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原油的分類、產業鏈及煉制工藝介紹

2017-08-16打印返回

   一、原油的定義和分類


原油是指直接從油井中開采出來未加工的石油,它是一種由不同的碳氫化合物混合組成的黑褐色或暗綠色黏稠液態或半固態的可燃物質,其主要成分是烷烴,其中,碳元素占83%—87%,氫元素占11%—14%,其他部分則是硫、氮、氧及金屬等雜質。雖然原油的基本元素類似,但從地下開采的天然原油,在不同產區和不同地層,呈現出的原油品種則紛繁眾多,其物理性質有很大的差別。不過,原油基本上都能溶于多種有機溶劑,不溶于水,但可與水形成乳狀液。


原油的分類有多種方法:


按組成的成分不同,可分為石蠟基原油、環烷基原油和中間基原油三類。石蠟基原油含烷烴較多,環烷基原油含環烷烴、芳香烴較多,中間基原油介于前兩者之間。


按含硫量的多少可分為低硫原油、含硫原油和高硫原油三類。原油的含硫量是指原油中所含硫(硫化物或單質硫分)的百分比。硫對原油性質的影響很大,因為硫對管道有較強的腐蝕作用,對人體健康有害。一般來說,原油中的含硫量占比較小。低硫原油中的含硫量小于0.5%,含硫原油中的含硫量介于0.5%與1%之間,高硫原油中的含硫量大于1%。


按相對密度大小可分為輕質原油、中質原油、重質原油三類。在我國,原油的相對密度是指在壓強為101325Pa下,20℃原油與4℃純水單位體積的質量比。美國則是用在壓強為101325Pa下,60℉(15.6℃)原油與4℃純水單位體積的質量比,通常稱為API度。API度和60℉的原油相對密度(原油與水的密度比)的關系滿足以下公式:API度=(141.5/原油在60℉的相對密度)-131.5。按照國際上通行的分類標準,輕質原油的API度介于35與50之間,中質原油的API度介于26與35之間,重質原油的API度介于10與26之間。不同國家或石油公司對密度的劃分標準可能會有所差異,現實中并不完全機械地遵循這些標準,往往還會考慮定價基準等其他因素。


   二、原油計量單位和用途


世界上最早兩處打出工業油的地方都盛產葡萄酒,而且在本國都很有名氣,打出工業油的人們不約而同的都用葡萄酒桶盛放剛打出來的原油。


1870年,洛克菲勒成立標準石油公司,他們使用的是自己家族生產的葡萄酒大桶,并且自立交貨規格,1桶為42加侖。美國政府采取了英國商人和美國商人能共同接受的標準,即沿用洛克菲勒家族標準石油公司自行制定的標準,規定42加侖為1桶。這個標準的原油計量單位“桶”——每加侖為3.7854L(美),故1桶約為159升——就成為至今全世界都采用的原油交易單位。


然而,“桶”主要還是歐佩克組織和英美等西方國家常用的原油計量單位,是以體積計量的。中國和俄羅斯等國則以重量計量,使用“噸”作為原油計量單位。因為各地生產的原油密度不盡相同,所以1桶原油的重量也不盡相同,大約在128-142公斤,即1噸原油大約為7至7.8桶。


原油通過一定的煉制加工流程可以生產各種原油產品,在社會經濟發展中具有非常廣泛的應用,是當前重要的一次性能源來源之一。


首先,由原油煉制生產的汽油、煤油、柴油、燃料油及液化氣等是能源的主要供應者;其次,原油產品中的高分子合成材料是材料工業的重要支柱。除合成材料之外,原油產品還提供了絕大多數的有機化工原料。此外,金屬加工、各類機械毫無例外地需要各類潤滑材料和其他配套材料,消耗大量原油產品。建材工業、輕工、紡織工業也是原油產品的傳統用戶,新材料、新工藝、新產品的開發與推廣,都離不開原油產品。原油產品還可以為農業提供氮肥等化工原料。


   三、原油產業鏈


原油從地質探測、勘探生產到煉制加工、運輸儲存,再到終端消費等需要經歷漫長且復雜的過程。跟其他大宗商品類似,石油工業一般也被分為上游、中游和下游等三大部分。其中,“上游”的主要任務是將地下的石油開采出來,其中包括勘探、開發及生產等三大環節;“中游”主要是進行石油的儲運,具體包括運輸、儲存等兩大環節;“下游”主要包括煉油、化工、銷售等三大環節。我們重點介紹原油上游的勘探開發流程:


