Какие газы содержатся в угле
При превращении растительных остатков в торф в составе болотных газов основным компонентом является метан, кроме того, присутствуют азот и углекислый газ. Азот и аргон проникают в торф из воздуха. Присутствуют в виде незначительных примесей и другие газы. Образование метана и углекислого газа в болотах обусловлено биохимическими процессами.
По мере захоронения образовавшегося торфа и превращения в бурый уголь биохимические процессы затухают. Превращение торфа в бурый уголь сопровождается образованием метана и углекислого газа, но уже в значительно меньшем количестве, чем на стадии накопления торфа на заболоченных площадях.
Состав гуминового вещества и образующегося из него каменного угля очень сложен. Молекулы его обладают очень большим весом. Строение молекул сложное и представлено циклическими, главным образом шестичленными группами из атомов углерода, а частично из радикалов СН, СН2 и реже СН3. Радикалы СН2 и СН3 присутствуют в виде боковых групп. В строении молекул угля кроме углерода и водорода участвуют кислород, азот, сера. По мере превращения бурых углей в каменные, а последних в антрациты, уменьшается содержание кислорода, водорода и других элементов и возрастает содержание углерода. В антрацитах оно достигает 94–95% и более. Это обогащение углеродом связано с отщеплением боковых групп, более богатых водородом (СН2, СН3) и другими элементами, что происходит на протяжении геологического времени при повышенной температуре в толщах горных пород. Отщепление боковых групп приводит к образованию метана и других газов из угольного вещества.
На ранних этапах превращений угольного вещества выделяется главным образом углекислый газ, а на последующих – метан. Опыты Бергиуса по искусственной углефикации торфа показали, что при его нагреве образуется бурый уголь и при этом выделяется газ, содержащий 81% С02, 8,4% СН4, 2,2% Н2 и примесь некоторых других тазов. При дальнейшем нагреве бурого угля при давлении до 6 тыс. кГ/см2 получался уже продукт, близкий по составу к антрациту и содержащий 89% углерода. Выделявшийся при этом газ содержал 70–80% метана и 8–11% углекислого газа.
В пласты неглубоко залегающих бурых и каменных углей проникает атмосферный воздух, что приводит к частичному окислению угольного «вещества» с образованием СО2. Бурые угли более легко подвергаются такому окислению, этим объясняется высокое содержание СО2 в шахтах Подмосковного бассейна.
В связи с метаморфизмом углей представляет интерес изменение состава каменноугольных газов. Работы Г.Д. Лидина (1949 г.) и других исследователей показали, что здесь существует определенная зональность состава и содержания газов (рис. 9.1). В са
Рис. 9.1. Газовая зональность угольных месторождений (по Г.Д. Лидину)
мой верхней части разреза имеется азотно-углекислая зона (I). В сoставе газа этой зоны участвуют в основном азот и углекислый газ, метан встречается редко и в небольших концентрациях. Глубже расположена азотная зона (II). Здесь доля азота увеличивается, а доля углекислого газа снижается. Это связано с тем, что процессы окисления, обусловленные проникновением воздуха и приводящие к образованию углекислого газа, происходят главным образом на небольших глубинах. Затем выделяется азотно-метановая зона (III), основными компонентами в составе газа являются азот и метан. В газах нижней – метановой зоны (IV) метан составляет 80% и более.
Глубины границ этих зон в разных месторождениях каменного угля неодинаковы и зависят от геологических условий и интенсивности газообмена с атмосферой. Характерной в этом отношении является верхняя граница метановой зоны, где газообмен с атмосферой уже не играет существенной роли. Выше этой границы и до земной поверхности располагается зона газового выветривания. Другой характерной границей является глубина зоны полной деметанизации или верхней части азотно-углекислой зоны (рис. 9.1), где в результате газообмена с атмосферой метан в сколько-нибудь заметных концентрациях уже не встречается. По данным Г.Д. Лидина, А.И. Кравцова, А.Н. Дудырева и Б.М. Зимакова ниже приведены примеры мощности этих зон для некоторых угленосных бассейнов.
