輕烴組分和分布特征的研究

王芳

1 前言

輕烴指的是只有碳元素和氫元素組成的化合物,比如液化氣、天然氣和汽油等都屬于輕烴。對(duì)于輕烴的組分以及含量的分析通常會(huì)存在很大的差異性,這種差異主要是由于各種不同類(lèi)型的輕烴分析儀器之間的差異造成的。同一輕烴的同一組分在不同一起上保留時(shí)間存在差異,因此很難實(shí)現(xiàn)輕烴的組分測(cè)定。

輕烴包括了原油和液化氣等。原油主要是以液態(tài)形式存在的輕烴,大多數(shù)情況下指的是輕烴中較重的組分。天然氣則主要是輕烴中較輕的烴類(lèi)組分,主要是以氣態(tài)的形式存在。輕烴是在對(duì)原油或者天然氣進(jìn)行初加工之后形成的,是從上述兩者中分離出來(lái)的C7～C9的組分。我們把可不經(jīng)分離直接用作熱烈解制輕質(zhì)烯烴的原料稱(chēng)之為輕烴。輕烴在化工業(yè)中發(fā)揮著重要的作用,有著廣泛的用途,是乙烯、塑料等加工業(yè)不可缺少的原料。輕烴在物理形態(tài)上是一種無(wú)色透明的液體,組分較輕,易揮發(fā),可以產(chǎn)生令人窒息的氣體。

2 輕烴的組分和分布特征

沉積有機(jī)質(zhì)在低演化階段形成的低熟氣-生物氣是當(dāng)前油氣地學(xué)研究和勘探的熱點(diǎn)之一[1]。地球化學(xué)作為一門(mén)比較先進(jìn)的科學(xué),很多研究方面集中在低熟氣和生物氣的研究上。其中對(duì)于生物氣的研究主要包含了甲烷組分、乙烷組分以及碳?xì)涞耐凰氐确矫娴难芯?。但?應(yīng)該引起我們高度重視的是對(duì)于生物氣的輕烴分布特征以及成因的研究還處于空白階段。伴隨著先進(jìn)的一起不斷出現(xiàn)以及現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)分析水準(zhǔn)的不斷提高,對(duì)于生物氣和低熟氣中的輕烴化合物的組分分析已經(jīng)具有一定的可行性。我國(guó)的科學(xué)家已經(jīng)在柴達(dá)木盆地、云南保山盆地保山氣田和松遼盆地阿拉新氣田、葡淺氣藏和敖南氣藏等地區(qū)進(jìn)行了天然氣的采樣,并且對(duì)其中的組分進(jìn)行了一定精度的分析。碳元素、氫元素和輕烴的組分組成的研究已經(jīng)取得一定的成果。

另外,如何分析生物氣中輕烴的分布特征以及對(duì)于生物氣輕烴的成因等相關(guān)方面的研究也取得較大程度的進(jìn)展。這些研究和進(jìn)展對(duì)完善有機(jī)質(zhì)演化過(guò)程輕烴的生成演化序和低演化階段生物氣和低熟氣的成因鑒別具有重要的理論意義和應(yīng)用價(jià)值.不同有機(jī)質(zhì)在各個(gè)演化階段都有輕烴生成,但不同有機(jī)質(zhì)生成輕烴在數(shù)量及組成上存在差異[2]。

在天然氣方面,輕烴單體烴碳同位素的研究具有極其重要的意義,因?yàn)檫@是一種針對(duì)天然氣的成因分析的極為重要的過(guò)程。相關(guān)研究和學(xué)者已經(jīng)提出利用輕烴單體烴碳同位素值作為氣源對(duì)比指標(biāo)對(duì)天然氣的形成原因進(jìn)行判別。這些物質(zhì)主要包括苯、甲苯、甲基環(huán)己烷等。這一學(xué)說(shuō)和理論的提出是在對(duì)于天然氣和氣源巖中的輕烴單體穩(wěn)定碳同位素做出一定研究的?；A(chǔ)上進(jìn)行的,其中涉及到了輕烴單體烴同位素值得成熟作用和運(yùn)移作用等。長(zhǎng)期的研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn),天然氣和氣源巖中輕烴單體穩(wěn)定碳同位素值的變化隨著成熟作用和運(yùn)移作用等所發(fā)生的變化并不是特別明顯。

輕烴在形成原因和機(jī)理方面是很復(fù)雜的,通過(guò)目前的研究我們發(fā)現(xiàn)主要有酪根和原油熱裂解作用、有機(jī)質(zhì)催化作用以及微生物作用。生物氣當(dāng)中輕烴的含量與成分是比較低的。因此,如果有外源的輕烴混入便會(huì)對(duì)原有的輕烴面貌造成影響,即使所混入的外源輕烴很少也不會(huì)改變這種狀態(tài)?；谶@方面的考慮,我們?cè)趯?duì)生物氣的輕烴組成和分布進(jìn)行研究時(shí),便需要同時(shí)考慮輕烴與甲烷之間的同源性。輕烴形成的一個(gè)重要途徑是生物作用。我們已經(jīng)在現(xiàn)代沉積物中檢測(cè)到了C1～C8輕烴化合物。并且相關(guān)的研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn)C1～C8輕烴化合物在低于30℃的條件下所形成的細(xì)粒沉積物中所含的烴類(lèi)濃度變化與巖性之間存在密切關(guān)系。

相關(guān)的研究已經(jīng)證實(shí)輕烴是在微生物作用過(guò)程中原地生成的。Hunt等根據(jù)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)對(duì)天然萜類(lèi)進(jìn)行了細(xì)菌培養(yǎng)試驗(yàn),經(jīng)過(guò)試驗(yàn)和檢測(cè)發(fā)現(xiàn)微生物活動(dòng)可以產(chǎn)生C4～C7輕烴。因此,我們可以充分肯定,微生物作用可以生成輕烴。另外,催化作用也是輕烴形成的一個(gè)主要機(jī)理。在當(dāng)今的研究領(lǐng)域關(guān)于輕烴的催化成因主要有兩種,一種是Mango[3]認(rèn)為過(guò)渡金屬是輕烴生成的催化劑,石蠟和氫由干酪根分解而來(lái),在催化劑作用下C—C鍵斷裂和重組而形成輕烴。輕烴的另一種催化裂解成因是路易斯酸作催化劑,使得長(zhǎng)鏈烷烴裂解成大量的低分子異構(gòu)烷烴,Kissin[4]研究表明,黏土有機(jī)質(zhì)的復(fù)合物在緩慢加熱條件下會(huì)脫酸,形成烷烴、環(huán)烷烴和芳烴,一般認(rèn)為在中溫(<125℃)下以催化裂解為主,高溫下則以熱裂解(自由基斷裂)為主。

3 輕烴的應(yīng)用前景

目前,我國(guó)甚至世界范圍的很多國(guó)家還是主要以天然氣、液化石油氣等作為清潔能源。很多能量來(lái)源仍然以柴油為主。但是天然氣、液化石油氣作為極其寶貴的化工原料,深加工后的附加值很高。但是在缺乏很好的替代能源的情況下,將其作為普通燃料燒掉是唯一的選擇。當(dāng)今世界能源供應(yīng)日趨緊張已經(jīng)是一個(gè)不爭(zhēng)的事實(shí),在如此嚴(yán)峻的形勢(shì)下,將這些能源作為普通燃料燒掉是對(duì)有限資源的浪費(fèi)。因此,相關(guān)部門(mén)已經(jīng)提出“貫徹開(kāi)發(fā)與節(jié)約并重的方針,改善能源結(jié)構(gòu)與布局,依靠科學(xué)技術(shù)進(jìn)步,因地制宜地開(kāi)拓可替代氣源、以提高城市現(xiàn)代化,發(fā)展經(jīng)濟(jì)、減少環(huán)境污染、提高城市品位,這將是各級(jí)政府主管部門(mén)今后的首要任務(wù)。

我們應(yīng)該對(duì)輕烴的組分以及成因等各個(gè)相關(guān)方面進(jìn)行更加深入的研究與探索,C4～C10為主的混合輕烴成功應(yīng)用于燃?xì)忸I(lǐng)域。將其替代二次能源的柴油以及利用價(jià)值更高的天然氣和液化氣,可改變和優(yōu)化我國(guó)能源結(jié)構(gòu),不僅有很高的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益,且具有更深遠(yuǎn)的能源戰(zhàn)略意義。因此可以肯定的說(shuō),輕烴燃?xì)鈶?yīng)用在我國(guó)有著巨大的市場(chǎng)空間和良好的發(fā)展前景。

4 結(jié)語(yǔ)

對(duì)于輕烴組分和分布的研究可以使我們更好地利用輕烴服務(wù)于我們的生產(chǎn)和生活。

參考文獻(xiàn)

[1] 胡國(guó)藝,羅霞.生物氣中輕烴分布特征及其成因［J］.中國(guó)科學(xué):地球科學(xué),2010(4).

[2] 胡國(guó)藝,李謹(jǐn).煤成氣輕烴組分和碳同位素分布特征與天然氣勘探［J］.石油學(xué)報(bào),2010(1).

[3] Mango F D.Transition metal catalysis in the generation of petroleum and natural gas.Geochim Cosmochim Acta,1992,56:553～555.

[4] Kissin Y V.Catagenesis and composition of light cycloalkanes in petroleum.Org Geochem,1990,15:575～594.