Что такое твердое горючее полезное ископаемое

Нефть — жидкое горючее полезное ископаемое. По химическому составу это смесь различных углеводородов с примесями других органических веществ.

Нефть — невозобновляемое полезное ископаемое — по крайней мере в масштабах времени существования человека на Земле. Возобновляемыми в отдаленном будущем можно считатьгорючие ископаемые — нефть, уголь, торф, сланцы, а также некоторые природные соли. Но воссоздание месторождений — столь длительный процесс, что полезные ископаемые почти все можно считать срочным вкладом природы.

К категории практически невозобновляемых ресурсов относятся ископаемые магматического происхождения — рудные, из которых получают металлы, и некоторые нерудные (например, корунд, графит и т. д.). 

Нефть, природный газ и их природные производные — горючие полезные ископаемые — природные образования, которые могут быть источником тепловой энергии., их называют также каустобиолитами. Помимо нефти и газа, к каустобиолитам относятся торф, различные виды углей, горючие углистые сланцы, а также битумы. К горючим ископаемым относят и группу липтобиолитов, представляющих собой янтарь и его производные (древние смолы, отложившиеся в морском иле).  НЕФТЬ, жидкое горючее полезное ископаемое. Залегает обычно в пористых или трещиноватых горных породах (песках, песчаниках, известняках) на глуб. 1,2—2 км и более. Маслянистая жидк. от светло-коричневого до темнобурогоцв. со специфич. запахом плотн. 0,65—1,05 г/см (обычно 0,82—0,95) Н., плотн. к-рой ниже 0,83, наз. легкой, 0,831—0,860 — средней, выше 0,860 — тяжелой т-ра начала кипения>28°С, реже > 100 °С, от 26 до —60 °С (в нек-рых случаях 30—32 °С) вязкость колеблется в широких пределах (напр., при 50 °С — от 1,2 до 55 мм=/с), уд.теплоемкость 1,7—2,1 кДж/(кг-К), теплота сгорания. 

Горючие полезные ископаемые служат ценнейшим топливом, а чтобы вещество являлось таковым, оно должно обладать достаточно высокой теплотой сгорания, быть распространенным, продукты его горения должны быть летучими, чтобы не затруднять процесс горения и не быть вредными и ядовитыми для людей. В зависимости от агрегатного состояния горючие ископаемые подразделяются на твердые, жидкие и газообразные. Агрегатное состояние определяет способы добычи и использования их в качестве источника энергии.

Классические работы Г. Потонье положили начало классификации горючих полезных ископаемых, для которых он ввел термин каустобиолиты (каустос — горючий, биос — жизнь, литое — камень), т.е. горючие камни биогенного генезиса. Для углей и горючих сланцев, а также твердых природных продуктов преобразования нефти (нафтидов) это и справедливо, но такое определение вряд ли соответствует основным горючим полезным ископаемым — нефти и горючему газу.

К середине XX в. было доказано единство всех горючих полезных ископаемых нефти, угля, газа, горючих сланцев установлена генетическая связь нефти с ископаемым органическим веществом осадочных пород разработаны критерии выделения нефтематеринских свит. 

Другой генетической классификацией горючих полезных ископаемых, построенной также по их элементному составу, является схема А.Ф. Добрянского. Она представляет собой треугольную диаграмму, по сторонам треугольника отложено в процентах содержание углерода, водорода и суммы гетероэлементов (кислорода, азота и серы). Все точки, соответствующие элементным составам каустобиолитовразных классов, сгруппированы в две расходящиеся вверху вытянутые линии, отражающие две ветви преобразования единого исходного вещества. Схема превращения сапропелитов от керогенагорючих сланцев через оксиасфальты и мальты в нефти, предлагаемая А.Ф. Добрянским (правая ветвь диаграммы), не отвечает действительным соотношениям, существующим в природе. И.О. Брод обратил внимание на то, что генетическую классификациюкаустобиолитов вряд ли целесообразно строить на основе элементного анализа, поскольку количественное соотношение атомов углерода и водорода может быть сходное у веществ, имеющих совершенно различное строение и генезис. При этом он отмечает удачность генетической классификации В.А. Клубова, построенной также по элементному составу, но, прибегая к иной системе изображения элементного состава.

Теплота сгорания нефти выше, чем у твердых горючих полезных ископаемых (угля, сланца, торфа), и составляет около 42 МДж/кг. В отличие от твердых горючих ископаемыхнефть содержит мало золы.

Объективная оценкаразведанных запасов горючих полезных ископаемых планеты показывает, что основным топливом третьего тысячелетия будет каменный уголь. Газоносные угольные месторождения считаются нетрадиционными источниками углеводородных газов. Угольный метан в пересчете на условное топливо занимает в мире третье-четвертое место после угля, нефти и природного газа.