Как видно из табл. 19, в некоторых угленосных бассейнах верхняя граница метановой зоны находится на глубине 50–200 м. Известны районы, где эта граница расположена значительно глубже (600–800 м и более). В Печорском бассейне, по данным
Таблица 22.Мощности зон газового выветривания и полной деметанизации каменноугольных бассейнов
| Бассейн | Мощность зоны, м | |
| газового выветривания | полной деметанизации | |
| Донбасс | ||
| Западный и центральный районы | 200–500 | 100–400 |
| Восточный район | более 800 | до 600–800 |
| Кузбасс | 200–300 | 80–150 |
| Кизеловский | 600-800 | 400–500 |
| Печорский | 0–250 (большей частью 50–150) | практически нет |
Б.М. Зимакова (1965 г.), зона полной деметанизации в большинстве месторождений отсутствует (Интинское, Чернореченское, Воргашорское и другие месторождения). Уже в самых верхних слоях каменноугольный газ содержит заметное количество метана. В Воркутинском месторождении на некоторых участках зона полной деметанизации отсутствует; на других — имеет мощность всего 10–20 м.
Собственно каменноугольными газами, т. е. образующимися при метаморфизме каменного угля, следует считать газы метановой зоны, причем той части ее, где примесь атмосферного азота становится совсем незначительной.
Каменноугольные газы следует подразделить на две категории: газы свободные, встречающиеся в виде скоплений в каменноугольных месторождениях, и газы, содержащиеся в самих углях в сорбированном состоянии, а также в замкнутых порах и извлекаемые при измельчении углей, их нагреве и вакуумной откачке. Состав этих двух категорий каменноугольных газов неодинаков, главным образом, по содержанию тяжелых газообразных углеводородов. В свободных газах концентрация тяжелых углеводородов незначительна, а в газах, содержащихся в самих углях (сорбированных), она становится заметной, достигая 1–2%, а иногда и более. Это объясняется высокой способностью углей сорбировать этан и особенно более тяжелые углеводороды.
Анализы проб свободно выделяющихся каменноугольных газов показали, что содержание углеводородов С2–С5 в них невелико и не превышает 0,1%. Исследования М. М. Элинсон (1957г.) показали, что в рудничном воздухе тяжелые газообразные углеводороды практически отсутствуют (0,0–0,0007%) (табл. 23).
Как видно из табл. 23, лишь в двух случаях из десяти были обнаружены небольшие количества углеводородов С2–С5 (0,3–0,4%). Кроме того, в метановой зоне на значительных глубинах (340–500 м) в некоторых газовых скоплениях встречена заметная примесь азота. Такой состав наблюдается в газовых скоплениях, расположенных глубже чисто метановых скоплений, а еще глубже встречается газ, состоящий почти из чистого метана.
Газовые скопления в углях и сорбированные газы содержат водород, хотя в большинстве случаев его концентрации невелики.
Газы, содержащиеся в углях, в отличие от свободных газов, характеризуются несколько повышенной концентрацией тяжелых углеводородов. Согласно исследованиям М.М. Элинсон (1957 г.), в газах, извлеченных из углей Донбасса, наблюдались концентрации тяжелых углеводородов до 2,5%. Более значительные концентрации были обнаружены в некоторых углях Кузбасса. В одной из проанализированных проб содержание тяжелых углеводородов составляло 12,5%. По данным В. П. Козлова и Л. В. Токарева (1967 г.), в газах, выделенных из углей Донбасса, встречались концентрации тяжелых углеводородов до десятых долей процента.
В углях Донбасса в пробах газа, отобранных в зонах
Таблица 23.Состав газов в газовых скоплениях каменноугольных месторождений, по данным Б. М. Зимакова,%
| Месторождение | Глубина вскрытия газовых скоплений, м | СН4 | N2 | СО2, | ТУ |
| Усинское | 99,8 | 0,2 | |||
| Воргашорское | 99,4 | 0,6 | |||
| 86,0 | 13,0 | 1,0 | |||
| 87,0 | 13,0 | ||||
| 99,8 | 1,2 | ||||
| 100,0 | |||||
| Воркутинское | – | 96,2 | 3,8 | ||
| – | 97,0 | 3,0 | |||
| Нияшесырьягинское | 69,0 | 31,0 | |||
| 83,4 | 16,6 |
Таблица 24.Содержание тяжелых углеводородов в газах угольных пластов Донбасса, по данным Б. М. Носенко, М. Л. Левенштейн,%
| Компоненты | Содержание, % об. (среднее значение) | Частота встречаемости компонента, % от общего числа проб |
| С2Н6 | 0,10–8,52 (1,98) | 100,0 |
| С3Н8 | 0,05–2,90 (0,57) | 100,0 |
| С4Н10 | 0–1,40 (0,18) | 74,6 |
| С5Н12 | 0–0,64 (0,07) | 50,9 |
| С6Н14 | 0–0,43 (0,02) | 5,3 |
выше метановой, тяжелые углеводороды в большинстве случаев не обнаружены. В то же время в газах угольных пластов метановой (углеводородной) зоны тяжелые углеводороды присутствовали во всех пробах (табл. 24).
Средняя суммарная концентрация тяжелых углеводородов составляет 2,8%. Как отмечают упомянутые выше исследователи, эта концентрация близка к той, которая выявлена в газовых месторождениях северо-западной окраины Донбасса – Шебелинском, Спиваковском и Краснопоповском. В газоносных пластах этих месторождений концентрации тяжелых углеводородов составляют 0,3–5,4% (табл. 25).
В газах, содержащихся в углях Печорского бассейна, присутствуют тяжелые углеводороды в концентрации от 0,1 до 10%. Средняя концентрация составляет 3,68%. Характерно как для Донбасса, так и для Печорского бассейна, что основным компонентом тяжелых углеводородов является этан, на долю которого приходится в Донбассе около 70%, а в Печорском бассейне 86%. В свободном газе, находящемся в равновесии с углями, содержание пропана и более тяжелых углеводородов должно быть очень незначительным ввиду высокой сорбционной способности углей в отношении углеводородов С3 и выше.
Таблица 25.Состав газов угольных пластов месторождений Печорского бассейна, по данным Б. М. Зимакова,%
| Месторождение | Глубина, м | СН4 | С2Н6 | С3Н8 | С4Н10 | Н2 | СО2 | N2 |
| Интинское | 93,3 | 1,5 | 0,05 | 0,025 | 0,0 | 1,5 | 3,6 | |
| Воргашорское | 96,8 | 0,19 | 0,1 | 0,15 | 0,3 | 1,0 | 1,5 | |
| 86,7 | 4,8 | 1,0 | Следы | 3,8 | 1,2 | 2,5 | ||
| Воркутинское | 94,8 | 4,6 | 0,05 | 0,03 | 0,5 | |||
| 89,0 | 2,86 | 0,3 | 0,14 | 0,2 | 0,5 | 7,0 | ||
| 99,4 | 0,12 | 0,5 | ||||||
| 98,5 | 1,31 | 0,35 | 0,21 | 0,9 | ||||
| 88,1 | 10,0 | 0,75 | 0,95 | 0,2 |
Значительный интерес представляет содержание водорода в углях. В углях Донбасса и Кузбасса водород встречается не повсеместно, а лишь в отдельных образцах. Концентрации водорода, обнаруженные при этих исследованиях, достигали 7,5% в Донбассе и 18,4% в Кузбассе. В Карагандинском бассейне водород был обнаружен в 40% образцов, а его концентрация достигала 10%. Последующие исследования подтвердили присутствие водорода в газах угольных пластов. В большинстве случаев содержание водорода составляло от десятых долей до 3–4%. Однако в газах, извлеченных из некоторых проб углей, наблюдались высокие концентрации водорода – до 20% и более. Микроконцентрации водорода встречаются в газах угольных пластов повсеместно. При газовом каротаже на угольных месторождениях в буровом растворе часто обнаруживается водород, концентрации которого в ряде случаев превышают концентрации метана.
Опасные газы, выделяемые углем при нагревании. Хранение угля (10+)
Отопление углем. Практический опыт — Опасные газы
Оглавление :: Поиск
Опасные газы
При эксплуатации угольного отопительного котла при определенной погоде (сильный порывистый ветер) и при засорах дымохода или самого котла в помещение могут выделяться ядовитые газы. Если котел установлен в помещении, связанном с жилыми, или в помещении с котлом могут долгое время находиться люди, нужно быть очень осторожным. Дело в том, что горючие газы, выделяемые при коксовании угля, имеют резкий неприятный запах. Их попадание в помещение не может пройти незамеченным. Присутствующие люди сразу начинают реагировать, проветривать помещения, чистить котел и т. д.
Другое дело, когда первый этап горения угля завершен, и в котле остался только кокс, который там догорает. В этот момент в помещение может попасть CO — монооксид углерода или, что то же самое, угарный газ. А этот газ не имеет ни цвета, ни запаха. Его вдыхание приводит к гипоксии, легкой эйфории, сонливости. Уснувшие в помещении с большим количеством угарного газа (CO) спят сладким сном и обычно не просыпаются. Поэтому в помещении с котлом необходимо поставить датчик угарного газа. Проблемы с угарным газом характерны именно для угля, так как условия, при которых выделяется CO без каких либо сопутствующих пахучих газов, встречаются только при отоплении углем.
Вашему вниманию подборка материалов:
Все, что нужно знать об отоплении и климат-контроле Особенности выбора и обслуживания котлов и горелок. Сравнение топлива (газ, дизель, масло, уголь, дрова, электричество). Печи своими руками. Теплоноситель, радиаторы, трубы, теплый пол, циркуляцинные насосы. Чистка дымоходов. Кондиционирование
Мой котел несколько раз пытался меня отравить угарным газом. Это бывает, когда ветер не просто дует в какую-либо сторону, а крутит и задувает сверху вниз в трубу. Концентрация угарного газа в помещении с котлом не была высокой, но датчик срабатывал и предупреждал меня об опасности.
Хранение угля
Уголь для отопления ДПК легко разместить на участке и хранить. Уголь может быть размещен под открытым небом. Он не мокнет, не боится осадков. Уголь довольно тяжелый, несколько тонн угля занимает совсем немного места. Я высыпал уголь на участке и прикрыл его брезентом, чтобы было проще доставать его из-под снега. Уголь доступен как в россыпи, так и в мешках. В мешках он дороже, но зато уже подготовлен для сжигания, поколот на кусочки размером с орех. Но разгрузка этих мешков может стать проблемой, тогда как россыпью уголь высыпают с самосвала за 2 минуты. В рассыпном угле встречаются большие куски, которые потом приходится колоть. Я выбрал этот вариант. Мне даже прикольно выйти утром на морозец и поколоть уголь. Колю его колуном (такая кувалда, одна сторона которой сделана в виде клина)
Циркуляция теплоносителя
Угольный котел чувствителен к внезапному прекращению циркуляции теплоносителя, так как его очень тяжело быстро погасить, а сам он тем более не погаснет. Так что, если у Вас принудительная циркуляция теплоносителя, то при отключении электричества котел может закипеть, взорваться или покорежиться.
В аварийной ситуации котел можно залить водой, но будьте готовы после этого к его серьезной чистке (как минимум) и к возможному ремонту. У меня при попытке залить котел от перепада температур лопнул шамотный кирпич в стенке котла.
Так что в итоге я позаботился об энергонезависимой системе циркуляции теплоносителя, на основе циркуляционного насоса 12 вольт, питаемого от автомобильного аккумулятора.
(читать дальше…) :: (в начало статьи)
Оглавление :: Поиск
К сожалению в статьях периодически встречаются ошибки, они исправляются, статьи дополняются, развиваются, готовятся новые. Подпишитесь, на новости, чтобы быть в курсе.
Если что-то непонятно, обязательно спросите!
Задать вопрос. Обсуждение статьи.
Почему коптит котел? Котел коптит. Из трубы идет черный дым. Копоть оседает в котле, в трубе, вылетает из трубы. Почему может коптить котел? Читать дальше…
Почему дымит котел? Установлен угольный котел. В последнее время он начал дымить. Чем это может быть вызвано? Почему может дымить угольный котел? Читать дальше…
Еще статьи
Затопим твердотопливный котел. Зажигание угля…
Секреты растопки угольного (твердотопливного) котла…
Почему дымит котел?…
Установлен угольный котел. В последнее время он начал дымить. Чем это может быть…
Отопление газовыми баллонами, баллонным сжиженным газом, пропаном, про…
Делюсь опытом отопления дома баллонным газом….
Дизельный котел, горелка. Отопление соляркой. Отзыв, опыт применения….
Опыт отопления коттеджа дизельным топливом….
Установим резервный, запасной, аварийный отопительный котел. Схема уст…
Для надежного отопления нужен резервный котел. Как его выбрать, установить, наст…
Как сделать лавку и стол на даче своими руками….
Конструкция садовой скамейки. Как сделать своими руками удобную лавочку на даче…
Строительство садовой беседки своими руками. Строить, построить самост…
Как самостоятельно построить садовую беседку на участке?…
Почему дома холодно, куда уходит тепло, потери тепла….
Почему дома холодно? Куда уходит тепло? Как сделать, чтобы было тепло? Потери те…
ПРИРОДНЫЕ ИСТОЧНИКИ УГЛЕВОДОРОДОВ
Углеводороды все такие разные —
Жидкие и твёрдые, и газообразные.
Почему так много их в природе?
Дело в ненасытном углероде.
Действительно,
этот элемент, как никакой другой, “ненасытен”: он так и стремится
образовывать то цепи, прямые и разветвлённые, то кольца, то сетки из
множества своих атомов. Отсюда множество соединений из атомов углерода и
водорода.
