石油綜述第二章石油的組成及性質(zhì)

第第 2 章章 油氣的組成及性質(zhì)油氣的組成及性質(zhì) 第 1 節(jié) 油氣 在地層中 油氣則是指原油與天然氣混合形成的礦藏能源 油氣的組成則 是要把原油的組成與天然氣的組成分開講解 原油即石油 也稱黑色金子 是一種粘稠的 深褐色 有時有點綠色的 液體 習慣上稱直接從油井中開采出來未加工的石油為原油 它是一種由各種 烴類組成的黑褐色或暗綠色黏稠液態(tài)或半固態(tài)的可燃物質(zhì) 地殼上層部分地區(qū) 有石油儲存 它由不同的碳氫化合物混合組成 其主要組成成分是烷烴 此外 石油中還含硫 氧 氮 磷 釩等元素 可溶于多種有機溶劑 不溶于水 但可與 水形成乳狀液 按密度范圍分為輕質(zhì)原油 中質(zhì)原油和重質(zhì)原油 不過不同油 田的石油成分和外貌可以有很大差別 石油主要被用來作為燃油和汽油 燃料 油和汽油組成世界上最重要的一次能源之一 石油也是許多化學工業(yè)產(chǎn)品 如溶劑 化肥 殺蟲劑和塑料等的原料 原油是一種黑褐色的流動或半流動粘 稠液 略輕于水 是一種成分十分復雜的混合物 就其化學元素而言 主要是 碳元素和氫元素組成的多種碳氫化合物 統(tǒng)稱 烴類 原油中碳元素占83 一 87 氫元素占11 一14 其它部分則是硫 氮 氧及金屬等雜質(zhì) 雖然原 油的基本元素類似 但從地下開采的天然原油 在不同產(chǎn)區(qū)和不同地層 反映 出的原油品種則紛繁眾多 其物理性質(zhì)有很大的差別 原油的分類 按組成分類 石蠟基原油 環(huán)烷基原油和中間基原油三類 按硫含量分類 超低硫原油 低硫原油 含硫原油和高硫原油四類 按比重分類 輕質(zhì)原油 中質(zhì)原油 重質(zhì)原油以三類 第2節(jié) 原油的組成及物理化學性質(zhì) 原油的性質(zhì)包含物理性質(zhì)和化學性質(zhì)兩個方面 物理性質(zhì)包括顏色 密度 粘度 凝固點 溶解性 發(fā)熱量 熒光性 旋光性等 化學性質(zhì)包括化學組成 組分組成和雜質(zhì)含量等 密度 原油相對密度一般在0 75 0 95之間 少數(shù)大于0 95或小于0 75 相對密 度在0 9 1 0的稱為重質(zhì)原油 小于0 9的稱為輕質(zhì)原油 粘度 原油粘度是指原油在流動時所引起的內(nèi)部摩擦阻力 原油粘度大小取決于 溫 度 壓力 溶解氣量及其化學組成 溫度增高其粘度降低 壓力增高其粘度 增大 溶解氣量增加其粘度降低 輕質(zhì)油組分增加 粘度降低 原油粘度變化 較大 一般在1 100mPa s 之間 粘度大的原油俗稱稠油 稠油由于流動性差 而開發(fā)難度增大 一般來說 粘度大的原油密度也較大 凝固點 原油冷卻到由液體變?yōu)楣腆w時的溫度稱為凝固點 原油的凝固點大約在 50 35 之間 凝固點的高低與石油中的組分含量有關 輕質(zhì)組分含量高 凝固點低 重質(zhì)組分含量高 尤其是石蠟含量高 凝固點就高 含蠟量 含蠟量是指在常溫常壓條件下原油中所含石蠟和地蠟的百分比 石蠟是一 種白色或淡黃色固體 由高級烷烴組成 熔點為37 76 石蠟在地下以膠 體狀溶于石油中 當壓力和溫度降低時 可從石油中析出 地層原油中的石蠟 開始結晶析出的溫度叫析蠟溫度 含蠟量越高 析蠟溫度越高 析蠟溫度高 油井容易結蠟 對油井管理不利 含硫量 含硫量是指原油中所含硫 硫化物或單質(zhì)硫分 的百分數(shù) 原油中含硫量較小 一般小于1 但對原油性質(zhì)的影響很大 