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石油用什么吸附剂

发布时间: 2022-04-19 23:04:02

A. 吸干机吸附剂的种类及作用

艾高空气工程师为您解答,吸附式干燥机的吸附剂的种类有以下几种:
第一、活性氧化铝:又名活性矾土,英文名称为Activated Alumina 或Reactive alumina,它是一种多孔性、高分散度的固体材料,有很大的表面积,其微孔表面具备催化作用所要求的特性,如吸附性能、表面活性、优良的热稳定性等,所以被广泛地用作化学反应的催化剂和催化剂载体。
第二、硅胶:别名:硅橡胶是一种高活性吸附材料,属非晶态物质,其化学分子式为mSiO2·nH2O。硅胶的化学组份和物理结构,决定了它具有许多其他同类材料难以取代得特点:吸附性能高、热稳定性好、化学性质稳定、有较高的机械强度等。
第三、分子筛:分子筛是指具有均匀的微孔,其孔径与一般分子大小相当的一类物质,分子筛的应用非常广泛,可以作高效干燥剂、选择性吸附剂、催化剂、离子交换剂等。与其他吸附材料相比,分子筛的最大特点是具有均一直径的微孔结构,因而能有选择性地吸附直径小于其孔径的气态分子。分子筛一般都是人工合成的,在空气干燥(分离)工艺中得到较多的分子筛是沸石型硅铝酸盐的多水化合物晶体。其热稳定性和化学稳定性很高,而且还同时具有筛分性能、离子交换性能、选着单一性和吸附性能良好等特点,通常被应用于吸附式干燥机吸附腔体中

B. 用什么可以清除石油

一般有这几种:
1、燃烧分解掉
2、酒精等溶剂溶解
3、各种吸附剂,如碳类等。
如果是治理海上石油,一般采用最后一种,
即用拦污网(一般由有吸附功能的材料制成)等圈住逐步缩小范围,
一层层的吸附处理,只是工期会比较长,并容易受洋流、天气等影响,
所以最好从源头控制,减少污染。

C. 吸附色谱中常用的吸附剂种类及其应用范围和原理

常用的吸附剂有以碳质为原料的各种活性炭吸附剂和金属、非金属氧化物类吸附剂(如硅胶、氧化铝、分子筛、天然黏土等)。
衡量吸附剂的主要指标有:对不同气体杂质的吸附容量、磨耗率、松装堆积密度、比表面积、抗压碎强度等。用于滤除毒气,精炼石油和植物油,防止病毒和霉菌,回收天然气中的汽油以及食糖和其他带色物质脱色等。
工业上常用的吸附剂有:硅胶、活性氧化铝、活性炭、分子筛等,另外还有针对某种组分选择性吸附而研制的吸附材料。气体吸附分离成功与否,极大程度上依赖于吸附剂的性能,因此选择吸附剂是确定吸附操作的首要问题。
是将木炭、果壳、煤等含碳原料经炭化、活化后制成的。活化方法可分为两大类,即药剂活化法和气体活化法。药剂活化法就是在原料里加入氯化锌、硫化钾等化学药品,在非活性气氛中加热进行炭化和活化。气体活化法是把活性炭原料在非活性气氛中加热,通常在700℃以下除去挥发组分以后,通入水蒸气、二氧化碳、烟道气、空气等,并在700~1200℃温度范围内进行反应使其活化。活性炭含有很多毛细孔构造所以具有优异的吸附能力。因而它用途遍及水处理、脱色、气体吸附等各个方面。

