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1、汽车运行材料第1页，共46页，2022年，5月20日，9点45分，星期四 第1章 石油教学提示：石油是重要的能源之一，按分馏过程，石油的馏分组成通常分为汽油馏分、煤油馏分、柴油馏分和润滑油馏分等。 常用的石油炼制方法有常压蒸馏、减压蒸馏、热裂化、催化裂化、加氢裂化、催化重整、烷基化、延迟焦化等。教学要求：本章主要介绍石油的组成与分类、石油的勘探和开采、石油的炼制过程。重点内容是石油的组成、分类以及石油的炼制过程。 要求学生了解石油的分类、石油的勘探和开采方法，熟悉常用的石油炼制方法，掌握石油的馏分组成。第2页，共46页，2022年，5月20日，9点45分，星期四 1.1 石油概况石油的形貌与成

2、因1.石油的形貌 石油又称原油，是从地下深处开采的、具有特殊气味的可燃粘稠液体，主要是各种烷烃、环烷烃、芳香烃的混合物。 石油的颜色非常丰富，有红色、金黄色、墨绿色、黑色、棕黑色、褐红色等等，甚至还有透明的石油。图1-1是透明和黑色石油的实物照片。a)透明的石油 b)黑色的石油 图1-1 石油的颜色 第3页，共46页，2022年，5月20日，9点45分，星期四 石油的颜色取决于它本身所含胶质、沥青质的含量，含的越高颜色越深。石油的颜色越浅其油质越好，透明的石油可直接加在汽车油箱中代替汽油。2.石油的成因 目前，在石油地质学界有关石油的成因一直存在着激烈的争论。比较有代表性的有无机论和有机论两种

3、学说。无机论 即石油是在基性岩浆中形成的。 无机论认为，石油来源于地幔，是地幔沿着地壳裂隙上涌过程中的衍生物，是地幔发生热膨胀时，在特定的环境中形成的一种新物质形态。第4页，共46页，2022年，5月20日，9点45分，星期四有机论 有机论认为，各种有机物如动物、植物、特别是低等的动植物像藻类、细菌、蚌壳、鱼类等死后埋藏在不断下沉缺氧的海湾、泻湖、三角洲、湖泊等地，经过复杂的物理化学作用，最后逐渐形成为石油。石油的成分与分类1.石油的成分 石油的成分主要有：油质（这是其主要成分）、胶质（一种粘性的半固体物质）、沥青质（暗褐色或黑色脆性固体物质）、碳质（一种非碳氢化合物）。 由碳和氢化合形成的烃

4、类构成石油的主要组成部分，约占95% 99%，含硫、 氧、氮的化合物对石油产品有害，在石油加工中应尽量除去。第5页，共46页，2022年，5月20日，9点45分，星期四 不同产地的石油中，各种烃类的结构和所占比例相差很大，但主要属于烷烃、环烷烃、芳香烃三类。 通常以烷烃为主的石油称为石蜡基石油；以环烷烃、芳香烃为主的称环烃基石油；介于二者之间的称中间基石油。 我国主要原油的特点是含蜡较多，凝固点高，硫含量低， 镍、氮含量中等，钒含量极少。 石油的性质因产地而异，密度为0.8 1.0 g/cm3，粘度范围很宽，凝固点差别很大（30 -60C），沸点范围为常温到500C以上，可容于多种有机溶剂，不

5、溶于水，但可与水形成乳状液。第6页，共46页，2022年，5月20日，9点45分，星期四 组成石油的化学元素主要是碳 （83% 87%）、氢（11% 14%），其余为硫（0.06% 0.8%）、氮（0.02% 1.7%）、氧（0.08% 1.82%）及微量金属元素（镍、钒、铁等）。 除个别油田外，原油中汽油馏分较少，渣油占1/3。组成不同类的石油，加工方法有差别，产品的性能也不同，应当物尽其用。 大庆原油的主要特点是含蜡量高，凝点高，硫含量低，属低硫石蜡基原油。第7页，共46页，2022年，5月20日，9点45分，星期四2.石油的馏分组成 馏分就是石油在分馏过程中所得到的蒸馏物。石油是个多组分

