Бензин был открыт почти 160 лет назад как побочный продукт переработки сырой нефти для производства керосина для освещения. В то время бензин не использовался, поэтому его сжигали на нефтеперерабатывающих заводах, превращали в газообразное топливо для газовых фонарей или просто выбрасывали. Около 125 лет назад, в начале 1890-х годов, изобретатели автомобилей начали осознавать, что бензин имеет ценность в качестве топлива. В 1911 году бензин впервые превзошел керосин по объему использования. А к 1920 году в Соединенных Штатах насчитывалось около девяти миллионов бензиновых транспортных средств, и по всей стране открывались заправочные станции для обслуживания растущего числа автомобилей и грузовиков. 1
Сегодня бензин является основным топливом для легковых автомобилей, которые потребляют около 90% продукта, продаваемого в Соединенных Штатах. 2 Бензин также используется в мотоциклах, транспортных средствах для отдыха, лодках, небольших самолетах, строительной технике, электроинструментах и портативных электрогенераторах. Американцы в среднем используют более одного галлона бензина на человека в день, при этом потребление в США на 31 декабря 2016 года составляло около 392 миллионов галлонов в день.3 Итак
, откуда берется весь этот бензин и как он попадает в топливные баки автомобилей? Читайте дальше, чтобы узнать больше о производстве и распределении бензина.
Бензин производится из сырой нефти, которая содержит углеводороды – органические соединения, полностью состоящие из атомов водорода и углерода. Сырую нефть традиционно добывали через вертикальные скважины, пробуренные в подземных и подводных резервуарах. Скважина по сути представляет собой круглое отверстие, облицованное металлической трубой, называемой обсадной колонной. В нижней части колонны есть отверстия, которые позволяют нефти из пласта поступать внутрь. Многие нефтяные скважины также производят природный газ, который в основном используется для стационарных применений, таких как отопление домов, но также может служить топливом при соответствующей модификации транспортного средства.
Современные нефтяные скважины всегда начинаются с вертикальных скважин, но оттуда они могут ответвляться в нескольких направлениях и на разных глубинах. Эти вторичные скважины позволяют получить доступ к дополнительной нефти, увеличивая добычу при минимальном нарушении поверхности. Горизонтальное бурение является обычной практикой при гидроразрыве пласта – процессе, который использует закачку жидкости и взрывчатые вещества для разрушения породы вокруг скважины, что высвобождает дополнительную нефть и природный газ. Горизонтальные скважины могут простираться на несколько километров от центральной скважины.
В то время как некоторые скважины имеют естественное внутреннее давление, которое выталкивает нефть на поверхность, большинство требуют某种形式 погружного или наземного насоса для извлечения нефти. В течение срока службы скважины могут использоваться несколько дополнительных процессов для извлечения максимально возможного количества нефти. Распространенные методы вторичной добычи включают закачку воды в скважину и закачку газа или пара. Когда цены на сырую нефть падают, низкопродуктивные скважины могут быть законсервированы, чтобы быть возвращенными в эксплуатацию при росте цен.
Вопреки распространенному мнению, цвет сырой нефти варьируется от почти прозрачного до черного как смоль, а ее вязкость может быть от водоподобной до почти твердой. Качество сырой нефти также значительно варьируется, хотя нефти из одного общего региона tend to иметь схожие свойства. Качество нефти основано на химическом анализе, где двумя наиболее важными значениями являются молекулярная плотность и содержание серы.
Нефти, которые имеют короткие углеводородные цепи и плотность 34 или более по Американскому институту нефти (API), считаются «легкими», те, что между 31 и 33 – «средними», а те, что 30 и менее – «тяжелыми». Нефти с содержанием серы менее 0,5% по весу являются «сладкими», а те, что выше этого уровня – «кислыми». Легкая малосернистая сырая нефть является наиболее ценным типом, поскольку ее легче и дешевле перерабатывать, и она производит большее количество готовой продукции.
Существует 46 основных стран-экспортеров нефти, но цены на сырую нефть обычно котируются на основе одного из трех основных сортов: West Texas Intermediate Crude, North Sea Brent Crude и UAE Dubai Crude. Ценообразование этих сортов служит барометром для всей нефтяной промышленности. Цены на нефть основаны на стоимости «барреля» сырой нефти объемом 42 галлона – единицы измерения, которая восходит к зарождению нефтедобычи.
