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石油

石油,是指气态液态固态的烃类混合物,具有天然的产状。石油又分为原油天然气、天然气液及天然焦油等形式,但习惯上仍将“石油”作为“原油”的定义用。

石油是一种粘稠的、深褐色液体,被称为“工业的血液”。地壳上层部分地区有石油储存。主要成分是各种烷烃环烷烃芳香烃的混合物。是地质勘探的主要对象之一。[1]

石油的成油机理有生物沉积变油和石化油两种学说,前者较广为接受,认为石油是古代海洋或湖泊中的生物经过漫长的演化形成,属于生物沉积变油,不可再生;后者认为石油是由地壳内本身的生成,与生物无关,可再生。石油主要被用来作为燃油和汽油,也是许多化学工业产品,如溶液、化肥、杀虫剂和塑料等的原料。 [2]

古埃及古巴比伦人在很早以前已开采利用石油。“石油”这个中文名称是由北宋科学家沈括第一次命名的。[3]

基本信息

中文名 石油 外文名 petroleum, oil
主要成分烷烃、环烷烃、芳香烃的混合物 油质 颜 色 有甚红 金黄 墨绿 黑褐红 至透明
单 位 1桶=42加仑 单 位 1加仑=3.78543升
成 分 油质、胶质、沥青质、碳质

简介

石油的性质因产地而异,密度为0.8 -1.0g/cm3,粘度范围很宽,凝固点差别很大(30 ~ -60℃),沸点范围为常温到500摄氏度以上,可溶于多种有机溶剂,不溶于水,但可与水形成乳状液。不过不同的油田的石油的成分和外貌可以区分很大。石油主要被用作燃油和汽油,燃料油和汽油在2012年组成世界上最重要的二次能源之一。 [4]

石油也是许多化学工业产品如溶剂、化肥、杀虫剂和塑料等的原料。2012年开采的石油88%被用作燃料,其它的12%作为化工业的原料。实际上,石油是一种不可再生原料。

石油与原油区别

石油是工业名词,是相对矿产资源而言,通常所说的石油工业,是一种矿产资源工业。在石油勘探过程中,根据勘探程度和探明情况,计算并确定石油储量。石油储量是地质勘探成果,是一种待开发的原始矿产资源量。 [5]

原油是埋藏在岩石地层里被开采出来的石油,保持着其原有的物理化学形态,是石油工业的初级产品,实现了其使用价值,是油田开发的成果,原油产量是一种已经开发的矿产资源产量。

石油一词多用于说明油层渗透率、孔隙度及油藏品味。而原油一词多用于国家统计的原油产量统计数字、评价原油理化性质及用于说明采收率、采出程度及采油速度。 石油作为矿产资源是指含水、含气的油,而原油作为一种工业产品,其中的水、气已从油中分离出来,是一种合格的工业产品。

性质

具有代表性的大庆石油属低硫石蜡基石油,已开采酌石油以低硫石蜡基居多。这种石油,硫含量低,含蜡量高,凝点高,能生产出优质的煤油柴油、溶剂油、润滑油及商品石蜡,直馏汽油的感铅性好。

有的石油硫含量高,胶质含量高,属含硫石蜡基。其直馏汽油馏分产率高,感铅性也好。柴油馏分的十六烷值高,闪点高,硫含量高,酸度大,经精制后可生产轻柴油与专用柴油。润滑油馏分中,有一部分组分的粘度指数在90以上,是生产内燃机油的良好的原料。 [6]

有的石油硫含量低,含蜡量较高,属低硫环烷一中间基。其汽油馏分感铅性好,且也富含环烷烃与芳香烃,故也是催化重整的良好原料。柴油馏分的凝点及硫含量均较低,酸度较大,产品需碱洗。减压渣油经氧化后可生产石油建筑沥青。另有些低凝石油硫含量低、含蜡量也低,属低硫中间基。适于生产一些特殊性能的低凝产品,同时还可提取环烷酸是不可多得的宝贵资源。

单位

1吨约等于7桶,如果油质较轻(稀)则1吨约等于7.2 桶或7.3桶。

1桶=42加仑、1加仑=3.78543升、美制1加仑=3.785升、英制1加仑= 4.546升、所以,1桶=158.99升

颜色

石油的颜色非常丰富,有甚红、金黄、墨绿、黑、褐红、至透明;石油的颜色是它本身所含胶质、沥青质的含量决定的,含的越高颜色越深。我国华北大港油田有的井产无色石油,克拉玛依石油呈褐至黑色,大庆、胜利、玉门石油均为黑色。无色石油在美国加利福尼亚、原苏联巴库、罗马尼亚印尼苏门答腊均有产出。无色石油的形成,可能同运移过程中,带色的胶质和沥青质被岩石吸附有关。但是不同程度的深色石油占绝对多数,几乎遍布于世界各大含油气盆地。

成分

元素组成

石油之所以在外观和物理性质上存在差异,根本原因在于其化学组分不完全相同。石油既不是由单一元索组成的单质,也不是由两种以上元素组成的化合物,而是由各种元素组成的多种化合物的混合物。因此,其性质就不象单质和纯化合物那样确定,而是所含各种化合物性质的综合体现。

石油的主要组成成分是碳和氢,碳氢化合物也简称为烃,烃是石油加工和利用的主要对象。石油中所含各种元索并不是以单质形式存在,而是以相互结合的各种碳氢及非碳氢化合物的形式而存在。

石油主要是碳氢化合物。它由不同的碳氢化合物混合组成,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、锑等)。由碳和氢化合形成的烃类构成石油的主要组成部分,约占95% ~ 99%,各种烃类按其结构分为:烷烃、环烷烃、芳香烃。 一般天然石油不含烯烃而二次加工产物中常含有数量不等的烯烃和炔烃。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。[7]

此外,石油中所含微量的氯、碘、砷、磷、镍、钒、铁、钾等元素,也是以化合 物的形式存在。其含量虽小,对石油产品的影响不大,但其中的砷会使得催化重整的催化剂中毒,铁、镍、钒会使催化裂化的催化剂中毒。故在进行石油的这类加工时,对原料要有所选择或进行预处理。

烃类组成

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。石油是由碳氢化合物为主混合而成的,具有特殊气味的、有色的可燃性油质液体。严格地说,石油以氢与碳构成的烃类为主要成分。构成石油的化学物质用蒸馏能分解。石油作为加工的产品,有煤油、苯、汽油、石蜡、沥青等。严格地说,石油以氢与碳构成的烃类为主要成分。分子量最小的4种烃,全都是煤气。

石油中的烃类按其结构不同,大致可分为烷烃环烷烃芳香烃和不饱和烃等几类。不同烃类对各种石油产品性质的影响各不相同。

1、烷烃

烷烃是石油的重要组分,凡是分子结构中原子之间均以单键相互结合,其余碳价都为氢原子所饱和的烃叫做烷烃,它是一种饱和烃,其分子通式为CnH2n+2。

烷烃是按分子中含烃原子的数目为序进行命名的,碳原子数为1-10的分别用甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸表示;10以上者则直按用中文数字表示:只含一个碳原子的称为甲烷;含有十六个碳原子的称为十六烷。这样,就组成了为数众多的烷烃同系物。 烷烃按其结构之不同又可分为正构烷烃与异构烷烃两类,凡烷烃分子主碳链上没有支碳链的称为正构烷,而有支链结构的称为异构烷。 在常温下,甲烷至丁烷的正构烷呈气态;戊烷至十五烷的正构烷呈液态;十六烷以上的正构烷呈蜡状固态(是石蜡的主要成分)。

由于烷烃是一种饱和烃,故在常温下,其化学稳定性较好,但不如芳香烃。在一定的高温条件下,烷烃容易分解并生成醇、醛、酮、醚、羧酸等一系列氧化产物。烷烃的密度最小,粘温性最好,是燃料与润滑油的良好组分。

正构烷与异构烷虽然分子式相同,但由于分子结构不同,性质也有所不同。异构烷烃较碳原子数相同的正构烷烃沸点要低,且异构化愈甚则沸点降低愈显著。另外,异构烷烃比正构烷烃粘度大,粘温性差。正构烷烃因其碳原子呈直链排列,易产生氧化反应,即发火性能好,它是压燃式内燃机燃料的良好组分。但正构烷烃的含量也不能过多,否则凝点高,低温流动性差。异构烷由于结构较紧凑,性质稳定,虽然发火性能差,但燃烧时不易产生过氧化物,即不易引起混合气爆燃,它是点燃式内燃机的良好组分。

2、环烷烃

环烷烃的化学结构与烷烃有相同之处,它们分子中的碳原子之间均以一价相互结合,其余碳价均与氢原子结合。其碳原子相互连接成环状,故称为环烷烃。由于环烷烃分子中所有碳价都己饱和,因而它也是饱和烃。环烷烃的分子通式为CnH2n。 环烷烃具有良好的化学稳定性,与烷烃近似但不如芳香烃。其密度较大,自燃点较高,辛烷值居中。它的燃烧性较好、凝点低、润滑性好,故也是汽油、润滑油的良好组分。环烷烃有单环烷烃与多环烷烃之分。润滑油中含单环烷烃多则粘温性能好,含多环烷烃多则粘温性能差。

3、芳香烃

芳香烃是一种碳原子为环状联结结构,单双键交替的不饱和烃,分子通式有CnH2n-6、CnH2n-12、CnH2n-18等。它最初是由天然树脂、树胶或香精油中提炼出来的,具有芳香气味,所以把这类化合物叫做芳香烃。芳香烃都具有苯环结构,但芳香烃并不都有芳香味。

芳香烃化学安定性良好,与烷烃、环烷烃相比,其密度最大,自燃点最高,辛烷值也最高,故其为汽油的良好组分。但由于其发火性差,十六烷值低,故对于柴油而言则是不良组分。润滑油中若含有多环芳香烃则会使其粘温性显著变坏,故应尽量去除。此外,芳香烃对有机物具有良好的溶解力,故某些溶剂油中需有适当含量但因其毒性较大,含量应予控制。

4、不饱和烃

不饱和烃在石油中含量极少,主要是在二次加工过程中产生的。热裂化产品中含有较多的不饱和烃,主要是烯烃,也有少量二烯烃,但没有炔烃。

烯烃的分子结构与烷烃相似,即呈直链或直链上带支链。但烯烃的碳原子间有双价键。凡是分子结构中碳原子间含有双价键的烃称为烯烃,分子通式有CnH2n、CnH2n-2等。分子间有两对碳原子间为双键结合的则称为二烯烃。 烯烃的化学安定性差,易氧化生成胶质,但辛烷值较高,凝点较低。故有时也将热裂化馏分(含有烯烃、二烯烃)掺入汽油中以提高其辛烷值;掺入柴油中以降低其凝点。但因烯烃安定性差,这类掺合产品均不宜长期储存,掺有热裂化馏分的汽油还应加入抗氧防胶剂。

非烃化合物

石油中的非烃化合物含量虽少,但它们大都对石油炼制及产品质量有很大的危害,是燃料与润滑油的有害成分,所以在炼制过程中要尽可能将它们去除。非烃类化合物主要有,含硫化合物、含氧化物、含氮化合物、胶质与沥青质。

早期利用

早在公元前10世纪之前,古埃及古巴比伦印度等文明古国已经采集天然沥青,用于建筑、防腐、粘合、装饰、制药,古埃及人甚至能估算油苗中渗出石油的数量。楔形文字中也有关于在死海沿岸采集天然石油的记载。“它粘结起杰里科和巴比伦的高墙,诺亚方舟和摩西的筐篓可能按当时的习惯用沥青砌缝防水”。

公元5世纪,在波斯帝国的首都苏萨(Susa)附近出现了人类用手工挖成的石油井。最早把石油用于战争也在中东。 《石油、金钱、权力》一书中说,荷马的名著《伊里亚特》中叙述了“特洛伊人不停地将火投上快船,那船顿时升起难以扑灭的火焰”。

公元7世纪,拜占庭人用石油和石灰混合,点燃后用弓箭远射,或用手投掷,以攻击敌人的船只。阿塞拜疆的巴库地区有丰富的油苗和气苗。这里的居民很早就从油苗处采集石油作为燃料,也用于医治骆驼的皮肤病。1837年,这里有52个人工挖的采油坑,1827年增加到82个,不过产量很小。

欧洲德国的巴伐利亚、意大利的西西里岛和波河河谷,到波兰加利西亚罗马尼亚,中世纪以来,人们就有关于石油从地面渗出的记载。19世纪40-50年代,利沃夫的一位药剂师在一位铁匠帮助下,做出了煤油灯。1854年,灯用煤油已经成为维也纳市场上的商品。1859年,欧洲开采了36000桶石油,主要产自加利西亚和罗马尼亚。

中国也是世界上最早发现和利用石油的国家之一。东汉的班固(公元32-92年)所著《汉书》中记载了“高奴有洧水可燃”。高奴在陕西延长附近,洧水是延河的支流。“水上有肥,可接取用之”(见北魏郦道元的《水经注》)。这里的“肥”就是指的石油。到公元863年前后,唐朝段成武的《酉阳杂俎》记载了“高奴县石脂水,水腻浮水上,如漆,采以燃灯,极明”。西晋《博物志》(成书于267年)、《水经注》都记载了“甘肃酒泉延寿县南山出泉水,“水有肥,如肉汁,取著器中,始黄后黑,如凝膏,燃极明,与膏无异,膏与水碓缸甚佳,彼方人谓之石漆”。

中国宋朝的的沈括在书中读到过“高奴县有洧水,可燃”这句话,觉得很奇怪,“水”怎么可能燃烧呢?他决定进行实地考察。考察中,沈括发现了一种褐色液体,当地人叫它“石漆”、“石脂”,用它烧火做饭,点灯和取暖。沈括弄清楚这种液体的性质和用途,给它取了一个新名字,叫石油,指出“石油至多,生于地中无穷”。并动员老百姓推广使用,从而减少砍伐树木。沈括在其著作《梦溪笔谈》中写道:“鄜、延境内有石油……颇似淳漆,燃之如麻,但烟甚浓,所沾幄幕甚黑……此物后必大行于世,自余始为之。盖石油至多,生于地中无穷,不若松木有时而竭。”他试着用石油燃烧生成的煤烟制墨,“黑光如漆,松墨不及也”。沈括发现了石油,并且预言“此物后必大行于世”,是非常难得的。

到了元朝,《元一统志》记述“延长县南迎河有凿开石油一井,拾斤,其油可燃,兼治六畜疥癣,岁纳壹佰壹拾斤。又延川县西北八十里永平村有一井,岁纳四百斤,入路之延丰库”。还说,“石油,在宜君县西二十里姚曲村石井中,汲水澄而取之,气虽臭而味可疗驼马羊牛疥癣。”说明约800年前,陕北已经正式手工挖井采油,其用途已扩大到治疗牲畜皮肤病,而且由官方收购入库。

生成原因

生物成油理论(罗蒙诺索夫假说)

研究表明,石油的生成至少需要200万年的时间,在现今已发现的油藏中,时间最老的达5亿年之久。但一些石油是在侏罗纪生成。在地球不断演化的漫长历史过程中,有一些“特殊”时期,如古生代和中生代,大量的植物和动物死亡后,构成其身体的有机物质不断分解,与泥沙或碳酸质沉淀物等物质混合组成沉积层。由于沉积物不断地堆积加厚,导致温度和压力上升,随着这种过程的不断进行,沉积层变为沉积岩,进而形成沉积盆地,这就为石油的生成提供了基本的地质环境。大多数地质学家认为石油像煤和天然气一样,是古代有机物通过漫长的压缩和加热后逐渐形成的。按照这个理论石油是由史前的海洋动物和藻类尸体变化形成的(陆上的植物则一般形成煤)。

有机物经过漫长的地质年代与淤泥混合,被埋在厚厚的沉积岩下。在地下的高温和高压下它们逐渐转化,首先形成腊状的油页岩,后来退化成液态和气态的碳氢化合物。由于这些碳氢化合物比附近的岩石轻,它们向上渗透到附近的岩层中,直到渗透到上面紧密无法渗透的、本身则多空的岩层中。这样聚集到一起的石油形成油田。通过钻井和泵取人们可以从油田中获得石油。地质学家将石油形成的温度范围称为“油窗”。温度太低石油无法形成,温度太高则会形成天然气。

非生物成油理论

非生物成油的理论天文学家托马斯·戈尔德俄罗斯石油地质学家尼古莱·库德里亚夫切夫(Nikolai Kudryavtsev)的理论基础上发展的。这个理论认为在地壳内已经有许多碳,有些碳自然地以碳氢化合物的形式存在。碳氢化合物比岩石空隙中的水轻,因此沿岩石缝隙向上渗透。石油中的生物标志物是由居住在岩石中的、喜热的微生物导致的。与石油本身无关。在地质学家中这个理论只有少数人支持。一般它被用来解释一些油田中无法解释的石油流入,不过这种现象很少发生。

石油产品

石油产品在社会经济发展中具有非常广泛的作用与功能,其经提炼生成的产品已经渗透到人们生活的方方面面,有着密不可分的关系。

石油是不同烃化合物的混合物,通过一次加工,主要采用常压,减压蒸馏的简单物理方法,将石油切割为沸点范围不同,密度大小不同的多种石油馏分。石油二次加工是主要用化学方法或化学。物理方法-催化裂化(催化重整、焦化、减黏、加氢裂化、溶剂脱沥青等)以提高某种产品收率,增加产品品种,提高产品质量。通过化学过程的第三次加工生产很多化工产品。大体上,石油产品可分为石油燃料、石油溶剂与化工原料、润滑剂、石蜡、石油沥青、石油焦等6类。 其中,各种燃料接近总产量的90%;各种润滑剂品种最多,产量约占5%。经过加工石油而获得的各类石油产品在不同的领域内有着广泛的,不同的用途。

石油经过加工提炼,可以得到的产品大致可分为四大类:

燃料

各类石油产品中用量最多的动力燃料类各种牌号的汽油,柴油,煤油和燃料油,广泛用于各种类型汽车、拖拉机、轮船、军舰、坦克、飞机、火箭、锅炉、火车、推土机、钻机等动力机械,它们消耗的石油产品量最大,因此石油被誉为工业的血液。 石油燃料是用量最大的油品。按其用途和使用范围可以分为如下五种:

1.点燃式发动机燃料有航空汽油、车用汽油等。

2.喷气式发动机燃料(喷气燃料) 有航空煤油。

3.压燃式发动机燃料(柴油机燃料) 有高速、中速、低速柴油。

4.液化石油气燃料即液态烃。

5.锅炉燃料有炉用燃料油和船舶用燃料油。

润滑油

润滑油使各类滑动、转动、滚动机械,仪器减少磨损、保证速率,起到润滑、散热、密封、绝缘等作用。

润滑油和润滑脂被用来减少机件之间的摩擦,保护机件以延长它们的使用寿命并节省动力。它们的数量只占全部石油产品的5%左右,但其品种繁多。

沥青

沥青具有良好的黏结性,抗水性和防腐性,广泛用于铺筑路面,作防腐防水涂料及制造油毛毡和碳素材料等。

它们是从生产燃料和润滑油时进一步加工得来的,其产量约为所加工石油的百分之几。

溶溶剂

溶剂汽油是橡胶,油漆,皮革,油布等工业所需的溶剂并可用于洗涤机器和零件。是有机合成工业的重要基本原料和中间体。

市场

石油的属性和石油市场的历史真正发挥出了它的巨大威力。正如英国学者苏珊·斯特兰奇所言,重要的历史里程碑不是石油输出国组织的建立,而是10年以后欧佩克对市场的有效干预。在这段时间里,国际石油市场经历了大规模的动荡:1971年,美国总统尼克松宣布美元黄金脱钩;1973年,国际货币体系——布雷顿森林体系崩溃,成为石油价格上涨的重要原因;1973年和1979年爆发两次石油危机;1985年,油价达到低谷。欧佩克成立后,产油国逐渐将石油资产收为国有,并由此控制了全球石油市场。石油价格以欧佩克的官方价格为主,而定价方式则为“波斯湾离岸价加上从波斯湾到交割地的运费”。阿拉伯轻质石油代替了西德克萨斯中质油而成为标杆石油。

在同一时期内,现货市场的交易量不断扩大。1973—1974年的石油供应中断迫使许多消费者从现货市场上购买石油,现货交易也随之出现。现货交易最初只占全球石油贸易的微小比例,但到20世纪80年代中期已经在全球石油贸易中占据近半壁江山。现货交易的价格最初只是欧佩克定价的参照,后来完全取代了欧佩克官方价格。

进入20世纪80年代,高油价导致了石油需求量的大幅度降低和生产能力的过剩,石油出口国(包括欧佩克与非欧佩克之间,欧佩克内部)为自己在全球的市场份额展开了争斗。沙特阿拉伯放弃“平衡生产者”的角色,为争夺自己应有的市场份额而大幅度增产,导致了油价的大幅度下跌。1986年,中东地区的油价曾一度跌到每桶6美元,造成了石油市场的第三次危机——这次受危害最大的不再是消费者,而是生产者。

随着小汽车在发达国家的普及,20世纪80年代的另一个特点是交通运输变成了主要的石油消费行业。假期驾车出游季节和冬天的取暖季节使石油需求量出现大幅度的季节差,使石油消费与经济增长和天气情况产生了更加紧密的联系。在市场运行方式上,欧佩克的行政定价被市场价格逐步替代。值得注意的是,这一时期旨在规避风险的石油衍生工具——石油期货出现。1978年,取暖油(heatingoil)期货合约在纽约商业交易所(NYMEX)推出,成为最早的石油期货品种。  [8]

1981年NYMEX引入汽油期货交易,1983年引入西德克萨斯中质石油(WTI)期货交易。石油期货价格成为现货交易价格的先导和参照标准,并将石油市场与金融市场连接在了一起。

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