double arrow

Топливно-энергетический баланс развитых промышленных стран

2

Курс ХТТ изучает технологии переработки таких источников энергии, как нефть, природный углеводородный газ и уголь.

Нефтедобывающая, нефтеперерабатывающая и нефтехимические отрасли промышленности являются определяющими не только технический потенциал государства, но даже могут оказывать влияние на политику.

Основное использование нефти – производство топлив и масел ( до 80%). Топлива делятся на две группы: моторные, предназначенные для ДВС, преобразующих энергию топлива в механическую работу, и не моторные, предназначенные для печей, котлов, преобразующих энергию топлива в тепловую энергию другого энергоносителя – пара, горячей воды, горячего металла и т.д.

На основе нефти производится 100 % всех минеральных масел и смазок и более 90 % органических химических продуктов.

Из нефти производят нефтепродукты специального назначения:

-жидкие парафины;

-нефтяные битумы;

-технический углерод;

-нефтяной кокс;

-нефтяные растворители;

-осветительный керосин;

-парафины, церезины, вазелины;

-смазочно-охладительные жидкости;

-пластификаторы и умягчители.

На основе нефти и газа производят разнообразные газообразные, жидкие, твердые продукты, которые применяются практически во всех отраслях промышленности (это пластмассы, синтетические волокна, каучуки, лаки, краски, моющие средства, минеральные удобрения и др.).

Переработка нефти в мировом масштабе по числу НПЗ характеризуется так:

Регион   АТ ВТ
Азия и страны Тихоокеанского региона      
Западная Европа      
Восточная Европа      
Средний Восток      
Африка      
Америка      
Всего      

Средняя мощность НПЗ по сырой нефти составляет: в целом в мире 6 млн. т/год, в СНГ – 11 млн.т/год, в Америке – 5 млн.т/год.

В доле вторичных процессов Россия уступает ведущим странам. Доля процессов вторичной переработки нефти в % от первичной показана в таблице.

Процесс Россия Англия США
Каталитический риформинг 8,7   21,2
Каталитический крекинг 4,1 23,5 31,7
Термокрекинг 3,2 8,2 12,4
Гидроочистка 15,7 41,7 39,5
Гидрокрекинг 0,2 2,8 7,9
Алкилирование 0,2 5,1 6,3
Изомеризация - 4,0 5,0

Углубление переработки нефти на 1% потребует энергии в 15-20 раз меньше, чем увеличение добычи на 1%.

Потребление нефтепродуктов в России в млн.т:

1990 год -250; 1994 -135; 1995 -136; 2000 -140; прогноз 2010 -165; 2020 - 190.

Добываемые нефтяные и природные газы, в составе которых преимущественно содержится метан, используют в основном как котельно-печное топливо. Запас тепловой энергии в природных газах особенно велик. Теплотворная способность разных энергоносителей приводится в таблице.

Компонент Низшая теплота сгорания, тыс. ккал/кг Низшая теплота сгорания СН4=8555 ккал/кг, С2Н6= 15226 ккал/кг, С3=21795 ккал/кг, С4=28338 ккал/кг.
Дрова 4,5-5
Торф 4,5-5,5
Каменный уголь 6-8,5
Керосин, бензин, мазут 10,5-11,5
Природный газ 8,5-12
Попутные нефтяные газы 10-16
Сжиженные газы  

Себестоимость газообразного топлива сравнительно невелика, а экологически это самое чистое топливо.

Уголь – применяется как бытовое, котельное топливо и топливо для металлургических печенй. Из угля получают жидкие органические продукты путем его коксования, газификации или гидрирования.

Продукты коксования: каменноугольная смола –это высокоароматизированный жидкий продукт для нефтехимии.

Продукты газификации углей: синтез-газ (СО+Н2) для реакции Фишера-Тропша с целью получения метанола или углеводородов.

Продукты прямого гидрирования углей: широкая фракция ИЖТ (искусственное жидкое топливо), из которой, как из нефти, получают разные виды топлив. Однако этот метод ограничен высокой с/с готовых продуктов. Это перспектива.

В структуре топливно-энергетического баланса, как за рубежом, так и в России за последнее время доля нефти возрастает, а доля угля неуклонно снижается, быстрыми темпами растет доля природного газа, расширяется использование атомной энергии.

Прогнозные цифры на 2000г. уголь – 23,7 %, нефть 26,3 %, атом – 22 %, газ – 23%. Из-за быстрого роста использования атомной энергии и природного газа произошло замедление роста доли нефти в структуре баланса некоторых стран.

