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补充
第二节石油
一、石油的形成与分类
石油又称“原油”,在化石能源中含量仅次于煤。
它是一种黄色、褐色或黑色的、流动或半流动的、黏稠的可燃液体。
古代大量的生物死亡后,沉积于水底,与其他淤积物一道,随着地壳的变迁,埋藏的深度不断增加,先是被好氧细菌,然后是厌氧细菌彻底改造,细菌活动停止后,有机物便开始了以地温为主导的地球化学转化阶段,并经历生物和化学转化过程。
一般认为,有效的生油阶段大约从50~60℃开始,150~160℃时结束。
石油的主要组成成分是碳、氢组成的烃类,如烷烃、环烷烃、芳香烃等,占95%~98%。
此外,还有微量钠(Na)、铅(Pb)、铁(Fe)、镍(Ni)、钒(V)等金属元素,以及少量的氧(O)、氮(N)、硫(S)以化合物、胶质、沥青质等非烃类物质形态存在,其元素组成见表3-7,其成分随产地的不同而变化很大。
表3-7 石油中的元素组成(%)
C
H
O
N
S
微量金属
85~90
10~14
0~1.5
0.1~2
0.2~0.7
100mg/L
通常可用许多物性指标来说明石油的特性,如粘度、凝点、盐含量、硫含量、蜡含量、胶质、沥青质、残炭、沸点和馏程等。
其中凝点是在测定条件下能观察到的油晶流动的最低温度值,它的测定对于柴油和润滑油在寒冷地区的使用非常重要,按规定,用于寒冷地区的油品的凝点应低于这些地区所能达到的最低气温。
原油的硫含量十分重要,这是决定原油是否需作进一步处理的依据。
残炭是表示原油倾向于生成炭质和金属残渣的指标,在测定条件下这些炭质和金属残渣不易燃烧和蒸发。
原油中的蜡与油的流动点有密切关系。
在原油运输和装卸过程中,油的流动点必须低于原油在油轮、输油管道和储油罐中所能遇到的最低温度。
含蜡较多的原油需要用特殊的加热设备,或者用含蜡少的油将它冲淡,以保证冬季管路正常运行。
由于石油的组成极其复杂,确切的分类相当困难,通常在市场上有以下三种分类方法:
(1)按石油的密度分类,将石油分为轻质石油、中质石油、重质石油和特重质石油;
(2)按石油中的硫含量分类:
硫含量小于0.5%为低硫石油,硫含量为0.5%~2.0%为含硫石油,硫含量大于2.0%者称高硫石油;世界石油总产量中,含硫石油和高硫石油约占75%;石油中的硫化物对石油产品的性质影响较大,加工含硫石油时应对设备采取防腐蚀措施;
(3)按石油中的蜡含量分类:
蜡含量为0.5~2.5%者称低蜡石油,蜡含量在2.5~10%之间为含蜡石油,含量大于10%者为高蜡石油。
二、石油的加工
1.石油的加工工艺
开采出来的石油(原油)虽然可以直接作燃料用,而且价格便宜。
但是,在对于交通车辆、飞机的发动来讲,必须把原油炼制成燃料油才能使用。
根据最终产品的不同,炼油厂的加工流程大致分为三种类型:
(1)燃料型:
以汽油、煤油、柴油等燃料油为主要产品;
(2)燃料-润滑油型:
燃料油、各种润滑油为主要产品;
(3)石油化工类:
石脑油、轻油、渣油为主要产品,作为生产石油化工产品的原料。
石油炼制的方法可以归结为两大类。
一类是分离法,如溶剂法、固体吸附法、结晶法和分馏法等,其中最常用的是分馏法。
分馏法的工艺是先将原油脱盐,以避免分馏设备腐蚀。
然后把原油加热到385℃左右,送至高30多米的常压分馏塔底。
塔内设有许多层油盘,石油蒸汽上升时,逐层通过这些油盘,并逐步冷却。
不同沸点的成分便冷凝在不同高度的油盘上,并可按所需的成分用管子引出。
于是,塔底是不能蒸发的油渣、重油,中层为柴油等馏分,上层为汽油、石脑油等。
常压分馏塔底的常压剩余油通常再送到减压塔,利用蒸汽喷射泵降低油汽分压,使重油快速蒸发,与沥青分离。
石油炼制的另一类方法是转化法。
转化法是利用化学的方法对分馏的油品进行深加工,例如,可以把重油、沥青等分解成轻油,也可以把轻馏分气聚合成油类。
常用的转化法有热裂化、催化裂化、加氢裂化和焦化等。
图3-1是燃料型炼油厂的流程图,它包括常压—减压蒸馏、催化裂化、加氢裂化、焦化等多道炼油工序。
2.石油的产品
根据应用的目的不同,石油可以加工成的产品种类,可分为14大类:
(1)溶剂油
包括石油醚、橡胶溶剂油、香花溶剂油等,主要用于橡胶、油漆、油脂、香料、药物等领域作溶剂、稀释剂、提取剂、洗涤剂;
(2)燃料油
包括石油气、汽油、煤油、柴油、重质燃料油,石油气用于制造合成氨、甲醇、乙烯、丙烯等,汽油用于汽车和螺旋桨式飞机,煤油用于点灯、喷气式发动机和农药制造,柴油用于柴油发动机;汽油专用指标(抗爆性)是辛烷值,柴油的专用指标(着火性能)是十六烷值。
(3)润滑油
润滑油包括:
1)汽、柴油机油,分别用于汽油发动机和柴油发动机的润滑和冷却;
2)机械油,用于纺织机、机床等;
3)压缩机油,用于汽轮机、冷冻机和气缸;
4)齿轮油,用于齿轮传动机,汽车、拖拉机变速箱;
5)液压油,用于液压机械的传动装置;
6)电器用油,用于变压器、电缆绝缘;
(4)润滑脂
用于低速、重负荷或高温下工作的机械;
(5)石蜡和地蜡
用于火柴、蜡烛、蜡纸、电绝缘材料、橡胶;
(6)沥青
用于建筑工程防水、铺路、涂料、塑料、橡胶等工业;
(7)石油焦
用于制造电极、冶金过程的还原剂和燃料。
三、石油资源
1.世界石油资源
目前世界上已找到近30000个油田,这些油田分布于地壳上六大稳定板块及其周围的大陆架地区。
在156个较大的盆地内,几乎均有油田发现,但分布极不平衡。
根据《世界石油工业》报道,2002年,世界石油探明可采储量约为1413.1×108t,其中,66.5%集中在中东产油国,沙特阿拉伯储量355.1×108t,科威特128.8×108t,阿布扎比126.3×108t,伊朗122.9×108t。
表3-8为世界各地区原油储量及其所占比例。
表3-8世界石油储量分布
地区
储量(×108t)
所占比例(%)
中东
939.2
66.5
西半球
205.2
14.5
非洲
105.0
7.4
东欧中亚俄罗斯
80.2
5.7
亚太地区
60.0
4.2
西欧
23.5
1.7
世界合计
1413.1
100.0
2.中国石油资源
(1)中国石油储量
我国目前石油资源量约为1072.7×108t,探明储量205.7×108t,可采储量127.5×108t。
其中77.1%分布在陆上,22.9分布在海洋。
截至2006年,我国石油剩余和新探明经济可采储量22.2×108t,有六大盆地的石油新增探明经济可采储量大于0.1×108t。
石油基础储量为27.6×108t,占世界总储量的1.0%,位居世界第12。
表3-9为我国产油省份基础储量数据,可以看出,我国的石油储量分布也极不平衡,其中东三省(黑龙江、吉林、辽宁)占全部储量的34.7%,西部(陕西、甘肃、青海、宁夏和新疆)的储量占总储量的27.2%。
表3-9 我国产油省份基础储量数据(104t)
黑龙江
吉林
辽宁
陕西
甘肃
青海
宁夏
新疆
62197
16530
17010
19885
8727
4377
140
41883
天津
河北
内蒙古
四川
云南
广西
广东
海南
3075
16339
5526
345
12
175
140
41
图3-2为我国主要油田分布图。
图3-2我国主要油田分布图
(2)中国石油资源的特点
我国石油资源总量算丰富,但是人均资源量为世界平均水平的18.3%,属于名副其实的贫油大国。
资源品质相对较差,油田的规模比较小,没有世界级的大油田。
在我国已发现的500多个油田中,除大庆,胜利等主要油田外,其它油田普遍存在油品位低、埋藏深、类型复杂、工艺要求高等问题。
