Круг жадности: Очень чёрное золото. Нефть черное золото уголь


Уголь - настоящее черное золото России?

Слова из знаменитой песни Владимира Семеновича Высоцкого, вынесенные в заголовок статьи, знакомы, наверное, большинству жителей России старшего поколения. Еще бы, ведь песня посвящена шахтерам. Эта профессия в Советском Союзе была окружена почетом и уважением. Завораживающая статистика цифр постоянно присутствовала на полосах газет, сообщавших об очередных миллионах тонн добытого под землей продукта, так нужного стране.

Давно уже такого внимания угольная промышленность России не удостаивается. В новостных лентах доминируют нефть и газ, но никак не уголь. Что же произошло? Неужели недра России обеднели настолько, что угля в них больше не осталось? Или мы настолько стали богатыми, что перестали нуждаться в угле?

Судьба России, периоды экономических рывков и годы лихолетья часто были связаны в прошлом с динамикой добычи именно угля, а не нефти. Уголь по праву называют «хлебом промышленности». Когда в середине XIX века после поражения в Крымской войне был взят курс на модернизацию России, добыча угля стала стремительно расти. Если в 1860 году в империи добывалось 121 тысяча тонн угля, то на рубеже ХХ века – 12 миллионов тонн, а уже в 1916 году – 34,5 миллиона тонн. Металлургия, железнодорожный и морской транспорт нуждались в угле. Угольные шахты строились в Донбассе, на Урале, в Подмосковном и Кузнецком бассейнах, на Дальнем Востоке.

Разруха гражданской войны резко снизила добычу угля, но в годы индустриализации развитие угольной промышленности стало одним из приоритетов. Мощность шахт существенно возросла. Уже в 20-х годах появились в СССР первые обогатительные фабрики, началась разработка угольных месторождений открытым способом.

Только за период 1928–1937 годов было построено более двухсот шахт с общей годовой производственной мощностью около 100 миллионов тонн. К началу Великой Отечественной войны в эксплуатации находилось 542 шахты, на которых ежегодно добывалось около 160 миллионов тонн угля. Оккупация фашистами значительной части территории страны привела к потере более 60% мощностей по добыче угля. Однако титаническими усилиями работников тыла эти потери удалось компенсировать интенсивным развитием угольной промышленности в Кузбассе, Печорском бассейне, на Урале и в других регионах востока России. В годы войны шахтеры смогли обеспечить страну коксующимися углями, необходимыми при производстве стали. Большую роль в увеличении угледобычи во время войны сыграло внедрение открытого способа добычи. В 1945 году на разрезах было добыто 17,8 миллиона тонн — 11,9% общего объема угледобычи.

В 1947 году в СССР был учрежден всенародный праздник — «День шахтера». Однако на рубеже 60-70-х годов стали проявляться негативные тенденции в развитии угольной отрасли. Интерес к ней у руководства страны стал снижаться. Главная причина этого была связана с открытием гигантских нефтегазовых месторождений в Западной Сибири, что привело к курсу на приоритетное развитие нефтегазового комплекса.

Тем не менее со второй половины 1970-х годов начинается освоение гигантского Канско-Ачинского угольного бассейна, где сосредоточены энергетические каменные угли высокого качества, и Южно-Якутского бассейна, призванного обеспечить углем электростанции Дальнего Востока и новые промышленные районы Якутии.

Однако в условиях плановой экономики приоритет нефтегазового комплекса означал сокращение денежных поступлений в угольную отрасль. Социальная сфера угледобывающих регионов все больше отставала, горная техника производились в недостаточном количестве. Происходило падение доли угля в топливном балансе страны с 66% в 1955 году до 19% в 1990 году.

В 1988 году угледобыча в РСФСР достигла наивысшей точки — 425,4 миллиона тонн (в СССР максимум добычи равнялся 748 миллионов тонн). По времени это совпало с началом масштабного кризиса, вызванного шараханиями М.Горбачева. Стали рваться хозяйственные связи между республиками распадавшегося СССР. Началось падение угледобычи, ухудшалось и качество добываемого угля. Большинство шахт перестали модернизироваться, аварии с человеческими жертвами стали обычным явлением. Производительность труда в угольной отрасли упала до уровня 1947 года. В правительстве России появилось множество «специалистов», утверждавших, что российские угольные шахты нужно вообще ликвидировать, ссылаясь на опыт Великобритании. Позднее к этим высказываниям стали добавляться призывы заменить уголь на возобновляемые источники энергии.

Последнее было явным прожектерством. Ведь достаточно упомянуть следующий факт: еще в рамках Советского Союза - в 70-80-е годы предпринимались усилия по активному вовлечению в топливно-энергетический баланс различных нетрадиционных возобновляемых источников энергии. Например, были построены пилотные установки с использованием в энергетике геотермальных вод на Камчатке, солнечной энергии в Крыму, были выполнены проекты по использованию глубинного тепла пород Земли, ветровой энергии, биомассы, изучались возможности использования энергии приливов – отливов океанов и морей. Тем не менее в настоящее время доля возобновляемых источников в российском топливно-энергетическом балансе составляет менее 0,1 %. Бум же на использование биотоплива, созданный несколько лет назад, очевидно, сходит на нет, особенно в условиях обострившейся проблемы нехватки продовольствия.

Сегодня появляются условия для того, чтобы руководство России опять обратило свое внимание на уголь как один из серьёзных природных ресурсов нашей страны. Уголь остаётся важнейшим элементом современной промышленной цивилизации. В среднем уголь занимает порядка 40% в мировом топливно-энергетическом балансе. Это весьма солидная величина. В России она существенно меньше – 17-18%. Впрочем, доля угля в выработке российской электроэнергии составляет 28%. В мире же более 23% первичной энергии и около 40% электроэнергии приходится на уголь.

Необходимо отметить одно весьма принципиальное обстоятельство: главные геополитические конкуренты России на мировой арене планируют не снижать, а увеличивать добычу угля. Сегодня в мире добывается 6,4 миллиарда тонн угля в год. По мнению экспертов, годовая добыча этого сырья в ближайшие 15-25 лет может увеличиться до 7,5 миллиарда тонн. В том числе в США – до 2 миллиардов тонн, а в Китае – до 2,9 миллиарда тонн. В Китае, равно как и в Польше, более 90% вырабатываемой электроэнергии получают из угля. В Соединенных Штатах, Германии, Индии и Казахстане – более 50%. Но уголь – это не только топливо для генерации электроэнергии. 66% мирового производства стали основано на использовании угля.

Новый гигант современного мира – Китай не считает зазорным делать ставку на уголь. За последние четверть века Китай увеличил добычу угля в 4,1 раза. Сегодня на долю Поднебесной приходится почти 40% всей мировой добычи – 2550 миллионов тонн (первое место в мире). В разы растет добыча и в Индии (уровень добычи – 480 миллионов тонн), Австралии (уровень добычи – 390 миллионов тонн), ЮАР (уровень добычи – 255 миллионов тонн). В США в 1980 году добывали 753 миллиона тонн угля, а в 2007 году – 1118 миллионов тонн (второе после Китая место в мире).

Россия, претендуя на статус великой энергетической державы, может и должна разумно использовать не только свои нефть и газ, но и уголь. Ведь Россия располагает огромными – вторыми в мире после США доказанными запасами углей, которые составляют 157 миллиардов тонн, в том числе коксующихся – 41,3 миллиарда тонн. Прогнозные запасы угля России оцениваются в 4450,7 миллиарда тонн. Добыча же сегодня в Росси составляет около 300 миллионов тонн в год, то есть порядка 2/3 от того, что было в конце советского периода отечественной истории. Принятая в 2002 году «Энергетическая стратегия России на период до 2020 года» предполагает лишь небольшой количественный рост добычи угля, но не повышение его доли в топливно-энергетическом балансе. Многие считают, что это оправдано, ведь в сознании обывателя уголь ассоциируется с паровозной топкой и вечно испачканным угольной пылью и сажей кочегаром. В частности, поэтому уголь и уступает по объему потребления природному газу, нефти, опережая при этом другие виды топлива.

Другая причина кроется в географии. Подавляющая часть разведанных угольных месторождений России расположена в Сибирском и Дальневосточном округах. Центральный округ располагает лишь 1,7% общих запасов, Северо-Западный – 4,2%, Приволжский – 0,6%, Уральский – 0,5%, Южный – 3,3%. Зато Сибирский округ располагает 79,6%, а Дальневосточный – 10,1%. Сейчас основной прирост объемов добычи угля в России происходит в Кузнецком бассейне. Кузбасс добывает более 50% российского угля и 80% наиболее ценных марок коксующихся углей, используемых для нужд металлургии.

Основные потребители энергии в России находятся в европейской части нашей страны, доставка же угля потребителям стоит довольно дорого. Сторонники развития угольной отрасли предлагают поэтому следующий шаг: увеличить экспорт природного газа, а дотации, шедшие внутренним потребителям, пустить на снижение железнодорожных тарифов по перевозке угля. Это стимулировало бы спрос на уголь.

Потребность в энергетических углях будет расти во всем мире. До 2025 года она будет увеличиваться в среднем на 1,5% в год. В Германии, Бельгии, Индии, Вьетнаме, Индонезии, Австралии запланировано строительство множества электростанций на угле. В США число таких проектов насчитывает 77.

В России добыча угля растет с 1998 года, в последнее время темпами 3,5% в год. Причем до четверти добытого объема коксующихся углей экспортируется. Однако реально Россия добывает пока только 1,5 тонны угля на душу населения в год, что в 2 - 8 раз меньше, чем в Австралии, Польше или в США. А ведь уголь является одной из статей российского экспорта. Россия занимает 12% мирового рынка, третье место в мире по экспорту. В количественных объемах это составляет примерно 90 миллионов тонн экспортируемого угля. Российский уголь хорошо покупают в Европе, где он уже занял 35% общего европейского импорта. Хорошие перспективы есть и у экспорта в направлении АТР.

Важно отметить, что добыча угля может и должна сочетаться с эффективным использованием угольного метана. Запасы метана в угольных пластах составляют во всем мире 260 триллионов кубометров – гигантскую цифру. В США уже добывают более 50 миллиардов пластового метана. Газпром тоже намеревается в этом году начать товарную добычу метана в Кузбассе.

Кроме этого уже давно разработаны технологии получения из угля синтетического жидкого топлива. Уголь может быть основой получения множества продуктов переработки. В ЮАР, например, фирма «Сасоль» получает из угля 240 наименований продуктов, в том числе пластмассы, полипропилен, взрывчатые вещества и высококачественный бензин.

Конечно, развитие угольной отрасли обязательно должно включать в себя и компонент безопасности. Если в США 1 шахтер гибнет при добыче каждых 40 миллионов тонн угля, то в России – каждых 4 миллионов тонн. Нас не должно утешать, что на Украине этот показатель в 9 раз выше, а в Китае – в 14 раз выше.

Уголь, наравне с нефтью и природным газом, - это уникальное богатство России, которое может послужить и нам, и нашим внукам, и даже правнукам, поскольку запасы углей в России по расчетным периодам эксплуатации выше нефтяных. При инновационном подходе разработка российских угольных ресурсов способна многократно обогатить нашу страну. Не случайно Высоцкий называл именно уголь, а не нефть черным золотом.

maxpark.com

"Черное золото" - Говорим и пишем правильно

"Черное золото" 25 авг, 2005 @ 17:35

Друзья, с чем больше у вас ассоциируется метафора "Черное золото"? Лично у меня - с нефтью. Но вот в статье увидела, что она употребляется как синоним угля...Апдейт.Всем огромное спасибо за проявленный интерес.Итог дискуссии: словосочетание употребимо как для обозначения угля, так и нефти, но первое появилось раньше из-за специфики советской промышленности.

From:Date:
avysk
Август, 25, 2005 13:39 (UTC)
(Link)
Однозначно -- уголь.
"Взорвано, уложено, сколотоЧерное, надежное золото." В.Высоцкий
да.именно.не успел)
Уголь - уже давно не золото. И его добыча, как правило, убыточна. Чёрное золото - только нефть. Во всяком случае, в нынешних реалиях.(Удалённый комментарий)
From:Date:
frais
Август, 25, 2005 14:15 (UTC)
(Link)
нефть - тоже производная углерода. как, впрочем, и все живое вокруг.
Вас послушать, так можно сказать и что уголь - это чёрный арахис ;-))))
From:Date:
(Anonymous)
Август, 25, 2005 14:02 (UTC)
(Link)
Фразеологизм состоялся применительно к углю. Так что не надо.
Вот именно. Не надо грязи в макароны. Если Вы помните, то русский язык не только великий и могучий, но ещё и живой. И сейчас словосочетание "чёрное золото" применяется ИСКЛЮЧИТЕЛЬНО к нефти. Ну согласитесь, смешно называть золотом то, добыча чего уже давно нерентабельна. Включайте логику, граждане!! Хватит глотать библиотечную пыль ;-))
Золото - не жидкое.
И слава Б., что золото не жидкое. А это ты сейчас к чему?
Мы пили на брудершафт или крестили кого-то?

К тому, что "черное золото" - исключительно относится только к углю. К нефти или ещё к чему-то, его можно применять только по незнанию или неграмотности.

ути-муси-пуси.. Обиделся?

Мой юный падаван, если желаешь победить на чемпионате идиотов, то, конечно, можешь смело называть чёрным золотом уголь.

На кого обижаться?! Ну, это вы себе неоправданно льстите - на недоумков не обижаются.
Как я просчитался!! Всё думал, что первый сорвусь на обзывательства. Но, видимо, с возрастом нервишки уже того, ни к чёрту. А где нервы шалят, там и до маразма недалеко ;-)

Чао, бамбино ;-)

From:Date:
alon_68
Август, 25, 2005 14:21 (UTC)
(Link)
Времена меняются. Метафора образовалась, когда уголь был большим богатством. Что не мешает нам сейчас поменять ее смысл.
я не буду говорить на 100%, но на 99% уверена, что это о нефти.
Нефть была и во времена написания песни Высоцким.Хотя сейчас все воспринимают это как нефть...Еще 10 лет назад я не сомневался что это был уголь а вот недавно засомневался... а так ли это теперь..
From:Date:
gessy
Август, 25, 2005 15:30 (UTC)
(Link)
А вот я сколько слышала - то только в применении к нефти такое сочетание... Буду теперь знать, что и к углю оно когда-то применялось...
"черное золото" говорили и на уголь, и на нефть. Но угольная промышленность в СССР, если не ошибаюсь, была более развита, нежели нефтяная.
угля. особенно - активированного. особенно по утрам.
From:Date:
el77
Август, 25, 2005 16:54 (UTC)
(Link)
Нефть часто метафорой "жидкое золото" обозначают, а "черное золото" - общепринято, что уголь, хотя при желании так можно что угодно черное обозвать.
А нефть не сильно отличается от угля) Из обоих можно делать бензин например)

ЗЫ Лично у меня с нефтью )

pishu-pravilno.livejournal.com

Чёрное золото (USA7) - icelavin

Чёрное золото - наверное, вы снова подумали о нефти?Лоуренс Аравийский, Аравийская пустыня, Абдель Азиз ибн Сауд?

Нет.Ещё 100 лет назад при этих словах люди бы подумали о совершенно ином - тогда чёрным золотом называли качественный, низкозольный уголь:"6 сентября 1900 года  крейсер «Аскольд» вышел на официальные испытания на Данцигскую мерную милю. Завод предоставил для испытаний отборный свежий кардиффский уголь и самых опытных кочегаров.".

Почему - именно кардиффский? Как вообще определяются типы и марки угля и как уголь может помочь производсту нефти и её заменителей? Что вообще напихано в эту сборную солянку с загадочным названием - other liquids?

3. Это сладкое слово - Other liquids.Вообще-то говоря, существует большое количество различных жидких веществ, которые с удовольствием горят в кислородном окружении. Вода здесь скорее исключение, нежели правило.

В целом, для всех топлив выполняется одно простое правило: чем больше в топливе удельное содержание кислорода, тем меньшую теплоту сгорания (в расчёте на 1 кг) имеет данное топливо. Как нетрудно заметить, для воды это соотношение наибольшее - поэтому, собственно говоря, вода чисто математически ограничивает топливную линейку. Вода - это уже не топливо, чтобы Вам не рассказывали различные Петрики от науки. ;)Аналогично, чем больше содержание водорода по отношению к углероду - тем больше удельная теплота сгорания топлва (опять таки - в расчёте на 1 килограмм!)

Вот таблица удельной теплоты сгорания наиболее широко используемых топлив. Плотности приведены в жидком состоянии, при промышленно используемых температурах и давлениях. Именно вокруг этих "вонючих/жидких" и крутятся все технологии разработки альтернативных нефти путей получения топлива:

НазваниеМДж/кгПлотность, кг/м3МДж/л
Дизельное топливо42,686036,6
Керосин44,078034,3
Бензин45,575034,1
Пропан47,549023,3
Метан50,139019,5
Водород120,9708,5
Бутанол3681029,1
Этанол21,279016,7
Метанол19,979015,7
Уголь (углерод, тонна условного топлива)29,32 250
Как уже можно увидеть по этой таблице, англосаксонский жульнический подход к учёту топлива в литрах - это путь в никуда. Плюсуя яблоки с апельсинами, а груши - с земляникой, правильный баланс потребления и производства топлив не вывести никогда. Этанол, учитываемый в литрах, совершенно нереально сравнивать с бензином - в расчёте на 1 литр их теплотворная способность отличается в 2 раза!То есть, литр, потерянный на сырой нефти, но тут же замененный в интегральном учёте 1 литром биоэтанола из кукурузы - это в реальности - уменьшение количества располагаемой энергии в топливе (в МДж) - в 2 раза.Поэтому, СССР всё топливо считал в "тутах" (т.у.т.) - в тоннах условного топлива. 1 т.у.т. равен по теплотворной способности 1 тонне высококачественного угля, или 29,308 МДж или, если лень запоминать некруглые цифры - 7000 (семи тысячам) килокаллорий на килограмм "тута".США в "тутах" считать не любит, поэтому их логика в учёте различных видов жидкого топлива иногда приводит к страницам пространных объяснений и сносок мелким шрифтом. Читать эти сноски всегда интересно и познавательно.

Второй момент тоже виден невооружённым глазом.Несмотря на впечатляющие удельные показатели топлив с высоким удельным весом водорода, эти топлива очень проигрывают топливам с более высоким содержанием углерода в теплотворной способности одного литра такого топлива. Несмотря на то, что в килограмме пропана содержится 117% от энергии дизельного топлива, в расчёте на литр его энергитическая ценность составляет всего 63% от энергетической ценности дизельного топлива. То есть топлива с высоким удельным весом водорода гораздо менее плотные, чем топлива с высоким удельным весом углерода.

Исходя из этого видно, что переход на пропан, метан и, особенно, водород, даже в случае успешного решения проблем с давлениями и поддержанием низких температур (в случае метана и водорода), всё равно приведёт к тому, что конструктивные требования к геометрическим размерам топливных систем вырастут от 2 до 10 раз. Что, безусловно, отразится на весовых характеристиках транспортного средства, эти топлива использующего.

Переход на одноатомные спирты, с точки зрения их плотности и отсутствия проблем с давлениями и низкими температурами, выглядит в этом случае более привлекательно (в чём мы могли убедиться в материале "Игры не для нас"). Однако тут, как было указано выше, присутствует другая проблема - спирты, по сравнению с углеводородами, представляют собой уже частично окисленные соединения, то есть, содержат в своём составе кислород. Поэтому, с точки зрения удельной эффективности (в расчёте и на килограмм, и на литр) гораздо выгоднее производить более длинные спиртовые цепочки (бутанол), нежели более короткие (метанол).

Собственно говоря, сейчас именно вокруг бутанола (одноатомный спирт с четырьмя атомами углерода) вращаются основные усилия производителей биотоплива. В отличии от метанола, который легко можно получить чисто химическим синтезом, и в отличии от этанола, процесс получения которого легко осваивается путём просмотра бессмертого советского фильма "Самогонщики" (режиссер Леонид Гайдай), бутанол приходится производить или из продуктов перегонки нефти (что нам совершенно ничего не решает), либо путём использования хитрой бактерии Clostridia acetobutylicum.

Обаяшечка.

Бактерия эта с удовольствием ест крахмал, но проблема в том, что крахмал едят и люди. Кроме того, люди собираются есть крахмал и дальше. А вот искомую бактерию сейчас вовсю пытаются научить есть целлюлозу, то есть банальные опилки и солому. При этом в её геноме собираются вставить и заставить там работать некоторые изделия из химического арсенала грибов - именно эти твари сейчас, в основном, расщепляют в природе главные объёмы целлюлозы. Поэтому тут, как мы понимаем, не обошлось без ГМО. При этом, что характерно, "зелёные" не возражают, а даже способствуют. Что символизирует.

Но, основной проблемой биологического или химического синтеза жидких топлив на настоящий момент времени является отнюдь не процесс. Так или иначе, процессы химического и биологического синтеза вонючих/горючих на бумаге решены давным-давно.

Основной проблемой было, есть и будет сырьё для такого биологического или химического синтеза. И эффективность превращения данного сырья в жидкое топливо - то есть - КПД данного процесса.

Принципиальных типов сырья для получения жидких топлив, как ни странно, всего два. Это твёрдое топливо - или газ.

В первом случае при описании таких процессов можно встретить словосочетания Coal to liquids (CTL) или Biomass to liquids (BTL), а во втором случае - аббревиатуру GTL (Gas to liquids).

4. CTL - Coal to liquids - Уголь в жидкость.Ещё в начале ХХ века многие страны, ещё надавно считавшие, что их будущему ничего не угрожает и "чёрного золота" (угля) им хватит ещё на века, вдруг столкнулись с тем, что "чёрным золотом" внезапно стала вонючая жижа Баку, Аравии, США и Венесуэлы. Одним из таких мастодонтов уходящей эры угля и пара была Германия. Имея развитую угольную и химическую промышленность, страна, волею геологии, оказалась начиста лишена сколь-либо значительных запасов нефти.

Такая ситуация и природная техническая смекалка немцев привела к тому, что в начале ХХ века, в Германии возникло сразу несколько идей о том, как можно использовать значительные залежи твёрдого топлива - в первую очередь каменного и бурого угля - для получения жидкого топлива.

Вначале расскажем о чисто химическом способе получения жидкого топлива из угля.Разрабоке классического процесса CTL мы обязаны немецким химикам - Фишеру и Тропшу. Альтернативный процесс - прямая гидрогенизация угля при высоких давлениях - был предложен раньше ещё одним немецким химиком - Бергиусом, но он столь широкого распространения не получил, так как был более сложен в технической реализации. Кроме того, процесс Бергиуса нуждался в качестве сырья в чистом водороде, а вещь эта в природе не сказать, что сильно распространённая. Поэтому сейчас основной процесс, подразумеваемый под аббревиатурой CTL - это именно процесс Фишера-Тропша.

Фридрих Бергиус, Франц Фишер, Ганс Тропш.

Читателям, знакомым с химией, понятно, что углеводород можно получить из угля (углерода), добавив в него водород. Принципиально это было осуществлено ещё в 1869 г. французским химиком Марселином Бертло. Проблема в том, что углерод при нормальных давлениях и температурах очень неохотно реагирует не то что с водородом, но даже и с кислородом воздуха. Бертло смог заставить углерод сделать это при нормальном давлении, но катализаторы его процесса оказались очень дорогими. Бергиус заставил углерод гидрогенизироваться при высоких давлениях, но эти давления были запредельными - 200-300 атмосфер, температура составила 400—600° С, а выход процесса был очень малым.Поэтому, основной задачей Фишера и Тропша явился поиск комбинации давления, температуры и катализатора, которые бы вместе заставили бы углерод угля прореагировать с водородом. При этом давление и температуру желательно было бы иметь пониже, а катализатор - подешевле.

В 1922—1926 гг. в результате исследований Фишера и Тропша был осуществлен в промышленном масштабе процесс получения синтетического жидкого топлива из смеси окиси углерода и водорода (так называемого синтез газа) под низким давлением. В результате этого процесса, как и при гидрогенизации твердого топлива, образуется сложная смесь жидких углеводородов, из которых, в конечном счете, используя возгонку, подобную обычной ректификации нефти, получают синтетический бензин.

Суть метода заключалась в следующем: уголь без доступа воздуха и при высокой температуре разлагается на угарный газ и водород. Далее в присутствии катализатора из этих двух газов синтезируется что бог пошлёт мазут, соляр, бензин, пропан и другие углеводороды. Товарные продукты конденсируются в охладителях, лёгкие фракции типа бутана, пропана и метана сжигаются в печи . Тепло, выделяемое при сжигании и идёт на создание температуры для разложения угля. В качестве катализаторов используется железо или кобальт. Условиями проведения процесса являются: давление от 1 атм (для кобальтовых катализаторов) до 30 атм (для катализаторов на основе железа), температура 190—240 °C (низкотемпературный вариант, для кобальтового и железного катализаторов) или 320—350 °C (высокотемпературный вариант, для железного катализатора).

Процесс Фишера-Тропша

Альтернативой химическому синтезу жидкого топлива из угля был процесс разделения на фракции камменноугольной смолы."Уголь", как и "нефть" - это собирательное название полезного ископаемого. Единой формулы угля и нефти не существует, на самом деле - это сложная смесь органических веществ. Почти что 100% углеродом являются только высококачественные низкозольные угли (помните: "отборный свежий кардиффский уголь"?). Именно эти угли - антрациты - использовались для сжигания в топках паровозов и линкоров.Но, большинство углей содержат неразложившиеся остатки биомассы - остаточные количества кислорода и водорода. Вот таблица твёрдых углеродных топлив:

В зависимости от массовой доли углерода в угле угли делятся на лигниты (бурые угли), суббитуминозные угли, битуминозные (коксующиеся) угли, антрациты и графиты. Графит - это 100% углерод, антрацит содержит 95% углерода, коксующийся уголь - уже 85-75%, а бурый - и того меньше -всего 60-70%.Разное содержание углерода и, соответсвенно, разное содержание так называемых "летучих веществ" (куда входят всякие сложные молекулы, содержащие остаточные количества водорода и кислорода) создают и уникальный характер горения разных типов угля. Если антрацит или графит при нагревании просто начнёт понемногу окисляться кислородом воздуха и даст наибольшую температуру горения (обеспечив резвый ход крейсеру "Аскольд"), то коксующийся уголь или лигнит при нагревании сначала выделит малоаппетитную жидкую массу - каменноугольную смолу и начнёт "парить" вокруг себя вонючим коксовым газом.Твёрдый остаток коксующегося угля при этом будет почти что 100% углеродом (за это его очень любят металлурги), в коксовый газ в виде сероводорода и оксида серы соберётся вся сера (поэтому коксохимы так неприятно воняют), а вот в каменноугольную смолу стекут почти все углеводороды, которые до этого были "заперты" в угле.Поэтому для производства жидкого топлива использовали либо отходы коксового производства, либо целенаправленно проводили пиролиз угля для получения каменноугольной смолы. Данный процесс именовался немцами карбонизацией и был двух видов: высокотемпературный (при температуре свыше 600 °C) и низкотемпературный, при котором целенаправленно добывалась каменноугольная смола, которая затем опять-таки перерабатывалась в жидкое топливо путем возгонки.

