目前，酸甜輕重委內(nèi)瑞拉已探明石油儲量 3000 億桶，石油約占全球已探明儲量的也分油 17%，居世界首位。委內(nèi)然而，瑞拉近期關(guān)于委內(nèi)瑞拉恢復出口的石的質(zhì)新聞中，常出現(xiàn)一句評價：“委內(nèi)瑞拉的量差石油質(zhì)量不好”。這質(zhì)量不好究竟指的酸甜輕重是什么？

　　很多人說石油質(zhì)量，其實常把幾個概念混在一起，石油石油是也分油個統(tǒng)稱概念，既可以指地下采出來的委內(nèi)液態(tài)烴資源(更嚴謹?shù)卣f是原油)，也可能泛指后續(xù)煉出來的瑞拉汽油、柴油、石的質(zhì)煤油、量差潤滑油、酸甜輕重瀝青等石油產(chǎn)品。

　　原油則更具體，它是從地下開采出來、尚未經(jīng)過煉化的原始油，是一種成分復雜的混合物。而我們?nèi)粘Ｓ玫娜剂虾突ぴ?，是原油進入煉廠后，通過蒸餾、裂化、加氫、脫硫等工藝加工分餾出來的。所以下面討論的“質(zhì)量”，主要說的是原油品質(zhì)，它決定了這桶油要經(jīng)過多少加工、花多少成本，才能變成合格的成品油。

　　原油是一個復雜混合物，它的密度有輕有重、含硫量有高有低，而這些決定了原油質(zhì)量的好壞，密度越大，硫含量越高，原油品質(zhì)就越差；密度越小，硫含量越低，原油品質(zhì)就越好。今天我們就從科學角度解析委內(nèi)瑞拉石油的特點，以及這些特點帶來的技術(shù)、經(jīng)濟和環(huán)境影響。

　　原油質(zhì)量指標——密度、硫和雜質(zhì)

　　原油通常用 API 度(API 度是美國石油學會(簡稱 API)，制訂的用以表示石油及石油產(chǎn)品密度的一種量度。國際上把 API 度作為決定原油價格的主要標準之一)表示密度。API 度越高意味著油越輕，含有的輕質(zhì)烴越多，經(jīng)過簡單蒸餾就能生產(chǎn)出汽柴油和航煤；API 度低的重質(zhì)油則包含更多大分子烴，需要更復雜昂貴的加工。

　　API 分為輕質(zhì)油(>30°)、中質(zhì)油(22.3–31.1°)、重質(zhì)油(<22.3°)，其中特重質(zhì)原油 API 度低于 10°，像瀝青一樣黏稠。

　　密度只是其中一個指標，硫含量也是評判石油的關(guān)鍵，天然硫含量高的油被稱為高硫油即“酸油”，而硫含量較低的油被稱為低硫油即“甜油”。高硫油需耗費大量氫氣和催化劑脫硫才能符合燃料標準。

　　重質(zhì)油不僅密度大，往往還含有大量瀝青質(zhì)、金屬釩、鎳等，還有氮化物。研究指出，重質(zhì)油粘度高，富含瀝青質(zhì)和重烴，這些雜質(zhì)在加工過程中容易毒化催化劑、造成結(jié)焦和腐蝕，因此要采取保護性催化劑或精制催化劑并配合深度轉(zhuǎn)換流程才能轉(zhuǎn)化成清潔燃料[4]。

　　委內(nèi)瑞拉出產(chǎn)的大多數(shù)原油屬于重質(zhì)油或特重質(zhì)原油。例如一份 2006 年的分析顯示，Merey16 原油 API 度為 16.0°，37.8°C 下粘度高達 461.8cSt，硫含量約 2.80%；另一種 BCF17 原油 API 度 16.9°、硫 2.53%；較輕的 Mesa 原油 API30.0°、硫 1.01%?？梢娢瘍?nèi)瑞拉原油普遍密度大、硫含量高，屬于重質(zhì)高硫類型。

　　剛才提到過 API 度越低，密度越高，油從易流動的液體逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)闉r青狀固體。以委內(nèi)瑞拉 TiaJuana 油田為例，一種重原油在 37.8°C 條件下的運動粘度約 88.6cSt，API 僅 12.3°；而同一地區(qū)的一種輕原油粘度僅 8.8cSt，API31.9°。這樣的差異使得重質(zhì)油在儲運、加工和價格上都與輕質(zhì)油截然不同。

