石油组学技术及其动向.pdf
第 4 3卷第 8期 2 0 1 4年 8月 当 代 化 工 C o n t e mp o r a r y C h e mi c a l I n d u s t r y V o ] . 4 3 .N O . 8 A u g u s t, 2 0 1 4 石油组学技术及其动 向 宋锦玉, 辽宁石油化工大学 , 成 立 辽宁 抚顺 l 1 3 0 0 1 摘 要 石油组学 P e t r o l e o mi c s 技术是将原油及石油产品看作是分子的集合体,通过详细的组成分析技 术及分子反应建模技术,从分子水平分析、预测其组成、物性及反应性的基础技术。介绍了P e t r o l e o m i c s 技术, 还介绍了中国、美国、日本等国家应用 P e t r o l e o mi c s 技术的情况。 关键词 石油组学;重质油;分子结构;石油组成;F T I C R MS ;预测 中图分类号 T E 6 2 4 文献标识码 A 文章编号 1 6 7 1 13 4 6 0 2 0 1 4 0 8 1 4 9 8 0 4 Pe t r o l e omi c s Te c hno l o g y a nd I t s De v e l o pm e nt Tr e nd S ONGJ i n - y u , C HE NG Li L i a o n i n g S h i h u a Un i v e r s i t y , Li a o n i n g F u s h u n 1 1 3 0 0 1 , C h i n a Ab s t r a c t P e t r o l e o mi c s t e c h n o l o g y i s a b a s i c t e c h n o l o g y r e g a r d i n g c r u d e o i l a n d p e t r o l e u m p r o d u c t s a s mo l e c u l a r a g g r e g a t e , a n a l y z i n g a n d f o r e c a s t i n g t h e i r c o mp o s i t i o n , p h y s i c a l p r o p e r t i e s a n d r e a c t i v i t y f r o m t h e mo l e c u l a r l e v e l t h r o u g h d e t a i l e d c o mp o s i t i o n a n a l y t i c a l t e c h n i q u e s an d mo l e c u l a r mo d e l i n g t e c h n i q u e s . I n t h i s p a p e r , t h e p e t r o l e o mi c s t e c h n o l o g y wa s i n t r o d u c e d , a n d a p p l i c a t i o n o f t h e p e t r o l e o mi c s t e c hn o l o g y i n C h i n a , Un i t e d S t a t e s an d J a p a n we r e di s c u s s e d. K e y wo r d s Pe t r o l e o m i c s ; He a v y o i l ; M o l e c u l a r s t r u c t u r e ; P e t r o l e u m c o mp o s i t i o n ; F T - I CR M S; F o r e c a s t 石油是与人类的生活密切相关 的一次能源 ,随 着中国、印度等新兴国家经济的快速发展,未来人 类对石油的需求量将持续增加 。 。但是 ,目前人类 使用的石油资源的可开采年数只有约 4 0 年 。 。。, 与天 然气 、煤的开采时问相 比低很多 】 ,而且原油越来 越劣质化、重质化,对重质油的需求在逐年减少而 对轻质油的需求在逐年增加 。因此 ,需要开发将重 质油分解为以运输用燃料为 中心的轻质油及高附加 值 的石化原料的技术。 重质油是具有非常复杂 的分子结构的多组分混 合物,对重质油的组成及其结构的研究由来已久, 但鉴于重质油组成 的复杂性及分析手段的有限性 , 只是将其分解为不同的馏分 ,再基于密度 、硫含量 等宏观性质研究其特征。随着分析技术及计算技术 的飞速发展,可从分子水平对非常复杂的混合物一 一 原油及重质油的组成及化学结构进行分析 ,并预 测其物性及反应性。石油组学 P e t r o le o m i c s 是由 Ma r s h a l l和R o d g e r s 等 提 出 的 新 概 念 , P e t r o l e o mi c s技术将原油及石油产品看作分子 的集 合体,在精细分析出石油组成的基础上,研究石油 化学组成与其物理、化学性质及加工性能的关系。 因此 ,通过 P e t r o l e o mi c s技术 ,有望开发低氢耗 、 无副反应生成物 、不浪费能源的理想 的反应工艺 。 