Doğal hidrokarbon kaynakları. Geleceğin alternatif yakıtı. Yeni sentetik ve doğal yakıtlar

- 165,93Kb

Doğal hidrokarbon kaynakları

Petrol, gaz ve kömür

11.11.2011

Belediye eğitim kurumu PSSH No. 1

Otinova Valentina Andreevna 10(4) notu

1. Yağ

a) Fiziksel özellikler:

kademeli damıtma

b) Kimyasal özellikler:

çatlama, termal, katalitik çatlama

c) Makbuz

d) Başvuru

2. Gaz

Bir makbuz

b) Başvuru

3. Kömür

A) Taş kömürü, koklaşabilir taş kömürü

b) Başvuru

Çözüm

Yağ

Fiziki ozellikleri

Yağ, belirli bir özelliğe sahip, yağlı, yanıcı bir sıvıdır.

genellikle koku Kahverengi yeşilimsi veya başka bir renk tonu ile,

bazen neredeyse siyah, çok nadiren renksizdir.

Onlara dünya çapında olağanüstü bir ün kazandıran petrolün ana özelliği

Enerji taşıyıcıları, yanma sırasında önemli miktarda enerji açığa çıkarma yetenekleridir.

ısı miktarı. Petrol ve türevleri en yüksek

kalorifik değeri olan yakıt türleri. Yağın yanma ısısı – 41 MJ/kg, benzin

– 42MJ/kg. Yağ için önemli bir gösterge kaynama noktasıdır.

yağın içerdiği hidrokarbonların yapısına bağlıdır ve

50 ila 550°C arasında değişir.

Her sıvı gibi yağ da belirli bir sıcaklıkta kaynar ve

gaz haline dönüşür. Yağın çeşitli bileşenleri

gaz halindeki durum farklı sıcaklıklar. Yani kaynama noktası

metan –161,5°C, etan –88°C, bütan 0,5°C, pentan 36,1°C. Hafif yağlar

50–100°C'de, ağır olanları ise 100°C'nin üzerindeki sıcaklıklarda kaynatın.

Yağ, bileşenlerine ayrılabilir; bunun için mekanik safsızlıklardan arındırılır veya fraksiyonel damıtma işlemine tabi tutulur.

Kademeli damıtma - Kaynama noktaları farklı olan bileşenlerin karışımını ayırmaya yönelik fiziksel bir yöntem.

Damıtma, özel tesislerde - yağda bulunan sıvı maddelerin yoğunlaşma ve buharlaşma döngüsünün tekrarlandığı damıtma kolonlarında gerçekleştirilir.

Sürekli yağ damıtımı için endüstriyel kurulumun şeması

Damıtma kolonu, bir tüp fırında 320-350 °C sıcaklığa ısıtılan yağı alır. Damıtma kolonu, üzerinde yağ fraksiyonunun yoğunlaştığı tepsiler adı verilen delikli yatay bölmelere sahiptir.

Düzeltme işlemi sırasında yağ aşağıdaki fraksiyonlara ayrılır:

Damıtma gazları– düşük moleküler ağırlıklı hidrokarbonların bir karışımı (propan, bütan)
Benzin fraksiyonu C 5 H 12 – C 11 H 24 arası (benzin) hidrokarbonlar
Nafta fraksiyonu – C 8 H 18 – C 14 H 30 arası hidrokarbonlar
Gazyağı fraksiyonu– C 12 H 26 – C 18 H 38 arası hidrokarbonlar
Dizel yakıt– C 13 H 28 – C 19 H 36'dan hidrokarbonlar

Yağ damıtma kalıntısı – akaryakıt - 18 ila 50 arasında karbon atomu sayısına sahip hidrokarbonlar içerir. Fuel oil, dizel yağı (C 18 H 28 - C 25 H 52), yağlama yağlarından (C 28 H 58 - C 38 H 78) indirgenmiş basınç altında damıtılarak, vazelin ve parafin elde edilir - düşük erime noktalı katı hidrokarbon karışımları. Akaryakıt damıtmasından kaynaklanan katı kalıntı – katran ve işlenmesinden elde edilen ürünler - zift Ve asfalt yol yüzeylerinin yapımında kullanılır.

Kimyasal özellikler

Yağlar esas olarak %79,5 - 87,5 oranında karbon ve hidrojenden oluşur.

Ağırlıkça %11,0 – 14,5 yağ. Yağlar bunlara ek olarak üç tane daha içerir

elementler - kükürt, oksijen ve nitrojen. Toplam sayıları genellikle 0,5'tir

- %8. Aşağıdaki elementler yağlarda küçük konsantrasyonlarda bulunur:

vanadyum, nikel, demir, alüminyum, bakır, magnezyum, baryum, stronsiyum, manganez,

krom, kobalt, molibden, bor, arsenik, potasyum vb. Toplam içerikleri

yağın ağırlığının %0,02 - 0,03'ünü aşıyor. Bu unsurlar oluşur

Yağları oluşturan organik ve inorganik bileşikler.

Oksijen ve nitrojen yağlarda sadece bağlı halde bulunur. Kükürt kutusu

serbest halde bulunur veya hidrojen sülfürün bir parçası olabilir.

Yağın arıtılması sonucunda ürünler, bir takım karmaşık süreçleri içeren kimyasal işlemlere tabi tutulur. Onlardan biri - çatlama petrol ürünleri.

Çatlama - Petrol ürünlerinin termal ayrışması, molekülde daha az sayıda karbon atomu bulunan hidrokarbonların oluşumuna yol açar.

Çeşitli çatlama türleri vardır: termal çatlama, katalitik çatlama, yüksek basınçlı çatlama ve indirgeme çatlaması.

Termal kırma – uzun karbon zincirine sahip hidrokarbon moleküllerinin yüksek sıcaklığın (470-550°C) etkisi altında daha kısa moleküllere bölünmesi. Alkanlar, C-C bağlarının bölünmesi nedeniyle ayrışır (bu sıcaklıkta daha güçlü C-H bağları korunur) ve daha az sayıda karbon atomuna sahip alkanlar ve alkenler oluşur.

Örneğin:

C 6 H 14 C 2 H 6 + C 4 H 8

Genel olarak bu süreç aşağıdaki diyagramla ifade edilebilir:

C n H 2n+2 C n-k H 2(n-k)+2 + C k H 2k

Geleneksel termal parçalama sırasında, alkollerin, karboksilik asitlerin ve yüksek moleküler ağırlıklı bileşiklerin (polietilen) üretiminde hammadde olarak kullanılan çok sayıda düşük moleküler ağırlıklı gaz halinde hidrokarbon oluşur.

Katalitik çatlama bileşimin doğal alüminosilikatlarını kullanan katalizörlerin varlığında meydana gelir N Al2O3* M 500°C sıcaklıkta Si02. Katalizör kullanımıyla parçalama, molekülde dallanmış veya kapalı karbon atomu zincirine sahip hidrokarbonların oluşumuna yol açar.

Petrol ürünlerinin çatlaması yüksek sıcaklıklarda meydana gelir, bu nedenle sıklıkla katalizörün yüzeyini kirleten ve aktivitesini keskin bir şekilde azaltan karbon birikintileri (kurum) oluşur. Karbon birikintilerinin temizlenmesi - onun yenilenmesi - katalitik parçalamanın pratik uygulamasının ana koşuludur. En basit yol Katalizörün yenilenmesi, karbon birikintilerinin atmosferik oksijenle oksitlendiği ateşlenmesidir.

Katalitik parçalama, katı (katalizör) ve gaz halindeki (hidrokarbon buharı) maddelerin katıldığı heterojen bir işlemdir. Heterojen reaksiyonlar (gaz - katı) yüzey alanı arttıkça daha hızlı ilerler sağlam. Bu nedenle, katalizör ezilir ve rejenerasyonu ve hidrokarbonun parçalanması, sülfürik asit üretiminden bildiğiniz "akışkan yatakta" gerçekleştirilir.

Parçalama için kullanılan hammadde, örneğin gaz yağı, reaktöre (şema) girer. Reaktörün alt kısmı daha küçük bir çapa sahip olduğundan ham madde buharının akış hızı çok yüksektir. Yüksek hızda hareket eden gaz, katalizör parçacıklarını yakalar ve bunları Üst kısmıçapının artması nedeniyle akış hızının azaldığı reaktör. Yerçekiminin etkisi altında, katalizör parçacıkları reaktörün daha alt, daha dar kısmına düşer ve buradan tekrar yukarıya taşınırlar. Böylece, her bir katalizör tanesi sürekli hareket halindedir ve gaz halindeki bir reaktif tarafından her taraftan yıkanır.

Akışkan yataklı katalitik kırma tesisatının şeması

Bazı katalizör tanecikleri reaktörün dış, daha geniş kısmına girer ve gaz akışına dirençle karşılaşarak alt kısma düşer, burada gaz akışı tarafından alınır ve rejeneratöre taşınır. Çatlama katalizörlerinin kullanılması, reaksiyon hızının biraz arttırılmasını, sıcaklığının düşürülmesini ve çatlama ürünlerinin kalitesinin iyileştirilmesini mümkün kılar.

Benzin fraksiyonunun ortaya çıkan hidrokarbonları esas olarak doğrusal bir yapıya sahiptir ve bu da düşük patlama direnci ortaya çıkan benzin.

Fiş

Bir petrol sahası, yerkabuğundaki petrolün üzerinde toplanan ve üstteki kayaların basıncı altında kısmen çözünen ilişkili petrol gazının büyük birikimlerini içerir. Petrol gibi ilgili petrol gazı da değerli bir doğal hidrokarbon kaynağıdır. İlgili petrol gazının bileşimi petrolden çok daha zayıftır. İlgili petrol gazı, doğal gazla karşılaştırıldığında çeşitli hidrokarbonlar bakımından bileşim açısından daha zengindir. Bunları kesirlere bölerek şunu elde ederiz:

Gaz benzin(pentan ve heksan);
Propan - bütan karışımı(propan ve bütan);
Kuru gaz(metan ve etan).

Başvuru

Benzin, içten yanmalı motorlarda yakıt olarak kullanıldığı gibi, kış koşullarında motorların çalıştırılmasını kolaylaştırmak amacıyla motor yakıtına katkı maddesi olarak da kullanılır. Propan - bütan karışımı ev yakıtı olarak ve çakmakların doldurulmasında kullanılır. Kuru gaz yakıt olarak yaygın olarak kullanılmaktadır. Petrol gazı kimyasal üretiminde hammadde olarak kullanılır. Hidrojen, asetilen, doymamış ve aromatik hidrokarbonlar ve bunların türevleri, ilgili petrol gazındaki alkanlardan elde edilir. Gaz halindeki hidrokarbonlar bağımsız birikimler (doğal gaz yatakları) oluşturabilir.

Doğal gaz

Doğal gaz – düşük moleküler ağırlığa sahip gaz halindeki doymuş hidrokarbonların bir karışımı. Gazın ana bileşeni, alana bağlı olarak payı hacimce %75 ila %99 arasında değişen metandır. Doğal gaz ayrıca etan, propan, bütan, izobütan, nitrojen ve karbondioksiti de içerir.

