Горючие ископаемые. Уголь нефть торф газ


Основные виды топлива: твердые, жидкие и газообразные – характеристики

Все существующие виды топлива разделяются на твердые, жидкие и газообразные. Для нагрева используется также тепловое действие электрического тока и пылевидное топливо. Некоторые группы топлива, в свою очередь, делятся на две подгруппы, из которых одна представляет собой топливо в том виде, в каком оно добывается, и это топливо называется естественным; другая подгруппа — топливо, которое получается путем переработки естественного топлива; это топливо называется искусственным.

Твердое топливо:

  • естественное – дрова, каменный уголь, антрацит, торф;
  • искусственное – древесный уголь, кокс и пылевидное, которое получается из измельченных углей.

Жидкое топливо

  • естественное – нефть;
  • искусственное – бензин, керосин, мазут, смола.
  • естественное – природный газ;
  • искусственное – генераторный газ, получаемый при газификации различных видов твердого топлива (торфа, дров, каменного угля и др.), коксовальный, доменный, светильный и другие газы.

Все виды топлива состоят из одних и тех же элементов. Разница между видами топлива заключается в том, что эти элементы содержатся в топливе в различных количествах. Элементы, из которых состоит топливо, делятся на две группы. К первой группе относятся те элементы, которые горят сами или поддерживают горение. К таким элементам относятся углерод, водород и кислород. Ко второй группе элементов принадлежат те, которые сами не горят и не способствуют горению; к ним относятся азот и вода. Особо от названных элементов стоит сера. Она является горючим веществом и при горении выделяет тепло, но ее присутствие в топливе нежелательно, так как при горении серы выделяется сернистый газ, который переходит в нагреваемый металл и ухудшает его механические свойства.

Выше было сказано, что количество тепла, выделяемое топливом при сгорании, измеряется калориями. Каждое топливо при горении выделяет неодинаковое количество тепла. Количество тепла (калорий), которое выделяется при полном сгорании 1 кг твердого или жидкого топлива или при сгорании 1 м3 газообразного, называется теплотворной способностью. Теплотворная способность различных видов топлива имеет широкие пределы. Например, для мазута теплотворная способность составляет около 10000 ккал/кг, для качественного каменного угля – 7000 ккал/кг и т. д. Чем выше теплотворная способность топлива, тем оно ценнее, так как для получения одного и того же количества тепла его потребуется меньше. Для сравнения тепловой ценности топлива применяется общая единица измерения. В качестве такой единицы принято топливо, имеющее теплотворную способность 7000 ккал/кг. Эта единица называется условным топливом.

Наибольшее распространение для сжигания в кузнечных печах находят следующие виды естественного топлива: бурый уголь, каменный уголь и газообразное топливо. Дрова и торф, обладая низкой теплотворной способностью, почти не пригодны для нагрева металла.

Бурые угли

Бурые угли представляют собой наиболее молодые сорта каменных углей. Золы в бурых углях содержится от 9 до 45%. Теплотворная способность от 2500 до 5000 ккал/кг. Только что добытый бурый уголь отличается большим содержанием влаги (до 60%). На воздухе бурый уголь теряет влагу, и содержание ее понижается до 30%. Под влиянием атмосферных условий эти угли быстро выветриваются и превращаются в мелочь. При длительном хранении бурые угли самозагораются. В чистом виде бурые угли лишь некоторых месторождений (карагандинское и др.) используются для кузнечных печей с полугазовыми топками, так как они не могут нагревать металл до необходимой температуры.

Каменный уголь

Каменный уголь – один из основных видов топлива для кузнечных печей. Образуется каменный уголь отложением растений в течение длительного времени. Образующиеся отложения со временем покрываются толстым слоем земли. Под большим давлением, при полном отсутствии воздуха, происходит разложение древесины и образование каменного угля. Процесс образования угля идет очень медленно и длится тысячелетия. В зависимости от длительности образования получаются разные сорта каменного угля с различной теплотворной способностью. Для кузнечных печей наиболее приемлемым является уголь с большим содержанием летучих, т. е. длиннопламенный и газовый. При длинном пламени создается возможность получения более равномерного нагрева металла в печи.

Газообразное топливо

Единственным естественным (природным) газом является «горючий газ», который выделяется из земли через естественные выходы или буровые скважины. Теплотворная способность нефтяного (природного) газа около 8000-8500 ккал/м3 и может доходить до 15000 ккал/м3. В настоящее время естественный газ находит широкое применение в промышленности и в быту, особенно в районах его образования. Среди искусственных видов топлива особое значение для кузнечного производства имеют кокс, древесный уголь, жидкое, газообразное и пылевидное топливо.

Кокс

Кокс получается из каменного угля обработкой в специальных коксовых печах без доступа воздуха. При этом выделяются летучие, образуя богатый по калорийности газ, называемый коксовым, который, в свою очередь, является хорошим топливом. Кокс содержит 87% углерода, 4% летучих веществ, 8% золы и 1-2% серы. Теплотворная способность кокса 5600-7000 ккал/кг. В кузнечном производстве кокс употребляется главным образом в горнах.

Древесный уголь

Древесный уголь выжигается из дров в специальных углевыжигательных печах и является лучшим топливом для кузнечных горнов. В древесном угле содержится очень мало золы и практически совсем не содержится серы. Однако ввиду дороговизны он употребляется редко. Древесный уголь содержит 84% углерода, 14% летучих и 2% золы. Теплотворная способность его 7000-8000 ккал/кг.

Жидкое топливо

Единственным жидким топливом естественного происхождения, имеющим промышленное значение, является нефть. Сырую нефть как топливо в печах не применяют, а применяют продукт ее переработки – мазут, т. е. остатки, получаемые после отгонки из нефти керосина и бензина. Мазут по составу не постоянен, чаще всего содержит углерода 84-86%, водорода 12,4%, кислорода + азота + серы 1,3%, золы 0,3 %, воды 1-2%. Теплотворная способность мазута 9500-10000 ккал/кг.

Газообразное топливо

Искусственное газообразное топливо получается путем газификации топлива в газогенераторах или как побочный продукт при других процессах, например, при коксовании – коксовальный газ, в доменном процессе-доменный газ. На металлургических заводах в специальных коксовальных печах вырабатывается кокс, который служит топливом для доменных печей. При этом как побочный продукт получается газ, который называется коксовальным. Теплотворная способность этого газа изменяется в пределах от 4000 до 5000 ккал/м3.

Для лучшего и более удобного использования твердого топлива его превращают в газ в специальных устройствах, которые называются газогенераторами. Например, из торфа получают торфяной генераторный газ, из каменного угля – каменноугольный генераторный газ и т. д.

Теплотворная способность генераторного газа зависит от вида топлива, из которого получен газ, и от способа газификации. Например, торфяной генераторный газ имеет теплотворную способность от 1500 до 1600 ккал/м3, каменноугольный генераторный газ – от 1200 до 1400 ккал/м3.

Пылеугольное топливо

Уголь для сжигания в нагревательных печах в виде пыли предварительно размалывается в специальных мельницах до частиц 0,07-0,05 мм. Сжиганием угольной пыли в печах достигается высокая температура нагрева металла.

Торф

Торф является химически и геологически наиболее молодым ископаемым твердым топливом и обладает высоким выходом летучих (Vг=70%), высокой влажностью (Wр=40-50%), умеренной зольностью (Aр=5-10%), низкой теплотой сгорания Qpn=8.38-10.47 МДж/кг (2000-2500 ккал/кг).

Сланцы

В Эстонии большое значение имеют горючие сланцы, добываемые открытым способом. Зольность сланцев очень большая и доходит до Aр=50-60%, влажность также повышенная Wр=l5-20%. Вследствие большого балласта их теплота сгорания низкая Qpn=5.87-10 МДж/кг (1400-2400 ккал/кг) при высокой теплоте сгорания горючей массы Qgn=27.2-33.5 МДж/кг (6500-8000 ккал/кг). Высокое содержание водорода в горючей массе Hг=7,5-9,5% обусловливает большой выход летучих у сланцев, достигающий 80-90%, и их легкую воспламеняемость. Топливо с высокой зольностью и влажностью вследствие большого содержания внешнего балласта целесообразно использовать вблизи места его добычи для уменьшения непроизводительных транспортных расходов на перевозку большой массы золы и влаги. В этом смысле такие топлива принято называть местными. К ним, в частности, относятся некоторые бурые угли, как, например, подмосковные, башкирские, украинские, торф и сланцы.

Мазут

Из жидких топлив в энергетике используется мазут трех марок — 40, 100 и 200. Марка определяется предельной вязкостью, составляющей при 80 °С для мазута 40 – 8,0; для мазута 100 – 15,6; для мазута 200 – 6,5-9,5 град. усл. вязкости (°УВ) при 100 °С. В мазуте содержится углерода 84-86% и водорода – 11-12%, содержание влаги не превышает 3-4%, а золы – 0,5%. Мазут имеет высокую теплоту сгорания Qpn=39.38-40.2 МДж/кг (9400-9600 ккал/кг).

