原油是什么（原油的主要元素）

　　王基铭，炼油、石油化工及工程管理专家，中国工程院院士。曾任中国石油化工总公司副总经理、中国石油化工集团公司副总经理、中国石化股份公司副董事长、总裁等职，现任中国石油化工集团公司科技委资深委员、中国石油和化学工业联合会名誉会长等职。他在中国石油石化行业拥有40多年管理工作的丰富经验，在长期的石化工程建设实践中，提出了适合中国炼油化工工程建设的管理理念和方法以及管理模式，不断推进工艺技术和设备的国产化，率先将具有自主知识产权的成套技术应用到世界级石油化工工程。
　　王基铭院士：石油里蕴含的宝藏
　　【摘要】
　　在关于国家工业实力的统计数据中，石油产量往往是必不可少的一项。自从被引入现代工业以来，石油结束了煤炭的独霸地位，成为工业社会不可或缺的＂血液＂。通过分馏石油，人类得到了多种燃料和制造工业品的原料。但随着时间的流逝，越来越多的油田在走向枯竭，这与燃烧交通油料带来的污染一道，成为现代社会必须正视的危机。
　　石油产品，不仅仅是燃料
　　我们经常会在各种新闻媒体上看到关于石油的消息：关于石油的进出口协议、国际油价的涨跌、油井和油轮事故、为争夺石油资源发动的战争……可以说，关于石油开采、运输、保管和炼制的种种事项，牵动着世界各地数以亿计的人们的心，因为石油是工业社会不可或缺的＂血液＂。
　　石油是以碳氢化物为主要成分的液态矿物，或者说，是一种流动或者半流动状态的、可燃烧的、粘稠的液体物质。它在地下几千米的深处，经历了数百万年甚至几亿年的演化方才形成。从地下开采出来的石油，在没有经过分馏和炼制之前，统称为原油。石油中的化学元素主要有碳、氢、氧、硫、氮，其中碳和氢占了95%～99%，剩下的氧、氮和其他的微量元素占1%～5%。原油的相对密度一般是在0.75～0.79之间，因此，它能漂浮在水面上。原油具有丰富多彩的颜色，一般是不同色调的褐色，但也可能呈现出墨绿色或者接近于透明无色。
　　石油是如何形成的?目前在学术界有3种不同的观点。无机成因说认为，石油是由宇宙天体或者地下的碳氢化物，经过高温高压和复杂的化学作用，以无机的方式合成的;有机成因说则认为，石油是由史前时代大量的死亡生物，与矿物质一起随着地壳的运动被埋入更深的地下，在一定的温度、压力条件下，由微生物的催化作用下转化而成，并逐渐地被熔岩聚集成为油气矿藏。第三种观点是油气成因的二元说，大体相当于前面两种学说的混合，认为两种成因都是可能的。
　　由于地壳运动的随机性和各地区地质条件的千差万别，石油在世界上的分布是极不均匀的。2016年，全世界已经探明的石油储量达到了2407.1亿吨，主要分布在中东地区，占了48%;此后，中南美地区占了19%，北美地区占了13%，非洲地区占了8%，苏联各个加盟共和国境内占了9%。2016年，中国石油的剩余储量仅为25.36亿吨，只占全球的1.1%，所以中国是一个贫油的国家。目前，中国的石油年产量在2亿吨左右，占世界产量的5%。但中国每年的石油消费量在6.5亿～7亿吨，对外依存度已经达到67%左右，也就是一大半石油要从国外进口。
　　尽管如此，中国仍然需要大量进口石油，因为石油制品已经渗透到了国计民生的很多个方面。我们最熟悉的石油制品是基于石油的各种燃料，它们是现代工业社会主要的动力来源。按照适用的范围，这些燃料又可以大致分为以下5种：车用汽油、航空汽油等汽油，飞机使用的航空煤油，通常是船和大货车使用的柴油，居民家庭使用的液化石油气，以及锅炉使用的低品质燃料油。
　　除了这些被烧掉的石油制品，我们还可以从石油中提炼出润滑剂、石蜡，以及其他一些化工原料和固体的产品。润滑剂包括了润滑油和润滑脂，它们具有降低摩擦系数、减少磨损、传递动力、阻尼减震等功能，所以世界上所有的机械设备都需要依靠润滑脂和润滑油。这一类石油制品，在现代的工业中间有着不可替代的地位。石蜡主要用在化工领域，生产蜡烛、蜡制品的玩具和化妆品。石油沥青主要用作道路的铺装，以及房子的防水层。
