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石油(英文、拉丁語:petroleum),又稱原油,是一種粘稠的、深褐色(有時有點綠色的)液體。地殼上層部分地區有石油儲存。它由不同的碳氫化合物混合組成,其主要組成成分是烷烴,此外石油中還含硫、氧、氮、磷、釩等元素。石油主要被用來作為燃油和汽油,燃料油和汽油組成世界上最重要的一次能源之一。石油也是許多化學工業產品如溶液、化肥、殺蟲劑和塑料等的原料。具有特殊氣味、有色的可燃性油質液體,是從地下深處或地表附近開採的有色可燃性油質液體礦物

1 石油 -簡介

石油開採工人石油開採工人

石油是具有特殊氣味、有色的可燃性油質液體,是從地下深處或地表附近開採的有色可燃性油質液體礦物,一般地殼上層部分區域有石油儲存,以碳氫化合物為主要成分,是各種烷烴、環烷烴、芳香烴的混合物。與煤一樣屬於化石燃料,是賦存於地下岩石孔隙中的一種液態可燃有機礦產。石油及其產品是世界上最重要的動力燃料與化工原料,且廣泛用於生產和生活的各個方面,故也被稱為「黑色金子」。

石油的顏色非常豐富,有紅、金黃、墨綠、黑、褐紅,甚至透明。石油顏色是由其膠質、瀝青質的含量決定的,含量越高,顏色則越深。石油的顏色越淺,油質越好,透明的石油可直接加在汽車油箱中代替汽油。不同的油田石油的成分和外貌區分很大。原油的成分主要有油質(這是其主要成分)、膠質(一種粘性的半固體物質)、瀝青質(暗褐色或黑色脆性固體物質)、碳質(一種非碳氫化合物)。石油工業一般用石油的出產地來區分,此外是石油的比重、黏度。

石油常用「桶」作為容量單位,即42加侖,摺合約158.98升。因為各地出產的石油的密度不盡相同,所以1桶石油的重量也不盡相同。一般一噸石油大約有7桶。輕質油則為7.1-7.3桶不等。

石油在中東地區、波斯灣一帶有豐富的儲藏,而在俄羅斯、美國、中國、南美洲等地也有很大的儲量。由於石油是一種不可更新原料,許多人擔心石油用盡會對人類帶來的後果。

2 石油 -性質

石油的性質因產地而異,密度在0.8 ~ 1.0 克/厘米3 之間,粘稠度的範圍很寬,凝固點差別很大(30 ~ -60°C),沸點範圍為常溫到500°C以上,可溶於多種有機溶劑,不溶於水,但可與水形成乳狀液。

3 石油 -成分

石油的主要成分是由碳和氫化合形成的烴類,約佔95% ~ 99%。化學元素主要是碳 (83% ~ 87%)、氫(11% ~ 14%),其餘為硫(0.06% ~ 0.8%)、氮(0.02% ~ 1.7%)、氧(0.08% ~ 1.82%)及微量金屬元素(鎳、釩、鐵等)。

4 石油 -煉製物

石油石油

在煉油廠中,石油中的不同成分被分離。從原油中可以提煉出汽油、柴油、取暖用油、潤滑油等等產品。

石油主要被用來作燃油和汽油,兩者是目前世界上最重要的一次性能源。石油也是許多化學工業產品如溶液、化肥、殺蟲劑和塑料等的原料,故石油也稱原油現代開採的石油88%被用作燃料,剩下的用作化工業的原材料。化學工業中的石油產品的原材料可以回溯到約300個基本化合物。今天90%的化合物是從石油和天然氣中獲得的,其中包括乙烯、丙烯、丁二烯、苯、甲苯、二甲苯等等。

5 石油 -形成緣由

傳統認為,石油是從古代動物的屍體變化而來。想而易見,石油是不可再生的能源。不過,根據美國於2003年的一項研究,有不少枯乾的油井在經過一段時間的棄置以後,仍然可以生產石油。所以,石油可能並非生物生成的礦物,而是碳氫化合物在地球內部經過放射線作用之後的產物。

生物成油理論

大多數地質學家認為石油像煤和天然氣一樣,是古代有機物通過漫長的壓縮和加熱后逐漸形成的。按照這個理論,石油是由史前的海洋動物和藻類屍體變化形成的(陸上的植物則一般形成煤。)經過漫長的地質年代這些有機物與淤泥混合,被埋在厚厚的沉積岩下。在地下的高溫和高壓下它們逐漸轉化,首先形成臘狀的油頁岩,後來退化成液態和氣態的碳氫化合物。由於這些碳氫化合物比附近的岩石輕,它們向上滲透到附近的岩層中,直到滲透到上面緊密無法滲透的、本身則多空的岩層中。這樣聚集到一起的石油形成油田。通過鑽井和泵取人們可以從油田中獲得石油。地質學家將石油形成的溫度範圍稱為「油窗」。溫度太低石油無法形成,溫度太高則會形成天然氣。雖然石油形成的深度在世界各地不同,但是「典型」的深度為四至六千米。由於石油形成后還會滲透到其它岩層中去,因此實際的油田可能要淺得多。因此形成油田需要三個條件:豐富的源岩,滲透通道和一個可以聚集石油的岩層構造。

非生物成油理論

非生物成油的理論天文學家托馬斯·戈爾德在俄羅斯石油地質學家尼古萊·庫德里亞夫切夫(Nikolai Kudryavtsev)的理論基礎上發展的。這個理論認為在地殼內已經有許多碳,有些這些碳自然地以碳氫化合物的形式存在。碳氫化合物比岩石空隙中的水輕,因此沿岩石縫隙向上滲透。石油中的生物標誌物是由居住在岩石中的、喜熱的微生物導致的,與石油本身無關。在地質學家中,這個理論只有少數人支持。一般它被用來解釋一些油田中無法解釋的石油流入,不過這種現象很少發生。

6 石油 -開發歷史

古代

石油石油運輸

最早鑽油的是中國人,最早的油井是4世紀或者更早出現的。中國人使用固定在竹竿一端的鑽頭鑽井,其深度可達約一千米。他們焚燒石油來蒸發鹽滷制食鹽。10世紀時他們使用竹竿做的管道來連接油井和鹽井。古代波斯的石板紀錄似乎說明波斯上層社會使用石油作為藥物和照明。

最早提出「石油」一詞的是公元977年中國北宋編著的《太平廣記》。正式以「石油」命名是中國北宋傑出的科學家沈括(1031一1095)在所著《夢溪筆談》中因這種油「生於水際砂石,與泉水相雜,惘惘而出」而起始的。在石油一詞出現之前,國外稱石油為「魔鬼的汗珠」、「發光的水」等,中國稱「石脂水」、「猛火油」、「石漆」等。

8世紀新建的巴格達的街道上鋪有從當地附近的自然露天油礦獲得的瀝青。

9世紀亞塞拜然巴庫的油田用來生產輕石油。

10世紀地理學家阿布·哈桑·阿里·麥斯歐迪和13世紀馬可·波羅曾描述過巴庫的油田。他們說這些油田每日可以開採數百船石油。

現代

現代石油歷史始於1846年,當時生活在加拿大大西洋省區的亞布拉罕·季斯納發明了從煤中提取煤油的方法。

1852年波蘭人依格納茨·盧卡西維茨(Ignacy Łukasiewicz)發明了使用更易獲得的石油提取煤油的方法。次年波蘭南部克洛斯諾附近開闢了第一座現代的油礦。這些發明很快就在全世界普及開來了。

1861年在巴庫建立了世界上第一座煉油廠(後來的斯大林格勒戰役就是德蘇為奪取巴庫油田而開戰的),當時巴庫出產世界上90%的石油。

19世紀石油工業的發展緩慢,提煉的石油主要是用來作為油燈的燃料。20世紀初隨著內燃機的發明情況驟變,至今為止石油是最重要的內燃機燃料。

1910年在加拿大(尤其是在艾伯塔)、荷屬東印度、波斯、秘魯、委內瑞拉和墨西哥發現了新的油田。這些油田全部被工業化開發。美國在德克薩斯州、俄克拉何馬州和加利福尼亞州的油田被發現,導致「淘金熱」一般的形勢。

當代約80%可以開採的石油儲藏位於中東,其中62.5%位於沙烏地阿拉伯,12.5%來自阿拉伯聯合大公國、伊拉克、卡達和科威特。

7 石油 -生產

石油海上作業

從尋找石油到利用石油,大致要經過四個主要環節,即尋找、開採、輸送和加工,這四個環節一般又分別稱為「石油勘探」、「油田開發」、「油氣集輸」和「石油煉製」。

勘探

開採石油的第一關是勘探油田。石油地質學家使用重力儀、磁力儀等儀器來尋找新的石油儲藏。地表附近的石油可以使用露天開採的方式開採。不過今天除少數非常偏遠地區的礦藏外,這樣的石油儲藏已經幾乎全部耗盡了。加拿大艾伯塔的阿薩巴斯卡油砂還有這樣的露天石油礦。

開採

在石油開採初期少數地方也曾有過打礦井進行地下開採的礦場。埋藏比較深的油田需要使用鑽井才能開採。海底下的油礦需要使用石油平台來鑽和開採。為了將鑽頭鑽下來的碎屑以及潤滑和冷卻液運輸出鑽孔,鑽柱和鑽頭是中空的。在鑽井時使用的鑽柱越來越長,鑽柱可以使用螺旋連接在一起。鑽柱的端頭是鑽頭。大多數今天使用的鑽頭由三個相互之間成直角的、帶齒的鑽盤組成。在鑽堅硬岩石是鑽頭上也可以配有金剛石。不過有些鑽頭也有其它的形狀。一般鑽頭和鑽柱由地上的驅動機構來旋轉,鑽頭的直徑比鑽柱要大,這樣鑽柱周圍形成一個空洞,在鑽頭的後面使用鋼管來防止鑽孔的壁塌落。鑽井液由中空的鑽柱被高壓送到鑽頭。鑽井泥漿則被這個高壓通過鑽孔送回地面。鑽井液必須具有高密度和高粘度。有些鑽頭使用鑽井液來驅動鑽頭,其優點是只有鑽頭,而不必整個鑽柱被旋轉。為了操作非常長的鑽柱在鑽孔的上方一般建立一個鑽井架。在必要的情況下,工程師也可以使用定向鑽井的技術繞彎鑽井。這樣可以繞過被居住的、地質上複雜的、受保護的或者被軍事使用的地面來從側面開採一個油田。地殼深處的石油受到上面底層以及可能伴隨出現的天然氣的壓擠,它又比周圍的水和岩石輕,因此在鑽頭觸及含油層時它往往會被壓力擠壓噴射出來。為了防止這個噴射,現代的鑽機在鑽柱的上端都有一個特殊的裝置來防止噴井。一般來說剛剛開採的油田的油壓足夠高可以自己噴射到地面。隨著石油被開採,其油壓不斷降低,後來就需要使用一個從地面通過鑽柱驅動的泵來抽油。通過向油井內壓水或天然氣可以提高開採的油量。通過壓入酸來溶解部分岩石(比如碳酸鹽)可以提高含油層岩石的滲透性。隨著開採時間的延長抽上來的液體中水的成分越來越大,後來水的成分大於油的成分,有些礦井中水的成分佔90%以上。

石油工業石油工業

通過上述手段,按照當地的情況不同,一個油田中20%至50%的含油可以被開採出來,剩下的油則無法從含油的岩石中分解出來。不過通過以下手段可以再提高能夠被開採的石油的量:

1、通過壓入沸水或高溫水蒸汽,甚至通過燃燒部分地下的石油
2、壓入氮氣
3、壓入二氧化碳來降低石油的黏度
4、壓入輕汽油來降低石油的黏度
5、壓入能夠將油從岩石中分解出來的有機物的水溶液
6、壓入改善油與水之間的表面張力的物質(清潔劑)的水溶液來使油從岩石中分解出來。
7、這些手段可以結合使用。雖然如此依然有相當大量的油無法被開採。

水下的油田的開採最困難。要開採水下的油田要使用浮動的石油平台。在這裡定向鑽井的技術使用得最多,使用這個技術可以擴大平台的開採面積。

8 石油 -油品精製

國際石油業國際石油業

各裝置生產的油品一般還不能直接作為商品,為滿足商品要求,除需進行調合、添加添加劑外,往往還需要進一步精製,除去雜質,改善性能以滿足實際要求。常見的雜質有含硫、氮、氧的化合物,以及混在油中的蠟和膠質等不理想成分。它們使油品有臭味,色澤深,腐蝕機械設備,不易保存。除去雜質常用的方法有酸鹼精製、脫臭、加氫、溶劑精製、白土精製、脫蠟等。例如生產潤滑油的基本過程實質上是除去原料油中的不理想組分,主要是膠質、瀝青質和含硫、氮、氧的化合物以及蠟、多環芳香烴,這些組分主要影響粘度、安定性、色澤。方法有溶劑精製、脫蠟和脫瀝青、加氫和白土精製。

酸精製是用硫酸處理油品,可除去某些含硫化合物、含氮化合物和膠質。

鹼精製是用燒鹼水溶液處理油品,如汽油、柴油、潤滑油,可除去含氧化合物和硫化物,並可除去酸精製時殘留的硫酸。酸精製與鹼精製常聯合應用,故稱酸鹼精製。

脫臭是針對含硫高的原油製成的汽、煤、柴油,因含硫醇而產生惡臭。硫醇含量高時會引起油品生膠質,不易保存。可採用催化劑存在下,先用鹼液處理,再用空氣氧化。

石油煉製產品石油煉製產品

加氫是在催化劑存在下,於300~425℃、1.5兆帕壓力下加氫,可除去含硫、氮、氧的化合物和金屬雜質,改進油品的儲存性能和腐蝕性、燃燒性,可用於各種油品。

脫蠟主要用於精製航空煤油、柴油等。油中含蠟,在低溫下形成蠟的結晶,影響流動性能,並易於堵塞管道。脫蠟對航空用油十分重要。脫蠟可用分子篩吸附。潤滑油的精製有時需要脫蠟。

白土精製一般放在精製工序的最後, 用白土(主要由二氧化硅和三氧化二鋁組成)吸附有害的物質。

溶劑精製是利用溶劑對不同組分的溶解度不同達到精製的目的,為絕大多數的潤滑油生產過程所採用。常用溶劑有糠醛和苯酚。生產過程與重整裝置的芳香烴抽提相似。潤滑油的精製常採用溶劑精製脫除不理想成分,以改善組成和顏色。

溶劑脫蠟是除去潤滑油原料中易在低溫下產生結晶的組分,主要指石蠟,脫蠟採用冷結晶法,為克服低溫下粘度過大,石蠟結晶太小不便過濾,常加入對蠟無溶解作用的混合溶劑,如甲苯-甲基乙基酮,故脫蠟常稱為酮苯脫蠟。

9 石油 -價格因素

加點油加油

油價與全球宏觀經濟狀態息息相關,因此油價是一個關鍵性價格。一般地,油價是指以下三種不同的價格:現貨價格,紐約商品交易所上在俄克拉何馬州庫欣的供貨價格,國際石油交易所上的薩洛姆供貨價格。

不同石油根據其比重、含硫量和產地的價格可以非常不同。國際石油交易所稱65%交易的石油的價格低於該交易所提供的北海布倫特原油標價。大多數石油不是在市場上買賣的,而是在櫃檯買賣的基礎上進行交易的,其價格一般是參考一個定價機構如普氏公司給出的價格定的。

石油輸出國組織的標價對市場分析非常重要,它試圖通過提高或較少生產量來使得油價保持在一個上限和一個下限之間。其標價包括輕油和重油。從2005年6月15日開始,石油輸出國組織使用以下原油的平均價格:

印尼的MINAS
阿爾及利亞的撒哈拉混合油
伊朗的伊朗重油
伊拉克的巴士拉輕質原油
科威特的科威特出口原油
利比亞的利比亞輕質原油
尼加拉瓜的伯尼輕質
卡達的卡達馬林
沙烏地阿拉伯的阿拉伯輕油
阿聯酋的穆爾本原油
委內瑞拉的BCF17

石油輸出國組織通過控制開採量保持在一定的程度上控制油價,使得一些油田(比如北海的油田)得以開採。20世紀90年代,由於油價低使得在石油工業的投資非常低,但勘探新的油田的價格非常高,從而導致本世紀初油價飛漲時,石油輸出國組織卻沒有任何擴大開採量的餘地來保持油價的穩定。

10 石油 -金融衍生品

由於許多企業依靠石油,因此它的價格對股票價格影響很大。作為世界上最重要的原材料之一,石油本身也是投機生意的目標。

世界上常用的參考原油為:
1、北海布倫特原油由北海東設得蘭盆地中的15個油田的原油組成。開採出來的油首先運輸到設得蘭群島的薩洛姆石油終端。歐洲、非洲和中東運往西方的原油均按照北海布倫特原油標價,因此它是一個重要的價格標數。
2、西德州輕質原油包括所有北美洲的原油
3、迪拜,用作輸往亞洲-太平洋地區的中東原油的價格標數
4、TAPIS(來自馬來西亞,用來作為遠東輕原油的參考標準)
5、MINAS(來自印度尼西亞,用來作為遠東重原油的參考標準)

一些經濟學家稱高油價對全球經濟增長有負影響。雖然高油價一般認為是經濟增長導致的,但事實說明兩者之間的關係是非常不穩定的。

11 石油 -儲量

石油各時期石油儲存狀況一覽表

各個不同的來源對世界上的石油儲藏量的估計各不相同。2004年艾克森美孚估計世界的總儲藏量為1.26兆(萬億)桶(1717億噸),英國石油公司的估計為1.148兆桶(1566億噸)。《科學》甚至估計世界總儲藏量為3兆桶。今天已經確定的和使用目前的技術能夠經濟地開採的儲藏量近年來甚至有所上漲,2004年的數據是目前最高的。由於每年的開採和勘探工作的不足,中東、東亞和南美洲的儲藏量有所下降,同時非洲和歐洲的儲藏量有所上升。有人預言今天的世界儲藏量還僅夠用50年。但由於過去就已經有過類似的預言,而且這個預言從未實現,這個數據也被人戲稱為「石油常數」。

2003年最大的石油儲藏位於沙烏地阿拉伯(2627億桶)、伊朗(1307億桶)和伊拉克(1150億桶),其後為阿聯酋、科威特和委內瑞拉。批評者懷疑這些數據,他們指出出於政治原因許多國家篡改它們的數據,此外許多國家雖然每年開採大量原油,但其數據始終不變,這說明這些數據已經陳舊了。

