油气初加工基础知识.docx

第一节 油气基础知识一、石油（一）石油的物理性质石油是由各种碳氢化合物混合而成的一种可燃有机油状液体石油在提炼以前称原油 原油一般为淡黄色到黑色，流动或半流动的粘稠液体，是一种烃类物质的混合物，同时含有 一些不稳定的轻组分，相对密度在0.8〜1之间不稳定石油是指未经处理，含有轻烃组分 的原油不含轻烃组分的原油叫稳定原油地层原油的物理性质，直接影响原油在底下的储 存状况和流动性能分析地层原油的物理性质，一般要取得以下几个参数：1．饱和压力：地层原油在压力降低到开始脱气时的压力称饱和压力原始饱和压力是 指油田开采初期，地层保持在原始状况下测得的饱和压力一般所说的饱和压力均是指原始 饱和压力它是确定开发决策的依据之一单位兆帕（MPa）2．溶解气油比：在地层原始状况下，单位重量（或体积）原油所溶解的天然气量称为 原始气油比，单位是“立方米每吨或立方米每立方米” （m3/七）或（m3/m3）油井生产 时，每采出一吨原油伴随采出的天然气量称生产气油比，单位是“立方米每吨”（m3/1）3．原油密度和相对密度：原油密度是指单位体积原油的质量单位是“千克每立方米” ——（kg/m3）原油的相对密度是指原油在温度为20°C、0.101兆帕时的标准状态下脱气原 油的密度与温度为4°C时同样体积纯水密度之比值，也叫比重，为无因次量。

4．原油粘度：石油在流动时，其内部分子之间产生的摩擦阻力称为原油粘度影响粘 度的因素很多，在地层中的原油，由于温度高、压力高，且溶解有大量天然气，所以粘度小： 而地面原油温度低，溶解气少，所以粘度比地层条件下大的多5. 原油凝固点：原油冷却到失去流动性时的温度，叫做原油的凝固点凝固点在40C 以上的原油叫高凝油6. 原油收缩率：地层原油取到地面后，天然气逸出使体积缩小，收缩的体积占原体积 的百分数称为收缩率7. 原油压缩系数：（又称压缩率）单位体积的地层原油的压力每增加或减小1帕斯卡时， 体积的变化率称为压缩系数，单位是“每帕或每兆帕”（1/MPa）二） 石油的化学性质： 胶质是原油中分子量较大的烃类，并含有氧、氮、硫等杂质它溶解性较差，只能溶解于石油醚、苯、氯仿、乙醚和四氯化碳等有机溶剂中，能被硅胶吸附石油蒸发或氧化后， 胶质成分增加密度较小的石油一般含胶质4〜5%，而较重的石油胶质含量可大于 20%或更 多原油中所含胶质的百分数称为胶质含量原油中的沥青质为暗褐色至黑色的脆性物质，含有碳、氢、氧、氮、硫等元素的高分子 多环有机化合物，其分子量比胶质大许多倍，不溶于石油醚或酒精，可溶于苯、三氯甲烷及 二硫化碳，也可被硅胶吸附。

原油中所含沥青质的百分数称为沥青质含量三） 石油的组成：石油的组成主要有C、H、0、N等元素，其中碳（C）和氢（H）所 占比例最大一般碳占83%〜87%，氢占10〜14%,二者的比值C/H 一般不超过6.0〜7.5之 间此外石油中还含在有微量的其它元素，如钒（V）、镍（Ni）、铁（Fe）、铜（Cu）、铅（Pd）、 钙（Ca）等二十几种元素要说明的是：上述的各元素在原油中不是呈游离状态，而是结合成不同的化合物而存在， 多以烃类化合物为主，另外还有少量的含氧、硫、氮的非烃类化合物原油中烷烃的碳原子个数为15〜42左右时呈固态的碳氢化合物称为蜡原油中含蜡的 百分数称为含蜡量我们把由碳和氢组成的化合物称为烃，原油的95%以上都是由碳和氢组成的，所以说， 原油主要是由烃类组成的四）石油的分类 石油的分类常见有四种方法：即按相对密度分类；按含硫、含蜡量分类；按特性因数分 类；按关键馏份特性分类原油按相对密度分类可分为轻质原油（相对密度小于 0.878）、中质原油（相对密度在0.878〜0.884之间）、重质原油（相对密度大于0.884）；按含硫量分为低硫原油（小于0 . 5% ），含硫原油（大于 0.5%）和高硫原油；按含蜡量可分为低蜡原油（粘度为u =50cP的馏份，凝点小于16°C）、含蜡原油（粘度50u =53cP的馏份，凝点在16〜21C之间），多蜡原油（粘度u =53cP的馏份，凝点大于21C）。

