1. Химия природных энергоносителей и углеродных материалов: состав и физико-химические свойства углей, сланцев, битумов, озокеритов, нефти и природного газа в соответствии со стадиями угле- и нефтеобразовательного процесса



страница3/3
Дата28.04.2019
Размер121 Kb.
Название файлаХимия природных энергоносителей и углеродных материалов.doc
1   2   3
Конденсаты подразделяют по содержанию серы на 3 группы – I - III, по содержанию ароматических углеводородов – на 3 группы – А1 – А3, по содержанию н-алканов – на 4 группы – Н1 – Н4, и по фракционному составу на 3 группы – Ф1 – Ф3.

Газы делят на природные, в том числе: группа I, сухие – С1 – С2;

Группа II – пропан, изобутан и н-бутан; при повышенном давлении они переходят в жидкое состояние – сжиженные газы; группа III – изопентан, н-пентан, гексан и более высокомолекулярные углеводороды. Представляют собой конденсаты, входят в состав бензинов и дизельных топлив.

Газоконденсатные месторождения – бедные и богатые.

Газы попутные – газы, растворенные в нефти и конденсатах.

По содержанию серы: малосернистые, сернистые и высокосернистые.

Газы переработки – предельные и непредельные.

Центр тяжести в энергопотреблении начинает смещаться в сторону восполняемых источников, таких как атомная энергия, энергия солнца, сельского хозяйства, воды и воздуха.

На рис. 1 по одному из прогнозов дано изменение доли различных источников энергии в общем энергопотреблении на последующие 110 лет, показывающее, что такие наиболее высокоэнергетические органические горючие, как нефть и газ, свое ведущее значение утратят и на первое место выйдет группа восполняемых источников энергии.



Рис. 1. Доля источников энергии в общем энергопотреблении:

1 – природный газ; 2 – нефть; 3 – уголь; 4 – вода, ветер, дрова; 5 – атомная и другие восполняемые источники энергии.

При этом надо учитывать и то, что общее удельное энергопотребление на одного человека непрерывно растет. Так, если сейчас при общей численности на­селения Земли около 6 млрд. человек в среднем на одного человека в год потребляется 2,2 т условного топлива (в т. ч. в США - 12, в ФРГ и СНГ - 6, в развивающихся странах - 0,2) то уже к 2010 г. эта средняя цифра достигнет 3,5 т условного топлива на 1 человека в год (при ожидаемой численности населения Земли 6,5 млрд. человек).

Сказанное иллюстрируют данные табл. 2, из которых видно как быстро в соответствии с прогнозом возрастает доля АЭС в выработке энергии.
Таблица 2 - Доля АЭС в выработке энергии


Показатели

Годы

1980

1990

2000

Суммарная мощность электростанций

мира, млн. кВт



2150

4000

7000

В том числе АЭС

300

1400

3300

Отпуск электроэнергии всеми стациями мира, млрд. кВт*ч

9300

17000

30000

В том числе АЭС

1800

8500

20000

То же, в %

19

30

67

Один блок АЭС равноценен сжиганию 450 тыс. т мазута. Россия построит до 2030 г. 26 блоков АЭС, затратив на это 50 млрд. рублей. В 2009 г. в нашей стране вырабатывается АЭС 16 % электроэнергии, в 2030 г. будет – 30 %.

Тем не менее, оценивая эту таблицу, следует заметить, что в 1990 г. экологические проблемы широкого использования АЭС (проблемы захоронения отходов, возможные мелкие и крупные аварии типа чернобыльской) заставили пересмотреть оптимистические прогнозы, и, хотя темпы внедрения АЭС в последние годы снизились, они остаются довольно большими. Связано это с тем, что остаются заманчивыми энергети­ческие выгоды применения АЭС: 1 кг урана-235 имеет теплотворную способность в 3 млн. раз выше, чем 1 кг условного органического топлива).