12 石油 -能源使用

備用儲藏 有些專家認為21世紀初人類將到達哈伯特頂點,這時開採量將達到頂峰,此後開採量無法繼續提高,由於供給無法滿足需求,油價將高漲。因此許多國家備有短期的儲藏來防止短期供不應求導致的危機。歐洲聯盟的國家必須擁有足夠90天的備用儲藏。
最大的開採國資料來源:美國政府能源統計。以下排表按照2004年開採量排列:
沙烏地阿拉伯1037萬桶每日
俄羅斯927萬桶每日
美國869萬桶每日
伊朗409萬桶每日
墨西哥383萬桶每日
中國362萬桶每日
挪威318萬桶每日
加拿大314萬桶每日
委內瑞拉286萬桶每日
阿聯酋276萬桶每日
科威特251萬桶每日
奈及利亞251萬桶每日
英國208萬桶每日
伊拉克203萬桶每日
 

13 石油 -石油危機

石油開採石油開採

1956年,美國地質物理學家金·哈伯特(M.King Hubbert)提出石油產出峰值理論,精確預測美國的石油產出峰值將在1965年到1970年間出現。這個理論成功預測出油田和油帶數量會在之後不斷減少。石油生產出現峰值理論主要關注的是供求問題,認為以後石油需求量將超過供應量。

1973年能源危機和1979年能源危機爆發后,媒介開始注重對石油提供程度進行報道。這也使人們意識到石油是一種有限的原料,最後會被耗盡。

2004年一份《今日美國》的新聞報道說地下的石油還夠用40年。有些人認為,由於石油的總量是有限的,因此20世紀70年代預言的耗盡說今天雖然沒有發生,但是這不過是延緩而已,這種現象會在現在到2020年之間發生。

石油需求量超過供應量會對全球經濟產生巨大影響,因為大部分經濟體都依靠石油提供能量。農業使用的肥料和殺蟲劑完全依靠石油製成;塑料也是從石油中提取出來的。石油生產峰值過後,社會秩序將會癱瘓,這個問題不容小視。雖然現在也有可再生能源作為選擇,但是可再生能源能夠取代多少石油以及可再生能源本身可能導致的環境破壞還不肯定和有爭議。陽光、風、地熱和其它可再生能源無法取代石油作為高能量密度的運輸能源。要取代石油這些可再生能源必須轉換為電(以蓄電池的形式)或者氫(通過燃料電池或內燃)來驅動運輸工具。另一個方案是使用生物質能產生的液體燃料(乙醇、生物柴油)來驅動運輸工具。總而言之要取代石油作為主要運輸能源是一件非常不容易的事情。

14 石油 -影響

社會影響
汽車能源依賴石油 汽車能源依賴石油

石油運輸方便、能量密度高,因此是最重要的運輸驅動能源。世界上90%的運輸能量是依靠石油獲得的。此外它是許多工業化學產品的原料,因此它是目前世界上最重要的商品之一。在許多軍事衝突(包括第二次世界大戰和海灣戰爭)中,佔據石油來源是一個重要因素。

在過去數十年中開採石油以及其副作用為一些發展中國家的經濟、社會和環境導致了巨大的問題。在有些地區土著居民被驅逐,在分配石油帶來的財富上也可能有些地區造成巨大的衝突。外部的干涉和對衝突某一方的支持則導致更多的暴力。比如按照國際特赦組織的統計在奈及利亞平均每周就有約500次暴力衝突。

環境影響

石油和天然氣為人類的發展提供了強勁的能源動力,但隨之而來的環境污染大大超過了過去人類5000年污染的總和,以及造成了溫室效應、氣候異常等諸多弊端。

海上探油和開採會打擾海洋環境,尤其以清理海底的挖掘工作破壞環境最大。油輪事故后泄漏的原油或提煉過的油在阿拉斯加、加拉帕戈斯群島、西班牙和許多其它地區脆弱的海岸生態系統造成嚴重的破壞。

過量的石油開採會造成含油區地下空間越來越大,雖經注水作業但作用很小,如含油區處於地震帶,那麼石油開採會引起地震帶更為活躍,甚至可造成地震帶的遷移,同樣的震級,開採后的含油區地震時所產生的破壞力要大得多。

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