Структура топливно-энергетического баланса в России и за рубежом.

Все источники энергии делятся на восполняемые и невосполняемые.

К невосполняемым относятся:

o наземный органический мир растений (древесина, солома и др.);

o торф и горючие сланцы;

o каменные угли;

o битумы природные;

o нефть;

o природный углеводородный газ.

Восполняемые источники энергии:

o биологическая энергия (мускульная, тепловая);

o энергия движущейся воды;

o энергия движущегося воздуха;

o энергия солнечного излучения;

o атомная энергия (1 кг U²³⁵ имеет теплотворную способность в 3 млн. раз выше, чем 1 кг условного топлива (1,44 кг нефти).

Условное топливо – топливо, энергоемкость которого принята за 7000 ккал/т.

Совокупность отраслей промышленности, занятых добычей, транспортировкой и переработкой различных видов горючих ископаемых, а также выработкой, преобразованием и распределением различных видов энергии (тепловой, электрической и др.), называют топливно-энергетическим комплексом (ТЭК). ТЭК включает топливную (нефтяную, газовую, угольную, торфяную, сланцевую), нефтеперерабатывающую, нефтехимическую и энергетическую (тепло-, гидро- и атомную) промышленности. ТЭК является основой современной мировой экономики. Уровень развития ТЭК отражает социальный и научно-технический прогресс в стране.

Особенно велико экономическое значение нефти и газа. Продукты их переработки применяют практически во всех отраслях промышленности, на всех видах транспорта, в строительстве, сельском хозяйстве, энергетике, в быту и т.д. Из нефти и газа производят пластмассы, химические волокна, каучуки, лаки, краски, моющие средства, минеральные удобрения и др. Нефть называют «черным золотом», а ХХ век – веком нефти и газа. Нефть и газ определяют не только экономику и технический потенциал, но часто и политику государства.

Негативное воздействие ТЭК на природу:

· механическое загрязнение воздуха, воды и земли твердыми частицами;

· химическое, радиоактивное, ионизационное, тепловое, электромагнитное, шумовое и другие виды загрязнений;

· расход больших количеств воды, земли и кислорода воздуха;

· глобальный парниковый эффект.

Исключительные достоинства жидких и газообразных нефтяных топлив привели к быстрому росту их потребления в мире и появлению существенного различия между структурой запасов и структурой добычи энергоресурсов. Хотя подавляющая часть промышленных запасов энергоресурсов приходится на твердые горючие ископаемые, их доля в мировом топливно-энергетическом балансе (ТЭБ) в настоящее время меньше, чем для нефтяного топлива и природного газа.

 

Таблица 1.1

 

Динамика изменения мирового топливно-энергетического баланса (ТЭБ)

в ХХ веке, % экв. (без учета дров и торфа)

 

Энергоресурсы	1900 г.	1980 г.	1990 г.	2000 г.
Нефть	3,7	43,6	37,6	42,0
Природный газ	1,1	18,8	20,8	25,0
Твердое топливо	93,2	28,9	29,1	27,5
Ядерная энергия		2,5	5,6	2,3
Гидроэнергия и нетрадиционные возобновляемые энергоресурсы		6,2	6,9	3,2

 

В развитых капиталистических странах в структуре потребления преобладает доля нефти, а в России – газа. Россия – одна из немногих стран мира, которая не только полностью обеспечивает свои потребности в энергоресурсах, но и экспортирует их в другие страны.

По суммарным мощностям нефтеперерабатывающих заводов (НПЗ) и объемам переработки нефти ведущее место принадлежит США. Из промышленно развитых стран наиболее крупные мощности НПЗ имеют: в Западной Европе – Италия, Франция, Германия, Великобритания; в Азии – Япония и Китай. В США находится около 290 нефтеперерабатывающих завода, в России - только 26.

 

Таблица 1.2.

 

Сравнительные показатели нефтеперерабатывающего комплекса мира,

США, Западной Европы и России (за 1999 г.)

 

Показатели	США	Западная Европа	Россия
Произведено моторных топлив, %	72,3	42,9	44,1
бензинов	42,0	19,0	14,3
дизельных топлив	21,9	19,2	25,6
реактивных топлив	9,0	4,7	4,2

 

В таких странах как Англия, Италия, Франция, ФРГ, Япония переработка нефти ведется по вариантам, дающим набор продуктов сходный с российским. Для США характерен бензиновый вариант переработки нефти, для Европейских стран - дизельный вариант.