50 50二、天然气（一） 天然气的组成：天然气主要是由碳、氢、硫、氮、氧及微量元素组成的，以碳、 氢为主，碳约占65〜80%，氢约占 12〜20%，是一种烃类气体的混合物，其中带有水蒸气和 较重的烃类未经处理的天然气不能使用天然气中含有的烃一般是甲烷、乙烷、丙烷、丁 烷、戊烷及少量的乙烷庚烷、辛烷和更重的气体二） 天然气的分类1．根据天然气的组成可分为干气、湿气、贫气、富气，还可分为酸性气和洁气干气：每一标准立方米的天然气中，C （戊烷）以上重烃液含量低于13.5立方厘米的5天然气称为干气湿气：每一标准立方米的天然气中， C （戊烷）以上重烃液含量超过 13.5 立方厘米的5天然气称为湿气贫气：每一标准立方米的天然气中， C （丙烷）以上烃类液的含量低于 94 立方厘米的 天然气称为贫气富气：每一标准立方米的天然气中， C （丙烷）以上烃类液的含量超过 94 立方厘米的 天然气称为富气酸性气：天然气中含有显著的 HS 和 CO 等酸性气体，需要进行净化处理，才能达到管 输标准的天然气洁气：天然气中 HS 和 CO 等酸性气体含量甚微，不需要对酸性气体进行净化处理的天 然气2．根据矿藏的特点分类天然气可分为伴生气和非伴生气。

伴生气是与原油共生的，开采原油时伴生气与原油同时被采出非伴生气包括有纯天然气和凝析气两种纯天然气是从气井中开发出来的，其中 主要成分是甲烷，还有少量的乙烷、丙烷、丁烷及非烃气体凝析气田天然气是凝析气田开 采出来的，其成分除了有甲烷、乙烷外，还含有一定数量的丙烷、丁烷、戊烷及戊烷以上的 烃类凝析气田天然气从井口流出来，经过减压降温后，分为气液两相，气相经过净化处理 后，即成为商品天然气液相主要是凝析油，可进行进一步加工，从中可获得几种轻烃产品三） 天然气的物理性质由于天然气是一种烃类混合物，且因为这种混合物在化合物的形式上和相对含量上经常 变化，所以其总的和综合的物理性质也将发生变化，为此，必须首先对这种气体进行分析， 确定其各种不同的物理性质，分子量、冰点、沸点、密度、浓度、粘度、临界温度、临界压 力、汽化热、热值、蒸气压等物理性质对天然气的初加工是至关重要的四） 天然气的相关概念1．爆炸极限：在油气初加工工业以及天然气的使用过程中，天然气的爆炸极限是一个 非常重要的参数，它直接影响到人身安全和企业的效益天然气和空气形成的混合物中，当天然气在空气中的含量达到一定比例范围，这种混合 气体具有爆炸的可能性，这个比例范围的高低限制称为天然气的爆炸极限。

当空气中天然气 的含量一直增加到不能形成爆炸混合物时的那个含量，称为爆炸上限当空气中天然气的含 量一直减少到不能形成爆炸混合物时的那个含量，称为天然气的爆炸下限天然气是碳氢化合物的混合物，天然气的爆炸极限范围取决它自身的化学组成和外界的 温度、压力条件，天然气所处压力愈大，温度愈高则爆炸范围愈大，特别是压力的影响显著， 随着压力的升高，爆炸下限几乎保持不变，而上限都大大增加，天然气爆炸浓度极限5.0%〜 15.0%2．湿度 单位体积或单位重量的天然气所含水蒸汽的重量称为天然气的绝对湿度（即含水量）， 其单位为：克/立方米或克/公斤天然气的绝对温度与相同条件下呈饱和状态的单位体积天 然气中所含水蒸气重量之比，称为天然气的相对湿度天然气的湿度在初加工工业中是一个很重要的参数3．露点 如果天然气中含有一定量的水蒸汽，当压力升高或温度下降到一定数值时，天然气中的 水蒸气开始凝析出来，此时，天然气为水蒸汽所饱和，即天然气达到了饱和状态天然气为 水所饱和时的温度称为天然气的露点；或可以说，天然气中出现第一滴露珠时的温度称为天 然气的露点4．天然气的全热值 单位体积或单位质量的天然气燃烧时，将所发生的蒸汽的汽化潜热计算在内的热量称为 全热值。