Дальше будет немного истории - как гидрогенизация (процесс Бергиуса), синтез (метод Фишера-Тропша) и карбонизация (процесс возгонки каменноугольной смолы) прошли "проверку боем" в самой Германии.

К 1 сентября 1939 года Германии имелось 7 заводов работающих по методу гидрогенизации, 7 заводов работающих по методу Фишера-Тропша и еще несколько заводов работающих по методу получения бензина из каменноугольной смолы, остающейся после коксования угля. Месячная выработка синтетического топлива на всех этих заводах достигала 120 000 тонн. В 1941 году заводы по производству синтетического топлива произвели 4,1 миллиона тонн топлива и нефтепродуктов в год при общей выработке нефтепродуктов в 12 миллионов тонн. В последующие годы выработка синтетического топлива продолжала увеличиваться.

Наглядно количественные показатели представлены в следующей табличке.

Видно, что из года в год производство синтетического топлива (Synthetic production) неуклонно возрастало от 1,6 миллиона тонн в 1938 году до 5,7 миллионов тонн в 1944 году.

Положение заводов по производству синтетического горючего представлен на на следующей картинке.

Само собой строительство заводов сопряжено с огромными расходами.Подсчитано, что для строительства 12 заводов синтетического топлива было израсходовано 4,6 миллиарда рейхсмарок (сумма по тем временам астрономическая), израсходовано 2,4 миллиона тонн стали и 7,6 миллионов человеко часов. Действительные же немецкие затраты были больше, поскольку к концу войны немцами было построено всего 18 заводов по гидрогенизации и 9 заводов, работавших по методу Фишера-Тропша. Для производства синтетического топлива немцами было израсходовано 10 миллионов тонн каменного угля (что составило 4 процента от общей добычи каменного угля) и 50 миллионов бурого угля (20 процентов от общей добычи). В среднем на производство 1 тонны топлива расходовалось 4 тонны каменного угля или от 8 до 10 тонн бурого угля.Несмотря на миллионные количественные показатели, на заводах по производству синтетического топлива работало относительно небольшое количество рабочих. Так в июле 1943 года их число составило всего 95 000 человек.

Значение же синтетического топлива наглядно демонстрирует следующая табличка.

Данные за первый квартал 1944 года — это фактически пик немецкого производства, поскольку в данный период (в первый квартал 1944 года) объекты нефтепереработки и заводы по производству синтетического горючего почти не подвергались бомбардировкам.

Источник:http://nnm.ru/blogs/teufel65/sostoyanie_s_toplivom_v_nacistkoy_germanii_v_period_1933_-_1945/page4/

После Второй Мировой войны немецкий опыт технологии CTL был использован всего дважды - во время господства режима апартеида в ЮАР в 1970-е годы был построен завод Sasol, который использовал процесс Фишера-Тропша, а впоследствии компания "Шелл" построила в Пойнт Лисас, Тринидад ещё один завод по такой же технологии.

Каменноугольная же смола в настоящее время утилизируется почти на всех коксохимических предприятиях по всему миру - в её составе достаточно высокий процент ароматических углеводородов, которые очень ценятся при создании смесевых высокооктановых бензинов. Однако, в отличии от нацистской Германии, пока каменноугольную смолу получают исключительно, как побочный продукт коксовой промышленности, а не как основной продукт для возгонки её на углеводородные фракции.

О перспективах мира - и США в частности - заново оседлать технологию CTL для целей производства жидкого топлива - в следующей части рассказа.

icelavin.livejournal.com

Чёрное золото (USA7) - Делай, что должен

Чёрное золото - наверное, вы снова подумали о нефти?Лоуренс Аравийский, Аравийская пустыня, Абдель Азиз ибн Сауд?

Нет.Ещё 100 лет назад при этих словах люди бы подумали о совершенно ином - тогда чёрным золотом называли качественный, низкозольный уголь:"6 сентября 1900 года  крейсер «Аскольд» вышел на официальные испытания на Данцигскую мерную милю. Завод предоставил для испытаний отборный свежий кардиффский уголь и самых опытных кочегаров.".

Почему - именно кардиффский? Как вообще определяются типы и марки угля и как уголь может помочь производсту нефти и её заменителей? Что вообще напихано в эту сборную солянку с загадочным названием - other liquids?

3. Это сладкое слово - Other liquids.Вообще-то говоря, существует большое количество различных жидких веществ, которые с удовольствием горят в кислородном окружении. Вода здесь скорее исключение, нежели правило.

В целом, для всех топлив выполняется одно простое правило: чем больше в топливе удельное содержание кислорода, тем меньшую теплоту сгорания (в расчёте на 1 кг) имеет данное топливо. Как нетрудно заметить, для воды это соотношение наибольшее - поэтому, собственно говоря, вода чисто математически ограничивает топливную линейку. Вода - это уже не топливо, чтобы Вам не рассказывали различные Петрики от науки. ;)Аналогично, чем больше содержание водорода по отношению к углероду - тем больше удельная теплота сгорания топлва (опять таки - в расчёте на 1 килограмм!)

Вот таблица удельной теплоты сгорания наиболее широко используемых топлив. Плотности приведены в жидком состоянии, при промышленно используемых температурах и давлениях. Именно вокруг этих "вонючих/жидких" и крутятся все технологии разработки альтернативных нефти путей получения топлива:

НазваниеМДж/кгПлотность, кг/м3МДж/л
Дизельное топливо42,686036,6
Керосин44,078034,3
Бензин45,575034,1
Пропан47,549023,3
Метан50,139019,5
Водород120,9708,5
Бутанол3681029,1
Этанол21,279016,7
Метанол19,979015,7
Уголь (углерод, тонна условного топлива)29,32 250
Как уже можно увидеть по этой таблице, англосаксонский жульнический подход к учёту топлива в литрах - это путь в никуда. Плюсуя яблоки с апельсинами, а груши - с земляникой, правильный баланс потребления и производства топлив не вывести никогда. Этанол, учитываемый в литрах, совершенно нереально сравнивать с бензином - в расчёте на 1 литр их теплотворная способность отличается в 2 раза!То есть, литр, потерянный на сырой нефти, но тут же замененный в интегральном учёте 1 литром биоэтанола из кукурузы - это в реальности - уменьшение количества располагаемой энергии в топливе (в МДж) - в 2 раза.Поэтому, СССР всё топливо считал в "тутах" (т.у.т.) - в тоннах условного топлива. 1 т.у.т. равен по теплотворной способности 1 тонне высококачественного угля, или 29,308 МДж или, если лень запоминать некруглые цифры - 7000 (семи тысячам) килокаллорий на килограмм "тута".США в "тутах" считать не любит, поэтому их логика в учёте различных видов жидкого топлива иногда приводит к страницам пространных объяснений и сносок мелким шрифтом. Читать эти сноски всегда интересно и познавательно.

Второй момент тоже виден невооружённым глазом.Несмотря на впечатляющие удельные показатели топлив с высоким удельным весом водорода, эти топлива очень проигрывают топливам с более высоким содержанием углерода в теплотворной способности одного литра такого топлива. Несмотря на то, что в килограмме пропана содержится 117% от энергии дизельного топлива, в расчёте на литр его энергитическая ценность составляет всего 63% от энергетической ценности дизельного топлива. То есть топлива с высоким удельным весом водорода гораздо менее плотные, чем топлива с высоким удельным весом углерода.

Исходя из этого видно, что переход на пропан, метан и, особенно, водород, даже в случае успешного решения проблем с давлениями и поддержанием низких температур (в случае метана и водорода), всё равно приведёт к тому, что конструктивные требования к геометрическим размерам топливных систем вырастут от 2 до 10 раз. Что, безусловно, отразится на весовых характеристиках транспортного средства, эти топлива использующего.

Переход на одноатомные спирты, с точки зрения их плотности и отсутствия проблем с давлениями и низкими температурами, выглядит в этом случае более привлекательно (в чём мы могли убедиться в материале "Игры не для нас"). Однако тут, как было указано выше, присутствует другая проблема - спирты, по сравнению с углеводородами, представляют собой уже частично окисленные соединения, то есть, содержат в своём составе кислород. Поэтому, с точки зрения удельной эффективности (в расчёте и на килограмм, и на литр) гораздо выгоднее производить более длинные спиртовые цепочки (бутанол), нежели более короткие (метанол).

Собственно говоря, сейчас именно вокруг бутанола (одноатомный спирт с четырьмя атомами углерода) вращаются основные усилия производителей биотоплива. В отличии от метанола, который легко можно получить чисто химическим синтезом, и в отличии от этанола, процесс получения которого легко осваивается путём просмотра бессмертого советского фильма "Самогонщики" (режиссер Леонид Гайдай), бутанол приходится производить или из продуктов перегонки нефти (что нам совершенно ничего не решает), либо путём использования хитрой бактерии Clostridia acetobutylicum.

Обаяшечка.

Бактерия эта с удовольствием ест крахмал, но проблема в том, что крахмал едят и люди. Кроме того, люди собираются есть крахмал и дальше. А вот искомую бактерию сейчас вовсю пытаются научить есть целлюлозу, то есть банальные опилки и солому. При этом в её геноме собираются вставить и заставить там работать некоторые изделия из химического арсенала грибов - именно эти твари сейчас, в основном, расщепляют в природе главные объёмы целлюлозы. Поэтому тут, как мы понимаем, не обошлось без ГМО. При этом, что характерно, "зелёные" не возражают, а даже способствуют. Что символизирует.

Но, основной проблемой биологического или химического синтеза жидких топлив на настоящий момент времени является отнюдь не процесс. Так или иначе, процессы химического и биологического синтеза вонючих/горючих на бумаге решены давным-давно.

Основной проблемой было, есть и будет сырьё для такого биологического или химического синтеза. И эффективность превращения данного сырья в жидкое топливо - то есть - КПД данного процесса.

Принципиальных типов сырья для получения жидких топлив, как ни странно, всего два. Это твёрдое топливо - или газ.

В первом случае при описании таких процессов можно встретить словосочетания Coal to liquids (CTL) или Biomass to liquids (BTL), а во втором случае - аббревиатуру GTL (Gas to liquids).

4. CTL - Coal to liquids - Уголь в жидкость.Ещё в начале ХХ века многие страны, ещё надавно считавшие, что их будущему ничего не угрожает и "чёрного золота" (угля) им хватит ещё на века, вдруг столкнулись с тем, что "чёрным золотом" внезапно стала вонючая жижа Баку, Аравии, США и Венесуэлы. Одним из таких мастодонтов уходящей эры угля и пара была Германия. Имея развитую угольную и химическую промышленность, страна, волею геологии, оказалась начиста лишена сколь-либо значительных запасов нефти.

Такая ситуация и природная техническая смекалка немцев привела к тому, что в начале ХХ века, в Германии возникло сразу несколько идей о том, как можно использовать значительные залежи твёрдого топлива - в первую очередь каменного и бурого угля - для получения жидкого топлива.

Вначале расскажем о чисто химическом способе получения жидкого топлива из угля.Разрабоке классического процесса CTL мы обязаны немецким химикам - Фишеру и Тропшу. Альтернативный процесс - прямая гидрогенизация угля при высоких давлениях - был предложен раньше ещё одним немецким химиком - Бергиусом, но он столь широкого распространения не получил, так как был более сложен в технической реализации. Кроме того, процесс Бергиуса нуждался в качестве сырья в чистом водороде, а вещь эта в природе не сказать, что сильно распространённая. Поэтому сейчас основной процесс, подразумеваемый под аббревиатурой CTL - это именно процесс Фишера-Тропша.

Фридрих Бергиус, Франц Фишер, Ганс Тропш.

Читателям, знакомым с химией, понятно, что углеводород можно получить из угля (углерода), добавив в него водород. Принципиально это было осуществлено ещё в 1869 г. французским химиком Марселином Бертло. Проблема в том, что углерод при нормальных давлениях и температурах очень неохотно реагирует не то что с водородом, но даже и с кислородом воздуха. Бертло смог заставить углерод сделать это при нормальном давлении, но катализаторы его процесса оказались очень дорогими. Бергиус заставил углерод гидрогенизироваться при высоких давлениях, но эти давления были запредельными - 200-300 атмосфер, температура составила 400—600° С, а выход процесса был очень малым.Поэтому, основной задачей Фишера и Тропша явился поиск комбинации давления, температуры и катализатора, которые бы вместе заставили бы углерод угля прореагировать с водородом. При этом давление и температуру желательно было бы иметь пониже, а катализатор - подешевле.

В 1922—1926 гг. в результате исследований Фишера и Тропша был осуществлен в промышленном масштабе процесс получения синтетического жидкого топлива из смеси окиси углерода и водорода (так называемого синтез газа) под низким давлением. В результате этого процесса, как и при гидрогенизации твердого топлива, образуется сложная смесь жидких углеводородов, из которых, в конечном счете, используя возгонку, подобную обычной ректификации нефти, получают синтетический бензин.

Суть метода заключалась в следующем: уголь без доступа воздуха и при высокой температуре разлагается на угарный газ и водород. Далее в присутствии катализатора из этих двух газов синтезируется что бог пошлёт мазут, соляр, бензин, пропан и другие углеводороды. Товарные продукты конденсируются в охладителях, лёгкие фракции типа бутана, пропана и метана сжигаются в печи . Тепло, выделяемое при сжигании и идёт на создание температуры для разложения угля. В качестве катализаторов используется железо или кобальт. Условиями проведения процесса являются: давление от 1 атм (для кобальтовых катализаторов) до 30 атм (для катализаторов на основе железа), температура 190—240 °C (низкотемпературный вариант, для кобальтового и железного катализаторов) или 320—350 °C (высокотемпературный вариант, для железного катализатора).

Процесс Фишера-Тропша

Альтернативой химическому синтезу жидкого топлива из угля был процесс разделения на фракции камменноугольной смолы."Уголь", как и "нефть" - это собирательное название полезного ископаемого. Единой формулы угля и нефти не существует, на самом деле - это сложная смесь органических веществ. Почти что 100% углеродом являются только высококачественные низкозольные угли (помните: "отборный свежий кардиффский уголь"?). Именно эти угли - антрациты - использовались для сжигания в топках паровозов и линкоров.Но, большинство углей содержат неразложившиеся остатки биомассы - остаточные количества кислорода и водорода. Вот таблица твёрдых углеродных топлив:

В зависимости от массовой доли углерода в угле угли делятся на лигниты (бурые угли), суббитуминозные угли, битуминозные (коксующиеся) угли, антрациты и графиты. Графит - это 100% углерод, антрацит содержит 95% углерода, коксующийся уголь - уже 85-75%, а бурый - и того меньше -всего 60-70%.Разное содержание углерода и, соответсвенно, разное содержание так называемых "летучих веществ" (куда входят всякие сложные молекулы, содержащие остаточные количества водорода и кислорода) создают и уникальный характер горения разных типов угля. Если антрацит или графит при нагревании просто начнёт понемногу окисляться кислородом воздуха и даст наибольшую температуру горения (обеспечив резвый ход крейсеру "Аскольд"), то коксующийся уголь или лигнит при нагревании сначала выделит малоаппетитную жидкую массу - каменноугольную смолу и начнёт "парить" вокруг себя вонючим коксовым газом.Твёрдый остаток коксующегося угля при этом будет почти что 100% углеродом (за это его очень любят металлурги), в коксовый газ в виде сероводорода и оксида серы соберётся вся сера (поэтому коксохимы так неприятно воняют), а вот в каменноугольную смолу стекут почти все углеводороды, которые до этого были "заперты" в угле.Поэтому для производства жидкого топлива использовали либо отходы коксового производства, либо целенаправленно проводили пиролиз угля для получения каменноугольной смолы. Данный процесс именовался немцами карбонизацией и был двух видов: высокотемпературный (при температуре свыше 600 °C) и низкотемпературный, при котором целенаправленно добывалась каменноугольная смола, которая затем опять-таки перерабатывалась в жидкое топливо путем возгонки.

Дальше будет немного истории - как гидрогенизация (процесс Бергиуса), синтез (метод Фишера-Тропша) и карбонизация (процесс возгонки каменноугольной смолы) прошли "проверку боем" в самой Германии.

К 1 сентября 1939 года Германии имелось 7 заводов работающих по методу гидрогенизации, 7 заводов работающих по методу Фишера-Тропша и еще несколько заводов работающих по методу получения бензина из каменноугольной смолы, остающейся после коксования угля. Месячная выработка синтетического топлива на всех этих заводах достигала 120 000 тонн. В 1941 году заводы по производству синтетического топлива произвели 4,1 миллиона тонн топлива и нефтепродуктов в год при общей выработке нефтепродуктов в 12 миллионов тонн. В последующие годы выработка синтетического топлива продолжала увеличиваться.

Наглядно количественные показатели представлены в следующей табличке.

Видно, что из года в год производство синтетического топлива (Synthetic production) неуклонно возрастало от 1,6 миллиона тонн в 1938 году до 5,7 миллионов тонн в 1944 году.

Положение заводов по производству синтетического горючего представлен на на следующей картинке.

Само собой строительство заводов сопряжено с огромными расходами.Подсчитано, что для строительства 12 заводов синтетического топлива было израсходовано 4,6 миллиарда рейхсмарок (сумма по тем временам астрономическая), израсходовано 2,4 миллиона тонн стали и 7,6 миллионов человеко часов. Действительные же немецкие затраты были больше, поскольку к концу войны немцами было построено всего 18 заводов по гидрогенизации и 9 заводов, работавших по методу Фишера-Тропша. Для производства синтетического топлива немцами было израсходовано 10 миллионов тонн каменного угля (что составило 4 процента от общей добычи каменного угля) и 50 миллионов бурого угля (20 процентов от общей добычи). В среднем на производство 1 тонны топлива расходовалось 4 тонны каменного угля или от 8 до 10 тонн бурого угля.Несмотря на миллионные количественные показатели, на заводах по производству синтетического топлива работало относительно небольшое количество рабочих. Так в июле 1943 года их число составило всего 95 000 человек.

Значение же синтетического топлива наглядно демонстрирует следующая табличка.

Данные за первый квартал 1944 года — это фактически пик немецкого производства, поскольку в данный период (в первый квартал 1944 года) объекты нефтепереработки и заводы по производству синтетического горючего почти не подвергались бомбардировкам.

Источник:http://nnm.ru/blogs/teufel65/sostoyanie_s_toplivom_v_nacistkoy_germanii_v_period_1933_-_1945/page4/

После Второй Мировой войны немецкий опыт технологии CTL был использован всего дважды - во время господства режима апартеида в ЮАР в 1970-е годы был построен завод Sasol, который использовал процесс Фишера-Тропша, а впоследствии компания "Шелл" построила в Пойнт Лисас, Тринидад ещё один завод по такой же технологии.

Каменноугольная же смола в настоящее время утилизируется почти на всех коксохимических предприятиях по всему миру - в её составе достаточно высокий процент ароматических углеводородов, которые очень ценятся при создании смесевых высокооктановых бензинов. Однако, в отличии от нацистской Германии, пока каменноугольную смолу получают исключительно, как побочный продукт коксовой промышленности, а не как основной продукт для возгонки её на углеводородные фракции.

О перспективах мира - и США в частности - заново оседлать технологию CTL для целей производства жидкого топлива - в следующей части рассказа.

crustgroup.livejournal.com

Черное золото - 25 Июля 2013

     В отличие от угля, нефть образовалась из животных останков, как сравнительно высших видов: рыб, рептилий, птиц, так и одноклеточных и планктона. Основные залежи нефти под морским дном сформировались из отложений планктона, впервые эту теорию выдвинул еще Д.И. Менделеев в 80-е годы 19-го века, когда только пробуждался промышленный интерес к нефти.

Нефть описана еще в манускриптах времен царей Давида и Соломона, смелые теории о механизме ее возникновения и областях применения выдвигали средневековые алхимики. Тогда нефть называли "земляным маслом” или "кровью земли”, и использовали для составления зажигательных смесей и некоторых лекарств. Наибольшую известность для людей античности и средневековья имела Персидская нефть и нефть Каспийского бассейна. До начала промышленной добычи в середине 19-го века, эти регионы были очень богаты нефтью, в том числе, в очень неглубоких земляных пластах. Достаточно было пробурить отверстие диаметром в несколько дюймов при помощи ручного бура, представлявшего собой что-то вроде штопора с колесом, напоминающем штурвал парусного судна. Несколько человек ходили по кругу, вращая бур и загоняя его в землю, периодически бур вынимали и счищали с него землю. При необходимости, наставляли бур. Уже на глубине в 10-15 метров начинала выделяться нефть. Можно было просто копать колодец.

Нефть, добытая таким методом и на такой глубине бедна легкими фракциями, поэтому представляет собой почти черную, густую массу, скорее напоминающую мазут. Основное применение, нефть добытая по такой технологии, находила в качестве топлива. Для этого отгоняли более легкие фракции (температура кипения до 180оС), их называли керосин (или петролеум), а тяжелые фракции, называемые мазут, использовали в качестве топлива для котельных в системах отопления.

На сегодняшний день, нефтяных залежей на подобных глубинах уже не осталось, для добычи приходится бурить скважины по специальной технологии на глубину от 200-300 метров до нескольких километров. Для этого используют составные буры трубчатой конструкции из высокопрочных сталей, поверхность буров полируют для снижения трения о породу, через полость внутри бура подают в скважину жидкий раствор глины, для охлаждения бура, выноса грунта и смазки скважины. При уходе бура на значительную глубину, вставляют трубы для укрепления стенок скважины и снижения трения бура о породу. На бурение скважины глубиной в 700-800 метров уходит до недели и более, в зависимости от характера грунта.

Нефть различных месторождений отличается по составу, содержанию газообразных продуктов, и даже цвету. Если нефть богата парафиновыми и вазелиновыми фракциями, то ее цвет близок к белому или бежевому. Если богата асфальтобитумными фракциями, тогда цвет черный, а консистенция густая. Если в нефти растворено много низших углеводородов, тогда нефть находится в земле под давлением и представляет серьезную пожарную опасность для буровиков. Так как может вспыхнуть от любой искры или статического электричества. Еще совсем недавно, несколько десятилетий назад, во многих странах было принято избавляться от попутных нефтяных газов путем их сжигания на выходе из земли. Многие видели но телевизору эти величественные факелы пламени на месторождениях нефти. После выгорания газа, пламя сбивали взрывом и устанавливали на скважину трубы для откачивания нефти. Сегодня такая технология канула в лету, каждый грамм природного газа на вес золота.

От чего же зависит состав нефти и ее свойства, для ответа на этот вопрос следует рассмотреть процессы, приводящие к ее образованию. Как и с углем, нефть появилась из биологических останков, при их деструкции, дегидратации, декарбоксилировании и других процессах деструкции при высокой температуре и давлении. В отличие от торфов, животный материал, залегающий на небольшой глубине (до 300 метров) не может превратиться в нефть или что-то подобное, он просто сгниет, пополнив собой, природный газ и, может быть, торф. Так как, животные останки включают в себя в основном, белки и жиры, углеводов мало и они в основном низшие, то при деструкции получаются длинные углеводородные цепочки и низшие алканы (в основном метан и этан). Если процесс высокотемпературной деструкции при высоком давлении проходил в сухом грунте, богатом глиноземом (Al2O3 – катализатор реакции дегидратации), тогда, произойдет отрыв всех возможных молекул воды и аммиака (от аминокислот) и нефть будет насыщенна непредельными углеводородами (алкены, диены, алкины, ароматика). Если нефть древняя, формирование проходило на большой глубине, а биологические останки попали туда быстро (микроорганизмы не успели поучаствовать в утилизации низших углеводов), тогда нефть богата растворенным в ней газом.

Если образование нефти проходило при высоком давлении и умеренной температуре (континентальные залежи в гористых районах, на границе тектонических разломов), тогда нефть богата высшими углеводородами и обладает высокой вязкостью и темным оттенком. Также, состав нефти зависит от соотношения белков, жиров и углеводов, а также, их молекулярной массой, что зависит от видов животных, из которых преимущественно образовалось месторождение. Но, такие подробности выходят за пределы нашего обзора. Можно, правда, упомянуть, что содержание аммиака и солей аммония в нефти тем ниже, чем выше влажность породы в месте ее залегания и меньше глубина залегания.

Состав нефти сводится к предельным, непредельным, ароматическим углеводородам, минеральным солям, воде и аммиаку, это так называемая, сырая (или неочищенная) нефть. После добычи нефти ее очищают, для начала отделяют воду. Для этого добавляют некоторое количество серной кислоты и/или соли для связывания аммиака в сульфат аммония (в последствии используется в качестве удобрения) и повышения ионной силы водной фазы для снижения смачиваемости водной фазы нефтью. Отделение производят в отстойниках, или чаще в центрифуге, напоминающей сепаратор для разгонки молока. После отделения воды и минеральных примесей проводят тест на нелетучую фракцию, если ее содержится значительное количество, тогда производят промывку водой с повторным центрифугированием. Так до полной очистки нефти от солей и оснований. Запатентованы технологии очистки нефти от солей и других минеральных примесей на гранулированных ионообменных смолах.

После очистки нефти, ее разгоняют на фракции в ректификационной колонне, впервые этот процесс был запущен в промышленное производство практически с изобретением автомобиля, в 1880-е годы. Нефть делится на следующие фракции:

1. Легкий бензин, так называемый петролейный эфир, его температура кипения составляет 40-75оС, основные компоненты: пропаны и гексаны, как нормальные, так и изомерные. Плотность этой фракции составляет 0,64-0,66 гр./см3, применяется главным образом, в качестве растворителя и для дальнейшей химической переработки.

2. Средний бензин, температура кипения этой фракции 70-120оС, плотность 0,68-0,75 гр./см3. Эта фракция является наиболее востребованной, так как используется для производства топлива для карбюраторных двигателей внутреннего сгорания различного назначения. Содержание этой фракции 20-35% от массы нефти, но, при помощи каталитических процессов крекинга и риформинга, удается повысить эту цифру до двух раз. При этом происходит дробление более тяжелых фракций нефти.

3. Тяжелый бензин (лигроин), кипит при 120-140оС, плотность 0,73-0,77 гр./см3, используется для производства дизельного топлива для дизелей различного назначения.

4. Керосиновая фракция, имеет температуру кипения 140-290оС, содержит углеводороды с 10-16 атомами углерода в углеводородной цепочке. Плотность 0,77-0,91 гр./см3, используется в качестве осветительного керосина, для производства некоторых сортов дизельного топлива и жидкого ракетного топлива, а также, для химической переработки.

5. Мазут, мазут отгоняют при температурах выше 300оС с водяным паром или при пониженном давлении, во избежание его термического разложения. Мазут имеет плотность выше плотности керосина. Мазут используют в качестве топлива для котельных ТЭЦ и ТЭС, а также, для перегонки под низким давлением до вазелиновой, парафиновой, масляной и других фракций, широко используемых в различных отраслях химической промышленности.

6. После всех этих фракций остается гудрон, своего рода, кубовый остаток нефти, его обычно используют в строительстве или для укладки дорожного полотна. Плотность и температура кипения гудрона (асфальтобитумной фракции), как правило, не регламентируется.

Как видим, прав был Д.И.Менделеев, сказавший в свое время: "сжигать нефть, то же самое, что топить ассигнациями…”. В связи с острой конкуренцией между различными методами получения энергии, в наш век экологии и экономики, нефть все больше теряет свое энергетическое значение, при этом усиливается сырьевое значение нефти, как источника многих вещей и материалов, окружающих нас в повседневной жизни.

В последнее время появилось немало интересных технологий разведки и добычи нефти и других полезных ископаемых. Например, состоящие на вооружении у геологов уже почти полвека методики ультразвукового просвечивания пластов земли, их кондуктометрических исследований и подобные методы остаются весьма актуальными и на сегодняшний день. Сравнительно недавно открытая зависимость содержания микроорганизмов в грунтовых водах почвы от близости нефтяных месторождений очень помогла разведчикам земных недр. При добыче нефти все шире применяются продувка нефтяных скважин при помощи пороховых аккумуляторов давления и небольших кумулятивных перфораторов, что повышает продуктивность скважин и облегчает добычу.

В тоже время, разведанных запасов нефти на планете осталось лет на 200, при сегодняшних темпах добычи. Потом, темные и смутные перспективы энергетического и экономического кризиса. Правда, большие залежи нефти имеются под полярными льдами Арктики. При грамотном использовании, их хватит еще на пару веков. Но, добыча этих запасов сопряжена с длинным рядом трудностей, среди которых не последнюю роль играют политические противоречия. Если когда-то и разразится третья мировая война, то только из-за полярных запасов нефти.

Сегодня, основными запасами нефти обладают: ОАЭ, Иран, Россия, Венесуэла, США, Ирак, Сирия, Ливия и др. страны. Как Вы могли заметить, вокруг этих стран постоянно вертятся разные интриги и проблемы. Не зря, нефть называют черным золотом.

www.chemfive.info

Глава 3 Очень чёрное золото

Круг жадности: Очень чёрное золото

Что, с точки зрения экономики, обладает высшей экономической ценностью? Золото? А вот и нет. Легендарный форт Нокс давно пуст, а то золото что некогда хранилось в нём, сейчас осело на контактах процессора Intel, заключённого в тот компьютер, с дисплея которого вы читаете эти строки. Золото не лучший товар чем прочие, а вдобавок, за исключением электронной промышленности, совершенно бесполезно.

Истинной ценностью вот уже почти 2 века является чёрное золото - уголь и нефть.

Извесно ли вам, что при разделе Польши в начале II мировой войны главным вопросом переговоров между Германией и СССР была вовсе не земля. С землёй как раз было всё ясно - СССР занимал обратно свою же собственную территорию, аннексированную поляками за 20 лет до того в нарушение международных соглашений. Но Гитлера очень волновало кому достанется богатейший угольный бассейн на этой территории. Сталин сумел сохранить её для Советского Союза, пообещав продавать в Германию весь добываемый там уголь. Этим шагом он ничего не выиграл экономически, но спас от новой окупации украинцев и белорусов, до того терпевших жестокие претеснения от поляков.

Заметьте, что цена угля не волновала договаривающиеся стороны - ведь (и вы должны уже понимать это) деньги не стоят ничего, если их не хватает можно напечатать новые купюры. А вот без угля встанут не только паровозы и пароходы, но и домны, а значит прекратится выплавка чугуна и стали, умрёт вся экономика страны, без всякой войны наступит разруха, а вслед за ними голод и эпидемии.

Несмотря на устраивавшие обе стороны итоги, летом 1941 Германия напала на Советский Союз. Это нападение было тщательно подготовлено в обстановке строжайшей секретности, но для русского лидера оно неожиданным не являлось. Почему? Он знал, что немецкая промышленность нуждается в кавказкой нефти.

Кстати, эта нефть, хотя и находилась на территории СССР, но почти никогда не принадлежала русским - чтобы сохранить единство страны и откупиться от угрозы интервенции со стороны стран Антанты, правительство большевиков подписало соглашение, по которому 75% (ими 3/4) добываемой бакинской нефти принадлежало прежним английским хозяевам промыслов. Это соглашение никак нельзя назвать справедливым, ведь в своё время англичане вступили во владение этими промыслами, благодаря махинациям и весьма загадочным смертям русских промышленников. Тем не менее лидеры молодой Советской Республики, а позже и лидеры СССР предпочитали отдать нефть, ради сохранения мира в стране.

Как жестоко они ошибались, ведь именно нефть и есть ныне главное сокровище. Она оправдывает любое преступление. За неё можно купить всё. Без неё невозможно ничего. Но оказывается

Этих сокровищ хватит от силы всего лишь ещё на полвека

То есть не то что ваши дети, а непосредственно вы сами рискуете увидеть конец нашей великой и блистательной цивилизации, а вместе с тем и конец всего человечества. Почему так? Разве нельзя пробурить скважину поглубже и качать нефть оттуда?

Увы, глубже нефти нет. Дело в том, что всё черное золото - это продукт преобразования органической материи в недрах земли. Например уголь. Это бывшие стволы деревьев, упавшие в болото и перегнившие под толщей ила сначала в торф, а затем утонувщие в нём ещё глубже и за миллионы лет сжатые громадным давлением вышележащих пластов в каменный уголь. Поэтому-то уголь и залегает пластами и редко когда эти пласты бывали толстыми. Собственно к нынешнему дню уже не осталось пластов толще метра - в таких не может работать ни техника ни человек, добыча угля уже десятки лет назад стала невыгодной и сейчас его "выдают на гора" только в тех странах, где вообще нет других источников энергии, как например на Украине. При этом добыча угля очень опасна - каждый поднятый на гора миллион тонн угля стоит 1 человеческую жизнь погибшего горняка.

Нефть гораздо более привлекательный ресурс. Человеку не нужно лезть под землю, чтобы добыть её - вместо этого бурят пару скважин и через одну из них вливают в нефтяной пласт воду, а через другую под давлением воды сама вытекает нефть. Но оказывается, что если торф и уголь образовывались на Земле почти постоянно с тех пор как существуют болота, то с нефтью картина совершенно иная - в истории нашей планеты было всего 4 эпохи образования нефти. Поэтому если для горняков ещё есть надежда копнуть поглубже и случайно наткнуться там на богатый пласт (надежда, впрочем, весьма призрачная - сейчас уголь добывают уже с километровых глубин и это невероятно дорогое предприятие), то у нефтянников нет даже и такой призрачной надежды.

Дело в том, что нефть образовывалась только из отложений сине-зелёных водорослей - никакая другая органическая масса не превращается в нефть. Причём для образования нефти необходимо чтобы этих примитивных водорослей было невероятно много. А сами водоросли хорошо размножаюся только на продуктах гниения другой органической массы (которую в обычных условиях успевают пожрать более высокоразвитые существа и растения). И, кстати, необходимым условием является несколько повышенная радиация. То есть получается, что четырежды в истории нашей планеты происходили гиганские катаклизмы. Возможно проливался невероятный метеоритный дождь или врезалась гиганская комета (разумеется некоторые фантасты уверяют, что это последствия атомных войн более ранних цивилизаций), всё живое гибло, а затем начинался бурный рост сине-зелёных водорослей, который прекращался по мере снижения радиоактивного фона.

В общем, если надеятся на новую нефть, то возможно эта надежда и осуществиться... когда произойдёт очередной планетарный катаклизм. Вряд ли такой сценарий нас устраивает.

Экономика должна быть экономной

Что ж, видать придётся потуже затягивать пояса и отказывать себе в самом насущном - а ох как не хочется. Не хочется? Да ведь и не надо. Не надо отказывать в необходимом, а нужно всего лишь понять где та ненужная роскошь, та напрасная растрата, которая заставляет нас губить сам наш мир. Эту бездонную прорву очень легко увидеть. Начнём с того, что посмотрим на Личный автомобиль

elftree.narod.ru

Нефть - чёрное золото планеты (Реферат)

Нефть – “Чёрное золото”.

Такое выражение известно всем, его смысл – тоже. Нефть поистине неиссякаемый источник для человека. Сейчас наша жизнь настолько от неё зависит, что было бы страшно представить её отсутствие. Американский учёный Ральф Лэпп пишет: “Я считаю варварством сжигание уникального наследия Земли – углеводородов – в форме нефти и природного газа. Сжигание этих молекулярных структур только для получения тепла следует считать преступлением”. Широко известна фраза Д.И.Менделеева “Топить печь нефтью всё равно, что топить её ассигнациями”. Думаю, комментарии излишни.

Происхождение нефти.

