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| 石油 |
石油,也称原油或黑色金子,是一种粘稠的、深褐色(有时有点绿色的)液体。地壳上层部分地区有石油储存。石油的性质因产地而异,密度为0.8 ~ 1.0 克/厘米3,粘度范围很宽,凝固点差别很大(30 ~ -60°C),沸点范围为常温到500°C以上,可容于多种有机溶剂,不溶于水,但可与水形成乳状液。它由不同的碳氢化合物混合组成,组成石油的化学元素主要是碳 (83% ~ 87%)、氢(11% ~ 14%),其余为硫(0.06% ~ 0.8%)、氮(0.02% ~ 1.7%)、氧(0.08% ~ 1.82%)及微量金属元素(镍、钒、铁等)。由碳和氢化合形成的烃类构成石油的主要组成部分,约占95% ~ 99%,含硫、 氧、氮的化合物对石油产品有害,在石油加工中应尽量除去。不过不同的油田的石油的成分和外貌可以区分很大。石油主要被用来作为燃油和汽油,燃料油和汽油组成目前世界上最重要的一次能源之一。石油也是许多化学工业产品如溶液、化肥、杀虫剂和塑料等的原料。今天88%开采的石油被用作燃料,其它的12%作为化工业的原料。由于石油是一种不可更新原料,许多人担心石油用尽会对人类带来的后果。

石油——固态
在中东地区-波斯湾一带有丰富的储藏,而在俄罗斯、美国、中国、南美洲等地也有很大量的储藏。石油的常用衡量单位“桶”为一个容量单位,即42加仑。因为各地出产的石油的密度不尽相同,所以一桶石油的重量也不尽相同。一般地,一吨石油大约有7桶
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| 石油 | |
8世纪新建的巴格达的街道上铺有从当地附近的自然露天油矿获得的沥青。9世纪阿塞拜疆巴库的油田用来生产轻石油。10世纪地理学家阿布·哈桑·阿里·麦斯欧迪和13世纪马可·波罗曾描述过巴库的油田。他们说这些油田每日可以开采数百船石油。
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| 石油 | |
19世纪石油工业的发展缓慢,提炼的石油主要是用来作为油灯的燃料。20世纪初随着内燃机的发明情况骤变,至今为止石油是最重要的内燃机燃料。尤其在美国在德克萨斯州、俄克拉何马州和加利福尼亚州的油田发现导致“淘金热”一般的形势。
1910年在加拿大(尤其是在艾伯塔)、荷属东印度、波斯、秘鲁、委内瑞拉和墨西哥发现了新的油田。这些油田全部被工业化开发。
直到1950年代中为止,煤依然是世界上最重要的燃料,但石油的消耗量增长迅速。1973年能源危机和1979年能源危机爆发后媒介开始注重对石油提供程度进行报道。这也使人们意识到石油是一种有限的原料,最后会耗尽。不过至今为止所有预言石油即将用尽的试图都没有实现,所以也有人对这个讨论表示不以为然。石油的未来至今还无定论。2004年一份《今日美国》的新闻报道说地下的石油还够用40年。有些人认为,由于石油的总量是有限的,因此1970年代预言的耗尽今天虽然没有发生,但是这不过是被迟缓而已。也有人认为随着技术的发展人类总是能够找到足够的便宜的碳氢化合物的来源的。地球上还有大量焦油砂、沥青和油母页岩等石油储藏,它们足以提供未来的石油来源。目前已经发现的加拿大的焦油砂和美国的油母页岩就含有相当于所有目前已知的油田的石油。
今天90%的运输能量是依靠石油获得的。石油运输方便、能量密度高,因此是最重要的运输驱动能源。此外它是许多工业化学产品的原料,因此它是目前世界上最重要的商品之一。在许多军事冲突(包括第二次世界大战和海湾战争)中占据石油来源是一个重要因素。今天约80%可以开采的石油储藏位于中东,其中62.5%位于沙特阿拉伯(12.5%)、阿拉伯联合酋长国、伊拉克、卡塔尔和科威特。
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| 石油——中国石油标志 |
1、生物成油理论
大多数地质学家认为石油像煤和天然气一样,是古代有机物通过漫长的压缩和加热后逐渐形成的。按照这个理论石油是由史前的海洋动物和藻类尸体变化形成的。(陆上的植物则一般形成煤。)经过漫长的地质年代这些有机物与淤泥混合,被埋在厚厚的沉积岩下。在地下的高温和高压下它们逐渐转化,首先形成腊状的油页岩,后来退化成液态和气态的碳氢化合物。由于这些碳氢化合物比附近的岩石轻,它们向上渗透到附近的岩层中,直到渗透到上面紧密无法渗透的、本身则多空的岩层中。这样聚集到一起的石油形成油田。通过钻井和泵取人们可以从油田中获得石油。地质学家将石油形成的温度范围称为“油窗”。温度太低石油无法形成,温度太高则会形成天然气。虽然石油形成的深度在世界各地不同,但是“典型”的深度为四至六千米。由于石油形成后还会渗透到其它岩层中去,因此实际的油田可能要浅得多。因此形成油田需要三个条件:丰富的源岩,渗透通道和一个可以聚集石油的岩层构造。
2、非生物成油理论
非生物成油的理论天文学家托马斯·戈尔德在俄罗斯石油地质学家尼古莱·库德里亚夫切夫(Nikolai Kudryavtsev)的理论基础上发展的。这个理论认为在地壳内已经有许多碳,有些这些碳自然地以碳氢化合物的形式存在。碳氢化合物比岩石空隙中的水轻,因此沿岩石缝隙向上渗透。石油中的生物标志物是由居住在岩石中的、喜热的微生物导致的。与石油本身无关。
在地质学家中这个理论只有少数人支持。一般它被用来解释一些油田中无法解释的石油流入,不过这种现象很少发生。
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原油的颜色非常丰富,有红、金黄、墨绿、黑、褐红、甚至透明;原油的颜色是它本身所含胶质、沥青质的含量,含的越高颜色越深。原油的颜色越浅其油质越好!透明的原油可直接加在汽车油箱中代替汽油!原油的成分主要有:油质(这是其主要成分)、胶质(一种粘性的半固体物质)、沥青质(暗褐色或黑色脆性固体物质)、碳质(一种非碳氢化合物)。石油由碳氢化合物为主混合而成的,具有特殊气味的、有色的可燃性油质液体!天然气是以气态的碳氢化合物为主的各种气体组成的,具有特殊气味的、无色的易燃性混合气体。在整个的石油系统中分工也是比较细的:构成石油的化学物质,用蒸馏能分解。原油作为加工的产品,有煤油、苯、汽油、石蜡、沥青等。严格地说,石油以氢与碳构成的烃类为主要成分。分子量最小的4种烃,全都是煤气。
1、CH4 (甲烷, methane) - 沸点 -107℃
2、C2H6(乙烷, ethane) - 沸点 -67℃
3、C3H8 (丙烷, prop ane) - 沸点 -43℃
4、C4H10 (丁烷, butane) - 沸点 -0.5℃
物探:专门负责利用各种物探设备并结合地质资料在可能含油气的区域内确定油气层的位置;
钻井:利用钻井的机械设备在含油气的区域钻探出一口石油井并录取该地区的地质资料;
井下作业:利用井下作业设备在地面向井内下入各种井下工具或生产管柱以录取该井的各项生产资料,或使该井正常产出原油或天然气并负责日后石油井的维护作业;
采油:在石油井的正常生产过程中录取石油井的各项生产资料并对石油井的生产设备进行日常维护;
