石油有“工业的血液”、“黑色的黄金”等美誉。自本世纪50年代开始，在世界能源消费结构中，石油跃居首位。石油产品的种类已超过几千种。石油是国家现代化建设的战略物资，许多国际争端往往与石油资源有关。现代生活中的衣、食、住、行直接地或间接地与石油产品有关。

1973～1979年这段时期，曾有“石油危机”之称。自二次世界大战之后到1973年间，国际石油市场一直被美国的埃克森、德士古、加州标准、海湾、飞马（美孚）和英国石油、英国壳牌等七家石油公司（号称“石油七姐妹”）所垄断。西方国家利用廉价的石油原料，改造了产业结构，实现了经济的结构调整和繁荣。但石油的主要产地却在发展中国家，如中东地区已探明的石油储量占世界的60％以上。沙特阿拉伯、伊朗、伊拉克、科威特和南美的委内瑞拉等5国的石油出口量曾占世界总出口量的80％。他们在60年代初就成立了“石油输出国组织欧佩克（OPEC）”与上述七家石油公司对抗，后来阿尔及利亚、厄瓜多尔、加蓬、印度尼西亚、利比亚、尼日利亚、卡塔尔和阿联酋等8国先后加入OPEC，OPEC成员扩大为13个。1973年10月中东战争爆发，阿拉伯产油国以石油为武器，对西方国家实行石油禁运，并收回了原油标价大权，在两个月内提价近4倍，一直到70年代末油价不断上涨，到1979年油价已是1973年前的近10倍。发达的资本主义国家在政治、经济和日常生活的方方面面都受到严重影响，给人们留下深刻印象，使人们切实体会到能源对现代社会发展有举足轻重的影响，并称之为70年代的石油危机。

2.4.1石油和天然气的成因

对此有过多种论点。现在认为石油是由远古海洋或湖泊中的动植物遗体在地下经过漫长的复杂变化而形成棕黑色粘稠液态混合物，其沸点范围从室温到500℃以上。未经处理的石油叫原油，它分布很广，世界各大洲都有石油的开采和炼制。就目前已查明的储量看，重要的含油带集中在北纬20°～48°之间，世界上两个最大的产油带，一个叫长科迪勒地带，北起阿拉斯加和加拿大经美国西海岸到南美委内瑞拉、阿根廷；另一个叫特提斯地带，从地中海经中东到印度尼西亚。这两个地带在地质变化过程中曾都是海槽，因此曾有“海相成油”学说。60年代以来相继发现了大庆、胜利、大港等油田。到80年代末，在我国被开发的大小油田已有160多处。此外，我国拥有油气资源较丰富的大陆架，自80年代初开始进行海洋石油的普查和勘探。从现有资料估计，远景以东海最佳，南海和渤海次之，黄海较差。海洋石油的开发，不论技术、资金、装备还是人才方面，都存在不少困难，短期内很难快速发展。

石油的组成元素  主要是C和H，此外也有O，N和S等。和煤相比，石油的含氢量较高而含氧量较低。在石油中的碳氢化合物以直链烃为主，而在煤中则以芳烃为主。至于石油中N和S的含量则因产地不同而异，如阿拉伯原油中含S约1.74％， N约0.14％；而我国胜利油田的原油中含S约0.81％，N约0.41％。相比之下，胜利油田的原油含硫量比较低，而含氮量较高。所以不同的原油在炼制、精制的条件和催化剂的选择等方面都是不同的，各有自己的特色。

天然气的主要成分是甲烷（CH₄），也有少量乙烷（C₂H₆）和丙烷（C₃H₈），它和石油伴生①，但一般埋藏部位较深。据国际经验，每吨石油大概伴有1000m³的天然气，所以能源工作机构及能源结构统计往往把石油和天然气归并在一起。天然气是最“清洁”的燃料，燃烧产物CO₂和H₂O，都是无毒物质，并且热值也很高（56kJ·g^-1），管道输送也很方便。我国最早开发使用天然气的是四川盆地，近年北京、天津的居民正在逐渐使用管道天然气，这种方式颇受欢迎。