D. 吸附剂的作用原理

1)絮凝作用原理:PAM用于絮凝时,与被絮凝物种类表面性质,特别是动电位,粘度、浊度及悬浮液的PH值有关,颗粒表面的动电位,是颗粒阻聚的原因加入表面电荷相反的PAM,能使动电位降低而凝聚。
2)吸附架桥:PAM分子链固定在不同的颗粒表面上,各颗粒之间形成聚合物的桥,使颗粒形成聚集体而沉降。
3)表面吸附:PAM分子上的极性基团颗粒的各种吸附。
4)增强作用:PAM分子链与分散相通过种种机械、物理、化学等作用,将分散相牵连在一起,形成网状。
聚丙烯酰胺的作用
1)用于污泥脱水根据污泥性质可选用本产品的相应型号,可有效在污泥进入压滤之前进行污泥脱水,脱水时,产生絮团大,不粘滤布,压滤时不散,流泥饼较厚,脱水效率高,泥饼含水率在80%以下。
2)用于生活污水和有机废水的处理,本产品在配性或碱性介质中均呈现阳电性,这样对污水中悬浮颗粒带阴电荷的污水进行絮凝沉淀,澄清很有效。如生产粮食酒精废水,造纸废水,城市污水处理厂的废水,啤酒废水,味精厂废水,制糖废水,有机含量高 废水、饲料废水,纺织印染废水等,用阳离子聚丙烯酰胺要比用阴离子、非离子聚丙烯酰胺或无机盐类效果要高数倍或数十倍,因为这类废水普遍带阴电荷。
3)用于以江河水作水源的自来水的处理絮凝剂,用量少,效果好,成本低,特别是和无机絮凝剂复合使用效果更好,它将成为治长江、黄河及其它流域的自来水厂的高效絮凝剂。
4)造纸用增强剂及其它助剂。提高填料、颜料等存留率、纸张的强度。
5)用于油田经学助剂,如粘土防膨剂,油田酸化用稠化剂。
6)用于纺织上浆剂、浆液性能稳定、落浆少、织物断头率低、布面光洁。 又称合成沸石或分子筛,其化学组成通式为:
[M2(Ⅰ)M(Ⅱ)]O.Al2O3.nSiO2. mH2O
式中M2(Ⅰ)和M(Ⅱ)分别为为一价和二价金属离子,多半是钠和钙,n称为沸石的硅铝比,硅主要来自于硅酸钠和硅胶,铝则来自于铝酸钠和Al(HO)3等,它们与氢氧化钠水溶液反应制得的胶体物,经干燥后便成沸石,一般n=2~10,m=0~9。
沸石的特点是具有分子筛的作用,它有均匀的孔径,如3A0、4A0、5A0、10A0细孔。有4A0孔径的4A0沸石可吸附甲烷、乙烷,而不吸附三个碳以上的正烷烃。它已广泛用于气体吸附分离、气体和液体干燥以及正异烷烃的分离。 实际上也是一种活性炭,它与一般的碳质吸附剂不同之处,在于其微孔孔径均匀地分布在一狭窄的范围内,微孔孔径大小与被分离的气体分子直径相当,微孔的比表面积一般占碳分子筛所有表面积的90%以上。碳分子筛的孔结构主要分布形式为:大孔直径与碳粒的外表面相通,过渡孔从大孔分支出来,微孔又从过渡孔分支出来。在分离过程中,大孔主要起运输通道作用,微孔则起分子筛的作用。
以煤为原料制取碳分子筛的方法有碳化法、气体活化法、碳沉积法和浸渍法。其中炭化法最为简单,但要制取高质量的碳分子筛必须综合使用这几种方法。
碳分子筛在空气分离制取氮气领域已获得了成功,在其它气体分离方面也有广阔的前景。 本产品具有比表面积大、吸附力强、耐磨强度高、使用安全、简便经济、过滤速度快等特性,是各种含油污水处理的理想材料。
【产品性能及特点】
⑴产品性能表 型号 NUSL-1 形态 颗粒状 外观 深褐色 粒度(cm) ≤1 密度(g/cm) 0.28~0.30 400℃烧失率(%) 70~80 含水量(%) ≤10 ⑵产品特点
1)除油效率高,吸附速率快;
2)对各种含油污水具有很强的适应性,耐冲击负荷能力强;
3)工艺简单,处理装置安装维护简便,材料更换简单易行;
4)与常规破乳气浮相比,无二次污染,投资和运行成本低;
5)吸附饱和后,材料后处理简便易行,可作为助燃剂或燃料使用。
【适用范围】
该产品可广泛应用于石油工业的采油、炼油、贮油运输产生的污水,另外油轮压舱水、洗舱水、机械工业的冷润滑液、轧钢水,电镀污水及粮油加工、皮革、造纸、纺织、食品加工等多行业污水均可应用。产品同时也可应用于膜法、树脂预处理除油、油田回注水除油和高温凝结水除油。
【工艺流程】
根据污水中含油量的高低采用多个吸附柱串联处理污水,在出水处监测油含量,若出水水质不达标则进入循环系统继续处理直至达标为止。产品使用工艺流程图如下图所示:若含油污水中COD、乳化物含量较高,在进入反应器前先进入COD去除装置和乳化物及溶解性物质去除装置等进行预处理。 该产品以植物为主要成分,通过一系列先进的工艺精制而成。该品能吸附多种重金属、适应浓度范围广泛。广泛适用于废水中Cr6+、Cu2+、Zn2+、Ni2+、Pb2+、Cd2+等重金属离子的去除,对重金属吸附容量大。同时,该系列产品对油也有很好的去除效果,吸附饱和后的材料易于燃烧,可采用热处理使其减容,并回收重金属,不会造成二次污染。
【产品性能及特点】
⑴产品性能表 型号 NUSL-2 形状 颗粒状 颜色 深褐色 粒度(cm) ≤1 堆密度(g/cm2) 0.98~1.02 400℃烧失率(%) 61.0~65.0 含水量(%) 13.4~15.0 ⑵产品特点
1)吸附重金属离子能力强;
2)投资运行成本低;
3)与常规的化学沉淀法和吸附法相比,无二次污染产生;
4)吸附饱和后的材料易于燃烧且可回收重金属。
【适用范围】
适用于处理各种含重金属废水,如采矿、冶炼、电镀、电解、医药、油漆、合金、纺织、印染、农药、造纸、烟草、陶瓷与无机颜料制造等行业。
【工艺流程】
采用多个“易更换抽屉式反应器”串联处理污水,在出水处监测,若出水不达标进入循环系统继续处理直至达标。若污水中含有有机污染物,进入反应器前可加入COD去除装置作为预处理。产品使用工艺流程图如下图所示:处理效果】 项目 Cr6+(mg/L) Cu2+(mg/L) Ni2+(mg/L) Zn2+(mg/L) Pb2+(mg/L) Cd2+(mg/L) 进水 20~120 20~80 20~100 50~90 20~100 20~80 出水 ≤0.2 ≤0.5 ≤0.5 ≤2.0 ≤0.5 ≤0.1 注:对于进水浓度超过上述范围的污水,可采取多级串联的方式进行处理。
新一代再生水处理材料UERW-1
在再生水处理研究领域,目前采用较多的工艺方法是“老三段”法,即二级出水经混凝沉淀+砂滤+消毒;近年来也出现了“生物+臭氧”工艺,但是这些工艺方法均存在工艺流程长、占地面积大、设备投资大、成本较高、产生生物或化学污泥量大、氮磷和有害病菌无法同步去除的问题,难以广泛应用。本产品以天然矿物为基体,经过一系列改性工艺制备而成,它具有同步去除氮磷、有机物和抗菌能力,且易于再生,城市污水厂二级出水经该产品“一步法”处理后出水即达到再生水水质指标。
【产品性能及特点】
⑴产品性能表 型号 UERW-1 形状 颗粒状 颜色 肉红色 密度 1.9g/cm3 含水量(%) <0.5 ⑵产品特点
1)同步去除二级出水中磷酸盐、氨氮和硝态氮以及有害病菌;
2)运行成本低,是“老三段”处理方法成本的1/2左右;
3)工艺简单,占地面积小,无化学和生物污泥产生;
4)产品易于再生,可重复利用。
【适用范围】
适用于处理城市污水厂二级出水作为再生水,如景观水、土地回灌、道路冲洗水;也可用于生活小区中水回用处理、工业污水的三级处理以及氮、磷超标水的处理。
【主要污染物处理效果】 项目 COD(mg/L) TP(mg/L) TN(mg/L) NH3-N(mg/L) N-NO3-(mg/L) 大肠菌群(个/L) 进水 60 1.5 20 8 10 104 出水 ≤15 ≤0.2 ≤1.5 ≤1.0 ≤0.5 ≤3 注:上述效果为城市污水厂二级出水处理后主要水质指标 吸附剂的良好吸附性能是由于它具有密集的细孔构造。与吸附剂细孔有关的物理性能有:
a.孔容(VP):吸附剂中微孔的容积称为孔容,通常以单位重量吸附剂中吸附剂微孔的容积来表示(cm3/g).孔容是吸附剂的有效体积,它是用饱和吸附量推算出来的值,也就是吸附剂能容纳吸附质的体积,所以孔容以大为好。吸附剂的孔体积(Vk)不一定等于孔容(VP),吸附剂中的微孔才有吸附作用,所以VP中不包括粗孔。而Vk中包括了所有孔的体积,一般要比VP大。
b.比表面积:即单位重量吸附剂所具有的表面积,常用单位是m2/g。吸附剂表面积每克有数百至千余平方米。吸附剂的表面积主要是微孔孔壁的表面,吸附剂外表面是很小的。
c.孔径与孔径分布:在吸附剂内,孔的形状极不规则,孔隙大小也各不相同。直径在数埃(A0)至数十埃的孔称为细孔,直径在数百埃以上的孔称为粗孔。细孔愈多,则孔容愈大,比表面也大,有利于吸附质的吸附。粗孔的作用是提供吸附质分子进入吸附剂的通路。粗孔和细孔的关系就象大街和小巷一样,外来分子通过粗孔才能迅速到达吸附剂的深处。所以粗孔也应占有适当的比例。活性炭和硅胶之类的吸附剂中粗孔和细孔是在制造过程中形成的。沸石分子筛在合成时形成直径为数微米的晶体,其中只有均匀的细孔,成型时才形成晶体与晶体之间的粗孔。
孔径分布是表示孔径大小与之对应的孔体积的关系。由此来表征吸附剂的孔特性。
d.表观重度(dl):又称视重度。
吸附剂颗粒的体积(Vl)由两部分组成:固体骨架的体积(Vg)和孔体积(Vk),即:
Vl= Vg+ Vk
表观重度就是吸附颗粒的本身重量(D)与其所占有的体积(Vl)之比。
吸附剂的孔体积(Vk)不一定等于孔容(VP),吸附剂中的微孔才有作用,所以VP中不包括粗孔。而Vk中包括了所有孔的体积,一般要比VP大。
e.真实重度(dg):又称真重度或吸附剂固体的重度,即吸附剂颗粒的重量(D)与固体骨架的体积Vg之比。
假设吸附颗粒重量以一克为基准,根据表观重度和真实重度的定义则:
dl==l/Vl ; dg=l/Vg
于是吸附剂的孔体积为:
Vk=l/dl – l/dg
f.堆积重度(db):又称填充重度,即单位体积内所填充的吸附剂重量。此体积中还包括有吸附颗粒之间的空隙,堆积重度是计算吸附床容积的重要参数。
以上的重度单位常用g/cm3、kg/l、kg/m3表示。
g.孔隙率(εk):即吸附颗粒内的孔体积与颗粒体积之比。
εk=Vk/(Vg+Vk)=(dg-dl)/ dg=1-dl/dg
h.空隙率(ε):即吸附颗粒之间的空隙与整个吸附剂堆积体积之比。
ε=(Vb-Vl)/Vb=(dl-db)/dl=1-db/dl

