Полезные ископаемые нефть газ каменный уголь относятся к

Споры о форме Земли не умаляют значения ее содержимого. Самым главным ископаемым всегда были подземные воды. Они обеспечивают первоочередную потребность человеческого организма. Однако без ископаемого топлива, которое является основным поставщиком энергии для цивилизации людей, жизнь человека представляется совершенно другой.

Топливо – источник энергии

Среди всех ископаемых, сокрытых в недрах Земли, топливо относится к горючему (или осадочному) виду.

Основа горючих веществ углеводородная, поэтому одним из эффектов реакции горения является выделение энергии, которую легко можно использовать для улучшения комфортности жизни человека. За последнее десятилетие около 90% всей используемой на Земле энергии было произведено при помощи ископаемого топлива. Этот факт заставляет о многом задуматься, если учесть, что богатства недр планеты относятся к невозобновляемым источниками энергии и со временем истощаются.

Виды топлива

Поставщиком всех видов ископаемого топлива являются нефть, уголь и природный газ.

Краткая характеристика полезных ископаемых, используемых как топливо

Сырьем для производства энергоносителей являются нефть, уголь, горючие сланцы, природный газ, газовые гидраты, торф.

Нефть – жидкость, относящаяся к горючим (осадочным) ископаемым. Состоит из углеводородов и иных химических элементов. Цвет жидкости, в зависимости от состава, варьируется между светло-коричневым, темно-коричневым и черным цветами. Редко встречаются составы желто-зеленого и бесцветного окраса. Наличие в нефти азота, серы и кислородосодержащих элементов определяют ее цвет и запах.

Уголь – название латинского происхождения. Carbō – международное название углерода. В составе присутствуют битумные массы и остатки растений. Это органическое соединение, ставшее объектом медленного разложения под действием внешних факторов (геологических и биологических).

Горючие сланцы, как и уголь, являются представителем группы твердых горючих ископаемых, или каустобиолитов (что в дословном переводе с греческого языка звучит как «горючий жизненный камень»). При сухой перегонке (под воздействием высоких температур) образовывает смолы, близкие по своему химическому составу к нефти. В составе сланцев преобладают минеральные вещества (кальцид, доломит, кварц, пирит и др.), но присутствуют и органические (кероген), которые только в породах высокого качества достигают 50% всего состава.

Природный газ – газообразное вещество, образовывающееся при разложении органических веществ. В недрах Земли встречаются три вида накопления смесей газов: отдельные скопления, газовые шапки нефтяных месторождений и в составе нефти или воды. При оптимальных климатических условиях вещество находится только в газообразном состоянии. Возможно нахождение в земных недрах в виде кристаллов (естественные газогидраты).

Газовые гидраты – кристаллические образования, образующиеся из воды и газа при определенных условиях. Относятся к группе соединений переменного состава.

Торф – рыхлая порода, используемая как топливо, теплоизоляционный материал, удобрение. Является газоносным полезным ископаемым, применяется в качестве топлива во многих регионах.

Происхождение

Все, что современный человек добывает в недрах земли, относится к невозобновляемым природным ресурсам. Для их появления потребовались миллионы лет и особые геологические условия. Большое количество ископаемого топлива образовалось в мезозое.

Нефть – согласно биогенной теории ее происхождения, образование длилось на протяжении сотен миллионов лет из органических веществ осадочных пород.

Уголь – образовывается при условии, что разлагающийся растительный материал пополняется быстрее, чем происходит его разложение. Подходящим местом для такого процесса являются болота. Стоячая вода предохраняет пласт растительной массы от полного разрушения бактериями посредством малого содержания в ней кислорода. Уголь делится на гумусовый (происходит из остатков древесины, листьев, стеблей) и сапропелитовый (образован в основном из водорослей).

Сырьем для образования угля можно назвать торф. При условии погружения его под слои наносов происходит потеря воды и газов под воздействием сжатия и образование угля.

Горючие сланцы – органическая составляющая образована при помощи биохимических преобразований простейших водорослей. Делится на два вида: талломоальгинит (содержит водоросли с сохранной клеточной структурой) и коллоальгинит (водоросли с потерей клеточной структуры).

Природный газ – согласно все той же теории биогенного происхождения ископаемых, природный газ образуется при больших показаниях давления и температуры, нежели нефть, что доказывается более глубоким залеганием месторождений. Образовываются же они из одинакового природного материала (останки живых организмов).

Газовые гидраты – это такие образования, для появления которых необходимы специальные термобарические условия. Поэтому образовываются они в основном на морских донных осадках и мерзлых породах. Также могут образовываться на стенках труб при добыче газа, в связи с чем ископаемое подогревают до температуры выше гидратообразования.

Торф – образовывается в условиях болот из не полностью разложившихся органических остатков растений. Откладывается на поверхности почвы.

Добыча

Каменный уголь и природный газ различаются не только способами подъема на поверхность. Глубже остальных расположены месторождения газа – от одного до нескольких километров вглубь. Находится вещество в порах коллекторов (пласт, содержащий природный газ). Силой, заставляющей подниматься вещество вверх, является разность давления в подземных пластах и системе сбора. Добыча происходит при помощи скважин, которые стараются распределить равномерно на протяжении всего месторождения. Добыча топлива, таким образом, позволяет избежать перетоков газа между участками и несвоевременного обводнения залежей.

Технологии добычи нефти и газа имеют некоторые сходства. Виды нефтедобычи различают по способам поднятия вещества на поверхность:

• фонтан (технология, схожая с газовой, основана на разности давления под землей и в системе доставки жидкости);
• газлифт;
• при помощи электроцентробежного насоса;
• с установкой электровинтового насоса;
• штанговые насосы (иногда соединенные с наземным станком-качалкой).

Способ добычи зависит от глубины залегания вещества. Вариантов поднятия нефти на поверхность огромное множество.

Способ разработки угольного месторождения также зависит от особенностей залегания угля в грунте. Открытым способом ведут разработку при нахождении ископаемого на уровне ста метров от поверхности. Часто производится смешанный тип добычи: вначале открытым способом, затем – подземным (при помощи забоев). Угольные залежи богаты иными ресурсами потребительской значимости: это ценные металлы, метан, редкие металлы, подземные воды.

Сланцевые месторождения разрабатываются или шахтным способом (считается низкоэффективным) или добычей в пласте, при нагревании породы под землей. В связи со сложностью технологии добыча ведется в очень ограниченных количествах.

Добыча торфа ведется при помощи осушения болот. Вследствие появления кислорода активизируются аэробные микроорганизмы, разлагающие его органическое вещество, что приводит к выделению углекислого газа с огромной скоростью. Торф – самый дешевый вид топлива, его добыча ведется постоянно с соблюдением определенных правил.

Извлекаемые запасы

Одна из оценок благосостояния общества производится по потреблению топлива на душу населения: чем больше потребление, тем комфортнее живут люди. Этот факт (и не только) заставляет человечество увеличивать объемы добычи топлива, влияя на ценообразование. Стоимость нефти сегодня определяется таким экономическим термином как «нетбэк». Этот термин подразумевает цену для нефтеперерабатывающего завода, в которую включены средневзвешенная стоимость нефтепродуктов (вырабатываемых из покупаемого вещества) и доставка сырья до предприятия.

Торговые биржи реализуют нефть по ценам СИФ, что в дословном переводе звучит как «стоимость, страхование и фрахт». Из этого можно сделать вывод, что стоимость нефти сегодня по котировкам сделок включает в себя цену сырья, транспортные расходы по его доставке.

Темпы потребления

С учетом возрастающих темпов потребления природных ресурсов дать однозначную оценку обеспеченности топливом на продолжительный период сложно. При существующей динамике добыча нефти в 2018 году составит 3 миллиарда тонн, что приведет к истощению мировых запасов на 80% уже к 2030 году. Обеспеченность черным золотом прогнозируется в пределах 55 – 50 лет. Природный газ может быть исчерпан через 60 лет при современных темпах потребления.

Запасов угля на Земле гораздо больше, нежели нефти, газа. Однако за последнее десятилетие его добыча увеличилась, и если темпы не спадут, то из запланированных 420 лет (существующие прогнозы) запасы истощатся за 200.

Влияние на окружающую среду

Активное использование ископаемого топлива приводит к увеличению выброса в атмосферу диоксида углерода (CO2), пагубное влияние на климат планеты которого подтверждено международными экологическими организациями. Если не сократить выбросы CO2, неизбежна экологическая катастрофа, начало которой могут наблюдать современники. По предварительным подсчетам, от 60% до 80% всех ископаемых запасов топлива должны остаться нетронутыми для стабилизации обстановки на Земле. Однако это не единственный побочный эффект использования ископаемого топлива. Сама добыча, транспортировка, переработка на НПЗ способствуют загрязнению окружающей среды куда более токсичными веществами. Примером может служить авария в Мексиканском заливе, приведшая к приостановке Гольфстрима.

Ограничения и альтернативы

Добыча горючих ископаемых – выгодный бизнес для компаний, главным ограничителем деятельности которых является истощаемость природных запасов. Обычно забывают упомянуть о том, что пустоты, образованные деятельностью человека в недрах земли, способствуют исчезновению пресной воды на поверхности и ее уходу в более глубокие слои. Исчезновение питьевой воды на Земле нельзя оправдать никакими преимуществами добычи горючих ископаемых. А оно произойдет, если человечество не займется рационализацией своего пребывания на планете.

Еще пять лет назад в Китае появились мотоциклы и автомобили с двигателями нового поколения (бестопливные). Но выпущены они были в строго ограниченном количестве (для определенного круга людей), а технология стала засекреченной. Это говорит лишь о недальновидности человеческой жадности, ведь если можно «делать деньги» на нефти и газе, никто не помешает нефтяным магнатам этим заниматься.

Заключение

Наряду с известными альтернативными (возобновляемыми) источниками энергии, существуют менее затратные, но засекреченные технологии. Все же их применение неизбежно должно войти в жизнь человека, иначе будущее станет не таким продолжительным и безоблачным, как его представляют себе «бизнесмены».

Углеводороды являются сложными органическими веществами. В природе углеводороды получают из полезных ископаемых – нефти, каменного угля, газа. Составляющие компоненты углеводородов – это атомы углерода и водорода. Все прочие углеродсодержащие вещества представляют собой производные углеводородов.
Основные природные углеводороды это:

• природный газ 
• ископаемые угли
• нефть.

Ископаемые угли

На нашей планете существует свыше 36 тысяч угольных бассейнов, а также месторождений. Все вместе они занимают 15% территории планеты Земля. Угольные бассейны простираются на тысячи километров. Существует три основных типа ископаемых углей:

• антрацит – наиболее старый из ископаемых углей. Имеет высокую плотность и блеск. В нем содержится примерно 95% углерода
• каменный уголь имеет в своем составе примерно 99% углерода. Этот вид ископаемого угля наиболее популярен в использовании 
• бурый уголь имеет гораздо меньше углерода в составе – всего 72%. Поскольку он является наиболее молодым из ископаемых углей, то в нем часто встречаются следы древесной структуры. Он характеризуется высоким уровнем гигроскопичности, а также высокой зольностью (от 7% до 38 %), по этой причине его используют исключительно в качестве местного топлива и сырья для химической переработки. При помощи процесса гидрогенизации из него создают ценные типы жидкого топлива: бензин и керосин.