Углеводороды – это и природный газ – метан, и другой бытовой горючий газ, которым наполняют баллоны – пропан С3Н8. Углеводороды – это и нефть, и бензин, и керосин. А ещё – органический растворитель С6Н6, парафин, из которого сделаны новогодние свечи, вазелин из аптеки и даже полиэтиленовый пакет для упаковки продуктов…
Важнейшими природными источниками углеводородов являются полезные ископаемые – каменный уголь, нефть, газ.
КАМЕННЫЙ УГОЛЬ
На земном шаре известно больше 36 тысяч угольных бассейнов и месторождений, которые в совокупности занимают 15%
территории земного шара. Угольные бассейны могут тянуться на тысячи
километров. Всего общегеологические запасы угля на земном шаре
составляют 5 трлн. 500 млрд. тонн, в том числе разведанные месторождения —1 трлн. 750 млрд. тонн.
Различают три главных вида ископаемых углей. При горении бурого угля, антрацита – пламя невидимое, сгорание бездымное, а каменный уголь при горении издаёт громкий треск.
Антрацит – самый древний из ископаемых углей. Отличается большой плотностью и блеском. Содержит до 95% углерода.
Каменный уголь – содержит до 99% углерода. Из всех ископаемых углей находит самое широкое применение.
Бурый уголь – содержит до 72%
углерода. Имеет бурый цвет. Как самый молодой из ископаемых углей,
часто сохраняет следы структуры дерева, из которого он образовался.
Отличается большой гигроскопичностью и высокой зольностью (от 7% до 38 %),
поэтому используется только как местное топливо и как сырьё для
химической переработки. В частности, путём его гидрогенизации получают
ценные виды жидкого топлива: бензин и керосин.
Углерод основная составная часть каменного угля(99%), бурого угля (до 72%).
Происхождение названия углерод, то есть, “рождающий уголь”. Аналогично и
латинское название “карбонеум” в основе содержит корень карбо-уголь.
Как
и нефть, каменный уголь содержит большое количество органических
веществ. Кроме органических веществ, в его состав входят и
неорганические вещества, такие, как вода, аммиак, сероводород и, конечно
же, сам углерод – уголь. Одним из основных способов переработки
каменного угля является коксование – прокаливание без доступа воздуха. В
результате коксования, которое проводят при температуре 10000 С, образуется:
Коксовый газ – в его состав входят водород, метан, угарный и углекислый газ, примеси аммиака, азота и других газов.
Каменноугольная смола –
содержит несколько сотен различных органических веществ, в том числе
бензол и его гомологи, фенол и ароматические спирты, нафталин и разные
гетероциклические соединения.
Надсмольная или аммиачная вода – содержащая, как ясно из названия, растворённый аммиак, а также фенол, сероводород и другие вещества.
Кокс – твёрдый остаток коксования, практический чистый углерод.
Кокс
используется в производстве чугуна и стали, аммиак — в производстве
азотных и комбинированных удобрений, а значение органических продуктов
коксования трудно переоценить. Какова же география распространения этого
полезного ископаемого?
Основная
часть угольных ресурсов приходится на северное полушарие – Азию,
Северную Америку, Евразию. Какие же страны выделяются по запасам и
добыче угля?
Китай, США, Индия, Австралия, Россия.
Главными экспортёрами угля являются страны.
США, Австралия, Россия, ЮАР.
Главные центры импорта.
Япония, Зарубежная Европа.
Это
очень экологически грязное топливо. При добыче угля происходят взрывы и
возгорания метана, возникают определенные проблемы, связанные с
окружающей средой.
Загрязнение окружающей среды
– это любое нежелательное изменение состояния этой среды в результате
хозяйственной деятельности человека. Это происходит и при добыче
полезных ископаемых. Представим ситуацию в районе добычи угля. Вместе с
углём на поверхность поднимается огромное количество пустой породы,
которое за ненадобностью просто отправляют в отвалы. Постепенно
образуются терриконы – огромные, в десятки метров высотой,
конусообразные горы пустой породы, которые искажают облик природного
ландшафта. А весь ли уголь, поднятый на поверхность, обязательно будет
вывезен потребителю? Конечно, нет. Ведь процесс негерметичен. Огромное
количество угольной пыли оседает на поверхность земли. В результате
изменяется состав почв, грунтовых вод, что неминуемо повлияет на
животный и растительный мир района.