Структура топливно-энергетического баланса любой страны в основном определяется уровнем и направлением развития их экономики. Страны с высокоразвитой промышленностью имеют большую долю нефти в своих энергетических балансах, чем аграрные, слаборазвитые страны.

Структура энергоносителей России 2004

Изменение структуры топливно-энергетического баланса России таково, что доля газа в нем непрерывно растет.

За последние 10 – 20 лет быстро наращивается добыча природного газа. Общие мировые запасы газа оцениваются в 130 – 140 трлн. м3/год, а мировая добыча составляет 1,8 млрд. м3/год. Так в 1994 году добыча газа в странах СНГ составила 730 млрд. м3/год, в том числе в России 580 млрд. м3/год.

За последние годы значение нефти как основного энергоисточника постепенно уменьшается, на первые позиции выходят более экономичные и главное экологически чистые источники энергии, такие как природный газ, гидроэнергоресурсы, ресурсы атомной энергии.

Тем не менее, роль нефтепродуктов по-прежнему велика, мощности нефтехимических заводов увеличиваются, в продукции нефтепереработки растет доля сложных типов перегонки – термического и каталитического крекинга и риформинга.

История промышленной нефтепереработки берет начало в 18 веке.

В 1745 году был построен первый нефтеперегонный завод в России на реке Ухте, а в 1823 году второй завод – около г. Моздока. На этих заводах отгоняли осветительный керосин, а легко испаряющийся головной продукт перегонки – бензин и тяжелый остаток – мазут сжигали в «мазутных» ямах, не находили им применения. Первоначально нефти перегоняли в кубах периодического действия, а с середины 80-х годов 19 века – на кубовых батареях непрерывного действия. Создателями кубовых батарей для перегонки нефти и мазута были русские инженеры: Инчик А.Ф., Шухов В.Г., Елин И.И.

В 1876 году Шухов изобрел форсунку для сжигания жидкого топлива, в результате балласт производства – мазут стал применяться в качестве топлива для паровых котлов. В том же году Д.И. Менделеев показал возможность получения из мазута минеральных смазочных масел перегонкой в вакууме или в токе водяного пара. Нефтяные масла стали вытеснять животные и растительные. Русские минеральные масла широко экспортировались за границу и считались самыми высококачественными.

Появление первых автомобилей дало толчок дальнейшему развитию нефтепереработки: наряду с керосином стали получать из нефти и бензин моторное топливо для автомобилей; благодаря открытию в 1890 году Шуховым и Гавриловым трубчатой нефтеперегонной установки непрерывного действия.

В развитие отечественной нефтепереработки большой вклад внесли русские исследователи: Летний, Харичков, Обрядчиков, Фрост и др. (термический крекинг). Велика роль ученых химиков: Зелинского, Казанского, Молдавского, Морковникова – разработали основы каталитического крекинга и кат. риформинга.

В начале 20 века почти вся добыча нефти в России была сосредоточена в районе г. Баку, который вскоре стал крупнейшим нефтяным центром Европы. В 1913 году 80 % добытой нефти приходилось на район Баку, 16 % - Грозный, остальное – Урало-Эмбенский район, Фергана, Майкоп.

После октябрьской революции развитие нефтяной промышленности значительно ускорилось. Инженеры и ученные во главе с Губкиным И.М. провели работу по ликвидации последствий гражданской войны и восстановлению и перевооружению нефтяной промышленности. В 1928 году – завершился восстановительный период нефтяной промышленности. Великая отечественная война – широкое внедрение карбюраторных, дизельных газотурбинных турбореактивных, турбовинтовых двигателей определило широкий размах в развитии нефтяной и газовой отрасли.

В послевоенный период создается и внедряется технология комплексной переработки серистых нефтей, высокосмолистых, парафинистых нефтей Восточной Сибири. Было организовано промышленное использование природных и попутных нефтяных газов для производства минеральных удобрений, спиртов, полиэтилена, полипропилена, синтетич. каучука, синтетических волокон, пластмасс и др. Использование углеводородного нефтехимического сырья позволило высвободить значительное количество пищевых продуктов: зерна, картофеля, свеклы, растительных масел и животных жиров. Использование природного газа в металлургии привело к росту производительности труда и 30% экономии дорогостоящего кокса.

