Горючие полезные ископаемые — функции, виды и характеристики

Какие существуют горючие полезные ископаемые

Есть 3 вида полезных ископаемых, которые могут гореть с пользой (в течение длительного времени). Первый всегда находится в жидком состоянии (масло). Второй — твердый (углерод). А третий — летучий (газ). Ископаемое топливо находится в недрах земной коры: его добывают путем вскрытия разлома (там была жила) на поверхности. Или путем бурения скважин (как в случае с нефтью и газом). Есть несколько менее популярные «топливные» источники (из-за опасности майнинга). Имеется в виду торф (его добывают на болотах и ​​они могут гореть). И гидрат метана (он присутствует в замерзшем состоянии в труднодоступных районах вечной мерзлоты) или в морях. Он изолирован от жидкости.

Основное различие между описываемой категорией природных ресурсов — 1 физическое свойство. А именно способность выделять много тепловой энергии при окислении (сгорании). Какие ископаемые виды топлива наиболее выгодны?

Необходимое время «создания» угля,нефти.

Лабораторные исследования последних нескольких десятилетий показали, что уголь и нефть могут быстро образовываться. В мае 1972 года Джордж Хилл, декан Горно-минерального колледжа, написал статью для Journal of Chemical Technology, ныне известного как Kemtek. На странице 292 он прокомментировал:
«По счастливой случайности это привело к довольно неожиданному открытию… Эти наблюдения показывают, что в процессе образования высококачественных углей… они, вероятно, в какой-то момент своей истории подвергались воздействию высоких температур. Возможно, механизм образования этих высококачественных углей явился событием, вызвавшим сильное кратковременное потепление».
Дело в том, что Хиллу просто удалось добыть уголь (неотличимый от природного). И это заняло у него шесть часов.
Более 20 лет назад британские исследователи изобрели способ превращать бытовые отходы в масло, подходящее для отопления домов и используемое в качестве топлива для электростанций.
Натуральный древесный уголь также можно быстро сформировать. Аргоннская национальная лаборатория сообщила о научных результатах, показывающих, что в естественных условиях уголь может образоваться всего за 36 недель. Согласно этому отчету, для образования угля необходимо только, чтобы древесина и каолиновая глина в качестве катализатора были засыпаны достаточно глубоко (чтобы исключить доступ кислорода); и что температура окружающих пород составляет 150 градусов по Цельсию. В этих условиях уголь добывается всего за 36 месяцев. В отчете также отмечается, что уголь образуется еще быстрее при более высоких температурах.

Нефть

Нефть — это жидкий продукт разложения микроорганизмов, скопившихся в толще коры нашей планеты. И процесс его формирования длился миллионы лет. Его получают путем бурения скважин, но геологоразведка знает случаи естественного выхода нефти наружу (через трещины в коре). Помимо континентальных отложений есть и расположенные на прибрежной платформе (подводные склоны).

Как и газ, нефть поставляется по специальным трубопроводам. Из него делают топливо для транспортных средств (бензин), а из фракции нефти (керосин) делают дизельное топливо для авиации. Каждая из разновидностей используется только для внутреннего сгорания.

Твердые продукты переработки — это материал полимерной промышленности.

Виды топлива

Основное топливо
твердый	жидкость	газообразный	отсутствует
Горючие сланцы	Масло	Пропан	Аэрозоль
Торф	Масла	Бутан	Подвески
Уголь: бурый, битуминозный, антрацитовый, графитовый	Спирты	Метан	Мыло
Сапропель	Эфиры	Сланцевый газ
Нефтеносные пески	Эмульсии	Минеральный газ
	Жидкое топливо для ракет	Болотный газ
Синтетическое топливо Фишера-Тропша	Биогаз
	Гидрат метана
Водород
Сжатый газ
Продукты газификации твердого топлива
Смешивание

Все ископаемые виды топлива поставляются за счет нефти, угля и природного газа.

Краткая характеристика полезных ископаемых, используемых как топливо

Сырьем для производства энергоносителей являются нефть, уголь, горючие сланцы, природный газ, газогидраты, торф.

Нефть — это жидкость, относящаяся к горючим (осадочным) минералам. Он состоит из углеводородов и других химических элементов. Цвет жидкости в зависимости от состава варьируется от светло-коричневого, темно-коричневого и черного. Желто-зеленые и бесцветные композиции встречаются редко. Присутствие в масле азота, серы и кислородсодержащих элементов определяет его цвет и запах.

Карбон — название латинского происхождения. Carb — это международное название углерода. В составе присутствуют битумные массы и растительные остатки. Это органическое соединение, которое стало объектом медленного разложения под воздействием внешних факторов (геологических и биологических).

Горючий сланец, как и уголь, является представителем группы окаменелостей твердого топлива или каустобиолитов (что дословно переводится с греческого как «топливный камень жизни»). При сухой перегонке (под воздействием высоких температур) образует смолы, химический состав которых близок к маслу. В составе сланцев преобладают минералы (хальцис, доломит, кварц, пирит и др.), Но есть и органические (кероген), которые только в высококачественных породах достигают 50% от общего состава.

Природный газ — это газообразное вещество, образующееся при разложении органических веществ. В недрах Земли существует три типа скоплений газовых смесей: отдельные скопления, газовые пробки нефтяных месторождений и в составе нефти или воды. В оптимальных климатических условиях вещество находится только в газообразном состоянии. Его можно найти внутри земли в виде кристаллов (гидратов природного газа).

Газовые гидраты — это кристаллические образования, образованные водой и газом при определенных условиях. Они относятся к группе соединений переменного состава.

Торф — это рыхлая порода, используемая в качестве топлива, теплоизоляционного материала, удобрения. Это газосодержащий минерал, который используется в качестве топлива во многих регионах.

Вред экологии

При сжигании ископаемого топлива выделяются углеродные и водородные соединения, которые соединяются с кислородом из атмосферы с образованием углекислого газа и водяного пара в процессе, называемом горением.

Помимо парниковых газов, ископаемое топливо также вызывает другие виды загрязнения, включая, помимо прочего, оксиды азота, серу, твердые частицы, летучие органические соединения, окись углерода и ртуть. В последнее время значительно улучшилось воздействие ископаемого топлива на окружающую среду благодаря введению более строгих мер по борьбе с загрязнением в соответствии с законодательством. Безусловно, наибольшую озабоченность при использовании ископаемого топлива вызывает воздействие на климат. Большое количество углекислого газа, выделяемого при сжигании ископаемого топлива, вызывает изменения климата Земли. Помимо сжигания этих видов энергии, существует ряд других экологических проблем, особенно во время раскопок, разрушения среды обитания, потери биоразнообразия и загрязнения воды.

В будущем потребление всех видов ископаемого топлива будет увеличиваться. С увеличением масштабов гидроразрыва сланцевого газа и во многих странах, заинтересованных в замене угольной генерации, выбросы парниковых газов которой выше, чем у газа, использование природного газа, по-видимому, вполне готово к росту. Некоторые страны пытаются отказаться от угля, ошеломляющий рост потребления угля в Китае и Индии, вероятно, останется основным источником энергии в ближайшие годы.

Хотя в конечном итоге нефть может и не стать доминирующим энергетическим ресурсом в мире, ее использование будет увеличиваться, если не произойдет фундаментальных изменений в том, как мир поддерживает транспортный сектор и в том, как энергия потребляется для нужд человека. Сейчас рассматривается водородная энергетика, но до массового производства еще далеко.

Темпы потребления

Принимая во внимание возрастающие темпы потребления природных ресурсов, сложно дать однозначную оценку запаса топлива за длительный период. При текущей динамике добыча нефти в 2018 году составит 3 млрд тонн, что приведет к истощению мировых запасов на 80% к 2030 году. Запасы черного золота ожидаются в течение 55-50 лет. При нынешних темпах потребления природного газа может закончиться 60 лет.

На Земле запасов угля намного больше, чем нефти и газа. Однако за последнее десятилетие его добыча увеличилась, и, если темпы не замедлятся, из запланированных 420 лет (по существующим прогнозам) запасы закончатся через 200.

Происхождение

Все, что современный человек извлекает из недр земли, относится к невозобновляемым природным ресурсам. Для их появления потребовались миллионы лет и особые геологические условия. В мезозое образовалось большое количество ископаемого топлива.

Нефть — согласно биогенной теории происхождения, образование длилось сотни миллионов лет из органического вещества осадочных пород.

Уголь — образуется, когда разлагающийся растительный материал пополняется быстрее, чем разложение. Болота — подходящее место для этого процесса. Застойная вода защищает слой растительной массы от полного уничтожения бактериями из-за низкого содержания кислорода. Уголь делится на гуминовый (образуется из остатков древесины, листьев, стеблей) и сапропелит (образуется в основном из водорослей).

Торф можно определить как сырье для образования угля. Если его погрузить под слои отложений, вода и газ теряются под действием сжатия и образуется уголь.

Горючие сланцы — органический компонент, образующийся в результате биохимических превращений простейших водорослей. Он делится на два типа: талломоальгинит (содержит водоросли с неповрежденной клеточной структурой) и коллоальгинит (водоросли с утратой клеточной структуры).

