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1、第十一章 石油工业的可持续发展,一、石油工业的重要地位二、石油工业带来的问题三、石油工业的可持续发展,能源是推动社会经济发展的物质原动力,人类所经历的能源时代,薪柴时代,煤炭时代,石油时代,从钻木取火-19世纪60年代,从19世纪60年代-20世纪60年代,从20世纪60年代-至今,？,一、石油工业的重要地位,石油安全,能源安全,经济安全,所谓“能源问题”，确切地说就是“石油问题,石油是创造社会财富的关键因素，也是影响全球政治格局、经济秩序和军事活动的最重要的一种商品。几乎所有国家都把石油置于能源战略的核心位置。,一、石油工业的重要地位,第一次世界大战前，英国海军大臣费希尔和丘吉尔竭力主张海军
2、舰队用石油取代煤作动力的燃料，以能够大幅提高军舰的速度、效能和机动性。 为了得到充足的石油供应，英国政府与英波石油公司（现BP石油公司）在1914年夏天签订了协议，这项协议保证英国政府能得到大量廉价石油，英波石油公司则能得到它所急需的新的资本和稳定的市场。石油第一次成为国家政策的一个工具，成了第一位的战略商品。,石油是第一位的战略物资,英美等国是在石油的波涛中取得了胜利,德日等国失败的重要原因是石油短缺,石油与两次世界大战,石油关系国家的军事安全,斯大林带领罢工的石油工人于1917年获得了苏联的成立。苏联时期,政府预算收入的一半以上来自石油和其他自然资源的出口收入。石油曾经打造出一个超级大国。
3、 上世纪80年代，石油的低油价导致国民经济处于崩溃的边缘, 加剧乃至导致了苏联超级大国的解体。,石油关系国家的政治安全,苏联成也石油，败也石油,伊朗摩萨台政府石油国有化运动的失败,一、石油工业的重要地位,石油关系国家的经济安全,石油危机是指经济危机在世界石油领域的一种表现。所谓经济危机是指经济比例的严重失衡或产生剧烈震荡。第一次石油危机使所有工业化国家的生产力增长都明显放慢。1974年的经济增长率，英国为-0.5%，美国为-1.75%，日本为-3.25%。 第二次石油危机同样引起了西方主要工业国的经济衰退，美国政府估计，美国国内生产总值在第二次石油危机中大概下降了3%。,石油危机导致经济危机,
4、一、石油工业的重要地位,石油是现代国家的生命线,石油称为现代工业的血液石油是陆海空装备的燃料石油是最重要的化工原料石油是第一位的战略物资石油是战争胜负最重要的保障 ,一、石油工业的重要地位,一国的石油进口 量,五千万吨,1亿吨,世界石油价格的波动对一国经济的影响已十分明显,采取外交、经济、军事措施以保证石油安全,2000年,2003年,一、石油工业的重要地位,石油安全,石油安全,能源安全,是指一个国家（或地区）所能获取的石油资源持久、稳定、足量地满足国民经济可持续发展需要的状态。,经济安全,一、石油工业的重要地位,（一）资源问题,关于石油储量，全世界最终可采储量为4582亿吨，到1997年累计
5、探明可采储量2800亿吨，算下来还有1782亿吨可采石油储量有待去探察。天然气的储量，估计全球的资源量为328万亿m3，截止于1997年，已探明的储量为143.9万亿m3，可持续开发100余年。,二、石油工业带来的问题,（一）资源问题,当今世界的能源消费状况以1994年为例，世界能源的总消费量以石油换算为近80亿吨，其中石油占39.3%、煤炭占28.8%、天然气占21.6%，这样化石燃料的消费量占90%。日本作为世界主要工业国家之一，每年能源的消费量约占世界总量的6.5%，其中化石燃料占82.4%。尽管在新能源开发方面正在进行努力，包括水力发电，比例也仅占5%，前景不容乐观。,二、石油工业带来
