Выбери полезные ископаемые при горении которых выделяется энергия
Основными природными источниками углеводородов являются природный и попутный нефтяной газы, нефть и каменный уголь. Эти виды природных ресурсов еще называют горючими ископаемыми, так как их практическое применение основано на способности выделять энергию при сгорании. Эта энергия выделяемая в виде света и тепла, количественно оценивается как теплотворная способность или удельная теплота сгорания топлива, и преобразуется в электрическую энергию или используется для обогрева жилых домов и термохимических процессов.
Классификация гОРЮЧИх ИСКОПАЕМЫХ
Особую группу полезных ископаемых образуют различные виды топлива: в них как бы аккумулированы солнечное тепло и энергия, которые освобождаются при сжигании. Торф, уголь, горючие сланцы, нефть и горючие газы содержат углерод, соединение которого с кислородом при горении сопровождается выделением тепла.
| каменный уголь | торф | нефть | природный газ |
|---|---|---|---|
|
|
|
|
| твердый | твердый | жидкость | газ |
| без запаха | без запаха | резкий запах | без запаха |
| однородный состав | однородный состав | смесь веществ | смесь веществ |
| горная порода темного цвета с большим содержанием горючего вещества, возникшего вследствие захоронения в осадочных толщах скоплений различных растений | скопление полуперепревшей растительной массы, накопившейся на дне болот и заросших озер | природная горючая маслянистая жидкость, состоит из смеси жидких и газообразных углеводородов | смесь газов, образовавшихся в недрах Земли при анаэробном разложении органических веществ, газ относится к группе осадочных горных пород |
| Теплотворная способность – количество калорий, выделяемых при сжигании 1 кг топлива | |||
| 7 000 — 9 000 | 500 — 2 000 | 10000 — 15000 | ? |
В качестве топлива могут также использоваться его альтернативные виды. Это горючие вещества, получаемые искусственно из растительного сырья или синтезируемые из более простых химических соединений, используются в основном как автомобильное топливо. Например, метанол, или метиловый спирт, можно синтезировать из синтез-газа (окиси углерода СО и водорода ), а из масличных культур (подсолнечника, кукурузы, рапса) можно искусственно получать биотопливо.
Теплотворная способность различных природных горючих веществ и получаемых из них видов топлива, приведены в таблице.
Определение
Теплотворная способность топлива – количество теплоты, выделяемой при полном сгорании топлива, охлаждении продуктов сгорания до температуры топлива и конденсации водяного пара, образовавшегося при окислении водорода, входящего в состав топлива.
| Вид топлива | Теплотворная способность, ккал/кг | Вид топлива | Теплотворная способность, ккал/кг |
|---|---|---|---|
| Традиционное топливо Альтернативное топливо | |||
| метан | 13 175 | Растительные масла | 9 300 – 11 450 |
| пропан-бутановая смесь | 11 872 | Спирт этиловый | 7 150 |
| сырая нефть | 10 250 | Эфир диэтиловый | 10 250 |
| бензин | 10 572 | ||
| дизельное топливо | 10 700 | ||
| мазут | 9 800 | ||
| каменный уголь (антрацит) | 7 750-8 100 | ||
| бурый уголь | 3 900 | ||
| торф | 3 300 – 4 900 | ||
ПРИРОДНЫЙ ГАЗ
В состав природного газа входит в основном метан (около 93%). Кроме метана природный газ содержит еще и другие углеводороды с короткой цепью (общая формула предельных УВ ), а также азот, углекислый газ, и, практически всегда, – сероводород и органические соединения нефти – меркаптаны. Именно они сообщают газу специфический неприятный запах, а при сжигании приводят к образованию токсичного диоксида серы . Метан образуется при анаэробном (без доступа воздуха) сбраживании растительных и животных остатков, поэтому образуется в донных отложениях и носит название “болотного” газа.
Залежи метана в гидратированной кристаллической форме, так называемый метангидрат , обнаружены под слоем вечной мерзлоты и на больших глубинах океанов. При низких температурах () и высоких давлениях молекулы метана размещаются в пустотах кристаллической решетки водяного льда. В ледовых пустотах одного кубометра метангидрата “законсервировано” 164 кубометра газа.
Куски метангидрата выглядят как грязный лед, но на воздухе сгорают желто-синим пламенем. По приблизительным оценкам, на планете хранится от 10 000 до 15 000 гигатонн углерода в виде метангидрата (“гига” равен 1 миллиарду). Такие объемы во много раз превышают все известные на сегодняшний день запасы природного газа.
Природный газ является возобновляемым природным ресурсом, так как синтезируется в природе непрерывно. Его еще называют “биогазом”. Поэтому перспективы благополучного существования человечества многие ученые-экологи связывают сегодня именно с использованием газа в качестве альтернативного топлива.
Природный газ при сгорании выделяет много тепла и этим превосходит другие виды топлива по своей теплотворной способности. Поэтому около 90% всего объема добываемого природного газа сжигается в качестве топлива на тепловых электростанциях и в котельных, в термических процессах на промышленных предприятиях и в быту. Около 10% природного газа используют как ценное сырье для химической промышленности. Из природного газа выделяют метан, этан, пропан и бутан. Продукты, которые можно получить из метана, имеют важное промышленное значение. Метан используется для синтеза многих органических веществ – синтез-газа и дальнейшего синтеза на его основе спиртов; растворителей (четыреххлористого углерода, хлористого метилена и др.); формальдегида; ацетилена и сажи.
ПОПУТНЫЙ НЕФТЯНОЙ ГАЗ
Попутный газ растворяется в нефти, так как на большой глубине находится под давлением. При извлечении на поверхность давление в системе “жидкость-газ” падает, вследствие чего растворимость газа уменьшается и газ выделяется из нефти. Это явление делает добычу нефти пожаро- и взрывоопасной.
Попутный газ в отличии от природного газа содержит главным образом пропан и изомеры бутана. Попутный нефтяной газ образуется также в результате естественного крекинга нефти, поэтому включает предельные (метан и гомологи) и непредельные (этилен и гомологи) углеводороды, а также негорючие газы – азот, аргон и углекислый газ. Попутные газы перерабатывают на газоперерабатывающих заводах. Из них получают метан, этан, пропан, бутан и “легкий” газовый бензин, содержащий углеводороды с числом атомов углерода 5 и больше. Этан и пропан подвергают дегидрированию и получают непредельные углеводороды – этилен и пропилен. Смесь пропана и бутана (сжиженный газ) применяют как бытовое топливо. Газовый бензин добавляют к обычному бензину для ускорения его воспламенения при запуске двигателей внутреннего сгорания.
НЕФТЬ
Нефть – жидкое горючее ископаемое темно-бурого цвета с плотностью 0,70 – 1,04 г/см³. Нефть представляет собой сложную смесь веществ – преимущественно жидких углеводородов. По составу нефти бывают парафиновыми, нафтеновыми и ароматическими. Однако наиболее часто встречается нефть смешанного типа. Кроме углеводородов, в состав нефти входят примеси органических кислородных и сернистых соединений, а также вода и растворенные в ней кальциевые и магниевые соли. Содержатся в нефти и механические примеси – песок и глина.
Нефть – ценное сырье для получения высококачественных видов моторного топлива. После очистки от воды и других нежелательных примесей нефть подвергают переработке. Подробно процессы технологической переработки нефти (крекинг, риформинг, платформинг) будут рассмотрены в теме “Переработка нефти”
КАМЕННЫЙ УГОЛЬ
Уголь всегда являлся перспективным сырьем для получения энергии и многих химических продуктов.
Первым крупным потребителем угля с XIX века является транспорт, затем уголь стали использовать для производства электроэнергии, металлургического кокса, получения при химической переработке разнообразных продуктов, углеграфитовых конструкционных материалов, пластических масс, горного воска, синтетического, жидкого и газообразного высококалорийного топлива, высокоазотистых кислот для производства удобрений. Методы переработки каменного угля будут также рассмотрены в теме “Методы переработки горючих ископаемых”
Теплота сгорания угля – одна из важнейших характеристик его эффективности. Она показывает, сколько энергии выделяется при полном сгорании определенной массы топлива.
Можно встретить и другие названия этого свойства – теплотворность или калорийность каменного угля. Измеряется характеристика в Кал/кг (кКал/кг) или Дж/кг (МДж/кг). Обозначается она буквой Q. Значение теплоты сгорания определяют экспериментально в лаборатории.
Образец каменного угля
Измерения проводятся в специальном приборе – калориметре. Колба прибора опущена в емкость с водой. Теплота сгорания определяется по нагреву жидкости. Для получения точных цифр дополнительно проводятся вычисления. При этом учитывают содержание кислорода, водорода, азота и влажности. Методика описана в ГОСТ 147-2013.
Средние показатели теплоты сгорания (калорийности) разных видов твердого топлива:
- Бурый уголь – 6100-7700 кКал/кг
- Каменный уголь – 7700-8300 кКал/кг
- Антрацит – 8000-8500 кКал/кг
Как видно из приведенных данных, каменный уголь – одно из самых эффективных видов твердого топлива. Теплота сгорания выше только у антрацита – конечного продукта метаморфизма растительных остатков.
Низшая и высшая теплота сгорания каменного угля
Теплота сгорания, или количество энергии, выделяемое при полном сгорании определенной массы угля, бывает высшей и низшей. Вычисляют их по специальной формуле в лаборатории.
При определении высшей теплоты сгорания учитывается энергия конденсации водяных паров, или тепло, затраченное на испарение влаги. При определении низшей она не берется во внимание.
Низшая теплота сгорания показывает количество энергии, полученное при сжигании угля вместе с золой и влагой. Она отражает количество тепла, равное высшей теплоте сгорания за вычетом теплоты испарения воды, которая выделилась при горении. Именно низший показатель, в отличие от высшего, имеет практическое значение. Ведь в котлах и печах вода уходит в атмосферу в виде пара, и теплота, выделяющаяся при конденсации, теряется.
В современной терминологии используются также следующие понятия:
- Высшая теплота сгорания при постоянном объеме (Qs, v)
Она определяется при сжигании пробы в закрытой колбе. - Высшая теплота сгорания при постоянном давлении (Qs, p)
Это гипотетическое понятие предполагает, что давление воздуха при испытаниях остается неизменным. - Низшая теплота сгорания при постоянном объеме (Qi, v)
Определяется она при полном сгорании образца в закрытой колбе. Вода при этом должна полностью перейти в газообразное состояние. - Низшая теплота сгорания при постоянном давлении (Qi, p)
Показатель определяется после полного сгорания топлива в среде кислорода, когда вся вода остается в виде пара.
Кроме низшей и высшей теплоты сгорания вычисляют удельную. О ней мы расскажем далее.
Удельная теплота сгорания каменного угля
Удельная теплоты сгорания – это физическая величина, которая показывает количество теплоты, выделяемое при полном сгорании каменного угля массой 1 кг. Измеряется она в Кал/кг (кКал/кг) или Дж/кг (МДж/кг) и определяется по специальной формуле.
Чем выше удельная теплота сгорания топлива, тем меньше материала расходуется для отопительных нужд.
Удельная теплота сгорания угля находится в пределах (в МДж/кг):
- Для бурого – 13-25
- Для каменного – 27-29
- Для антрацита – 26-35
Уголь считается топливом с наивысшей теплотворной способностью. Выше всего показатели у антрацита – угля с наивысшей степенью метаморфизма (углефикации). Каменный занимает промежуточное положение, а бурый – самое низкое.
При выборе угля для отопления берут во внимание не только показатель удельной теплоты сгорания. Нужно учитывать и другие факторы. Например, антрацит стоит достаточно дорого, так как он считается самым качественным, а его запасы в мире составляют всего 3% от общего объема ископаемых углей. Поэтому, по соотношению цены и качества, для отопления лучше всего брать каменную разновидность.
Полную версию данной статьи вы найдете на этой странице.
Также мы рекомендуем ознакомиться с другими полезными статьями на нашем сайте.
#уголь #каменный уголь #полезные ископаемые #полезные советы #свойства угля #геология #сыпучие материалы #топливо #энергетика #теплота сгорания
Окружающий мир наполнен вещами и предметами, без которых невозможно существования человечества. Но в повседневной суете люди редко задумываются о том, что всем благам современной жизни мы обязаны природным ресурсам.
Захватывает дух от наших достижений правда? Человек- вершина эволюции, самое совершенное создание на Земле! А теперь на минуточку задумаемся, почему мы достигли всех этих благ, какие силы должны мы благодарить, чему и кому люди обязаны за все свои блага?
Внимательно присмотревшись, ко всем окружающим нас предметам, многие из нас впервые осознают простую истину, что человек это не царь природы, а лишь одна из ее составляющих частей.
Так как большинству современных благ люди обязаны природным ископаемым добываемых из недр Земли
Современная жизнь на нашей планете не возможна без использования природных ресурсов. Одни из них более ценные, другие менее, а без некоторых человечество на данном этапе своего развития существовать не может.
Мы используем их для того что бы обогреть и осветить свои дома, быстро добраться из одного континента на другой. От других зависит поддержание нашего здоровья (например, это могут быть минеральные воды).Перечень ценных для человека полезных ископаемых огромен, но можно попытаться выделить десять наиболее важных природных элементов, без которых трудно представить дальнейшее развитие нашей цивилизации.
1.Нефть — «черное золото» Земли
Не зря ее называют «черным золотом» ведь с развитием транспортной индустрии жизнь человеческого общества стала напрямую зависеть от ее добычи и распределения. Ученые считают, что нефть это продукт разложения органических остатков. Состоит она из углеводородов. Не многие люди догадываются о том, что нефть входит в состав самых обыкновенных и необходимых нам вещей.
Кроме того, что она является, основой топлива для большинства видов транспорта она широко используется в медицине, парфюмерии и химической промышленности. Например, нефть используют для производства полиэтилена и разных видов пластика. В медицине нефть применяется для производства вазелина и незаменимого во многих случаях аспирина. Самым неожиданным применением нефти для многих из нас будет то, что она участвует в производстве жевательной резинки. Незаменимые в космической промышленности солнечные батареи также производятся с добавлением нефти. Современную текстильную отрасль сложно представить без производства нейлона, который также изготавливают из нефти. Самые большие залежи нефти находятся в России, Мексике, Ливии, Алжире, США, Венесуэле.
2.Природный газ- источник тепла на планете
Значимость данного полезного ископаемого сложно переоценить. Большинство месторождений природного газа тесно связаны, с залежами нефти. Газ применяют в качестве недорогого топлива для обогрева жилых домов и предприятий. Ценность природного газа заключается в том, что он является экологически чистым топливом. Химическая промышленность использует природный газ для производства пластмасс, спирта, каучука, кислоты. Залежи природного газа могут достигать объема в сотни миллиардов кубометров.
3.Каменный уголь- энергия света и тепла
Это горючая порода с высокой отдачей тепла при горении и содержанием углерода до 98%. Уголь используется в качестве топлива для электростанций и котельных, металлургии. Этот ископаемый минерал также применяют в химической индустрии как сырье для изготовления:
- пластмасс;
- лекарственных средств;
- духов;
- различных красителей.
4.Асфальт — универсальная ископаемая смола
Роль этой ископаемой смолы в развитии современной транспортной индустрии бесценна. Кроме того асфальт используют в производстве электротехники, изготовлении резины и разных лаков используемых для гидроизоляции. Широко применяется в строительной и химической промышленности. Добывается во Франции, Иордании, Израиле, России.
5.Алюминиевая руда (бокситы, нефелины, алуниты)
Бокситы – основной источник окиси алюминия. Добываются в России, Австралии.
Алуниты – используются не только для производства алюминия, а и при производстве серной кислоты и удобрений.
Нефелины – содержат большое количество алюминия. С помощью этого минерала создают надежные сплавы, используемые в машиностроении.
6.Железные руды — металлическое сердце Земли
Различаются по содержанию железа и химическому составу. Залежи железных руд находятся во многих странах мира. Железо играет значительную роль в развитии цивилизации. Железная руда основной компонент для производства чугуна. В производных из железной руды остро нуждаются такие отрасли промышленности как:
- металлообработка и машиностроение;
- космическая и военная промышленности;
- автомобильная и кораблестроительная промышленность;
- отрасли легкой и пищевой промышленности;
Лидерами по добычи железной руды являются Россия, Китай, США.
7.Золото
В природе встречается в основном в виде самородков (самый крупный был обнаружен в Австралии и весил около 70 кг.). Встречается так же и в виде россыпей. Главным потребителям золота (после ювелирной отрасли) является электронная отрасль (золото широко применяется в микросхемах и разных электронных компонентах для вычислительной техники). Золото широко применяется в стоматологии для изготовления зубных протезов и коронок. Поскольку золото практически не окисляется и не подвергается коррозии его применяют и в химической промышленности.Добывается в Южной Африке, Австралии, России, Канаде.
8.Алмаз – один из самых твердых материалов
Широко используется в ювелирном деле (ограненный алмаз называют бриллиантом), кроме того за счет его твердости алмаз используют для обработки металлов, стекла и камней. Алмазы широко используются в приборостроительной, электротехнической и электронной отраслях народного хозяйства. Алмазная крошка отличное абразивное сырье для производства шлифовальных паст и порошков. Добываются алмазы в Африке (98%), России.
9.Платина – ценнейший драгоценный металл
Широко применяется в сфере электротехники. Кроме того используется в ювелирной индустрии и космической промышленности. Платина используется для производства:
- специальных зеркал для лазерной техники;
- в автомобильной промышленности для очистки выхлопных газов;
- для защиты от коррозии корпусов подводных лодок;
- из платины и ее сплавов изготавливают хирургические инструменты;
- высокоточных стеклянных приборов.
10.Урано-радиевые руды — опасная энергия
Имеют громадное значение в современном мире, так как используются в качестве топлива на атомных электростанциях. Добывают эти руды в ЮАР, России, Конго и в ряде других стран.
Страшно представить, что может случиться, если на данном этапе своего развития человечество лишится доступа к перечисленным природным ископаемым. К тому же не все страны имеют равный доступ к природным богатствам Земли. Залежи природных ископаемых расположены не равномерно. Часто именно из-за этого обстоятельства возникают конфликты между государствами. По сути, вся история современной цивилизации это постоянная борьба за обладание ценными ресурсами планеты.