Классификация топливно-энергетических ресурсов

Все минеральные ресурсы по направлению использования подразделяют на три группы:

1. Топливно-энергетические ресурсы (нефть, природный газ, уголь, торф, горючие сланцы, дрова)

2. Метало рудные (руды черных, цветных редких и благородных металлов).

. Нерудные полезные ископаемые (апатиты, фосфориты, калийные соли, асбест, строительное сырьё)

Рассмотрим более конкретно топливно-энергетические ресурсы. Из общей добычи удельный вес каждого составляет:

Газ природный 52.0%

Нефть 33.4%

Уголь 13.5%

Торф 0.1%

Сланцы 0.1%

Дрова 0.6%

Природный газ - одно из важнейших горючих ископаемых, занимающие ключевые позиции в топливно-энергетических балансах многих государств, важное сырьё для химической промышленности. Почти на 90% он состоит из углеводородов, главным образом метана СН4.Содержит и более тяжёлые углеводороды - этан, пропан, бутан, а так же меркаптаны и сероводород (обычно эти примеси вредны), азот и углекислый газ (они в принципе бесполезны, но и не вредны), пары воды, полезные примеси гелия и других инертных газов.

Энергетическая и химическая ценность природного газа определяется содержанием в нём углеводородов. Очень часто в месторождениях он сопутствует нефти. Разница в составе природного и попутного нефтяного газа имеется. В последнем, как правило, больше сравнительно тяжёлых углеводородов, которые обязательно отделяются, прежде чем использовать газ.

Метан, содержавшийся в природном газе, представляет немалую ценность для химической промышленности. При неполном сгорание его образуется водород, оксид углерода СО, ацетилен, а от них начинаются разнообразные цепи химических превращений, приводящих к образованию альдегидов, спиртов, ацетона, уксусной кислоты, аммиака. Природный газ, а не вода, является главным источником промышленного получения водорода. И всё же в основном метан идёт на сжигание.

Хранят природный газ в подземных газохранилищах, нередко используя для этого прежние выработки и огромные естественные пещеры. В газгольдерах же (держателях) хранится лишь минимально необходимый запас газа. Газгольдеры предназначены главным образом для того, чтобы с их помощью регулировать суточные неравномерности потребления газа на производстве.

Важнейшим источником получения различных углеводородов в промышленности является нефть.

Нефть представляет собой маслянистую жидкость обычно тёмного цвета со своеобразным запахом. Она немного легче воды и в воде не растворяется.

Нефть залегает в земле, заполняя пустоты между частицами различных горных пород. Для добывания её бурят скважины. Если нефть богата газами, она под давлением их сама поднимается на поверхность, если же давление газов для этого недостаточно, в нефтяном пласту создают искусственное давление путём нагнетания туда газа, воздуха или воды.

В царской России нефть добывалась почти исключительно на Кавказе (Баку, Грозный). За годы советской власти разведано и введено в эксплуатацию много новых месторождений. Между Волгой и Уралом открыто «Второе Баку» - громадный нефтеносный район, значительно превосходящий по площади Бакинское месторождение. Богаты нефтью также месторождения: Эмбенское, Дагестанское, Западноукраинское, Сахалинское, Ухтинское и др. За годы советской власти произошёл грандиозный рост добычи нефти в стране.

В состав нефти входят главным образом углеводороды. Основную массу её составляют жидкие углеводороды, в них растворены газообразные и твёрдые углеводороды. Бензин применяется в качестве горючего для двигателей внутреннего сгорания. В зависимости от назначения он подразделяется на два основных сорта: авиационный и автомобильный. Бензин используется также в качестве растворителя масел, каучука, для очистки тканей от жирных пятен и т. п. Керосин применяется как горючее для тракторов. Он используется также для освещения. Соляровое масло применяется в качестве горючего для дизелей.

Из мазута путём дополнительной перегонки получают смазочные масла для смазки различных механизмов. Перегонку ведут под уменьшенным давлением, чтобы снизить температуру кипения углеводородов и избежать разложения их при нагревании.

Уголь - это остатки растений, погибших многие миллионы лет назад, гниение которых было прервано в результате прекращения доступа воздуха.

Поэтому они не смогли отдать в атмосферу отобранный у нее углерод. Доступ воздуха прекращался особенно резко там, где болота и заболоченные леса опускались в результате тектонических подвижек и изменения климатических условий и покрывались сверху другими веществами. При этом растительные останки превращались под воздействием бактерий и грибов (углефицировались) в торф и дальше в бурый уголь, каменный уголь, антрацит и графит. По составу основного компонента - органического вещества угли подразделяются на три генетические группы: гумолиты, сапропелиты, сапрогумолиты.

Преобладают гумолиты, исходным материалом которых явились остатки высших наземных растений. Отложение их произошло преимущественно в болотах, занимавших низменное побережье морей, заливов, лагун, пресноводных бассейнов. Накапливающийся растительный материал в результате биохимического разложения перерабатывался в торф, при этом значительное влияние оказывали обводнённость и химический состав водной среды. Содержание углерода в каменном угле колеблется от 75 до 90 процентов.

Точный состав обуславливается месторасположением и условиями преобразования угля. Минеральные примеси находятся либо в тонкодисперсном состоянии в органической массе, либо в виде тончайших прослоек и линз, а также кристаллов и конреций. Источником минеральных примесей в ископаемых углях могут быть неорганические части растений - углеобразователей, минеральные новообразования, выпадающие из растворов вод, циркулирующих в торфяниках и т.д. Состав минеральных примесей - кварц, глинистые минералы, полевые шпаты, пирит, марказит, карбонаты и другие соединения.