E. 活性氧化铝球的产品用途

石油化工、化肥工业中,广泛用作催化剂、催化剂载体。现代净水活性氧化铝又具有吸附特性,因而用作气体和液体的干燥剂、气体净化的吸附剂、饮水除氟剂、工业污水的颜色和气味消除剂等。
可与家用除氟缸配套使用,是家庭中理想的饮水除氟装置。本除氟滤料也可与自来水厂除氟装置或工业用除氟装置配套使用。家用除氟装置除氟滤料的活化:配置硫酸铝溶液(3升水、0.3kg固体硫酸铝),将氧化铝(AL2P3)除氟滤料放入上述溶液中,浸泡5-10小时弃去浸液(浸泡时要适当搅拌),而后再用清水洗涤3-5次,每次用水2升左右,或者用调PH法再生,PH值控制在7.5。活性氧化铝除氟滤料可连续使用6-8年,当表面出现黄褐色时候,除氟效果明显降低,此系水中杂质污染所致,因此最好每半年用3%稀盐酸处理一次,其操作方法与再生方法相同。

F. 在食用油行业活性白土与活性炭哪种吸附性效果好

在一个密封的容器里,把活性白土和油搅拌,然后把容器里的空气抽干,形成压力,把油和活性白土分离(脱色的过程)。
活性白土的使用范围:

动植物油精炼,用于脱色净化,脱去油中的有害色素、磷脂、皂素、棉酸等,使之成为高档次的食用油。
在石油工业中用于石油、油脂石蜡、蜡油、煤油等矿物的精炼脱色和净化以及石油裂化。
在食品工业上,用作葡萄酒和糖果汁的澄清剂,啤酒的稳定化处理,糖化处理,糖汁净化等。
在化工上,用作催化剂、填充剂、干燥剂、吸附剂、废水处理絮凝剂。
国防、医学卫生上,可制成防化吸毒剂、解毒剂,随着社会及科学的发展,活性白土的应用越来越广泛。

G. 石油的概念及化学组成

(一)石油的概念

石油是存在于地下岩石孔隙中的以液态烃为主体的可燃有机矿产。地下油气藏中的石油是气态、液态及固态烃类及其衍生物的混合物,在成分上以烃类为主,含有数量不等的非烃化合物及多种微量元素。在相态上以液态为主,溶有大量烃气及少量非烃气,以及数量不等的固态烃类及非烃类物质。油气藏中组成石油的各种成分和相态的比例因地而异,因此,石油没有确定的化学成分和物理常数。

(二)石油的元素组成

石油没有确定的化学成分,因而也就没有确定的元素组成。但组成石油的化学元素主要是碳(C)和氢(H),其次是硫(S)、氮(N)、氧(O)。不同产地的石油元素组成含量存在差异(表1-1)。

石油中碳含量一般为80%~88%,氢含量为10%~14%,两种元素占绝对优势,一般含量在95%~99%之间。硫、氮、氧总量在0.3%~7%之间变化,一般含量低于2%~3%,个别石油含硫量可高达10%。

由于硫具有腐蚀性,因此含硫量的高低关系到石油的品质。原油中含硫量变化很大,从万分之几(克拉玛依,0.05%)到百分之几(委内瑞拉,5.48%)。根据含硫量可把原油分为高硫原油(含硫量大于1%)和低硫原油(含硫量小于1%)。原油中的硫主要来自有机物的蛋白质和围岩的含硫酸盐矿物如石膏等,故产于海相环境的石油较形成于陆相环境的石油含硫量高。

原油的含氮量在0.1%~1.7%之间,平均值0.094%。90%以上的原油含氮量小于0.2%。原油的含氧量在0.1%~4.5%之间,主要与其氧化变质程度有关。

表 1 -1 石油的元素组成 ( 质量分数/%)

( 据石毓程,1980,有改动)

除上述 5 种主要元素之外,还从原油灰分 ( 石油燃烧后的残渣) 中发现有铁 ( Fe) 、钙 ( Ca) 、镁 ( Mg) 、硅 ( Si) 、铝 ( Al) 、钒 ( V) 、镍 ( Ni) 、铜 ( Cu) 、锑 ( Sb) 、锰( Mn) 、锶 ( Sr) 、钡 ( Ba) 、硼 ( B) 、钴 ( Co) 、锌 ( Zn) 、钼 ( Mo) 、铅 ( Pb) 、锡( Sn) 、钠 ( Na) 、钾 ( K) 、磷 ( P) 、锂 ( Li) 、氯 ( Cl) 、铋 ( Bi) 、铍 ( Be) 、锗( Ge) 、银 ( Ag) 、砷 ( As) 、镓 ( Ga) 、金 ( Au) 、钛 ( Ti) 、铬 ( Cr) 、镉 ( Cd) 等 30多种元素。这些元素虽然种类繁多,但总量仅占石油质量的万分之几,在石油中属微量元素,或称之为灰分元素。

在石油微量元素中,以钒 ( V) 、镍 ( Ni) 两种元素含量高,分布普遍,且鉴于其与石油成因有关,最为石油地质学家所重视。V/Ni 比值可作为区分是来自海相环境还是陆相环境沉积物的标志之一。一般 V/Ni > 1 被认为是海相环境,V/Ni < 1 为陆相环境。

( 三) 石油的化合物组成

组成石油的主要元素是碳 ( C) 、氢 ( H) 、硫 ( S) 、氮 ( N) 、氧 ( O) ,但由这 5 种元素构成的化合物却是庞大的。笼统地说,组成石油的化合物多是有机化合物; 作为杂质混入的无机化合物不多,含量甚微,可以忽略不计。石油的化合物组成,归纳起来可以分为烃和非烃两大类,其中烃类是主要的,这与元素组成以碳 ( C) 、氢 ( H) 占绝对优势相一致。

现今从全世界经过分析的不同原油中分离出来的有机化合物有近 500 种,还不包括有机金属化合物。其中约 200 种为非烃,其余为烃类。原油的大半是由 150 种烃类组成的。

1. 烃类化合物

在化学上,烃类可以分为两大类: 饱和烃———烷烃、环烷烃,不饱和烃———烯烃、芳香烃和环烷-芳香烃。

(1)饱和烃

在石油中饱和烃在数量上占大多数,一般占石油所有组分的50%~60%。可细分为烷烃和环烷烃。

在常温常压下,烷烃C1—C4为气态,C5—C15为液态,C16以上为固态(天然石蜡)。

图1-1 异戊二烯型烷烃同系物立体化学结构图

石油中带支链(侧链)的异构烷烃以≤C10为主,常见于C6—C8中;C11—C25较少,且以异戊二烯型烷烃最重要。石油中的异戊二烯型烷烃(图1-1),一般被认为是由叶绿素的侧链———植醇演化而来的,因而是石油为生物成因的标志化合物。现已从石油中分离出多种异戊二烯型化合物,其总量达石油的0.5%。其中研究和应用较多的是2,6,10,14-四甲基十五烷(姥鲛烷)和2,6,10,14-四甲基十六烷(植烷)。研究表明,同一来源的石油,各种异戊二烯型化合物极为相似。因而常用作油源对比的标志。

环烷烃在石油中所占的比例为20%~40%,平均30%左右。低分子量(<C10)的环烷烃,尤以环戊烷(C5—五员环)和环己烷(C6—六员环)及其衍生物为石油的重要组成部分,且一般环己烷多于环戊烷。中等到高分子量(C10—35)的环烷烃可以是单环到六环。石油中环烷烃以单环和双环为主,占石油中环烷烃的50%~55%,三环约占20%,四环以上占25%左右。在石油中多环环烷烃的含量随成熟度增加而减少,故高成熟原油中1-2环的环烷烃显着增多。