Природный газ — согласно той же теории биогенного происхождения ископаемых, природный газ образуется при более высоких давлениях и температурах, чем нефть, о чем свидетельствует более глубокое присутствие отложений. Они образованы из одного и того же природного материала (останков живых организмов).

Газовые гидраты — это такие образования, для которых требуются особые термобарические условия. Поэтому они в основном образуются на донных отложениях и мерзлых породах. Они также могут образовываться на стенках труб во время добычи газа, и таким образом ископаемое нагревается до температуры, превышающей температуру образования гидратов.

Торф — образуется в условиях болота из остатков не полностью разложившихся органических растений. Оседает на поверхности почвы.

Уголь

Добыча угля — самая безопасная. Недостаточно того, что он воспламеняется при высокой концентрации или повышается температура. Требуется открытый огонь. Поэтому добывают этот ресурс открытыми способами (расширение непокрытого карьера) или рытьем шахты, поднимая добытое на вагонах.

Это остатки древних растений (окаменелости), образовавшие плотный концентрат. Процесс проходил под землей без кислорода. Толщина планеты насыщена соединениями углерода (карбонатами) исключительно твердого агрегатного состояния. Антрациты — самые плотные (самые твердые) соединения. Следующим в этом рейтинге идет так называемый «уголь».

Поскольку топливо безопасно и подходит для открытого сгорания, оно используется в тепловых электростанциях, двигателях тепловозов и теплоходах. А в деревне еще много домов с печами.

Влияние на окружающую среду

Активное использование ископаемого топлива приводит к увеличению выбросов углекислого газа (СО2) в атмосферу, разрушительное воздействие которого на климат планеты подтверждено международными экологическими организациями. Если не сократить выбросы СО2, неизбежна экологическая катастрофа, начало которой могут наблюдать современники. По предварительным оценкам, от 60% до 80% всех запасов ископаемого топлива должны остаться нетронутыми для стабилизации ситуации на Земле. Однако это не единственный побочный эффект использования ископаемого топлива. То же производство, транспортировка, переработка на НПЗ способствует загрязнению окружающей среды гораздо более токсичными веществами. Примером может служить инцидент в Мексиканском заливе, который привел к остановке Гольфстрима.

Обработка попутного нефтяного газа

Концентрация нефтепродуктов отрицательно сказывается на окружающей среде и здоровье населения. В связи с этим возникла необходимость в разработке и практическом применении СЭМ.

Есть несколько способов утилизации и переработки:

1. Фракционный метод — основан на разделении газа на компоненты.
2. Закачка масла в резервуар для увеличения давления и увеличения добычи.
3. Мембранная очистка с последующим ожижением и использованием для получения топлива и нефтехимического сырья.
4. Превращение в сжиженный газ.

Переработка каменного угля

Обработка этого вида ресурса называется коксом, который осуществляется нагреванием угля до 900-1100 ° C без доступа воздуха.

В результате получились следующие продукты:

• высокоуглеродистый кокс;
• коксовый газ;
• каменноугольная смола.

Более 90% всей энергии, потребляемой сегодня человечеством, получается из ископаемых природных органических соединений. Газ по своим свойствам превосходит нефть.

Добыча

Битуминозный уголь и природный газ отличаются не только тем, как они поднимаются на поверхность. Глубже, чем другие, находятся газовые месторождения, от одного до нескольких километров вглубь суши. Вещество находится в порах резервуаров (пласт, содержащий природный газ). Сила, заставляющая материал подниматься наверх, — это разница давлений между подземными слоями и системой сбора. Добыча ведется с помощью скважин, которые стараются равномерно распределить по всему месторождению. Таким образом, забор топлива позволяет избежать перекрестных перетоков газа между участками и несвоевременного орошения отложений.

Технологии добычи нефти и газа имеют некоторое сходство. Различают виды добычи нефти по способам подъема вещества на поверхность:

• фонтан (технология, аналогичная газовой, основанная на разнице давлений в недрах и в системе подачи жидкости);
• газовый лифт;
• с помощью электроцентробежного насоса;
• с установкой винтового электронасоса;
• вакуумные насосы (иногда подключаемые к наземному насосному агрегату).

Способ извлечения зависит от глубины залегания вещества. Есть много вариантов поднятия масла на поверхность.

Способ разработки угольного месторождения также зависит от характеристик наличия угля в почве. Открытые разработки ведутся, когда ископаемое находится на уровне ста метров от поверхности. Часто ведется смешанный вид горных работ: сначала открытым, затем подземным (забоями). Угольные месторождения богаты другими ценными ресурсами для потребления: драгоценными металлами, метаном, редкими металлами, подземными водами.