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| 石油——海中作业 |
2、金融产品
作为世界上最重要的原材料之一石油本身是投机生意的目标。由于许多企业依靠石油,因此它的价格对股票价格影响很大。
二、种类
世界上常用的参考原油为:
1、北海布伦特原油由北海东设得兰盆地中的15个油田的原油组成。开采出来的油首先运输到设得兰群岛的萨洛姆·石油终端。欧洲、非洲和中东运往西方的原油按照北海布伦特原油标价,因此它是一个重要的价格标数。
2、西德州轻质原油包括所有北美洲的原油
3、迪拜,用作输往亚洲-太平洋地区的中东原油的价格标数
4、TAPIS(来自马来西亚,用来作为远东轻原油的参考标准)
5、MINAS(来自印度尼西亚,用来作为远东重原油的参考标准)
从2005年6月15日开始石油输出国组织的使用以下原油的平均价格:
| 印尼的MINAS |
| 阿尔及利亚的撒哈拉混合油 |
| 伊朗的伊朗重油 |
| 伊拉克的巴士拉轻质原油 |
| 科威特的科威特出口原油 |
| 利比亚的利比亚轻质原油 |
| 尼加拉瓜的伯尼轻质 |
| 卡塔尔的卡塔尔马林 |
| 沙特阿拉伯的阿拉伯轻油 |
| 阿联酋的穆尔本原油 |
| 委内瑞拉的BCF17 |
石油输出国组织试图通过提高或较少生产量来使得油价保持在一个上限和一个下限之间。因此它的标价对市场分析非常重要。而且它的标价包括轻油和重油,因此比北海布伦特原油和西德州轻质原油要重要。
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| 石油——正在开采 |
从寻找石油到利用石油,大致要经过四个主要环节,即寻找、开采、输送和加工,这四个环节一般又分别称为“石油勘探”、“油田开发”、“油气集输”和“石油炼制”。下面就这四个环节来追溯一下石油工业的发展历史。“石油勘探”有许多方法,但地下是否有油,最终要靠钻井来证实。一个国家在钻井技术上的进步程度,往往反映了这个国家石油工业的发展状况,因此,有的国家竞相宣布本国钻了世界上第一口油井,以表示他们在石油工业发展上迈出了最早的一步。“油田开发”指的是用钻井的办法证实了油气的分布范围,并且油井可以投入生产而形成一定生产规模。从这个意义上说,1821年四川富顺县自流井气田的开发是世界上最早的天然气田。“油气集输”技术也随着油气的开发应运而生,公元1875年左右,自流井气田采用当地盛产的竹子为原料,去节打通,外用麻布缠绕涂以桐油,连接成我们现在称呼的“输气管道”,总长二、三百里,在当时的自流井地区,绵延交织的管线翻越丘陵,穿过沟涧,形成输气网络,使天然气的应用从井的附近延伸到远距离的盐灶,推动了气田的开发,使当时的天然气达到年产7000多万立方米。
至于“石油炼制”,起始的年代还要更早一些,北魏时所著的《水经注》,成书年代大约是公元512~518年,书中介绍了从石油中提炼润滑油的情况。英国科学家约瑟在有关论文中指出:“在公元十世纪,中国就已经有石油而且大量使用。由此可见,在这以前中国人就对石油进行蒸馏加工了”。说明早在公元六世纪我国就萌发了石油炼制工艺。石油是一种液态的,以碳氢化合物为主要成分的矿产品。原油是从地下采出的石油,或称天然石油。人造石油是从煤或油页岩中提炼出的液态碳氢化合物。组成原油的主要元素是碳、氢、硫、氮、氧具有不同结构的碳氢化合物的混和物为主要成份的一种褐色、暗绿色或黑色液体。伊拉克共和国的石油储量居世界第二位。中国人民发现和使用石油的时间为世界最早。始于何时,据稽考,至迟在三千多年前就已开始。
开采石油的第一关是勘探油田。今天的石油地质学家使用重力仪、磁力仪等仪器来寻找新的石油储藏。地表附近的石油可以使用露天开采的方式开采。不过今天除少数非常偏远地区的矿藏外这样的石油储藏已经几乎全部耗尽了。今天在加拿大艾伯塔的阿萨巴斯卡油砂还有这样的露天石油矿。在石油开采初期少数地方也曾有过打矿井进行地下开采的矿场。埋藏比较深的油田需要使用钻井才能开采。海底下的油矿需要使用石油平台来钻和开采。为了将钻头钻下来的碎屑以及润滑和冷却液运输出钻孔,钻柱和钻头是中空的。在钻井时使用的钻柱越来越长,钻柱可以使用螺旋连接在一起。钻柱的端头是钻头。大多数今天使用的钻头由三个相互之间成直角的、带齿的钻盘组成。在钻坚硬岩石是钻头上也可以配有金刚石。不过有些钻头也有其它的形状。一般钻头和钻柱由地上的驱动机构来旋转,钻头的直径比钻柱要大,这样钻柱周围形成一个空洞,在钻头的后面使用钢管来防止钻孔的壁塌落。
钻井液由中空的钻柱被高压送到钻头。钻井泥浆则被这个高压通过钻孔送回地面。钻井液必须具有高密度和高粘度。有些钻头使用钻井液来驱动钻头,其优点是只有钻头,而不必整个钻柱被旋转。为了操作非常长的钻柱在钻孔的上方一般建立一个钻井架。在必要的情况下,今天工程师也可以使用定向钻井的技术绕弯钻井。这样可以绕过被居住的、地质上复杂的、受保护的或者被军事使用的地面来从侧面开采一个油田。地壳深处的石油受到上面底层以及可能伴随出现的天然气的压挤,它又比周围的水和岩石轻,因此在钻头触及含油层时它往往会被压力挤压喷射出来。为了防止这个喷射现代的钻机在钻柱的上端都有一个特殊的装置来防止喷井。一般来说刚刚开采的油田的油压足够高可以自己喷射到地面。随着石油被开采,其油压不断降低,后来就需要使用一个从地面通过钻柱驱动的泵来抽油。通过向油井内压水或天然气可以提高可以开采的油量。通过压入酸来溶解部分岩石(比如碳酸盐)可以提高含油层岩石的渗透性。随着开采时间的延长抽上来的液体中水的成分越来越大,后来水的成分大于油的成分,今天有些矿井中水的成分占90%以上。通过上述手段、按照当地的情况不同今天一个油田中20%至50%的含油可以被开采。剩下的油今天无法从含油的岩石中分解出来。通过以下手段可以再提高能够被开采的石油的量:
开采手段
1、通过压入沸水或高温水蒸汽,甚至通过燃烧部分地下的石油
2、压入氮气
3、压入二氧化碳来降低石油的黏度
4、压入轻汽油来降低石油的黏度
5、压入能够将油从岩石中分解出来的有机物的水溶液
6、压入改善油与水之间的表面张力的物质(清洁剂)的水溶液来使油从岩石中分解出来。
7、这些手段可以结合使用。虽然如此依然有相当大量的油无法被开采。
水下的油田的开采最困难。要开采水下的油田要使用浮动的石油平台。在这里定向钻井的技术使用得最多,使用这个技术可以扩大平台的开采面积。
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| 被石油污染的地中海 |
另一个技术是将天然气或者煤转化为油(这里指的是石油中含有的不同的碳氢化合物)。
这些技术中研究得最透彻的是费·托工艺。这个技术是第二次世界大战中纳粹德国为了补偿德国进口石油被切断而研究出来的。当时德国使用国产的煤来制造代替石油。二战中德国半数的用油是使用这个工艺产生的。但是这个工艺的成本比较高。在油价低的情况下它无法与石油竞争,只有在油价高的情况下它才有竞争力。
通过多重工艺过程这个技术可以将高烟煤转换为合成油,在理想状况下从一吨煤中可以提炼200升原油和众多副产品。目前有两个公司出售它们的费-托工艺技术。马来西亚民都鲁的壳牌公司使用天然气作为原料生产低硫柴油燃料。南非的沙索公司使用煤作为原料来生产不同的合成油产品。今天南非的大多数柴油是使用这个技术生产的。当时南非发展了这个技术来克服它因为种族隔离受到制裁所导致的能源紧缺。近年来对柴油机的环保要求提高使得对低硫柴油的需求量加大,因此这个工艺又获得了注意。
另一个将煤转化为原油的技术是1930年代在美国发明的卡里克工艺。最新的类似的技术是热解聚,理论上使用这个工艺可以将任何有机废物转化为原油。
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| 石油——价格一览表 |
很多人指责石油输出国组织控制油价,他们指出石油开采的实际价值只在每桶两美元左右。石油输出国组织则反驳说首先开采石油不仅仅是开采,而且此前的勘探、钻井等等的价值也必须被包括进去。此外不能只用最低的开采价值作为标准。许多地方的开采价值高于上述的每桶两美元。而且由于石油输出国组织通过控制开采量控制油价保持在一定的程度上使得一些油田(比如北海的油田)得以开采。此外石油输出国组织的能力往往被错误高估。1990年代由于油价低使得在石油工业的投资非常低。尤其是目前勘探新的油田的价格非常高。这导致了2000年代初油价飞涨时石油输出国组织没有任何扩大开采量的余地来保持油价的稳定。
油价与全球宏观经济状态息息相关,因此油价是一个关键性价格。一些经济学家称高油价对全球经济增长有负影响。虽然高油价一般认为是经济增长导致的,但这说明两者之间的关系是非常不稳定的。
一、地下储藏量和各国的备用储藏
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| 石油——各时期石油储存状况一览表 |
| 沙特阿拉伯 | 1037万桶每日 |
| 俄罗斯 | 927万桶每日 |
| 美国 | 869万桶每日 |
| 伊朗 | 409万桶每日 |
| 墨西哥 | 383万桶每日 |
| 中国 | 362万桶每日 |
| 挪威 | 318万桶每日 |
| 加拿大 | 314万桶每日 |
| 委内瑞拉 | 286万桶每日 |
| 阿联酋 | 276万桶每日 |
| 科威特 | 251万桶每日 |
| 尼日利亚 | 251万桶每日 |
| 英国 | 208万桶每日 |
| 伊拉克 | 203万桶每日 |
工业国家的人均石油消耗量比发展中国家的人均石油消耗量要高得多。2003年美国年人均石油消耗量为26桶,德国为11.7桶,中国为1.7桶,印度为0.8桶,孟加拉国只有0.2桶。
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| 石油的重要用途 |
环境影响:开采石油是非常昂贵的,也可能对环境带来破坏。海上探油和开采会打扰海洋环境。尤其以清理海底的挖掘工作破坏环境最大。油轮事故后泄漏的原油或提炼过的油在阿拉斯加、加拉帕戈斯群岛、西班牙和许多其它地区脆弱的海岸生态系统造成严重的破坏。
石油燃烧时向大气层释放二氧化碳,导致全球变暖。每能量单位石油释放的二氧化碳低于煤,但是高于天然气。但是作为交通用燃料要减少焚油导致的二氧化碳的释放尤其棘手。一般只有大的发电厂才能够装配吸收二氧化碳的装置,单个车辆无法装配这样的装置。
虽然现在也有可再生能源作为选择,但是可再生能源能够取代多少石油以及可再生能源本身可能导致的环境破坏还不肯定和有争议。阳光、风、地热和其它可再生能源无法取代石油作为高能量密度的运输能源。要取代石油这些可再生能源必须转换为电(以蓄电池的形式)或者氢(通过燃料电池或内燃)来驱动运输工具。另一个方案是使用生物质能产生的液体燃料(乙醇、生物柴油)来驱动运输工具。总而言之要取代石油作为主要运输能源是一件非常不容易的事情。