在常温常压下,环丙烷(C3H6)和甲基环丙烷(C4H8)为气态;除此之外,所有其他单环环烷烃均为液态,两环以上(>C11)的环烷烃为固态。

(2)不饱和烃

石油中的不饱和烃主要是芳香烃和环烷-芳香烃,平均占原油质量的20%~45%。此外原油中偶见有直链烯烃。烯烃及不饱和环烃,因其极不稳定,故很少见。

石油中已鉴定出的芳香烃,根据其结构不同可以分为单环、多环和稠环三类,而每个类型的主要分子常常不是母体,而是烷基衍生物。

单环芳烃包括苯、甲苯、二甲苯等;多环芳烃有联苯、三苯甲烷等;稠环芳烃包括萘(二环稠合)、蒽和菲(三环稠合),以及苯并蒽和崫(四环稠合)。

芳香烃在石油中以苯、萘、菲三种化合物含量最多,其主要分子也常常是以烷基的衍生物出现。如前者通常出现的主要是甲苯,而不是苯。

环烷-芳香烃包含一个或几个缩合芳环,并与饱和环及链烷基稠合在一起。石油中最丰富的环烷-芳香烃是两环(一个芳环和一个饱和环)构成的茚满和萘满以及它们的甲基衍生物。而最重要的是四环和五环的环烷-芳香烃,其含量和分布特征常用于石油的成因研究和油源对比。因为它们大多与甾族和萜族化合物有关(芳构化),而甾族和萜族化合物是典型的生物成因标志化合物。

2.非烃化合物

石油中的非烃化合物是指除碳、氢两种主要元素外,还含有硫或氮或氧,抑或金属原子(主要是钒和镍)的一大类化合物。石油中这些元素含量不多,但含这些元素的化合物却不少,有时可达石油质量的30%。其中又主要是含硫、氮、氧的化合物。

(1)含硫化合物

硫是石油中碳和氢之后的第三个重要元素,含硫的化合物也最为多见。目前石油中已鉴定出的含硫化合物将近100种,多呈硫醇、硫醚、硫化物(H2S)和噻吩(以含硫的杂环化合物的形式存在,在重质石油中含量较为丰富)。

(2)含氮化合物

石油中含氮化合物较为少见,平均含量小于0.1%。目前从石油中分离出来的含氮化合物有30多种,主要是以含氮杂环化合物的形式存在。可将其分为两组,一组为碱性化合物,有吡啶、喹啉、异喹啉、吖啶及卟啉、吲哚、咔唑及其同系物。其中以含钒和镍的金属卟啉化合物最为重要。

原油中的卟啉化合物首先是由特雷勃斯发现的(C.Treibs,1934)。包括初卟啉和脱氧玫红初卟啉,并提出石油中的卟啉是由植物叶绿素和动物氯化血红素转化来的。这个发现为石油有机成因说提供了有力的证据,引起了广泛的注意和重视。目前对卟啉的研究已逐步深入并发现了多种类型。卟啉是以4个吡咯核为基本结构,由甲川桥联结的含氮化合物。在石油中卟啉常与钒、镍等金属元素形成络合物,因而又称为有机金属化(络)合物,其基本结构与叶绿素结构极为相似(图1-2)。

图1-2 叶绿素(A)与原油中的卟啉(B)、植烷(Ph)、姥鲛烷(Pr)结构比较图(据G.D.Hobsohetal.,1981)

但是,并不是所有原油中都含有卟啉,有相当一部分原油中不含或仅含痕量。一般中、新生代地层中形成的原油含卟啉较多,而古生代地层中的原油中的卟啉含量甚低或不含。这可能与卟啉的稳定性差有关。在高温(>250℃)或氧化条件下,卟啉将发生开环裂解而破坏。

此外,原油中的卟啉类型还与沉积环境有密切关系,海相石油富含钒卟啉,而陆相石油富含镍卟啉。

(3)含氧化合物

石油中含氧化合物已鉴定出50多种。包括有机酸、酚和酮类化合物。其中主要是与酸官能团-COOH有关的有机酸,有C1—24的脂肪酸,C5—10的环烷酸,C10—15的类异戊二烯酸。石油中的有机酸和酚(酸性)统称为石油酸,其中以环烷酸最多,占石油酸的95%,主要是五员酸和六员酸。几乎所有石油中都含有环烷酸,但含量变化较大,在0.03%~1.9%之间。环烷酸易与碱金属化合作用生成环烷酸盐,环烷酸盐又特别易溶于水。因此,地下水中环烷酸盐的存在是找油的标志之一。

(四)石油的馏分组成

石油是数以百计的若干种烃类和非烃有机化合物的混合物,每种化合物都有自己的沸点和凝点。石油的馏分就是利用组成石油的化合物各自具有不同沸点的特性,通过对原油加热蒸馏,将石油分馏成不同沸点范围的若干部分,每一部分就是一个馏分。分馏所用的温度区间(馏程)不同,馏出物(馏分)有所差异(表1-2)。

表1-2 石油产品的大致馏程范围

通常石油的炼制过程可以看做是对石油的分馏,馏程的控制是根据原油的品质及对油品质量的具体要求来确定的。现代炼油工业为了提高石油中轻馏分的产量和提高产品质量,除了采用直馏法外,还采用催化热裂化、加氢裂化、热裂解、石油的铂重整等一系列技术措施。例如在常压下分馏出的汽油只占原油的15%~20%,在采用催化热裂化后,可使汽油的产量提高到50%~80%,以满足各方面以汽油作能源燃料的需求。

(五)石油的组分分析

石油的组分分析是利用有机溶剂和吸附剂对组成石油的化合物具有选择性溶解和吸附的性能,选用不同有机溶剂和吸附剂,将原油分成若干部分,每一部分就是一个组分。

一般在做组分分析之前,先对原油进行分馏,去掉低于210℃的轻馏分,切取>210℃的馏分进行组分分析。凡能溶于氯仿和四氯化碳的组分称为油质,它们是石油中极性最弱的部分,其成分主要是饱和烃和一部分低分子芳烃。溶于苯的组分称为苯胶质,其成分主要是芳烃和一些具有芳环结构的含杂元素的化合物(主要为含硫、氮、氧的多环芳烃)。用酒精和苯的混合液(或其他极性更强的如甲醇、丙酮等)作溶剂,可以得到酒精-苯胶质(或其他相应组分),此类胶质的成分主要是含杂元素的非烃化合物。用石油醚分离,溶于石油醚的部分是油质和胶质。其中能被硅胶吸附的部分是胶质,不被硅胶吸附的部分是油质,剩下不溶于石油醚的组分(但可溶于苯、二硫化碳和三氯甲烷等中性有机溶剂,呈胶体溶液,可被硅胶吸附)为沥青质。后者是渣油的主要组分,其主要成分是结构复杂的大分子非烃化合物。