    Нефтегазоносность Земли рассматривается как феноменальное следствие развития ее геосфер, а нефтегазообразование — частный случай дефлюидизации осадочных пород. Нефтеобразование представлено как фундаментальная проблема естествознания, тесно связанная с происхождением и эволюцией жизни на Земле и с развитием ее оболочек. Нефть рассматривается в разных аспектах 1) как горючее полезное ископаемое, 2) как природный углеводородный раствор — единственный неводный раствор на Земле, 3) как жидкий гидрофобный продукт фоссилизации органического вещества, несущий информацию о биосферах прошлых геологических эпох.

ВВЕДЕНИЕ
Твердые горючие ископаемые (уголь, торф, сланцы) являются ценным источником энергии. Человечество давно узнало и оценило их важность для себя. Кроме этого, область применения твердых горючих ископаемых непрерывно расширяется благодаря достижениям современной науки и техники.

[sms]

Ископаемое твердое топливо универсально в отношении применения его в химической промышленности. Оно содержит в себе многие из веществ, которые человек может получить только путем синтеза. Переработка углей, например, позволяет получить смесь реакционноспособных соединений, которая потом используется в качестве сырья для многих синтезов в различных отраслях химической промышленности, сельского хозяйства и т. д. Так, широко используемые в сельском хозяйстве гуминовые кислоты (удобрения) выделяют из бурых углей.
Полноценно использовать то или иное ископаемое можно только в том случае, когда нам известны его химический состав и физические свойства. Данный реферат рассматривает основные характеристики ископаемых и способы их применения.

ОБРАЗОВАНИЕ УГЛЕЙ

Угли, как и другие твердые горючие ископаемые, были образованы различными растениями в процессе их отмирания.

Образование гумусовых углей

В далеком прошлом на огромных незаболоченных пространствах произрастали пышные леса. Для бурного роста деревьев были все условия — теплый влажный воздух, насыщенный углекислым газом. Но вместе с бурным ростом такие условия способствовали и бурному отмиранию растений. Падая на землю, растения или их части подвергались разложению при свободном доступе воздуха. Эти условия приводили к тому, что разложение целлюлозы проходило очень быстро.В результате огромная масса растительного материала быстро превращалась в смесь гуминовых кислот с незначительными примесями восков, углеводородов и смол. Однако образованная таким способом масса почти полностью разлагается микроорганизмами, поэтому больших количеств растительного материала в тех условиях образоваться не могло.
Описанным выше образом получался сухой торф. Если его скопление покрывалось какой-либо породой (например, песком), то даже под внешним давлением никаких значительных изменений с ним не происходило. Не обладая пластичностью ,масса не могла расслаиваться и перемещаться.Масса не содержала в себе остатков неразложившегося вещества ,поэтому и дальнейших процессов разложения в ней не было. Следовательно, повышения температуры в слоях сухого торфа не происходило. Можно сказать, что с течением времени в пластах сухого торфа протекали только незначительные изменения, например уплотнение пластов.
Уплотняясь,гуминовые кислоты лишались карбоксильной группы(протекал процесс декарбоксилирования) и превращались в гуммиты;сиолы также подвергались декарбоксилированию, а воски не меняли своего строения. Результатом этого процесса было образование бурых гумусовых углей.
Под воздействием определенных факторов окружающей среды бурые гумсовые угли превращались в гумусовый каменный уголь. Это происходило под действием высокого давления на буроугольные гумусовые пласты и сопровождалось повышением температуры, в результате чего активировалось разложение и декарбоксилирование гумусовых кислот; также происходила полимеризация смол и восков, что приводило к образованию неплавких и нерастворимых в воде высокомолекулярных соединений.

Смешанные угли

Очень редко в природе встречались условия для образования чистых гумусовых углей. Чаще всего образовывались угли смешанного характера .Предполагают, что их образование протекало по нескольким возможным механизмам.
Гумусовые вещества могли заноситься в водоем и медленно оседать на дно. Разрастающийся планктон со временем оседал на дно и смешивался с гумусовыми веществами. Частично разложившийся растительный материал и значительное количество гуминовых кислот приносили воды , размывающии торфянники.

Могло быть и иначе. ПОсле мощных осадков в водоёмы врывался бурный поток воды ,содержащий минеральные вещества и гумусовый материал.Первыми на дно оседали минеральные вещества , а гумусовый материал действовал как окислитель на ненасыщенные кислоты планктона. Опускаясь на дно , эти соединения подвергались полимеризации.

Постепенное отмирание планктона приводило к накоплению в природной части водоемов жирового материала. Отсутствие кислорода (т. н. анаэробные условия) способствовало его дегидратации и дальнейшей полимеризации .Современем на этих участках получалась однородная масса, впоследствии образовавшая витрит-уголь смешанного происхождения.

