煤油

背景

煤油是一种通常用作燃料或溶剂的油馏分。它是一种稀薄的透明液体，由沸点在 302°F 至 527°F（150°C 至 275°C）之间的烃混合物组成。虽然煤油可以从煤、油页岩和木材中提取，但它主要来自精炼石油。在电灯普及之前，煤油广泛用于油灯，是最重要的炼油产品之一。今天，煤油主要用作取暖油、喷气发动机的燃料以及杀虫剂喷雾的溶剂。

历史

石油副产品自古以来就被用作粘合剂和防水剂。 2000 多年前，阿拉伯科学家探索了将石油提炼成可用于特殊用途的单个成分的方法。随着新用途的发现，对石油的需求增加。煤油是由亚伯拉罕·格斯纳 (Abraham Gesner) 于 1853 年发现的。英国医生格斯纳开发了一种从沥青（一种蜡质石油混合物）中提取易燃液体的方法。事实上，煤油一词源自希腊语中的蜡。有时拼写为 kerosine 或 kerosiene，由于其来源于沥青，也被称为煤油。

在电照明出现之前，煤油是一种重要的商品，它是第一种以化学方法进行大规模商业化提取的材料。煤油和其他石油产品的大规模精炼实际上始于 1859 年，当时美国发现了石油。整个行业发展到开发石油钻探和净化技术。煤油在 1890 年代末和 1900 年代初一直是最重要的炼油产品。随着内燃机的日益普及，它在 1920 年代被汽油超越。在油灯消亡后，煤油被发现还有其他用途，如今它主要用于住宅供暖和作为燃料添加剂。在 1990 年代后期，仅在美国，煤油的年产量就增加到大约 10 亿加仑（38 亿 1）。

原材料

煤油是从地球深处发现的石油化学品混合物中提取的。这种混合物由油、岩石、水和其他污染物组成，它们位于由砂岩和碳酸盐岩多孔层构成的地下储层中。石油本身来自腐烂的生物，这些生物与早期地质时代的沉积物一起被掩埋。数千万年来，这种有机残留物通过称为成岩作用和中转作用的一对复杂化学过程转化为石油。成岩作用发生在 122°F (50°C) 以下，涉及微生物活动和化学反应，如脱水、缩合、环化和聚合。催化作用发生在 122°F 和 392°F（50°C 和 200°C）之间，涉及热催化裂化、脱羧和氢歧化。这些复杂反应的组合产生称为石油的烃混合物。

制造
过程

原油回收

• 1 制造煤油的第一步是收集原油。大多数石油供应都深埋在地下，通过三种主要的钻井作业将其带到地表。一种方法，电缆工具钻井，涉及使用手提凿子凿子去除岩石和污垢，以创建隧道以到达位于地球表面下方的油藏。第二个过程，旋转钻井，用于到达地下更深的油藏。这个过程需要将带有旋转钢钻头的钻杆沉入地下。这种旋转钻头快速旋转以粉碎泥土和岩石。第三个钻井过程是离岸钻井，它使用大型海洋平台将竖井降低到海底。
• 2 当这些钻井过程中的任何一个进入地下储层时，当溶解的碳氢化合物气体将原油推到地表时，间歇泉就会喷发。这些气体会迫使大约 20% 的石油从井中流出。然后将水泵入井中以冲洗更多的油。这个冲洗过程将回收大约 50% 的埋藏油。通过向水中添加表面活性剂，甚至可以回收更多的油。然而，即使进行最严格的冲洗，仍然不可能 100% 地清除困在地下的油。回收的原油被泵入大型储罐并运往炼油厂。
• 3 收集油后，去除气体、水和污垢等粗大污染物。脱盐是一种可以在油田和炼油厂现场进行的清洁操作。油被洗涤后，水与油分离。评估原油的特性以确定最能从中提取哪些石油产品。感兴趣的关键特性包括密度、硫含量以及与其碳链分布相关的油的其他物理特性。由于原油是多种可相互混溶的不同碳氢化合物材料的组合，因此在将其转化为煤油之前必须将其分离成其组分。

分离

• 4 蒸馏是一种分离过程，涉及加热原油以分离其组分。在这个过程中，油流被泵入蒸馏塔的底部，在那里被加热。混合物中较轻的烃组分上升到塔顶，大部分高沸点馏分留在塔底。在塔顶，这些较轻的蒸气到达冷凝器，冷凝器将它们冷却并使其恢复为液态。用于分离较轻油的色谱柱按比例高而薄（高达 116 英尺 [35 m]），因为它们只需要大气压力。高蒸馏塔可以更有效地分离烃混合物，因为它们允许高沸点化合物在到达塔顶之前有更多时间冷凝。

  为了分离一些较重的油馏分，蒸馏塔必须在大约十分之一大气压 (75 毫米汞柱) 下运行。这些真空塔的结构非常宽和短，以帮助控制压力波动。它们的直径可以超过 40 英尺（12 m）。

• 5 冷凝的液体部分可以单独收集。在 302°F 和 482°F（150°C 和 250°C）之间收集的馏分是煤油。相比之下，汽油在 86°F 到 410°F（30°C 到 210°C）之间蒸馏。通过将蒸馏过的煤油再循环多次通过塔，其纯度可以提高。这种回收过程称为回流。

净化

• 6 一旦油被蒸馏成其馏分，就需要在一系列化学反应器中进一步加工以生产煤油。催化重整、烷基化、催化裂化和加氢处理是煤油转化中使用的四种主要加工技术。这些反应用于通过在烃主链上添加或去除碳原子来控制碳链分布。这些反应过程包括将原油馏分转移到一个单独的容器中，在那里它被化学转化为煤油。
• 7 一旦煤油发生反应，就需要进行额外的萃取，以去除可能影响油燃烧特性的二次污染物。苯等碳环结构的芳香族化合物是一类必须去除的污染物。大多数提取过程是在大型塔中进行的 煤油的蒸馏过程。最大限度地延长煤油和萃取溶剂之间的接触时间。基于杂质的溶解度选择溶剂。换句话说，化学杂质比煤油更易溶于溶剂。因此，当煤油流过塔时，杂质将趋于被吸入溶剂相中。一旦煤油中的污染物被去除，溶剂就会被去除，从而使煤油处于更纯净的状态。以下提取技术用于提纯煤油。

  Udex 提取工艺在 1970 年代在美国开始流行。它使用一类称为乙二醇的化学品作为溶剂。二甘醇和四甘醇都被使用，因为它们对芳香族化合物具有高亲和力。

  环丁砜工艺由壳牌公司于 1962 年创建，40 年后仍在许多提取装置中使用。该工艺中使用的溶剂称为环丁砜，它是一种强极性化合物，比 Udex 工艺中使用的乙二醇体系更有效。它具有更大的热容量和更大的化学稳定性。这个过程使用一种称为旋转盘承包商的设备来帮助净化煤油。

  Lurgi Arosolvan 工艺使用与水或乙二醇混合的 N-甲基-2-吡咯烷酮，这提高了溶剂对污染物的选择性。该过程涉及直径达 20 英尺 (6 m) 和高 116 英尺 (35 m) 的多级提取塔。

  二甲基亚砜工艺包括两个独立的萃取步骤，可提高溶剂对芳香族污染物的选择性。这允许在较低温度下提取这些污染物。此外，该过程中使用的化学品无毒且相对便宜。它使用称为 Kuhni 柱的专用柱，直径可达 10 ft (3 m)。

  联合碳化物工艺使用溶剂四乙二醇并增加了第二个萃取步骤。它比其他乙二醇工艺稍微麻烦一些。

  Formex 工艺使用 N-甲酰基吗啉和少量水作为溶剂，并且足够灵活，可以从各种碳氢化合物材料中提取芳烃。

  氧化还原工艺（Recycle Extract Dual Extraction）用于生产用于柴油燃料的煤油。它通过选择性去除芳烃污染物来提高燃料的辛烷值。这些工艺生产的低芳烃煤油对航空燃料和其他军事用途的需求量很大。

最终处理

• 8 提取完成后，精炼煤油储存在罐中以便运输。它由油罐车运送到用于商业用途的包装煤油的设施。工业煤油储存在大型金属罐中，但也可以小批量包装用于商业用途。可以使用金属容器，因为煤油不是气体并且不需要加压储存容器。然而，它的易燃性决定了它必须作为危险物质处理。

质量控制

蒸馏和提取过程并不完全有效，可能必须重复某些加工步骤才能最大限度地提高煤油产量。例如，一些未转化的烃可通过进一步蒸馏分离并再循环以再次进入转化器。通过多次反应序列回收石油废物，可以优化煤油生产的质量。

副产品/废物

一些不能转化为煤油的剩余石油馏分可用于其他应用，例如润滑油。此外，在净化过程中提取的一些污染物可以用于商业用途。这些包括某些芳香族化合物，例如石蜡。煤油和这些其他石油副产品的规格由美国材料试验协会 (ASTM) 和美国石油协会 (API) 制定。

未来

煤油的未来取决于新应用的发现以及新生产方法的开发。新用途包括对高等级煤油的军事需求不断增加，以用 JP-8 替代大部分柴油燃料，JP-8 是一种基于煤油的喷气燃料。柴油燃料行业也在探索一种新工艺，包括将煤油添加到低硫柴油燃料中，以防止其在寒冷天气下胶凝。商业航空可以通过创造一种新的低雾化煤油来降低喷气燃料爆炸的风险而受益。在住宅领域，可提供更好防火保护的新型和改进型煤油加热器预计将增加需求。

随着对煤油及其副产品需求的增加，精炼和提取煤油的新方法将变得更加重要。埃克森美孚开发的一种新方法是一种从煤油中提取高纯度正构烷烃的低成本方法。该过程使用氨气，可以非常有效地吸收污染物。该方法使用气相固定床吸附技术，可产生纯度超过 90% 的高浓度石蜡。

哪里可以了解更多

书籍

Kirk Othmer 化学技术百科全书。 卷。 18. 约翰威利父子公司，1996 年。

期刊

科夫斯基，艾伦。 “新煤油法开始坎坷。” 石油日报 48 (1998)。

“石蜡，正常。” 碳氢化合物加工 80 (2001):116。

兰迪 舒勒