H. 氧化铝球哪里会用到

对于石油的催化:活性氧化铝球可以被使用在石油的炼制使用,在石油化工中,活性氧化铝球经常是被作为一种常用的吸附剂,催化剂以及催化剂的载体。另外,活性氧化铝球还是一种工业上的变压器油,以及脱酸剤,用于对色层进行分析使用。

对自来水工程之中:对饮水中的物质进行除污。这种活性氧化铝球还可以作为吸附剂以及干燥剂来使用,对于水净化工程,双氧水厂工程,制氧厂工程以及石油化工工程等等,都会具有非常广泛的作用。

活性氧化铝球的使用范围还是比较广泛的,在工业运用中比较多,活性氧化铝球也是制造金属铝的重要原料,还可以用来制作耐火砖,耐火锅等容器,可以制造高温一起,作为研磨器,助燃剂,以及填充物料等。

I. 石油的化学组成

石油的化学组成可以从组成石油的元素、化合物、馏分和组分加以认识,必须明确这是从不同侧面去认识同一问题。

(一)石油的元素组成

由于石油没有确定的化学成分,因而也就没有确定的元素组成。但其元素组成还是有一定的变化范围。

石油的元素组成主要是碳(C)和氢(H),其次是硫(S)、氮(N)、氧(O)。世界上大多数石油的元素组成一般为:碳含量介于80%~88%之间,氢含量占10%~14%,硫、氮、氧总量在0.3%~7%之间变化,一般低于2%~3%,个别石油含硫量可高达10%。世界各地原油的元素组成尽管千差万别,但均以碳、氢两种元素占绝对优势,一般在95%~99%之间。碳、氢元素重量比介于5.7~7.7之间,平均值约为6.5。原子比的平均值约为0.57(或1∶1.8)。

石油中硫含量,据蒂索(B.P.Tissot,1978)等对9347个样品的统计,平均为0.65%(重量),其频率分布具双峰型(图2-2),多数样品(约7500个)的含硫量小于1%,少数样品(1800个)的含硫量大于1%,1%处为两峰的交叉点。根据含硫量可把原油概略地分为高硫原油(含硫量大于1%)和低硫原油(含硫量小于1%)。原油中的硫主要来自有机物的蛋白质和围岩的含硫酸盐矿物如石膏等,故产于海相环境的石油较形成于陆相环境的石油含硫量高。由于硫具有腐蚀性,因此含硫量的高低关系到石油的品质。含硫量变化范围很大,从万分之几到百分之几。

图2-2 不同时代和成因的9347个石油样品中含硫分布(据Tissot&Welte,1978)

石油中含氮量在0.1%~1.7%之间,平均值0.094%。90%以上的原油含氮量小于0.2%,最高可达1.7%(美国文图拉盆地的石油),通常以0.25%作为贫氮和富氮石油的界限。

石油的含氧量在0.1%~4.5%之间,主要与其氧化变质程度有关。

石油的元素组成,不同研究者的估算值不甚一致。通常碳、氢两元素主要赋存在烃类化合物中,是石油的主体,而硫、氮、氧元素组成的化合物大多富集在渣油或胶质和沥青质中。

除上述5种主要元素之外,还从原油灰分(石油燃烧后的残渣)中发现有50多种元素。这些元素虽然种类繁多,但总量仅占石油重量的十万分之几到万分之几,在石油中属微量元素。石油中的微量元素,以钒、镍两种元素含量高、分布普遍,且由于其与石油成因有关联,故最为石油地质学家重视。V/Ni比值可作为区分是来自海相环境还是陆相环境沉积物的标志之一。一般认为V/Ni>1是来自海相环境,V/Ni<1是来自陆相环境。

(二)石油的化合物组成

概要地说,组成石油的化合物多是有机化合物,作为杂质混入的无机化合物不多,含量甚微,可以忽略不计。组成石油的5种主要元素构成的化合物是一个庞大的家族———有机化合物。现今从全世界经过分析的不同原油中分离出来的有机化合物有近500种,还不包括有机金属化合物。其中约200种为非烃,其余为烃类。原油的大半部分是由150种烃类组成。石油的化合物组成,归纳起来可以分为烃类和非烃类化合物两大类,其中烃类化合物是主要的,这与元素组成以C、H占绝对优势相一致。

1.烃类化合物

在化学上,烃类可以分为两大类:饱和烃和不饱和烃。

(1)饱和烃

在石油中饱和烃在数量上占大多数,一般占石油所有组分的50%~60%。可细分为正构烷烃、异构烷烃和环烷烃。

正构烷烃平均占石油体积的15%~20%,轻质原油可达30%以上,而重质原油可小于15%。石油中已鉴定出的正烷烃为C1—C45,个别报道曾提及见有C60的正烷烃,但石油大部分正烷烃碳数≤C35。在常温常压下,正烷烃C1—C4为气态,C5—C15为液态,C16以上为固态(天然石蜡)。

不同类型原油的正构烷烃分布情况如图2-3所示。由图可见,尽管正构烷烃的分布曲线形态各异,但均呈一条连续的曲线,且奇碳数与偶碳数烃的含量总数近于相等。根据主峰碳数的位置和形态,可将正烷烃分布曲线分为三种基本类型:①主峰碳小于C15,且主峰区较窄;②主峰碳大于C25,主峰区较宽;③主峰区在C15—C25之间,主峰区宽。上述正烷烃的分布特点与成油原始有机质、成油环境和成熟度有密切关系,因而常用于石油的成因研究和油源对比。