6、的问题,地球变暖理论,燃烧烃类是产生二氧化碳和二氧化硫等温室气体的主要来源，这些气体在大气中像温室的玻璃一样，使空气变得更热。,由多个科学家小组通过测量大量数据后指出，地球的大气层正在发生变化：气温更高；气体更加紊乱；冰盖正在开始融化。,一方面是由于人类活动所产生的温室气体已远远超过自然生成的温室气体量；,另一方面地质调查显示是地球本身正常的冷暖变化周期。,（二）温室效应,二、石油工业带来的问题,温室效应,是指当大气中一些气体（主要是水蒸气、二氧化碳、甲烷、氮氧化物、一氧化碳和臭氧）吸收近地球表面的红外线辐射时产生的升温作用。这些温室气体允许来自太阳的短波能穿过大气层，阻止被地球再辐射的波长较
7、长的红外能逸散。由于吸收了部分向外辐射的红外能，温室气体就可以调节地球的温度，维持一个合适的平均地球表面温度1415。如果没有温室效应，地球表面平均温度将会是-18 。,世界范围内大气中的CO2浓度，从17世纪中期的2.810-4到现在增至3.5510-4，提高了28%。,后果,1 导致地球的温度升高；2 破坏了自然界原有的平衡3 植物生长的质量降低,二、石油工业带来的问题,温室效应,某种温室气体的重要性及升温潜力取决于该气体的丰度、所吸收的太阳辐射波长及其在大气层中的寿命。水蒸气和二氧化碳是最重要的温室气体，因为它们的含量大并能非常有效地吸收一定范围内的红外线波长。低浓度的微量气体，如甲烷、
8、臭氧和含氟氯烃，由于能吸收其它气体无法吸收的波长范围为714um的红外线而显得十分重要。,二、石油工业带来的问题,美国于1997年12月签署的京都协议，即关于气候变化的联合国框架协议，要求工业经济体如美国、加拿大、欧洲和日本等减少6种导致温室效应的气体的排放量，到2008-2012年，平均比1990年水平下降5.2%。,美国的排放目标是比1990年水平降低7%，这相当于到2010年将减少5.5亿吨CO2的排放量。可美国能源部估计，到2010年，美国的排放量将超过京都协议目标的40%。,温室效应,二、石油工业带来的问题,随着CO2排放减少，经济增长将由于产量降低而减缓，同时由于碳密集型商品及相关
9、商品必须用低碳或更高成本的工艺进行生产，从而使价格上涨。,预测表明，如执行京都协议的近期目标，即CO2排放量减至比1990年低7%的水平，以美元表示的美国GDP大约将每年减少1%-4%，与能源使用的基准预测量相比，转换成GDP损失为每年1000-4000亿美元。,温室效应,二、石油工业带来的问题,碳排放税,征收能源消费税或碳排放量税，既可缓解环境压力，又符合国家的能源安全利益。,从1990年起，芬兰和荷兰率先对每吨碳排放量分别征收了6.25美元和2美元的轻税。从1991年，挪威和瑞典对每吨碳排放量分别课以了120美元和150美元的重税。,为了同一课税水平，欧共体决定从1993年起对每桶石油当量
10、的二氧化碳排放量征收3美元的碳税，然后每年增加1美元，到2000年时使每桶石油当量的碳税达到10美元（相当于每吨70美元）。,二、石油工业带来的问题,图11-1 能源引起的环境污染,（二）温室效应,图11-3 环境污染与温室效应,二、石油工业带来的问题,（三）白色污染,“白色污染”，是人们对塑料垃圾污染环境的一种形象称谓。它是指用聚苯乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等高分子化合物制成的各类生活塑料制品使用后被弃置成为固体废物，由于随意乱丢乱扔并且难于降解处理，以致造成城市环境严重污染的现象。,二、石油工业带来的问题,（四）石油污染,石油是不溶于水的化合物，进入海洋中的石油会在海面上形成大面积的油膜，影响