Уголь
содержит радиоактивный углерод — С, но после сжигания топлива опасное
вещество вместе с дымом попадает в воздух, воду, почву, спекается в шлак
или золу, которая используется для производства строительных
материалов. В результате, в жилых домах стены и перекрытия “фонят” и
представляют угрозу для здоровья человека.
НЕФТЬ
Нефть известна человечеству с древних времён. На берегу Евфрата она добывалась
6-7 тыс. лет до н. э.
Использовалась она для освещения жилищ, для приготовления строительных
растворов, в качестве лекарств и мазей, при бальзамировании. Нефть в
древнем мире была грозным оружием: огненные реки лились на головы
штурмующих крепостные стены, горящие стрелы, смоченные в нефти, летели в
осаждённые города. Нефть являлась составной частью зажигательного
средства, вошедшего в историю под названием “греческого огня”. В средние века она использовалась главным образом для освещения улиц.
Нефтегазоносных бассейнов разведано больше 600, разрабатывается 450, а общее число нефтяных месторождений достигает 50 тысяч.
Различают легкую и тяжелую нефть.
Легкую нефть извлекают из недр насосами или фонтанным способом. Из
такой нефти делают в основном бензин и керосин. Тяжелые сорта нефти
иногда добывают даже шахтным способом (в Республике Коми), и готовят из
нее битум, мазут, различные масла.
Нефть
наиболее универсальное топливо, высококалорийное. Её добыча отличается
относительной простотой и дешевизной, ведь при добыче нефти нет
необходимости опускать под землю людей. Транспортировка нефти по
трубопроводам не представляет большой проблемы. Главный недостаток этого
вида топлива – невысокая ресурсообеспеченность (около 50 лет). Общегеологические запасы равны 500 млрд. тонн, в том числе разведанные 140 млрд. тонн.
В 2007
году российские учёные доказали мировому сообществу, что подводные
хребты Ломоносова и Менделеева, которые находятся в Северном Ледовитом
океане являются шельфовой зоной материка, а следовательно принадлежат
Российской Федерации. О составе нефти, её свойствах расскажет учитель
химии.
Нефть
– это “сгусток энергии”. С помощью лишь 1мл её можно нагреть на один
градус целое ведро воды, а для того чтобы вскипятить ведёрный самовар,
нужно менее половины стакана нефти. По концентрации энергии в единице
объёма нефть занимает первое место среди природных веществ. Даже
радиоактивные руды не могут конкурировать с ней в этом отношении, так
как содержание в них радиоактивных веществ настолько малы, что для
извлечения 1мг. ядерного топлива надо переработать тонны горных пород.
Нефть – это не только основа топливно-энергетического комплекса любого государства.
Здесь к месту знаменитые слова Д. И. Менделеева “сжигать нефть – это то же, что топить печь ассигнациями”. В каждой капле нефти содержится более 900 различных
химических соединений, более половины химических элементов
Периодической системы. Это действительно чудо природы, основа
нефтехимической промышленности. Примерно 90% всей добываемой нефти
используется в качестве топлива. Несмотря на “свои 10%”,
нефтехимический синтез обеспечивает получение многих тысяч органических
соединений, которые удовлетворяют насущные потребности современного
общества. Недаром люди уважительно называют нефть “чёрным золотом”,
“кровью Земли”.
Нефть
– маслянистая темно-коричневая жидкость с красноватым или зеленоватым
оттенком, иногда чёрная, красная, синяя или светлая и даже прозрачная с
характерным резким запахом. Бывает нефть белая или бесцветная, как вода
(например, в Суруханском месторождении в Азербайджане, в некоторых
месторождениях в Алжире).
Состав
нефти неодинаков. Но все они обычно содержат углеводороды трёх видов –
алканы (преимущественно нормального строения), циклоалканы и
ароматические углеводороды. Соотношение этих углеводородов в нефти
различных месторождений бывает разное: например, нефть Мангышлака богата
алканами, а нефть в районе Баку – циклоалканами.
Основные запасы нефти находятся в северном полушарии. Всего 75 стран мира добывают нефть, но 90% её добычи приходится на долю всего 10 стран. Около ? мировых запасов нефти приходится на развивающиеся страны. (Учитель называет и показывает на карте).
Главные страны производители:
Саудовская Аравия, США, Россия, Иран, Мексика.
В то же время больше 4/5 потребления нефти приходится на долю экономически развитых стран, которые являются главными страны-импортеры:
Япония, Зарубежная Европа, США.
Нефть в сыром виде нигде не используется, а находят применение продукты нефтепереработки.