Фракции, получаемые при первичной переработке нефти и направления их использования. Варианты переработки нефти.

Перегонка (фракционирование) нефти - физический метод разделения нефти на смеси углеводородов более простого состава - фракции. Фракции, получаемые в процессе перегонки нефти различаются температурами начала и конца кипения (t_нк и t_кк).

Таким образом, под нефтяной фракцией понимают часть нефти, которая выкипает в определенном интервале температур. В зависимости от интервала температур выкипания и назначения, фракции имеют соответствующие названия, например бензиновые, керосиновые, дизельные фракции и т.д.

Каждая нефть характеризуется своим фракционным составом, т.е. содержанием в ней (в % мас.) бензиновых, керосиновых и т.д. фракций. Фракционный состав - важный показатель качества нефти и имеет исключительно важное практическое значение, поскольку показывает, какие фракции и в каком количестве содержатся в данной нефти. Фракционный состав нефти, содержание и качество фракций из нее позволяют выбрать ассортимент нефтепродуктов и схему первичной перегонки нефти.

В составе нефтей, поступающих на НПЗ, практически всегда содержится в растворенном виде углеводородный газ, который состоит преимущественно из пропана и бутанов. Пропан-бутановую фракцию получают в сжиженном или газообразном состоянии и используют в качестве топлива или сырья газофракционирующей установки.

На установках первичной перегонки нефти бензиновые фракции получают как широкого, так и узкого фракционного состава. Обычно широкую бензиновую фракцию НК-180 ⁰С (28-180 ⁰С) подвергают вторичной перегонке на узкие фракции. На нефтеперерабатывающем заводе возможно получение следующих узких бензиновых фракций:

- фракция 28-62 или 28-70 ⁰С используется в качестве легкокипящего компонента товарного бензина, если октановое число фракции достаточно высокое, или как сырье установки каталитической изомеризации с целью повышения октанового числа фракции;

- фракция 62 (70)-85 ⁰С - бензольная фракция;

- фракция 62 (70)-105 ⁰С - бензольно-толуольная фракция;

- фракция 110-140 ⁰С - ксилольная фракция;

- фракция 62 (70)-140 ⁰С - бензольно-толуольно-ксилольная фракция.

Эти фракции используют в качестве сырья установок каталитического риформинга с целью получения ароматических углеводородов - бензола, толуола, изомерных ксилолов и этилбензола;

- фракции 85-180, 105-180 и 140-180 ⁰С (чаще их смесь) также используют в качестве сырья установок каталитического риформинга при производстве высокооктанового компонента товарного бензина.

На установках первичной перегонки нефти для производства реактивных топлив чаще всего получают керосиновые фракции, имеющие температуру начала кипения в пределах 135 – 195 ⁰С (бывает исключение) и температуру конца кипения в пределах 280 – 300 ⁰С (иногда 315 ⁰С). Пределы выкипания керосиновых фракций зависят от вида получаемого реактивного топлива.

Для производства осветительных керосинов используют фракции, выкипающие в интервале температур 150 – 350 ⁰С.

На установках перегонки нефти получают и другие бензино-керосиновые фракции, применяемые как растворители.

Пределы выкипания дизельных фракций зависят от их последующего использования. Так, для производства летнего дизельного топлива получают фракции, выкипающие в пределах 180 – 360 ⁰С, а для производства зимних (арктических) сортов - в пределах 160 - 340 (330) ⁰С.

Кроме того, из высокопарафиновых и парафиновых нефтей выделяют фракции, выкипающие в пределах 200 - 340 ⁰С. Эти фракции используют как сырье установок депарафинизаиии с целью получения жидких парафиновых углеводородов.

Нефтепродукты, выкипающие в пределах 28 - 360 ⁰С, называют светлыми и их получают ректификацией нефтей в промышленных условиях при давлении близком к атмосферному - 0,12 - 0,40 МПа. Остаток нефти после атмосферной перегонки - мазут, выкипающий выше 360⁰С. В мазуте концентрируются высокомолекулярные соединения, склонные к реакциям разложения и уплотнения при повышенных температурах, вот почему перегонку мазута осуществляют под вакуумом (остаточное давление - 10-110 мм рт. ст.).