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| 石油 | |
各装置生产的油品一般还不能直接作为商品,为满足商品要求,除需进行调合、添加添加剂外,往往还需要进一步精制,除去杂质,改善性能以满足实际要求。常见的杂质有含硫、氮、氧的化合物,以及混在油中的蜡和胶质等不理想成分。它们可使油品有臭味,色泽深,腐蚀机械设备,不易保存。除去杂质常用的方法有酸碱精制、脱臭、加氢、溶剂精制、白土精制、脱蜡等。酸精制是用硫酸处理油品,可除去某些含硫化合物、含氮化合物和胶质。碱精制是用烧碱水溶液处理油品,如汽油、柴油、润滑油,可除去含氧化合物和硫化物,并可除去酸精制时残留的 硫酸。酸精制与碱精制常联合应用,故称酸碱精制。脱臭是针对含硫高的 原油制成的汽、煤、柴油,因含硫醇而产生恶臭。硫醇含量高时会引起油品生胶质,不易保存。可采用催化剂存在下,先用碱液处理,再用空气氧化。加氢是在催化剂存在下,于300~425℃, 1.5兆帕压力下加氢,可除去含硫、氮、氧的化合物和金属杂质,改进油品的 储存性能和腐蚀性、燃烧性,可用于各种油品。脱蜡主要用于精制航空煤油、柴油等。油中含蜡,在低温下形成蜡的结晶,影响流动性能,并易于堵塞管道。脱蜡对航空用油十分重要。脱蜡可用分子筛吸附。润滑油的精制常采用溶剂精制脱除不理想成分, 以改善组成和颜色。有时需要脱蜡。白土精制一般放在精制工序的 最后, 用白土(主要由二氧化硅和三氧化二铝组成)吸附有害的物质。
酸精制
是用硫酸处理油品,可除去某些含硫化合物、含氮化合物和胶质。
碱精制
是用烧碱水溶液处理油品,如汽油、柴油、润滑油,可除去含氧化合物和硫化物,并可除去酸精制时残留的硫酸。酸精制与碱精制常联合应用, 故称酸碱精制。
脱臭
是针对含硫高的原油制成的汽、煤、柴油,因含硫醇而产生恶臭,硫醇含量高时会引起油品生胶质,不易保存。可采用催化剂存在下,先用碱液处理,再用空气氧化。
加氢
是在催化剂存在下于300~425℃,1.5兆帕压力下加氢,可除去含硫、氮、氧的化合物和金属杂质,改进油品的 储存性能和腐蚀性、燃烧性,可用于各种油品。
脱蜡
主要用于精制航空煤油、柴油等。油中含蜡,在低温下形成蜡的结晶,影响流动性能,并易于堵塞管道。脱 蜡对航空用油十分重要。脱蜡可用分子筛吸附。润滑油的 精制常采用溶剂精制脱除不理想成分,以改善组成和颜色。有时需要脱蜡。
白土精制
一般放在精制工序的最后,用白土(主要由二氧化硅和三氧化二铝组成)吸附有害的物质。
润滑油
原料主要来自原油的蒸馏,润滑油最主要的性能是粘度、安定性和润滑性。生产润滑油的基本过程实质上是除去原料油中的不理想组分,主要是胶质、沥青质和含硫、氮、氧的化合物以及蜡、多环芳香烃,这些组分主要影响粘度、安定性、色泽。方法有溶剂精制、脱蜡和脱沥青、加氢和白土精制。
溶剂精制
是利用溶剂对不同组分的溶解度不同达到精制的目的,为绝大多数的润滑油生产过程所采用。常用溶剂有糠醛和苯酚。生产过程与重整装置的芳香烃抽提相似。
溶剂脱蜡
是除去润滑油原料中易在低温下产生结晶的组分,主要指石蜡,脱蜡采用冷结晶法,为克服低温下粘度过大,石蜡结晶太小不便过滤,常加入对蜡无溶解作用的混合溶剂,如甲苯- 甲基乙基酮,故脱蜡常称为酮苯脱蜡。
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| 石油 | |
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| 石油 | |
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