1 P e t r o l e o m i c s 技术简介 P e t r o l e o mi c s 技术 , 是指以 “ 详细的组成分析技 术” 、 “分子反应建模技术”为中心的从分子水平分 析、预测重质油 的物性及反应性的基础技术 ’ ,是 将原油及石油产品看作是分子的集合体,根据其详 细的组成及化学结构分析并预测其物性及反应性的 技术。 1 . 1 详细的组成结构分析 P e t r o l e o mi c s技术是将最新 的分析技术与计算 技术有机地结合在一起应用于石油分析的技术,主 要包括详细的组成结构分析、分子反应建模及信息 处理 ,其中详细的组成结构分解是最基础 、最关键 的技术。 重质油是具有非常复杂 的分子结构 的多组分 混合物,若要从分子水平对其进行详细的分析并解 析其化学结构,则首先需要将重质油馏分按结构类 型分离为饱和烃 、芳烃 、树脂 、沥青质 ,然后利用 具有高分辨率的 F T - I C R . MS 傅里叶变换一 离子回 旋共振质谱 进行详细的组成分析。 F T - I C R . MS是一种具有超高质量分辨能力的 新型质谱仪 , 可以精确地确定 由 C、 H、 S 、 N、 O 及 其主要同位素组成的各种元素组合,真正从分子水 收稿 日期 2 0 1 4 - 0 2 2 8 作者简介 宋锦玉 I 9 6 3 - ,女 ,辽宁抚顺人,高级工程师,1 9 8 5 年毕业于抚顺石油学院石油加工专业。E - m a i l s j y 6 3 1 1 2 2 1 6 3 .c o m 。 化 工 2 0 1 4年 8月 在此领域, 韩国庆北大学的K i m团队走在了世 界前列。K i m等与 S K E n e r g y 合作开发了原油的详 细组成数据库, 同时开发了情报学用统计解析软件, 并利用此软件解析相关资料,掌握原油的详细组成 与原油物性的关系。 2 P e t r o l e o mi c s 技术动向 P e t r o l e o m i c s技术作为研究开发重质油的高度 利用技术时使用的基础技术,通过详细的组成分析 技术及分子反应建模技术 ,从分子水平对重质油的 组成及其物性、反应性进行解析并进行预测,是可 使今后的重质油高度利用技术得到飞跃性发展的新 技术体系。 近年来,P e tr o l e o m i c s技术倍受世界注目,从 2 0 1 0年 1 2月举行 的为期 6天的以 r P e t r o l e o mi c s A Ro a d ma p f o r Be t t e r Ext r a c t i o n a n d P r oc e s s i n g o f P e t r o l e u m J为题的环太平洋国际化学会议也能看到 这 一点 。在 环太 平洋 国 际化学 会议 上 发表 的 与 P e t r o l e o mi c s 相关的论文见表 1 。在研讨会上 , 各个 国家发表了 P e t r o l e o mi c s相关的研究事例。中国、 美国、日本、加拿大、 韩国等国家及石油大公司将 P e tr o l e o m i c s 应用于工艺开发, 期待为能源的安全供 给、降低环境负荷做出贡献 为了对原油的组成结构进行详细的分析以提高 原 油生 产效 率 ,美 国 、巴西 及澳 大 利亚 正在 将 P e t r o l e o l r fi c s 应用于原油的组成结构分析 中。 加拿大 为了解决在生产油砂时出大量废水的问题,中国为 了解决伴随着原油的生产而出现的环境污染问题 , 将 P e t r o l e o mi c s技术应用于废水及土壤的分析中。 原 油 完 全 依 赖 于 进 口的 韩 国及 日本 ,不 仅 将 P e t r o l e o mi c s 应用于原油评价 , 而且为了提高炼油工 艺及石化 原料生产工 艺 的效率 ,正在努力 将 P e t r o l e o m i c s 应用于原料油 、 生成油的详细的组成结 构分析 ,还应用于反应机理的解析 。 中国利用P e t r o l e o mi c s 进行了石油 的组成分析 , 在重质油非烃化合物组成研究方面取得了突破性的 进展n ;解析 了委内瑞拉奥里常渣减黏反应杂原子 化合物组成变化 ” ;对辽河原油中的石油酸进行了 详细的组成分析 ,为解决在原油的储运 、加工等过 程中存在 的设备腐蚀和产品质量问题提供了基础数 据 。 总之 ,一些国家 已经将 P e t r o l e o mi c s应用于原 油 的分析 、非常规碳资源 的分析 中 ,应继续扩大 P e t r o l e o mi c s的应用范围, 以提高重质油的利用率从 而达到有效利用石油资源的目的。 通过 P e t r o l e o m i c s 技术,可期待开发新的重质油处理技术,提高重质 油的利用率,对石油资源的有效利用起积极的促进 作用。 