CC BY
289
УДК 622.276
В.И. Александрова
ПОТРЕБЛЕНИЕ НЕФТИ И ЕЕ ПРОДУКТОВ
Рассмотрены потребление нефти и ее продуктов, крупнейшие производители и потребители нефти, химические элементы и соединения в нефти, первичные и вторичные процессы переработки нефти. Показаны удельный вес энергетического минерального продукта в общемировой добычи групп минеральной продукции, мировая динамика производства нефти с 1985 по 2007 г. Продемонстрировано движение минерального продукта (сырой нефти) по технологической лесенке, характеризующие все большим усложнением изделий. Перечислены основные продукты переработки нефти. Представлена обобщенная диаграмма основных потребляемых обществом нефтепродуктов.
Ключевые слова: полезные ископаемые, нефть, нефтепродукты, горнодобывающая промышленность, топливодобывающая промышленность, топливноэнергетические ресурсы, топливно-энергетический баланс, экспортные поступления, фракции нефти, нефтехимия, нефтепереработка, фракционная перегонка нефти, технологическая лестница, технологический уровень, системные изделия.
Нефть - кровь современной экономики.
С каждым годом ее требуется все больше.
Она - символ власти, богатства, войны, коррупции, политических интриг и экономических страхов.
1ГТ урный научно-технический прогресс и высокие темпы развития различных отраслей науки и мирового хозяйства в XIX - XX вв. привели к резкому увеличению потребления различных полезных ископаемых. В связи с этим начала развиваться горнодобывающая промышленность, характеризующая собой комплекс отраслей производства по разведке месторождении полезных ископаемых, их добыче из недр земли и первичной обработке. Горнодобывающая промышленность делится на следующие основные группы:
1. топливодобывающую (нефтяная добыча природного газа, угольная, сланцевая, торфяная);
2. рудодобывающую (железорудная, марганцеворудная, добыча руд цветных, благородных и редких металлов, радиоактивных элементов);
3. промышленность неметаллических ископаемых и местных стройматериалов (добыча мрамора, гранита, асбеста, мела, доломи-17
та, кварцита, каолина, глины, гипса, мергеля, полевого шпата, известняка);
4. горнохимическую (добыча апатита, калийных солей, нефелина, селитры, серного колчедана, борных руд, фосфатного сырья);
5. гидроминеральную (минеральные подземные воды, вода для водоснабжения и др. целей).
Наш мир базируется, как и прежде, на потреблении минеральных продуктов. Извлеченные и переработанные минералы классифицируются на пять товарных групп:
• железо и ферросплавы: железо, хром, кобальт, марганец, молибден, никель, тантал-ниобий, титан, вольфрам, ванадий;
• цветные металлы: алюминий, сурьма, мышьяк, боксит, висмут, кадмий, медь, галлий, германий, свинец, литий, ртуть, теллур, олово, цинк;
• драгоценные металлы и минералы: золото, платиноиды, серебро, алмазы (драгоценные и промышленные), редкоземельные элементы
• промышленные минералы: асбест, барит, бентонит, бор, диатомит, полевой шпат, флюорит, гипс и ангидрид, графит, гуано, каолин, магнезит, перлит, поташ, фосфат, соль, сера, тальк, вермикулит, цирконий;
• энергетическое топливо: битуминозный уголь, лигнит,
нефть, природный газ, горючий сланец, уран.
Удельный вес групп минералов в общемировой добыче минеральной продукции представлен далее (см. рис. 1).
Превалирующая роль в настоящее время принадлежит энергетическим минеральным продуктам (нефть, газ, уголь, уран), доля которых присутствует практически в каждом изделии, потребляемом обществом. Однако и потребление неэнергетических минеральных продуктов (металлы, строительные материалы, редкоземельные элементы) возросло в огромных размерах.
В связи с ускорением научно-технического прогресса исключительно важная роль отводится топливно-энергетическим ресурсам. На следующем рисунке (рис. 2) показана динамика мировой добычи основных энергетических минеральных продуктов с 1979 по 2008 (энергетическое топливо).
Удельный вес групп минералов в общемировой добыче минеральной продукции в % за 2008 год
' 2
1 Ж-.:-,-:г1: ф-;'!!!:Iл^^ь-!
3 >' К' Г ,>! ■•.г.^МНи.'нЛГ/
5 ■ :-:КУ ::
Рис. 1. Удельный вес групп минералов
I Уголь 2 - I1 - , _| Гм | -I, ^ - - I
5 I Гидроэнергия 6 =Л Возобновляемые источники энергии Другое
Рис. 2. Динамика добычи основных энергетических минеральных продуктов млн. м3
Как видно из рис. 2-3, на первом месте по добычи энергетических минеральных продуктов находится нефть. Нефть и газ являются одной из основ российской экономики, важнейшим источником экспортных поступлений страны. В силу конкурентных факторов Россия на сегодняшний день не способна существенно увеличить долю готовых изделий и, прежде всего
Гидроэнергия энергии
;|^рц, '' т т-
Возобновляемые
ИСТОЧНИКИ
Другое
Нефть
35.0%
Рис. 3. Диаграмма распределения добычи основных энергетических минеральных продуктов 2008 г.
машинотехнических, в своем экспорте. Экспорт жидких углеводородов останется в ближайшем будущем основным источником внешнеторговых валютных поступлений и следовательно, основным источником финансирования импорта. Отрасли топливноэнергетического комплекса дают не менее 50% валютных поступлений России, позволяют поддерживать курс рубля.
Таким образом, нефтегазовая отрасль - это богатство России. Энергодобывающая промышленность РФ тесно связана со всеми отраслями народного хозяйства, имеет огромное значение для российской экономики. Спрос на нефть достаточно стабилен, хотя и подвержен кризисам и снижениям цен, что в российских налоговых условиях даже может поставить экспортные операции на грань ликвидности. Поэтому в успешном развитии нашей нефтегазодобывающей промышленности заинтересованы практически все развитые государства мира и в первую очередь мы сами. Значение нефти для современной экономики возрастает в связи с её ведущей ролью в топливно-энергетическом балансе, развитием нефтехимического производства. На следующих рисунках (рис. 4-6) показана мировая статистика производства, потребления нефти и динамика их роста/падения.
и 19В5 19В9 1994 2000 2004 2007
—б.СССР 12 11,6 7,4 В 11,4 12, В
—•СНА 10,6 В,9 В,4 7,7 7,2 6,9
Ближний Бостон 10,6 17,5 20,1 23,5 24, В 25,2
X Остальной мир 24,3 27,5 31,2 35,7 36,9 36,6
Рис. 4. Мировая динамика производства нефти с 1985-2007 гг.
За 22 года мировое производство нефти выросло почти на 42%. Разделение стран производителей на 4 основные группы (б.СССР, США, Ближний Восток, Остальной мир) позволяет проследить, за счет каких мировых регионов нефтедобычи так выросли показатели. Рост добычи произошел за счет Ближнего Востока и остальных регионов мира.
■ Саудовсксая Аравия 10,4
■ Россия 10,0
■ США 6,9
■ Иран 4,4
■ Китай 3,7
■ Мексика 3,Б
■ Канада 3.3
■ ОАЭ 2,9
■ КуБейт 2,6
3% ■ Венесуэла 2,6
■ Остальной мир 31,2
Рис. 5. Крупнейшие производители нефти в 2007 г.
21
■ США 20,7
■ Китай 7,9
■ Япония 5,1
■ Индия 2,7
■ Россия 2,7
■ Германия 2,4
■ Южная Корен 2,3 Канэдэ 2
■ Бразилия 2
Рис. 6 Крупнейшие потребители нефти в 2007 г. (млн. баррелей в сутки)
Пальму первенства по добыче нефти удерживает Саудовская Аравия, которой «наступает на пятки» Россия. На третьем месте пока держится США. Пока — потому, что в США устойчивая динамика падения добычи. Самое интересное, что в США есть достаточно разведанных нефтяных запасов, но они предпочитают держать их на «черный» день, предпочитая закупать нефть за рубежом. В принципе, их можно понять. Какая разница, сколько американской экономики напечатать денег, а тем более взять, как обычно в долг, для покупки нефти и других ресурсов. Все равно он (долг США) достиг уже такого размера, что не подлежит отдаче.
Крупнейшим потребителем нефти в мире является США. Они существенно опережают любую из стран и потребляют столько, сколько Китай, Япония, Индия, Россия и Германия вместе взятые — в 2007 году США потребляли 20,7 млн. баррелей в сутки.
Под минеральным продуктом, а именно нефтью, в общем виде понимаем химические элементы или их соединения, извлекаемые из недр земли для полезного использования. Нефть состоит из различных углеводородов (алканов, циклоалканов, аренов — ароматических углеводородов — и их гибридов) и соединений, содержащих, помимо углерода и водорода, гетероатомы — кислород, серу и азот. Нефть может выступать в первичном естественном виде (в чистом виде), в котором она сформировался в недрах, после пере-
работки и извлечения из нее отдельных компонентов, в комбинированном и системном виде в технологических изделиях (нефтепродукты, продукты нефтехимии и т.д.). На вид нефть - это маслянистая горючая жидкость, обладающая специфическим запахом, обычно коричневого цвета с зеленоватым или другим оттенком, иногда почти черная, очень редко бесцветная. Итак, нефти состоят главным образом из углерода - 79,5 - 87,5 % и водорода - 11,0 - 14,5 % от массы нефти. Кроме них в нефти присутствуют еще три элемента - сера, кислород и азот. Их общее количество обычно составляет 0,5 - 8 %. В незначительных концентрациях в нефти встречаются элементы: ванадий, никель, железо, алюминий, медь, магний, барий, стронций, марганец, хром, кобальт, молибден, бор, мышьяк, калий и др. Их общее содержание не превышает 0,02 - 0,03 % от массы нефти. Указанные элементы участвуют в образовании органических и неорганических соединения, из которых состоят нефти. Кислород и азот находятся в нефти только в связанном состоянии. Сера может встречаться в свободном состоянии или входить в состав сероводорода.
Геология «нефти и газа» имеют дело с первичным минеральным продуктом на стадиях его разведки и добычи. Качество минерального продукта повышается на стадиях переработки и химической очистки. Цель переработки нефти (нефтепереработка) — производство нефтепродуктов, прежде всего, различных топлив и сырья для последующей химической переработки. Первичные процессы переработки не предполагают химических изменений нефти и представляют собой ее физическое разделение на фракции (дизельная, керосиновая и бензиновая) по их температурам кипения в целях получения товарных нефтепродуктов или их компонентов. Во время перегонки происходит распределение нефтепродуктов на бензины (автомобильный и авиационный), реактивное топливо, керосин, дизельное топливо и мазут. Мазут, в свою очередь, служит исходным продуктом для получения дистиллятных масел, парафина, битума и жидкого котельного топлива. Оставшийся после перегонки концентрат - гудрон идет на дорожные и строительные покрытия. Продукты первичной переработки нефти, как правило, не все являются товарными
нефтепродуктами. Кроме того, тёмные нефтяные фракции могут быть подвергнуты дальнейшей квалифицированной переработке.
В связи с этим, нефтяные фракции поступают на установки вторичных процессов, призванные осуществить улучшение качества нефтепродуктов и углубление переработки нефти. Продуктами вторичной перегонки обычно являются бензиновые фракции, служащие для получения автомобильных и авиационных топлив, а также в качестве сырья для последующего получения ароматических углеводородов - бензола, толуола и других. Вторичная переработка нефти дает то сырье, которое ложится в основу таких продуктов, как синтетические волокна, синтетический каучук, пластмассы, различные моющие средства и красители.
С точки зрения экономики нефть может рассматриваться как товар на любой стадии его состояния, начиная с месторождения в недрах и кончая товарным нефтепродуктом, поставляемым на отечественные и мировые рынки. Однако на этом роль минерального продукта в современной экономике не заканчивается, поскольку каждая дальнейшая ступень в изготовлении потребляемых изделий представляет очередной этап переработки нефти, который и определяет в конечном итоге свойства изделия. Это уже, конечно, не нефть в чистом виде, но изделия определенного технологического уровня, основой которых является нефть.
Дальнейшее движение нефти по технологической лесенке (см. рис. 7) характеризуется все большим усложнением изделий. Можно сказать, что изделия из каждого конкретного минерального продукта имеют свой технологический потолок, выше которого начинается технологический уровень сложных, комплексных и системных изделий. Этот класс изделий отличается технологически тем, что для их создания требуется комбинация нескольких или множества минеральных продукта. Именно системные изделия являются продуктом высоких технологий. В настоящее время из нефти получают тысячи продуктов.
Продукт высоких технологий
м Изделия из множества минеральным продуктов
И здел ие N
Изделия из не скольким п+1 минеральным продуктов
Изделие і
к
с:
ш
СС
го
М ет ал л ич еск ие и здел ия
Металл 2 -
Средние дистилляты: технические и насыщенные масла, парафины и т.д.
Обогащение минерального сырья
Обогащенный минеральный продукт
Легкие дистилляты: средний бензин, тяжелый бензин и т.д.