Большая часть минеральных примесей при сжигании превращается в золу.

Торф яник (верховое болото) - это геологическое образование, сформировавшееся в результате сложных переходов одного растительного покрова в другой. По мере увеличения слоя растительных остатков (торфа) на бывшем озере, заболоченном лугу или в лесу связь растений с минеральным грунтом постепенно терялась, а их корни как бы "повисали" в торфе. Это приводило к исчезновению лесных и луговых растений и появлению сугубо болотных видов.

Однако сам торф формируется не сразу. Процесс торфообразования сопровождается формированием под слоем воды сапропеля - взвеси из неразложившихся растительных остатков, микроводорослей и т. д. Сапропель иногда используют как удобрение. Для этого сапропель сушат и затем размельчают. Для торфа характерно присутствие не полностью разложившихся остатков животного и растительного происхождения. Причина этого заключается в том, что в верховом болоте низкая температура воды и антибиотические вещества, выделяемые болотными растениями (например, мох сфагнум выделяет антисептик сфагнол) препятствуют развитию редуцентов - бактерий и грибов. Накапливающиеся части растений и животных постепенно спрессовывается, что и приводит к образованию торфа.

Остатки растений можно распознать под микроскопом. По ним устанавливают номенклатуру торфов. Выделяют сфагновый, ольховый, лесной, осоковый, тростниковый, камышовый, вересковый, березово-лесной и др. торфа.

В естественном виде в неосушенном болоте торф содержит до 92% влаги. Однако после сушки его влажность сильно уменьшается (до 18%). В таком виде он представляет собой сморщенное волокнистое вещество. Под микроскопом оно имеет вид многочисленных клеточек и капилляров с большим количеством полостей, заполненных воздухом, которые обусловливают малую теплопроводность торфа.

По химическому составу торф представляет собой смесь битумов (жирных кислот, смол и углеводородов), органических кислот и их солей, клетчатки и лигнина. В состав некоторых торфов входит связанная серная кислота. Такие торфы не годятся для топлива или удобрения, но служат хорошим средством для лечебных ванн (от ревматизма, артритов и других болезней).

Благодаря низкой теплопроводности торф является прекрасным изоляционным материалом в пищевой промышленности. В нем хорошо сохраняются фрукты, колбаса, рыба, мясо и т. п. Как изоляционный материал его применяют и в технике.

Сланцы - горные породы, характеризующиеся почти параллельным расположением входящих в их состав вытянутых или пластинчатых минералов и обладающие способностью раскалываться на тонкие пластинки. По степени регионального метаморфизма среди сланцев выделяются две большие группы: слабо метаморфизованные горные породы - глинистые сланцы и глубоко метаморфизованные - кристаллические.

Глинистые сланцы состоят преимущественно из глинистых минералов, гидрослюд или реже из монтмориллонита. Среди кристаллических сланцев по составу входящих в них минералов (слюды, амфиболы, полевые шпаты, кварц) выделяют слюдяные сланцы (биотитовые, мусковитовые, реже парагонитовые); при увеличении содержания в них полевых шпатов и кварца они переходят в Гнейсы, а амфиболитовые сланцы - в Амфиболиты. Иногда кристаллические сланцы носят название по входящему в их состав относительно редкому минералу - гранатовые, ставролитовые, кианитовые и др.

Промежуточное положение между глинистыми и кристаллическими сланцами занимают филлиты, хлоритовые и зелёные сланцы - горные породы, подвергнутые метаморфизму в условиях т. н. зелёно-сланцевой фации на относительно малых глубинах; в их составе, кроме слюды, много зелено-цветных минералов (хлорита, эпидота и различных амфиболов). Зелёные сланцы образуются из осадочных и вулканических пород.

Глинистые, обладающие совершенной сланцеватостью, используются в качестве кровельного и шиферного сланца.

Топливом называют материалы, которые можно сжигать, которые при этом быстром сгорании выделяют тепловую энергию. Топливо может быть твердым, жидким и газообразным.

Из всех видов твердого топлива самыми распространенными являются дрова. Использование того или иного вида дров зависит от наличия лесного массива, предпочтение отдается лиственным породам. Эффективность дров зависит от их влажности и породы дерева. Как правило, камины отапливают сухими дровами. Сухие качественные дрова легко загораются и дают мало золы, дают больше тепла и поэтому более экономичны. Древесина хорошего качества должна быть высушена таким образом, чтобы содержание влаги в ней составляло не более 15-20%. Энергетическая мощность 1 кг качественной древесины приблизительно 3,8 кВт/ч. 1 кг абсолютно сухого лесоматериала выделит около 5кВт/ч, а древесина 60% влажности дает всего 1,5 кВТ.

Лучшей древесиной считаются дубовые, березовые или буковые дрова, дающие больше тепла, чем сосновые или ольховые. Твердые породы дерева (бук, дуб, ясень, ольха и все породы фруктовых деревьев) выделяют меньше запахов и до последней фазы образования золы они горят открытым пламенем.

Мягкие породы (береза, липа, сосна, осина и тополь) сгорают быстрее, чем твердые, от них образуется много золы, и угли быстро остывают. Смолистые хвойные породы горят ярким, быстрым пламенем из-за кристаллов смолы часто потрескивают, шипят, в процессе горения от них часто отскакивают искры. При топке сосновыми дровами необходимо проявлять особую осторожность и ставить перед топкой искровой заслон или каминную решетку.