Укрупненная картина запасов природных органических горючих на Земле показывает, что запасы угля наибольшие, запасы нефти и газа намного меньше. Общие мировые запасы углей в целом. Оцениваются в 14500 млрд. т, в том числе каменных углей 9400 млрд. т и бурых углей 4900 млрд. т. Извле­каемые запасы газа соизмеримы с запасами нефти, а с учетом запасов высоковязких нефтей и природных битумов намного превышают запасы нефти. Таким образом, если уровень мировой добычи нефти останется на многие годы на отметке 2 - 2,5 млрд. т/г., то общие запасы нефти обеспечивают потребности в ней на период не менее 100 лет.

За последние 10-20 лет быстро наращивается добыча природного газа. При общих его запасах 130-140 трлн. м3 (т. е. около 100-110 млрд. т) мировая добыча сейчас составляет около 2,2 трлн. м3/г) (около 1,8 млрд. т/г). В 1994-м году добыча газа в странах СНГ составила 730 млрд. м3/г (в том числе в России - 580 млрд. м3/г).

По запасам нефти и природного газа Россия занимает одно из первых мест на Земле, однако районы их залегания располо­жены в зонах с суровыми климатическими условиями, мало приспособленными для урбанизированного обитания человека. Это районы Крайнего Севера и Восточной Сибири, шельфы прилегающих к этим районам морей, где добыча нефти и газа сопряжена с большими трудностями как технического, так и социального характера. Добытые из недр нефть и газ требуется транспортировать на огромные расстояния в густонаселенные районы страны, что, в свою очередь, связано с огромными ка­питальными и эксплуатационными затратами.

Возрастающий дефицит нефти и газа выдвинул на первый план задачу использования высоковязких нефтей и природных битумов, которые ранее не рассматривались как конкурирую­щие источники химического сырья и как горючее. Уже с начала 80-х годов во многих странах начали вести интенсивные работы по добыче таких нефтей и битумов, подготовке их к переработ­ке, разрабатывались технологии их химической переработки. Каждый из этих этапов принципиально отличается от соответ­ствующих этапов добычи и переработки, обычных нефтей, и поэтому вовлечение в энергохимический баланс страны высоко­вязких нефтей и природных битумов будет означать переход на новый научно-технический уровень в этой области.

Добыча и переработка нефти представляет собой многостадий­ный и сложный комплекс различных технологий. Началом этого комплекса является поисково-геологический этап, задача которого - поиск промышленных месторождений нефти и деталь­ная их геологическая разведка с подсчетом запасов нефти и газа.

Разведанное месторождение сдается в промышленную экс­плуатацию, которая предусматривает:

бурение оптимальной для каждого месторождения сетки экс­плуатационных скважин;

сбор и транспорт добываемой нефти и газа на групповую замерную установку;

промысловую подготовку нефти, включающую отделение попутного газа, механических примесей, воды и минеральных солей. После такой подготовки нефть готова для транспортирования и направляется на переработку на НПЗ, а попутный газ на фракционирование на ГПЗ.

Ниже приведены данные по добыче нефти в ведущих нефтедобывающих странах, млн. т/год. (начало ХХI века).


Саудовская Аравия

385

Россия

339

США

290

Иран

185

Китай

165

Норвегия

162

Мексика

156

Венесуэла

134

Ирак

118

Великобритания

116

Нигерия

104

Из этих данных видно, что Россия занимает 2-е место в мире по добыче нефти.

По мнению М.В. Ломоносова, впервые предложившего гипотезу об органическом генезисе янтаря, нефти, угля, торфа они образовались под воздействием «подземного огня на окаменелые уголья», в результате чего возникли асфальты, нефти и «каменные масла».

Нефтеобразование является длительным сложным многостадийным биохи­мическим, термокаталитическим и геологическим процессом преобразования исходного органического материала - продукта фотосинтеза - в многокомпонентные непрерывные смеси углеводородов па­рафинового, нафтенового, ароматического рядов и гибридного стро­ения. Не исключено, что каустобиолиты (органические горючие материалы) как твердые, так и жидкие и газообразные, первоначально на химических стадиях их синтеза имели общую «родину», затем расслоились и разошлись по новым «квартирам». В настоящее время по генетическому признаку в качестве близких «родственников» природных нефтей признают сапропелитовые угли. Следовательно, нефть, природный газ, слан­цы, сапропелитовые угли и богхеды, исходным материалом для син­теза которых являются водная растительность (планктон, водорос­ли, бентос) и микроорганизмы, генетически взаимосвязаны и обра­зуют группу сапропелитовых каустобиолитов. А торф, бурые и ка­менные угли и антрацит принадлежат к группе гумусовых каусто­биолитов. В процессе образования нефти, особенно природного газа, может в принципе участвовать и легко разрушае­мая биоорганизмами часть органики (например, липиды и белки) наземной растительности.

В настоящее время выделяют 5 основных стадий осадконакопления и преобразования органики в нефть.

Первая стадия – осадконакопление, образование сапропеля. После отмирания остатки растительных и животных организмов выпадают на дно морских или озерных бассейнов и накапливаются в илах, рассеиваясь среди при­внесенных или образуемых на месте минеральных осадков.

Вторая стадия - биохимическая, подобная торфогенезу в процес­сах углеобразования. Накопленный на дне бассейнов глубиной в несколько метров органический осадок медленно преобразуется, уплотняется, частично обезвоживается за счет протекания биохими­ческих процессов в условиях ограниченного доступа кислорода. Этот процесс сопровождается выделением углекислоты, воды, сероводо­рода, аммиака и метана. Осадок одновременно пополняется, хотя незначительно, углеводородами нефтяного ряда за счет биосинтеза их в телах бактерий и образования из липидных компонентов. В керогене несколько возрастает содержание углерода и водорода за счет деструкции периферийных гетероорганических функциональных групп молекулярной структуры органического вещества.

Третья стадия - протокатагенез. Пласт органических осадков медленно со скоростью 50-300 м/млн. лет опускается на глубину до 1,5-2 км, обусловливаемую скоростью прогиба земной коры и воз­растом осадочного слоя. Пласт сверху покрывается слоем новых мо­лодых осадков. По мере погружения в пласте медленно повышаются давление и температура (подъем температуры на 1°С примерно за 60 - 400 тыс. лет). Биохимические процессы вследствие гибели мик­роорганизмов полностью затухают. При мягких термобарических параметрах в пласте (температура 50-70°С) активного процесса образования нефти не происходит, поскольку любое самое продол­жительное геологическое время (вплоть до 400-600 млн. лет) не мо­жет компенсировать недостаток температуры. Концентрация би­туминозных веществ возрастает незначительно.

Четвертая стадия - мезокатагенез: осадок погружается на глу­бину 3-4 км, температура возрастает до 150°С. Органическое веще­ство подвергается активной термокаталитической деструкции с об­разованием значительного количества подвижных битуминозных веществ - до 30% масс, на исходный кероген сапропелитового типа. Битумоиды содержат уже практически весь комплекс нефтяных углеводоро­дов. Эта стадия деструкции значительной части керогена с образованием преобладающей массы нефтяных углеводо­родов получила название главной фазы нефтеобразования (ГФН). Одновременно с образованием (генерацией) основного количества углеводородов в ГФН происходит отгонка за счет перепада давления и эмиграционный вынос вместе с газом и водой битумоидов керогена из глинистых и карбонатно - глинистых уплотняющихся осадков в проницаемые песчаные пласты-коллекторы и далее в природные резервуары макронефти. В начале ГФН скорость генерации рассеянной нефти еще преобладает над скоростью ее миграции, в результате с ростом глубины наблюдает­ся значительное обогащение органического вещества битуминозны­ми компонентами. При дальнейшем погружении осадочных пород процесс генерации углеводородов постепенно затухает вследствие израсходования основной части керогена, а скорость их миграции возрастает. В результате при дальнейшем росте глубины погруже­ния нефтематеринских пород интенсивность (скорость) генерации микронефти снижается и ГФН завершается.

При миграции микронефти из глинистых нефтематеринских пород в прилегающие к ним пласты пористых водонасыщенных пес­чаников возникает хроматографическое разделение образовавшей­ся смеси жидких и газообразных углеводородов. Глинистый пласт представляет собой естественную хроматографическую колонку, а газы и низкокипящие углеводороды выполняют роль элюента. В ней происходит частичная за­держка асфальтосмолистых веществ. В песчаный коллектор выно­сится смесь нефтяных углеводородов с содержанием 5 - 10% асфальто-смолистых веществ. Это, по существу, уже настоящая нефть.

Пятая стадия апокатагенез керогена - на глубине более 4,5 км, где температура 180 - 250°С. Органическое вещество исчерпало свой нефтегенерирующий потенциал, продолжает реализовываться метаногенерирующий потенциал, благодаря чему эта стадия получила наименование главной фазы газообразования. С ростом глу­бины осадочных пород ниже ГФН нефть становится более легкой с преобладанием доли алканов, обогащается низкокипящими угле­водородами; залежи нефтей постепенно исчезают, замещаются сна­чала газоконденсатами, затем залежами природного газа, состояще­го преимущественно из метана. Нефть, попав при эмиграции близко к поверхности, теряет легкие фракции, окисляется и утяжеляется. Она характеризуется повышенной плотностью, низким содержани­ем бензиновых фракций и высоким содержанием асфальто-смолистых веществ.

В настоящее время различают три стадии (или три возраста) образования твердых горючих: торфяную, буроугольную и каменноугольную. Торфяная стадия характеризуется наличием химически неизменных мало форменных элементов растений в основной аморфной, иногда в пластической массе. Растительный материал претерпевает разложение трех типов: тление, перегнивание и образование торфа, причем последнее -- превращение органического вещества практически без доступа воздуха под действием анаэробных бактерий под слоем волы.

Торф в естественном состоянии это довольно сухая рассыпчатая масса бурого цвета или обводненная пластическая масса до черно-бурого цвета. Она является продуктом разложения опавших листьев, хвои, веток и поваленных деревьев.

В отличие от торфа сапропели (или жировые торфы) представляют собой мягкие резиноподобные образования, легко горят с выделением густого черною дыма. Исходным веществом сапропелей служат водоросли и мельчайшие мик­роорганизмы. Торф содержит, углерода 70 – 80, водорода 10 – 12, азота 0,6 – 0,7, кислорода 7 – 14 и 0,1 – 10 %.

Буроугольная стадия характеризуется кислотными свойствами всей или части аморфной массы, потерей пластичности и полным отсутствием неразложившихся элементов растений. Бурый уголь может представлять собой: однородную, землистого вида бурую или черную массу, микроскопически однородную и не со­держащую включений. Он содержит много влаги и на ощупь похож на свежевыкопанную землю.

Есть разновидность бурых углей - богхеды, или чисто сапропелитовые угли.

Каменноугольная стадия. Угли имеют черный цвет, бывают матовыми или блестящими, в них полностью отсутствуют вещества, растворимые в горячей водной щелочи. Ряд каменных углей заканчивается антрацитами - совершенно черными блестящими образованиями с высокой твердостью и плотностью. Они содержат самый высокий процент углерода. Встречаются каменные угли, имею­щие вид серовато-черной массы (матовые угли), угли с меняющимися слоями (полосчатые) и угли, похожие на древесный уголь (волокнистые угли).

Сланцы занимают обособленное место среди твердых горючих ископаемых из-за высокого содержания в них минеральных веществ. По составу органической массы они относятся к сапропелитовым образованиям (но условия их про­исхождения отличаются).

Месторождений сланцев много и делятся они на малосернистые (до 2 % серы) и сернистые (2-8 % серы). К первым относятся эстонские сланцы, ко вторым - сланцы Среднего и Нижнего Поволжья. Органическую массу сланцев называют керогеном, причем содержание его в сланцах от светлого до темно-бурого цвета составляет 35 % (до 55 %), в коричневых и черных сланцах - до 35 %, а золь­ность их в среднем равна 60-65 %. Органическая масса сланцев состоит из угле­рода (66-77 %), водорода (7,5-9,5 %), серы (1,8-10 %), кислорода (11-15 %) и азота (0,4-1 %).

Твердые горючие ископаемые существенно различаются по элементному со­ставу и еще больше по химическому анализу продуктов их экстракции (биту­мов) различными растворителями. В зависимости от природы твердого топлива выход и свойства битумов сильно меняются.

Как воски, так и смолы торфяных битумов содержат свободные кислоты и омыляемые вещества. Среди неомыляемых обнаружены триаконтан С33Н68 и пентатриаконтан С35Н72, а также предельный спирт С27Н50ОН и другие кисло­родсодержащие соединения. В торфах кроме перечисленных веществ содержат­ся органические кислоты, начиная с гомологов уксусной кислоты и кончая слож­ными.

Битумы богхедов, выделенные спирто-бензольной смесью, представляют со­бой смесь высокомолекулярных кислот и их ангидридов в неполимеризованном виде. Битумы слоистых богхедов почти целиком состоят из насыщенных угле­водородов и ангидридов насыщенных кислот, кетонов и лактонов.

В битумах бурых углей в больших количествах входят смеси кислот и омыляемых веществ. Были выделены спирты С24Н49ОН (тетракозан), СН53ОН (цериловый) и СзоН61ОН (мирициловый), а также кислоты С25 – С30.

Битумы более зрелых бурых углей отличаются от битумов землистых бурых углей: они заметно заполимеризованы, поэтому сохраняют кислотные свойства, типичные для битумов буроугольной стадии.

Битумы каменных углей нейтральны, т.е. не содержат ни свободных ки­слот, ни ангидридов. Нейтральна и гумусовая составная часть этих углей. Выде­ленные из битумов каменных углей циклические углеводороды представляют составную часть бальзамов растений, превратившихся в уголь и оставшихся без всяких изменений.

Было показано, что если экстракцию бензолом или спирто-бензольной смесью проводить при 250 – 270оС и давлении 5,0 – 5,5 МПа, выход битумов может быть существенно повышен (до 2,4 – 5,0%).



Из каменных и бурых углей экстракцией растворителями выделяют воски – высокомолекулярные высокоплавкие (температура плавления 80 – 120оС) воски. Они представляют собой твердые кристаллические преимущественно н-алкановые углеводороды.

В настоящее время под каменным углем понимают уголь, имеющий высшую теплоту сгорания более 5700 ккал/кг. Угли классифицируют на классы по выходу летучих (от 0 – 3 до > 33%), теплоте сгорания (от 5700 – 6100 до 7750 ккал/кг) и на группы – по способности углей спекаться.

Поделитесь с Вашими друзьями:
1   2   3

Похожие:

1. Химия природных энергоносителей и углеродных материалов: состав и физико-химические свойства углей, сланцев, битумов, озокеритов, нефти и природного газа в соответствии со стадиями угле- и нефтеобразовательного процесса iconУчебно-методическое пособие для студентов специальности 240403 «Химическая технология природных энергоносителей и углеродных материалов»

1. Химия природных энергоносителей и углеродных материалов: состав и физико-химические свойства углей, сланцев, битумов, озокеритов, нефти и природного газа в соответствии со стадиями угле- и нефтеобразовательного процесса iconВопросы к государственному экзамену по специальности
Состав и свойства природных газов. Классификация месторождений по составу природных газов. Зависимость от термобарических условий,...
1. Химия природных энергоносителей и углеродных материалов: состав и физико-химические свойства углей, сланцев, битумов, озокеритов, нефти и природного газа в соответствии со стадиями угле- и нефтеобразовательного процесса iconТест по дисциплине «Техника и технология добычи нефти и газа»
А скважины, с помощью которых осуществляется непосредственная добыча нефти, газа и газового конденсата
1. Химия природных энергоносителей и углеродных материалов: состав и физико-химические свойства углей, сланцев, битумов, озокеритов, нефти и природного газа в соответствии со стадиями угле- и нефтеобразовательного процесса iconЗалежи нефти и газа
Вопрос о том, в каких породах залегает нефть и газ в природе, решили довольно быстро. Значительно позже были выявлены условия, необходимые...
1. Химия природных энергоносителей и углеродных материалов: состав и физико-химические свойства углей, сланцев, битумов, озокеритов, нефти и природного газа в соответствии со стадиями угле- и нефтеобразовательного процесса iconКурсовой проект по дисциплине «Химическая технология» «Физико-химические расчёты по технологии огнеупорных материалов»
Определить зависимость количества расплава от температуры в алюмосиликатном огнеупоре из глины следующего состава
1. Химия природных энергоносителей и углеродных материалов: состав и физико-химические свойства углей, сланцев, битумов, озокеритов, нефти и природного газа в соответствии со стадиями угле- и нефтеобразовательного процесса iconВыбрать корпорацию, указываете вид ее деятельности
Вид деятельности операции по разведке и добыче нефти и природного газа, производство и реализация нефтепродуктов
1. Химия природных энергоносителей и углеродных материалов: состав и физико-химические свойства углей, сланцев, битумов, озокеритов, нефти и природного газа в соответствии со стадиями угле- и нефтеобразовательного процесса iconГазоопасные работы. Общие положения
При обслуживании установок для отделения (сепарации) газа от нефти, осушки газа и газопроводов часто приходится выполнять работы...
1. Химия природных энергоносителей и углеродных материалов: состав и физико-химические свойства углей, сланцев, битумов, озокеритов, нефти и природного газа в соответствии со стадиями угле- и нефтеобразовательного процесса iconДобыча газа в России значительно моложе нефтяной промышленности. Добыча нефти и газа занимает большую часть промышленности в стране
Россия – одна из немногих стран мира, которая выполняет свои потребности в газе за счет собственных ресурсов
1. Химия природных энергоносителей и углеродных материалов: состав и физико-химические свойства углей, сланцев, битумов, озокеритов, нефти и природного газа в соответствии со стадиями угле- и нефтеобразовательного процесса iconВнезапные выбросы углей и газа в условиях донбасса в ряду метаморфизма и с ростом глубины
Л. А. Камбурова, зам директора по экономике научно-технической деятельности, раними, г. Донецк
1. Химия природных энергоносителей и углеродных материалов: состав и физико-химические свойства углей, сланцев, битумов, озокеритов, нефти и природного газа в соответствии со стадиями угле- и нефтеобразовательного процесса iconРеферат по философии на тему: Конфуцианство студент 2 курса факультета нефти и газа (гр. 16-21)





База данных защищена авторским правом ©refnew.ru 2020
обратиться к администрации

    Главная страница
Контрольная работа
Курсовая работа
Теоретические основы
Методические указания
Методические рекомендации
Лабораторная работа
Рабочая программа
Общая характеристика
Теоретические аспекты
Учебное пособие
Практическая работа
История развития
Пояснительная записка
Дипломная работа
Самостоятельная работа
Общие положения
Экономическая теория
Методическая разработка
Физическая культура
Методическое пособие
Исследовательская работа
Направление подготовки
Общая часть
Теоретическая часть
Общие сведения
Техническое задание
Общие вопросы
Образовательная программа
Управления государственных
Федеральное государственное
Экономическая безопасность
Конституционное право
реакция казахского
Основная часть
Организация работы
Техническое обслуживание
Российская академия
Понятие сущность
Усиление колониальной
прохождении производственной
Обеспечение безопасности
программное обеспечение
Выпускная квалификационная
квалификационная работа
муниципальное управление
Теория государства
Уголовное право
Математическое моделирование
Административное право
Название дисциплины
Земельное право