Рис. 7. Физическая структура использования МП
На сегодняшний день из нефти производят (см. рис. 8): жидкое топливо (бензин, керосин, дизельное топливо и топливные масла), газообразное топливо, твердое топливо (нефтяной кокс), машинные масла и смазочные материалы, парафины и церезины, битумы, ароматические соединения, сажа, ацетилен, этилен, нефтяные кислоты и их соли, высшие спирты, пластмассы, сера, дёготь, удобрения, моющие средства, взрывчатку, пластилин, полиэтиленовую пленку, рыболовную леску, хозяйственные сумки, синтетические нитки и ткани (нейлон, капрон), одежду (чулки, шубы, белье, курт-
ки). Из нефти получают резину, из которой производятся шины и камеры колес всех машин, самолетов, велосипедов. Из нее также делают краски, лекарства, битум для изоляции труб и покрытия дорог. Синтетический аммиак. Нефтесодержащие ядохимикаты. Полученный из нефти воск - материал для свечей, вощеной бумаги и целлофана. Из нефти вырабатываются синтетические волокна, которые входят в состав тканей. Из нефти производится более тысячи смазочных масел. А смазочный материал так необходим во всем, начиная с часов и частей механизмов, заканчивая локомотивами и электрическими генераторами. Компьютеры на 80-90% процентов состоят из конечного продукта от нефти. С помощью нефти производятся DVD и CD диски. Фото-и кинопленки и цифровые носители - продукт переработки нефти. Нефть используется при изготовлении косметики (губная помада, тушь для ресниц, туалетная вода, краски для волос) и парфюмерии. Нефтепродукты идут на изготовление копировальной бумаги, красителей для печатания книг, газет. Асфальт, по которому мы все ходим также изготовляется из нефти. Нефть используется для производства нефтехимических веществ. Синтетическая пенная резина, пластмассовые плитки и пленка тоже изготавливаются из нефтепродуктов. На сегодняшний день одно из самых перспективных направлений в нефтехимии - биохимическая переработка нефтяных углеводородов для получения белковых веществ. Попросту говоря, это попытка создания продуктов питания из нефти. Сначала из нефти делают парафин, из него приготовляется питательная среда, в которую засевают особый вид бактерий. За несколько часов микроорганизмы перерабатывают парафин и образуют белок. Пока что синтетический белок используется только для откорма животных и птиц, однако ученые допускают возможность создания искусственного белка, пригодного в пищу и человеку.
На рис. 8 показана диаграмма основных продуктов нефти. Из рисунка видно, что превалирующая часть принадлежит топливу.
Также представлена таблица со всеми основными продуктами переработки нефти и их назначением (см. таблицу).
В 1 Автомобильный бензин И 2 Дизельное топливо 3 Авиационный бензин ■ 4 Сольвент*, смеси растворителей 15 Графитовая сажа 6 Мвута в 7 0«ж<енмый газ 8 &итугу1 ® 9 Смазочные материалы, консистентные смаз ки
Ю да
Рис. 8. Обобщенная диаграмма основных продуктов нефти
На данный момент нефть и газ являются одной из основ российской экономики, важнейшим источником экспортных поступлений страны. В силу конкурентных факторов Россия на сегодняшний день не способна существенно увеличить долю готовых изделий и, прежде всего машинотехнических, в своем экспорте. Экспорт жидких углеводородов останется в ближайшем будущем основным источником внешнеторговых валютных поступлений и, следовательно, основным источником финансирования импорта. Импорт необходим не только для наполнения потребительского сектора экономики страны, но и для обеспечения развития промышленной и сельскохозяйственной базы за счет ввоза современных высокотехнологичных и эффективных инвестиционных товаров.
Итак, в ходе всего процесса очищения нефть превращается в более чем 2000 полезных продуктов. Не многие это знают. Для большинства нефть - это синоним топлива. И, действительно, сегодня на энергии нефти работают миллионы машин и различных механизмов, жизнь без которых для нас немыслима. Когда-то, начав использование металлов, человечество перешло от каменного к бронзовому, а затем к железному веку. Без преувеличения исторической значимости нефтепродуктов, можно сказать, что сейчас мы живем в углеводородном веке. По сути на нефти построена вся современная цивилизация. А ведь начиналось все с малого. Смешно сказать, с... керосина для ламп.