6、的复杂的混合物。在研究石油的组成时，通常按沸点高低切割成几个馏分。 按分馏过程，石油的馏分组成通常分为汽油馏分、煤油馏分、柴油馏分和润滑油馏分等。 但这里的汽油馏分、煤油馏分、柴油馏分和润滑油馏分不等同于汽油、煤油、柴油和润滑油等石油产品，要想得到各馏分所对应的石油产品，必须对相应的馏分进行再加工。 第8页，共46页，2022年，5月20日，9点45分，星期四（1）汽油馏分 汽油馏分为在分馏塔上部得到的轻质馏分，蒸发温度一般在35200范围。 汽油馏分中含的正构烷烃碳原子数多为511，异构烷烃碳原子数稍多，环烷烃和芳香烃多为单环。其中烷烃的质量分数最大，约占50。（2）煤油馏分与柴油馏分 煤油

7、馏分与柴油馏分为在分馏塔中部得到的中质馏分，蒸发温度一般在200350范围。馏分中含的正构烷烃碳原子数多为1120，异构烷烃碳原子数稍多，环烷烃和芳香烃环数增多，除单环外，还有双环和三环的。第9页，共46页，2022年，5月20日，9点45分，星期四（3）润滑油馏分 润滑油馏分为在分馏塔下部得到的重质馏分，蒸发温度一般在350500范围。 馏分中含的正构烷烃碳原子数多为2036，异构烷烃碳原子数稍多，环烷烃和芳香烃环数多为三环以上。其中环烷烃的质量分数较大，约占40。3.石油的分类 一般按下列依据对石油进行分类。（1）按原油的密度分类轻质原油 密度小于0.878g/cm3；中质原油 密度介于0

8、.8780.884g/cm3之间；重质原油 密度大于0.884g/ cm3。第10页，共46页，2022年，5月20日，9点45分，星期四（2）按硫含量分类低硫原油 硫的质量分数低于0.5；含硫原油 硫的质量分数介于0.52.0之间；高硫原油 硫的质量分数大于2.0%。 我国原油多为低硫原油。（3）按蜡含量分类低蜡原油 凝点低于-16； 含蜡原油 凝点介于-1520之间；多蜡原油 凝点大于21。 凝点的测定是从石油中取出某一馏分，其粘度为53mm2s（50），然后测其凝点。第11页，共46页，2022年，5月20日，9点45分，星期四（4）按胶含量分类低胶原油 胶的质量分数小于17；含胶原油

9、胶的质量分数介于1835之间；多胶原油 胶的质量分数大于35%。（5）按特性因数分类特性因数为 （1-1） 式中，K为特性因数；T为原油馏分的平均沸点，以热力学温度（K）表示。 原油按特性因数大小分：第12页，共46页，2022年，5月20日，9点45分，星期四石蜡基原油 特性因数K12.112.9，其特点是含蜡量较高，凝点较高，密度较小，直馏汽油的辛烷值较低，直馏柴油的十六烷值较高，制得的润滑油粘温性能较好；中间基原油 特性因数K11.512.1，其特点是含有一定数量的烷烃、环烷烃和芳香烃，性质介于石蜡基原油和环烷基原油之间；第13页，共46页，2022年，5月20日，9点45分，星期四环烷

10、基原油 特性因数K10.511.5，其特点是含有较多的环烷烃，凝点较低，密度较大，直馏汽油的辛烷值较高，直馏柴油的十六烷值较低，制得的润滑油粘温性能较差。（6）按关键馏分特性分类 按关键馏分特性可把原油分为七类，即石蜡基原油、石蜡-中间基原油、中间-石蜡基原油、中间基原油、中间-环烷基原油、环烷-中间基原油和环烷基原油。第14页，共46页，2022年，5月20日，9点45分，星期四1.2 石油的勘探和开采石油勘探 所谓石油勘探，是指为了寻找和查明油气资源，而利用各种勘探手段了解地下的地质状况，认识生油、储油、油气运移、聚集、保存等条件，综合评价含油气远景，确定油气聚集的有利地区，找到储油气的圈

11、闭，并探明油气田面积，搞清油气层情况和产出能力的过程。 勘探石油的方法主要有地质法、物探法和钻探法三类。第15页，共46页，2022年，5月20日，9点45分，星期四1.地质法 它通过观测、研究裸露在地面的地层、岩石，对地质资料进行分析综合，了解一个地区有无生成油气和储存油气的条件，最后提出对该地区的含油气评价，指出有利地区。有时在岩石裸露的地区，也可能直接发现油气储藏。2.物探法 在地表为松散沉积或沙漠覆盖的地区，被海水覆盖的海洋上，地面和海面上看不到岩石，地质法就受到了很大的限制，此时就要应用物探方法。 物探法是根据地质学和物理学的原理，利用电子学和信息论等领域的新技术，建立起来的一种较新