На базе больших запасов природных и нефтяных газов можно организовать крупнотоннажные и высокорентабельные производства этана, сжиженных газов (пропан, бутан), моторного топлива. Учитывая высокую эффективность газового сырья многие нефтедобывающие страны расширяют строительство газоперерабатывающих заводов. Природный и нефтяной газ – это еще сырье для производства дешевой серы, гелия и минеральных удобрений. Первый этап развития переработки газа - 20-40 годы – эра газового бензина (С5 и выше), т. к. ГПЗ в этот период строили с целью извлечения газового бензина и подготовки газа к транспортировке. На ГПЗ из газа выделялась свободная влага, удалялись механические примеси, производилась осушка до заданной точки росы. Второй этап: - эра сжиженных газов - 50-60 годы, т. к. ГПЗ стали строить в основном с целью извлечения сжиженных газов (пропана, бутана), которые использовались в качестве коммунально-бытового, моторного топлив и нефтехимического сырья. Третий этап – середина 60-х годов – эра этана, т.к. в этот период стали извлекать из газа товарный этан (широкая этановая фракция).

На современных ГПЗ строят комбинированные установки, на которых совмещается несколько технологических процессов, наблюдается тенденция к увеличению единичных мощностей технологических линий. Так, например, МГПЗ пускался в 1972 году и мощность 1 нитки составляла 1.7 млрд.м3/год, а уже каждая очередь Оренбургского ГПЗ составляла 5 млрд.м3/год и Астраханский ГПЗ – 12 млрд.м3/год.

Природные энергоносители (нефть, газ) - это не только источники получения энергии, они являются также сырьевой базой химической отрасли промышленности. Д.И. Менделеев рассматривал нефть как ценнейшее химическое сырье и призывал химиков всесторонне исследовать её и разрабатывать новые пути её химической переработки.

Сырьевой базой промышленности органического синтеза являются газы, содержащие значительные количества этана, пропана, бутана и более тяжелых углеводородов. Этан является сырьем для в производстве этилена, который необходим при производстве пластмасс, оксида этилена и ПАВ. Так, по объему производства и структуре потребления этилена определяют уровень развития промышленности органического синтеза. В США в связи с высокой эффективностью этого сырья производство этана увеличилось в конце 60-х годов на 24-31 %, и последующий ежегодный прирост составил 5-25 %.

В Западной Европе после открытия крупных месторождений повысился интерес к легкому пиролизному сырью, т. к. из этана можно производить до 25% этилена. Повышенный интерес к этому сырью объясняется тем, что использование этана в химической и нефтехимической отраслях промышленности позволяет улучшить структуру пиролизного сырья и обеспечить высокую сбалансированность производства и потребления этилена с одной стороны, бутадиена и др. побочных продуктов пиролиза бензина, с другой стороны, (этилен-полиэтилен, этилен – этиловый спирт) производства с законченным технологическим циклом. Выход этилена из этана – 70 %, из бензина – 27 %, из вакуумного газойля – 15%.

На нефтеперерабатывающих заводах пропилен содержится в газах пиролиза бензина и каталитического крекинга тяжелых нефтяных фракций. Развитие и рост этиленпотребляющих производств способствует развитию и строительству этиленовых установок большой единичной мощности. В последние годы широкое развитие получило крупнотоннажное производство кормового белка из синтетического этилового спирта методом микробиологического синтеза. Перспективным является использование этана в качестве сырья для производства винилхлорида, ацетальдегида и этилового спирта взамен промежуточного этилена. Таким образом, газовое сырье является наиболее эффективным в нефтехимической промышленности.

Другой компонент природных и нефтяных газов - пропан, в США около 65 % вырабатывают на ГПЗ используется в качестве нефтехимического (пиролизного) сырья, коммунально-бытового и моторного топлива, сушки с/х продукции. Из газов извлекают также н-бутан, i-бутан, С5, i-С5, которые используют для производства синтет. каучука, моторного топлива, сжиженного газа.

Сырье и моторное топливо, получаемые из газа – высокоэффективны, имеют повышенный интерес на рынке, т. к. методы их получения путем углубления переработки нефти более дорогостоящие.

В последнее время наметилась тенденция комплексного подхода к использованию ресурсов нефтяных и природных газов, т. к. увеличение производства моторных топлив и нефтехимического сырья будет обеспечиваться, в основном, за счет увеличения мощностей вторичных процессов переработки нефти (крекинга) и ввода мощностей по переработке угля, для строительства которых требуются большие кап. вложения.

 
 

В промышленности применяются различные методы химической переработки метана и его производных.

 
 


Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:  


2

Сейчас читают про: