Горючие полезные ископаемые (топливно-энергетические ресурсы)
Каустобиолиты (от греч. kaustós - горючий, bíos - жизнь и líthos - камень), горючие ископаемые органического происхождения, представляющие собой продукты преобразования остатков растительных, реже животных, организмов под воздействием геологических факторов Термин предложен в 1888 немецким учёным Г. Потонье
Уде льная теплота сгора ния - физическая величина, показывающая, какое количество теплоты выделяется при полном сгорании топлива массой 1 кг Удельная теплота сгорания измеряется в Дж/кг или калория/кг
Основные характеристики различных видов топлива Вид топлива Теплота сгорания, тыс. МДж/кг Отрасли применения Нефть 41, 0 Природный газ 31, 0 – 38, 0 Теплоэнергетика, производства минеральных удобрений, коммунальное хозяйство Высокая Каменный уголь 29, 3 Теплоэнергетика, черная металлургия, коксохимия, коммунальное хозяйство Низкая Бурый уголь 15, 0 Теплоэнергетика, коммунальное хозяйство Очень низкая Торф 8, 1 Теплоэнергетика, коммунальное хозяйство, сельское хозяйство Очень низкая Теплоэнергетика, Нефтепереработка и нефтехимия Экологичность Средняя
Угли ископаемые - твёрдые горючие полезные ископаемые осадочного происхождения n В состав входят: органическое вещество - продукт преобразования высших и низших растений с участием микроорганизмов планктона, минеральные примеси (условно не более 50%) и влага. n Залегают в земной коре в виде пластов, пластообразных и линзовидных залежей; n Имеют землистую, массивную, слоистую или зернистую текстуру. n Цвет от коричневого до чёрного. n Первый из используемых человеком видов ископаемого топлива. n Ископаемые угли отличаются друг от друга соотношением слагающих их компонентов, что определяет их теплоту сгорания.
Распределение учтённых мировых запасов ископаемых углей по геологическому возрасту (по А. К. Матвееву) (в %): 1 - девон; 2 - карбон; 3 - пермь; 4 - триас; 5 - юра; 6 - мел; 7 - палеоген - неоген.
Распределение учтенных мировых запасов углей по континентам: 1 - Европа; 2 - Азия; 3 - Северная Америка; 4 - Южная Америка; 5 - Африка; 6 -Австралия.
В зависимости от стадии метаморфизма различают: В России: n Бурые угли, образуются из торфа, отмерших органических остатков под давлением нагрузки и под действием повышенной температуры на глубинах порядка 1 км. Состоят из углерода 55– 78%, водорода 4– 6, 5% и более, кислорода 15– 30%. Содержат много воды (43%), имеют сравнительно низкую теплоту сгорания – 22, 6– 31, 0 Мдж/кг (5400– 7400 ккал/кг). Быстро раскалывается на воздухе на мелкие куски. n Каменные угли – продукт глубокого разложения остатков растений. Образуются из бурого угля на глубинах порядка 3 км. Содержат 75– 97% и более углерода; 1, 5– 5, 7% водорода; 1, 5– 15% кислорода; 0, 5– 4% серы; до 1, 5% азота; 45– 2% летучих веществ (за счёт чего неплохо воспламеняются); количество влаги колеблется от 4 до 14%; золы – обычно от 2– 4% до 45%. Имеют более высокую теплоту сгорания – не менее 23, 8 Мдж/кг (5700 ккал/кг). Залегают в виде пластов различной мощности (от долей м и до нескольких десятков и более м). Глубина залегания различна – от выхода на поверхность до 2000– 2500 м и глубже. n Антрациты. Образуются из каменного угля при повышении давления и температуры на глубинах порядка 6 км. Под микроскопом растительные остатки различаются с трудом. Обладают чёрной окраской, часто с сероватым оттенком, сильный, металлический блеск. Имеют наибольшую теплоту сгорания (33, 9– 34, 8 Мдж/кг или 8100– 8350 ккал/кг), но плохо воспламеняются. Обладает небольшой влажностью 1– 3%. Почти целиком состоят из углерода – 93, 5– 97, 0%, содержат водород 1– 3%, кислород и азот 1, 5– 2, 0%. n Графиты – кристаллическая модификация чистого углерода. Обычно пластинчатой формы. Образуется при высокой температуре в магматических и метаморфических горных породах. Западные страны: n лигниты, n суббитуминозные угли, n антрациты, n графиты