石油中带支链(侧链)的异构烷烃以≤C10为主,常见于C6—C8中;C11—C25较少,且以异戊间二烯型烷烃最重要。石油中的异戊间二烯型烷烃(图2-4),一般被认为是从叶绿素的侧链———植醇演化而来,因而它是石油为生物成因的标志化合物。这种异构烷烃的特点是每四个碳原子带有一个甲基支链。现已从石油中分离出多种异戊间二烯型烷烃化合物,其总量达石油的0.5%。其中研究和应用较多的是2,6,10,14-四甲基十五烷(姥鲛烷)和2,6,10,14-四甲基十六烷(植烷)。研究表明,同一来源的石油,各种异戊二烯型化合物极为相似,因而常用之作为油源对比的标志。

图2-3 不同类型石油的正构烷烃分布曲线图(据Martin,1963)

图2-4 类异戊间二烯型烷烃同系物立体化学结构图

环烷烃在石油中所占的比例为20%~40%,平均30%左右。低分子量(≤C10)的环烷烃,尤以环戊烷(C5-五员环)和环己烷(C6-六员环)及其衍生物是石油的重要组成部分,且一般环己烷多于环戊烷。中等到大分子量(C10—C35)的环烷烃可以是单环到六环。石油中环烷烃以单环和双环为主,占石油中环烷烃的50%~55%,三环约占20%,四环以上占25%左右。在石油中多环环烷烃的含量随成熟度增加而减少,故高成熟原油中1~2环的环烷烃显着增多。

在常温常压下,环丙烷(C3H6)和甲基环丙烷(C4H8)为气态,除此之外所有其他单环环烷烃均为液态,两环以上(>C11)的环烷烃为固态。

(2)不饱和烃

石油中的不饱和烃主要是芳香烃和环烷芳香烃,平均占原油重量的20%~45%。此外原油中偶可见有直链烯烃。烯烃及不饱和环烃,因其极不稳定,故很少见。

石油中已鉴定出的芳香烃,根据其结构不同可以分为单环、多环和稠环三类,而每个类型的主要分子常常不是母体,而是烷基衍生物。

单环芳烃包括苯、甲苯、二甲苯等。

多环芳烃有联苯、三苯甲烷等。

稠环芳烃包括萘(二环稠合),蒽和菲(三环稠合)以及苯并蒽和屈(四环稠合)。

芳香烃在石油中以苯、萘、菲三种化合物含量最多,其主要分子也常常以烷基的衍生物出现。如前者通常出现的主要是甲苯,而不是苯。

环烷芳香烃包含一个或几个缩合芳环,并与饱和环及链烷基稠合在一起。石油中最丰富的环烷芳香烃是两环(一个芳环和一个饱和环)构成的茚满和萘满以及它们的甲基衍生物。而最重要的是四环和五环的环烷芳烃,其含量及分布特征常用于石油的成因研究和油源对比。因为它们大多与甾族和萜族化合物有关(芳构化),而甾族和萜族化合物是典型的生物成因标志化合物。

2.非烃化合物

石油中的非烃化合物是指除C、H两种主要元素外,还含有硫或氮或氧,抑或金属原子(主要是钒和镍)的一大类化合物。石油中这些元素的含量不多,但含这些元素的化合物却不少,有时可达石油重量的30%。其中又主要是含硫、氮、氧的化合物。

(1)含硫化合物

硫是碳和氢之后的第三个重要元素,含硫的化合物也最为多见。目前石油中已鉴定出的含硫化合物将近100种,多呈硫醇、硫醚、硫化物和噻吩(以含硫的杂环化合物形式存在),在重质石油中含量较为丰富。

石油中所含的硫是一种有害的杂质,因为它容易产生硫化氢(H2S)、硫化铁(FeS)、亚硫酸(H2SO3)或硫酸(H2SO4)等化合物,对机器、管道、油罐、炼塔等金属设备造成严重腐蚀,所以含硫量常作为评价石油质量的一项重要指标。

通常将含硫量大于2%的石油称为高硫石油;低于0.5%的称为低硫石油;介于0.5%~2%之间的称为含硫石油。一般含硫量较高的石油多产自碳酸盐岩系和膏盐岩系含油层,而产自砂岩的石油则含硫较少。我国原油多属低硫石油(如大庆、任丘、大港、克拉玛依油田)和含硫石油(如胜利油田)。原苏联伊申巴石油含硫量高达2.25%~7%,其他如墨西哥、委内瑞拉和中东的石油含硫量也较高。

(2)含氮化合物

石油中含氮化合物较为少见,平均含量小于0.1%。目前从石油中分离出来的含氮化合物有30多种,主要是以含氮杂环化合物形式存在。可将其分为两组,一组为碱性化合物,有吡啶、喹啉、异喹啉、吖啶及其同系物;另一组为非碱性化合物,有卟啉、吲哚、咔唑及其同系物,其中以含钒和镍的金属卟啉化合物最为重要。

原油中的卟啉化合物首先是由特雷勃斯(C.Treibs,1934)发现的。包括初卟啉和脱氧玫红初卟啉,并提出石油中的卟啉是由植物的叶绿素和动物的氯化血红素转化而来。这个发现为石油有机成因说提供了有力的证据,引起了广泛的注意和重视。目前对卟啉的研究已逐步深入并发现了多种类型。卟啉是以四个吡咯核为基本结构,由4个次甲基(—CH)桥键联结的含氮化合物,又称族化合物。在石油中卟啉常与钒、镍等金属元素形成络合物,因而又称为有机金属化(络)合物,其基本结构与叶绿素结构极为相似(图2-5)。

图2-5 叶绿素(A)与原油中的卟啉(B)、植烷(Ph)、姥鲛烷(Pr)结构比较图(据G.D.Hobson等,1981)

但是,并不是所有原油中都含有卟啉,有相当一部分原油中不含或仅含痕量。一般中新生代地层中形成的原油含卟啉较多,而古生代地层中石油含卟啉甚低或不含。这可能与卟啉的稳定性差有关。在高温(>250℃)或氧化条件下,卟啉将发生开环裂解而遭破坏。

