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.