Сланцевые месторождения образуются либо в результате добычи (считается неэффективной), либо в результате добычи в пласте, когда порода нагревается под землей. Из-за сложности технологии добыча ведется в очень ограниченных количествах.

Торф добывают путем осушения болот. Из-за появления кислорода активируются аэробные микроорганизмы, разлагающие его органическое вещество, что приводит к высвобождению углекислого газа с огромной скоростью. Торф — самый дешевый вид топлива, его постоянно добывают с соблюдением определенных правил.

Их переработка

Минеральные ресурсы требуют переработки для дальнейшего использования и получения необходимых продуктов.

Переработка нефти

Этот ресурс не используется в чистом виде. Лечение может быть первичным и вторичным.

1. Первичная обработка — это ректификация масла нагреванием, не приводящая к химическим изменениям в веществе. В процессе повышения температуры сначала испаряются легкокипящие элементы, затем им требуется более высокая температура.

Схема ректификационной колонны

На подготовительном этапе требуется очистка масла от воды, солей и твердых механических частиц. Далее вещество поступает в трубчатую печь, где нагревается до 350 ° С. Горячий состав перемещается в нижнюю часть ректификационной колонны, в которой отдельные фракции испаряются на разных уровнях в зависимости от их температур кипения:

• ректификационный газ (верхняя часть, температура кипения не выше 40 ° С);
• бензиновая фракция (35-200 ° С);
• фракция нафты (150 — 250 oC);
• керосиновая фракция (190 — 300 oC);
• дизельная фракция (200-300 ° С);
• мазут (низ колонны, температура кипения более 350 ° С).

2. Вторичные: крекинг и риформинг — необходимы для увеличения выхода после переработки более дорогих и качественных фракций.

Крекинг — это метод обработки мазута путем нагрева с комбинированным действием катализатора для увеличения выхода бензиновой фракции.

Риформинг направлен на улучшение качественных характеристик бензиновой фракции за счет реакций дегидроциклирования.

Переработка природного газа

Содержание примесей в природном газе затрудняет его дальнейшую транспортировку и использование. В связи с этим лечат:

1. Сушка — для удаления серы и воды.
2. Обработка по способу изготовления презентации:
   • термохимическим методом — при высокой температуре и давлении;
   • физический и энергетический: охлаждение или нагрев ресурса путем его сжатия и разделения;
   • химико-каталитический — методом частичного или парового окисления, конверсии диоксида углерода.

В результате процессов образуются вещества: источники энергии и химические вещества (аммиак, уксусная кислота, метонол и др.).

Извлекаемые запасы

Одна из оценок благосостояния общества основана на потреблении топлива на душу населения: чем больше вы потребляете, тем комфортнее живут люди. Этот факт (и не только это) заставляет человечество увеличивать объемы производства топлива, влияя на его цену. Стоимость нефти сегодня определяется таким экономическим термином, как «нетбэк». Этот термин относится к цене нефтеперерабатывающего завода, которая включает средневзвешенную стоимость нефтепродуктов (исходя из закупленного вещества) и доставку сырья на завод.

Торговые биржи продают нефть по ценам CIF, что буквально означает «стоимость, страхование и фрахт». Из этого можно сделать вывод, что цена на нефть сегодня согласно котировкам сделок включает цену сырья, транспортные расходы на его доставку.

Что мы узнали?

Горючие природные ресурсы играют важную роль в жизни человека, поскольку они обеспечивают тепло и энергию, необходимые для многих технологических процессов. Наиболее важными ископаемыми видами топлива являются нефть, газ и уголь. Самый экологически чистый вид природного топлива — газ. Примеры ископаемого топлива можно привести в уроке о внешнем мире в четвертом классе.

Газ

Газ, который мы используем в повседневной жизни, подобен нефти, продукту тысячелетнего разложения живых организмов. Формула этана, пропана, бутана и метана позволяет гореть дольше, чем другие газы. Указанный ресурс подводится к газовым горелкам по трубопроводу.

Из всех описанных окаменелостей только газ может не только гореть, но (при накоплении в опасном объеме) взорваться. Дело в том, что при смешивании с воздухом в слишком высокой концентрации любой названный газ выходит из стадии постепенного сгорания, немедленно высвобождая всю энергию, накопленную во время окислительной реакции.

Газ может быть не только летучим. Он также содержится во льду (тот же гидрат) или в горючем сланце. Обычное агрегатное состояние летучих соединений называется «природным» газом. Чаще всего именно прирост газа относится к месторождениям нефти (ведь он тоже в ней содержится).