28
Продукты переработки нефти
СЫРАЯ НЕФТЬ
Неконденсирующий-ся газ Водород Резка металла и производство синтетических углеводородных продуктов
ЗАВОДСКОЙ ГАЗ Легкие углеводороды Сварка, очищенные топлива, охладители
Газовая сажа Резиновые шины, чернила и краски
Сжиженный газ Приготовление пищи и отопление Синтетическое моторное топливо
Легкий бензин Горючее для газобензиновых двигателей
ЛЕГКИЕ ДИСТИЛЛЯ- ТЫ Бензин Средний бензин Автомобильный бензин Авиационный бензин Растворители Взрывчатые вещества Смешанные лигроины Сырье для производства синтетических химических продуктов
Тяжелый бензин Художественный краски, олифы, масляные краски Красители и растворители Растворители и разбавители красок
Керосин Средства для уничтожения насекомых Топливо для реактивных двигателей, печей, тракторов и осветительных приборов
СРЕДНИЕ ДИСТИЛЛЯ- ТЫ Г азойль Добавки к смазочным маслам Моющие средства Нафтеновые кислоты Бытовое отопление, использование в металлургии, горючее для дизельных двигателей и легкое промышленное топливо
Поглотительные масла Регенерация бензина и бензола
29
Светлые масла Технические масла Ядохимикаты для опыления насекомых и растений Использование при выпечке хлеба, упаковке фруктов, яиц, изготовлении конфет и др.
Медицинские масла Мази и кремы Косметика Медицинские масла для приема внутрь
Насыщенные масла Масла для обработки дерева, кожи и др
Эмульгированные масла Масла, используемые при резании, изготовлении бумаги, текстиля, выделке кожи
Масла для электроэнергетики Трансформаторное масло, масла для масляных выключателей, масла для регенерации металлов
Воски для изготовления жевательных резинок и конфет
Изоляционные и пропитывающие воски Воск для производства бумаги, спичек, картона
Парафины Медицинский парафин Консервирующие парафины Синтетические смазки и их производные
ТЯЖЕЛЫЕ ДИСТИЛЛЯТЫ Жирные кислоты Жиры и моющие средства Смазки
Жирные спирты и сульфаты Добавки при производстве резины Бытовые смачивающие и моющие средства
Смазочные масла Веретенное, турбинное, трансформаторное и компрессорное масла Бытовые смазочные масла Масла для холодильников, измерительных приборов, масла для пыленепроницаемых покрытий Моторные, дизельные, авиационные, железнодорожные масла Масла для клапанов, задвижек, трансмиссионные масла, типографская краска Масла для отпуска и закалки металлов Густые смазки для масленок, выключателей, автомобилей,
® _______________________________________________________________________________________________Продолжение таблицы
Вазелин Косметика Различные желе и мази Предотвращение ржавчины, добавки в резину для увеличения ее эластичности, смазки, покрытие и изоляция кабелей и тросов
Остаточные топлива Консерванты дерева Масла для металлургии Котельное топливо для морских и речных судов Котельное топливо для железнодорожных локомотивов
ОСТАТКИ ПЕРЕГОНКИ Асфальт Кровельный материал, кожезаменитель Пропитка бумаги, дранки, картона Гудрон Основы эмульсий Брикетирование и асфальтовое дорожное покрытие Основы красок Пропитка настила для пола Покрытие и гидроизоляция кровли Заменители резины Изоляционные битумы
Кокс Угольные электроды Угольные щетки Топливные кокс Металлургический кокс
Кислый кокс Топливо
ГУДРОН Сульфокислоты Средства для расщепления жиров Омыляющие реагенты Эмульгаторы Деэмульгаторы
1. Пучков Л.А. Минеральные модели экономики // Статья в инженерную академию. -2005.- 6 с.
2. INTERNATIONAL ENERGY AGENCY - Key World Energy Statistics 20072008. ЕШ
V.I. Aleksandrova
THE OIL AND ITS PRODUCT CONSUMPTION
In the given work consumption of oil and its products is considered. Relative density of a power mineral product in universal extraction of groups of mineral production is shown. The largest manufacturers and oil consumers are also considered. The World dynamics of oil manufacture with 1985 on 2007 is shown. Chemical elements and connections in oil are considered. Movement of a mineral product (crude oil) on a technological short flight of stairs characterizing is shown by the increasing complication of products. And also primary and secondary processes of oil refining are considered. The basic products of oil refining are listed. The generalized diagramme of the cores of mineral oil consumed by a society is presented.
Keywords: minerals, oil, mineral oil, mining industry, fuel industry, fuel and energy resources, fuel and energy balance, export earnings, oil fractions, oil chemistry, oil refining, factious distillation of oil, technological staircase, technological level, system
— Коротко об авторе --------------------------------------------------
Александрова В. И. - аспирантка, кафедра АСУ, Московский государственный горный университет, Aleksandrova.VI@gazprom-neft.ru.
products.