　　此外，重質(zhì)油、硫含量高于 1% 的常常屬于高硫油。硫及其它氮、金屬雜質(zhì)決定了脫硫和加氫設(shè)備的規(guī)模，高硫油會形成腐蝕性硫化物并引發(fā)氫致開裂。因此，質(zhì)量不好并不只是黏度大，而是密度、硫和雜質(zhì)共同決定。

　　委內(nèi)瑞拉的油如此重的地質(zhì)成因

　　委內(nèi)瑞拉之所以擁有大量重質(zhì)油，與其獨特的地質(zhì)歷史有關(guān)。委內(nèi)瑞拉的大部分探明石油儲量都集中在奧里諾科重油帶，這是地球上最大的特重原油儲區(qū)之一。科研資料表明，這些重質(zhì)油是原先較輕的原油在地下長時間被微生物生物降解的結(jié)果，微生物會優(yōu)先消耗易揮發(fā)的輕烴，留下高碳含量的大分子，使原油 API 度下降、黏度升高、含硫量上升。

　　更重要的是，重質(zhì)油儲量集中在狹長的奧里諾科重油帶。美國地質(zhì)調(diào)查局在一份報告中指出，該區(qū)域約 50000 平方千米，地下蘊藏著超過 1 萬億桶的重質(zhì)油資源，其中大約 5130 億桶被認為技術(shù)上可采，是全球最大的可采重質(zhì)油聚集區(qū)之一。這一儲層中的原油普遍 API 低于 10°，呈超重油或特重質(zhì)原油性質(zhì)，密度接近甚至超過水，被稱為天然瀝青。

　　高瀝青質(zhì)和膠質(zhì)意味著石油分子結(jié)構(gòu)復雜，存在大量多環(huán)芳烴和非烴成分。這些分子不但增加黏度，還會在加工過程中導致催化劑中毒、結(jié)焦和沉積。因此，委內(nèi)瑞拉的重質(zhì)油資源寶庫實際上是一座需要大量技術(shù)和資金才能開發(fā)的黑金礦。

　　生產(chǎn)與運輸過程中的

　　稀釋劑和煉油裝置

　　在采出端，委內(nèi)瑞拉的超重質(zhì)油猶如瀝青，沒有稀釋劑根本流不動。路透社的報道指出，委內(nèi)瑞拉油田約三分之二產(chǎn)量是重質(zhì)油，這種油取出時呈黏稠狀，流動性差，必須用石腦油稀釋才能通過管道運輸。

　　重質(zhì)油的稀釋劑通?？窟M口或從煉廠副產(chǎn)中回收，一旦稀釋劑供應(yīng)受限，產(chǎn)量就會大幅下降。為了降低黏度，生產(chǎn)商常把特重質(zhì)原油與輕質(zhì)油摻混出售，這就是市場上見到的合成原油或稀釋瀝青(Dilbit)。

　　除了稀釋，委內(nèi)瑞拉還建設(shè)了煉油裝置，通過延遲焦化和加氫裂化等工藝把 API 度 8–10° 的原油升級成 API25–30° 的合成油。這些裝置投資巨大，需要持續(xù)供應(yīng)氫氣和催化劑，一旦停運或缺乏維護，原油只能以高黏度形態(tài)出口，運輸成本更高。

　　不過，無論采用哪種路徑，重質(zhì)油都依賴稀釋劑供應(yīng)和煉油裝置運行。近年來，由于制裁和基礎(chǔ)設(shè)施老化，稀釋劑進口和煉油裝置維護頻繁受阻，這也是委內(nèi)瑞拉重質(zhì)油產(chǎn)量波動的關(guān)鍵原因。

　　煉化挑戰(zhàn)：

　　只有復雜煉廠才能消化重質(zhì)油

　　重質(zhì)油并非不能用，只是需要匹配的煉油能力。重質(zhì)油由于黏度大、硫和金屬含量高，需要大量前端投入進行延遲焦化、加氫裂化、深度脫硫等裝置，否則難以生產(chǎn)出符合標準的汽柴油，因此重質(zhì)油在市場上往往以折扣價出售。

　　與此同時，重質(zhì)油的瀝青質(zhì)和金屬含量會毒化催化劑，使催化劑壽命縮短，需要安裝保護催化劑并頻繁更換。只有那些投資巨大、復雜度高的煉廠才能消化得了大量重質(zhì)油。