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石油勘探開發主要工藝流程圖


1、首先,從上面的整個流程圖中可以看到,勘探是石油作業的第一步,而勘探過程的第一步是運用相關的地質知識,來選擇合適的勘探區域。隨后勘探人員攜帶羅盤、鐵錘等簡單工具在野外通過直接觀察和研究出露在地面的地層、巖石,了解沉積地層和構造特征。收集所有地質資料,以便查明油氣生成和聚集的有利地帶和分布規律,以達到找到油氣田的目的。在確定油氣潛力區之后,探礦人需要向有關部門申請勘探許可證。成功獲得勘探許可之后,接下來工作的重點就是地球物理勘探和探井。其中,地球物理勘探是根據地質學和物理學的原理,通過不同的物理儀器觀察地面上各種物理現象,推斷地下地質情況,達到找油的目的。在確定了潛在油氣田所在的位置和深度后,下一步就是勘探井的鉆探。整個勘探工作最后一步就是對油氣田的評估,包括對其潛在儲量的評估。


2、其次,在完成上述勘探過程之后,下一步的工作就要移交到開發人員手中。在進行具體開發之前,必須要先取得采礦許可證,隨后開發工程師利用評估階段的圖像、剖面、二維模型和三維模型等信息來確定油氣田的情況,并制定詳細的開發方案。方案中要確定鉆井數量及鉆井裝置,同時還需要確定用來收集和處理開采出來油氣的地面裝置的類型等內容。在方案制定完畢后,需要進行開發建設活動,即執行開發方案中的建設計劃,包括生產井和地面裝置的建設。其中,地面裝置包括如下工程部分:油氣集輸和礦場加工工程、油氣田采出水處理工程、供排水工程、注水(注氣、注聚)工程、供電(電網)工程、道路工程、通信工程和消防工程等。在生產井和地面裝置均完成之后,裝置即可投入使用,開發過程結束,轉入生產過程。


3、最后,生產過程的整體流程是原油從采油井采出后,輸送到油氣集中處理聯合作業站進行“三脫”處理,即原油脫水、脫天然氣、脫硫。處理合格后的原油將被輸送至油庫,通過油庫協調原油生產、原油加工、成品油供應和運輸,最終通過管道,輸送至客戶手中。


   四、原油煉制工藝


原油煉制簡稱煉油,是指通過各種煉油裝置加工生產出各種石油制品。煉油的方法主要有三種,分別是常壓蒸餾法、減壓蒸餾法和裂化法。


常壓蒸餾法


利用加熱爐,分餾塔等設備將原油氣化,烴(碳氫化合物的總稱)類化合物在不同的溫度下開始蒸發,然后將這些氣態的物質冷卻為液體,產生出一系列的石油制品。其工藝流程如下:


1.原油換熱:為了充分回收熱量,使原油與各種餾分在換熱器內換熱,一般換熱到200—250℃進入初餾塔。


2.初餾:原油在初餾塔(預分餾塔)中先將少量水分和腐蝕性氣體及一部分輕汽油分出。經冷凝、冷卻器降至30—40℃,進入儲罐,一部分作回流,一部分作汽油組分或重態原料油。


3.常壓蒸餾:從初餾塔底得到的油叫撥頂油,用泵常壓爐加熱到360—370℃進入常壓塔,自塔頂分出汽油,經換熱、冷凝能冷卻到30—40℃,一部分作塔頂回流,一部分作汽油組分。常壓塔一般有3—4個側線,分別產出煤油、輕柴油和重柴油。


減壓蒸餾法


利用降低壓力從而降低沸點的原理,將常壓重油在減壓塔內進行分餾,從重油中分出柴油、潤滑油、石蠟、瀝青等產品。


常壓塔底重油溫度約為350℃,油泵抽出送到減壓加熱爐,到410℃左右進入減壓塔。一般減壓塔汽化段壓力為40毫米汞柱。減壓一線餾出物除部分作回流外,其余作為裂化或制蠟原料,減壓二、三、四線餾出物可作潤滑油原料或裂化原料,減壓塔底油可作焦化、減粘裂化、氧化瀝青原料,也可經丙烷脫瀝青工藝制取重質潤滑油。


裂化法


將石油中的重組分分裂為輕組分,是提高汽油、柴油產出率,增加汽油、柴油產量的一種方法。裂化有三種不同類型:


1.熱裂化:就是完全依靠熱能進行裂化。熱裂化的形式根據原料不同、裂化深度不同,又分為減粘裂化和焦化。


2.催化裂化:就是裂化反應不單是靠外界供給的熱能,還要通過催化劑發生催化裂化反應。這樣反應溫度壓力均較低,重組分轉化為輕組分收率較高,質量也較好,所得的裂化氣體也更宜于做化工原料。


3.加氫裂化:加氫裂化實質上是催化裂化與加氫兩種反應的組合。反應是在氫氣壓力下進行的。氫氣壓力可根據不同原料與產品來考慮,可以是17—150大氣壓或更高些。由于在裂化反應中生成部分烯烴,容易進一步生成碳,而影響催化活性與產品收率,加氫可使烯烴飽和,避免或減少生碳的機會,同時并不影響產品中異構烴類的存在。

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