全热值减去不能利用的汽化潜热值称为天然气的冷热值（低热值）单位体积或质 量的天然气燃烧所发出的热能称为天然气的燃烧值，又称发热量5．天然气的基本参数 天然气的基本参数有：分子量，容重和相对密度，比容和密度6．气体的临界参数及临界状态： 对某组分的气体而言，在临界点温度以上，无论加多大的压力，气体也不会液化，只有 在临界点温度以下才能实现液化，这一点就称为临界点此时的压力称为临界压力，温度称 为临界温度，比容称为临界比容，气体所处状态称为临界状态气体的临界温度越高，气体 越易液化，反之越不易液化五）天然气含水汽量及水合物的生成 天然气中含有的水汽量是有限度的，其最大含水汽量为饱和含水汽量，它与天然气的温 度、压力和组成有关一般在一定压力条件下，随温度的升高，饱和含水汽量增大在同一 温度条件下，随着压力的提高，饱和含水汽量减少在一定的压力条件下，与饱和含水汽量 相应的温度称之为水露点，也就是说，在一定的压力条件下，当水汽温度达到露点温度时， 就开始有液体析出在集输和处理天然气的操作中，就要控制这个温度条件，不能低于水的 露点温度操作在一定的温度和压力条件下，天然气中的气态组分能与水形成水合物。

这种水合物是白 色的晶体，外观似松散的冰或密致的雪，其密度为0.88〜0.9g/cm3从结构方面来看，水合 物是一种笼形晶格包络物在水合物中， 1 个气体分子与水结合的分子数是不恒定的，这与 气体分子大小、性质以及晶格中孔室被气体分子充满的程度有着密切的关系戊烷和己烷以 上的烃类一般不形成水合物三、轻烃 轻烃在化工工业在中广泛的用途，是乙烯、塑料等加工业不可缺少的原料我们把可不 经分离直接用作热裂解制轻质烯烃的原料，我们称之为轻烃一）轻烃产品的化学组成从天然气中分离出来的液态轻烃产品通常有以下几种：乙烷、丙烷、丁烷、液化石 油气（实际上是丙、丁烷混合物）、天然汽油这些产品通常是无色透明的液体 由于轻烃产品是从天然气中分离出来的，所以其化学组成都是天然气中几种烃类或非烃 类化合物液态丙烷产品并不是含有 100%的丙烷，而是还含有少量的乙烷和丁烷等； 同样，液态乙烷产品以乙烷为主，液态丁烷以丁烷为主（包括有正丁烷和异丁烷）在 天然汽油中，组成要复杂一些，其中主要是戊烷及戊烷以上的组分，还可能含有环戊烷、 环己烷、苯以及含硫化合物等二）轻烃产品的物理性质1． 沸点液体物质沸腾时的温度称之为沸点，一般沸点与外界压力条件有关，随着压力升高， 沸点增加。

轻烃组分沸点见表：1—1—1表：1—1—1 轻烃组分沸点轻烃甲烷乙烷丙烷异丁烷正丁烷异戊完正戊完己烷沸 点C-161.49-88.63-42.07-11.27-0.5027.8536.0768.74从表中可以看出由于丁烷以下的轻烃组分的沸点都很低，在常温下（如20°C）早 已全部汽化，不可能以液态存在总之，轻烃类产品是成分较轻，极易挥发，大量的挥 发气可使人窒息轻烃易燃易爆，给天然气工业带来许多困难，在轻烃的储存，输送及 生产过程中，要防止泄漏和静电的产生2．密度轻烃产品的密度比一般油品密度小，大约在0.5〜0.6之间其密度随温度的升高 而减小也就是说，同样质量的液态轻烃随温度的升高，其体积要增大因此，在轻烃 的储存中要慎重地考虑这一特性，为了防备因温度升高轻烃的体积膨胀而破坏设备，要 求储存容器必须留有充分的余量3．饱和蒸汽压液态轻烃的饱和蒸汽压随着温度变化而变化在一定的饱和温度条件下，若压力保 持大于饱和蒸汽压时，则饱和蒸汽会液化，能有液体存在。