Образование угля: 1. Необходимо обильное накопление растительной массы. Возраст самых древних углей оценивается примерно в 350 миллионов лет. 2. Уголь образуется в условиях, когда гниющий растительный материал накапливается быстрее, чем происходит его бактериальное разложение. Эти условия типичны для болот, где стоячая вода, обеднённая кислородом, препятствует жизнедеятельности бактерий и тем самым предохраняет растительную массу от полного разрушения. 3. Возникает торф - исходный продукт для образования угля. 4. Если идет его захоронение под другими наносами, торф испытывает сжатие и, теряя воду и газы, преобразуется в уголь. Глубина погребения растительного материала, км Образуемая толща из торфа (20 м) 1 бурый уголь (4 м) 3 каменный уголь (2 м) 6 антрациты (1, 5 м)
Добыча угля (зависит от глубины залегания): Открытый способ - карьерный, если глубина залегания угольного пласта до 350 м Закрытый способ – шахтный, с больших глубин Самые глубокие угольные шахты в России более 1200 м сырье для стройиндустрии метан угольных пластов В угленосных отложениях наряду с углем содержатся: ценные металлы и их соединения, редкие и рассеянные элементы подземные воды
Угольные запасы мира: 1. Общие угольные ресурсы в мире насчитывают 14 810 млрд. т, из них 60% - каменный уголь (9440 млрд. т), а 40% - бурый (5370 млрд. т); 2. Доля мировых разведанных запасов составляет 8% (1239 млрд. т); 3. Более 90% всех угольных ресурсов находится в северном полушарии (главным образом к северу от 30º с. ш. ), 4. Из общих запасов, основная доля угля в Азии (54%), Северной Америке (28%), и Европе (9%); 5. Из отдельных стран наиболее богаты СНГ, США и КНР (80% общих запасов); 6. В России сосредоточено 5, 5% мировых запасов угля, что составляет более 200 млрд. тонн. Из них 70% приходится на запасы бурого угля. 7. Большая часть как общих, так и разведанных запасов сосредоточена в экономически развитых странах. 8. Из развивающихся стран значительными запасами обладают только Индия, Ботсвана, а также Китай. 9. Значительная часть мировых угольных ресурсов сконцентрирована в 10 крупнейших угольных бассейнах, находящихся на территории России, США, ФРГ, Украины.
Основные направления промышленного использования углей: 1. производство электроэнергии; 2. производство металлургического кокса; 3. получение при химической переработке разнообразных (до 300 наименований) продуктов: горного воска, пластических масс, синтетического жидкого и газообразного высококалорийного топлива, ароматических продуктов путём гидрогенизации, высокоазотистых гуминовых кислот для удобрений; 4. из углей извлекаются рассеянные элементы руды: германий, галий; сера; 5. в качестве керамического и огнеупорного сырья; 6. в качестве строительных материалов; 7. как средства очистки промышленных сточных вод, атмосферных выбросов и т. д.
Десять крупнейших угольных бассейнов мира Страна Бассейн Общие ресурсы, млрд. т Россия Тунгусский Ленский Канско-Ачинский (бурый) Кузнецкий Печерский Таймырский 2299 1647 638 США Аппалачский Западный 284 170 ФРГ Рурский 287 Украина Донецкий 141 637 265 217 В т. ч. российские бассейны: Подмосковный, Урал (Южно-Уральский), Южно-Якутский, Южно-Иркутский, Минусинский
Страны мира, обладающие крупнейшими запасами угля Страны Уголь, млрд. т Общие запасы в т. ч. разведанные запасы США 1570 257 Китай 954 Австралия Страны Уголь, млрд. т Общие запасы в т. ч. разведанные запасы Польша 218 34, 4 115 Канада 78, 8 8, 6 454 90, 4 Украина 57, 0 34, 4 ЮАР 341 60, 8 Бразилия 32, 4 1, 2 Индия 313 74, 7 Великобритания 19, 1 1, 5 Германия 308 67, 0 Венгрия 15, 7 4, 5 Россия 277 198, 1 Новая Зеландия 15, 6 10, 6
Угольные ресурсы России 1. Размещаются по территории страны неравномерно. 2. На долю восточных районов приходится 93 %, на европейскую часть - 7 % всех запасов страны. 3. Наиболее низкая себестоимость добычи углей в Восточной Сибири, наиболее высокая - в районах Европейского Севера. 4. Открытым способом добываются угли Канско-Ачинского, Кузнецкого, Южно. Якутского, Иркутского бассейнов. 5. Бурые угли залегают в основном на Урале, в Восточной Сибири, в Подмосковье. 6. Каменные угли, в тем числе коксующиеся, залегают в Кузнецком, Печорском и Южно-Якутском бассейнах. 7. Основными угольными бассейнами являются Печорский, Кузнецкий, Канско. Ачинский, Южно-Якутский и Подмосковный бассейны.
Нефть, горючая маслянистая жидкость красно-коричневого, иногда почти чёрного цвета, встречается слабо окрашенная в жёлтозелёный цвет и бесцветная нефть, имеет специфический запах, распространена в осадочной оболочке Земли
Физические свойства нефти: n Плотность 0, 65 -1, 05 (обычно 0, 82 -0, 95) г/см³: лёгкая Н - плотность ниже 0, 83. средняя Н - 0, 831 -0, 860. тяжёлая Н. - выше 0, 860. 2. Содержит большое число разных органических веществ. 3. Вязкость изменяется в широких пределах (от 1, 98 до 265, 90 мм²/с для, добываемой в России), определяется фракционным составом и ее температурой (чем она выше и больше количество лёгких фракций, тем ниже вязкость), а также содержанием смолисто -асфальтеновых веществ (чем их больше, тем вязкость выше). 4. Удельная теплоёмкость 1, 7 -2, 1 к. Дж/(кг∙К); удельная теплота сгорания (низшая) 43, 7 -46, 2 МДж/кг. 5. Температура застывания от − 60 до +30°C; зависит преимущественно от содержания в нефти парафина (чем его больше, температура застывания выше) и лёгких фракций (чем их больше, тем эта температура ниже). 6. Легко воспламеняется; температура вспышки от − 35 до +120°C (зависит от фракционного состава и содержания в ней растворённых газов). 7. Растворима в органических растворителях, в обычных условиях не растворима в воде. 1. n n
Общий химический состав. Это смесь около 1000 индивидуальных веществ из них: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. жидкие углеводороды (обычно 80 -90% массы); органические соединения (4 -5%): преимущественно сернистые, азотистые и кислородные; металлоорганические соединения (в основном ванадиевые и никелевые); растворённые углеводородные газы (от десятых долей до 4%), вода (от следов до 10%); минеральные соли (главным образом хлориды, 0, 1 -4000 мг/л и более), растворы солей органических кислот и др. ; механические примеси (частицы глины, песка, известняка). Примесь 0 -0, 5 -1, 0 1 -3 Высокосернистая > 3 Малопарафинистая 0 -5 Парафинистая 5 -10 Высокопарафинистая Асфальтосмолисты е вещества (АСВ) Малосернистая Сернистая Парафины Содержание примеси, % Среднесернистая Сера Класс > 10 Малосмолистая 0 -10 Смолистая 10 -20 Высокосмолистая 20 -35 Очень высокосмолистая > 35
Условия образования и залегания: 1. 2. 3. 4. Нефть образуется вместе с газообразными углеводородами обычно на глубине более 1, 2 -2 км. Залегает на глубинах от десятков метров до 5 -6 км. Максимальное число залежей нефти располагается на глубине 1 -3 км. Вблизи земной поверхности нефть преобразуется в полутвёрдый асфальт и др. например, битуминозные пески и битумы. Распределение мировых запасов нефти (в крупных и средних месторождениях) по глубинам залегания (по Н. Б. Вассоевичу, 1973)
Нефтеобразование - стадийный, весьма длительный (обычно много млн. лет) процесс, начинающийся ещё в живом веществе. Выделяется ряд стадий: 1. Осадконакопление - остатки живых организмов (считают главным – планктон) выпадают на дно водных бассейнов. 2. Биохимическая - процессы уплотнения, обезвоживания и биохимические процессы в условиях ограниченного доступа кислорода. 3. Протокатагенез - опускание пласта органических остатков на глубину до 1, 5 -2 км, при медленном подъёме температуры и давления. 4. Мезокатагенез или главная фаза нефтеобразования (ГФН) - опускание пласта огранических остатков на глубину до 3 - 4 км, при подъёме температуры до 150°С. При этом органические вещества подвергаются термокаталитической деструкции, в результате чего образуются битуминозные вещества, составляющие основную массу микронефти. Далее происходит отгонка нефти за счёт перепада давления и эмиграционный вынос микронефти в песчаные пласты-коллекторы, а по ним в ловушки. 5. Апокатагенез керогена или главная фаза газообразования (ГФГ) - опускание пласта органических остатков на глубину более 4, 5 км, при подъёме температуры до 180 -250°С. При этом органическое вещество теряет нефтегенерирующий потенциал и реализовывает метаногенерирующий потенциал. 6. И. М. Губкин выделял также стадию разрушения нефтяных месторождений.
Применение: 1. Нефть занимает ведущее место в мировом топливно-энергетическом балансе: доля ее в общем потреблении энергоресурсов составляет 48%. 2. В химической и нефтехимической промышленности (более 8% от объема мировой добычи) в выработке: топлив и масел, сырье для производства синтетических каучуков и волокон, пластмасс, моющих средств, пластификаторов, присадок, красителей и др. n n n
Подтвержденные запасы нефти и газоконденсата
Крупнейшие нефтегазоносные бассейны мира Страны Бассейны Россия Западно-Сибирский Волго-Уральский США Калифорнийский Иллинойский Техасский Бассейн Мексиканского залива Аляскинский Канада Западно-Канадский Саудовская Аравия Иран ОАЭ Ирак Кувейт Бассейн Персидского залива Индонезия Суматранский Великобритания, Норвегия Североморский Алжир, Ливия Сахарский Венесуэла Оринокский Маракайбский Нигерия Бассейн Гвинейского залива
Нефтегазоносные бассейны мира
Доказанные запасы природного газа (млрд. м куб. )
Способы добычи нефти: ОСНОВНЫЕ: n Фонтанный - жидкость и газ поднимаются по стволу скважины от забоя на поверхность только под действием пластовой энергии. n Газолифтный (компрессорный) - при этом способе добычи для подъема нефти на поверхность в скважину подают или закачивают с помощью компрессоров сжатый углеводородный газ или воздух. n Насосный - подъем жидкости на поверхность осуществляется с помощью спускаемых в скважину насосов. Кроме того: n Шахтная добыча нефти – основан на проведении системы подземных горных выработок. Применяется для разработки залежей с высоковязкими нефтями (битумами), а также неоднородных энергетически истощённых залежей нефти средней вязкости. n Термический - путем понижения вязкости нефти тепловым воздействием на пласт: нагнетанием теплоносителей (горячей воды или пара), созданием внутрипластового очага горения.
Важнейшие продукты нефтехимии: n n n этилен, пропилен, бутилен; спирты; карбоновые кислоты; кетоны: ацетон, метилэтилкетон; эфиры; бензол: толуол, этилбензол, стирол, кумол; фенолы, нитробензолы; галогенпроизводные; синтетический каучук, латексы; шины; технический углерод
Торф - горючее полезное ископаемое; образовано скоплением остатков растений, подвергшихся неполному разложению в условиях болот
Условия для заболачивания: 1. 2. 3. 4. Избыточное увлажнение; Наличие водоупора: водонепроницаемые породы, многолетняя мерзлота; Отсутствие стока; Антропогенная деятельность. Распространение: 1. 2. 3. 4. Размер площади, занимаемой торфяными месторождениями и болотами в мире, составляет около 350 млн. га (3% суши), из них около 100 млн. га имеет промышленное значение. В северном полушарии торфа больше, чем в южном. Заторфованность растёт при движении к северу и при этом возрастает доля верховых торфяников. На территории Западной Европы расположен 51 млн. га (Германия, Финляндия, Ирландия, Великобритания и др. ) , Азии (Россия, Индонезия) - свыше 100 млн. га, Северной Америки - свыше 18 млн. га (Канада, США).
Физические свойства: 1. Состоит из растительных остатков, претерпевших различную степень разложения. Перегной (гумус) придаёт тёмную окраску. 2. Относительное содержание в общей массе торфа продуктов распада растительных тканей, утративших клеточную структуру, называют степенью разложения торфа. Различают слаборазложившийся (до 20%), среднеразложившийся (20 -35%) и сильно разложившийся (свыше 35%) торф. 3. Большое влагосодержание в естественном залегании (88 -96%), 4. Высокий коэффициент сжимаемости при компрессионных испытаниях. 5. Структура обычно волокнистая или пластичная (сильно разложившийся торф). 6. Цвет жёлтый или бурый до чёрного. 7. Слаборазложившийся торф в сухом состоянии имеет малую плотность (до 0, 3 г/см 3), низкий коэффициент теплопроводности и высокую газопоглотительную способность. 8. Слаборазложившийся торф - отличный фильтрующий материал.