2.4.2石油的炼制

石油中所含化合物种类繁多。必须经过多步炼制，才能使用。主要过程有分馏、裂化、重整、精制等。

分馏  烃（碳氢化合物）的沸点随碳原子数增加而升高，在加热时，沸点低的烃类先气化，经过冷凝先分离出来；温度升高时，沸点较高的烃再气化再冷凝，借此可以把沸点不同的化合物进行分离，这种方法叫分馏，所得产品叫馏分。分馏过程在一个高塔里进行，分馏塔里有精心设计的层层塔板，塔板间有一定的温差，以此得到不同的馏分。分馏先在常压下进行，获得低沸点的馏分，然后在减压状况下获得高沸点的馏分。每个馏分中还含有多种化合物，可以进一步再分馏。表2－5列举石油分馏主要产品概况，以此为线索可以浏览一下石油世界。

在石油炼制过程中，沸点最低的C₁至C₄部分是气态烃，来自分馏塔的废气和裂化炉气，统称石油气。其中有不饱和烃，也有饱和烃。不饱和烃如乙烯（C₂H₄）、丙烯（C₃H₆）、丁烯（C₄H₈）都有双键，容易发生加成反应和聚合反应，所以这些烯烃都是宝贵的化工原料。如乙烯以O₂为催化剂在150℃， 20MPa条件可制得高压聚乙烯（反应式①），日常生活中用的食品袋、食品匣、奶瓶等就是用这种材料成型的：

若用TiCl₄做催化剂在100℃常压下，则可制得强度较高的低压聚乙烯（反应式②），它可制造脸盆、水桶等器皿。乙烯也可以用银做催化剂在250℃和常压条件下生成环氧乙烷（反应式③），这是制造环氧树脂的原料之一。乙烯在KMnO₄催化下可加水成为乙二醇（反应式④），它是制造涤纶的原料之一。如在H₂SO₄催化下加水，乙烯也可加成为乙醇（反应式⑤），乙烯和HCl加成为氯乙烷（反应式⑥），乙烯和Cl₂生成二氯乙烷（反应式⑦）等等。

众多的乙烯产品广泛用于工农业、交通、军事等领域，它是现代石油化学工业的一个龙头产品，是一个国家综合国力的标志之一。我国目前乙烯年产量200多万吨，居世界第8位。

丙烯  （CH₃CH=CH₂）可以制造聚丙烯塑料、聚丙烯腈（人造羊毛）化学纤维、甘油等等。丁烯（CH₃CH₂CH=CH₂）经过氧化脱氢变成丁二烯（反应式⑧），然后可以聚合生成顺丁橡胶（反应式⑨），它的弹性很好，适合做轮胎。丁二烯和苯乙烯共聚可以制造丁苯橡胶（反应式⑩），这是人造橡胶中用量最大的品种，它的链节一端带有苯环，具有热稳定性好，耐磨、耐光、抗老化等优点。

将石油气中这些不饱和烃分离后，剩下的饱和烃中以丁烷（C₄H₁₀）为主，它的沸点为－0.5℃，稍加压力即可液化储于高压钢瓶中。当打开阀门减压时即可气化点燃使用，城市居民用石油液化气的主要成分就是丁烷。另外还含有在液化时带进的一定量的戊烷（C₄H₁₀）和己烷（C₅H₁₂），它们的沸点分别是36℃和69℃，在炼油厂炉气温度高时和丁烷等混在一起，加压液化时也就混入钢瓶，用户在室温打开阀门时，这些杂质沸点较高，在室温不能气化，而以液态沉积于钢瓶中。

在30～180℃沸点范围内可以收集C₅～C₆馏分，这是工业常用溶剂，这个馏分的产品也叫溶剂油。在40～180℃沸点范围内可以收集C₆～C₁₀馏分，这是需要量很大的汽油馏分。按各种烃的组成不同又可以分为航空汽油、车用汽油、溶剂汽油等。汽油质量用“辛烷值”表示。在气缸里汽油燃烧时有爆震性，会降低汽油的使用效率。汽油中以C₇～C₈成分为主，据研究，抗震性能最好的是异辛烷，将其定标为辛烷值等于100，抗震性最差的是正庚烷，定其辛烷值为零。若汽油辛烷值为85，即表示它的抗震性能与85％异辛烷15％正庚烷的混合物相当（并非一定含85％异辛烷），商品上称为85号汽油。