對管線有腐蝕作用 對人體健康有害 根據(jù)硫含量不同 可以分為低硫或含硫石油 含膠量 含膠量是指原油中所含膠質(zhì)的百分數(shù) 原油的含膠量一般在5 20 之間 膠質(zhì)是指原油中分子量較大 300 1000 的含有氧 氮 硫等元素的多環(huán)芳香烴 化合物 呈半固態(tài)分散狀溶解于原油中 膠質(zhì)易溶于石油醚 潤滑油 汽油 氯仿等有機溶劑中 其他 原油中瀝青質(zhì)的含量較少 一般小于1 瀝青質(zhì)是一種高分子量 大于 1000以上 具有多環(huán)結構的黑色固體物質(zhì) 不溶于酒精和石油醚 易溶于苯 氯 仿 二硫化碳 瀝青質(zhì)含量增高時 原油質(zhì)量變壞 原油中的烴類成分主要分為烷烴 環(huán)烷烴 芳香烴 根據(jù)烴類成分的不同 可分為的石蠟基石油 環(huán)烷基石油和中間基石油三類 石蠟基石油含烷烴較多 環(huán)烷基石油含環(huán)烷烴 芳香烴較多 中間基石油介于二者之間 中國已開采的 原油以低硫石蠟基居多 大慶等地原油均屬此類 其中 最有代表性的大慶原 油 硫含量低 蠟含量高 凝點高 能生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)煤油 柴油 溶劑油 潤滑 油和商品石蠟 勝利原油膠質(zhì)含量高 29 比重較大 0 91左右 含蠟量高 約15 21 屬含硫中間基 汽油餾分感鉛性好 且富有環(huán)烷烴和芳香烴 故 是重整的良好原料 成分組成 平均而言 原油由以下幾種元素或化合物組成 碳 84 氫 14 硫 1到3 硫化氫 硫化物 二硫化物和單質(zhì)硫 氮 低于1 帶胺基的堿性化合物 氧 低于1 存在于二氧化碳 苯酚 酮和羧酸等有機化合物中 金屬 低于1 鎳 鐵 釩 銅 砷 烴含有大量的能量 來自原油的許多產(chǎn)品 例如汽油 柴油和石蠟等都是 利用 原油及鉆井原油 了這一能量 烴有多種存在形式 最簡單的烴是甲烷 CH4 這是一種比 空氣輕的氣體 含有5個及5個以上碳原子的長鏈都是液體 非常長的長鏈則是 固體 例如蠟或焦油 通過對烴鏈進行化學耦合 可以得到各種產(chǎn)品 從合成 橡膠到尼龍再到塔帕家用塑料制品 tupperware 所用的塑料都是這樣生產(chǎn)出 來的 烴鏈幾乎無所不能 原油中的烴的主要種類包括 石蠟 化學通式 CnH2n 2 n 為整數(shù) 一般從1到20 直鏈或支鏈分子 室溫下 根據(jù)分子的不同 有氣態(tài)和液態(tài)兩種存在形式 實例 甲烷 乙烷 丙烷 丁烷 異丁烷 戊烷 己烷 芳香烴 化學通式 C6H5 Y Y 是連接在苯環(huán)上的一個長直鏈分子 具有一個或一個以上環(huán)的環(huán)狀結構 環(huán)由六個碳原子構成 碳原子之間的成鍵方式為單鍵與雙鍵相互交替 一般為液態(tài) 實例 苯 萘 環(huán)烷 Napthenes 或環(huán)烷 Cyclalkanes 化學通式 CnH2n n 為整數(shù) 一般從1到20 具有一個或一個以上環(huán)的環(huán)狀結構 環(huán)內(nèi)碳原子之間的成鍵方式均為單鍵 室溫下一般為液態(tài) 實例 環(huán)己烷 甲基環(huán)戊烷 烯烴 化學通式 CnH2n n 為整數(shù) 一般從1到20 含有一個碳碳雙鍵的直鏈或支鏈分子 以液態(tài)或氣態(tài)形式存在 實例 乙烯 丁烯 異丁烯 二烯烴和炔烴 化學通式 CnH2n 2 n 為整數(shù) 