此外,原油中的卟啉类型还与沉积环境有密切关系,海相石油富含钒卟啉,而陆相石油富含镍卟啉。

(3)含氧化合物

石油中含氧化合物已鉴定出50多种,包括有机酸、酚和酮类化合物。其中主要是与酸官能团(—COOH)有关的有机酸,有C2~24的脂肪酸,C5~10的环烷酸,C10~15的类异戊二烯酸。石油中的有机酸和酚(酸性)统称石油酸,其中以环烷酸最多,占石油酸的95%,主要是五员酸和六员酸。几乎所有石油中都含有环烷酸,但含量变化较大,在0.03%~1.9%之间。环烷酸易与碱金属作用生成环烷酸盐,环烷酸盐又特别易溶于水。因此地下水中环烷酸盐的存在是找油的标志之一。

(三)石油的馏分组成

石油是若干种烃类和非烃有机化合物的混合物,每种化合物都有自己的沸点和凝点。石油的馏分就是利用组成石油的化合物各自具有不同沸点的特性,通过对原油加热蒸馏,将石油分割成不同沸点范围的若干部分,每一部分就是一个馏分。分割所用的温度区间(馏程)不同,馏分就有所差异(表2-1)。

表2-1 石油的馏分组成

据亨特对美国一种相对密度为35°API(0.85g/cm3)的环烷型原油所做的分析结果,以脱气后各馏分总和计算,各馏分的体积百分比为:汽油27%,煤油13%,柴油12%,重质瓦斯油10%,润滑油20%,渣油18%。其与化合物组成的关系如图2-6所示。

通常石油的炼制过程可以看作就是对石油的分馏,馏程的控制是根据原油的品质及对油品质量的具体要求来确定的。现代炼油工业为了提高石油中轻馏分的产量和提高产品质量,除了采用直馏法外,还采用催化热裂化、加氢裂化、热裂解、石油的铂重整等一系列技术措施。例如在常压下分馏出的汽油只占原油的15%~20%,在采用催化热裂化后,可使汽油的产量提高到50%~80%,以满足各方面以汽油作能源燃料的需求。

图2-6 相对密度为35°API的环烷型石油的馏分与化合物组成的关系图(据J.M.Hunt,1979)

(四)石油的组分组成

石油组分分析是过去在石油研究中曾广泛使用的一种方法。它是利用有机溶剂和吸附剂对组成石油的化合物具有选择性溶解和吸附的性能,选用不同有机溶剂和吸附剂,将原油分成若干部分,每一部分就是一个组分。

一般在作组分分析之前,先对原油进行分馏,去掉低于210℃的轻馏分,切取>210℃的馏分进行组分分析(图2-7)。凡能溶于氯仿和四氯化碳的组分称为油质,它们是石油中极性最弱的部分,其成分主要是饱和烃和一部分低分子芳烃。溶于苯的组分称为苯胶质,其成分主要是芳烃和一些具有芳环结构的含杂元素的化合物(主要为含S、N、O的多环芳烃)。用酒精和苯的混合液(或其他极性更强的如甲醇、丙酮等)作溶剂,可以得到酒精-苯胶质(或其他相应组分),此类胶质的成分主要是含杂元素的非烃化合物。用石油醚分离,溶于石油醚的部分是油质和胶质。其中能被硅胶吸附的部分是胶质;不被硅胶吸附的部分是油质;剩下不溶于石油醚的组分(但可溶于苯、二硫化碳和三氯甲烷等中性有机溶剂,呈胶体溶液,可被硅胶吸附)为沥青质;后者是渣油的主要组分,其主要成分是结构复杂的大分子非烃化合物。

显然,石油的组分组成是一个比较模糊的概念,特别是胶质和沥青质,在石油地质学中使用频率较高,使用上也不是很严谨。胶质和沥青质是一些分子量较大的复杂化合物的混合体。胶质的视分子量约在300~1200;沥青的视分子量多大于10000,可能达到甚至于超过50000,其直径平均为40~50nm。胶质和沥青质占原油的0~40%,平均为20%。胶质和沥青质可能主要是由多环芳核或环烷-芳核和杂原子链如含S、N、O等的化合物组成,其平均元素组成如表2-2所示,大量分布于未成熟以及经过生物降解和变质的原油中,尤其在天然沥青矿物或沥青砂岩中更为多见。

石油的组分在石油的成因演化研究和原油品质评价中经常涉及。

图2-7 原油组分分析流程图

表2-2 胶质和沥青质的平均元素组成

J. 吸附剂的选择原则

选择吸附剂时,应遵循的原则包括:

1、比表面积大,孔隙率高,吸附容量大;

2、吸附选择性强;

3、有足够的机械强度、热稳定性和化学稳定性;

4、易于再生和活化;

5、原料来源广泛,价廉易得。

(10)石油用什么吸附剂扩展阅读:

常用的吸附剂有以碳质为原料的各种活性炭吸附剂和金属、非金属氧化物类吸附剂(如硅胶、氧化铝、分子筛、天然黏土等)。最具代表性的吸附剂是活性炭,吸附性能相当好,但是成本比较高,曾应用在松花江事件中用来吸附水体中的甲苯。

其次还有分子筛、硅胶、活性铝、聚合物吸附剂和生物吸附剂等等。

吸附剂一般都是用在工业生产中,因此根据工业的常用性可以把吸附剂分为六大类。

1、硅胶,它主要用于干燥、气体混合物及石油组分的分离等;

2、氧化铝,它也是一种脱水的吸附剂;

3、活性炭,主要用于水处理、脱色和气体处理;

4、聚丙烯酰胺,主要用于生活污水和有机废水;

5、沸石分子筛,用于气体吸附分离、气体和液体干燥;

6、碳分子筛,主要起运输通道作用,微孔则起分子筛的作用。