Горючі корисні копалини: загальна характеристика

метки: Корисні, України, Копалинь, Склад, Сланців, Залежный, Водень, Базових

Утворення горючих копалин. Склад і властивості горючих копалин. Класифікація паливних копалин

Утворення горючих корисних копалин

Усі паливні корисні копалини називаються каустобіолітами (від гр. kausto – горючий; bios – життя; litos – камінь).

А щоб зрозуміти пізніше чому в цих копалинах такий склад, а не інакший, то треба зрозуміти як вони утворюються.

Що до нафти, то на сьогоднішній час у вчених немає одностайної думки про її утворення, тому існує багато гіпотез на рахунок цього. Першою гіпотезою є гіпотеза органічного походження нафти. Одним з перших, хто науково обґрунтував це твердження був М. В. Ломоносов. Він казав, що нафта, як і вугілля утворилась з рослинних решток. Пізніше вчені довели, що вона може утворюватись і з тваринних решток.

На думку сучасних прихильників органічної теорії нафта народжується так. Рештки рослин і тварин нагромаджуються на дні морів та озер у вигляді мулу. Потім він покривається новими шарами відкладів, ущільнюється і перетворюється в осадову породу. При цьому органічні рештки розкладаються бактеріями і утворюється велика кількість метану, вуглекислого газу, води і трохи рідких твердих вуглеводнів – розсіяної нафти.

В міру поглиблення та ущільнення мулу, з нього, у породи, які залягають вище, витискається розсіяна нафта разом з газом. Там вона отримує властивості «справжньої» нафти. Далі вона помалу переміщується по порах та тріщинах вверх, де при сприятливих умовах формуються її поклади. Цей процес відбувається при температурі 100 – 200°С, яка характерна для глибини 4 – 6 км, яку називають головною зоною нафтоутворення.

Іншою гіпотезою є гіпотеза про неорганічне походження нафти. Згідно з нею в мантії Землі при дуже високих температурах вуглець та водень утворюють ненасичені вуглеводневі радикали СН2 і СН3. Із-за великого перепаду тисків вони переміщуються по глибинних розломах і в процесі руху утворюють насичені нафтові вуглеводневі сполуки. Далі цей рух приводить їх в пастки, які виникають в проникних породах. До цієї гіпотези належить також твердження про космічне походження нафти. Тобто, коли Земля формувалася як планета, вона захопила водень з первинної (космічної) газової матерії. Після того, як в результаті охолодження утворилась земна кора, «космічний» водень по розломах в ній став підніматися з надр на поверхню Землі. При цьому він вступав в реакцію з вуглецем рідкої магми, утворюючи нафтові вуглеводні.

Природний, попутний нафтовий газ. Нафта — Хімія — ...

... нафта протягом деякого часу фонтанує на поверхню, поки не знизиться тиск газу; після цього її відкачують насосами. Природний газ, який виходить із свердловини, складається в основному з метану і ... динамічної в'язкості до щільності середовища. Велике значення має знання поверхневого натягу нафти. При зіткненні нафти і води між ними виникає поверхня типу пружної мембрани. Капілярні явища ...

В останній час суперечки про походження нафти стихли, тому що вченим вдалося отримати докази можливості утворення вуглеводнів як органічним, так і неорганічним шляхом. Але це питання ще не закрите, бо від відповіді на нього залежить ефективність пошуків нафтових і газових родовищ.

Природний газ утворюється такими ж способами як і нафта, а саме: органічним та неорганічним способом. При перегниванні органічних решток утворюються легкі газуваті вуглеводні та їх гомологи, які накопичуються в розломах та нішах земної кори. При неорганічному утворенні – вуглець насичується невеликою кількістю водню, створюючи метан і його похідні.

Ще в Середні віки висувалось багато гіпотез про походження

Далі болота, то покривалися пишною рослинністю, то заносились мулом та піском. Багаторазова зміна природних умов привела до формування багатопластових вугільних басейнів.

Там, де довгий час існували сприятливі умови, утворились великі маси торфу, з яких виникли пласти вугілля різної форми з місцями значної товщини до 100 м та більше.

Викопне вугілля розділяють на 3 групи:

• буре,
• кам’яне,
• антрацит.

Такий поділ фактично відображає стадії їх утворення. Під дією температури і тиску торф ущільнюється, втрачає воду та леткі речовини (кисень, водень), накопичуючи при цьому вуглець. Поступова зміна органічної речовини породжує послідовний ряд горючих копалин: торф – крихке буре вугілля – щільне буре вугілля – кам’яне вугілля – антрацит – графіт.

Для того, щоби рослинні рештки могли зберігатися довгий час і створювати великі поклади торфу необхідні особливі умови, а саме: щоб швидкості прогинання дна болота і накопичення залишків рослин співпадали. Такі умови найбільше відповідають помірному клімату, тому торф’яні поклади поширені в середніх та високих широтах – в зонах лісостепу, тайги і тундри, в яких умови для утворення торфовищ найбільш сприятливі, оскільки процеси росту і розкладу рослин загальмовані. Тут рослинна маса накопичується тисячоліттями, по 1мм/рік.

Болота-торфовища

Що ж до горючих сланців, то вони утворились в озерах і морських лагунах. Тут відмерлі рослини і та залишки тварин переробляються личинками комах, молюсками і мікроорганізмами, перетворюються в сапропель. В більш глибоких шарах цього мулу перетворення органічної речовини йде без доступу повітря в результаті діяльності анаеробних бактерій. Так народжується органічна речовина сланців – кероген. При зануренні сланців на великі глибини, де температура і тиск ростуть, кероген розкладається. Утворюються різноманітні вуглеводні, які при сприятливих умовах можуть створювати родовища нафти і газу.

Склад і властивості горючих копалин

Щоб зрозуміти що собою являють горючі корисні копалини, то треба знати з чого вони складаються і які їхні властивості.

нафта – це густа, в’язка масляниста рідина,

Кам’яне вугілля і його добування

... вугілля, як і нафта, не індивідуальна речовина. До його складу входять вільний вуглець (до 10%), органічні речовини, що містять Карбон, Гідроген, Оксиген, Сульфур, Нітроген, мінеральні речовини (вони ... близько 500. Перегонкою і хімічною обробкою кам’яновугільної смоли добувають ароматичні вуглеводні: толуол, нафталін, феноли, інші цінні речовини. Кам’яновугільна смола і коксовий газ перероблюються ...

При видобутку і подальшому транспортуванні важкі нафти підігрівають. Кінематичною в’язкістю називається відношення динамічної в’язкості до щільності середовища. Велике значення має сила поверхневого натягу нафти. При зіткненні її з водою між ними виникає поверхня типу пружної мембрани. Також при її видобутку використовують капілярні явища. Сили взаємодії води з гірською породою більші, ніж у нафти, тому вода здатна витиснути її з дрібних тріщин у більш великі.

Для збільшення нафтовіддачі шарів використовуються спеціальні поверхнево активні речовини. Всі нафти мають неоднакові оптичні властивості. Під дією ультрафіолетових променів вони здатні світитися. При цьому легші світяться блакитним світлом, важкі – бурим та жовто-бурим. Це використовується при пошуку нафти. Також вона є діелектриком і має високий питомий опір.

На цьому засновані електрометричні методи встановлення в розрізі, розкритому свердловиною, нафтоносних шарів. І саме головне, в чому полягає основна цінність нафти – це її теплотворна здатність, до 10000 калорій або 41 МДж/кг, а в продуктів перегонки ще більша, що робить її основним енергоносієм у світі. 1т нафти = 1, 3т антрациту = 3т бурого вугілля = 3, 3т торфу = 7т горючих сланців.

Крім того нафта не є індивідуальною речовиною. Її неможна записати однією якоюсь хімічною формулою. Вона складається з близько 1000 різних речовин і хімічних елементів. Основні з них: вуглець – 82… 87% мас.; водень – 11… 15% мас.; сірка – 0,1… 2,0% мас.; азот – до 2,2% мас.; кисень – до 1,5%мас. Також нафта – це складна суміш вуглеводнів (парафінів, нафтенів, аренів).

Кисень, сірка та азот містяться у вигляді кисне-, сірко- та азотовмісних сполук, які називають гетеро-атомними. Я розгляну більш детально групи вуглеводнів, які входять до складу нафти і нафтопродуктів.

Парафінові вуглеводні. Нижчі парафінові вуглеводні (С ₁ – С₄ ) – це гази. Вони можуть бути розчинені у нафті в невеликих кількостях. Парафіни С₅ – С₁₆ – це рідини, вони присутні у бензинових, гасових, дизельних, а також у оливних фракціях нафти. Парафінові вуглеводні нафти можуть мати нормальну або ізо-будову. Ізо-парафіни є бажаними компонентами бензинів, а нормальні парафіни негативно впливають на роботу карбюраторних двигунів. Водночас останні є бажаними складниками реактивного та дизельного палив, а також змащувальних олив, однак при надто високому їх вмісті у цих нафтопродуктів погіршуються низькотемпературні властивості останніх.

Ненасичені вуглеводні, Нафтенові вуглеводні,, Ароматичні вуглеводні

Також у нафтах присутні асфальтено-смолисті речовини та не-вуглеводневі сполуки. Вони є небажаними компонентами усіх нафтових фракцій. І тільки асфальтено-смолисті речовини виділяють з нафтових залишків для одержання бітумів.

Природний газ

Що ж до хімічного складу природного газу – то основну частину в ньому становить метан від 85% до 95% маси, решта – гомологи метану – етан, пропан, бутан та інші гази. Крім вуглеводнів до складу природного газу часто входять незначні кількості сірководню, азоту, гелію, аргону тощо.

Іншою горючою корисною копалиною є кам’яне вугілля. Це тверда горюча копалина, зазвичай чорного, сірого або коричнево-бурого кольору, часто з металевим блиском. Коли воно висушене – легко кришиться на дрібні кусочки, а зазвичай їхня вологість складає від 4 – 15% в кам’яного вугілля, до 15 – 60% в бурого. Густина коливається від 900 кг/м ³ в бурого, до1600 кг/м³ в антрациту. При горінні світиться яскравим полум’ям, але дає менше тепла, ніж нафта і газ, від 17 МДж/кг до 35 МДж/кг і чим більша густина в нього, тим більше тепла воно дає.

Нафта походження властивості видобуток перегонка крекінг

... властивості нафти і перебування її в Малюнок1 . Геологічний розріз нафтоносної місцевості. Нафта ... Склад нафти Малюнок 3 До складу нафти входять головним чином вуглеводні. Основну масу її складають рідкі вуглеводні, у них розчинені газоподібні і тверді вуглеводні. Малюнок 4 . Перегонка нафти ... інші продукти випарюванням нафти. ... вугілля і нафта - члени того самого генетичного ряду пальних копалин. Вугілля ...

В хімічному складі це також неоднорідна копалина.

Торф. Торф – це тверда горюча корисна копалина, зазвичай коричневого або бурувато-чорного кольору. В свіжому вигляді – дуже вологий, в сухому – крихкий, в руках легко розсипається в труху. Складається з переплутаних між собою решток відмерлих рослин – різних мохів, трав, а деколи й з уламків стовбурів і кори дерев. При горінні світиться тьмяним червонуватим полум’ям, якщо є ще в ньому якісь домішки, то дає кіптяву. Питома теплота згоряння торфу – близько 15 МДж/кг.

Горючі сланці

Отже всі горючі корисні копалини не є індивідуальними речовинами. Всі вони є сумішшю багатьох хімічних елементів, основним яким є вуглець. І головна їхня властивість – це давати при горінні тепло.

Класифікація паливних корисних копалин

Через різноманітність типів каустобіолітів виникла потреба в їх класифікації, яка потім буде визначати напрям переробки цих копалин.

Вони поділяються на 3 головні групи: гумусові (торф, буре та кам’яне вугілля); сапропелеві (горючі сланці) та петроліти (нафта, природні горючі гази, озокерит).

Найширшу і найрізноманітнішу класифікацію серед цих копалин має нафта. Я розгляну найбільш розповсюджену.

Класифікація нафт за густиною була запроваджена на ранніх етапах розвитку нафтопереробної промисловості. Згідно з нею їх поділяють на: легкі – менше 828 кг/м ³ ; обважнені – 828… 884 кг/м³ ; важкі – більше 885 кг/м³ , але вона не відображає дійсного кількісного хімічного чи групового вуглеводневого складу нафти і може бути використана лише для попередньої оцінки їх властивостей.

Класифікація ГрозННДІ запропонована Грозненським нафтовим науково-дослідним інститутом. Вона відображає хімічний склад нафти. В її основу покладено переважний вміст в нафті якогось одного або декількох класів вуглеводнів. Згідно з нею розрізняють такі типи нафти: парафінові, парафіно-нафтенові, нафтенові, парафіно-нафтено-ароматич-ні, нафтено-ароматичні та ароматичні.

Технологічна класифікація була введена 1967 р. і використовується зараз, оскільки дає найбільш повну інформацію про хімічний та груповий вуглеводневий склад нафт. Згідно з нею всі нафти поділяють на класи за вмістом сірки в нафті, бензині, реактивному та дизельному паливі; типи нафти за виходом фракцій, які википають до 350°С; групи за потенційним вмістом базових олив та їх індексом в’язкості; види за вмістом твердих парафінових вуглеводнів у нафті.

Залежно від вмісту сірки у нафті та її фракціях поділяють на 3 класи:

• І клас – малосіркова нафта. Вміст сірки в нафті – не більше 0,5%; у бензиновій і гасовій фракції – не більше 0,1%; у дизельній — не більше 0,2%.
• ІІ клас – сіркова нафта. Вміст сірки в нафті – 0,51… 2,0%; у бензиновій – не більше 0,1%; у гасовій — не більше 0,25%; у дизельній до1, 0%.
• ІІІ клас – високосіркова нафта. Вміст сірки у нафті – більше 2%; у гасовій – більше 0,25%; у бензиновій фракції – більше 0,1%; у дизельній – більше 1%.

Залежно від виходу фракцій, що википають до 350°С, нафти поділяють на 3 типи:

Газова промисловість України, її регіональні особливості

... та Західної Європи (9%)- більше, ніж щодо нафти. У США зосереджена майже чверть світового видобутку. Проте протягом останнього часу газова промисловість відчуває брак сировини. Найбільшим постачальником ... розвитку газової промисловості України Газовий ринок кожної держави є частиною паливно-енергетичного комплексу (ПЕК), в який окрім газового ринку входять ринки нафти, вугілля та електричної ...

• Т1 – вміст фракцій до 350°С – не менше 55%;
• Т2 — 45… 54,9%;
• Т3 – до 45%.

Залежно від сумарного вмісту дистилятних та залишкових базових олив нафти поділяють на 3 групи:

• М1 – кількість базових олив — не менше 25%;
• М2 – кількість базових олив – 15… 24,9%;
• М3 –до 25%.

Залежно від значення індексу в’язкості базових олив розрізняють 4 підгрупи: І1 – більше 95; І2 -90… 95; І3 – 85… 89,9; І4 – до 85.

Залежно від вмісту твердих парафінів нафти поділяють на 3 види: П1 – малопарафіниста нафта. Парафінів не більше 1,5%; П2 – парафіниста нафта – 1,51… 6,0%; П3 – високопарафіниста – більше 6%.