　　石油也可以用来生产溶剂和石油化工的原料。以石油化工原料为源头的石油化工工业，通过裂解得到一系列的中间体，以生产三大合成材料，也就是合成纤维、合成橡胶和塑料，以及合成树脂、合成溶剂、涂料、农药、化肥、燃料、医药等一系列与国际民生密切相关的重要产品。很多化工新材料，都是通过石油化工得到的产品。在提取了所有这些产品之后，石油剩余的部分就是石油焦炭。它可以用作炼钢、有色金属冶炼的燃料，也可以制成石墨电极等工业产品。由此可见，人类的现代生活，就建立在石油之上。没有石油，就没有现代交通、现代农业，也没有现代材料、医药、电子工业和其他很多高新技术。
　　如果世界上没有石油产品，我们不仅无法驱动大部分现代交通工具，也无法修建现代化的沥青公路，而且生活的方方面面也都会因此受到影响。这是因为，假如没有了石油，现代农业需要的化肥和设施农业(塑料大棚)需要的塑料薄膜、塑料滴灌管路将无法再生产。化学纤维的消失，会让相当一部分现代化的衣料与人类告别。而现代家庭中的装修材料，比如涂料、墙板、PVC管路等，也都需要石油方能生产。可以说，衣食住行这些人类基本的需要，都离不开石油;而我们无法接受一个已经被石油改变的世界回到原样。
　　石油深度加工，二次开采宝藏
　　从地下开采出来的天然的原油，经过炼制加工成各种不同的石油产品的工艺过程，叫做石油炼制。石油炼制的第一道工序，是原油的蒸馏。原油经过预处理，脱盐脱水之后，进入到常压的蒸馏装置。原油被加热，利用各个馏分沸点不同的特点，把沸点不同的馏分分离出来，得到汽油、煤油、柴油、蜡油、渣油等馏分。通过蒸馏分离出来的馏分还不是最终的产品，这些馏分再进入到下游装置，进行深加工，经过调和达到一定的质量标准，才能流通到市场上成为合格的石油产品。
　　经过粗加工得到各种不同的馏分的油之后，我们需要对这些半成品进行再次加工。在炼油厂里，深加工的装置主要有催化重整、催化裂化、加氢裂化、加氢精制、渣油加氢、延迟焦化等。这些工序不仅可以改善成品的品质，其中一部分还可以唤醒＂沉睡的资源＂，提高石油的利用率。
　　催化重整的目的，是增加汽油的辛烷值。粗加工得到的汽油馏分，标号或者说辛烷值(抗爆性能)是很低的，达不到质量要求，必须通过催化重整，使得汽油分子结构发生变化，以提高辛烷值，并且得到苯和二甲苯这些化工原料，以及廉价的氢气。一般来说，汽油的辛烷值越高，发动机就能以更高的压缩比来提高发动机的功率，所以，高级轿车和使用汽油的飞机，通常需要用辛烷值更高的油品，比如一般民用加油站里最昂贵的98号汽油。
　　催化裂化是在催化剂的作用下，将蜡油转化成液化石油气、汽油、柴油的过程。催化裂化装置可以生产出比较高辛烷值的汽油，同时 又能制造液化石油气和柴油这两种重要的产品，因而是石油深加工装置当中很重要的装置。
　　加氢裂化装置是将蜡油、渣油的重质油品，在高温高压和氢气的条件下，采用合适的催化剂，转化为汽油、煤油、柴油等轻质油品的加工过程。近几年里，为了适应加工进口的含硫原油，加氢裂化装置得到了很大的发展。
　　原油中的硫、氮、氧元素，对我们来说并不是有益的元素，因此需要去除，完成这项任务的，是加氢精制工艺。它是指加入氢气并且保持一定温度、压力的条件下，使油品中的硫、氧、氮等有害杂质转变为相应的硫化氢、水、氨而除去的做法。油品中的烯烃和二烯烃也在这个过程中达到饱和，使油品的质量得到改善。一般来说，需要经过加氢精制的油品主要有催化柴油、焦化汽油、焦化柴油，还有用含硫原油生产的汽油、煤油、柴油等。