Fiş

Tektonik kaymalar sonucu oluşan gözenekli kayaçlarda doğal gaz yatakları bulunur. Bu kayaları kaplayan tabakalar gaz geçişine izin vermez. Doğal gazın bileşimi bir alandan diğerine önemli ölçüde farklılık gösterir. Bu nedenle, kullanımdan önce doğal gazın kükürt dioksit, su vb. Gibi gereksiz bileşenleri gidermek için arıtılması gerekir. İşleme genellikle ekstraksiyon sahasında gerçekleştirilir. Aynı zamanda kükürt bileşiklerinin uzaklaştırılması özellikle zordur çünkü bunların yanması zehirli maddeler açığa çıkarır. kükürt dioksit(SO2).

Başvuru

Doğal gaz yakıt olarak ve çeşitli organik ve inorganik maddelerin üretiminde hammadde olarak kullanılmaktadır. Metandan hidrojen, asetilen ve metil alkol, formaldehit ve formik asit elde edilir. Doğalgaz enerji santrallerinde ve su ısıtma kazanı sistemlerinde yakıt olarak kullanılmaktadır. Konut inşaatları Ve endüstriyel binalar yüksek fırın ve açık ocak üretiminde. Doğal gazın yakıt olarak değeri aynı zamanda çevre dostu bir mineral yakıt olmasından kaynaklanmaktadır. Yandığında diğer yakıt türlerine göre çok daha az zararlı madde oluşur. Bu nedenle doğal gaz insan faaliyetindeki ana enerji kaynaklarından biridir.

Kimya endüstrisinde doğal gaz, plastik, kauçuk, alkol ve organik asitler gibi çeşitli organik maddelerin üretiminde hammadde olarak kullanılır. Doğada bulunmayan birçok kimyasalın, örneğin polietilenin sentezlenmesine yardımcı olan, doğal gazın kullanılmasıydı.

Kömür

Kömür - bitki kalıntılarının (ağaç eğrelti otları, at kuyruğu ve yosunların yanı sıra ilk jimnastik bitkileri) derin ayrışmasının bir ürünü olan tortul kaya. Kömür, su, amonyak, hidrojen sülfür ve karbon - kömür gibi organik ve inorganik maddelerden oluşur.

koklaştırma – kömürün işlenmesi, hava erişimi olmadan kalsinasyon yöntemi. Yaklaşık 1000°C sıcaklıkta koklaşma sonucunda aşağıdakiler oluşur:

Kısa Açıklama

Yağ, belirli bir özelliğe sahip, yağlı, yanıcı bir sıvıdır.
genellikle yeşilimsi veya başka bir renk tonu ile kahverengi olan koku,
bazen neredeyse siyah, çok nadiren renksizdir.

Fosil yakıt petroldür, kömür petrollü şeyl, doğal gaz ve onun hidratları, turba ve diğer yanıcı mineraller ve esas olarak yakıt olarak kullanılan, yer altından veya yeraltından çıkarılan kostobiyolit grubundan maddeler açık yöntem. Fosil yakıtlar, milyonlarca yıl boyunca yer kabuğunda ısı ve basınç altında anaerobik olarak ayrışan ölü bitkilerin fosilleşmiş kalıntılarından oluşur. Kömür ve turba, hayvan ve bitki kalıntılarının birikip ayrışması sonucu oluşan yakıtlardır. Fosil yakıtlar, milyonlarca yıldır birikmiş, yenilenemeyen doğal bir kaynaktır. Enerji Bilgi İdaresi'ne göre, 2007 yılında kullanılan birincil enerji kaynakları şunlardı: petrol - %36,0, kömür - %27,4, doğal gaz - %23,0, toplam fosil yakıtlar tüm kaynakların (fosil ve fosil olmayan) %86,4'ünü oluşturuyordu. ) dünyada tüketilen birincil enerjinin miktarı. Fosil olmayan enerji kaynaklarının şunları içerdiği unutulmamalıdır: hidroelektrik santraller - %6,3, nükleer - %8,5 ve diğerleri (jeotermal, güneş, gelgit, rüzgar, odun ve atıkların yakılması) %0,9 oranında.

Petrol (Yunanca ναφθα veya Türk nefti aracılığıyla, Farsça yağından; Akad napatum'a geri döner - alevlenmek, tutuşmak için), hidrokarbonların ve diğer bazı organik bileşiklerin karmaşık bir karışımından oluşan doğal yağlı yanıcı bir sıvıdır. Petrolün rengi kırmızı-kahverengi, bazen siyaha yakın olmakla birlikte bazen hafif sarı-yeşil ve hatta renksiz bir yağa da rastlanır; kendine özgü bir kokusu vardır ve Dünya'nın tortul kayalarında yaygındır. Petrol, eski çağlardan beri insanoğlu tarafından bilinmektedir. Ancak günümüzde petrol insanlık için en önemli madenlerden biridir.

Kömür, yer altındaki eski bitkilerin oksijensiz kısımlarından oluşan bir fosil yakıt türüdür. Karbonun uluslararası adı lat. karbonhidrat ("kömür"). Kömür, insanların kullandığı ilk fosil yakıttı. Sanayi devrimine olanak tanıdı ve bu da kömür endüstrisinin gelişmesine katkıda bulunarak ona daha fazla olanak sağladı. modern teknoloji. Kömür, petrol ve gaz gibi, biyolojik ve jeolojik süreçlerle yavaş yavaş ayrışan organik bir maddedir. Kömür oluşumunun temeli bitki kalıntıları. Dönüşümün derecesine bağlı olarak belirli miktar Kömürde dört tür karbon vardır:

kahverengi kömürler (linyitler); kömürler; antrasit; Grafitler.

Batı ülkelerinde biraz farklı bir sınıflandırma vardır - sırasıyla linyit, alt bitümlü kömür, bitümlü kömür, antrasit ve grafit.

Bitümlü şist, kuru damıtma sırasında önemli miktarda reçine (bileşim olarak yağa yakın) üreten katı kostobiyolit grubundan bir mineraldir. Şeyller esas olarak 450 milyon yıl önce deniz tabanında bitki ve hayvan kalıntılarından oluşmuştur. Bitümlü şeyl, baskın mineral (kalsit, dolomit, hidromika, montmorillonit, kaolinit, feldispat, kuvars, pirit ve diğerleri) ve organik parçalardan (kerojen) oluşur; ikincisi kaya kütlesinin% 10-30'unu oluşturur ve yalnızca şeylin kendisi Yüksek kalite%50-70'e ulaşır. Organik kısım, hücresel yapısını koruyan (tallomoalginit) veya kaybetmiş (kolloalginit) tek hücreli alglerin biyo ve jeokimyasal olarak dönüştürülmüş bir maddesidir; değiştirilmiş kalıntılar organik kısımda safsızlık olarak mevcuttur yüksek bitkiler(vitrinit, fusainit, lipoidinit).

Doğal gaz, organik maddelerin anaerobik ayrışması sırasında dünyanın bağırsaklarında oluşan gazların bir karışımıdır. Mineralleri ifade eder. Rezervuar koşullarındaki doğal gaz (yeryüzünün bağırsaklarında oluşma koşulları) gaz halindedir - ayrı birikimler (gaz yatakları) şeklinde veya petrol ve gaz sahalarının gaz kapağı şeklinde veya çözünmüş halde yağda veya suda durumu. Standart koşullar altında (101.325 kPa ve 20 °C) doğal gaz yalnızca gaz halindedir. Doğal gaz, doğal gaz hidratları formunda kristal halinde de olabilir.

Gaz hidratlar (aynı zamanda doğal gaz hidratlar veya klatratlar), belirli termobarik koşullar altında su ve gazdan oluşan kristalli bileşiklerdir. “Klatratlar” adı (Latince clathratus'tan - “kafese koymak”) 1948'de Powell tarafından verildi. Gaz hidratlar stokiyometrik olmayan bileşiklerdir, yani değişken bileşime sahip bileşiklerdir.

Kaya gazı doğal gazı (İng. kaya gazı), bitümlü kayadan çıkarılan ve esas olarak metandan oluşan doğal gazdır.

Turba (Almanca: Torf) yanıcı bir mineraldir; bataklık koşullarında tam olarak ayrışmamış bitki kalıntılarının birikmesiyle oluşur. %50-60 oranında karbon içerir. Yanma ısısı (maksimum) - 24 MJ/kg. Yakıt, gübre olarak kapsamlı bir şekilde kullanılır, ısı yalıtım malzemesi ve benzeri. Bataklık, daha sonra turbaya dönüşen, tamamen ayrışmamış organik maddenin toprak yüzeyinde birikmesiyle karakterize edilir. Bataklıklardaki turba tabakası en az 30 cm'dir (daha azsa bunlar sulak alanlardır).

Fosil yakıtlar yüksek oranda karbon içerir ve fosil kömür, petrol ve doğal gazı içerir. Buna karşılık, bir çökelti tabakasının altına gömülü ölü organizmaların yüksek sıcaklık, basınç ve anaerobik ayrışmasının etkisi altında, bir zamanlar yaşayan organizmaların birikintilerinden petrol, gaz ve fosil kömür oluştu. Organizmaların yaşı, fosil yakıtın türüne bağlı olarak genellikle milyonlarca yıldır, bazen de 650 milyon yılı aşmaktadır. Kullanılan petrol ve gazın %80'den fazlası şimdiki zaman 180 ila 30 milyon yıl önce Mesozoyik ve Tersiyer dönemlerinde deniz tabanında çökelti olarak biriken deniz mikroorganizmalarının oluşturduğu katmanlar halinde oluşmuştur.

Petrolün ve gazın ana bileşenleri, organik kalıntıların henüz tamamen oksitlenmediği ve karbon, hidrokarbonlar ve benzeri bileşenlerin mevcut olduğu bir zamanda oluşmuştur. Büyük miktarlar. Tortul kayalar bu maddelerin kalıntılarını kapladı. Sıcaklık ve basınç arttı ve kayaların boşluklarında sıvı hidrokarbon birikti.

Petrol ve doğal gazın kökenine ilişkin olarak, bazı anormal petrol yataklarının oluşumunu açıklamaya çalışan alternatif bir hipotez vardır.

Petrol üretimi, petrol endüstrisinin bir alt sektörüdür ve ekonominin doğal minerallerin - petrolün çıkarılmasıyla uğraşan bir dalıdır. Fırat Nehri kıyısında yapılan kazılar, M.Ö. 6.000-4.000 yıllarında bir petrol yatağının varlığını ortaya çıkardı. Yakıt olarak kullanıldı ve inşaat ve yol yapımında petrol bitümü kullanıldı. Petrol de biliniyordu Antik Mısırölüleri mumyalamak için kullanıldığı yer. 18. yüzyıldan itibaren yağın arıtılması için bireysel girişimlerde bulunulmasına rağmen, ikinci yüzyıla kadar 19. yüzyılın yarısı yüzyıllar boyunca esas olarak doğal haliyle kullanılmıştır. Ancak petrol, ancak Rusya'da Dubinin kardeşlerin (1823'ten beri) fabrika uygulamalarıyla ve Amerika'da kimyager B. Silliman (1855) tarafından gazyağının ondan izole edilebileceğini - bir aydınlatma yağı - kanıtladıktan sonra yakın ilgi gördü. o dönemde yaygınlaşan ve belirli kömür ve şist türlerinden üretilen fotojenin benzeri. Bu, 19. yüzyılın ortalarındaki gelişmeyle kolaylaştırıldı. yeni yol kuyular (madenler) yerine sondaj kuyuları kullanılarak petrol üretimi. Önce endüstriyel yöntem (keşif) petrol kuyusu 1847 yılında Abşeron Yarımadası'nda açılan ilk üretim kuyusu nehirde açıldı. Kudako, 1864'te Kuban'da. İlk kuyu 1859'da ABD'de açıldı. Petrol sahaları geliştirilirken, ilgili petrol gazı (Su-gaz uyarımı) veya çeşitli karışımlar da dahil olmak üzere rezervuara (rezervuardaki basıncı korumak için) tatlı su pompalanır. kimyasallar petrol geri kazanımını artırmak ve üretim kuyularındaki su kesintisiyle mücadele etmek. Karadaki petrol rezervlerinin tükenmesi nedeniyle, petrol endüstrisinin madencilik alt sektörünün teknolojisindeki daha fazla gelişme, petrol sahalarının geliştirilmesine başlanmasını mümkün kılmıştır. kıta sahanlığı Petrol platformlarını kullanıyor.

İnsanlık uzun zamandır madenleri büyük derinliklerden kömür çıkarmak için kullanmıştır. Rusya Federasyonu'ndaki en derin madenler, 1.200 metrenin biraz üzerindeki derinliklerden kömür çıkarıyor. Kömür içeren yataklar, kömürle birlikte tüketici açısından önem taşıyan birçok türde jeo kaynak içerir. Bunlar arasında inşaat endüstrisi için hammadde olarak ana kayalar, yeraltı suyu, kömür damar metanı, nadir ve iz elementler yer alır. değerli metaller ve bağlantıları. Kesicilerin ve yol başlıklarının yürütme organlarında jetlerin bir imha aracı olarak kullanılması özellikle ilgi çekicidir. Aynı zamanda kömür imhasına yönelik ekipman ve teknolojinin geliştirilmesinde de sürekli bir büyüme yaşanıyor. kayalar Sürekli, titreşimli ve darbeli aksiyona sahip yüksek hızlı jetler.

Kömürü gazlaştırma - modern gaz jeneratörleri dönüştürme gücüne sahiptir katı yakıt 60.000 m³/saat'ten 80.000 m³/saat'e kadar. Gazlaştırma teknolojisi, bunun sıcaklık ve basıncını arttırarak verimliliğin arttırılması (200.000 m³/saat'e kadar) ve verimin (%90'a kadar) arttırılması yönünde gelişmektedir. teknolojik süreç(sırasıyla +2.000 °C ve 10 MPa'ya kadar). Çeşitli nedenlerden dolayı çıkarılması ekonomik açıdan karlı olmayan kömürün yeraltında gazlaştırılması üzerine deneyler yapıldı.

Doğal enerji kaynaklarının kökeni

Dünya enerji üretimi hızla artıyor. 1962'de zaten yaklaşık 33x1015 kcal'e ulaşmıştı. Bu miktarın çoğu insanlık tarafından mekanik işler ve ısınma için kullanılıyor. Bu sürece aracı olarak dahil edilen elektrik enerjisi miktarı sürekli artmaktadır.

Daha önce de belirttiğimiz gibi iş biriktirilemez, dolayısıyla doğada bir “iş stoku” bulunamaz. Ayrıca Dünya üzerinde doğrudan makroskobik kullanıma uygun bir biçimde elektrik enerjisi de yoktur. Bu nedenle toplumun enerji ihtiyacını karşılamak için başka kaynaklara yönelmek zorunda kalıyoruz.

Enerji yoktan var edilemeyeceğinden, ihtiyacımız olan enerji türlerini diğer formlara dönüştürerek üretmek zorunda kalıyoruz ve bu dönüşümün ekonomik ve büyük üretim ölçeğinde mümkün olması gerekiyor. Bu tür enerjilerin taşıyıcıları arasında öncelikle kömür (sert ve kahverengi), ayrıca şu anda sanayide motorlar için yakıt olarak kullanılan petrol ve doğal gaz bulunmaktadır. mekanik iş veya elektrik enerjisi. Yukarıda bahsedilen enerji taşıyıcılarının yanı sıra arazi koşulları uygun olan ülkelerde su enerjisi (“beyaz kömür”) ve daha az oranda da olsa rüzgar enerjisi oldukça yaygın olarak kullanılmaktadır. Gelişmiş ülkelerde hayvan kas enerjisinin kullanımı giderek arka plana çekilmektedir. Şu anda nükleer santrallerin payı genel üretim elektrik enerjisi. Dünya genelinde enerji talebinin hızla artması nedeniyle güneş ışınımı gibi yeni enerji kaynaklarının üretim amaçlı kullanılmasına yönelik girişimlerde bulunulmaktadır. Özellikle güneş enerjisinin aynalar kullanılarak yoğunlaştırılması ve bu şekilde elde edilen ısının türbinleri çalıştırabilecek buhar üretmek için kullanılması önerilmektedir. İletkenler alanındaki araştırmalar henüz çok iyi sonuçlar vermedi, ancak şu anda Güneş'ten gelen termal veya ışık radyasyonunun enerjisinin elektrik enerjisine dönüştürülebildiği termo ve fotoelementlerin üretilmesi olanağını zaten sağlıyorlar. %10-13 verimlilik. Bilim insanları aynı zamanda Dünya'nın ısısından yararlanma sorunu üzerinde de çalışıyor. Yerin içindeki sıcaklık derinlikle birlikte artar. Isıyı çok derinlerden yeryüzüne getirirseniz, bu sıcaklığı düşürerek ısıyı kısmen işe dönüştürebilirsiniz. Jeotermal enerji santralleri zaten bu prensip üzerine inşa edilmiştir. Ancak henüz aşılamayan teknik zorluklar, bunların daha geniş bir şekilde dağıtılmasının önünde engel teşkil etmektedir.

Yüksek ve alçak gelgitler sırasında su yüzeyi seviyelerindeki farka karşılık gelen enerjiden yararlanmak için de girişimlerde bulunuluyor.

Tüm bu yeni enerji kaynakları şu anda küresel enerji tüketiminin çok küçük bir kısmını karşılıyor. Günümüzde enerji talebi ağırlıklı olarak kömür, petrol ve doğalgazdan karşılanmakta; Bu durumun yakın gelecekte de devam edeceği açıktır. Bu bağlamda, bunlarda biriken enerjinin kaynağı sorusu doğal Kaynaklar.

Kömürün kökeni

Yakıt veya yakıt olarak kullanılan kömür (sert ve kahverengi), çoğu durumda yerde (kısmen yüzlerce metre derinlikte) bulunur. Dünyanın yüzeyinde veya doğrudan yüzey katmanlarının yakınında yalnızca bazı kahverengi kömür yatakları bulunur. Maden kömürü, karbona ek olarak, değişen miktarlarda bileşikler içerir (esas olarak oksijen ve hidrojen içeren karbon bileşikleri ve daha küçük miktarlarda nitrojen, kükürt ve diğer elementler). Kömürü oluşturan ana kimyasal elementler karbon, oksijen ve hidrojendir.

Kahverengi ve taşkömürü çoğunlukla bitkisel kökenli olup az miktarda mineral içerir. Antik çağda sıcak ve nemli bir iklimde aşırı büyümüş bitkilerden oluşmuşlardı, ölümden sonra rezervuarların dibine battılar ve bu nedenle çürüme ve yanmaya maruz kalmadılar, bu sırada bitkilerde bulunan karbon çoğunlukla dönüştürülür. karbondioksit ve diğer uçucu maddeler. Bu bitkilerin ayrışma süreçleri sırasında (çoğunlukla mikroorganizmaların etkisi altında tj|||), hidrojen ve oksijen açısından zengin bileşikler bunlardan salınır ve karbon içeriği artar - turba oluşur. Turba daha sonra diğer çökeltilerle (kum, kil) kaplanır ve jeolojik hareketlerin bir sonucu olarak toprağın derinliklerine batar, burada basınç altında ve yüksek sıcaklıklarda turba oluşum süreci kömür oluşumu sürecine dönüşür (artan). karbon içeriği). Bu işlemle ilişkili elementlerin göçü sırasında hidrojen ve oksijen içeriği azalmaya, karbon içeriği ise artmaya devam eder; Bunun sonucunda turbadan linyit, taşkömürü ve son olarak antrasit elde edilir. Kahverengi kömürler 40-60 milyon yılda oluşuyor

Petrol ve doğal gazın kökeni

Petrol ve doğal gaz esas olarak hidrokarbonlardan (karbon ve hidrojen bileşikleri) ve az miktarda diğer elementlerden (kükürt, nitrojen, oksijen vb.) oluşur. Petrol %82-87 oranında karbon ve %11-14 oranında hidrojen içerir. Petrolün menşei konusunda farklı bakış açıları var. En çok kabul edilen teori, gaz ve petrolün, çoğunlukla hayvan kökenli organik maddelerden oluşmasıdır (bazı bilim adamları, çoğu durumda petrol ve gazın, suyun metal karbürler üzerindeki etkisinin bir sonucu olarak dünyanın derinliklerinde oluştuğuna inanmaktadır). . Ölen ve deniz tabanına batan canlılar, kendilerini oksidasyon sonucu ayrışamayacakları ve mikroorganizmalar tarafından yok edilemeyecek koşullar altında bulurlar ve havayla temas edemedikleri için siltli çökeltiler oluştururlar. Jeolojik hareketler sonucunda bu çökeller büyük derinliklere nüfuz eder. Orada, basınç ve yüksek sıcaklığın etkisi altında ve muhtemelen mikroorganizmaların etkisi altında, kuru süblimleşme süreci milyonlarca yıl boyunca gerçekleşir; bu sırada çökeltilerde bulunan karbon çoğunlukla hidrokarbon bileşiklerine dönüşürken, oksijenin çoğu ve diğer unsurlar göç eder. Temel olarak farklı molekül ağırlıklarına sahip hidrokarbonların karışımından oluşan sıvı bir madde, bağımsız olarak hareket ederek dünyanın iç kısmındaki gözeneklere ve çatlaklara nüfuz edebilir. Doğal gazın ana bileşenleri düşük moleküler ağırlıklı hidrokarbonlardır (temel olarak metan ve etan), petrol ise yüksek moleküler ağırlıklı hidrokarbonlardır.

Canlı olmayan materyallerden (biyolojik değil jeolojik) kökenlerini gösteren kömür ve petrol isimleri yalnızca kısmen haklıdır. Aslında bu ürünler, hayvan ve bitki yaşamından kaynaklanan maddelerden oluşmuştur ve dolayısıyla biyolojik kökenlidir. Ancak hayvan ve bitki organizmalarından kömür, petrol ve gaz oluşumuna yol açan bu dönüşümler çoğunlukla biyolojik nitelikte olmayıp, içinde yaratılan jeolojik ve jeokimyasal koşulların (basınç, sıcaklık vb.) bir sonucudur. çevredeki cansız ortam. Biyolojik maddelerin dönüşümlerinin ürünü olan başka mineraller de vardır (örneğin tebeşir).

Enerjinin kaynağı kömür, petrol ve doğal gazdır

Bu nedenle, ana doğal enerji kaynakları biyolojik kökenlidir ve çoğunlukla karbon içerir. Bu konuda doğal olarak çeşitli sorular ortaya çıkıyor. Canlılarda enerji nereden gelir? Enerji kaynaklarında karbonun rolü nedir? Enerji içlerinde nasıl birikir ve daha sonra ısıya veya işe dönüşür? Biyolojik süreçlerin detaylarına derinlemesine girmeden, canlılar dünyasının gelişiminde bitkilerin belirleyici bir rol oynadığını söyleyebiliriz. Bitkilerin hayvanlar olmadan var olabileceği, ancak hayvanların bitki olmadan var olamayacağı bilinmektedir. Hayvanların önemli bir kısmı bitki yer, geri kalanı (etoburlar) otoburların etini yerler (bu insanlar için de geçerlidir). Böylece dolaylı olarak besinlerini de bitki dünyasından alırlar; ikincisi yalnızca vücut dokularının inşası için bir malzeme görevi görmekle kalmaz, aynı zamanda ihtiyaç duydukları enerjiyi de sağlar. Yani canlı organizmalarda enerjinin kökenini bulmak için bitkilerde biriken enerjinin kökeni sorusunu araştırmak yeterlidir.

Bitki organizmalarının oluşturulduğu maddelerin kökeni sorusu, yüzyıllardır bilimsel tartışmaların konusu olmuştur, çünkü bitkilerin beslenme süreci (hayvanların aksine) doğrudan gözlemlenememektedir. Bitkilerin organizmalarını atmosferik karbondioksitten, topraktan emilen suyun yanı sıra nitrojen, fosfor, kükürt, potasyum ve diğer elementlerden oluşturduğu ancak 19. yüzyılda nihayet belirlendi. dahil Bitkilerin beslendiği inorganik maddeler. Bitkiler için ana besin maddesi görevi gören karbondioksit ve su, düşük kimyasal aktivite ile karakterize edilen çok basit, enerji açısından fakir bileşiklerdir; bitki (aynı zamanda hayvan) kökenli ana bileşikler ise kural olarak çok karmaşık kompozisyon, yüksek enerji içeriği ve belirli koşullar altında nispeten yüksek kimyasal aktivite. Bu nedenle, bitki organizmalarının doğal "hammaddelerden" yapımının, karmaşık bileşiklerin kimyasal enerjisine dönüştürülebilen bazı güçlü enerji kaynaklarının etkisi altında gerçekleşmesi gerektiğini varsaymak doğaldır. Bu enerjinin kaynağının Güneş (ışık enerjisi) olduğu ancak 19. yüzyılın ikinci yarısında kesin olarak tespit edildi.

Güneş ışınımının yıllık olarak Dünya'ya ulaşan enerjisi 1021 kcal'dir. Büyük bir kısmı ısıya dönüşür veya tekrar uzaya yansıtılır.

Ancak küçük bir kısmı (yüzde yüzde biri) bitkiler tarafından tüketilir ve yeşil kısımlarında bulunan klorofilin yardımıyla fotosentez sürecinde şeker, nişasta, glikoz, protein, nükleik asitler, alkaloidler ve diğerlerini oluştururlar. enerji açısından zengin ve karmaşık bileşikler. Genel anlamda bu şu şekilde gerçekleştirilir: klorofil tarafından emilen ışık enerjisinin, karbondioksit, su ve diğer maddelerdeki kimyasal bağların yardımıyla. besinler zayıflamış veya kırılmış, enerji açısından zengin atomlar ve radikaller geçici olarak oluşur ve bunlardan çeşitli kimyasal işlemler sırasında giderek daha karmaşık moleküllere sahip maddeler ortaya çıkar. Çok sayıda atom birbirine çok sayıda farklı kimyasal bağla bağlanır. Böylece güneş enerjisi kimyasal enerji şeklinde biriktirilir. Şematik olarak, 1 mol glikoz oluşumu sürecinde fotosentez reaksiyonu açıkça gösterilebilir:

6CO2 + bShO + 674 kcal -> CeffizOs + 6O2.

Fotosentez sırasında oksijen açığa çıkar. Oksijen üreten reaksiyonlara indirgeme reaksiyonları denir.

Sonuç olarak canlı organizmalar kimyasal enerjilerini Güneş'in radyasyon enerjisinden alırlar. Konsantrasyon Güneş enerjisi Esas olarak karbonhidratlarda bulunur: (karbon, hidrojen ve oksijenden oluşan bileşikler) glikoz (GsIgO'lar), pancar şekeri (CuHjzO11)i nişasta ve selüloz (CeHioOsJn, burada) n-değişken. Daha sonra karbonhidratların bir kısmı oksitlenir ve örneğin 1 mol glikozdan aşağıdakilere göre karbon dioksit ve su oluşur. Kimyasal reaksiyon:

SbNpOv + 6O2 -> bCOg + bBIO + 674 kcal.

Karbonhidratlardan salınan enerji, vücudun işleyişi için gerekli olan daha karmaşık ve enerji açısından zengin bileşiklerin (yağlar, proteinler vb.) yapımında kullanılır. nükleik asitler, alkaloidler vb.). Bu maddelerin bir kısmı (öncelikle yağlar) oksitlenir, açığa çıkan enerji vücutta yoğunlaşır ve onun enerji ihtiyacını karşılamaya gider;

Oksidasyonun bir sonucu olarak, fotosentez işlemi sırasında elde edilen karmaşık organik bileşikler tekrar orijinal enerji açısından fakir maddelere (karbon dioksit ve suya) dönüştürülür. Sonuçta bitki organizmasının tamamı ya ölür ya da hayvanlar (veya insanlar) için yiyecek haline gelir. Ölü bir vücutta bulunan bileşikler, mikroorganizmaların etkisi altında parçalanmaya ve oksitlenmeye başlar.

Karbon, hidrojen ve oksijen döngüsü

Böylece karbon, hidrojen ve oksijen doğada bir döngü oluşturur: Güneş enerjisinin etkisi altında canlı organizmalardaki enerji açısından zayıf karbon bileşiklerinden enerji açısından daha zengin organik bileşikler oluşur ve oksijen açığa çıkar; daha sonra, uzun bir dizi karmaşık dönüşüm sırasında, oksijen emildiğinde, karbondioksit ve su yeniden oluşur, vb.

Yaşayan dünyanın kimyasının döngüsel doğası, yani. Ayrışma sırasında orijinal ürünlerin ("hammaddelerin") yeniden oluşması son derece önemlidir, çünkü bunun sonucunda canlı organizmaların hammadde dengesi asla bozulamaz. Peki ya örneğin? mikroplar ölü organizmaları ayrıştırmadıysa, Dünya'daki yaşam uzun süremezdi, çünkü bu durumda elimizdeki karbon kaynağı kısa vadeli"(jeolojik açıdan) ölü organizmalara yerleşecektir. Dünyanın incelenen kısmının (yer kabuğu ve hava) yalnızca %0,09 oranında karbon içerdiğini unutmamalıyız.

“Normal” döngüsü sırasında karbon, canlı organizmalarda nispeten tutulur. Kısa bir zaman(en fazla birkaç yüz yıl). Zaten burada da kullanılabilmektedir: Ağaç ve bitkilerin diğer kısımları da eski çağlardan beri insanlar tarafından kullanılan enerji taşıyıcılarıdır. Toplumun enerjiye olan ihtiyacının artmasıyla birlikte ahşap artık bu ihtiyacı karşılayamaz hale gelmiş ve orman alanlarının hızla azalması, odun yerine acilen başka enerji kaynaklarının kullanılması ihtiyacını doğurmuştur. 19. yüzyılda kömürün enerji kaynağı olarak önemi hızla arttı. Kömür 13. yüzyılda çıkarılmaya başlandı, ancak 19. yüzyıla kadar esas olarak yalnızca ısıtma için kullanılıyordu.

Döngünün bozulması

Kömür aslında, canlı organizmaların karmaşık karbon bileşiklerinin ayrışmasının en düşük enerji durumuna (karbon dioksit) ulaşmadığı, ancak bir ara aşamada durduğu doğal karbon döngüsündeki bir bozulma sonucu oluşmuştur. Engelsiz karbon döngüsü için; Ayrışma sürecini tamamlamak için havadan çekilebilecek kadar oksijene ihtiyaç vardır. Çürüme süreci sırasında organik maddeler herhangi bir jeolojik nedenden dolayı havaya erişimden mahrum bırakılırsa, akışı değişti - önemli ölçüde yavaşladı. Bu koşullar altında, oksijen eksikliği nedeniyle, oksidatif süreçler yerini, ürünleri büyük ölçüde dönüşümün fiziksel ve kimyasal koşullarına (basınç, sıcaklık, mikroorganizmalar vb.) bağlı olan indirgeme işlemlerine bıraktı. Esas olarak karbondan oluşan organik kökenli bileşiklerden petrol ve gaz oluşumu sırasında ilk önce hidrokarbonlar ortaya çıkarken, kömür oluşumu sırasında ölü organizmaların çoğu maddesinden karbon salınır. Hem hidrokarbonlar hem de elementel karbon, karbondioksitten daha fazla kimyasal enerji içerir, bu nedenle ısıyı açığa çıkarmak için yakılırlar (oksijenle birleşerek) ve enerji açısından fakir karbondioksit üretirler:

CH4 + 2O2 -> CO2 + 2H2O + 210,8 kcal,

СзН8 + 5О2 -> ЗСОг + 4ШО + 526,3 kcal,

C + O2 -» COg + 94,3 kcal.

Karbondioksit yanmaz; havayla (oksijen) birleştiğinde enerji açığa çıkaramaz.

Maddenin hangi hali en kararlıdır?

İlk bakışta, karbonun elementel formunun enerji açısından en fakir ya da en kararlı form olmaması şaşırtıcı görünebilir. Maddelerin en kararlı hallerinin, belirli koşullar altında enerjilerinin en düşük değere sahip olduğu haller olduğu unutulmamalıdır.

Mekanikten bir örnek düşünelim. Dördüncü kattaki bir odada topun yerde durduğunda sabit bir pozisyonda olmasını sağlayın. Bir masanın üzerinde veya bir dolabın üzerinde topun durumu daha az stabildir: buradan “kendi başına” (enerji kaynağı olmadan) yere düşebilir ve potansiyel enerjisi kinetik enerjiye dönüşür ve daha sonra çarptığında zemini ısı ve ses enerjisine dönüştürür. Bu süreç “kendi başına” ters yöne gidemez. Topun bir masaya veya dolaba aktarılması ancak belli bir miktar enerji harcanması ile mümkündür. Yerde (düz ve kesinlikle yatay olması şartıyla) top kendi başına hareket etmeyecektir; durumu stabildir. Bununla birlikte, bu stabilite görecelidir ve topun artık potansiyel enerjiye sahip olmadığı anlamına gelmez - sonuçta: "yerden" önemli bir yükseklikte bulunur. Bu durumda, yalnızca göreceli bir minimum enerji vardır. değişiklik olursa, potansiyel enerjinin daha fazla salınması meydana gelebilir. Örneğin, yerde bir delik varsa, o zaman top aşağıdaki zemine düşecektir, eğer burada bir delik varsa, o zaman daha da aşağıya düşecektir, vb. Böylece topun potansiyel enerjisi başka biçimlere geçerken, zemin katının stabilitesi mutlak değildir, bodrum katına düşebilir veya bir zemin katına ulaşabilir. derin şaft vb.

Karbon içeren doğal enerji taşıyıcılarının dönüşümleri sırasında da benzer bir tablo görülmektedir. Organik kökenli karbon bileşiklerinde çok fazla kimyasal enerji birikmiştir. Kimyasal dönüşümler sırasında bu enerji kısmen serbest bırakılabilir ve başka türlere dönüştürülerek kullanılabilir. Kendi başlarına, yalnızca serbest enerjideki azalmayla ilişkili bu tür kimyasal dönüşümler meydana gelir ve yalnızca bunlar enerji üretmek için kullanılabilir. Dönüşüm süreci sırasında oluşan maddelerin enerji içeriği, açığa çıkan enerji miktarı kadar orijinal maddeden daha azdır. Kimyasal dönüşümler koşullara bağlı olarak hızlı ya da yavaş (hatta bazen milyonlarca yıl) meydana gelir ve belirli koşullar altında enerjisi artık azalamayan ürünler oluşana kadar devam eder (bu tür ürünler stabil olacaktır).

Karbon bileşiklerinin oksidasyonu yeterli miktarda hava varlığında meydana gelirse, oksijen açısından giderek zenginleşen bileşikler oluşur, ta ki sonunda karbon karbondioksit formunda ve hidrojen su formunda ortaya çıkana kadar. Bu bileşikler daha fazla oksitlenemez ve normal koşullar altında bunlardan kimyasal enerji açığa çıkmaz. COg ve HgO doğal şartlar kararlı bir karbon ve hidrojen durumunu temsil eder. Dolayısıyla gaz ve su, yalnızca farklı kaynaklardan gelen ek enerjinin (örneğin güneş enerjisi veya elektrik) yardımıyla başka maddelere dönüştürülebilen en kararlı son ürünlerdir.

Güneş enerjisi depolama

Doğadaki karbon döngüsünün bireysel dönemleri (karbondioksit ve sudan enerji açısından zengin karbon bileşiklerinin oluşumu ve bunların aynı bileşiklere daha sonra parçalanması) birkaç aydan birkaç yüzyıla kadar sürer. Normal koşullar değişirse (örneğin petrol, gaz ve kömür oluşumu sırasında olduğu gibi), dönüşüm süreçleri milyonlarca yıl boyunca son derece yavaş ilerleyebilir.

Havaya erişimi olmayan yer kabuğunda hidrokarbonlar ve kömür nispeten stabildir ve içlerindeki kimyasal enerjinin bir kısmı hala değişmeden korunur: güneş enerjisini korumuş gibi görünüyorlar. Yukarıda tartışılan top örneğiyle burada bariz bir benzetme var. Koşullar değiştiğinde (petrol, kömür veya gazın dünya yüzeyine çıkarılması ve kullanılması), bu maddelerin durumunun stabilitesi bozulur: yanma sırasında oksijenle birleşerek karbondioksit ve su oluştururlar. Bu noktada jeolojik nedenlerden dolayı normal seyri milyonlarca yıl ertelenen karbon ve hidrojen döngüsü hızla sona ermektedir. Yakıldığında bitkilerin uzun süre depoladığı güneş ışınımının enerjisi açığa çıkar. Böylece petrol, doğal gaz ve kömür, bir zamanlar emilen güneş enerjisinin bir parçası olan korunan enerjidir.

Su ve rüzgar enerjisinin kökeni

Hidroelektrik santrallerin nehir ve şelalelerdeki suyun doğal kot farklılıklarından dolayı açığa çıkan potansiyel enerjisini tükettiği bilinmektedir. Ancak su, sonsuz döngüsü içinde, öncelikle güneş ışınımının etkisiyle göllerin, nehirlerin ve göllerin buharlaşması sonucu dünyanın yüksek bölgelerine ulaşır. Su damlalarına dönüşen buhar, bulutlar veya bulutlar halinde toplanır ve buradan yağmur ve kar şeklindeki su, yüksek rakımlar da dahil olmak üzere yere geri düşer. Burada biriken su, doğal veya yapay olarak oluşturulan şelaleler tarafından çalıştırılan türbinler yardımıyla elektrik enerjisine veya mekanik işe dönüştürülebilen büyük bir potansiyel enerji kaynağına sahiptir. Dolayısıyla hidroelektrik santrallerden elde edilen enerjinin büyük bir kısmı da kaynağını güneş ışınımına borçludur. Çeşitli su kütlelerinin buharlaşması sırasında tüketilen enerjinin yalnızca küçük bir kısmı, Dünya'nın içinde meydana gelen süreçlerin, radyoaktif bozunmanın bir sonucu olarak açığa çıkan Dünya'nın ısısıdır.

Rüzgar enerjisi de kökenini büyük ölçüde Güneş'e borçludur: Dünya yüzeyinin bireysel alanlarının ısınmasındaki farklılıklar atmosferik akımlara (yani rüzgar) neden olur.

Güneş enerjisi iyi kullanılıyor mu?

Daha önce de gördüğümüz gibi enerji ihtiyacımızın büyük bir kısmı güneş enerjisinden karşılanıyor. Ancak ne yazık ki yaban hayatı bu güneş enerjisini yeterince verimli kullanamıyor.

Güneş her yıl ~ 3x1030 kcal'a eşit büyük miktarda enerji yayar ve bunun yaklaşık 1021 kcal'i Dünya'ya ulaşır. Enerjinin yaklaşık %60'ı hava tarafından emilir (%2,5'i rüzgar enerjisine dönüştürülür); %25,5'i su yüzeyine ulaşır, ancak bu miktarın yalnızca %0,04'ü suya aktarılır; çok küçük bir kısmı tüketiliyor su bitkileri; Güneş ışınımı enerjisinin %14,5'i karaya ulaşır ve bunun yalnızca %0,12'si bitkiler tarafından kimyasal enerjiye dönüştürülür. Dünyanın güneş ışınımının "kullanılmayan" enerjisi uzaya geri döner. Dünya, derinliklerinde meydana gelen radyoaktif süreçler sonucunda açığa çıkan enerjiyi de yaydığı için Güneş'ten aldığından daha fazla enerji yaymaktadır.

Böylece bitki ve hayvan dünyasıİnsanlar da dahil olmak üzere, Dünya'ya düşen güneş enerjisinin tamamen ihmal edilebilir bir kısmını kullanıyor. Geleceğin görevi, kişinin bu enerjiyi daha iyi kullanmasına yardımcı olacak araç ve yöntemleri bulmak ve geliştirmektir.

Derin nüfuz Görünüşe göre doğanın sırlarını araştırmak bu alanda temelde yeni olasılıkların ortaya çıkmasına yardımcı olacak.

Güneş enerjisinin daha verimli kullanılması için daha fazla teorik gelişme gerektiren bir yöntem de yoğunlaştırmadır. Tarım dolayı daha iyi işleme toprak ve yapay gübrelerin uygulanmasının yanı sıra bu enerjiyi daha verimli kullanan bitkilerin yetiştirilmesi. Diğer bir yöntem ise güneş enerjisinin doğrudan elektrik enerjisine dönüştürüldüğü termo ve fotosellerin oluşturulmasıdır.

Doğal enerji kaynaklarının rezervleri

Karbon (bir enerji taşıyıcısı olarak) Dünya'da şu şekilde dağılmaktadır: Atmosferde karbondioksit formunda 640 milyar ton bulunurken, fotosentez sürecinde bitkiler tarafından yılda yaklaşık 150 milyar ton tüketilmektedir; Bitki organizmalarında 500 milyar ton karbon, hayvanlarda ise 5 milyar ton karbon depolanıyor. Çoğu Canlı organizmalarda bulunan karbon, oksidasyondan sonra tekrar karbondioksit formunda atmosfere girer. Oksidatif süreçlere katılmayan karbon, toprağın bağırsaklarında turba (~ 1000 milyar ton), kömür (~ 10.000 milyar ton) ve petrol (~ 20 milyar ton) şeklinde birikir.

Petrol, gaz ve kömürün oluşumu, şu anda mevcut olmayan belirli koşullar altında milyonlarca yıl süren bir süreçtir, bu nedenle yakın gelecekte yeni yatakların ortaya çıkacağına güvenemeyiz.

Yaklaşık 10.000 milyar tonluk kömür rezervinin bugüne kadar yaklaşık 60-70 milyar tonunu insanlık kullanmıştır. Şu anda yıllık talep 2 milyar tonun üzerindedir. Bu, mevcut rezervlerle karşılaştırıldığında önemsiz bir giderdir. Petrolde de aynı durum söz konusu. Ayrıca, en son jeolojik araştırma yöntemlerinin kullanılması sayesinde yeni yataklar keşfediliyor ancak bunların hepsi tükenmez değil ve akıllıca yönetilmesi gerekiyor. Petrol, doğalgaz ve kömürün sadece enerji kaynağı değil aynı zamanda kimya sektörünün en önemli hammaddeleri olduğu da dikkate alınmalıdır. Bunlardan bir organik kimya işletmesi için başlangıç ürünleri elde edilir; yapay gübre üretimi için hammadde görevi görürler ve patlayıcılarÇünkü bu endüstrilerin ana hammaddesi olan amonyak Nffi'yi üretmek için gereken hidrojen, en ekonomik şekilde petrol veya gazdan elde edilir. Bu yüzden en önemli görev Bilimsel ve uygulamalı araştırma, petrol ve gazın kimya endüstrisine aktarılmasını sağlayacak enerji elde etmek için yeni yöntemlerin geliştirilmesidir.

Yani hemen hemen tüm doğal enerji kaynakları ağırlıklı olarak güneş enerjisi içermektedir. Şu anda her santralin veya motorun aslında ondan güç aldığını söyleyebiliriz. Bunun istisnası nükleer santrallerdir, ancak genel elektrik üretiminde hala ihmal edilebilir bir rol oynamaktadırlar. Ancak atom enerjisi aynı zamanda güneş ışınımıyla da dolaylı olarak ilişkilidir, çünkü diğer kimyasal elementler gibi uranyumun oluşumu da Güneş sisteminin ortaya çıkışıyla Güneş ile bağlantılıdır.

Gelecekte bizi neyin beklediğini düşünmek bilim adamlarının aklını daha önce de kurcalamıştı. Bugün hükümet liderlerinden okul çocuklarına kadar herkes bu konu hakkında konuşuyor. Küresel ısınma Asırlık buzların erimesi, demografik sorunlar, insan klonlama, modern ve gelecekteki iletişim ve ulaşım araçları, insanların enerji kaynaklarına bağımlılığı... Oysa günümüzün en popüler konularından biri de alternatif yakıt meselesi.

Geleceğin yakıtları – doğal fosillere alternatif

Doğal yakıtlar şu anda ana enerji kaynağımızdır. Hidrokarbonlar moleküler bağları kırmak ve enerjilerini serbest bırakmak için yakılır. Yüksek düzeyde fosil yakıt tüketimi önemli kirliliğe yol açıyor doğal çevre yandıkları zaman.
21. yüzyılda yaşıyoruz, bu yeni teknolojilerin zamanıdır ve birçok bilim insanı, geleneksel yakıtın yerini alabilecek ve ona olan bağımlılığımızı ortadan kaldırabilecek, geleceğin alternatif bir yakıtını yaratmanın zamanının geldiğine inanıyor. Son 150 yılda hidrokarbonların kullanımı atmosferdeki karbondioksit miktarını %25 oranında artırdı. Hidrokarbonların yanması aynı zamanda duman, asit yağmuru ve hava kirliliği gibi diğer kirlilik türlerine de neden olur. Bu tür kirlilik sadece zarar vermekle kalmaz çevre Hayvan ve insan sağlığının yanı sıra fosil yakıtların yenilenemeyen kaynaklar olması ve zamanla tükenmesi nedeniyle savaşlara da yol açmaktadır. Şimdilik yeni çözümler bulmak ve geleceğe yönelik alternatif yakıt kaynakları oluşturmak önemli.

Bazı bilim insanları verimli oluşumların petrol geri kazanım faktörünün artırılması konusunu ele alırken, bazıları da petrol elde etmenin yollarını arıyor. gazlı yakıt petrol şistinden, diğerleri yakıt ihtiyacının olağan eski moda yöntemle karşılanabileceği sonucuna vardı. “Katı petrol ürünleri”, doğal yakıt - yakacak odundan bahsediyoruz. "Zamanın kadar eski" fikri ABD'deki Stanford Üniversitesi'nden uzmanlar tarafından benimsendi ve onlara Georgia Üniversitesi'nden bilim adamları da katıldı. Elbette burada, hektar başına yılda 40 tona kadar odun üreten kızılağaç veya çınar gibi hızlı büyüyen özel ağaç çeşitlerine ihtiyacımız var.

Çınar - Platanus - yoğun yayılan bir taç ve kalın bir gövdeye sahip güçlü bir ağaç - geniş çınar ailesinin atası. Çınar cinsine ait 10'a yakın tür bulunmaktadır. Çınar ağacının yüksekliği 60 m'ye, gövde çevresinin uzunluğu ise 18 m'ye kadar ulaşmaktadır! Çınar ağacının gövdesi pürüzsüzdür silindirik, yeşilimsi ağaç kabuğu gri, kabuğunu soymak. Çınar ağacının yaprakları avuç içi loblu, uzun saplıdır.

Çınar ağaçları kesildikten sonra yerde doğal gübre olarak kullanılabilecek yapraklar kalır. Çınar ağacının odunu kırıcılarda kırılarak enerji santrallerinin fırınına verilir. 125 km2'lik bir alan çınar ağaçlarıyla 80 bin nüfuslu bir şehre enerji sağlayabilir. Temizlenen alanlarda 2-4 yıl içerisinde sürgünlerden yeniden yakıta uygun yeni çınar ağaçları çıkacaktır. Bilim adamları, Rusya ve Ukrayna topraklarının %3'ünün doğal yakıt yetiştirmek için “çınar enerji tarlalarına” tahsis edilmesi durumunda, ülkelerin yakıt ihtiyaçlarını tamamen yakacak odundan karşılayabileceklerini hesapladılar.

"Fosil yakıtlar" (kömür, doğal gaz ve petrol) yerine "yetiştirilen doğal yakıtlar" kullanmanın temel avantajı, çınar enerji ormanı büyüdükçe, daha sonra yandığında açığa çıkan karbondioksiti adsorbe etmesidir. Yani çınar ağaçları yakıldığında, çınar ağacının büyümesi sırasında emdiği CO2 miktarının aynısı atmosfere salınır. Fosil yakıtları yaktığımızda atmosferdeki CO2 içeriğini arttırıyoruz ve bu Asıl sebep küresel ısınma.

Yeni yakıt, değerli bir yenilenebilir enerji kaynağı olarak umut vaat ediyor ve gelecekte daha da önemli hale gelecek. Zaten bugün, örneğin, Avrupa'nın çınar ağacındaki en büyük enerji santrali Simmering'de (Avusturya) bulunmaktadır. Gücü 66 MW olup, 100 km yarıçapında burada yetişen çınarın yıllık tüketimi 190 bin tondur. Almanya'da ise enerji ormanlarının kapasitesi yılda 20 milyon metreküp oduna ulaşıyor.

Yeni yakıtlar

Ev ısı enerjisinin "odunlaştırılması"nı destekleyen Amerikalılar, Avrupalı meslektaşları tarafından da desteklenmektedir. Örneğin, 1988'de Belçika'da Saar gazetesi, odun kullanımına alternatif olarak geleceğin doğal yakıtı olarak adlandırılan bir makale yayınladı. petrol ürünleri. Atık kağıdın aynı amaçlarla kullanılması önerilmektedir. Zaten oradaki mağazalarda satılıyor el basın kalorifik değeri bakımından linyitten daha düşük olmayan atık kağıttan briket üretimi için.

Ayrıca özel olarak satın alabilirsiniz ekonomik sobalar tasarımı ısının dışarı kaçmasını önleyen gaz jeneratörü prensibiyle çalışan baca. Yakacak odun ve atık kağıt briketleri bu ocakta çok yavaş yanar: bir demet - 8 saatte. Bu durumda yakacak odun tamamen yanar, atmosfere kül ve is salınmaz. Bu tür sobalarla tesislerin ısıtılması çok karlı çünkü benzer kalori içeriğine sahip bir kilogram yakacak odun, depolanması da özel yakıt kapları gerektiren bir litre sıvı yakıttan 10 kat daha az maliyetlidir.

Hızlı büyüyen kahverengi algler başka bir grup Amerikalı bilim insanının dikkatini çekti. Deniz bitkilerinin bakteriler kullanılarak metan gazına dönüştürülmesi öneriliyor. Petrol benzeri maddelerin ısıtılarak da elde edilmesi mümkündür. Hesaplamalara göre okyanusta bulunan 40 bin hektarlık ekili alana sahip doğal bir çiftlik, gelecekte 50 bin nüfuslu bir şehre enerji sağlayabilecek. Fransa'dan bilim insanları, tek hücreli alglerin alternatif yakıt olarak kullanılmasını öneriyor. Bu mikroskobik organizmaların yaşam süreçleri boyunca hidrokarbon saldıkları ortaya çıktı. Algleri özel kaplarda yetiştirip onlara tedarik ederek karbon dioksit ve mineral tuzlardan düzenli olarak “hidrokarbon hasadı” yapabilir ve doğal yakıt elde edebilirsiniz.

Güney Amerika'nın tropik bölgelerinde, Filipinler'de de doğal "benzin istasyonu benzin istasyonları" bulunmuştur. Bazı sarmaşık türleri ve tropik ağaçlar, damıtılması bile gerekmeyen doğal yakıt - "dizel yakıt" içerir. Lianas, araba motorlarında iyi yanar ve benzine göre daha az toksik bir egzoz üretir. Palmiye yağı, dizel yakıt elde edilmesinin nispeten kolay olduğu yakıt üretimi için de uygundur.

Ancak şimdilik bunların hepsi bilim kurgu alanında. Daha gerçekçi bir proje ise kömürden sentetik yakıt üretmek. ABD'li bilim adamları tarafından oldukça basit bir yöntem geliştirildi. Kömür ezilir, bir çözücü ile işlenir ve elde edilen karışıma hidrojen eklenir. Bir ton kömürden yaklaşık 650 litre sentetik yakıt elde ediliyor ve bundan sentetik benzin üretilebiliyor.

ABD'li bilim adamları kömür damarlarının yeraltında gazlaştırılmasıyla ciddi şekilde ilgileniyorlar. Piroliz ile %40 metan gazı, %45 kok ve %3 sıvı yakıt elde edilir. Uzmanlar geleceğin yakıtını çöpten elde etmenin tamamen beklenmedik bir yolunu geliştirdiler. Manyetik ve manyetik olmayan metaller ilk önce insan atıklarından çıkarılıyor ve daha sonra eritme işlemine gönderiliyor. Yeni teknoloji Atık camın geri dönüştürülmesi, orijinal hammaddeden daha ucuz ve daha kaliteli olan parçalardan cam elde edilmesini sağlar. Geriye kalan atıklar ise kok, metan gazı ve sıvı yakıta dönüştürülüyor. "Çöp" petrol ürünleri pilot tesislerde test edildi - bu şekilde bir ton çöpten 6 ila 20 dolar arasında mükemmel bir şekilde yanıyorlar. 1976 - 1977'de San Diego'da özel bir atık geri dönüşüm tesisi faaliyete geçti.

Ancak İngiltere'de benzer bir sorun üzerinde başarılı bir şekilde çalışıyorlar. Burada, enjekte edilen oksijenin yanması sırasında yüksek sıcaklıkların etkisi altında, sentetik petrol ürünleri ve hidrojenli metan gazının atıklardan (plastik ambalajlar ve şişeler, gıda atıkları, vb.) elde edildiği bir atık işleme tesisi geliştirilmiş ve şu anda faaliyet göstermektedir. gazete kırıntıları, paçavralar vb.) . Sıvı sentetik yakıt ve gazın tanklarda depolanması ve kısmen dizel işletimi için, kısmen de elde edilebileceği kırık camların eritilmesi için kullanılması gerekiyor. yapı taşları. Gelecekte atıkların eski yüksek fırınlarda işlenmesi planlanıyor. Bu verecek yüksek performans, yeni atık yakma tesislerinin inşasında zamandan ve paradan tasarruf sağlar. Deneylerin gösterdiği gibi, kalan cüruf da kullanılacaktır - beton işleri yaparken çakılın değiştirilmesi için uygundur.

Sentetik benzin üretmenin iki yolu daha var. Fransız mühendis A. Roethlisberger, kuru mısır saplarından alternatif bir benzin elde etti. Yazar, geleceğin 98 oktanlı yeni yakıtının saman, talaş, sebze üstleri ve diğer atıklardan üretilebileceğini iddia ediyor. selüloz lifleri. Devlet kurumlarının baskısı altında mucit, yeni yakıtı sentezleme teknolojisini sınıflandırdı, ancak yeni benzinin kalitesinin büyük ölçüde selülozdan elde edilen alkollere ve izopropinil eterlere eklenen karmaşık dengeleyici katkı maddelerine bağlı olduğu biliniyor. Yeni alternatif yakıt patlamaz ve dumansız, kokusuz yanar. Normal benzinle istenilen oranda karıştırılabilir. Aynı zamanda gelecekte motorlarda tasarım değişikliği yapılmasına gerek kalmayacak. Fransa sonunda yeni benzin üretimini yılda 20 milyon tona çıkarmayı planlıyor.

Yapay benzinin bir başka mucidi de İsviçre'de yaşıyor. Başlangıç malzemesi talaş, mısır kabuğu ve plastik torbalardır. Ancak sorun şu ki, "geleceğin benzini" kaçak içki gibi kokuyor Mucit, her iki üretim için de %8 vergi ödemek zorunda. alkollü içecekler. Bununla birlikte, 1 litre yapay "geleceğin benzini" şimdikinden 2 kat daha ucuzdur ve araba yeni gibi düzgün çalışır.

Mucitlerin geliştirmeleri yapay benzinle sınırlı değildir; evsel amaçlar için hidrokarbon gazı üretimine yönelik orijinal yöntemler de önerilmektedir. Bunlardan biri Almanya'da geliştirildi. Yeni bir kaynak olarak alternatif enerji geleceğin hayali Schwerborn banliyö kasabasındaki bir çöplüktür. Depolama alanını doldururken altına bir gaz kuyusu ve boru hattı ağı döşendi. 1 kg çöpün 100 litresi metan olmak üzere 200 litreye kadar gaz ürettiği ortaya çıktı. Şu ana kadar depolama sahasından saatte 40 m3 gaz “çıkarılıyor”.
Yeni yakıt üretim tesislerini ısıtıyor. Köyün ısıtılması için alternatif yakıtlar kullanılarak ısıtma tesisi kurulması planlanıyor. Hesaplamalara göre alternatif yakıt elde etmenin maliyeti 3,5 yılda kendini amorti edecek.

İkinci yöntem daha da beklenmedik. Teklif, Kerala eyaletindeki (Hindistan) Ottapalam yetkilileri tarafından yapıldı. Yeni yakıtın tarifi şu şekildedir: Kuyu inek gübresi ile doldurulur ve hava geçirmez şekilde kapatılır. Fermantasyon sırasında oluşan gaz, bağlı borular aracılığıyla gaz sobaları evlerde. Böyle bir biyogaz tesisi, ailenin ev kullanımı için biyoenerji ihtiyacını tam olarak karşılıyor. Bugün Hindistan'da 53 model biyogaz sistemi geliştirilmiş ve kullanılmaktadır. Yaklaşık 3,5 milyon aile tarafından etkin bir şekilde kullanılıyor. Ülke hükümeti biyogaz tesislerinin yayılmasını aktif olarak destekliyor. Bu şimdiden yılda yaklaşık 1,2 milyar rupi tasarruf sağlıyor.

Güneş enerjisi - geleceğin teknolojisi

Yazının başında çeşitli yeni enerji teknolojilerinden bahsetmiştik. Fotovoltaik sistemler (veya güneş panelleri) günümüzde kullanılan bir diğer “geleceğin teknolojisi”dir.

Artık pek çok kişi evleri ve ofis binaları için birincil veya yedek elektrik kaynağı olarak güneş panellerini kullanıyor. Yakın zamanda denizde bulunduysanız navigasyon şamandıralarının da enerji harcadığını fark etmişsinizdir. Solar paneller. Uzun zamandır ordu tarafından "benimsendiler": Çöl Fırtınası Operasyonu sırasında saha radyoları hafif ECD güneş pilleriyle donatıldı.

Güneş panellerinin kullanımı gelecekte daha da artacak. Son zamanlarda ECD, Texaco ile işbirliği içinde, Bakersfield, Kaliforniya'daki iki yüz dönümlük bir petrol sahasındaki petrol üretim ekipmanına güç sağlamak için güneş enerjisi teknolojisi önerdi. Daha önce, üç varil petrol üretmek için bir varil buhar jeneratöründe yakılıyordu. Güneş enerjisinin kullanılması yalnızca yenilenemeyen kaynakların tüketimini azaltmakla kalmayacak, aynı zamanda zararlı emisyonları ve gürültüyü de azaltacaktır.

İyi çalışmanızı bilgi tabanına göndermek basittir. Aşağıdaki formu kullanın

Bilgi tabanını çalışmalarında ve çalışmalarında kullanan öğrenciler, lisansüstü öğrenciler, genç bilim insanları size çok minnettar olacaklardır.

http://www.allbest.ru/ adresinde yayınlandı

Bütçe mesleki eğitim kurumu

Voronej bölgesi

Rossoshansky Tıp Fakültesi

Konu: “Petrol, doğal ve ilgili petrol gazı ve kömür”

101. gruptaki bir öğrenci tarafından tamamlandı

Kovalskaya Victoria

Öğretmen tarafından kontrol edildi: Grineva N.A.

Rossoş 2015

giriiş

Petrol, doğal ve ilgili gazlar, kömür.

Hidrokarbonların ana kaynakları doğal ve ilgili petrol gazları, petrol ve kömürdür.

petrol gazı kömürün çatlaması

Petrol, koyu kahverengi renkte, yoğunluğu 0,70 - 1,04 g/cm3 olan sıvı bir fosil yakıttır. Petrol, esas olarak sıvı hidrokarbonlar olmak üzere karmaşık bir madde karışımıdır. Yağların bileşimi parafinik, naftenik ve aromatiktir. Ancak en yaygın yağ türü karışıktır. Yağ, hidrokarbonlara ek olarak, organik oksijen ve kükürt bileşiklerinin safsızlıklarının yanı sıra içinde çözünmüş su ve kalsiyum ve magnezyum tuzlarını da içerir. Yağ ayrıca kum ve kil gibi mekanik yabancı maddeleri de içerir. Petrol, yüksek kaliteli motor yakıtları üretmek için değerli bir hammaddedir. Su ve diğer istenmeyen yabancı maddelerden arındırıldıktan sonra yağ işlenir. Petrol rafinasyonunun ana yöntemi damıtmadır. Yağı oluşturan hidrokarbonların kaynama noktalarının farklılığına dayanmaktadır. Petrol yüzlerce içerdiğinden çeşitli maddeler Birçoğu benzer kaynama noktalarına sahip olduğundan, tek tek hidrokarbonların izolasyonu neredeyse imkansızdır. Bu nedenle damıtma yoluyla yağ, oldukça geniş bir sıcaklık aralığında kaynayan fraksiyonlara bölünür. Normal basınçta damıtılarak yağ dört fraksiyona ayrılır: benzin (30-180 °C), kerosen (120-315 °C), dizel (180-350 °C) ve akaryakıt (damıtma sonrası kalıntı). Daha dikkatli bir damıtma ile bu fraksiyonların her biri daha dar birkaç fraksiyona bölünebilir. Böylece, benzin fraksiyonundan (C5 - C12 hidrokarbonlarının bir karışımı), petrol eteri (40-70 °C), benzinin kendisi (70-120 °C) ve nafta (120-180 °C) izole edilebilir. Petrol eteri pentan ve heksan içerir. Yağlar ve reçineler için mükemmel bir çözücüdür. Benzin, pentanlardan dekanlara kadar dallanmamış doymuş hidrokarbonlar, sikloalkanlar (siklopentan ve sikloheksan) ve benzen içerir. Benzin, uygun işlemlerden sonra uçak ve otomobillerde yakıt olarak kullanılır.

BUZ. C8 - C14 hidrokarbonları ve kerosen (C12 - C18 hidrokarbonların bir karışımı) içeren nafta, evlerin ısıtılmasında yakıt olarak kullanılır ve aydınlatma armatürleri. Büyük miktarlarda gazyağı (iyice saflaştırıldıktan sonra) jet uçakları ve füzeler için yakıt olarak kullanılır.

Yağın damıtılmasının dizel kısmı dizel motorlar için yakıttır. Fuel oil, yüksek kaynama noktalı hidrokarbonların bir karışımıdır. Yağlama yağları, yakıtın indirgenmiş basınç altında damıtılmasıyla elde edilir. Akaryakıtın damıtılmasından elde edilen kalıntıya katran denir. Ondan bitüm elde edilir. Bu ürünler yol yapımında kullanılmaktadır. Fuel oil aynı zamanda kazan yakıtı olarak da kullanılmaktadır.

Petrol rafinasyonunun ana yöntemi Farklı türdeçatlama, yani Yağ bileşenlerinin termokatalitik dönüşümü. Aşağıdaki ana çatlama türleri ayırt edilir.

Termal çatlama - hidrokarbonların bölünmesi, yüksek sıcaklıkların (500-700 oC) etkisi altında meydana gelir. Örneğin, doymuş hidrokarbon molekülü C10H22'den pentan ve penten dekan molekülleri oluşur:

С10Н22 >С5Н12 + С5Н10

pentan penten

Katalitik kırma da yüksek sıcaklıklarda gerçekleştirilir, ancak bir katalizörün varlığında, işlemin kontrol edilmesini ve uygun şekilde yürütülmesini mümkün kılar. doğru yolda. Yağı kırarken, endüstriyel organik sentezde yaygın olarak kullanılan doymamış hidrokarbonlar oluşur.

Doğal ve ilgili petrol gazları

Doğal gaz. Doğal gazın büyük bir kısmı metandan (yaklaşık %93) oluşur. Doğal gaz, metanın yanı sıra diğer hidrokarbonların yanı sıra nitrojen, CO2 ve sıklıkla hidrojen sülfür de içerir. Doğal gaz yandığında çok fazla ısı üretir. Bu yönüyle diğer yakıt türlerine göre oldukça üstündür. Bu nedenle doğal gazın toplam miktarının %90'ı yerel elektrik santrallerinde, sanayi kuruluşlarında ve günlük yaşamda yakıt olarak tüketilmektedir. Geriye kalan %10'luk kısım ise kimya endüstrisi için değerli bir hammadde olarak kullanılmaktadır. Bu amaçla doğalgazdan metan, etan ve diğer alkanlar ayrıştırılır. Metandan elde edilebilecek ürünler endüstriyel açıdan büyük öneme sahiptir.

İlgili petrol gazları. Yağda basınç altında çözünürler. Yüzeye çıkarıldığında basınç düşer ve çözünürlük azalır, bu da yağdan gazların salınmasına neden olur. İlişkili gazlar metan ve onun homologlarının yanı sıra yanıcı olmayan gazlar (nitrojen, argon ve CO2) içerir. İlgili gazlar, gaz işleme tesislerinde işlenir. Bunlardan metan, etan, propan, bütan ve karbon atomu sayısı 5 veya daha fazla olan hidrokarbonlar içeren gazlı benzin üretirler. Etan ve propan, doymamış hidrokarbonlar (etilen ve propilen) üretmek üzere hidrojenden arındırılır. Ev yakıtı olarak propan ve bütan (sıvılaştırılmış gaz) karışımı kullanılır. İçten yanmalı motoru çalıştırırken ateşlemeyi hızlandırmak için normal benzine benzin eklenir.

Kömür

Kömür. Kömürün işlenmesi üç ana yönde gerçekleşir: koklaşma, hidrojenasyon ve eksik yanma. Koklaşma, kok fırınlarında 1000-1200 °C sıcaklıkta gerçekleşir. Bu sıcaklıkta, oksijene erişimi olmayan kömür karmaşık kimyasal dönüşümlere uğrar ve bunun sonucunda kok ve uçucu ürünler oluşur. Soğutulan kok metalurji tesislerine gönderilir. Uçucu ürünler (kok fırını gazı) soğutulduğunda kömür katranı ve amonyak suyu yoğunlaşır. Amonyak, benzen, hidrojen, metan, CO2, nitrojen, etilen vb. yoğunlaşmaz. Bu ürünlerin bir sülfürik asit çözeltisinden geçirilmesiyle, amonyum sülfat açığa çıkar ve bu madde olarak kullanılır. mineral gübre. Benzen çözücüye emilir ve çözeltiden damıtılır. Daha sonra kok fırını gazı yakıt olarak veya kimyasal hammadde olarak kullanılır. Küçük miktarlarda (%3) kömür katranı elde edilir. Ancak üretim ölçeği göz önüne alındığında, kömür katranı bir dizi organik maddenin üretimi için hammadde olarak değerlendirilmektedir. 350 °C'de kaynayan ürünleri reçineden çıkarırsanız, geriye katı bir kütle - zift kalır. Vernik yapımında kullanılır. Kömürün hidrojenlenmesi, 400-600 °C sıcaklıkta, 25 MPa'ya kadar hidrojen basıncı altında, bir katalizör varlığında gerçekleştirilir. Bu, motor yakıtı olarak kullanılabilecek bir sıvı hidrokarbon karışımı üretir. Bu yöntemin avantajı, düşük dereceli kahverengi kömürün hidrojenlenmesi olasılığıdır. Kömürün eksik yanması karbon (II) monoksit üretir. Geleneksel veya geleneksel bir katalizör (nikel, kobalt) üzerinde yüksek tansiyon Hidrojen ve CO'dan doymuş ve doymamış hidrokarbonlar içeren benzin elde edilebilir:

nCO + (2n+1)H2 > CnH2n+2 + nH2O;

nCO + 2nH2 > CnH2n + nH2O.

Kömürün kuru damıtılması 500-550 ° C'de yapılırsa, inşaat sektöründe çatı kaplama ve su yalıtım kaplamalarının (çatı kaplama keçesi, çatı kaplama keçesi) üretiminde bağlayıcı malzeme olarak bitümle birlikte kullanılan katran elde edilir. , vesaire.).

Bugün ciddi bir çevre felaketi tehlikesi var. Yeryüzünde doğanın faaliyetten zarar görmediği neredeyse hiçbir yer yoktur endüstriyel Girişimcilik ve insan hayatı. Petrol damıtma ürünleriyle çalışırken bunların toprağa ve su kütlelerine girmediğinden emin olmanız gerekir. Petrol ürünlerine doymuş toprak onlarca yıl boyunca verimliliğini kaybeder ve onu eski haline getirmek çok zordur. Yalnızca 1988 yılında petrol boru hatları hasar gördüğünde yaklaşık 110.000 ton petrol en büyük göllerden birine aktı. Değerli balık türlerinin yumurtladığı nehirlere akaryakıt ve petrolün boşaltıldığı trajik vakalar yaşanıyor. Kömürle çalışan termik santraller hava kirliliği açısından ciddi bir tehdit oluşturuyor; kirliliğin ana kaynağı bunlar. Nehir ovalarında çalışan hidroelektrik santraller rezervuarlar üzerinde olumsuz etkiye sahiptir. Karayolu taşımacılığının, benzinin eksik yanmasından kaynaklanan ürünlerle atmosferi yoğun şekilde kirlettiği iyi bilinmektedir. Bilim adamları çevre kirliliğinin derecesini en aza indirme göreviyle karşı karşıyadır.

Çözüm

Doğal yağ her zaman su, mineral tuzları ve çeşitli mekanik yabancı maddeleri içerir. Bu nedenle işleme giriş yapmadan önce, doğal yağ dehidrasyon, tuzdan arındırma ve bir dizi başka ön işlemden geçer.

Yağ damıtmanın özellikleri:

1. Laboratuarda yapıldığına benzer şekilde, petrolden bir fraksiyonun birbiri ardına damıtılmasıyla petrol ürünleri üretme yöntemi. endüstriyel koşullar kabul edilemez.

2. Çok verimsizdir, yüksek maliyet gerektirir ve hidrokarbonların moleküler ağırlıklarına göre yeterince net bir şekilde fraksiyonlara dağılımını sağlamaz.

Sürekli çalışan borulu tesislerde yağın damıtılması yöntemi tüm bu dezavantajlara sahip değildir:

1. Tesis, yağı ısıtmak için bir tüp fırından oluşur ve Damıtma sütunu yağın fraksiyonlara (damıtma ürünleri) ve kaynama noktalarına göre ayrı hidrokarbon karışımlarına (benzin, nafta, kerosen vb.) bölündüğü;

2. Bir tüp fırında, bobin şeklinde uzun bir boru hattı düzenlenir;

3. Soba, akaryakıt veya gaz yakılarak ısıtılır;

4. Yağ, 320-350 °C'ye ısıtıldığı boru hattından sürekli olarak beslenir ve sıvı ve buhar karışımı halinde damıtma kolonuna girer.

Doğal gazın özellikleri.

1. Ana bileşen doğal gaz - metan.

2. Doğal gazda metanın yanı sıra etan, propan ve bütan da bulunur.

3. Genel olarak hidrokarbonun molekül ağırlığı ne kadar yüksek olursa, doğal gazda o kadar az bulunur.

4. Farklı alanlardan elde edilen doğal gazın bileşimi aynı değildir. Ortalama bileşimi (hacimce yüzde olarak) aşağıdaki gibidir: a) CH4 - 80-97; b) C2H6 - 0,5-4,0; c) C3H8 - 0,2-1,5.

5. Yakıt olarak doğalgazın katı ve sıvı yakıtlara göre büyük avantajları vardır.

6. Yanma ısısı çok daha yüksektir, yandığında kül bırakmaz.

7. Yanma ürünleri çevre açısından çok daha temizdir.

8. Doğal gaz, termik santrallerde, fabrika kazan tesislerinde ve çeşitli endüstriyel fırınlarda yaygın olarak kullanılmaktadır.

Doğal gaz kullanma yöntemleri

1. Doğal gazın yüksek fırınlarda yakılması kok tüketimini azaltabilir, dökme demirdeki kükürt içeriğini azaltabilir ve fırın verimliliğini önemli ölçüde artırabilir.

2. Evde doğal gaz kullanımı.

3. Günümüzde araçlarda (silindirlerde) kullanılmaya başlanmıştır. yüksek basınç), benzinden tasarruf etmenize, motor aşınmasını azaltmanıza ve yakıtın daha eksiksiz yanması sayesinde havayı daha temiz tutmanıza olanak tanır.

4. Doğal gaz kimya sektörü için önemli bir hammadde kaynağıdır ve bu konudaki rolü artacaktır.

5. Metandan hidrojen, asetilen ve is üretilir.

İlgili petrol gazının özellikleri:

1. İlgili petrol gazı da doğal gaz kökenlidir;

2. Petrol ile birlikte birikintilerde bulunduğu için özel bir isim almıştır - içinde çözünmüştür ve yağın üzerinde yer alarak bir gaz "kapağı" oluşturur; 3) Petrol yüzeye çıkarıldığında basınçta keskin bir düşüş nedeniyle ondan ayrılır.

İlişkili petrol gazını kullanma yöntemleri.

1. Daha önce ilgili gaz kullanılmıyordu ve sahada hemen alevlendiriliyordu.

2. Doğal gaz gibi iyi bir yakıt ve değerli bir kimyasal hammadde olduğu için artık giderek daha fazla yakalanıyor.

3. İlgili gazın kullanım olanakları doğal gazdan çok daha geniştir; Metanın yanı sıra önemli miktarda başka hidrokarbonlar da içerir: etan, propan, bütan, pentan.

Kömür:

Kömür insanoğlunun en değerli yakıt ve enerji kaynaklarından biridir. Bazen taşlaşmış güneş ışığı denir. 210-280 milyon yıl önce Karbonifer döneminde meydana gelen devasa ölü ağaç ve ot kütlelerinin uzun süreli ayrışması ve kimyasal dönüşümü sonucu, bu hammaddenin bugünkü rezervlerinin büyük çoğunluğu yer altı sularında birikmiştir. derinlikler. Dünya rezervleri 15 trilyon tonu aşıyor. Gezegenimizde diğer minerallerden çok daha fazla kömür çıkarılıyor: yılda yaklaşık 2,5 milyar ton, yani Dünya'da yaşayan her kişi için yaklaşık 700 kg.

Kömürün kullanımı çok çeşitli ve geniştir. Termik santrallerde elektrik üretmek amacıyla kullanıldığı gibi, diğer enerji amaçlarıyla da yakılmaktadır; Metalurjik üretim için kok elde edilir ve kimyasal işlemler sırasında yaklaşık 300 farklı endüstriyel ürün üretilir. İÇİNDE Son zamanlarda Kömür tüketimi yeni amaçlar için artıyor - kaya mumu, plastik, gazlı yüksek kalorili yakıtlar, yüksek karbonlu karbon-grafit kompozit malzemeler, nadir elementler - germanyum ve galyum elde etmek.

Yüzyıllar boyunca kömür, ana teknolojik ve enerji yakıtı türlerinden biri olmuştur ve olmaya devam etmektedir ve kimya endüstrisi için hammadde olarak önemi giderek artmaktadır. Bu nedenle giderek daha fazla yeni kömür yatakları araştırılıyor, çıkarılması için taş ocakları ve madenler inşa ediliyor.

Kaynakça

1. Alena Igorevna Titarenko. Organik Kimya Hileleri

Allbest.ur'da yayınlandı

Benzer belgeler

Doğal gazın ana halleri, dünyanın bağırsaklarında ve okyanuslarda ve kıtaların permafrost bölgelerinde gaz hidratları şeklinde meydana gelir. Doğal gazın kimyasal bileşimi ve fiziksel özellikleri, yatakları ve üretimi. İlgili petrol gazının kullanımı.

sunum, eklendi: 03/08/2011

İlgili petrol gazı arıtma tesislerinin amaç ve hedefleri, ana süreçleri ve teknolojik şemaları. Gazın, gaz yoğunlaşması, yağ, damlacık, ince, aerosol nemi ve mekanik çamur safsızlıklarından arındırılması için yöntemler. Absorbsiyon gazı saflaştırması.

özet, 01/11/2013 eklendi

Sentez gazı üretme yöntemleri, kömürün gazlaştırılması. Kömürün gazlaştırılmasında yeni mühendislik çözümleri. Metanın sentez gazına dönüştürülmesi. Fischer-Tropsch sentezi. Sürecin donanım ve teknik tasarımı. Sentez gazından elde edilen ürünler.

tez, eklendi: 01/04/2009

Fiziksel özellikler ve kimyasal özellikler damıtma sırasında yağ, üretimi, bileşimi ve fraksiyon çeşitleri. Petrol rafinasyonunun özellikleri, katalitik parçalama ve koklaştırmanın özü. Yağ uygulaması ve ekolojik sorunlar petrol Rafinerileri.

sunum, 16.05.2013 eklendi

Doğal gaz, birçok ülkenin yakıt ve enerji dengelerinde kilit rol oynayan en önemli fosil yakıtlardan biridir. Petrol üretimi sırasında yan ürün olarak ilgili petrol gazları. Gazların çıkarılması, işlenmesi, taşınması ve kullanılması.

sunum, 01/08/2012 eklendi

Katalizörlerin temel fonksiyonları, özellikleri ve çalışma prensiplerinin incelenmesi. Petrol ve gaz işlemede katalizörlerin önemi. Petrol rafinasyonunun ana aşamaları, katalizör kullanımının özellikleri. Petrol rafinasyonu için katı katalizörlerin hazırlanmasının temelleri.

özet, 05/10/2010 eklendi

Petrol rafinasyonunun birincil ve ana yöntemleri. Benzin ve diğer hafif ürünlerin veriminin arttırılması. Petrol hammaddelerinin tahrip edici işlenmesi süreçleri. Doğrudan yarış ürünlerinin bileşimi. Çatlama işleminin türleri. Bir kırma ünitesinin teknolojik diyagramı.

kurs çalışması, eklendi 03/29/2009

"Petrol gazları" kavramının özü. Özellik ilgili petrol gazlarının bileşimi. Petrol ve gaz bulmak. Gaz üretiminin özellikleri. Gaz benzini, propan-bütan fraksiyonu, kuru gaz. İlgili petrol gazlarının uygulanması. APG'yi kullanma yolları.

sunum, 18.05.2011 eklendi

Fizikokimyasal özellikler yağ. Damıtma yöntemleri, avantajları ve dezavantajları. Teknolojik parametrelerin bu süreç üzerindeki etkisi. Atmosferik vakumlu damıtma tesisinde elde edilen petrol ürünlerinin özellikleri ve uygulaması.

kurs çalışması, eklendi 03/05/2015

Organik bileşiklerin üretiminde hammadde olarak yağın kullanımının tarihçesi. Ana bölgeler ve petrol sahaları. Petrol fraksiyonları, işleme hazırlığının özellikleri. Çatlamanın özü, petrol ürünleri çeşitleri ve benzin çeşitleri.

Aşağıdaki materyaller ilginizi çekebilir