В прошлом Соединенные Штаты импортировали большое количество сырой нефти и других нефтепродуктов. Пик был достигнут в 2005 году, когда чистый импорт (импорт минус экспорт) достиг 12,6 миллионов баррелей в день. В последнее время продолжающаяся разведка и усовершенствованные процессы добычи увеличили внутреннее производство нефти и сократили импорт нефти. В 2016 году чистый импорт составлял всего 4,9 миллиона баррелей в день, что эквивалентно примерно 25% от общего потребления нефти в США. Это небольшое увеличение по сравнению с 24% в 2015 году, который был самым низким уровнем с 1970 года 4.
После извлечения сырой нефти из скважин она хранится в больших резервуарах перед транспортировкой на нефтеперерабатывающие заводы. Трубопроводы, танкеры и баржи являются commonly используемыми методами перемещения сырой нефти. Однако в последние годы увеличение добычи в районах, лишенных доступа к трубопроводам или водным путям, привело к транспортировке большего количества нефти по железной дороге в цистернах. Очень густые и тяжелые формы сырой нефти, такие как битуминозные пески, должны быть разбавлены растворителями, прежде чем их можно будет перекачивать по трубопроводам или транспортировать другими способами.
Все методы транспортировки сырой нефти несут потенциальные риски для окружающей среды. Однако крушения нефтяных поездов представляют дополнительные риски, поскольку поезда регулярно проходят через города и поселки, где разливы нефти и потенциальные пожары могут причинить значительный материальный ущерб и гибель людей.
Для решения этих проблем Министерство транспорта выпустило в мае 2015 года всеобъемлющее окончательное правило, которое содержало улучшенные стандарты для цистерн, новые операционные руководства по перемещению больших объемов легковоспламеняющихся жидкостей по железной дороге, а также улучшенное планирование и обучение по чрезвычайным ситуациям. Железнодорожная промышленность поддерживает ускоренную замену старых цистерн, увеличила проверки путей для минимизации рисков схода с рельсов и внедрила специальные технологии для помощи в определении самых безопасных железнодорожных маршрутов для перевозки нефти.5
Нефтеперерабатывающие заводы – это крупномасштабные промышленные объекты, которые производят коммерческие продукты из сырой нефти и, в некоторых случаях, другого сырья, такого как биомасса. Более половины нефтеперерабатывающих мощностей США расположено на побережье Мексиканского залива, остальная часть разбросана по всей стране – обычно вблизи источников добычи нефти или транспортных трубопроводов и водных путей.
Нефтеперерабатывающие заводы работают 24 часа в сутки, 7 дней в неделю, но должны периодически закрываться на техническое обслуживание и ремонт. Обычно это происходит весной и осенью, когда на заводах необходимо вносить изменения для перехода с производства летнего бензина на зимний и наоборот. Различия между ними будут обсуждаться позже.
Остановки нефтеперерабатывающих заводов влияют на региональное снабжение бензином, поэтому они обычно планируются задолго и тщательно отслеживаются. Это позволяет распределительной сети вносить необходимые корректировки для обеспечения бесперебойных поставок топлива. Непредвиденные остановки заводов, вызванные техническими проблемами или экстремальными погодными условиями, могут привести к локальным краткосрочным дефицитам бензина и росту цен на топливо.
Почти весь бензин, продаваемый в США, перерабатывается здесь, и США также экспортируют большое количество бензина в другие страны – более 230 миллионов баррелей в 2016 году.6 Переработка сырой нефти в готовые нефтепродукты – чрезвычайно сложное предприятие. Следующее описание предоставляет общий обзор процесса переработки, focusing на производстве бензина.
Все нефтеперерабатывающие заводы используют первичный процесс, называемый фракционной перегонкой, для разделения сырой нефти на различные компоненты. Дистилляция включает нагрев сырой нефти до кипения (около 600°C) с последующим впрыском пара в дистилляционную колонну. По мере того как горячий пар поднимается в колонне, он охлаждается, и на разных высотах и температурах различные «фракции» сырой нефти конденсируются и собираются. Более тяжелые фракции, такие как смазочное масло, имеют более высокие температуры кипения и конденсируются near дна колонны. Более легкие фракции, такие как пропан и бутан, имеют более низкие температуры кипения и поднимаются к верху. Бензин, керосин, дизельное топливо и реактивное топливо собираются в средней части колонны.