Элементный химический состав: 1. 2. 3. 4. 5. углерод 50 -60%, водород 5 -6, 5%, кислород 30 -40%, азот 1 -3%, сера 0, 1 -1, 5% (иногда 2, 5). По условиям образования и свойствам: 1. Верховой торф - образован растительностью (сосна, пушица, сфагнум) при переувлажнении, вызванном преимущественно атмосферными осадками. Плохое удобрение, т. к. беден зольными элементами. Используется как топливо или теплоизоляция. 2. Низинный торф - образован растительностью (ольха, осока, зелёный мох) при переувлажнении грунтовыми водами. Хорошее удобрение. 3. Торф переходного типа.
Распределение разведанных запасов торфа по экономическим районам в России Экономический район РФ Северо-Западный Центрально-чернозёмный Волго-Вятский Поволжский Уральский Западно-Сибирский Восточно-Сибирский Дальневосточный Калининградская область Общая площадь торфяных месторождений в границах промышленной залежи, млн. га Запасы торфа, млрд. т (40% влажности) 56, 6 8, 9 1, 4 0, 04 0, 5 0, 1 2, 7 34, 1 3, 1 5, 7 0, 1 149, 9 19, 8 5, 2 0, 1 2, 0 0, 3 9, 1 103, 9 4, 0 5, 2 0, 3
Использование торфа 1. Выжигают кокс. 2. Получают смолу. 3. В энергетике. 4. Применяли в сельском хозяйстве: для приготовления компостов, для производства торфоаммиачных и торфоминерально-аммиачных удобрений, фосфорных удобрений, известковое удобрение, в овощеводстве и цветоводстве в смеси с др. компонентами (навоз, минеральные удобрения и прочее), производство торфо-перегнойные кубики и теплично-парниковые почвосмеси; в животноводстве - подстилка для крупного рогатого скота, птицы и др. 5. В медицине. 6. Производятся тепло- и звукоизоляционные торфяные плиты, торфяные полые горшочки и др.
Горючий сланец - полезное ископаемое, дающее при сухой перегонке значительное количество смолы (близкой по составу к нефти) Состав: 1. 2. Минеральная часть (кальциты, доломит, гидрослюды, монтмориллонит, каолинит, полевые шпаты, кварц, пирит и др. ); Органическая часть (кероген), составляет 10 -30% от массы породы, в сланцах самого высокого качества 50 -70%. Использование: 1. 2. 3. Энергетика (топливо, газ, мазут). Химические продукты (фенолы, пластификаторы, дубители, клеевые вещества, ихтиол, препараты для борьбы с эрозией почв и борьбы с сорняками). Из отходов (золы) получают стройматериалы (цемент и др. ).
Подтвержденные запасы углей
Ресурсы, запасы и добыча коксующихся углей в России Район, бассейн, месторождение Балансовые запасы, млрд. т Прогнозные ресурсы, млрд. т Кондиционные ресурсы, млрд. т А + В + С 1 С 2 Россия всего 42, 3 8, 9 390 441, 2 Северокавказский Донбасс (Рост. обл. ) 0, 3 0, 03 0, 63 Северный Печерский 3, 5 0, 1 5, 9 9, 5 Уральский Кизеловский 0, 3 0, 04 - 0, 34 Западно-Сибирский Кузнецский 32, 7 5, 5 167, 4 205, 6 Восточно-Сибирский Таймырский Тунгусский Иркутский Канско-Ачинский Улугхемский Минусинский Апсатское (Чит. обл. ) 0, 2 0, 7 1, 3 0, 5 0, 12 - 0, 1 0, 6 0, 3 0, 01 - 75, 6 31, 3 1, 7 16, 3 0, 9 5, 6 31, 5 3 1, 6 16, 8 0, 13 0, 9 Дальневосточный Ленский Южно-Якутский Зырянский Буреинский Партизанский о. Сахалин 29 2, 7 0, 1 0, 02 0, 1 2, 3 2, 2 0, 004 0, 02 0, 1 90, 6 37, 7 23, 1 3, 5 0, 25 1, 8 95, 8 37, 7 32, 6 23, 3 3, 5 0, 29 2
Скачать презентацию Горючие полезные ископаемые топливно-энергетические ресурсы Каустобиолиты от
3. Минеральные ресурсы-горючие.ppt