12、的勘探石油方法。第16页，共46页，2022年，5月20日，9点45分，星期四 利用各种物理仪器，观测地壳上的各种物理现象，从而推断、了解地下的地质构造特点，寻找可能的储油构造。 现代应用于石油勘探的主要物探方法有重力勘探、磁法勘探、电法勘探、地震勘探等方法。1）重力勘探2）磁法勘探3）电法勘探4）地震勘探第17页，共46页，2022年，5月20日，9点45分，星期四3.钻探法 利用物探方法寻找到的地质构造是不是储存了油气，还需要通过钻探才能确定。 钻探是地质勘探工作中的一项重要技术手段。 用钻机从地表向下钻进，在地层中形成圆柱形钻孔，以鉴别和划分地层。可从钻孔中不同深度处取得岩心、矿样、土样

13、进行分析研究，用以测定岩石和土层的物理、力学性质和指标，提供设计需要。 所用钻机主要分为回转式与冲击式两种。第18页，共46页，2022年，5月20日，9点45分，星期四 钻井平台（drilling platform）是主要用于钻探井的海上结构物。上装钻井、动力、通讯、导航等设备，以及安全救生和人员生活设施。 钻井平台是海上油气勘探开发不可缺少的手段，主要有自升式和半潜式钻井平台。自升式钻井平台 如图1.2所示，自升式钻井平台由平台、桩腿和升降机构组成，平台能沿桩腿升降，一般无自航能力。 a)渤海8号自升式海上石油钻井平台 b) 南海2号自升式海上石油钻井平台 图1.2 自升式海上石油钻井平台

14、第19页，共46页，2022年，5月20日，9点45分，星期四半潜式钻井平台 如图1.3所示，半潜式钻井平台上部为工作甲板，下部为两个下船体，用支撑立柱连接。 a ) GM4000半潜式海上石油钻井平台 b ) D90半潜式海上石油钻井平台 图1.3 半潜式海上石油钻井平台 第20页，共46页，2022年，5月20日，9点45分，星期四石油的开采 石油开采工程主要包括测井工程、钻井工程、采油工程和油气集输工程4个方面。1.测井工程 即在井筒中应用地球物理方法，把钻过的岩层和油气藏中的原始状况和发生变化的信息，通过电缆传到地面，据以综合判断，确定应采取的技术措施。2.钻井工程 在油气田开采中，钻

15、井工程占有十分重要的地位，往往占总投资的50。一个油气田的开发应根据油田开发规划钻井，对于开采、观察和控制等不同目的的井（如生产井、注入井、观察井及专为检查水洗油效果的检查井）有不同的技术要求。 第21页，共46页，2022年，5月20日，9点45分，星期四3.采油工程 采油工程是把油、气在油井中从井底举升到井口的整个过程的工艺技术过程。油气的上升可以依靠地层的能量自喷也可以依靠抽油泵、气举等人工增补的能量举升到井口。 游梁式抽油机是油田广泛应用的抽油设备，如图1.4所示。由于游梁式抽油机在工作中，游梁和驴头不断仰俯摆动，状似磕头，故游梁式抽油机俗称“磕头机”。 图1.4 游梁式抽油机（俗称“

16、磕头机”） 第22页，共46页，2022年，5月20日，9点45分，星期四4油气集输工程 将油田各油井生产的原油和油田气进行收集、分离、处理、计量和储存，并分别输送至矿场油库式外输油站和压气站。 使油气井中采出的油、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。 开采出来的原油要通过管道、油槽车或者油轮输送到炼油厂进行进一步的精炼。管道输送由于效率高、输送量大而应用广泛，但其初次投资额度也大。 如果油田和油井位于海上，也可以使用大型油轮进行输送。第23页，共46页，2022年，5月20日，9点45分，星期四 图1.5为我国30万吨油轮正在装油的工作照片。 图1.5 我国3

17、0万吨油轮正在装油第24页，共46页，2022年，5月20日，9点45分，星期四1.3 石油的炼制过程石油的炼制方法 石油是十分复杂的混合物，不能直接使用，需送到炼油厂进行炼制，生产出符合质量要求的石油产品，才能满足各方面的使用需要。 常用的石油炼制方法有：常压蒸馏、减压蒸馏、热裂化、催化裂化、加氢裂化、催化重整、烷基化、延迟焦化等。 一般来说，无论哪种加工工艺，原油中的轻质组分首先分离出来，如首先是石油气、汽油，然后是中间基组分，如煤油柴油，然后是重质组分，如燃料油、沥青质等，大体的生产过程如图1.6所示。第25页，共46页，2022年，5月20日，9点45分，星期四 图1.6 石油分馏生产

18、过程示意图第26页，共46页，2022年，5月20日，9点45分，星期四1.常减压蒸馏 1）常压蒸馏 常压蒸馏是根据组成石油的各类烃分子的沸点不同，利用加热、蒸发、冷凝等步骤对石油进行的直接分馏。 常压蒸馏一般将石油分割成沸点范围为35200的汽油馏分，175300的煤油馏分，200350的柴油馏分，350以上的润滑油或裂化原料馏分等组分。 常压蒸馏流程如图1.7所示，首先将石油用油泵打入加热炉，加热到350360，然后送入常压蒸馏塔中。 第27页，共46页，2022年，5月20日，9点45分，星期四图1.7 常压蒸馏流程图 石油中各馏分根据自己的沸点和蒸发能力分别到达蒸馏塔相应部位。如轻馏分

19、，沸点低，蒸发性好，能上升到塔顶部位；重馏分，沸点高，蒸发性差，只能留于塔的下部。第28页，共46页，2022年，5月20日，9点45分，星期四 于是，在蒸馏塔中，由上至下，馏分逐渐变重，依次是：塔顶部位的石油气体；塔上部的汽油馏分；塔中部的煤油馏分；塔下部的轻柴油馏分；再下部的重柴油馏分；以及塔底部的重油馏分。 重油馏分由塔底部流出后再进入减压蒸馏系统。 以上通过直接蒸馏得到的石油馏分，通常称为直馏产品。 直馏产品主要是由烷烃和环烷烃组成，一般不含或含很少量的不饱和烃，所以它的性质比较安定，不易氧化变质，适于长期贮存。第29页，共46页，2022年，5月20日，9点45分，星期四2）减压蒸馏

20、 减压蒸馏是利用物质的沸点随外界压力减小而降低的原理，通过降低蒸馏的压力，来降低石油中烃分子的沸点，从而将常压蒸馏得到的重油再进行分馏的加工过程。 减压蒸馏流程如图1.8所示。 图1.8 减压蒸馏流程图 第30页，共46页，2022年，5月20日，9点45分，星期四 首先将常压蒸馏塔底流出的重油通过油泵送入加热炉中加热至400以上，然后送入减压蒸馏塔中，塔内保持133Pa的压力，使重油蒸发成气体，并在减压蒸馏塔中蒸发到相应部位后进行冷却，于是在减压塔的不同高度即可获得不同的馏分，从上至下，依次是轻质润滑油馏分、中质润滑油馏分和重质润滑油馏分，最后，从减压蒸馏塔底部流出的是减压渣油。 通过减压蒸

21、馏得到的各种润滑油馏分中还含有一些非理想组分，还需要进行精制。 在炼油厂的实际生产工艺流程中，往往把常压蒸馏和减压蒸馏组合进行，称为常减压蒸馏。常减压蒸馏是炼油厂的第一道工序，通过它可以直接从原油中提取石脑油、汽油、煤油、轻柴油及燃料油。第31页，共46页，2022年，5月20日，9点45分，星期四 常减压蒸馏的流程如图1.9所示。 图1.9 常减压蒸馏的流程图第32页，共46页，2022年，5月20日，9点45分，星期四 常减压蒸馏塔的实物照片如图1.10所示。 图1.10 常减压蒸馏塔第33页，共46页，2022年，5月20日，9点45分，星期四3.热裂化 热裂化是利用500左右的高温使重

22、油一类的大分子烃受热分解裂化成小分子烃的加工过程。 热裂化产品有裂化气、汽油、柴油和渣油等。 裂化气的产率约为10，汽油的产率为3050，柴油的产率约为30，渣油的产率约为30。 对这些热裂化产品，由于含有较多不饱和烃，使得性质不稳定，易发生变质，所以热裂化方法已逐渐被淘汰。第34页，共46页，2022年，5月20日，9点45分，星期四4.催化裂化 催化裂化是目前普遍采用的炼制方法，其工艺流程如图1.11所示。图1.11 催化裂化流程图第35页，共46页，2022年，5月20日，9点45分，星期四 催化裂化是在催化剂硅酸铝或分子筛的作用和450510的高温条件下，通过对原料油进行裂化、异构化、

