由反应-再生系统、 分馏 系统和吸收-稳定系统三部分组成,在处理量较大、反应压力较高的装置中常常还有再生烟气能量回收系统。

加氢裂化

加氢裂化是在 催化剂 和 氢气 存在条件下,使重质油通过裂化等反应转化为汽油、 煤油 和 柴油 等轻质油品的加工工艺。加氢裂化既能提高 轻质油 收率 ,同时又可得到各种优质油品。 加氢裂化由于从外界补入氢气降低了 油料 的 碳氢 比,不仅可防止 渣油 、 焦炭 的大量生成,而且还可将原料油中的含硫、含氧、含氮化合物中的硫、氧、 氮 转化为易于除去的 硫化氢 、水、氨等,减少对催化剂的毒害作用。另外,原料油及生成油中的 烯烃 加氢饱和后,产品安定性可显著提高。

加氢裂化自20世纪60年代以来发展迅速,与 催化 裂化和 催化重整 互相补充,已成为 炼油厂 中最重要的加工过程之一。

加氢精制

精制是将油品中的某些杂质或不理想组分除掉,以改善油品质量的工艺过程。经 蒸馏 或裂化、 焦化 等二次加工得到的 轻质燃料油 中常常含有少量硫、氧、氮的化合物、胶质等,还含有 不饱和烃 。这些杂质的存在会使油品颜色变深,气味加浓甚至很臭,引起腐蚀,燃烧后会放出有害气体,易于变质,安定性差等,因此必须进行油品精制。油品精制最常见工艺有两种,加氢精制与 电-化学 精制,其中前者为主流。 加氢精制的主要目的是改善焦化 柴油 的颜色和安定性,提高 渣油 催化 裂化柴油的安定性和 十六烷值 ,从 焦化汽油 制取 乙烯 原料或 催化重整 原料等。

催化重整

将二次加工的气体或 轻烃 进行再加工称为三次加工,也是生产高 辛烷值 汽油组分和各种化学品的过程,如烷基化、叠合、异构化等工艺过程。 重整是指将 石脑油 中的烃类分子 催化剂 作用下重新排列成新的 分子结构 的工艺过程,可以有效地提高汽油的辛烷值,同时得到 芳香烃 。 采用 铂催化剂 进行的重整叫铂重整,采用铂 催化剂或多 金属催化剂 进行重整叫铂铼重整或多金属重整。 催化重整过程除原料预处理外,还包括重整、芳烃抽提,芳烃精馏等三个主要部分。

环境影响

石油烃类物质包括 烷烃 、芳香烃、胶质和 沥青质 等,具有黏着力强、含碳量高、 有机化合物 种类多及难降解等特点,属于《 国家危险废物名录 》(2021年版)中的HW08类危险废物。

土壤石油烃类污染泛指 原油 和石油初加工产品(包括汽油、 煤油 、 柴油 等)及各类油的分解产物引起的土壤污染。其来源主要有原油泄漏和溢油事故,含油矿渣、污泥、垃圾的堆置,含油污水的灌溉, 大气污染 及汽车尾气的 沉降 以及含油农药的施用。土壤石油烃类污染是一类非常严重的环境问题,石油中的有毒有害烃类会改变土壤 物理化学 性质,导致土壤质量下降,影响植物生长,改变土壤微生物群落结构,对陆生动物产生严重危害,并可能通过 食物链 危害人体健康。

低 沸点 的 烃类 具有 挥发性 ,可通过空气流动发生转移,对大气造成污染。大气中 二氧化氮 与 碳氢化合物 在紫外光照射下,经复杂的光化学反应所产生的 光化学烟雾 ,它对人体的粘膜有强烈的刺激作用。 烯烃 在大气中生成二次污染物,其毒性显著增强,例如汽车排气中的 氮氧化物 和低碳烯烃光化学反应生成 pan ,形成的光化学烟雾毒性就很强。 石油工业的各个环节,包括生产、运输、精炼以及最后成品的使用所排放的气体几乎都是 温室气体 ,如 二氧化碳 、 甲烷 、 臭氧 和 氧化亚氮 等。

石油也会对海洋造成污染。每年数十万吨的石油烃类物因泄漏、沿海炼油工厂污水排放、大气污染物的 沉降 等原因进入海洋中。1991年 海湾战争 期间泄漏入海的石油达150万吨,使当地生态遭受毁灭性破坏, 生态恢复 至少需要100年,而其湿地将永无再生可能。 进入水体中的石油在随同水一起迁移,同时在变质、氧化、移动和扩散等众多因素的作用下,水中的油可聚集成 沥青 块,浮在水中,随水漂流。 石油污染会破坏海产养殖、盐田生产和 滨海旅游区 等产业。海面上的油膜会阻碍大气与海水之间的 气体交换 ,影响海洋植物的 光合作用 。海兽皮毛和海鸟羽毛被石油沾污后,会失去保温、游泳或飞翔的能力。石油中所含的苯和 甲苯 等有毒化合物泄漏人海洋后,会进入 食物链 ,对海洋生物造成巨大危害。

参考资料

  1. 【中国青年网】炼油总产能达9.2亿吨/年 我国已成为世界第一炼油大国 百家号 2023-06-21
  2. 全球探明油气储量继续增长 中国石化新闻网 2023-06-21
  3. 成品油需求变天了 今日头条 2025-03-30
  4. SY/T 6169-2021 油藏分类 全国标准信息公共服务平台 2023-06-21
  5.  GB/T498-2014 石油产品及润滑剂分类方法和类别的确定 道客巴巴 2023-07-13