По содержанию серы различают малосернистый мазут Sр?0,5%, сернистый – Sр до 2% и высокосернистый Sр до 3,5%; по вязкости – маловязкий и высоковязкий, содержащий смолистые вещества и парафин. Наиболее вязкие сорта мазута имеют температуру застывания 25-35 °С. В связи с этим при сжигании применяется предварительный нагрев вязких мазутов до температуры 80-120 °С.

uusb.ru

Элетронная энциклопедия для школьников

Особую группу полезных ископаемых образуют различные виды топлива: в них как бы аккумулированы солнечное тепло и энергия, которые освобождаются при сжигании. Торф, уголь, горючие сланцы, нефть и горючие газы содержат углерод, соединение которого с кислородом при горении сопровождается выделением тепла. Теплотворная способность горючих веществ, в том числе и горючих ископаемых, определяется количеством калорий, выделяемых при сжигании 1 кг топлива. Она колеблется в очень широких пределах и определяется следующими примерными границами (в килокалориях) :

торф 500 — 2 000 горючий сланец 1 500 — 3 000 бурый уголь 3 500 — 7 500 каменный уголь 7 000 — 9 000 антрацит 8 000 — 8 400 нефть 10000 — 15000

Горючие ископаемые используются не только как топливо. Они служат незаменимым сырьем для производства разного рода изделий. Угли, горючие сланцы, нефть и газ идут на производство пластмасс, синтетических тканей, взрывчатых веществ, лекарств, красок, технических масел, мыла и других изделий.

Торф представляет собой скопление полуперепревшей растительной массы, накопившейся на дне болот и заросших озер. В его состав входят не полностью разложившиеся остатки деревьев, кустарников, тростника, камыша, трав и мхов, продукты их полного разложения, или гумус, а также глина и ил. В естественном состоянии торф содержит много воды (около 80—90%), поэтому он относится к низкокачественным горючим ископаемым. В настоящее время торф как горючее ископаемое не играет заметной роли: он используется как удобрение в сельском хозяйстве.

1510-1.jpg

Уголь — главный источник энергии, потребляемой самыми различными отраслями промышленности и транспорта.

Уголь представляет собой горную породу темного цвета с большим содержанием горючего вещества, возникшего вследствие захоронения в осадочных толщах скоплений различных растений. В хлорофилловых зернах стеблей и листьев под влиянием солнечного сйета растения синтезируют из углекислого газа, воздуха и почвенной воды первичные органические вещества, при этом растения не только концентрируют в своих тканях углерод, водород и кислород, но и накапливают солнечную энергию, которая освобождается при сгорании. Поэтому ископаемый уголь иногда называют солнечным камнем. Пласты каменного угля формировались за счет накопления растений двух групп. К первой принадлежат водоросли, при разложении которых на дне водных бассейнов накапливались сапропели. Ко второй группе относятся остатки деревьев, кустарников, трав и мхов, подобных тем, которые слагают торф, но преобразованные в гумус. Поэтому в зависимости от состава исходной растительной массы различают угли сапропелевые и гумусовые.

Массы сапропелей или гумуса накапливаются на дне болот, озер и морей, где их предохраняет от полного разложения слой воды, препятствующий воздействию кислорода воздуха. Постепенно такая полуразложенная растительная масса заносится илом, а потом толщей глин, песков и других осадков, при этом растительная масса уплотняется, обезвоживается и отвердевает, постепенно преобразуясь в ископаемый уголь. По мере увеличения перекрывающих осадков, а также все большего погружения на глубину углеобразующая масса изменяется все сильнее. При слабом изменении из торфяного гумусового вещества формируется бурый уголь, рыхлый и сравнительно мягкий. При дальнейшем изменении он преобразуется в более твердый каменный уголь черного цвета, а затем возникает густочерный блестящий твердый и хрупкий антрацит.

Ископаемые угли образуют пласты толщиной от нескольких сантиметров до десятков метров. Месторождения углей могут состоять из одного пласта, например в Подмосковном бассейне, или из десятков, как в Донецком бассейне. Пласты могут располагаться горизонтально или быть смяты в складки вместе с вмещающими их породами. Они могут встречаться на ограниченной площади, а также распространяться на большой территории. В последнем случае они формируют угольные бассейны. Например, Подмосковный бассейн бурого угля располагается в пределах Ленинградской, Новгородской, Калининской, Смоленской, Калужской, Московской, Тульской и Рязанской областей на общей площади 120 тыс. км2. Донецкий бассейн каменного угля и антрацита расположен на территории Украины и Ростовской области на площади 60 тыс. км2.

