轻烃组分和分布特征的研究

王芳

1 前言

轻烃指的是只有碳元素和氢元素组成的化合物,比如液化气、天然气和汽油等都属于轻烃。对于轻烃的组分以及含量的分析通常会存在很大的差异性,这种差异主要是由于各种不同类型的轻烃分析仪器之间的差异造成的。同一轻烃的同一组分在不同一起上保留时间存在差异,因此很难实现轻烃的组分测定。

轻烃包括了原油和液化气等。原油主要是以液态形式存在的轻烃,大多数情况下指的是轻烃中较重的组分。天然气则主要是轻烃中较轻的烃类组分,主要是以气态的形式存在。轻烃是在对原油或者天然气进行初加工之后形成的,是从上述两者中分离出来的C7～C9的组分。我们把可不经分离直接用作热烈解制轻质烯烃的原料称之为轻烃。轻烃在化工业中发挥着重要的作用,有着广泛的用途,是乙烯、塑料等加工业不可缺少的原料。轻烃在物理形态上是一种无色透明的液体,组分较轻,易挥发,可以产生令人窒息的气体。

2 轻烃的组分和分布特征

沉积有机质在低演化阶段形成的低熟气-生物气是当前油气地学研究和勘探的热点之一[1]。地球化学作为一门比较先进的科学,很多研究方面集中在低熟气和生物气的研究上。其中对于生物气的研究主要包含了甲烷组分、乙烷组分以及碳氢的同位素等方面的研究。但是,应该引起我们高度重视的是对于生物气的轻烃分布特征以及成因的研究还处于空白阶段。伴随着先进的一起不断出现以及现代实验分析水准的不断提高,对于生物气和低熟气中的轻烃化合物的组分分析已经具有一定的可行性。我国的科学家已经在柴达木盆地、云南保山盆地保山气田和松辽盆地阿拉新气田、葡浅气藏和敖南气藏等地区进行了天然气的采样,并且对其中的组分进行了一定精度的分析。碳元素、氢元素和轻烃的组分组成的研究已经取得一定的成果。

另外,如何分析生物气中轻烃的分布特征以及对于生物气轻烃的成因等相关方面的研究也取得较大程度的进展。这些研究和进展对完善有机质演化过程轻烃的生成演化序和低演化阶段生物气和低熟气的成因鉴别具有重要的理论意义和应用价值.不同有机质在各个演化阶段都有轻烃生成,但不同有机质生成轻烃在数量及组成上存在差异[2]。

在天然气方面,轻烃单体烃碳同位素的研究具有极其重要的意义,因为这是一种针对天然气的成因分析的极为重要的过程。相关研究和学者已经提出利用轻烃单体烃碳同位素值作为气源对比指标对天然气的形成原因进行判别。这些物质主要包括苯、甲苯、甲基环己烷等。这一学说和理论的提出是在对于天然气和气源岩中的轻烃单体稳定碳同位素做出一定研究的。基础上进行的,其中涉及到了轻烃单体烃同位素值得成熟作用和运移作用等。长期的研究已经发现,天然气和气源岩中轻烃单体稳定碳同位素值的变化随着成熟作用和运移作用等所发生的变化并不是特别明显。

轻烃在形成原因和机理方面是很复杂的,通过目前的研究我们发现主要有酪根和原油热裂解作用、有机质催化作用以及微生物作用。生物气当中轻烃的含量与成分是比较低的。因此,如果有外源的轻烃混入便会对原有的轻烃面貌造成影响,即使所混入的外源轻烃很少也不会改变这种状态。基于这方面的考虑,我们在对生物气的轻烃组成和分布进行研究时,便需要同时考虑轻烃与甲烷之间的同源性。轻烃形成的一个重要途径是生物作用。我们已经在现代沉积物中检测到了C1～C8轻烃化合物。并且相关的研究已经发现C1～C8轻烃化合物在低于30℃的条件下所形成的细粒沉积物中所含的烃类浓度变化与岩性之间存在密切关系。

相关的研究已经证实轻烃是在微生物作用过程中原地生成的。Hunt等根据实验室内对天然萜类进行了细菌培养试验,经过试验和检测发现微生物活动可以产生C4～C7轻烃。因此,我们可以充分肯定,微生物作用可以生成轻烃。另外,催化作用也是轻烃形成的一个主要机理。在当今的研究领域关于轻烃的催化成因主要有两种,一种是Mango[3]认为过渡金属是轻烃生成的催化剂,石蜡和氢由干酪根分解而来,在催化剂作用下C—C键断裂和重组而形成轻烃。轻烃的另一种催化裂解成因是路易斯酸作催化剂,使得长链烷烃裂解成大量的低分子异构烷烃,Kissin[4]研究表明,黏土有机质的复合物在缓慢加热条件下会脱酸,形成烷烃、环烷烃和芳烃,一般认为在中温(<125℃)下以催化裂解为主,高温下则以热裂解(自由基断裂)为主。

3 轻烃的应用前景

目前,我国甚至世界范围的很多国家还是主要以天然气、液化石油气等作为清洁能源。很多能量来源仍然以柴油为主。但是天然气、液化石油气作为极其宝贵的化工原料,深加工后的附加值很高。但是在缺乏很好的替代能源的情况下,将其作为普通燃料烧掉是唯一的选择。当今世界能源供应日趋紧张已经是一个不争的事实,在如此严峻的形势下,将这些能源作为普通燃料烧掉是对有限资源的浪费。因此,相关部门已经提出“贯彻开发与节约并重的方针,改善能源结构与布局,依靠科学技术进步,因地制宜地开拓可替代气源、以提高城市现代化,发展经济、减少环境污染、提高城市品位,这将是各级政府主管部门今后的首要任务。

我们应该对轻烃的组分以及成因等各个相关方面进行更加深入的研究與探索,C4～C10为主的混合轻烃成功应用于燃气领域。将其替代二次能源的柴油以及利用价值更高的天然气和液化气,可改变和优化我国能源结构,不仅有很高的经济效益和环保效益,且具有更深远的能源战略意义。因此可以肯定的说,轻烃燃气应用在我国有着巨大的市场空间和良好的发展前景。

4 结语

对于轻烃组分和分布的研究可以使我们更好地利用轻烃服务于我们的生产和生活。

参考文献

[1] 胡国艺,罗霞.生物气中轻烃分布特征及其成因［J］.中国科学:地球科学,2010(4).

[2] 胡国艺,李谨.煤成气轻烃组分和碳同位素分布特征与天然气勘探［J］.石油学报,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.