Згідно з цією класифікацією кожній нафті присвоюють шифр відповідно до її характеристики. Наприклад, шифр полтавської нафти ІТ3М3І4П2 або 13342. Маючи шифр будь-якої нафти, можна зробити висновок про її склад та характеристику. Цю інформацію використовують при виборі варіанта переробки даної нафти.

Що ж до горючих газів, то їх поділяють на: природні, попутні та нафто — заводські гази. Природні гази добуваються із самостійних газових родовищ. Попутні нафтові гази добуваються разом з нафтою. Вони розчинені в ній і виділяються з неї при її виході на поверхню. Склад попутних газів різко відрізняється від складу природних. Вміст етану та важких компонентів у ньому набагато вищий і може в сумі досягти 50% маси. Тому суміш розділяють і використовують як паливо та хімічну сировину.

Суміш пропану і бутану зріджують та зберігають під тиском у балонах. Це дає змогу транспортувати газ у місця, не підключені до мережі газопроводів. Нафто заводські гази утворюються при переробці нафти на заводах в ході термічних, термокаталітичних та інших процесів переробки нафти і використовуються як паливо у промисловості.

Що до вугілля, то воно теж має свою класифікацію. Найперше за чим його класифікують – це кількістю вуглецю в породі. Таке вугілля, в якому його є до 70% називають бурим, таке вугілля, в якому вуглецю є від 70 до 95% називають кам’яним, а в тому у якому вміст карбону більше 95% називають антрацитом. Але це дає тільки загальну характеристику, а в промисловості вугілля класифікують за «марками». Вона ґрунтується на генетичному принципі, на зміні вугільної речовини від торфоподібної материнської породи до антрациту.

Найпоширенішою є так звана донецька класифікація, за якою розрізняють такі типи вугілля:

• довгополуменеве (Д),
• газове (Г),
• паровично-жирне (ПЖ),
• коксівне (К),
• паровично-спікливе (ПС),
• пісне (П).

Перше використовується як паливо, друге для добування світильного газу, третє для отримання масел з вугілля, коксівне – для добування коксу, решта – в хімічній промисловості.

Торф класифікується за декількома ознаками,

Що до горючих сланців, то в них як такої класифікації немає. Їх можуть характеризувати за кольором, густиною або за місцем видобування.

Супутній нафтовий газ

... Рис. 1 Родовище нафти з газовим прошарком. Раніше супутній газ не знаходив застосування і під час добування нафти його спалювали факельним способом. При переробці супутнього нафтового газу спочатку відокремлюють рідкі ... для одержання рідких вуглеводневих газів мають рідких вуглеводневих газів мають попутні нафтові гази. Нафта на виході сепараторів, у залежності від режиму сепарації, також містить ...

Взагалі, чим потрібніша корисна копалина, тим ширша класифікація виникає, для кращої подальшої її переробки.

Література

1. Велика енциклопедія школяра.
2. Енциклопедія – Геологія.
3. Братичак М. М., Гринишин О. Б. Технологія нафти і газу.
4. Рудько Г. І. Техногенно-екологічна безпека геологічного середовища.
5. Енциклопедія Захоплююча подорож навколо світу.
6. Ковальов Н. К. Зарождение нефтяной промишлености Прикарпаття.
7. Немцов В. П. Открытие и начало разработок угольных месторождений.
8. Ребрик Б. М.. «У колыбели горного дела». Підручник з хімії для 10 класу.
9. Терпигор’єв А. М. Богатства земних недр.
10. Ладін В. Г.. Гірнича справа: видобувні, підривні роботи.
11. Кравцов А. І. Горючие полезные ископаемые, их поиски и разведка.
12. Земляк К. П. Чудесний камінь.
13. Свинко Й. М., Сивий М. Я. Геологія.

29.11.2011