1510-2.jpg

Каспийское море. Нефтяная вышка на искусственном острове (на сваях).

В Советском Союзе добывается огромное количество угля — до 600 млн. т в год. Но такие грандиозные размеры добычи не опасны для истощения природных кладовых, так как по запасам угля — 260 млрд. т — мы занимаем первое место в мире.

1510-3.jpg

Сушка брикетов торфа.

Горючие сланцы образуются преимущественно из сапропелей. Oни представляют тонкослоистую глину, содержащую горючее органическое вещество, которое окрашивает породу в черный цвет. Горючие сланцы употребляются не только как топливо, из них извлекают минеральные масла, горючий газ, аммиак.

1510-4.jpg

Нефтяные вышки в песках Средней Азии.

Нефть и горючий газ встречаются в земных недрах как вместе, так и раздельно. Нефть — это природная горючая маслянистая жидкость, состоит из смеси жидких и газообразных углеводородов. При отвердевании нефти образуются асфальт и озокерит. Природный горючий газ состоит из газообразных углеводородов — метана, этана, пропана.

1510-6.jpg

Формы подземных нефтяных резервуаров. Нефть залегает в пористых осадочных породах морского происхождения — песках и песчаниках, часто в сводчатых складках, встречается также и в известняках, где заполняет пустоты и трещины: слева — распределение газа и нефти в антиклинали; в центре — ловушка для нефти в разрезанных трещинами известняках; справа — слои песка переходят в глины. В местах их  клинивания образуется ловушка для нефти.

Нефть и горючий газ накапливаются в пористых породах, называемых коллекторами. Хорошим коллектором является пласт песчаника, заключенный среди непроницаемых пород, таких, как глины или глинистые сланцы, препятствующие утечке нефти и газа из природных резервуаров. Наиболее благоприятные условия для образования месторождений нефти и газа возникают в тех случаях, когда пласт песчаника изогнут в складку, обращенную сводом кверху. При этом верхняя часть такого купола бывает заполнена газом, ниже располагается нефть, а еще ниже — вода. Залежи нефти и газа вскрываются при помощи буровых скважин. На заре нефтедобывающей промышленности эти скважины вскрывали нефть и газ на глубине в несколько сот метров. В настоящее время, когда неглубоко залегающие Месторождения выработаны, буровые скважины достигают глубины до 7 км. Газ и нефть находятся в недрах Земли под большим давлением, поэтому, если не принять мер, при бурении скважин возникают нефтяные и газовые фонтаны.

1510-5.jpg

Открытый угольный карьер.

О том, как образовались месторождения нефти и горючего газа, ученые много спорят. Одни геологи — сторонники гипотезы неорганического происхождения — утверждают, что нефтяные и газовые месторождения образовались вследствие просачивания из глубин Земли углерода и водорода, их объединения в форме углеводородов и накопления в породах — коллекторах.

Другие геологи, их большинство, полагают, что нефть, подобно углю, возникла из органической массы, погребенной на глубину под морские осадки, где из нее выделялись горючие жидкость и газ. Это органическая гипотеза происхождения нефти и горючего газа. Обе эти гипотезы объясняют часть фактов, но оставляют без ответа другую их часть. Полная разработка теории образования нефти и горючего газа еще ждет своих будущих исследователей.

Группы нефтяных и газовых месторождений, подобно месторождениям ископаемого угля, образуют газонефтеносные бассейны. Они, как правило, приурочены к прогибам земной коры, в которых залегают осадочные породы; в их составе имеются пласты хороших коллекторов.

В нашей стране давно известен Каспийский нефтеносный бассейн, разработка которого началась в районе Баку. В 20-х годах был открыт Волго-Уральский бассейн, который назвали Вторым Баку. В 50-х годах был выявлен величайший в мире Западно-Сибирский бассейн нефти и газа. Крупные бассейны, кроме того, известны и в других районах страны — от берегов Ледовитого океана до пустынь Средней Азии. Они распространены как на материках, так и под дном морей.