剩余的可采储量中,低渗或特低渗油、稠油和埋藏深度大于3500m的超过50%,所以资源的开采难度加大。
尽管我国石油资源总量比较丰富,由于我国仍处于发展中国家,而且人口基数大。
同时石油的风险勘探投入不足,使得我国后备可采储量相对不足。
1990年我国的石油储采比在14~15之间,到2006年下降为11年。
我国海洋石油资源丰富,占全国总量的22.9%,但是探明量非常低,不仅远低于国际平均的探明水平,而其远低于国内的平均探明率,同时勘探开发局限于近海水域。
四、石油消费
今天,石油已经像血液一样维系着日常经济生活的正常运转,直接影响着一个国家的经济发展甚至政治稳定和国家安全。
石油已成为现代工业社会最有战略意义的能源与基础原料,不但交通高度依赖石油,石油消费更是衡量一个国家经济发达的程度的标尺。
1.世界石油消费
20世纪70年代后,世界石油产量上升缓慢,近30年来,石油年产量一直在30×108t左右徘徊。
2002年世界石油产量为35.48×108吨标准油,其中石油输出国组织(OPEC-欧佩克)的石油产量约占世界总产量的45%。
目前在世界一次能源的消费中,石油仍处在第一位。
根据2001年的统计资料,世界一次性能源消费约为69.95×108t标准油,其中石油消费量占43.0%。
表3-10为2002年世界十大产油国石油产量。
表3-11为2002年世界十大石油消费国石油消费量。
表3-10 2002年世界十大产油国石油产量(×108t)
国家
沙特阿拉伯
俄罗斯
美国
墨西哥
中国
伊朗
挪威
委内瑞拉
加拿大
英国
产量
4.2
3.8
3.5
1.8
1.7
1.7
1.6
1.5
1.4
1.2
表3-112002年世界十大石油消费国石油消费量(×108t)
国家
美国
中国
日本
德国
俄罗斯
韩国
印度
意大利
法国
加拿大
消费量
8.9
2.5
2.4
1.3
1.2
1.1
0.98
0.93
0.93
0.90
十大石油消费国中,美国无疑是世界第一大石油消费国,中、日、韩、印度的石油消费总量已超过欧洲的德国、俄罗斯、意大利和法国的总和。
今后随着发展中国家的发展,人口的增加,石油消费量必将持续增加。
石油作为化石能源的一种,是不可再生的,未来石油的枯竭是必然的趋势。
根据目前的生产和消费,世界剩余石油可采年限大约仅为48年。
2.中国石油消费
表3-10和表3-11的数据表明,我国目前已是石油净进口国。
1993年以前,我国石油工业不仅能满足国内需求,而且是石油净出口国,这一格局维持了20多年。
随着国民经济的迅速发展,石油的需求也不断膨胀,1993年,我国的石油进口量大于出口量。
从1996年至今,我国的石油进口量均大于出口量,成为石油净进口国。
表3-12为我国近年原油生产量、消费量和缺口,到2006年,我国原油产量为1.8亿吨,原油进口量为1.5亿吨,出口量为0.06亿吨。
同时,油品进口量0.36亿吨,出口量为0.12亿吨。
尽管国内原油产量逐年略有增加,但是增加的幅度无疑大大小于需求的增加幅度。
表3-12我国近年原油生产量和消费量(×108t)
年份
生产量
消费量
缺口
2000
1.6
2.2
0.60
2001
1.6
2.2
0.53
2002
1.7
2.3
0.62
2003
1.7
2.5
0.83
2004
1.7
2.9
1.2
2005
1.8
3.0
1.2
2006
1.8
3.2
1.4
在石油生产中,国内十大油田的贡献大约在85%,这十大油田是大庆、胜利、中国海洋石油、辽河、新疆、长庆,延长、塔里木、吉林和大港油田。
十大油田的近年产量以及占全国产量的比重见表3-13。
表3-13我国十大油田产量(×106t)
油田
200
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