一般從1到20 含有兩個碳碳雙鍵的直鏈或支鏈分子 以液態(tài)或氣態(tài)形式存在 實例 乙炔 丁二烯 第3節(jié) 天然氣 從廣義的定義來說 天然氣是指自然界中天然存在的一切氣體 包括大氣 圈 水圈 和巖石圈中各種自然過程形成的氣體 而人們長期以來通用的 天然 氣 的定義 是從能量角度出發(fā)的狹義定義 是指天然蘊藏于地層中的烴類和非 烴類氣體的混合物 天然氣主要成分烷烴 其中甲烷占絕大多數(shù) 另有少量的乙烷 丙烷和丁 烷 此外一般有硫化氫 二氧化碳 氮和水氣和少量一氧化碳及微量的稀有氣 體 如氦和氬等 在標準狀況下 甲烷至丁烷以氣體狀態(tài)存在 戊烷以上為液 體 甲烷是最短和最輕的烴分子 天然氣主要存在于油田氣 氣田氣 煤層氣 泥火山氣和生物生成氣中 也有少量出于煤層 天然氣又可分為伴生氣和非伴生氣兩種 伴隨原油共生 與原油同時被采出的油田氣叫伴生氣 非伴生氣包括純氣田天然氣和凝析氣田 天然氣兩種 在地層中都以氣態(tài)存在 凝析氣田天然氣從地層流出井口后 隨 著壓力的下降和溫度的升高 分離為氣液兩相 氣相是凝析氣田天然氣 液相 是凝析液 叫凝析油 天然氣與石油生成過程既有聯(lián)系又有區(qū)別 石油主要形成于深成作用階段 由催化裂解作用引起 而天然氣的形成則貫穿于成巖 深成 后成直至變質(zhì)作 用的始終 與石油的生成相比 無論是原始物質(zhì)還是生成環(huán)境 天然氣的生成 都更廣泛 更迅速 更容易 各種類型的有機質(zhì)都可形成天然氣 腐泥型有 機質(zhì)則既生油又生氣 腐植形有機質(zhì)主要生成氣態(tài)烴 因此天然氣的成因是多 種多樣的 歸納起來 天然氣的成因可分為生物成因氣 油型氣和煤型氣 無 機成因氣尤其是非烴氣受到高度重視 這里一并簡要介紹 最后還了解各種成 因氣的判別方法 依天然氣蘊藏狀態(tài) 又分為構造性天然氣 水溶性天然氣 煤礦天然氣等 三種 而構造性天然氣又可分為伴隨原油出產(chǎn)的濕性天然氣 不含液體成份的 干性天然氣 生物成因氣 生物成因氣 指成巖作用 階段 早期 在淺層生物化學作 用帶內(nèi) 沉積有機質(zhì)經(jīng)微生物的群體發(fā)酵和合成作用形成的天然氣 其中有時 混有早期低溫降解形成的氣體 生物成因氣出現(xiàn)在埋藏淺 時代新和演化程度 低的巖層中 以含甲烷氣為主 形成條件 生物成因氣形成的前提條件是更加豐富的有機質(zhì)和強還原環(huán)境 最有利于生氣的有機母質(zhì)是草本腐植型 腐泥腐植型 這些有機質(zhì)多分布 于陸源物質(zhì)供應豐富的三角洲和沼澤湖濱帶 通常含陸源有機質(zhì)的砂泥巖系列 最有利 硫酸巖層中難以形成大量生物成因氣的原因 是因為硫酸對產(chǎn)甲烷菌 有明顯的抵制作用 H2優(yōu)先還原 SO42 S2 形成金屬硫化物或 H2S 等 因此 CO2不能被 H2還原為 CH4 甲烷菌的生長需要合適的地化環(huán)境 首先是足夠強的還原條件 一般 Eh 300mV 為宜 即地層水中的氧和 SO42 依次全部被還原以后 才會大量繁殖 其次對 pH 值要求以靠近中性為宜 一般6 0 8 0 最佳值7 2 7 6 再者 甲 烷菌生長溫度 O 75 最佳值37 42 沒有這些外部條件 甲烷菌就不能 大量繁殖 也就不能形成大量甲烷氣 天然氣燃料是各種替代燃料中最早廣泛使用的一種 它分為壓縮天然氣 CNG 和液化天然氣 LNG 兩種 作為汽車燃料 天然氣具有單位熱值高 排氣污染小 供應可靠 價格低等優(yōu)點 