Переработка нефти
Современная установка состоит из печи для нагревания нефти и ректификационной колонны, где нефть разделяется на фракции – отдельные
смеси углеводородов в соответствии с их температурами кипения: бензин,
лигроин, керосин. В печи имеется свернутая в змеевик длинная труба. Печь
обогревается продуктами сгорания мазута или газа. В змеевик непрерывно
подается нефть: там она нагревается до 320 — 350 0Си в
виде смеси жидкости и паров поступает в ректификационную колонну.
Ректификационная колонна – это стальной цилиндрический аппарат высотой
около 40м. Она имеет внутри несколько десятков горизонтальных
перегородок с отверстиями – так называемые тарелками. Пары нефти,
поступая в колонну, поднимаются вверх и проходят через отверстия в
тарелках. Постепенно охлаждаясь при своем движении вверх, они частично
сжижаются. Углеводороды менее летучие сжижаются уже на первых тарелках,
образуя газойлевуюфракцию; более летучие углеводороды собираются
выше и образуют керосиновую фракцию; ещё выше – лигроиновую фракцию.
Наиболее летучие углеводороды выходят в виде паров из колонны и после
конденсации, образуют бензин. Часть бензина подаётся обратно в колону
для “орошения”, что способствуют лучшему режиму работы. (Запись в
тетради). Бензин – содержит углеводороды С5 – С11, кипящие в интервале
от400С до 2000 С; лигроин – содержит углеводороды С8 — С14 с температурой кипения от 1200С до 2400С;керосин- содержит углеводороды С12 – С18, кипящие при температуре от1800С до 3000С; газойль — содержит углеводороды С13 – С15, отгоняют при температуре от 2300С до 3600 С; смазочные масла- С16 – С28, кипят при температуре 3500 С и выше.
После
отгонки из нефти светлых продуктов остаётся вязкая чёрная жидкость –
мазут. Он представляет собой ценную смесь углеводородов. Из мазута путём
дополнительной перегонки получают смазочные масла. Неперегоняющуюся
часть мазута называют гудроном, который используется в строительстве и
при асфальтировании дорог.(Демонстрация фрагмента видеофильма). Наиболее
ценной фракцией прямой перегонки нефти является бензин. Однако выход
этой фракции не превышает 17-20% от массы сырой нефти. Возникает
проблема: как удовлетворить все возрастающие потребности общества в
автомобильном и авиационном топливе? Решение было найдено в конце 19
века русским инженером Владимиром Григорьевичем Шуховым. В 1891 году он впервые осуществил промышленный крекинг
керосиновой фракции нефти, что позволило увеличить выход бензина до
65-70% (в расчёте на сырую нефть). Только за разработку процесса
термического крекинга нефтепродуктов благодарное человечество золотыми
буквами вписало имя этого уникального человека в историю цивилизации.
Полученные
в результате ректификации нефти продукты подвергают химической
переработке, включающей ряд сложных процессов, Один из них – крекинг
нефтепродуктов (от английского “Сracking”-расщепление). Различают
несколько видов крекинга: термический, каталитический, крекинг высокого
давления, восстановительный. Термический крекинг заключается в
расщеплении молекул углеводородов с длинной цепью на более короткие под
действием высокой температуры (470-5500C). В процессе этого расщепления наряду с алканами образуются алкены:
С16Н34 → С8Н18 (октан) + С8Н16 (октен)
В настоящее время наиболее распространён каталитический крекинг. Он проводится при температуре 450-500 0С,
но с большей скоростью и позволяет получать бензин более высокого
качества. В условиях каталитического крекинга наряду с реакциями
расщепления идут реакции изомеризации, то есть превращения углеводородов
нормального строения в углеводороды разветвлённые.
Изомеризация
влияет на качество бензина, так как наличие разветвленных углеводородов
сильно повышает его октановое число. Крекинг относят к так называемым
вторичным процессам нефтепереработки. К вторичным относят и ряд других
каталитических процессов, например риформинг. Риформинг – это
ароматизация бензинов, путём нагревания их в присутствии катализатора,
например, платины. В этих условиях алканы и циклоалканы превращаются в
ароматические углеводороды, в следствии чего октановое число бензинов
также существенно повышается.
Экология и нефтепромысел
Для
нефтехимического производства особенно актуальна проблема окружающей
среды. Добыча нефти связана с затратами энергии и загрязнением
окружающей среды. Опасным источником загрязнения Мирового океана
является морская нефтедобыча, также Мировой океан загрязняется при
транспортировке нефти. Каждый из нас видел по телевизору последствия
аварий нефтеналивного танкера. Чёрные, покрытые слоем мазута берега,
чёрный прибой, задыхающиеся дельфины, Птицы, крылья которых в вязком
мазуте, люди в защитных костюмах, собирающие нефть лопатами и вёдрами.