Если вакуумная перегонка не предусмотрена, мазут используют для получения котельных топлив.

Вакуумную перегонку мазута в промышленных условиях осуществляют по топливному или масляному вариантам. При топливном варианте получают вакуумный газойль - фракцию 350 (360) – 500 ⁰С (или легкий вакуумный газойль - фракцию 350 – 420 ⁰С и тяжелый вакуумный газойль – фракцию 420 - 500 ⁰С) и остаток вакуумной перегонки - гудрон. Гудрон - наиболее тяжелая часть нефти.

При глубокой вакуумной перегонке получают утяжеленный вакуумный газойль - фракцию 360 - 530 (540) ⁰С, а иногда 360 – 580 ⁰С.

При вакуумной перегонке мазута по масляному варианту получают гудрон и следующие фракции (один из возможных вариантов):

- фракция 350 – 400 ⁰С - верхний (легкий) дистиллят;

- фракция 400 – 450 ⁰С - средний дистиллят;

- фракция 450 – 500 ⁰С - нижний (тяжелый) дистиллят.

В настоящее время получают и более узкие масляные дистилляты в количестве 4 - 5.

Масляные дистилляты используют в качестве сырья процессов производства дистиллятных, а гудрон - остаточных базовых масел.

Кроме того, гудрон используют для производства битума, кокса и котельного топлива на соответствующих установках производства битума, коксовния и висбрекинга.

Из нефти при ее переработке могут быть получены топлива, масла и другие нефтепродукты. Для выбора ассортимента получаемых продуктов необходимо учитывать потребности рынка, качество исходной нефти и ее фракций и требования стандартов к качеству товарных нефтепродуктов.

Основную массу нефтепродуктов, получаемых при переработке нефтей и нефтяных фракций, используют в качестве горючих и смазочных материалов. Часть нефтяного сырья расходуется на производство битумов, технического углерода, электродного кокса, парафинов, жидких парафиновых углеводородов, растворителей, ароматических углеводородов и другого сырья для нефтехимии.

Жидкие топлива, получаемые из нефти, подразделяются на следующие типы:

- авиационные и автомобильные бензины;

- реактивные топлива;

- дизельные топлива;

- котельные топлива;

- газотурбинные топлива;

- судовые топлива;

- печное бытовое топливо.

В зависимости от ассортимента получаемых нефтепродуктов различают четыре типа НПЗ - топливный, топливно-масляный, топливно-нефтехимический и топливно-масляно-нефтехимический (комплексный).

В зависимости от выработки светлых нефтепродуктов на заводе, переработка нефти может быть неглубокой, средней и глубокой. Наиболее экономически выгодным является глубокий вариант переработки нефти, при котором получают максимально возможный выход светлых нефтепродуктов - автомобильных и авиационных бензинов, реактивных и дизельных топлив. При глубоком варианте переработки нефти на нефтеперерабатывающем заводе предусматривается набор вторичных процессов переработки нефти, позволяющих получать светлые нефтепродукты из тяжелых нефтяных фракций и остатков - мазутов, вакуумных газойлей и гудронов. К таким процессам относят каталитический крекинг, гидрокрекинг, коксование и висбрекинг. Переработка заводских газов в этом случае направлена на производство компонентов моторных топлив.

По топливно-масляному варианту переработки нефти наряду с топливами получают смазочные масла. Для производства смазочных масел обычно подбирают нефти с высоким выходом базовых масел (не менее 8 %мас. на нефть), имеющих достаточно высокий индекс вязкости (85 пунктов и выше).

При топливно-нефтехимическом и комплексном варианте переработки нефти могут быть предусмотрены процессы по производству сырья для нефтехимической промышленности - этилена, пропилена, бутиленов, ароматических углеводородов и др. Кроме выработки моторных топлив и масел, сырья для органического синтеза осуществляют производство серы, серной кислоты, присадок для топлив и смазочных масел и др.

Элементный состав нефти.

Элементный химический состав – количественный состав химических элементов, входящих в нефть, выраженный в массовых долях или процентах.

 

Таблица 1.1.