已成為世界車用清潔天燃料的發(fā)展方 向 而天然氣汽車則已成為發(fā)展最快 使用量最多的新能源汽車 國際天然氣 汽車組織的統(tǒng)計顯示 天然氣汽車的年均增長速度為20 8 全世界共有大約 1270萬輛使用天 天然氣的車輛 2020年總量將達7000萬輛 其中大部分是壓 縮天然氣汽 第 4 節(jié) 石油類產(chǎn)品在生活中的應用 1 汽油 汽油是消耗量最大的品種 汽油的沸點范圍 又稱餾程 為 30 205 C 密度為 0 70 0 78 克 厘米 3 商品汽油按該油在汽缸中燃燒時抗爆震燃燒性能 的優(yōu)劣區(qū)分 標記為辛烷值 70 80 90 或更高 號俞大 性能俞好 汽油主要 用作汽車 摩托車 快艇 直升飛機 農(nóng)林用飛機的燃料 商品汽油中添加有 添加劑 如抗爆劑四乙基鉛 以改善使用和儲存性能 受環(huán)保要求 今后將限 制芳烴和鉛的含量 2 噴氣燃料 噴氣燃料主要供噴氣式飛機使用 沸點范圍為 60 280 或 150 315 俗稱航空汽油 為適應高空低溫高速飛行需要 這類油要求發(fā)熱量大 在 50C 不出現(xiàn)固體結晶 煤油沸點范圍為 180 310 主要供照明 生活炊事用 要求火焰平穩(wěn) 光亮而不冒黑煙 目前產(chǎn)量不大 3 煤油 煤油沸點范圍為 180 310 主要供照明 生活炊事用 要求火焰平穩(wěn) 光亮 而不冒黑煙 目前產(chǎn)量不大 4 柴油 柴油沸點范圍有 180 370 和 350 410 兩類 對石油及其加工產(chǎn)品 習慣上對 沸點或沸點范圍低的稱為輕 相反成為重 故上述前者稱為輕柴油 后者稱為 重柴油 商品柴油按凝固點分級 如 10 20 等 表示低使用溫度 柴油廣泛 用于大型車輛 船艦 由于高速柴油機 汽車用 比汽油機省油 柴油需求量 增長速度大于汽油 一些小型汽車也改用柴油 對柴油質(zhì)量要求是燃燒性能和 流動性好 燃燒性能用十六烷值表示愈高愈好 大慶原油制成的柴油十六烷值 可達 68 高速柴油機用的輕柴油十六烷值為 42 55 低速的在 35 以下 5 燃料油 燃料油用作鍋爐 輪船及工業(yè)爐的燃料 商品燃料油用粘度大小區(qū)分不同牌號 6 石油溶劑 石油溶劑用于香精 油脂 試劑 橡膠加工 涂料工業(yè)做溶劑 或清洗儀器 儀表 機械零件 7 潤滑油 從石油制得的潤滑油約占總潤滑劑產(chǎn)量的 95 以上 除潤滑性能外 還具有冷 卻 密封 防腐 絕緣 清洗 傳遞能量的作用 用量最大的是內(nèi)燃機油 占 40 其余為齒輪油 液壓油 汽輪機油 電器絕緣油 壓縮機油 合計占 40 商品潤滑油按粘度分級 負荷大 速度低的機械用高粘度油 否則用低粘 度油 煉油裝置生產(chǎn)的是采取各種精制工藝制成的基礎油 再加多種添加劑 因此具有專用功能 附加產(chǎn)值高 8 潤滑脂 俗稱黃油 是潤滑劑加稠化劑制成的固體或半流體 用于不宜使用潤滑油的軸 承 齒輪部位 9 石蠟油 包括石蠟 占總消耗量的 10 地蠟 石油脂等 石蠟主要做包裝材料 化 妝品原料及蠟制品 也可做為化工原料產(chǎn)脂肪酸 肥皂原料 10 石油瀝青 主要供道路 建筑用 11 石油焦 用于冶金 鋼 鋁 化工 電石 行業(yè)做電極 12 其它 除上述石油商品外 各個煉油裝置還得到一些在常溫下是氣體的產(chǎn)物 總稱煉 廠氣 可直接做燃料或加壓液化分出液化石油氣 可做原料或化工原料 煉油 廠提供的化工原料品種很多 是有機化工產(chǎn)品的原料基地 各種油 煉廠氣都 可按不同生產(chǎn)