Хочу привести данные серьёзной экологической катастрофы, которая
произошла в Керченском проливе в ноябре 2007 года. В воду попали 2
тысячи тонн нефтепродуктов и около 7 тысяч тонн серы. Больше всего из-за
катастрофы пострадали коса Тузла, которая находится на стыке Чёрного и
Азовского морей, и коса Чушка. После аварии мазут осел на дно из — за
чего погибла мелкая ракушка-сердцевидка-основная еда обитателей моря. На
восстановление экосистемы уйдет 10 лет. Погибло более 15 тысяч птиц.
Литр нефти, попав в воду, растекается по её поверхности пятнами площадью
100 кв.м. Нефтяная пленка, хотя и очень тонкая, образует непреодолимую
преграду на пути кислорода из атмосферы в водную толщу. В результате
нарушается кислородный режим и океан “задыхается”. Гибнет
планктон, являющийся основой пищевой цепи океана. В настоящее время
нефтяными пятнами покрыто уже около 20% площади Мирового океана, и
площадь, пораженная нефтяным загрязнением растет. Кроме того, что
нефтяной пленкой покрыт Мировой океан, мы можем её наблюдать и на суше.
Например, на нефтяных месторождениях Западной Сибири в год проливается
нефти больше, чем вмещает танкер — до 20 млн. тонн. Около половины этой
нефти попадает на землю в результате аварий, остальное – “плановые”
фонтаны и утечки при запуске скважин, разведочном бурении, ремонте
трубопроводов. Наибольшая площадь нефтезагрязнённых земель, по данным
Комитета по окружающей среде Ямало-Ненецкого автономного округа,
приходится на Пуровский район.
ПРИРОДНЫЙ И ПОПУТНЫЙ НЕФТЯНОЙ ГАЗЫ
В природном газе содержатся углеводороды с низкой молекулярной массой, основными компонентами является метан.
Его содержание в газе различных месторождений колеблется от 80% до 97%.
Кроме метана – этан, пропан, бутан. Неорганические: азот– 2%; СО2; Н2О;
Н2S, благородные газы. При сгорании природного газа выделяется много
тепла.
По
своим свойствам природный газ как топливо превосходит даже нефть, он
более каллориней. Это самая молодая отрасль топливной промышленности.
Газ ещё проще добывают и транспортируют. Это самое экономичное из всех
видов топлива. Есть, правда, и недостатки: сложная межконтинентальная
транспортировка газа. Танкеры – метанавозы, перевозящие газ в сжиженном
состоянии представляют собой исключительно сложные дорогие конструкции.
Применяется
в качестве: эффективного топлива, сырья в химической промышленности, в
производстве ацетилена, этилена, водорода, сажи, пластмассы, уксусной
кислоты, красителей, медикаментов и др. Попутные (нефтяные газы) –
природные газы, которые растворяются в нефти и выделяются при её добыче.
В нефтяном газе содержится меньше метана, но больше пропана, бутана и
других высших углеводородов. А где газ добывается?
Более
70 стран мира обладают промышленными запасами газа. Причём, как и в
случае с нефтью, очень крупными запасами располагают развивающиеся
страны. Но добычу газа ведут в основном развитые страны. Они имеют
возможности для его использования или способ продавать газ другим
странам, находящимися с ними на одном материке. Международная торговля
газом менее активна, чем торговля нефтью. На международном рынок
поступает около 15% добываемого в мире газа. Почти 2/3 мировой добычи
газа дают Россия и США. Бесспорно ведущим регионом газодобычи не только
нашей страны, но и в мире является Ямало-Ненецкий автономный округ, где
эта отрасль развивается уже 30 лет. Наш город Новый Уренгой по праву
признан газовой столицей. К крупнейшим месторождениям относятся
Уренгойское, Ямбургское, Медвежье, Заполярное. Уренгойское месторождение
включено в “Книгу рекордов Гиннеса”. Запасы и добыча месторождения
уникальны. Разведанные запасы превышают 10 трлн. м3, с момента эксплуатации уже добыто 6 трлн. м3. В 2008 году ОАО “Газпром” планирует добыть на Уренгойском месторождении 598 млрд. м3 “голубого золота”.
Газ и экология
Несовершенство
технологии добычи нефти и газа, их транспортировки обуславливает
постоянное сжигание объё