石油能源的重要性和液体燃料炼制方法概述

一   石油能源的重要性
    人们通常所说的能源危机，实际上就是指石油能源危机，具体来说就是燃料油品危机。车辆、轮船、飞机没有油，导致交通瘫痪;锅炉、加热炉没有油，导致工厂停工。燃料油品对多数人来讲是须臾不可缺少的。石油不仅是一种人们日常生活中普通的商品，而且是一种极其重要的战略资源。因此，石油的安全供应不仅关系到人们的正常生活，也关系到一个国家的经济发展和社会稳定。通常，石油的安全供应也总是与政治斗争、全球战略利益争夺、甚至社会意识形态、人权、民族宗教冲突和矛盾交织在一起。20世纪90年代以来，日本和美国等国家都储备了9o天以上的油品消费量，确保一旦因战争或其他原因无法从国外得到足够的石油时，仍能维持一定时间的正常燃料供应。当然，这也是汲取两次中东石油危
机教训的结果。
  预计到2010年中国的石油需求将达到380 Mt左右，而国内可提供的石油资源童为190Mt左右，因此中国石油对外依存度将增长到约50%。专家甚至预言，由于中国石油产量不可能大幅增长，今后新增的石油需求量几乎要全部依靠，到2020年前后，我国石油量有可能超过300Mt.成为世界大油品国。
  但是，与此同时也不能不看到，我国的石油供应安全不仅会受到与供应安全链紧密相关的国家或地区政治、经济和军事事态发展的影响，而且会受到大国的竞争和挤压。因此，对石油安全的关注正在成为影响我国外交政策和战略方针的重要因素。我国政府正在调整原油的渠道，拓宽其来源，并且有计划的增加石油储备。总之，我国对中东石油依赖度的增大，使我国的石油安全受到威胁，同时也考验了我国处理世界事务的能力。
  如果一个国家的石油资源有30%摸在别人手里，就等于自己的安危搽在别人的手里。目前，我国已是排在美国之后的第二大石油国，接近了石油安全警戒点，必须高度重视。面对石油资源的严峻挑战，我国正在紧抓“开源、节流、规避风险”这三个环节，认真贯彻“立足国内，开拓，加强勘探，合理开发，厉行节约，建立储备”的方针，并积极开发替代能源。
 

二 液体燃料的炼制方法
    不同性质的原油采用相同方法生产的产品，其性质会有很大不同;而同一原油采用不同加工方法生产同一种油品，这些油品性质也可能出现很大差别。
    从石油中可以得到数百种产品，按用途不同可分为四大类:
    ①燃料:约占全部石油产品的90%以上，主要用作各类发动机、锅炉、炊具的燃料及照明灯用油。如汽油、喷气燃料、柴油、煤油和重油等。
    ②润滑油和润滑脂:约为石油产品总量的5%左右，但品种极多，性质差别很大。主要用于润滑机械，减少摩擦和磨损。
    ③蜡、沥青和石油焦。
    ④石油化工产品，主要作有机合成工业的原料或中间体。  
    所谓石油炼制，就是为了解决原油性质与油品使用要求之间的矛盾，应用各种物理或化学加工方法，把原油加工成符合各种质量标准的石油产品。
    1.原油的预处理
    油田采出的原油虽经过初步脱水处理，仍含有一定量的盐和水，进炼油厂的原油一般含盐量50mg/L左右，含水量0.5%-1.0%，这些盐和水必须在原油炼制之前，进一步将其脱除。因为原油含水在加工过程中必然增加燃料动力消耗，严重时会引起蒸馏塔超压或出现冲塔现象;原油的盐大部分是氯化钠，其余是氯化钙、氯化镁，受热后易腐蚀设备，并容易结成盐垢堵塞管路，而且原油中的盐在蒸馏时大都残留在重馏分油或渣油中，影响二次加工过程及其产品质量。为此，一般要求预处理后原油含盐小于3mg/L，含水小于0.2%。
    2.原油的常压蒸馏
