4.4: Нафта

Нафта нафти в даний час є найбільш широко використовуваним викопним паливом і становить близько третини світового споживання енергії. На відміну від вугілля, який в основному використовується як паливо для виробництва електроенергії, нафта в основному використовується як паливо для транспортування. Нафта також використовується для виробництва пластмас та інших синтетичних сполук, всюдисущих у нашому повсякденному житті. Сира (необроблена) олія сильно різниться за зовнішнім виглядом в залежності від його складу. Зазвичай він чорний або темно-коричневий (хоча може бути жовтуватим, червонуватим або навіть зеленуватим). У резервуарі він зазвичай зустрічається у зв'язку з природним газом, який легше утворює газовий ковпачок над нафтою.

Нафта складається з вуглеводнів, які є молекулами, що містять водень та вуглець різної довжини та структури, від прямих ланцюгів до розгалужених ланцюгів до кілець. Вуглеводні містять багато енергії, і багато речей, отриманих з сирої нафти, таких як бензин, дизельне паливо, парафін і так далі користуються цією енергією.

4.4.1: Видобуток

Нафта в основному отримують шляхом буріння або на суші (на суші), або в океані (на шельфі). Раннє морське буріння, як правило, обмежувалося районами, де вода була глибиною менше 300 футів. Бурові установки для нафти та природного газу тепер працюють у воді глибиною до двох миль. Плавучі платформи використовуються для буріння в більш глибоких водах. Ці самохідні судна кріпляться до дна океану за допомогою великих тросів і якорів. З цих платформ пробурені свердловини, які також використовуються для спуску виробничого обладнання на дно океану. Деякі бурові платформи стоять на ходулоподібних ніжках, які вбудовані в дно океану. Ці платформи вміщують все необхідне бурове обладнання, а також житлові та складські приміщення для робочих бригад.

Морські виробники нафти зобов'язані вживати запобіжних заходів, щоб запобігти забрудненню, розливам та значним змінам океанічного середовища. Офшорні установки призначені для протистояння ураганам. Офшорне видобуток коштує набагато дорожче, ніж наземне видобуток. Коли морські нафтові свердловини вже не є достатньо продуктивними, щоб бути економічними, вони герметизуються та відмовляються відповідно до чинних норм.

4.4.2: Переробка та переробка

При видобутку сира нафта складається з багатьох видів вуглеводнів, а також деяких небажаних речовин, таких як сірка, азот, кисень, розчинені метали та вода, змішані разом. Таким чином, необроблена сира нафта, як правило, не корисна в промислових цілях і повинна бути спочатку розділена на різні корисні продукти на нафтопереробному заводі (рис.\(\PageIndex{1}\)). Всі НПЗ виконують три основні етапи: сепарацію, конверсію та обробку при переробці та переробці сирої нафти.

Малюнок\(\PageIndex{1}\): Нафтопереробний завод корпорації Tesoro в Анакортесі, штат Вашингтон. Фото Вальтера Зігмунда. https://commons.wikimedia.org/wiki/O...nery_31904.JPG

Під час сепарації різні продукти (вуглеводні) розділяються на різні компоненти (звані фракціями), використовуючи переваги різниці в температурі кипіння компонентів. Цей процес називається фракційної дистиляцією і включає в себе нагрівання сирої сировини, даючи йому випаровуватися, а потім конденсацію пари. Найлегші компоненти мають найнижчу температуру кипіння і піднімаються наверх, тоді як найважчі, які також мають найвищу температуру кипіння, залишаються внизу.

Конверсія - це хімічна обробка, при якій частина фракцій перетворюється в інші продукти, наприклад, НПЗ може перетворювати дизельне паливо в бензин в залежності від попиту на бензин. Перетворення може включати розрив більших вуглеводневих ланцюгів на менші (розтріскування), об'єднання менших ланцюгів у більші (уніфікація) або перестановку молекул на створені бажані продукти (зміна).

Обробка проводиться для фракцій для видалення домішок, таких як сірка, азот та вода серед інших. Нафтопереробні заводи також об'єднують різні фракції (оброблені та необроблені) в суміші для отримання бажаної продукції. Наприклад, різні суміші вуглеводневих ланцюгів можуть створювати бензини з різним октановим числом, з присадками і без них, мастила різної ваги і марок (наприклад, WD-40, 10W-40, 5W-30 і т.д.), мазут і багато інших. Продукція зберігається на місці, поки вони не можуть бути доставлені на різні ринки, такі як АЗС, аеропорти та хімічні заводи.

The 42 американський галон бареля сирої нафти дає близько 45 галонів нафтопродуктів через збільшення переробки НПЗ. Це збільшення обсягу схоже на те, що відбувається з попкорном, коли він вискакує. Бензин становить найбільшу частку всіх отриманих нафтопродуктів (рис.\(\PageIndex{2}\)). Інші продукти включають дизельне паливо та мазут, реактивне паливо, нафтохімічну сировину, воски, мастила та асфальт.