　　在煉化流程中，重質(zhì)油最大的難題是所謂“渣油”(桶底油)，經(jīng)過常壓和減壓蒸餾后剩下的高沸點餾分，其中集中了更多的金屬和雜質(zhì)。要把渣油轉(zhuǎn)化成高價值燃料，需要采用雙重策略，首先通過加氫脫硫/脫氮去除硫和氮，并利用保護催化劑，然后通過熱裂解或催化裂解打斷長鏈烴分子。典型的深度轉(zhuǎn)換裝置包括延遲焦化(Coking)、加氫裂化(Hydrocracking)、流化催化裂化(FCC)。

　　由于這些深度轉(zhuǎn)換單元能耗高、氫耗大，處理一桶重質(zhì)油所需的能源和成本遠高于輕質(zhì)油，因此即便投入大量資金，重質(zhì)油成品仍可能難以與輕質(zhì)低硫油競爭。

　　經(jīng)濟與環(huán)境影響：成本高、排放高

　　質(zhì)量不好還體現(xiàn)在經(jīng)濟和環(huán)境賬上。重質(zhì)油開采通常采用蒸汽驅(qū)或井下加熱，能耗高，后續(xù)還要升級和稀釋才能運輸，整個鏈條耗能遠高于輕質(zhì)油。

　　美國自然資源保護委員會的一份報告指出，高碳排放強度原油(HCICO)包括油砂、煤制油以及委內(nèi)瑞拉重油等，這些油品生產(chǎn)過程能耗大、排放高，需要額外的能量進行采收或升級。這意味著，除了技術(shù)挑戰(zhàn)外，重質(zhì)油在全球減排趨勢下也面臨更大壓力。

　　從經(jīng)濟角度看，質(zhì)量偏低的重質(zhì)油在市場上通常需要對比布倫特原油(是一種產(chǎn)自北海的原油，被用作國際原油定價的基準之一)大幅折價才能吸引買家。路透社報道，委內(nèi)瑞拉旗艦原油 Merey 在市場的報價曾低于布倫特原油 14–15 美元/桶，差價較上年翻倍，買家之所以要求折價，是因為這種重質(zhì)油含硫高、黏度大、運輸和保險風險高。當國際市場出現(xiàn)更多受制裁的廉價原油時，委內(nèi)瑞拉的重質(zhì)油不得不進一步降價才能銷售。

　　在環(huán)境方面，斯坦福大學的研究指出，學術(shù)研究表明，委內(nèi)瑞拉和加拿大是全球碳排放強度最高的原油生產(chǎn)國之一。這是因為其石油大多來自特重質(zhì)原油儲層，提取需要高能耗的熱采或蒸汽驅(qū)。高能耗和蒸汽強化采油使委內(nèi)瑞拉油田的生產(chǎn)排放遠高于全球平均水平。

　　因此，重質(zhì)油不僅技術(shù)門檻高，經(jīng)濟和環(huán)境成本也同樣高昂。未來，如果不能通過綠色氫、碳捕集封存等技術(shù)降低排放強度，這些資源可能會在低碳轉(zhuǎn)型中受到限制。

　　結(jié)語

　　石油一直是生活里繞不開的基礎(chǔ)原料。在現(xiàn)代意義的石油工業(yè)的一百多年里，人類當然更喜歡先用那些好采、好煉的輕質(zhì)原油，因為它省事、成本也低。但隨著這些資源被持續(xù)開采，剩下和新增的資源結(jié)構(gòu)也在發(fā)生變化，市場上越來越常見的是更重、更黏、雜質(zhì)更多的原油。同時，從儲量角度看，天然重油、油砂瀝青、油頁巖等重質(zhì)資源的體量非常大，也越來越常被拿來討論其開發(fā)潛力。

　　也正因為這類資源量大但難伺候，重質(zhì)油及超重質(zhì)油的開采和利用的重要性會逐步上升。它們的麻煩主要來自三件事：黏度高、雜質(zhì)多、加工鏈條更長。如果在熱采與稀釋、升級改質(zhì)、深度煉化以及減排技術(shù)上持續(xù)進步，就有機會把這些原本難用的油，變成更穩(wěn)定的燃料和化工原料來源，對未來一段時期內(nèi)保障化石能源供給具有重要意義。更現(xiàn)實地說，誰能掌握這類資源的成套技術(shù)與產(chǎn)業(yè)鏈能力，誰就更可能在未來的能源安全與工業(yè)發(fā)展競爭中占據(jù)主動。

　　策劃制作

　　作者丨楊超 深圳理工大學科普主管 中國科普作家協(xié)會會員 分析化學博士

　　審核丨田志堅 中國科學院大連化學物理研究所研究員 博士生導師 化石能源與應(yīng)用催化研究部部長

　　策劃丨徐來

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