    常压蒸馏又叫直接蒸馏.是制取汽油、煤油、柴油等燃料的基本方法，是炼油厂加工已脱盐脱水原油的道工序。常压蒸馏是利用原油中烃类沸点的差别，采用精馏方法把原油分割成不同沸程的直馏馏分油。通常分割成
沸点范围为35-205℃的汽油馏分，140-280℃的煤油馏分，200-350℃的柴油馏分。
    常压蒸馏原理：将经过预处理脱水、脱盐后的原油用泵打人管式炉加热，原油加热到350-360℃后进人常压蒸馏塔。蒸馏塔下部温度高，往上温度逐步降低。经加热的原油进入蒸馏塔后，沸点较低的烃类气化上升，各种烃类根据自己的沸点在塔内不同的部分又被冷凝。沸点低的轻馏分蒸发性较大，能上升到温度较低的塔顶，沸点高的重馏分，蒸发困难，只能在温度较高的下部蒸发。因此，由塔顶到塔底的馏分，是由轻逐渐到重。塔顶的是汽油馏分，往下是煤油馏分、轻柴油馏分、重柴油馏分，沸点大于350℃的馏分称为常压重油，由塔底流去减压系统。这样，就把原油按沸点的不同分割成汽油、煤油、柴油等馏分。
    汽油馏分如果不作为汽油产品的调合组分时，也可以称之为石脑油馏分，作为本厂重整原料或商品出厂供其他厂作为化工原料。用作工业溶剂的各种溶剂油，也来自汽油馏分。
    以上通过直接蒸馏所得到的产品，通常叫直馏产品，如直馏汽油、直馏煤油、直馏柴油等。
    直馏产品不含烯烃或含量极少，性质安定，不易氧化变质，不管是汽油、煤油或柴油都适宜长期贮存。目前国产喷气燃料、军用柴油大都是直馏产品。
    由于我国原油大部分属于石蜡基原油，因此，直馏柴油中正构烷烃含量较多（如大庆原油直馏柴油正构烷烃在40%以上）。柴油中的正构烷烃多，易自行发火，燃烧性能好。直馏汽油中的正构烷烃多，则在发动机中燃烧时
容易产生爆震，因而不能直接使用。
    常减压蒸馏只能从原油中得到20%-30%的汽油、煤油和柴油等轻质油品，其余是只能作为润滑油原料的重馏分和残渣油。但市场对轻质油品的需求量却占石油产品的90%左右，加上直馏汽油的辛烷值很低，约为50-70，而我国目前车用汽油标准中要求汽油的研究法辛烷值（RON）至少大于90，可见只靠常压蒸馏无法满足国民经济对轻质油品在数量和质量上的要求。为了解决这一矛盾，发展了多种二次加工方法，即通过化学方法，改变馏分的化学组成，以获得更多更好的轻质油品，现简单介绍几种主要的二次加工工艺的特点。
    3.催化裂化
    催化裂化是目前*重要的一种二次加工工艺。它以减压馏分油、焦化柴油和蜡油等重质馏分油或渣油为原料，在催化剂的作用下，进行裂化、异构化、芳构化、氢转移等反应，反应结果使产品中含有较多的异构烷烃和芳香烃，烯烃含量较少，因此汽油的辛烷值较高，达88左右，油品安定性较好，但不及直馏汽油。柴油中由于芳香烃较多，因而燃烧性能较差，一般需同直馏柴油调合后才能合格。
    催化裂化反应生成40%-60%的汽油，10%-20%的裂化气及部分柴油。裂化气中丙烯和丁烯含量高达80%，是制取工业异辛烷等的重要原料，也可作民用燃料和车用清洁燃料－－-液化石油气。
    4.加氢裂化
    加氢裂化与催化裂化不同之处即在于裂化过程加人氢气，因此这两种裂化可以说是异曲同工，采取不同工艺方法达到同一目的，所以炼油厂的二次加工往往是催化裂化与加氢裂化相辅相成同时采用。
     加氢裂化是在氢压下进行的催化裂化，将重质油转变成为饱和的轻质油。在加氢裂化中，进行裂化、加氢和异构化等反应，加氢裂化不仅可防止焦炭的产生，还可以将原料油中的氧、氮、硫等杂质转化为水、氮、硫化氢，易于脱除，所以产物中含异构烷烃和环烷烃多，而且含硫、氧、氮等非烃化合物和烯烃很少，可以生产高辛烷值的汽油或安定性高、结晶点低于-60℃的喷气燃料，还可以生产低凝点低于-45℃的柴油。液体产品收率高达97%，产品长期储存不易变质。
    5.高辛烷值汽油的生产
    随着汽车工业的发展，对汽油辛烷值要求越来越高，因而出现了许多生产高辛烷值组分的加工工艺。
    （1）催化重整
    催化重整工艺就是用来生产高辛烷值汽油，同时副产氢气作为加氢裂化和加氢精制装置的原料，其原料为直馏汽油馏分或经加氢的裂化汽油馏分。
    “重整”的意思是对分子结构进行重新整理，因为异构烷烃比同样碳原子数的正构烷烃的辛烷值高很多，而芳香烃的辛烷值更高。催化重整工艺就是在催化剂存在条件下，将正构烷烃和环烷烃进行异构化、芳构化和脱氢反应，转化为异构烷烃和芳香烃，得到高辛烷值汽油。
    催化重整产品中芳香烃和异构烷烃含量大大增加，正构烷烃、烯烃含量减少，芳香烃含量可达到25%-60%,烯烃含量则小于2%。产品作为汽油组分，辛烷值高，安定性好，储存中不易变质。
    （2）烷基化
    烷基化油是高辛烷值汽油的组分，烷基化油的组成主要是异辛烷，因此也称工业异辛烷，辛烷值高，有良好的挥发性和燃烧性，是航空汽油和车用汽油的理想调和组分。
    烷基化的原料是异丁烷和各种丁烯组分（异丁烯、1-丁烯1、2-丁烯等），反应原理主要是在酸性催化剂作用下，进行加成反应，同时也有各种副反应，包括叠合反应、异构化反应、分解反应和氢转移反应等，是比较复杂的。烷基化工艺有两种，均被广泛采用，即硫酸法烷基化和氢氟酸法烷基化。
    （3）催化叠合
    催化叠合是将丙烯、丁烯馏分叠合成高辛烷值汽油组分。过去我国采用的是非选择性叠合工艺，近年引进了选择性叠合工艺，分别说明如下。
    ①非选择性叠合
    非选择性叠合是以未经分离的液化石油气作原料，经过脱硫和加热器加热后进人反应器，在催化剂作用下，进行叠合反应。所产叠合汽油辛烷值（RON ）93-96，并具有很好的调合性能。但叠合汽油大部分是不饱和烃，储存时不安定。
    ②选择性叠合
    选择性叠合采用硅酸铝催化剂，用组成比较单一的丙烯或丁烯作原料，经过脱水后进人反应器，在催化剂作用下，进行叠合反应，益合汽油辛烷值（RON）为97。
    6.液体燃料的精制与调合
    （1）液体燃料的精制
    石油经过一次加工和二次加工所得到的油品，还不能完全符合市场上的使用要求，因为在油品中还含有各种杂质，如含有硫、氮、氧等化合物、胶质以及某些影响使用的不饱和烃和芳烃。油品的质量标准并不像一般化学品追求其纯度级别，而是完全根据使用要求，对于燃料油品要求其燃烧性能、对设备的腐蚀磨损、储存与输送安全、对环境影响以及需要脱除颜色和臭味等等。因此对油品中含有影响使用的杂质必须加以处理，使油品完全符合质量标准，这就是油品的精制。常用的精制方法有加氢精制和脱硫醇。
    （2）液体燃料的调合
    每种油品有不同的质量档次与牌号，价格高低不同，石油产品出厂不仅要保证符合质量标准，还要本着优质优价的原则，追求的经济效益，这就需要发挥每种油品在某种性能上的优势，相互调合匹配，使之既达到了质量标准，又能取得的经济效益，因此，油品调合也是炼厂生产经营上一项十分重要的措施。由于内燃机性能不断革新，环境保护日趋严格，油品的质量标准也在不断变更，例如我国已淘汰70号车用汽油和停止生产含铅汽油等，炼厂需要相应采取在油品中加人添加剂或其他提高油品性能的组分，这也属于油品调合的工作范围。


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