石油天然氣的形成與加工

第2章石油天然氣的形成與加工目錄石油天然氣的形成石油開采與儲運石油煉制天然氣加工第一節(jié)石油天然氣的形成

石油是石蠟族烷烴、環(huán)烷烴和芳香烴等不同烴類以及各種氧、硫、氮的化合物所組成的可燃的有機液態(tài)礦物。未經加工的石油也稱原油。1.1石油的組成石油天然氣的組成：從元素角度、化合物角度和組分角度都說明石油組成是復雜的。原油的分類〔三種〕：按膠質和瀝青質含量；按含蠟量。油氣藏形成的根本條件：古地理環(huán)境和地質條件；物理化學條件。1.2油氣藏形成的根本條件古地理環(huán)境與地質條件物理化學條件油氣成藏的環(huán)境——圈閉及其條件

要形成大量油氣，一是要有讓大量生物長時期繁盛的古地理環(huán)境，二是要有使這些動植物尸體得到有效埋藏保存的地質條件。水生生物利于成油而陸生植物利于成煤。利于成油的生物需具有長時期繁盛的環(huán)境，穩(wěn)定的水體、豐富的養(yǎng)料、一定的光照和溫度。對現(xiàn)代沉積物和古代沉積巖的調查，淺海區(qū)、海灣、澙湖、內陸湖泊的深湖或半深湖區(qū)，有利于石油天然氣的形成。古地理環(huán)境和地質條件物理化學條件有機質向油氣轉化過程中，細菌作用、溫度、壓力、催化劑等是必不可少的理化條件。油氣成因的現(xiàn)代模式為四個逐步過渡的階段：生物化學生氣階段、熱催化生油氣階段、熱裂解生凝析氣階段及深部高溫生氣階段。圖2-1油氣成因模式圖油氣藏的形成

圈閉：聚集、保存油氣，并使之形成油氣藏的場所。由三局部組成：〔1〕適合于儲存油氣的儲集層；〔2〕防止油氣逸散的蓋層；〔3〕油氣聚集的遮擋物〔如背斜、斷層等〕。圈閉中不一定都有油氣，但油氣成藏多是在圈閉中。油氣藏形成的根本條件〔1〕充足的油氣來源；〔2〕有利的生、儲、蓋組合；〔3〕有效的圈閉；〔4〕必要的保存條件。第二節(jié)石油的開采與儲運

石油埋藏于地下，通過地質工作者用人工地震方法找到和確定有工業(yè)規(guī)模的油氣，就開始鉆井、開采，直至到地面進行脫水破乳處理。最后是計量和儲運，擬用于石油煉制和天然氣凈化，得到燃料或化工原料。2.1石油鉆井

地質工作者用地震和其他地球物理方法進行地質普查，初步判明可能含有油氣的構造位置后，必須通過打探井穿送油氣層的方法予以驗證。此外，還可在鉆井過程中利用各種錄井方法和地球物理測井方法最終確定含油面積、油藏儲量、地層壓力、地層巖石物性等地質要素，為油氣田的開發(fā)提供可靠的依據(jù)。油氣井是石油和天然氣從地下流到地面的通道。要盡可能多地開采出地下石油，就必須在油氣田開發(fā)過程中鉆足夠數(shù)量的生產井。2.2石油開采自噴采油：利用地層自身的能量將原油舉升到井口，再經地面管線流到計量站。氣舉采油：從地面將高壓氣體注入油井中，降低油管內氣、液混合物的密度，從而降低井底流壓的一種機械采油方法。有桿泵采油：就是抽油。無桿泵采油：采用潛油電泵、水力活塞泵、射流泵及螺桿泵采油。圖2-2抽油機2.3油井增產原理油田開發(fā)及石油開采過程一般可分為一次采油、二次采油和三次采油三個階段。一次采油：指利用油藏天然能量進行開采的過程。二次采油：是指向油層補充流體以保持地層能量的采油方法，如通過注氣、注水等保持油藏壓力。三次采油：指采用物理、化學、熱量、生物等方法改變油藏巖石及流體的性質，提高水驅后油藏采收率的方法。通過壓裂和酸化提高地層滲透率的方法是油氣井增產、注水井增注的重要手段。2.4石油天然氣儲運油氣輸送管道是石油輸轉的主要設備。油、氣田內部連接油、氣井與計量站、聯(lián)合站的集輸管道以及煉油廠和油庫的管道屬于企業(yè)內部輸油管道。長距離油氣輸送管道由輸油站或輸氣站與線路兩大局部組成。管道沿線需設泵站給油流或氣流加壓。假設原油含蠟多、凝點高，管道上還設有加熱站。每隔一定距離還要設中間截斷閥，以便發(fā)生事故或驗修時關斷。沿線還有保護地下管道免遭腐蝕的陰極保護站。另外，沿線要有通信線路或信號發(fā)射與接受設備等。第三節(jié)石油煉制與天然氣加工