Советский Союз занимает одно из первых мест в мире по запасам нефти и газа. Большое преимущество этих полезных ископаемых — сравнительное удобство их транспортировки. По трубопроводам нефть и газ поступают за тысячи километров на фабрики, заводы и электростанции, где используются как топливо, как сырье для производства бензина, керосина, масел и для химической промышленности. По трубопроводу «Дружба» длиной более 4000 км нефть течет из Советского Союза в Польшу, Чехословакию, Германскую Демократическую Республику и Венгрию. Горючий газ Средней Азии и Приволжья доходит до Москвы и Ленинграда, обеспечивая квартиры жителей городов и сел дешевым и чистым топливом.

edukids.narod.ru

антрацит, каменный уголь, бурый уголь, торф, сланцы.

Бурый уголь содержит 70% С, каменный 82% С, в буром угле влаги половина по объему, а в каменном ее почти нет.

(1) Основные виды продуктов, которые могут быть получены из угля: При коксовании природных топлив (главным образом каменного угля) путём нагревания до 950−1050 °С без доступа воздуха получаются основные продукты – кокс (70 % об. от полученных продуктов коксования), коксовый газ - первичный газ (16% об.), каменноугольные смолы ( 3,5 % об.), бензол (1% об.), аммиак, влага.

Каменноугольный кокс представляет собой удлинённые куски серого цвета. Обладает высокой пористостью (ок. 50%), большой насыпной плотностью, высокой теплотой сгорания.

При газификации - высокотемпературном процессе взаимодействия углерода топлива с окислителями образуются горючие газы (Н2, СО, СН4). В качестве окислителей (газифицируюх агентов) используют О2, водяной пар, СО2, либо смеси указанных веществ.

В зависимости от соотношения исходных реагентов, температуры, продолжительности реакции и других факторов можно получать газовые смеси самого разного состава.

(2) Энергетическое использование угля (производство электроэнергии 85%, промышленность 8%, получение кокса 4%, быт, торговля и т.д. 3%)

Химическое использование угля (термическая переработка без доступа воздуха – коксование, термическая переработка с окислителями – газификация).

Вопр. (1)Характеристика нефти как природного сырья. (2)Добыча и переработка нефти и основные экологические проблемы, которые при этом возникают.

(1)Все горючие полезные ископаемые подразделяются на два ряда: угольный (уголь – образ. уг. пласты) и нефтяной (нефть и газ — подвижные вещества).

Нефть образуется вместе с газообразными углеводородами обычно на глубине более 1,5-2 км и залегает на глубине от десятков метров до 5-6 км. На больших глубинах преобладают газовые и газоконденсатные залежи с небольшим количеством легких фракций нефти.

Физ. св-ва нефти: ж-ть от светло-коричневого (почти бесцв.) до темно-бурого (почти черн.) цвета. = 0,65 - 1,05. Чаще от 0,82 до 0,95. Легкая нефть0,83 - легкая,= 0,831-0,86 – средняя или утяжеленная,=0,86 - тяжелая.

Нефти различают также по содержанию в них сернистых соединений:

-малосернистые – не более 0,5% серы

-сернистые – 0,51-2,0%

-высокосернистые – более 2%

Основные нефтепродукты

-Топлива (газы нефтепереработки, попутные нефтяные газы, бензины, реактивные топлива, газотурбинные топлива, дизельные топлива, котельные топлива)

-Нефтяные масла (смазочные масла, масла спец. назначения)

-Растворители и осветительные керосины

-Твердые углеводороды (парафин, церезин, озокерит)

-Нефтяные битумы

-Нефтяной кокс

-Технический углерод

-Пластичные смазки

(2) 1) Добыча нефти.

Фонтанный способ добычи: нефть изливается на поверхность земли под давлением пластовой энергии. Не требуется затрачивать энергию на добычу нефти, а надо сдерживать слишком сильный напор. Фонтанный метод пригоден лишь для первого периода эксплуатации скважин.

Компрессорный или газлифтный способ: в скважину погружают две колонны труб, расположенные концентрически (одна в другой). Через кольцевое пространство подают С-Н газ, который давит на нефть по центральной трубе на поверхность.

Возможна закачка в глубинные горизонты воды для создания подпора. Используют термическое воздействие на пласт, закачку в пласт смешивающихся с нефтью агентов-растворителей.

Глубиннонасосный способ: используются погружные штанговые глубинные насосы и погружные центробежные насосы.

Нефть, добытая из скважин любым из способов, является многокомпонентной неоднородной системой «жидкость-газ-твердое» или «жидкость1-жидкость2-газ-твердое». Она содержит попутный газ, воду, мин. соли, механические примеси (песок, глинозем)

studfiles.net


Смотрите также