В каменном угле находится много разных органических веществ. Присутствуют, конечно же, и неорганические, к примеру, вода, аммиак, сероводород, углерод. Наиболее часто каменный уголь перерабатывается методом коксования, в условиях температуры 10000 С. Результатом такого процесса является получение:

• коксового газа
• каменноугольной смолы 
• надсмольной или аммиачной воды
• кокса – твёрдого остатка коксования. Его можно назвать чистым углеродом.
• Кокс применяют во время создания чугуна и стали, аммиак – для изготовления азотных и комбинированных удобрений.
• Выше мы уже рассмотрели, какие существуют природные источники углеводородов, уголь из них сложнее всего добывать. Он является крайне грязным топливом. В процессе его добычи часто случаются взрывы и возгорания метана, а также происходит загрязнение окружающей среды. 

Нефть

Следующий природный углеводород – нефть, известен людям с древних времён. На берегах реки Евфрат ее добывали еще 6-7 тыс. лет до н. э. Применяли нефть для освещения жилищ, готовили из нее строительные растворы, а также использовали как лекарства и мази в процессе бальзамирования. Кроме этого, нефть была главным компонентом зажигательного средства, называемого “греческим огнем”.
На сегодняшний день разведано свыше 600 нефтегазоносных бассейнов. Разработки ведутся в 450 из них. При этом ученые считают, что всего в мире около 50 тысяч нефтяных месторождений.
Бывает легкая и тяжелая нефть. Извлечение легкой нефти происходит при помощи насосов или фонтанным методом. Из такого продукта создают главным образом бензин и керосин. Тяжелые сорта нефти часто разрабатывают шахтным способом (к примеру, в Республике Коми). Из нее создают битум, мазут, разные масла.
Нефть можно назвать самым универсальным топливом. Добывать ее довольно легко, поскольку для этого не нужно опускать под землю людей. Основным недостатком такого топлива можно назвать невысокую ресурсообеспеченность (примерно 50 лет).
Каждая капля нефти содержит свыше 900 разных химических соединений, больше половины Периодической системы элементов. Примечательно, что в сыром виде нефть совершенно не используют, применяют исключительно продукты нефтепереработки.
Переработка природных углеводородов, а именно нефти дает возможность получить большое количество крайне ценных продуктов. Результатом отгонки из нефти светлых продуктов является получение мазута. Его подвергают второй перегонке с целью получения смазочных масел. Неперегоняемая часть мазута – гудрон. Его применяют в строительной отрасли, а также в процессе асфальтирования дорог. Объем бензина не превышал 17-20% от массы сырой нефти. Однако, Владимир Шухов в 1891 году предложил вариант промышленного крекинга керосиновой фракции нефти. Таким образом, удалось повысить выход бензина до 65-70% (в перерасчёте на сырую нефть).
Добыча нефти связана с загрязнением окружающей среды. В результате аварий нефтеналивных танкеров, которые периодически происходят, берега покрываются слоем мазута, задыхаются рыбы и млекопитающие, гибнут птицы, когда их крылья вымазываются в мазут. К примеру, в 2007 году в Керченском проливе в воду вылились 2 тысячи тонн нефтепродуктов и почти 7 тысяч тонн серы. Затронутая аварией экосистема сможет восстановиться не раньше, чем через 10 лет. В результате разлива нефти в проливе погибли свыше 15 тысяч птиц. Только представьте, что литр нефти, дающий воду, образует на ее поверхности пятно площадью 100 кв.м. Экологи заявили, что на сегодняшний день почти 20% площади мирового океана покрыты нефтяными пятнами.

Природный и попутный нефтяной газы

В природном газе находятся углеводороды, имеющие небольшую молекулярную массу, главным компонентом является метан. Его объем в газе из различных месторождений составляет от 80% до 97%. Помимо метана, в природном газе находятся:

• этан 
• пропан
• бутан
• азот– 2%
• СО2
• Н2О
• Н2S
• благородные газы. 