石油是極其復雜的混合物，必須經過一系列加工處理才能成為有用的產品。石油加工又稱石油煉制。根據(jù)石油的性質和產品目的主要有兩個加工方向，即石油燃料型方向和石油燃料-化工一體化方向。天然氣加工又稱天然氣凈化，目的是脫除天然氣中的固體雜質、水分、硫化物和二氧化碳等有害組分，使之符合管輸和商品氣的要求。

3.1石油煉制原油預處理常壓蒸餾直餾汽油柴油煤油潤滑油石油氣減壓蒸餾減一減二減三減四減壓渣油一次加工〔又稱物理加工〕原油經預處理和常減壓處理〔一次加工〕得汽油柴油、渣油和蠟油，汽油、渣油和蠟油繼續(xù)加工〔二次加工〕可得更多燃料和化工原料。汽油催化重整氣體苯及其同系物高辛烷值汽油渣油焦化氣體氣油柴油焦炭加氫重整加氫二次加工〔又稱化學加工〕蠟油催化裂化加氫催化裂化氣體汽油柴油〔要加氫改質再與直餾柴油混合使用〕氣體石腦油〔送化肥廠做化肥〕煤油〔與直餾煤油混合后加添加劑作航煤〕柴油〔與直餾柴油及催化裂化柴油混合〕二次加工〔又稱化學加工〕石油預處理

從地層采出的石油都含有一定的水分，這些水中都溶有NaCl、MgCl2和CaCl2等無機鹽。在油田已經經過了處理，但仍有局部水不能脫除。石油含水含鹽給其加工過程和產品質量都會帶來危害。大多煉廠都采用兩級脫鹽脫水流程〔圖2—3〕。工藝參數(shù)有：停留時間、脫鹽溫度與壓力、注水量和破乳劑參加量等。為了到達低碳經濟和可持續(xù)開展的目的，在到達原油含鹽量、含水量和排水含油量要求的前提下，要盡量節(jié)省電耗和化學藥劑。圖2-3兩級脫鹽脫水流程示意圖

原油常減壓蒸餾是石油加工的第一道工序，它擔負著將原油進行初步別離的任務。它依次使用常壓蒸餾和減壓蒸餾的方法，將原油按照沸程范圍切割成汽油、煤油、柴油、潤滑油原料、裂化原料和渣油。常減壓蒸餾是煉油廠和許多石油化工企業(yè)的龍頭裝置。其耗能、收率和別離精確度對全廠和下游加工裝置的影響很大。通過常減壓蒸餾要盡可能多地從石油中得到餾出油，減少殘渣油量，提高原油的總拔出率。這不僅能夠獲得更多的輕質直餾油品，也能為二次加工和三次加工提供更多的原料油，為原油的深加工打好根底。原油常減壓工藝過程如圖2-4所示。ThankYou!石油常減壓蒸餾

原油經預熱至200-240℃后，入初餾塔。輕組分由初餾塔塔頂蒸出，經冷卻后入別離器別離掉水和未凝氣體，別離器頂部逸出的氣體稱為“拔頂氣〞。初餾塔塔頂蒸出的輕汽油〔也稱石腦油〕，初餾塔塔底油送常壓加熱護加熱至360-370℃，再入常壓塔分割出輕汽油、煤油、輕柴油、重柴油(AGO)等餾分，它們都可作為生產乙烯的裂解原料。留在常壓塔底的重組分稱常壓渣油，為了防止在高溫下蒸餾而導致組分進—步分解，采用減壓操作。將常壓渣油在減壓加熱爐中加熱至380-400℃，入減壓蒸餾塔，減壓塔第一側線可出減壓柴油(VGO)。圖2-4原油常減壓工藝過程示意圖催化裂化

催化裂化目的是將不能用作輕質燃料的常減壓餾分油，加工成辛烷值較高的汽油等輕質燃料。裂化過程有熱裂化和催化裂化兩種。熱裂化是在480-500℃條件下進行，催化裂化是在催化劑存在下于500℃左右溫度條件下進行。直鏈烷烴在催化裂化條件下，主要發(fā)生：碳鏈的斷裂和脫氫反響、異構比反響、環(huán)烷化和芳構化反響、疊合、脫氫縮合等反響。由于催化裂化過程中有焦炭生成，故催化劑需頻繁再生。工業(yè)上采用的催化裂化裝置主要有以硅鋁酸為催化劑的硫化床催化裂化〔FCC〕和以高活性稀土Y分子篩為催化劑的提升管催化裂化兩種，圖2-5為提升管催化裂化的工藝流程示意圖。催化重整

催化重整是使原油常壓蒸餾所得的輕汽油餾分經過化學加工轉變成富含芳烴的高辛烷值汽油的過程，現(xiàn)在該法不僅用于生產高辛烷值汽油，且已成為生產芳烴的一個重要方法。催化重整常用的催化劑是Pt/Al2O3,故也稱鉑重整。為了增加芳烴收率，近年來開展了鉑-錸，鉑-銥等兩種以上多金屬重整催化劑。催化重整過程所發(fā)生的化學反響：⑴環(huán)烷烴脫氫芳構化

⑵環(huán)烷烴異構化脫氫形成芳烴

⑶烷烴脫氫芳構化

⑷正構烷烴的異構化和加氫裂化等反響。加氫裂化反響的發(fā)生，會降低芳烴的收率，應盡量抑制其反響發(fā)生。烴重整后得到的重整汽油含芳烴30-50%，從重整汽油中提取芳烴常用液液萃取的方法。即用一種對芳烴和非芳烴具有不同溶解能力的溶劑〔如乙二醇醚、環(huán)丁砜等〕，將重整汽油中的芳烴萃取出來，然后將溶劑別離掉，經水洗后獲得根本上不含非芳烴的芳烴混合物，再經精餾得到產品苯、甲苯、二甲苯。催化重整的工藝流程主要有三個組成局部：預處理、催化重整、萃取和精餾。預處理及催化重整局部的工藝流程如圖2-6所示。加氫裂化

加氫裂化所用催化劑有貴金屬〔Pt，Pd〕和非貴金屬〔Ni、Mo、W〕兩種，常用的載體固體酸，如硅酸鋁分子篩等。將重質餾分油〔例如減壓渣油〕在催化劑存在下于10-20MPa和430-450℃條件下進行加氫裂解，可得到優(yōu)質的汽、煤、柴油。加氫裂化過程發(fā)生的主要反響有：烷烴加氫裂化生成分子量較小的烷烴；正構烷烴的異構化，多環(huán)環(huán)烷烴的開環(huán)裂化和多環(huán)芳烴的加氫開環(huán)裂化。并可同時發(fā)生有機含硫化合物和有機含氮化合物的氫解。3.2天然氣加工

天然氣凈化廠設有別離過濾單元、脫硫裝置、硫磺回收裝置、尾氣處理裝置、脫水裝置和配套系統(tǒng)，如圖2-7所示。圖2-7天然氣凈化主導工藝流程圖

天然氣脫水

天然氣脫水的目的主要用于天然氣輸送，把水和烴的露點降低到規(guī)定值。常用脫水方法有吸收法、吸附法、低溫別離法等。甘醇吸收脫水：主要由甘醇吸收和再生兩局部組成。圖2-8是典型的甘醇脫水工藝流程。固體吸附法：將天然氣通過吸附劑床層，水被吸附下來，得到干氣。半連續(xù)操作采用雙塔或三塔固定床輪換吸附和再生。連續(xù)操作采用流化床，天然氣和吸附劑在吸收塔內逆向接觸。低溫別離法：采用適當?shù)牡蜏乜墒固烊粴庵械乃途植枯^重的烴冷凝別離出來，到達同時控制水和烴露點的目的。天然氣脫硫

表2-3常用的酸氣處理方法濕法化學吸收法醇胺法：1、一乙醇胺法；2、改良二乙醇胺法3、二甘醇胺法；4、二異丙醇胺法堿性鹽溶液法：1、改良熱鉀堿法；2、氨基酸鹽法物理吸收法多乙醇醚法砜胺法直接吸收法蒽醌法改良砷堿法干法分子篩法海綿鐵法典型醇胺法工藝流程見圖2-9。原料氣經別離器后進入吸收塔，在塔內氣體與醇胺溶液逆流接觸，除掉酸性組分，凈化氣體經別離器出裝置。在天然氣凈化過程中，吸收塔內的醇胺溶液在低溫高壓下吸收硫化氫和二氧化碳氣體，生成相應的銨鹽并放出熱量；在汽提塔內溶液被加熱，再低壓高溫下進行逆向反響，分解銨鹽、放出酸氣，使醇胺溶液再生，并再循環(huán)使用。天然氣脫出二氧化碳也可用膜別離法和低溫別離法，效果較好。硫磺回收工藝從天然氣脫硫裝置出來的酸氣主要含有H2S、CO2和H2O以及少量CH4等烴類，用硫磺回收裝置生產硫磺，使珍貴的硫資源得到充分的利用，同時又防止了大氣污染。迄今為止，酸氣處理的主體工藝是以空氣為氧源、將H2S轉化為硫磺的克勞斯工藝，酸氣處理的主要產品是硫磺。改進克勞斯工藝中主要包括兩段反響：熱反響段和催化反響段。第一階段是1/3的H2S氧化成SO2的自由火焰氧化〔高溫放熱反響或燃燒反響段〕，在熱反響段即燃燒爐內有如下反響：第二階段是余下的2/3的H2S在催化劑上與燃燒反響段生成的SO2反響〔中等放熱的催化反響段〕，催化反響段的主反響是：改進克勞斯法主要有三種根本工藝流程：直流法；分流法和硫循環(huán)法。其中前兩種應用最為廣泛。直流法的主要特點是全部酸氣與按需要配入的空氣一起進入燃燒爐〔反響爐〕反響，再經過余熱鍋爐〔廢熱鍋爐〕、兩級或更多的催化轉化反響器與相應的硫磺冷凝冷卻器，經捕集硫磺后尾氣或灼燒排空或進入尾氣處理裝置。圖2-10為具兩級催化轉化的克勞斯直流工藝流程圖。典型的分流工藝使酸氣量的1/3與計量的空氣進入燃燒爐，將其中的H2S轉化成SO2，此股氣流經余熱鍋爐后與另外2/3酸氣混合進入催化轉化階段。因此，在此種工藝中，硫磺是完全在催化階段內生成的。圖2-11為具兩級催化轉化的克勞斯分流工藝流程圖。天然氣凝液回收

天然氣凝液〔NGL〕回收工藝主要有：〔1〕吸附法。利用固體吸附劑對各種烴類吸附