Нефть известна очень давно. Археологи установили, что её добывали и использовали уже за 5-6 тысяч лет до нашей эры. Наиболее древние промыслы известны на берегах Ефрата, в Керчи, в китайской провинции Сычу-Ань. Происхождение самого слова “нефть” следует искать в языках народов Малой Азии, “нафата” – “просачиваться”. Упоминание о нефти также встречается во многих древних рукописных книгах. В частности, уже в Библии говорится о смоляных ключах в окрестностях Мёртвого моря.

Теории происхождения нефти. Их три: минеральная, органическая и космическая.

Органическая теория. Основы этой теории были положены М.В.Ломоносовым в середине XVIII века. В одном из своих трактатов он писал: Выгоняется подземным жаром из приготовляющихся каменных углей она бурая и черная масляная материя ... и сие есть рождение жидких разного сорта горючих и сухих затверделых материй, каковы суть каменное масло, жидовская смола, нефть, гагат, и сим подобное, которые хотя чистотой разнятся, однако из одного начала происходят". Позднее эта теория менялась и варьировалась, но суть теории такова – органический материал, преобразованный сначала в уголь, а потом в нефть. Правда, другие гипотезы того времени носили курьезный характер. Один варшавский каноник утверждал, что Земля в райский период была настолько плодородна, что на большую глубину содержала жировые примеси. После грехопадения этот жир частично испарился, а частично погрузился в землю, смешиваясь с разными веществами. Всемирный потоп содействовал превращению его в нефть. Известны и другие не менее "научные" гипотезы о происхождении нефти. Авторитетный немецкий геолог-нефтяник Г.Гефер рассказывает об одном американском нефтепромышленнике конца прошлого века, считавшем, что нефть возникла из мочи китов на дне полярных морей. По подземным каналам она проникла в Пенсильванию. Гениальная догадка М. В. Ломоносова об образовании нефти в результате воздействия повышенной температуры на биогенное органическое вещество осадочных пород начала получать подтверждение в конце XIX- начале XX веков при проведении экспериментальных химических и геологических исследований.

Минеральная теория. Первым высказал эту теорию в 1805 году А.Гумбольдт. Опыты учёных 1860-1870-ых годов по неорганическому синтезу углеводородов послужили отправной точкой для развития этой теории. Д. И. Менделеев, придерживавшийся до 1867 года представлений об органическом происхождении нефти, в 1877 году сформулировал известную гипотезу ее минерального происхождения, согласно которой нефть образуется на больших глубинах при высокой температуре вследствие взаимодействия воды с карбидами металлов. Например, . В первой половине XX века интерес к гипотезе минерального происхождения нефти в основном был потерян. Поиски нефти велись во всем мире, исходя из представлений о ее органическом происхождении. С 1950 года снова начал возрастать интерес к минеральной гипотезе, причиной чего была, по-видимому, недостаточная ясность в ряде вопросов органической концепции, что и вызвало ее критику. Наибольшую известность получили представления Н. А. Кудрявцева. Они заметно изменялись во времени, но сущность их заключаются в том, что нефть и газ образуются в глубинных зонах Земли из смеси и в результате реакций прямого синтеза углеводорода из CO и : , а также полимеризация радикалов =CH, , . Геологические доказательства минеральной гипотезы - наличие следов метана и некоторых нефтяных углеводородов в глубинных кристаллических породах, в газах и магмах, извергающихся из вулканов, проявления нефти и газа по некоторым глубинным разломам и т. п. - являются косвенными и всегда допускают двойную трактовку.

Космическая теория. В 1892 году М. А. Соколовым была выдвинута гипотеза космического происхождения нефти. Суть ее сводится к тому же минеральному синтезу углеводородов из простых веществ, но на первоначальной, космической стадии формирования Земли. Предполагалось, что образовавшиеся углеводороды находились в газовой оболочке, а по мере остывания поглощались породами формировавшейся земной коры. Высвобождаясь затем из остывавших магматических пород, углеводороды поднимались в верхнюю часть земной коры, где образовывали скопления. В основе этой гипотезы были данные о наличии углерода и водорода в хвостах комет и углеводородов в метеоритах.

В настоящее время преобладающая часть ученых - химиков, геохимиков и геологов - считает наиболее обоснованными представления об органическом генезисе нефти, хотя имеются ученные, которые до сих пор отдают предпочтение минеральной гипотезе ее образования.

Нефть как химическое вещество.

В химическом отношении нефть – сложная смесь углеводородов и углеродистых соединений, она состоит из следующих основных элементов: углерод (84-87 %), водород (12-14 %), кислород, азот и сера (1-2 %), содержание серы возрастает иногда до 3-5 %.

В нефти выделяют углеводородную, асфальто-смолистую части, порфирины, серу и зольную часть.

Главную часть нефти составляют три группы УВ: метановые, нафтеновые и ароматические.

Асфальто-смолистая часть нефти - это темноокрашенное вещество. Оно частично растворяется в бензине. Растворившаяся часть называется асфальтеном, нерастворившаяся - смолой. В составе смол содержится кислород до 93 % от общего его количества в нефти.

Порфирины - особые азотистые соединения органического происхождения. Считают, что они образованы из хлорофилла растений и гемоглобина животных. При температуре порфирины разрушаются.

Сера широко распространена в нефти и в углеводородном газе и содержится либо в свободном состоянии, либо в виде соединений (сероводород, меркаптаны). Количество ее колеблется от 0,1% до 5 %.

Зольная часть - остаток, получающийся при сжигании нефти. Это различные минеральные соединения, чаще всего железо, никель, ванадий, иногда соли натрия.

Нефть сильно варьирует по цвету (от светло-коричневой, почти бесцветной, до темно-бурой, почти черной) и по плотности (от легкой 0,65-0,70 , до тяжелой 0,98-1,05).

Начало кипения нефти обычно выше 280С. температура застывания колеблется от +300 до -600С и зависит, в основном, от содержания парафина (чем его больше, тем температура застывания выше). Вязкость изменяется в широких пределах и зависит от химического и фракционного состава нефти и смолистости (содержания в ней асфальто-смолистых веществ). Нефть растворима в органических растворителях, в воде при обычных условиях практически нерастворима, но может образовывать с ней стойкие эмульсии.

Нефть можно классифицировать по разным признакам.

1. По содержанию серы

2. По потенциальному содержанию фракций, выкипающих до 3500С

3. По потенциальному содержанию масел

4. По качеству масел

Сочетание обозначений класса, типа, группы, подгруппы и вида составляет шифр технологической классификации нефти.

В зависимости от месторождения нефть имеет различный качественный и количественный состав. Так, например, бакинская нефть богата циклопарафинами и сравнительно бедна предельными углеводородами. Значительно больше предельных углеводородов в грозненской и ферганской нефти. Пермская нефть содержит ароматические углеводороды.

Добыча нефти.

Сбор нефти с поверхности водоемов - это, очевидно, первый по времени появления способ добычи, который до нашей эры применялся в Мидии, Вавилонии и Сирии. Сбор нефти в России, с поверхности реки Ухты начат Ф.С. Прядуновым в 1745 г. В 1858 на полуострове Челекен нефть собирали в канавах, по которым вода стекала из озера. В канаве делали запруду из досок с проходом воды в нижней части: нефть накапливалась на поверхности.

Разработка песчаника или известняка, пропитанного нефтью, и извлечение из него нефти, впервые описаны итальянским ученым Ф. Ариосто в 15 веке. Недалеко от Модены в Италии такие нефтесодержащие грунты измельчались и подогревались в котлах. Затем нефть выжимали в мешках при помощи пресса. В 1833 -1845 г.г. нефть добывали из песка на берегу Азовского моря. Песок помещали в ямы с покатым дном и поливали водой. Вымытую из песка нефть собирали с поверхности воды пучками травы.

Добыча нефти из колодцев производилась в Киссии, древней области между Ассирией и Мидией в 5 веке до нашей эры при помощи коромысла, к которому привязывалось кожаное ведро. Подробное описание колодезной добычи нефти в Баку дал немецкий натуралист Э. Кемпфер. Глубина колодцев достигала 27 м, их стенки обкладывались камнем или укреплялись деревом.

Добыча нефти посредством скважин начала широко применяться с 60-х г. 19 века. Вначале наряду с открытыми фонтанами и сбором нефти в вырытые рядом со скважинами земляные амбары добыча нефти осуществлялась также с помощью цилиндрических ведер с клапаном в днище. Из механизированных способов эксплуатации впервые в 1865 в США была внедрена глубоконасосная эксплуатация, которую в 1874 г применили на нефтепромыслах в Грузии, в 1876 в Баку. В 1886 г В.Г. Шухов предложил компрессорную добычу нефти, которая была испытана в Баку в 1897г. Более совершенный способ подъема нефти из скважины - газлифт - предложил в 1914 г М.М. Тихвинский.

Заключение.

Нефть сейчас играет важную роль в структуре экономики многих стран. Она чрезвычайно выгодна не только как топливо, но и как химическое сырьё. Нефть – одно из достояний Земли, но до сих пор так и нет одной правильной версии о её происхождении. Таким образом, нефть остаётся загадкой до сих пор.

Медведева Юлия

24 января 2002 года

topref.ru