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 (tнк и tкк).
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.