人们发现：1L汽油中若加入1mL四乙基铅Pb（C₂H₅）₄，它的辛烷值可以提高10～12个标号。四乙基铅是有香味的无色液体，但有毒，有的地方在其中适当加一些色料，提醒人们注意这是含铅汽油。这种抗震剂已沿用了几十年，但在汽车越来越多的今天，汽油燃烧后放出的尾气中所含微量的铅化合物已成为公害。所以目前正努力用改进汽油组成的办法来改善汽油的爆震性，即市售的无铅汽油。自70年代起从环境保护的角度考虑，各国纷纷提出要求使用无铅汽油，有些汽车的设计规定必须使用无铅汽油，以减少对环境的污染。

提高蒸馏温度，依次可以获得煤油（C₁₀～C₁₆）和柴油（C₁₇～C₂₀）。它们又分为许多品级，分别用于喷气飞机、重型卡车、拖拉机、轮船、坦克等。蒸馏温度在350℃以下所得各馏分都属于轻油部分，在350℃以上各馏分则属重油部分，碳原子数在18～40之间，其中有润滑油、凡士林、石蜡、沥青等，各有其用途。

裂化  用上述加热蒸馏的办法所得轻油约占原油的1/3～1/4。但社会需要大量的分子量小的各种烃类，采用催化裂化法，可以使碳原子数多的碳氢化合物裂解成各种小分子的烃类，如：

裂解产物成分很复杂，从C₁至C₁₀都有，既有饱和烃又有不饱和烃，经分馏后分别使用。裂解产物的种类和数量随催化剂和温度、压力等条件不同而异。不同质量的原油对催化剂的选择和温度、压力的控制也不相同。我国原油成分中重油比例较大，所以催化裂化就显得特别重要，对外国的经验只能借鉴，不能照搬。经过30多年的研究和实践，我国已开发适用于我国各种原油的一系列铝硅酸盐分子筛型催化剂。经催化裂化，从重油中能获得更多乙烯、丙烯、丁烯等化工原料，也能获得较多较好的汽油。

催化重整  这是石油工业中另外一个重要过程。在一定的温度压力下，汽油中的直链烃在催化剂表面上进行结构的“重新调整”，转化为带支链的烷烃异构体，这就能有效地提高汽油的辛烷值，同时还可得到一部分芳香烃，这是原油中含量很少而只靠从煤焦油中提取不能满足生产需要的化工原料，可以说是一举两得。现用催化剂是贵金属铂（Pt）、铱（Ir）和铼（Re）等，它们的价格比黄金贵得多，化学家们巧妙地选用便宜的多孔性氧化铝或氧化硅为载体，在表面上浸渍0.1％的贵金属，汽油在催化剂表面只要20～30s就能完成重整反应。

加氢精制  这是提高油品质量的过程。蒸馏和裂解所得的汽油、煤油、柴油中都混有少量含N或含S的杂环有机物，在燃烧过程中会生成NO_x及SO₂等酸性氧化物污染空气，当环保问题日益受关注时，对油品中N，S含量的限制也就更加严格。现行的办法是用催化剂在一定温度和压力下使H₂和这些杂环有机物起反应生成NH₃或H₂S而分离，留在油品中的只是碳氢化合物。自70年代末开始，石油化工科学研究院针对我国油品特点，开展了大量基础研究工作，开发出多种加氢催化剂①，基本满足了国内炼油工业的需要，并有出口。这类催化剂以Al₂O₃为载体，活性组分有钴－钼（Co－Mo）、镍－钼（Ni－Mo）、镍－钨（Ni－W）等体系。

综上所述，石油经过分馏、裂化、重整、精制等步骤，获得了各种燃料和化工产品。有的可直接使用，有的还可以进行深加工。所以炼油厂总是和几个化工厂组成石油化工联合企业，那里是技术密集、资本密集、劳动力密集的地区。

在石油工业中，把常压蒸馏和减压蒸馏叫做一次加工，这是物理变化过程，而裂化、重整和加氢控制等则叫二次加工，它们都属化学变化过程。这些过程都涉及催化剂，催化剂的研制是石油化工不可缺少的组成部分。催化作用的奥秘是化学工作者十分感兴趣的研究领域。