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汽油诞生记

hitguchang 于2015-7-26 21:50:23发表 显示全部楼层
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本帖最后由 hitguchang 于 2015-7-26 22:08 编辑


      

小小的汽油虽然并不起眼,可它却是经过了数百万年的演化,历经了千难万险才能最终诞生,今天就让我们一起看一看高标准的汽油是如何生产的吧。
       随着“磕头机”日夜不停地往复运动,被埋藏了数百万年的石油终于又回到了地面上。有人形容这些深褐色、黏糊糊的液体是“黑色的金子”,“工业的血液”,足可见石油的宝贵价值。但是刚开采出来的石油是由许多不同成分混合在一起的,如果不经过加工,就只能像煤一样当做燃料,那样就太可惜了。聪明的工程师们于是就开发出了一系列的加工工艺,把石油变成了汽油、煤油、柴油和化工原料等更有价值的产品。

抽油机与石油

抽油机与石油


一、石油成分分离,各有所用

石油全身都是宝,但它却是个复杂的混合物,所以石油炼制的第一步就是要把石油里不同的成分给分离开。刚开采的石油含有水分和无机盐,它们在炼油过程中会腐蚀设备,所以一般石油要先经过电脱盐过程,在电场的作用下去除掉水和无机盐。水分达标的石油就要进入整个石油加工中的龙头装置——蒸馏塔。在十九世纪中叶,人们就想到了用蒸馏的办法来处理石油。石油中不同成分的沸点不同,因此在蒸馏塔中对石油进行蒸馏,就可以利用沸点的差异,将石油所含成分分离得到各种产物。沸点由低到高,主要的产物依次是到石脑油、汽油、煤油、柴油、蜡油和渣油。其中石油蒸馏产物中沸点在40~200℃的部分就是汽油了,这种石油直接蒸馏得到的汽油也叫直馏汽油。

石油蒸馏产品

石油蒸馏产品

二、重质油轻质化,变废为宝

汽油、柴油可是交通运输的血液,但是汽油、柴油等轻质油只占到了石油重量的1/4,还有大量的重质油没法用作高价值的车用燃油。所以工程师们还得绞尽脑汁把约占石油重量3/4的重质油给轻质化,变成汽油、柴油,满足交通运输的需要。20世纪初,伴随着汽车工业的发展和第一次世界大战,汽油的需求量迅速增加 ,热裂化技术应运而生。把重质油加热到450℃后,其中的大分子在热的作用下就会分裂成小分子,从而变成轻质的汽油。到了20世纪40年代,工程师们又开发了催化裂化工艺。重质油在催化剂上进行裂化反应,反应速度大大加快,极大的提高了汽油的生产效率。所以催化裂化是我国石油炼制过程中最终要的装置之一,它能够高效的把重质油变成宝贵的汽油,实现变废为宝。目前我国车用汽油中70%的调和份额是催化裂化汽油,催化裂化对于汽油供给的保障起到了至关重要的作用。


三、汽油调和,改进性能

我们的车用汽油其实是由直馏汽油和二次加工汽油(包括催化裂化汽油、重整汽油、烷基化汽油等)以及一些添加剂组成的,这样的汽油称为调和汽油,而将这些不同成分进行调和的目的是为了改善汽油的燃烧性能。我们之前都听说过93#和97#汽油,而这里的93和97就是指汽油的一个重要指标——辛烷值。辛烷值是衡量汽油抗爆性的指标,如果辛烷值过低就会出现爆震的现象。发生爆震时,发动金会发出敲击声,类似于轻敲三角铁的声音,严重时车身都会发生震动,发动机的动力也会明显下降。石油直接蒸馏得到的汽油不仅产量小,其辛烷值很低;催化裂化汽油是比例最大的车用汽油调和成分,但辛烷值也比较低,因此除了直馏汽油和催化裂化汽油之外还要调和其他汽油。重整汽油辛烷值很高,可达100左右,是较好的高辛烷值调和组分,但其中苯含量太高,且重整汽油产量也较少,所以调和比例也不能太高。烷基化汽油主要成分为异构烷烃,其辛烷值相当高,而且不含非理想成分,是最为优质的调和组分。但其生产成本较高,在调和汽油中所占比例也较少。最后还有一种非常常用的高辛烷值添加剂——甲基叔丁基醚(MTBE),MTBE不但具有很高的辛烷值,而且在催化裂化汽油中有很好的调合效应,但其具有毒性,所以长远来看,MTBE的使用也会逐渐受到限制。合格的汽油还要有较高的氧化安定性,安定性不好的汽油在储运和使用的过程中容易发生氧化反应,生成胶质;汽油不仅颜色加深还会生成沉淀。其实,刚生产的汽油是无色透明的,但是在长时间的储运过程不断反应,颜色才最终变成了我们看到的淡黄色。汽油中烯烃含量高,则安定性较差,催化裂化汽油中烯烃含量较高,因此也必须经过调和,降低烯烃含量。由此可见各种调和组分各有优劣,经过工程师精心的调和,我们的汽油就基本成型啦。

                                                                                    

油品的颜色

油品的颜色

四、汽油质量升级,保护环境


随着环保要求的不断提高,油品质量升级也在呈加紧态势。2013年12月18日,国家标准委就发布了国V车用汽油质量标准。车用汽油质量标准主要包括硫含量、锰含量、烯烃含量、蒸汽压,密度和牌号等。硫含量是汽油排放指标里最重要的一项,汽油中的硫在燃烧后会形成硫氧化物(SOx),SOx不仅会形成酸雨,而且是雾霾的主要成分之一,因此减少汽油中的硫含量对于解决雾霾问题也起到一定的帮助作用。汽油中的硫含量与原料石油的性质有着直接的联系,石油中硫、氮、金属等非理想成分主要存在于石油中重质油部分,然而现在世界石油资源逐渐重质化,很多高硫高酸石油也不得不利用起来,因此仅仅进过催化裂化和调和的汽油已经无法达到越来越严格的排放标准。工程师们有开发了许多提升汽油质量的标准。

加氢裂化就是在原有催化裂化的基础上,加入氢气并改变了催化剂的类型,使加氢反应和催化裂化的反应有机结合,这样便可以使原料中的硫、氮、金属脱除,并且烯烃含量也会下降,得到的汽油是数量又多、质量又好。对于催化裂化汽油也可以通过加氢精制脱除硫、氮、金属,从而改善催化裂化汽油性能。目前实施的国V标准,硫含量已经限制到10ppm(ppm为质量浓度单位,在这里意思是每百万份汽油中硫占的份数),这是一个非常高标准的要求了,已经是加氢脱硫的极限。工程师们又开发了S-zorb吸附脱硫工艺,汽油从S-zorb装置中走一遍,硫就乖乖地留在吸附剂中了。进过了这些脱硫处理,硫的含量是达标了,但在处理过程中,汽油的辛烷值也会有不同程度的损失。所以国V标准与国IV标准相比,汽油的硫含量下降80%,牌号也降到了92#,95#,并且汽油价格也有一定上调。

国V汽油质量标准

国V汽油质量标准




看到这我们应该明白了,一滴小小的汽油是经过了这么多复杂的生产过程,才能成为真正性能好,污染小又价格适当的车用汽油。这生产过程里也凝聚着无数的科学家、工程师的智慧与付出。为了可持续的发展和美丽中国的宏伟目标,我们也应从自己做起,了解关于汽油的小知识,学会节约使用汽油,珍惜我们宝贵的汽油资源。





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