　　渣油加氢装置是将蒸馏以后，留在最底下、比较重的那部分渣油，通过加氢并且保持一定的温度和压力，生产出少量的石脑油和柴油。渣油加氢以后得到的尾油，又是很好的催化裂化的原料。
　　延迟焦化装置是用来加工渣油的工艺，它可以通过深度的裂化反应，把渣油的10%转化为液化石油气，60%转化为汽油、柴油、蜡油这些馏分，而留下来30%左右就是焦炭了。
　　烷基化工艺是增加高辛烷组份的工艺生产装置，它可以将催化裂化装置生产出的异丁烷、丁烯作为原料，通过烷基化生产出烷基化油。这是一种辛烷值很高、抗爆性能很好，而且硫含量又极低的液体，是清洁汽油优质的调和组份，可以用来调制出辛烷值更高的汽油。
　　异构化工艺也是生产高辛烷值组份的另外一种重要手段，它在一定的温度压力下，通过催化剂的作用，使汽油里烷烃的分子重新排列，以提升汽油的辛烷值。这样异构化的油一般是不含硫、不含芳烃、不含烯烃，辛烷值高，也是清洁汽油重要的组份。近年来，随着国家对汽油质量的要求不断提高，汽油中硫、烯烃、芳烃含量的指标日益严格，因此烷基化、异构化的装置发展得很快。
　　润滑油的生产工艺，也是一个有趣的领域。根据采用原油的不同，润滑油产品的要求区别比较大。人们可能用溶剂法、加氢法或者混合法生产润滑油，溶剂法是用溶剂脱掉馏分里的蜡，再加上添加剂进一步精制，得到润滑油的基础油，这是一个物理过程。加氢法则是基于化学的加工过程，通过加氢裂化，异构化以后，再加氢精制得到润滑油的基础油。至于混合法，就是把两个过程融合起来一起用，生产不同标号的润滑油的基础油。
　　这些生产出来的油品仍然不能直接投向市场，还需要经过调和的过程，也就是调和一定的组份，使油品的组成性质能达到质量标准。如今，高度自动化的炼油厂已经能自动进行油品调和，人们将计算机与分析仪器连接起来，根据组份质量指标自动进行计算，控制调和组份的比例、数量，最终得到合格的油品。
　　炼油产业，中国名列前茅
　　虽然中国是一个贫油国家，但在石油炼油方面拥有很高的水平。从全球来看，世界已经形成了亚太、北美、欧洲＂三足鼎立＂的炼油工业格局，而中国所在的亚太地区便是其中一极。
　　2016年，炼油能力排名前10位的国家，分别是美国、中国、俄罗斯、印度、日本、韩国、沙特、巴西、德国、加拿大。这10个国家的总产能是31亿吨，占全世界的63.3%。而世界炼油能力排在前十名的公司，第一名是美国的埃克森美孚，第二是中国的中石化，第三是荷兰皇家壳牌，第四是中石油。其实，中石化的产能已经超过了埃克森美孚，这个排序是综合下游产业的结果。
　　中国炼油能力达到世界第二位的背后，是中国炼油工业从新中国成立以来，从无到有，从小到大的奋进征程。特别是在改革开放以后的30多年里，得到了迅猛的发展，现在已经形成了完整的工业体系。中国用60多年的时间，赶上了发达国家炼油工业150多年发展的步伐。
　　中国炼油产业的布局日趋合理，基本形成了以东部为主，中西部为辅的梯次分布的格局，逐步形成了长江三角洲、珠三角、环渤海湾三个炼油化工企业的集群，产业的集中度和资源利用的效率都有了显著的提高。这3个炼化企业集群的原油加工能力，已经占到了全国的67%;全国25座千万吨级炼油厂当中，有17座分布在这3个集群里。一些大型现代化炼油厂的自动化水平已经很高，有的正在向智能化工厂迈进，使炼油的效率进一步提升。
　　另一方面，一些颠覆性的创新也正在酝酿之中，比如分子炼油即是其中之一。目前，石油工业是按照区分馏分沸点的方式来炼油的;但如果未来根据石油中不同成分的分子结构来炼油，就有可能简化现有的炼油工艺，根据分子不同的反应，创造出新的分子，让原油中的各种物质都能得到利用。
　　我们可以肯定的是，资源紧缺的现状和对石油产品的巨量需求，将会鞭策中国的炼油工业越来越强。