Малюнок\(\PageIndex{2}\): Основні продукти (вимірюються в галонів), виготовлені з бареля сирої нафти, 2013. Джерело: Адміністрація енергетичної інформації США http://www.eia.gov/energyexplained/i...? сторінка=олія_головна

4.4.3: Фракінг для нафти

Гідравлічний розрив пласта, неофіційно називають «фрекінгом», - це процес розробки нафтових свердловин, який зазвичай включає впорскування води, піску та хімічних речовин під високим тиском у пласт основи через свердловину. Цей процес призначений для створення нових тріщин у породі, а також збільшення розміру, протяжності та зв'язності існуючих тріщин. Гідравлічний розрив пласта - це метод стимуляції свердловин, який зазвичай використовується в гірських породах з низькою проникністю, таких як щільний піщаник, сланці та деякі вугільні пласти для збільшення потоку нафти в свердловину з нафтоносних гірських утворень (рис.\(\PageIndex{3}\)).

Для розвитку енергетики часто потрібна значна кількість води, і гідророзрив пласта не є винятком. Вода потрібна не тільки для традиційного процесу буріння, але і для фактичного розриву пласта, а також. Воду спочатку змішують з хімікатами та дрібними пісками, потім закачують під надзвичайно високим тиском у сланцеву породу, щоб зруйнувати її, утворюючи шляхи для досягнення нафти і газу свердловини. Потім вода відновлюється разом з нафтою і газом.

Існують побоювання щодо потенційного забруднення ресурсів свіжих підземних вод з видобувних свердловин нафти та газу, які використовують гідравлічний розрив; або від видобутого нафтового ресурсу, або від хімічних речовин, що вводяться в процес розриву пласта. Зворотний потік рідини - рідина, що відкачується зі свердловини і відокремлена від нафти і газу - не тільки містить хімічні добавки, використовувані в процесі буріння, але також містить важкі метали, радіоактивні матеріали, летючі органічні сполуки (ЛОС) та небезпечні забруднювачі повітря, такі як бензол, толуол, етилбензол і ксилол. У деяких випадках ця забруднена вода направляється на водоочисні споруди, які не обладнані для боротьби з деякими з цих класів забруднення.

Малюнок\(\PageIndex{3}\): Схематичний перетин загальних видів нафтогазових ресурсів і орієнтації добувних свердловин, що використовуються при гідророзриві пласта. Джерело: EPA США (суспільне надбання)

4.4.4: Вплив нафти на навколишнє середовище

Спалювання нафтопродуктів виділяє викиди, такі як окис вуглецю (CO), діоксид сірки (SO ₂), оксиди азоту (NO _x) та тверді частинки, які є забруднювачами повітря, що впливають на навколишнє середовище, а також здоров'я людини (докладніше про забруднення повітря в розділі 6). Нафта також виділяє вуглекислий газ, який є парниковим газом Вивчення та буріння нафти може порушити середовище існування на суші та океані. На суші необхідна широка інфраструктура, така як дорожні мережі, транспортні трубопроводи та житло для робітників для підтримки повномасштабної бурової операції. Вони можуть забруднювати ґрунт та воду, фрагментувати місця проживання та порушувати дику природу.

Викликані людиною розливи нафти в річках і океанах шкодять екосистемам. Природні просочення олії трапляються і можуть бути значним джерелом нафти, яка потрапляє в навколишнє середовище у всьому світі, але вони повільні, малі і поширюються на великих площах, і екосистема адаптувалася до них. Розливи з танкерів або розливи свердловин мають більш катастрофічні наслідки. Кількість нафти, розлитої під час аварій, коливалася від кількох сотень тонн до декількох сотень тисяч тонн, але навіть невеликі розливи виявили великий вплив на екосистеми.

Розливи нафти в морі, як правило, набагато більш шкідливі, ніж на суші, оскільки вони можуть поширюватися на сотні морських миль в тонкій нафтової плямі, яка може покрити пляжі тонким покриттям нафти. Це може вбити морських птахів, ссавців, молюсків та інших організмів, які вона покриває. Розливи нафти на суші легше утримуються, якщо імпровізовану земну греблю можна швидко бульдозувати навколо місця розливу, перш ніж більшість нафти втече, а наземні тварини можуть легше уникнути нафти. Кількість нафти, пролитої з суден, значно знизилася протягом 1990-х років, частково тому, що нові кораблі повинні були мати подвійний корпус облицювання для захисту від розливів.

Витоки також трапляються, коли ми використовуємо нафтопродукти на суші. Наприклад, бензин іноді капає на землю, коли люди заповнюють свої газові баки, коли моторне масло викидається після заміни масла, або коли паливо виходить з дірявого резервуара для зберігання. Коли йде дощ, пролиті продукти змиваються в жолоб і з часом стікають до річок і в океан. Інший спосіб, яким масло іноді потрапляє у воду, - це коли паливо просочується з моторних човнів та гідроциклів.

При виникненні протікання в накопичувальному резервуарі або трубопроводі нафтопродукти також можуть потрапити в грунт, і грунт необхідно очистити. Щоб запобігти витоку з підземних резервуарів, всі поховані резервуари передбачається замінити резервуарами з подвійною підкладкою.