23、芳构化、氢转移等反应，使沸点较高的大分子烃裂化为小分子烃的加工工艺。 在这个过程中，由于催化剂的存在，除了大分子烃转变成小分子烃外，还发生分子结构的改变，从而使裂化产品中的不饱和烃大为减少，而异构烷烃和芳香烃的含量大大增加。 催化裂化由于不饱和烃含量大大减少，所以催化裂化产品比热裂化产品安定性好，不易发生变质。 催化裂化产品主要有石油气、汽油和轻柴油。第36页，共46页，2022年，5月20日，9点45分，星期四5.加氢裂化 加氢裂化是使重质油轻质化的又一种方法。它是在370430的高温和1015MPa的高压，并有钨、钼、镍等催化剂的作用下，加入氢气，对原料油进行加氢、裂化和异构化等反应，从而

24、使重质油转变成饱和的轻质油的一种炼制方法。 加氢裂化同催化裂化相似，除了大分子烃转变成小分子烃外，也发生分子结构的改变，从而使裂化产品中的不饱和烃大为减少，而异构烷烃和环烷烃的含量大大增加。 另外，加氢裂化还可以将原料油中的硫、氧、氮等非烃类化合物转化为易于脱除的水、氨、硫化氢等，所以加氢裂化产品含异构烷烃和环烷烃较多，含第37页，共46页，2022年，5月20日，9点45分，星期四硫、氧、氮等非烃类化合物和烯烃很少，因而产品性质比较安定。 加氢裂化的产品有汽油、柴油、润滑油等。 加氢裂化的汽油抗爆性好，腐蚀性低；加氢裂化的柴油发火性能好，凝点也低；加氢裂化的润滑油粘温性能好。加氢裂化装置的实

25、物照片如图1.12所示。加氢裂化不如催化裂化方法应用普遍。 图1.12大庆炼油厂年处理能力 300kt加氢裂化装置 第38页，共46页，2022年，5月20日，9点45分，星期四6.催化重整 催化重整是生产高辛烷值汽油的一种加工方法。 它是对直馏汽油馏分中的正构烷烃和环烷烃，在催化剂作用下，通过进行异构化、芳构化、脱氢等反应，使其烃分子结构进行重新排列而转化为异构烷烃和芳香烃，从而获得高辛烷值汽油。催化重整装置的实物照片如图1.13所示。催化重整按所用催化剂种类的不同，分为铂重整、铂铼重整、铂锡重整以及多金属重整等。 第39页，共46页，2022年，5月20日，9点45分，星期四7.烷基化 烷

26、基化是指在催化剂作用下，烷烃与烯烃之间发生的化学加成反应。 异辛烷是车用汽油的理想调和组分，可使调和汽油的研究法辛烷值高达9295，并且具有良好的挥发性和燃烧性，还不含有烯烃。所以，烷基化对生产高辛烷值汽油具有重要意义。8.延迟焦化 延迟焦化是为了充分利用能源，以获得更多的轻质油，对减压渣油进行深度加工的一种炼制方法。 所谓延迟焦化，就是通过缩短减压渣油在高温（500左右）炉管内的停留时间，使减压渣油在炉管内来不及结焦的条件下进入焦炭塔。第40页，共46页，2022年，5月20日，9点45分，星期四 在焦炭塔中，减压渣油在高温下进行充分反应，一方面由大分子烃裂化分解成小分子烃，直至成为气体，另

27、一方面缩合成为石油焦，这样就避免了减压渣油在加热炉管内大量结焦的出现，从而使装置的运转周期得到延长。 延迟焦化的产物主要是汽油、柴油、裂化原料油和石油焦等。石油产品的精制方法 通过石油炼制方法得到的石油产品大多数为半成品，其中还含有硫化物、氧化物、氮化物、胶质以及不饱和烃等杂质，因此，还需对这些半成品进行精制加工，以除去其中的非理想组分。第41页，共46页，2022年，5月20日，9点45分，星期四 常用的精制方法有：电化学精制、加氢精制、溶剂精制、白土补充精制、加氢补充精制、脱硫醇精制、溶剂脱蜡、尿素脱蜡、分子筛脱蜡、微生物脱蜡等。石油产品的调和1.燃油的调和 各种炼制方法得到的燃油馏分，成本不同，质量档次也不同，