表 1 环太平洋国际化学会议上发表的P e t r o l e o mi c s相关论文 Ta b l e 1 Pe t r o l e o mi e s r e l a t e d p a p e r s p u b l i s h e d i n p a c i fic r i m I n t e r n a t i o n a l c h e mi c a l c o n f e r e n c e 论文题 目 作者 Co mp a ris o n o f p l a n t me d i a t e d c h a n g e s o f o i l s s a n d s a c i d s d e t e r mi n e d us i n g u l t r a h i g h . J . V He a d l e y ; K.M . P e ru ; S .A. Ar ms t r o n g ; Ha n ; J .W . M a r t i n ; M . M. h i g h . a n d l o w r e s o lu t i o n ma s s s p e c t r o me t r y M a p o l e l o ; D.F . S mi t h ; R.P.Ro d g e r s ; A.G M a r s h a l lAme r i c a Un d e r s t a n d i n g i n t e r r n 。 l e c u l a r i n t e r a c t i 。 n s i n h e a v y 0 i l s A c 。 mp u t a t i 。 n a 1 s t u d y s ‘ R。 s t 0 y d n 0 v ’ J 。M s t r y k e r ; 。 s _ , Gu s a r o v ; A K0 v e n k 。 F i n g e r prin t i n g c o mp l e x o r g a n i c a c i d mi x t u r e s i n o i l s a n d s p r o c e s s a ff e c t e d wa t e r J M a r t i n ; Y Wa n g ; L. Pe r e z - Es t r a d a ; M .. Ga ma l El- Di nCa n a d a I n nu e n c e o f b i o d e a da t i o n o n c h a a c e r i s t i c s p h a 1 e n e EV i d e n c 。 f r o m Y L i a 。 ; A. Ge n g ; H. Hu a n g C h i n a b i o d e g r a d e d o i l s o f t h e Li a o h e Ba s i n ⋯⋯’ ‘ ⋯“ 。 ’ ’ ⋯⋯ ⋯ S t a t i s t i c a l a p p r o a c h e s f o r mo d e l i n g c o mp l e x p e t r o l e u m s y s t e ms M. T . Kl e i n ; C.A. Be n ne t t ; Z Ho uAme r i c a Co mp o s i t i o n a l c o n t i n u u m 0 f p e t r 0 l e u m r e v e a l e d b y u l 船a t l i g h r e s o 1 u t i o n F T . I CR R .P Ro d g e r s ; A. M. Mc Ke n n a A. G Ma r s h a l lAme r i c a ma s s s p e c t r o me t r y P e c r 0 1 e 0 r I 】j c s v i a T r a v e l i n g 啪v c i 0 n .Ⅲ 0 b 1 i t y f I l a s s s p e c t r 0 眦t r v u s i n g p o l a r i z a b l e M .N . E b e r l i n ; Y . E . C o r i l 0 C lF K i l t z k e ; P . M . L a l l i B r a z i l U r l i t g a s e s F r a c t i o n a t i o n a n d a n a l y s i s o fa s p h a l t e n e p r e c i p i t a t e s f r o m c r u de Oi l s B.F Gr a h a m; E . F M a y ; C. Ra wl ins o n ; R. D. T r e n g o v e Au s t r a l i a I d e n t i fi c a t i o n o f c h e mi c a l c o mp o . n e n t i n s h | a l e o i l s a n d c o nlp a r i s 0 n t 0 J .Na ; S . ch u n g E. Ba e ; H. Ki m; S . Ki m Ko r e a I o n mo b i l i t y 。 ma s s s p e c t r 0 e r y f 0 r s t c t u ml c h a r d c t e r i z a t i o n o f D .H . R u s s e 1 1 C . B e c k e r A m e r i c a p e t r o l e u m c r tl o e Mo l e c u l e . 1 e v e l c h a r a c t e ri z a t i o n o f h e a v y o i l s f o r d e t a i l e d k i n e t i c mo d e l i n g R. T a n a k a ; T T o rii ; K. Mi y a b a y a s h i ; M. Mi y a k e J a p a n P a v i n gt h . e w a . yf .o r p.r e d t n g a 兀 d u n e 吼 n d ’ p 叩e e o t c l m d e o ‘ a e d 0 n S . K i m M. H u r I . Y e o ; YC h o K o r e a m ol e c ul a r l e ve l i nt o r m a t l on a n d s t a hs t mal a na l ys i s 上 , e t r o l nt o r r n at l cs 3 结 束 语 喜 羹 器 轰 募 摹 喾 昱 巽 对重质油加工装置而言,所加工的原料是多种 最适宜的催化剂,或设定最适宜的运转条件,则可 第 4 3卷第 8期 宋锦玉,等石油组学技术及其动向 l 5 O 1 期待提高装置的生产量。此外 ,在原料越来越重质 5 9 化的今天 , P e t r o l e o mi c s 技术可为催化剂的设计及开 发提供理论指导,同时可通过优化运转条件准确预 测催化剂的寿命 ,提高生产效率。 另外 , P e t r o l e o mi c s 技术不仅适用于重油 , 而且 适用于煤、生物质等其他有机资源,可期待用于清 洁煤及生物燃料生产技术等各种下世纪能源供给相 关的技术开发 。 参考文献 [ 1 ] 藤井佳奈.新具国 工丰, L , 一同题匕日本企桨[ D B / O L ] . [ 2 0 1 2 0 5 ] .h t t p / / w w w, s mt b .j p / o t h e r s / r e p o r t / e c o n o my / 1 5 .p d f . [ 2] 日本工 丰, L , 一缀清研究所. 7 , 7 , , 世界I丰, L , 一 了 ’ , 、 y夕 [ DB / O L ] . [ 2 0 1 1 1 I I. h t t p / / e n e k e n . i e e j . o r .j p / d a t a / 4 1 2 2 . p d f . [ 3]J X El铖 日石工 木, L , 芊一株式会 社. 世 界 工 木, 一 资源量 [DB / O L ] .[ 2 0 1 2 0 4 3 0 ] . h t t p / / w w w . n o e .j x g r o u p . c o .j p / b i n r a n / d a t a / p d f / 2 .p d f . 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S E R R AN O M,N UNE Z OL E A J , L UZON GLECHUGA M . Co mp a r i s o n a n d u s e o f me t h o ds f o r t h e d e t e r m i n a t i o n o f n o n i o n i c s u r f a c t a n t s i n b i o d e g r a d a t i o n p r o c e s s [ J ] . T e n s i d e S u r f a c t a n t s a n d De t e r g e n t s , 2 0 0 2 , 3 9 5 1 5 4 - 1 5 9 . [ 2 1 ] 曹绪龙, 王得顺, 李秀兰. 孤岛油 田西区复合驱界面张力研究[ J ] .油气 地质与采收率, 2 0 0 1 , 8 1 6 4 6 6 . [ 2 2]B e r g e r P D,L e e C H.U l t r a l o w c o n c e n t r a t i o n s u r f a c t a n t s f o r s a n d s t o n e a n d l i m e s t o n e fl o o d s [ R ] . S P E 7 5 1 8 6 , 2 0 0 2 . [2 3]Mi c h e l A M,D j o j o s o e p a r t o R S ,H a a s H,e t a 1 .E n h a n c e d wa t e r fl o o d i n g d e s i g n wit h d i l u t e s u r f a c t a n t c o n c e n t r a t i o n s for n o r t h s e a c o n d i t i o n s [ R ] . S P E 3 5 3 7 2 , 1 9 9 6 . [ 2 4 ] 范维玉,张数义, 李水平,南 国枝, 于芳. 降膜式磺化工艺合成驱油用石 油 磺 酸 盐 的 研 究 [ J ] l中 国 石 油 大 学 学 报 自然 科 学 版 ,2 0 0 7 ,3 1 2 1 2 6 1 2 9 . 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