石油及燃料油基础知识

 

一、原油和油品的性质和分类

石油是由各种烃类和非烃类化合物所组成的复杂混合物。石油的性质包含物理性质和化学性质两个方面。物理性质包括颜色、密度、粘度、凝固点、溶解性、发热量、荧光性、旋光性等；化学性质包括化学组成、组分组成和杂质含量等。

1 、原油

原油相对密度一般在 0.75-0.95 之间，少数大于 0.95 或小于 0.75 ，相对密度在 0.9-1.0 的称重质原油，小于 0.9 的称轻质原油。

原油粘度是指原油在流动时所引起的内部摩擦阻力，原油粘度大小取决于温度、压力、溶解气量及其化学组成。温度增高其粘度降低，压力增高其粘度增大，溶解气量增加其粘度降低，轻质油组分增加，粘度降低。原油粘度变化较大，一般在 1-100mPa · s 之间，粘度大的原油俗称稠油，稠油由于流动性差而开发难度增大。一般来说，粘度大的原油密度也较大。

原油冷却到由液体变成固体时的温度称为凝固点。原油的凝固点大约在 -50 ℃ ~35 ℃ 之间。凝固点的高低与石油中的组分含量有关，轻质组分含量高，凝固点低，重质组分含量高，尤其是石蜡含量高，凝固点就高。

含蜡量是指在常温常压条件下，原油中所含石蜡和地蜡的百分比。石蜡是一种白色或淡黄色的固体，由高级烷烃组成，熔点为 37 ℃ ~76 ℃ 。石蜡在地下以胶体状溶于石油中，当压力和温度降低时，可从石油中析出。地层原油中的石蜡开始结晶析出的温度叫析蜡温度，含蜡量越高，析蜡温度越高，析蜡温度高，油井容易结蜡，对油井管理不利。

含硫量是指原油中所含硫（硫化物或单质硫分）的百分数。原油中含硫较小，一般小于 1% ，但对原油性质的影响很大，对管线有腐蚀作用，对人体健康有害。根据硫含量不同，可以分为低硫或含硫石油。

含胶量是指原油中所含胶质的百分数。原油的含胶量一般在 5%~20% 之间。胶质是指原油中分子量较大（ 300-1000 ）的含有氧、氮、硫等元素的多环芳香烃化合物，呈半固态分散状溶解于原油中。胶质易溶于石油醚、润滑油、汽油、氯仿等有机剂中。

原油中沥青质的含量较少，一般小于 1% 。沥青质是一种高分子量（大于 1000 以上）具有多环结构的黑色固体物质，不溶于酒精和石油醚，易溶于苯、氯仿、二硫化碳。沥青质含量增高时，原油质量变坏。

原油中的烃类成分主要分为烷烃、环烷烃、芳香烃。根据烃类成分为不同，可分为石蜡基石油、环烷基石油和中间基石油三类。石蜡基石油含烷烃较多；环烷基石油含环烷烃、芳香烃较多；中间基石油介于二者之间。

目前我国已开采的原油以低硫石蜡基居多。大庆等地原油均属此类。其中，最有代表性的大庆原油，硫含量低，蜡含量高，凝点高，能生产出优质煤油、柴油、溶剂油、润滑油和商品石蜡。胜利原油胶质含量高（ 29% ），比重较大（ 0.91 左右），含蜡量高（约 15-21% ），属含硫中间基。汽油馏分感铅性好，且富有环烷烃和芳香烃，故是重整的良好原料。

2 、油品

石油产品根据生产方法和最终用途可分为燃料、溶剂和化工原料、润滑剂和有关产品、蜡、沥青、石油焦等几大类。这里仅简要介绍石油燃料类。

（ 1 ）汽油

一般来说，汽油按马达法辛烷值分为 70 号和 85 号二个牌号，按研究法辛烷值分为 90 号、 93 号、 95 号和 97 号车用汽油四个牌号，目前日常生活中大家习惯的汽油牌号就是按研究法辛烷值分类的。汽油通常用作汽油汽车和汽油机的燃料。车用汽油根据发动机压缩比的高低选用不同牌号的汽油、压缩比较高的，可选用较高牌的汽油；反之，则选用较低牌号的汽油。航空汽油则通常用作活塞式航空发动机燃料，按研究法辛烷值分为 75 号、 95 号、 100 号三个牌号，目前只在小型飞机尤其是军用飞机上作用。

（ 2 ）煤油

煤油旧称灯油，因为煤油一开始主要用于照明。煤油按质量分为优质品、一级品和合格品三个等级，主要用于点灯照明、各种喷灯、汽灯、汽化炉和煤油炉等的燃料；也可用作机械零部件的洗涤剂、橡胶和制药工业溶剂、油墨稀释剂、有机化工裂解原料；玻璃陶瓷工业、铝板辗轧、金属表面化学热处理等工艺用油。航空煤油则主要用作喷气式发动机燃料，目前大型客机均使用航煤油。航空煤油分为 1 号、 2 号、 3 号三个等级，只有 3 号航煤被广泛使用。

（ 3 ）轻柴油和重柴油

轻柴油按质量分为优质品、一级品和合格品三个等级，按凝点分为 10 号、 0 号、 -10 号、 -20 号、 -35 号和气 0 号六个牌号， 10 号轻柴油表示其凝点不高于 10 ℃ ，其余类推。轻柴油用作柴油汽车、拖拉机和各种高速（ 1000r/min 以上）柴油机的燃料。根据不同气温、地区和季节，选用不同牌号的轻柴油。气温低，选用凝点较低的轻柴油，反之，则选用凝点较高的轻柴油。重柴油是中、低速（ 1000r/min 以下）柴油机的燃料，一般按凝点分为 10 号、 20 号和 30 号三个牌号，转速越低，选用的重柴油凝点越高。

（ 4 ）燃料油

一般来说，在原油的加工过程中，较轻的组分总是最先被分离出来，燃料油（ Fuel Oil ）作为成品油的一种，是石油加工过程中在汽、煤、柴油之后从原油中分离出来的较重的剩余产物。燃料油广泛有于船舶锅炉燃料、加热炉燃料、冶金炉和其它工业炉燃料。燃料油主要由石油的裂化残渣油和直馏残渣油制成，其特点是粘度大，含非烃化合物、胶质、沥青质多。

燃料油作为炼油工艺过程中的最后一种产品，产品质量控制有着较强的特殊性。最终燃料油产品形成受到原油品种、加工工艺、加工深度等许多因素的制约。

根据不同的标准，燃料油可以进行以下分类：

1 、根据出厂时是否形成商品量，燃料油可以分为商品燃料油和自用燃料油。

商品燃料油指在出厂环节形成商品的燃料油；自用燃料油指用于炼厂生产的原料或燃料而未在出厂环节形成商品的燃料油。

2 、根据加工工艺流程，燃料油可以分为常压燃料油、减压燃料油、催化燃料油和混合燃料油。

常压燃料油指炼厂常压装置分馏出的燃料油；减压燃料油指炼厂减压装置分馏出的燃料油；催化燃料油指炼厂催化、裂化装置分馏出的燃料油（俗称油浆）；混合燃料油一般指减压燃料油和催化燃料油的混合。

3 、根据用途，燃料油可以分为船用燃料油和炉用燃料油及其他燃料油。

  燃料油的主要技术指标有粘度、含硫量、闪噗、水、灰分和机械杂质等。

1 、粘度

粘度是燃料油最重要的性能指标，是划分燃料油等级的主要依据。它是对流动性阻抗能力的度量，它的大小表示燃料油的易流性、易泵送性和易雾化性能的好坏。目前国内常用的是 40 ℃ 运动粘度（馏分型燃料油）和 100 ℃ 运动粘度（残渣型燃料油）。我国过去的燃料油行业标准用恩氏粘度（ 80 ℃ 、 100 ℃ ）作为质量控制指标，用 80 ℃ 运动粘度来划分牌号。油品运动粘度是油品的动力粘度和密度的比值。运动粘度的单位是 Stokes ，即斯托克斯，简称斯。当流体的动力粘度为 1 泊，密度为 1g/cm3 时的运动粘度为 1 斯托克斯。 CTS 是 Centistokes 的缩写，意思是厘斯，即 1 斯托克斯的百分之一。

2 、含硫量

燃料油中的硫含量过高会引起金属设备腐蚀和环境污染。根据含硫量的高低，燃料油可以划分为高硫、中硫和低硫燃料油。

3 、闪点

是涉及使用安全的指标，闪点过低会带来着火的隐患。

4 、水分

水分的存在会影响燃料油的凝点，随着含水量的增加，燃料油的凝点逐渐上升。此外，水分还会影响燃料机械的燃烧性能，可能会造成炉膛熄火、停炉等事故。

5 、灰分

灰分是燃烧后剩余不能燃烧的部分，特别是催化裂化循环油和油浆掺入燃料油后，硅铝催化剂粉末会使泵、阀磨损加速。另外，灰分还会覆盖在锅炉受热面上，使传热性变坏。

6 、机械杂质

机械杂质会堵塞过滤网，造成抽油泵磨损和喷油嘴堵塞，影响正常燃烧。

目前我国还没有关于燃料油的强制性国家质量标准。为了与国际接轨，中国石油化工总公司于 1996 年参照国际上使用最广泛的燃料油标准：美国材料试验协会（ ASTM ）标准 ASTMD396-92 燃料油标准，制定了我国的行业标准 SH/T0356-1996 。

表 1 SH/T0356-1996 燃料油主要技术要求

项目			质量指标
			1 号	2 号	4 号轻	4 号	5 号轻	5 号重	6 号	7 号
闪点（闭口）， ℃ 不低于			8	38	38	55	55	55	60	--
闪点（开口）， ℃ 不低于			--	--	--	--	--	--	--	130
馏程 , ℃	10% 回收温度	不高于	215	--	--	--	--	--	--	--
	90% 回收温度	不低于	--	282	--	--	--	--	--	--
		不高于	288	338	--	--	--	--	--	--
运动 粘度 mm 2 /s	40 ℃	不小于	1.3	1.9	1.9	5.5	--	--	--	--
		不大于	2.1	3.4	5.5	24.0	--	--	--	--
	100 ℃	不小于	--	--	--	--	5.0	9.0	15.0	--
		不大于	--	--	--	--	8.9	14.9	50.0	185
10% 蒸余物残留， % （ v/v ）		不大于	0.15	0.35	--	--	--	--	--	--
灰分， % （ v/v ）		不大于	--	--	0.05	0.10	0.15	0.15	--	--
硫含量， % （ v/v ）		不大于	0.5	0.5	--	--	--	--	--	--
铜片腐蚀（ 50 ℃ ， 3h ），级		不大于	3	3	--	--	--	--	--	--
密度（ 20 ℃ ）， kg/am 3		不小于	--	--	872	--	--	--	--	--
		不大于	846	872	--	--	--	--	--	--
倾点， ℃		不高于	-18	-6	-6	-6	--	--	--	--

1 号和 2 号是馏分燃料油，适用于家用或工业小型燃烧器上使用。 4 号轻和 4 号燃料油是重质馏分燃料油或是馏分燃料油与残渣燃料油混合而成的燃料油。 5 号轻、 5 号重、 6 号和 7 号是粘度和馏程范围递增的残渣燃料油，为了装卸和正常雾化，在温度低时一般都需要预热。我国使用较多的是 5 号轻、 5 号重、 6 号和 7 号燃料油。

新标准中 5 号燃料油粘度控制和分牌号是按 100 ℃ 运动粘度来划分的，国外进口的燃料油基本是按 50 ℃ 运动粘度分类，它们是 50 ℃ 运动粘度 ≥ 180mm 2 /s 和 50 ℃ 运动粘度 ≥ 380mm 2 /s 两大类。  

二、石油产品的基本生产方法

由于石油产品的大类是燃料和润滑油，因此这里仅简要介绍燃料和润滑油的基本生产方法。

1 、常减压蒸馏

常压蒸馏是根据组成原油的各类烃分子沸点的不同，利用加热炉、分馏塔等设备将原油进行多次的部分汽化和部分冷凝，使汽液两相进行充分的热量交换和质量交换，以达到分离的目的，从而制得汽油、煤油、柴油等馏分。减压蒸馏是利用降低压力从而降低液体沸点的原理，将常压渣油在减压塔内进行分馏。从减压塔侧线可以引出各种润滑油馏分或催化裂化的原料。塔底重油叫减压渣油，可作为焦化和制取沥青的原料或作为锅炉燃料。

2 、催化裂化

在催化剂存在下进行的石油裂化过程叫催化裂化。催化裂化通常用重质馏分如减压馏分、焦化柴油及蜡油等为原料，也有用预先脱沥青的常压重油为原料的。催化裂化汽油性质稳定、辛烷值高，故用作航空汽油和高辛烷值汽油的基本组分。

3 、加氢裂化

在有催化剂和氢气存在的条件下，使重质油受热后通过裂化反应转为轻质油的加工工艺叫加氢裂化。加氢裂化是增产优质航空喷气燃料和优质轻柴油采用最广泛的方法。

4 、延迟焦化

原料油受热后的生焦现象不在加热炉管内而延迟到焦炭塔内出现的过程叫延迟焦化。焦化的原料主要是减压渣油，也可用热裂化渣油。延迟焦化的产物主要是汽油、柴油、焦化蜡油、石油焦、焦化气等。

5 、催化重整

在有催化剂作用的条件下，对汽油馏分中的烃类分子结构进行重新排列成新的分子结构的过程叫催化重整。催化重整按所用催化剂种类的不同，分为铂重整、铂铼重整和多金属重整。将汽油馏分进行催化重整可以得到高辛烷值汽油、轻芳烃和氢气三大产品。

6 、烷基化

烯烃在异构烷烃或芳烃上的热反应或催化反应过程叫烷基化。烷基化的原料是异丁烷 — 丁烯气体馏分，产物是异辛烷和其它烃类组成的混合物，叫烷基化油。将烷基化油进行分馏，切割 50-180 ℃ 的主要成分可得到工业异辛烷，是航空汽油和高级车用汽油的高辛烷值组分。

7 、调合

调合是生产润滑油或为了改善某种油品组分和质量而常用的一种生产工序。调合的方法分为罐式调合和管道调合两种，我国目前大都采用罐式调合，调合的工序是按计算出的数量用泵将各种组分油从原料油储罐中抽入调合罐，然后再加入各种添加剂进行调合。

 

三、原油和油品的储存与装卸

1 、原油和油品储存的基本要求

原油和油品储存的主要方式有散装储存和整装储存，整装储存是指以标准桶的形式储存，散装储存是指以储油罐的形式储存，储油罐可分为金属油罐和非金属油罐，金属油罐又可分为立式圆筒形和卧式圆筒形。按照油库的建造方式不同，散装原油或油品还可采用地上储油、半地下储油和地下储油、水封石洞储油、水下储油等几种方式。但不管采用哪种储存方式，原油特别是油品的储存都应满足以下基本要求：

（ 1 ）防变质

在油品储存过程中，要保证油品的质量，必须注意：降低温度、空气与水分，阳光、金属对油品的影响。

（ 2 ）降损耗

目前油库通常的做法是：选用浮顶油罐、内浮顶油罐；油罐呼吸阀下选用呼吸阀挡板；淋水降温。

（ 3 ）提高油品储存的安全性

由于油品火灾危险性和爆炸危险性较大，故必须降低油品的爆炸敏感性，并应用阻燃性能好的材料。

2 、原油和油品装卸的基本要求

原油和油品的装卸不外乎以下几种形式：铁路装卸、水运装卸、公路装卸和管道直输。其中根据油品的性质不同，可分为轻油装卸和粘油装卸；从油品的装卸工艺考虑，又可分为上卸、下卸、自流和泵送等类型。但除管道直输外，无论采用何种装卸方式，原油和油品的装卸必须满足以下基本要求：

（ 1 ）必须通过专用设施设备来完成

原油和油品的装卸专用设施主要有：铁路专用线和油罐车、油码头或靠泊点、油轮、栈桥或操作平台等；专用设备主要有：装卸油鹤管、集油管、输油管和输油泵、发油灌装设备、粘油加热设备、流量计等。

（ 2 ）必须在专用作业区域内完成

原油和油品的装卸都有专用作业区，这些专用作业区通常设有隔离设施与周围环境相隔离，且必须满足严格的防火、防爆、防雷、防静电要求。

（ 3 ）必须由受过专门培训的专业技术人员来完成

（ 4 ）装卸的时间和速度有较严格的要求