МЕТОДЫ ПЕРЕРАБОТКИ УГЛЕЙ

Переработка углей позволяет улучшить их свойства, а кроме того, получать из углей многие ценные вещества. Так, например, широко распространено получение из твердых горючих ископаемых газообразного топлива и использование их для получения синтетического топлива. Для этого разработаны несколько методов высокотемпературной обработки угля: пиролиз, газификация и др.

Термическая переработка угля по степени конверсии делится на подсушку, полукоксование, коксование, безостаточную газификацию. Рассмотрим эти процессы подробнее.
Подсушка — процесс, предшествующий полукоксованию. Подсушке направлена на удаление из угля связанной воды. Процесс проводят при температурах не выше 160 °С. Во время подсушки разложения угля не происходит. Если подсушку проводить с доступом воздуха, то может происходить окисление топлива.
Повышение температуры до 200-250 °С приводит к газовыделению из угля — в основном выделяется оксид углерода(IV) и пары воды.Также возможно выделение сероводорода. Если температуру поднимать до 300- 350 оС ,то количество выделяющихся газов резко возрастает. Одновремен начинается выделение паров дегтя — конденсирующихся жидких продуктов .Максимальное количество дегтя выделяется при 500-550 оС. Описанные процессы называются полукоксованием, а продукт полукоксования — первичным дегтем.

 Остаток после полукоксования называется полукоксом. Он содержит большое количество летучих соединений и направляется на дальнейшую переработку. Газ полукосования содержит в основном оксид углерода(IV),большое количество предельных и непредельных углеводородов.
 Коксование — термический процесс переработки каменных углей.Он заключается в нагревании каменных углей без доступа воздуха до 1000-1100о С. В этих условиях происходит разложение углей на летучие продукты (сырой , или прямой, газ) и твердый остаток — кокс. Кокс направляется для дальнейшего использования (преимущественно в металлургической промышленности ), а сырой газ отправляют на переработку.

  В состав  сырого газа входят амиак , бензол, пары смолы, цианистый водород, сероводород и угольная пыль. Количественный состав сырого газа зависит от химического состава углей, подвергшихся коксованию.

  Поскольку из сырого газа можно получить многие полезные вещества ,то его направляют на освобождение от них .В основном улавливают такие ценные ‘ продукты, как аммиак, бензол. Аммиак связывают серной кислотой , а бензол извлекают поглотительным маслом. Затем сырой газ очищают от сероводорода и  цианистого водорода и используют как топливо или сырье для  дальнейшей химической переработки.

  Газификация — процесс термического взаимодействия углерода топлива с окислителями с целью получения горючих газов . продуктами газификации  обычно являются водород Н2 , оксид углерода (II) СО, метан СН4. Соотношение продуктов в полученной смеси газов может быть различным в зависимости от того,  какими были температура, давленивление, продолжительность реакции, соотношение исходных  реагентов и другие факторы реакции.

  Окислителями в реакциях газификации обычно выступают кислород,водяной пар, оксид углерода(IV), воздух, обогащенный кислородом, и их смеси самого разного состава.

  ‘Основной целью газификации твердого топлива в промышлек целях является получение синтез-газа — смеси оксида углерода(II) и водорода.
  Основные реакции, протекающие при газификации топлива, можно описать  следующими уравнениями реакций:

                           С + С02->2СО

                           С + 2Н2->СН4
                         С + Н2О->СО2  + Н2

 Газификацию проводят в специальных аппаратах — газогенераторах, поэтому образующийся газ называют генераторным. В зависимости от условий проведения газификации генераторные газы могут иметь различный состав. Для характеристики состава вводят понятие идеального генераторного газа — газ, образовавшийся путём воздействия газифицирующихся агентов(О2 или Н2) и чистого углерода , в результате чего образуются только горючие компоненты.
  Реальные генераторные газы по составу отличаются от идеальных. Это иллюстрирует следующая таблица:

  Генераторные газы могут использоваться в дальнейшей химической переработке или в качестве газового топлива. Так, часть генераторных  газов идет на  отопительный газ и бытовой газ, оба из которых обладают высокой теплотой сгорания. Если генераторный газ планируется использовать в качестве химического сырья, то его предварительно очищают от окислителей (С02) и балласта(N2).
  Используемый в синтезах генераторный газ должен содержать СО и Н2. В зависимости от того  в каком именно синтезе будет задействован газ, содержание  компонентов в нем будет различно. Соотношение СО:Н2 можно изменить с помоощью следующих процессов:

  — увеличить содержание Н2 каталетической  конверсией оксида углерода( II):

               СО +Н2О ->CO2 + H2