Интересно, что по своим качествам природный газ как топливо превосходит нефть, поскольку он более калорийный. Кроме этого, газ легче добывать и транспортировать. Он является самым экономичным из всех видов топлива.
Сферы использования природного газа:

• эффективное топливо
• сырье химической промышленности
• производство ацетилена, этилена, водорода, сажи, пластмассы, уксусной кислоты, красителей
• изготовление медикаментов.

Попутный нефтяной газ – это природная смесь углеводородов, растворенных в нефти и выделяющихся в процессе её добычи. Нефтяной газ содержит меньше метана, но больше пропана, бутана и прочих высших углеводородов.
Свыше 70 стран мира имеют промышленные запасы газа. Практически 2/3 мировой добычи газа приходится на Россию и США. Ведущим регионом газодобычи не только в России, но и в мире, можно назвать Ямало-Ненецкий автономный округ. Российский город Новый Уренгой давно признали газовой столицей.
Применение природных источников углеводородов играет огромную роль для химической промышленности. Ученые занимаются поиском альтернативы и замены такого топлива. К примеру, активно вводятся в эксплуатацию ветро- и гидро- электростанции, используется энергия солнца. Уменьшение объема используемой нефти путь не только к более рациональному её применению, но и к сохранению данного сырья для будущих поколений. Углеводородным сырьём стоит пользоваться исключительно с целью переработки и синтеза различных ценных соединений. Однако, на сегодняшний день, 94% добываемой нефти используется в качестве топлива. Еще Д. И. Менделеев сказал: “Сжигать нефть – это то же самое, что топить печь ассигнациями”.

Природные источники углеводородов – переработка

Добытые из недр земли углеводороды имеют неоднородный состав, вследствие чего использование их в чистом виде связанно со многими трудностями. Необходимость переработки углеводородов связанна с желанием мировых компаний повышать объем добычи полезных компонентов из нефти и газа, а также создавать высокооктановые бензины для новейших ДВС и смазочные материалы высокого качества. Переработка осуществляется такими методами:

• перегонка – самый первый этап переработки нефти, заключается в простом разделении на легкокипящие, средние и тяжелые фракции. Результатом этого процесса является получение бензинов, керосинов и мазута
• крекинг – это переработка нефти в условиях высокой температуры. Результатом этого процесса является синтез моторного масла, топлива и другого сырья для химической и нефтяной отрасли
• коксование – это получение кокса из тяжелых фракций, который впоследствии применяют для создания электродов и коррозионностойкой аппаратуры
• риформинг является каталитическим облагораживанием синтезированных ранее видов бензина с низким октановым числом. Конечные продукты – высокооктановый бензин, ароматические углеводороды (бензол, толуол) 
• гидроочистка. В процессе риформинга нефтяных производных наблюдается выделение водорода, который далее поступает на очистку нефтепродуктов от серы и азота.

Во время добычи нефти получают и природный газ, находящийся как в самой нефти, так и в виде газовой шапки внутри месторождения. Область его использования в последние годы существенно расширилась:

• энергетика
• тепловые электростанции
• бытовое топливо
• автомобилестроение.

По этой причине переработка метана в жидкие углеводороды находится под наблюдением. В процессе разработки месторождений, при отсутствии подготовленной инфраструктуры для сбора, перевозки и переработки попутного нефтяного газа и природного газа, их попросту сжигают в факеле. Однако, данный продукт является ценным топливом и бюджетным вариантом электро- и тепловой энергии.
Можно сделать вывод, что технологии добычи и переработки углеводородов имеют непосредственную взаимосвязь. Высокий уровень разработки месторождений в несколько раз повышает объем добываемого сырья для последующего синтеза очень важных для человечества химических веществ.
Ученые не сидят сложа руки, им нужны дешевое топливо и мощные двигатели. В связи с этим они находятся в постоянном поиске новых методов получения полезных веществ из природных ресурсов.