11、了海气系统物质和能量的交换。,二、石油工业带来的问题,二、石油工业带来的问题,图11-5 全球可持续发展五大要点,三、石油工业的可持续发展,石油工业的可持续发展战略可归纳为：加快科技进步、节约用油、实施油气接替战略，走绿色石油化工之路，最终实现循环经济。,三、石油工业的可持续发展,三、石油工业的可持续发展,天然气水合物（亦称可燃冰）是以甲烷为主的可燃气体，是H2O和CH4在低温和高压环境下相互作用的产物，所以，又称甲烷水合物。1974年，美国地质工作者在海洋钻探中发现了类似普通干冰的物质，却意外地被火点着了，于是就有了“可燃冰”这一顾名思义的名称,三、石油工业的可持续发展,天然气水合物是在低温
12、高压条件下,由水和 气体组成的冰态物,其结构特点为结晶水晶格的 笼形结构的气体分子。,三、石油工业的可持续发展,三、石油工业的可持续发展,由于CH4的热辐射性质，其温室效应潜力达到CO2的20倍，所以在CH4大量释放过程中一旦失控，难免酿成灾难。若海域某区内有大量天然气水合物分解而无法控制，则会形成海底滑塌、滑坡和浊流作用等海底地质灾害的诱发因素，并且可能对全球气候变化产生极为重要的负面影响。为此，世界上许多有关专家正在关注研究天然气水合物开发利用的关键技术。,三、石油工业的可持续发展,水溶天然气,水溶天然气是指在一定条件下在地下水中溶解的天然气，即是指在地下水中溶解的具有工业开采利用价值的天
13、然气。,日本从1923年就开始开采水溶天然气，到1981年为止已累计开采了14307亿立方米水溶气。美国、意大利等国也早已投入水溶气的开发。,前苏联天然气研究所研究表明：全世界水溶气总量超过了全球已探明烃资源总热值的若干倍。,我国科技专家王雪吾估算我国水溶气的资源量为37万亿立方米。,三、石油工业的可持续发展,图11-2 油砂,三、石油工业的可持续发展,图11-9 煤层气的开采,三、石油工业的可持续发展,循环经济指以“减量化、再利用、资源化”为原则，以提高资源利用效率为核心，促进资源利用由“资源-产品-废物”的线性模式向“资源-产品-废物-再生资源”的循环模式转变，以尽可能少的资源消耗和环境成
14、本，实现经济社会可持续发展，使社会经济系统与自然生态系统相和谐。,三、石油工业的可持续发展,图11-10 碳循环,“减量化”，即减少进入生产和消费过程的物质量，从源头节约资源，减少污染物排放；“ 再利用”，即提高产品和服务的利用效率；“资源化”即生产出来的物品在完成其使用功能后能重新变成可以利用的资源而不是垃圾。,三、石油工业的可持续发展,图11-12 CO2捕集与地质埋存技术示意图,三、石油工业的可持续发展,可再生能源,太阳能可以通过光电池直接转化为电能，也可以转化为二次能源，如风能、洋波和洋流、降雨量（用于水力发电）和经过光合作用的生物燃料。在整个地质时代，太阳能为生物物质通过埋藏转变成矿
15、物燃料创造了条件。,太阳能,太阳能直接衍生物,水能,风能,生物质能,三、石油工业的可持续发展,太阳能直接能源,自然界中存在着巨量能源：每天约有1.41019Btu （英热单位）的太阳辐射能到达地球，是当前总能量消耗的13000倍；约（58）1014Btu 的能量（大致相当于当前的消耗）从地球内部喷流到地表。,太阳能能直接转化为电能，或被聚焦后为蒸汽发生器提供热量。近25年来，光电池的效率显著提高（从1976年的6%8%升至12%20%），而价格有所下降，说明未来使用率还要增大。,光电能的缺点是间断、费用高和峰值能量与需求之间不匹配，通常需要以某种形式的储存来缓解这些问题。,三、石油工业的可持续
16、发展,石油植物,系指那些可以直接生产工业用“燃料油”，或经发酵加工可生产“燃料油”的植物的总称。例如，现已发现的大量可直接生产燃料油的植物，主要分布在大戟科，如绿玉树、三角戟、续随子等。这些石油植物能生产低分子量氢化合物，加工后可合成汽油或柴油的代用品。,目前全世界植物生物质能源（主要是森林）每年生长量相当于600800亿吨石油，为目前世界开采量的2027倍，可见潜力之大。目前，英、美等一些工业发达国家用木材加工出石油已达到实用阶段。英国一家公司采用液化技术，用100公斤木材生产了24公斤石油，同时还生产出16公斤沥青和15公斤蒸汽。美国俄勒冈州一家以木片为原料的工厂，100公斤木片可制取30
17、公斤石油。,太阳能直接衍生物,三、石油工业的可持续发展,石油植物,地球上存在着不少的“石油植物”，它们所分泌出的液体，不需加工或稍经加工就可作燃料使用。如澳大利亚有一种名叫辐射校的树，含油率高达4.2，也就是说，一吨桉树可获取优质燃料5桶之多。在菲律宾和马来西亚，有一种被誉为“石油树”的银合欢树，这种树分泌的乳液中含“石油”量很高。巴西有一种香胶树，割开树皮就可流出胶汁般的树汁，它的化学成分与石油相似。,太阳能直接衍生物,三、石油工业的可持续发展,石油植物,目前，世界上许多国家都开始“石油植物”及其栽种的研究，并通过引种栽培，建立起新的能源基地 “石油植物园”、“能源农场”，专家预计，在21世
18、纪初“石油植物”将成为人类能源的宝库。,能够供燃料的植物不一定都要在泥土里才能生长。奥兰多市净化池里的风信子长势良好，污水是这种植物的最好营养物。因此，种植风信子可以达到一箭双雕的目的：不仅可以净化水源，而且可以得到可燃气体。加拿大科学家在地下盐水层中发现了两种生产石油的细菌，一种是红的，一种是无色透明的。它们繁殖很快，两天可收获一次。一平方海里的水域里一年就可生产14亿升“生物石油”。,太阳能直接衍生物,三、石油工业的可持续发展,图11-14 生物柴油转化技术,是生物质能的一种，它是生物质利用热裂解等技术得到的一种长链脂肪酸的单烷基酯。生物柴油是含氧量极高的复杂有机成分的混合物，这些混合物主
19、要是一些分子量大的有机物，几乎包括所有种类的含氧有机物，如：醚、酯、醛、酮、酚、有机酸、醇等。,三、石油工业的可持续发展,生物柴油,特点：1)含水率较高，最大可达30%-45%。水分有利于降低油的黏度、提高稳定性，但降低了油的热值； 2)pH值低，故贮存装置最好是抗酸腐蚀的材料； 3)密度比水大，与水的比值约为1.2； 4)具有“老化”倾向，加热不宜超过80，宜避光、避免与空气接触保存； 5)润滑性能好。,三、石油工业的可持续发展,生物柴油的植物原料膏桐树,非洲“灰姑娘”麻风树,三、石油工业的可持续发展,石油天然气工业对人类生活、能源交通、生态环境产生了极其深远的影响。石油天然气工业不是夕阳工业，它仍是世界范围内重要的具有战略意义的产业部门。未来的半个世纪，还将会是以石油天然气承载的“碳氢社会”，随着科学技术的进步和环保意识的提高，人类将进一步致力于提高矿物能源的利用效率，开发石油天然气的替代能源，最终实现石油工业的可持续发展。虽然，石油天然气资源是有限的，它们总有一天会枯竭。但只要人类积极应对，人类必将获得充足的能源供应。物质永恒，能源无穷！,结束语,
