Структура углеводородных энергетических ресурсов и сфера их применения

Нефть, природный газ, а также каменный уголь относятся к углеводородам, чья структура состоит в основном из атомов углерода и водорода. Так, например, в высшем сорте угля – антраците – углерода 94%, а все остальное приходится на водород, кислород и прочие примеси. Естественно, обнаружить залежи угля с такими структурными показателями практически невозможно – они, как правило, все «замусорены» разнообразными элементами горных пород.

Что касается нефти, то в ней, как и в антраците, достаточно высокое процентное содержание углерода – 86%. Зато структура оставшихся элементов отличается принципиально. Во-первых, в нефти гораздо больше, чем в угле водорода – 13% против 5-6%. Также в «черном золоте» практически отсутствует кислород, который колеблется в пределах 0,5%. Что еще важно, что в этом продукте содержатся сера, азот и прочие минеральные структуры.

Тем не менее, рассматривая нефть как химическую структуру, можно с уверенностью утверждать, что она представляет собой сложнейшую углеводородную смесь. Ее классифицируют как легкую и тяжелую. Они отличаются друг от друга химической структурой. Легкая нефть имеет на 2% меньше углерода. С другой стороны, в ней присутствует больше водорода и кислорода.

Нефть состоит из 3-х основных углеводородных групп. Это алканы, арены и нафтены.

Вещества первой группы, алканы, наиболее устойчивы в химическом отношении и имеют следующие особенности:

  • если в них количество углеродных атомов не превышает 4-х единиц, то при атмосферном давлении происходит процесс превращения структуры в газ;
  • при наличии атомов углерода от 5 до 16 единиц образуется жидкость;
  • более 16 единиц атомов углерода формируют твердую основу.

Существуют также ароматические углеводороды – это арены. Принципиальное их отличие от других нефтяных структур заключается в минимально возможном количестве водорода и соответственно присутствие большого процентного содержания углерода. Разлет этих показателей отличается от аналогичных параметров самой нефти.

Углеводороды алициклические – это уже нафтены. В них, как правило, содержатся циклогексан С6Н10 и циклопентан С5Н10.

Среднее содержание водорода в нефти колеблется в пределах 10-12%, а вот в бензоле этот показатель находится на уровне 7,7%. Также существуют многочисленные соединения полициклических элементов, которые содержат большое количество углерод-углеродных связей и являются «элементной» базой для асфальтенов, смол и других структур, которые предшествуют коксу. Все они имеют высокую нестабильность.

Но нефть, кроме углеродов обладает еще серной, зольной и асфальто-смолистой структурой, также в ней присутствуют порфирины.

Серная часть доставляет немалые неприятности нефтяникам, так как является причиной коррозионных процессов металлических поверхностей, прежде всего, нефтепроводов. Ее количество в продукте иногда достигает 5%.

Зола – этот остаток после процесса сжигания нефти. В ее структуре можно найти ванадий, никель, железо и др.

Асфальто-смолистые вещества имеют плотную структуру темного цвета. Они растворяются в бензине, но не полностью. То, что подлежит растворению, называют асфальтенами и соответственно оставшаяся часть представляет собой смолы.

Существуют в нефти и такие вещества, как порфирины, которые, по мнению ученых, ведут свою «родословную» с далеких времен, образовавшись их гемоглобина животных и хлорофилла растений.

Но в недрах земли нефть находится не одна. Как правило, по соседству «всегда неподалеку» природный газ. Структура этого вещества на 95 % состоит из метана, а остальное – пропан, бутан и другие алканы. Ученые с помощью новейших технологий обнаружили в нефти даже гелий.

Покорение природного газа начиналось в местах, где он находился практически на поверхности. Этот углеводород, как правило, имел свободный выход наружу в виде постоянно горящих факелов. В основном это происходило в таких странах и регионах, как Иран, Азербайджан, Дагестан и другие восточные территории. Но цивилизация развивается и стали появляться новые технологии, придуманные людьми – это бурение специальных скважин. Так, например, тысяча лет назад китайцы, пробуривая солевые скважины, обнаружили и газ, что в дальнейшем позволило им совершенствовать свой процесс, используя его энергию для выпаривания соли.

Но, технологическим топливным ресурсом, природный газ стал только в 19 веке. В Дагестане он использовался для производства стекла (сегодня большая часть стекольных предприятий республики продолжает применять газ в технологическом процессе), а в 1818 году Париж был полностью оборудован газовыми фонарями. Справедливости ради, надо сказать, что еще в самом конце 18 века с помощью этого углеводорода впервые появился свет в основном производственном корпусе мануфактуры, которая принадлежала Джеймсу Уатту.

Пирогенетические технологи развивались, и стало понятно, что посредством сухой перегонки (коксование) получается, всего лишь, 30-40 % газа. Но, если добавить в технологический процесс кислород или воздух (водяной пар), то производительность повысится до 70-80%. Другое дело, что теплота сгорания газа, полученного с помощью, так называемых окислительных методов, гораздо ниже аналогичного продукта, образующегося в процессе коксования. Но прогресс не стоял на месте и в прошлом веке научились комбинировать газификационный процесс и технологию коксования, добавляя к ней технологическую процедуру видоизменения определенной части оксида углерода и водорода в метановое соединение. Полученный продукт использовался как городской бытовой газ.

Но, это все искусственный газ, который человечество использовало для освещения улиц и помещений, приготовления еды и согревания своего «жилища».

Серьезные разработки по добыче и транспортировке природного газа начали появляться в 20-е годы прошлого века. К 30-м годам люди уже могли пробуривать скважины глубиной до 3000 метров. Отрасль перспективно развивалась, но война приостановила ее технологический рост.

В России, тем не менее, геологоразведочные работы по проведению первого газопровода промышленного типа, начались еще во время Великой отечественной войны, в 1944 году. Это были изыскания по прокладке трубопровода из Саратова до Москвы. В течение последующих десятилетий вся страна была окутана газонефтепроводной сетью.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Кроме того, интересно почитать:

Вам понравилась статья? Не хотите пропускать новые? Тогда подпишитесь на RSS или получайте новые статьи мгновенно на электронную почту


Лицензия Creative Commons

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: