Паливні корисні копалини: нафта, газ, вугілля, сланці, торф

Класифікація ГрозННДІ запропонована Грозненським нафтовим науково-дослідним інститутом. Вона відображає хімічний склад нафти. В її основу покладено переважний вміст в нафті якогось одного або декількох класів вуглеводнів. Згідно з нею розрізняють такі типи нафти: парафінові, парафіно-нафтенові, нафтенові, парафіно-нафтено-ароматич-ні, нафтено-ароматичні та ароматичні.

Технологічна класифікація була введена 1967р. і використовується зараз, оскільки дає найбільш повну інформацію про хімічний та груповий вуглеводневий склад нафт. Згідно з нею всі нафти поділяють на класи за вмістом сірки в нафті, бензині, реактивному та дизельному паливі; типи нафти за виходом фракцій, які википають до 3500С; групи за потенційним вмістом базових олив та їх індексом в’язкості; види за вмістом твердих парафінових вуглеводнів у нафті.

Залежно від вмісту сірки у нафті  та її фракціях поділяють на 3 класи: - І клас – малосіркова нафта. Вміст сірки в нафті – не більше 0,5 %; у бензиновій і гасовій фракції – не більше 0,1%; у дизельній - не більше 0,2%.

- ІІ клас – сіркова нафта.  Вміст сірки в нафті – 0,51 .2,0 %; у бензиновій – не більше 0,1 %; у гасовій - не більше 0,25 %; у дизельній до1,0 %.

- ІІІ клас – високосіркова  нафта. Вміст сірки у нафті – більше 2%; у гасовій – більше 0,25 %; у бензиновій фракції – більше 0,1 %; у дизельній – більше 1%.

Залежно від виходу фракцій, що википають  до 3500С, нафти поділяють на 3 типи: - Т1 – вміст фракцій до 3500С  – не менше 55%; Т2 - 45 .54,9%; Т3 – до 45%.

Залежно від сумарного вмісту дистилятних  та залишкових базових олив нафти  поділяють на 3 групи: - М1 – кількість  базових олив - не менше 25 %; М2 – кількість  базових олив – 15 .24,9 %; М3 –до 25 %.

Залежно від значення індексу в’язкості  базових олив розрізняють 4 підгрупи: І1 – більше 95; І2 -90 .95; І3 – 85 .89,9; І4 – до 85.

Залежно від вмісту твердих парафінів  нафти поділяють на 3 види: П1 –  малопарафіниста нафта. Парафінів  не більше 1,5%; П2 – парафіниста нафта  – 1,51 .6,0%; П3 – високопарафіниста – більше 6%.

Згідно з цією класифікацією  кожній нафті присвоюють шифр відповідно до її характеристики. Наприклад, шифр полтавської нафти ІТ3М3І4П2 або 13342. Маючи шифр будь-якої нафти, можна  зробити висновок про її склад  та характеристику. Цю інформацію використовують при виборі варіанта переробки даної нафти.

Що ж до горючих газів, то їх поділяють  на: природні, попутні та нафто - заводські  гази. Природні гази добуваються із самостійних газових родовищ. Попутні  нафтові гази добуваються разом  з нафтою. Вони розчинені в ній і виділяються з неї при її виході на поверхню. Склад попутних газів різко відрізняється від складу природних. Вміст етану та важких компонентів у ньому набагато вищий і може в сумі досягти 50% маси. Тому суміш розділяють і використовують як паливо та хімічну сировину. Суміш пропану і бутану зріджують та зберігають під тиском у балонах. Це дає змогу транспортувати газ у місця, не підключені до мережі газопроводів. Нафто заводські гази утворюються при переробці нафти на заводах в ході термічних, термокаталітичних та інших процесів переробки нафти і використовуються як паливо у промисловості .

Що до вугілля, то воно теж має  свою класифікацію. Найперше за чим  його класифікують – це кількістю  вуглецю в породі. Таке вугілля, в  якому його є до 70 % називають бурим, таке вугілля, в якому вуглецю є від 70 до 95 % називають кам’яним, а в тому у якому вміст карбону більше 95 % називають антрацитом. Але це дає тільки загальну характеристику, а в промисловості вугілля класифікують за „марками”. Вона ґрунтується на генетичному принципі, на зміні вугільної речовини від торфоподібної материнської породи до антрациту. Найпоширенішою є так звана донецька класифікація, за якою розрізняють такі типи вугілля: довгополуменеве(Д), газове(Г), паровично-жирне(ПЖ), коксівне(К), паровично-спікливе(ПС) та пісне(П). Перше використовується як паливо, друге для добування світильного газу, третє для отримання масел з вугілля, коксівне – для добування коксу, решта – в хімічній промисловості.

Торф класифікується за декількома ознаками, зокрема за складом рослинних решток, ступенем їхнього розкладання та зольністю. У залежності від типу рослин він поділяється на сфагновий, моховий , осоковий. За ступенем розкладання - на слаборозкладений, середнньороз кладений, сильнорозкладений. За вмістом мінеральної речовини - на слабозольний, середньозольний і високозольний.

Що до горючих сланців, то в них  як такої класифікації немає. Їх можуть характеризувати за кольором, густиною або за місцем видобування.

Взагалі, чим потрібніша корисна копалина, тим ширша класифікація виникає, для кращої подальшої її переробки.

4.ВИКОРИСТАННЯ ГОРЮЧИХ  КОРИСНИХ КОПАЛИН

4.1ОСНОВНІ НАПРЯМКИ ГОСПОДАРСЬКОГО  ВИКОРИСТАННЯ

НАФТИ І ГАЗУ

Найголовнішою властивістю нафти, які принесли їй світову славу  виняткових енергоносіїв, є її здатність  виділяти при згорянні значну кількість  тепла, найвищою серед усіх видів  палив.

Як я казав вище нафта не є  однорідною речовиною і складається з багатьох різних речовин, а щоб виділити їх з неї, то треба знати властивості нафти.

Нафта, як і будь-яка рідина, при  визначеній температурі закипає  і переходить у газоподібний стан, але різні її компоненти переходять у цей стан при різній температурі. Тому таке розходження температур кипіння вуглеводнів використовується для поділу нафти на температурні фракції.

Спочатку, ще до перегонки, з нафти  відокремлюють розчинені в ній  вуглеводні ( переважно метан ). Після  цього нафту нагрівають. Першими  переходять у газоподібній і відганяються вуглеводні з невеликим числом атомів вуглецю в молекулі, що мають відносно низьку температуру кипіння ( петролейний ефір). З підвищенням температури суміші переганяються вуглеводні з більш високою 

У такий спосіб можна зібрати окремі фракції нафти. Найчастіше при такій перегонці одержують три основні фракції, що потім піддаються подальшому поділу. Основні фракції нафти наступні:

1. Фракція, що збирається від  40О до 200О С, - газолінова фракція  бензинів містить вуглеводні  від С5Н12 до С11Н24. при подальшій перегонці виділеної фракції одержують: газолін ( від 40О до 70О С ), бензин ( від 70О – 120О С ) – авіаційний, автомобільний і т.д.

2. Лігроїнова фракція, що збирається  в межах від 150О до 250О С,  містить вуглеводні від С8Н18 до С14Н30. Лігроїн застосовується як пальне для тракторів.

3. Гасова фракція включає вуглеводні  від С12Н36 до С18Н38 з температурою  кипіння від 180О до 300О С.  Гас після очищення використовується  як пальне для тракторів, реактивних  літаків та ракет.

4. Газойль ( вище 275О С ) – дизельне паливо.

5. Мазут – залишок від перегонки.  Містить вуглеводні з великим  числом атомів вуглецю ( до  багатьох десятків ) у молекулі. Мазут  також розділяють на фракції:  а) солярові олії – дизельне  паливо; б) мастила ( автотракторні, авіаційні, індустріальні та інші); в) вазелін ( основа для косметичних засобів та ліків).

З деяких сортів нафти одержують  парафін ( для виробництва сірників,

свічок та ін.). Після відгону  залишається гудрон. Його широко використовують в дорожньому будівництві.

Але це тільки первинні продукти нафти. При подальшій переробці розрізняють 10 груп нафтопродуктів: нафтові палива; нафтові оливи; пластичні мастила; парафіни, церезини, вазеліни; нафтові  бітуми; технічний вуглець (сажа);нафтовий кокс; присадки до палив та олив; розчинники та ароматичні вуглеводні; інші нафтопродукти.

Залежно від сфери застосування розрізняють такі види нафтових палив: карбюраторні, реактивні, дизельні, газотурбінні, котельні, пічні, зріджені та стиснуті гази. Перші використовуються в авіації та автомобільних двигунах, другі призначені для спалювання в повітряно-реактивних двигунах (ПРД), а також для змащення та охолодження середовища у ПРД. Треті призначені для спалювання в дизельних двигунах. Газотурбінні палива застосовуються у стаціонарних паротурбінних і паро газових енергетичних установках, а також в газотурбінних установках водного транспорту. Котельні і пічні призначені для стаціонарних парових котлах, промислових печах та печах опалювальних установок. Останні – це пропан-бутанова суміш, яка використовується як паливо для побутових потреб та двигунів внутрішнього згоряння (ДВЗ).

Нафтові оливи також поділяються  від сфери застосування на: моторні, енергетичні, трансмісійні, індустріальні, спеціальні та інші типи. Але призначення в них майже однакове – зменшення тертя в різних механізмах, двигунах, вузлах тертя, а також для виробництва вазеліну, парфумів, гуми, хімічних волокон тощо.

Призначення пластичних мастил –  зменшення зношувань поверхонь  тертя для продовження терміну  служби деталей машин і механізмів. Крім того, майже всі мастила запобігають корозії металевих поверхонь.

Тверді нафтові парафіни використовуються для виробництва синтетичних  жирних кислот, хлор-парафіну, свічок. Церезини застосовують для одержання  мастил, воскових сплавів, ізоляційних матеріалів тощо. Вазеліни використовують для захисту від корозії хірургічних інструментів, у виробництві кремів, паст, мазей, у ветеринарних цілях тощо.

Нафтові бітуми застосовують для прокладання  або ремонту доріг, в будівництві; технічний вуглець – як наповнювач в гумовотехнічній та лакофарбовій промисловості, як барвник при виробництві типографічних фарб, ебоніту тощо. Нафтовий кокс – для виплавки алюмінію та графітових електродів. Присадки додаються до нафтопродуктів в невеликих кількостях з метою значного покращення їх експлуатаційних властивостей. Нафтові розчинники використовуються для потреб лакофарбової, лісохімічної промисловості, для миття та знежирення мета-

левих поверхонь. А ароматичні вуглеводні застосовуються у парфумерії та виробництві вибухівки.

До інших нафтопродуктів належить нафтенові кислоти, змащувально-охолоджуючі  засоби та освітлювальний гас. Перших застосовують як емульгатори, присадки, розчинники смол та анілінових барвників. Другі призначені для зменшення  температури, силових параметрів та зношування різального інструменту у різних галузях промисловості. Освітлювальний гас використовують в освітлювальних лампах.

Що до природного газу, то основний напрям його використання це спалювання для виділення тепла в промисловості (доменні печі, котельні) та в побуті (для приготування їжі). Але крім того, його переробляють на різні цінні продукти. Він є сировиною для добування ацетилену, водню, що використовуються в синтезі аміаку. Сажа, добута з метану, йде на виготовлення друкарської фарби, гумових виробів. Хімічні речовини, які одержують з газу – складові компоненти для виробництва пластмас, добрив, синтетичних волокон тощо. Природний газ навіть використовують для опріснення морської води. Тому він відіграє також значну роль в житті людини.

4.2ОСНОВНІ НАПРЯМКИ ГОСПОДАРСЬКОГО  ВИКОРИСТАННЯ ВУГІЛЛЯ, ГОРЮЧИХ  СЛАНЦІВ І ТОРФУ

Застосування вугілля таке ж  широке як і в нафти. Тільки половина всього вугілля йде на паливо, решта  – для переробки в хімічній промисловості.

Зазвичай його спалюють на теплових електростанціях і в побуті. А переробляють вугілля на дуже багато речовин. Спершу його нагрівають без доступу повітря до 1000О С утворюється первинний продукт – кокс, який на 96 – 98% складається з вуглецю. Він використовується в металургії для випалювання зайвого вуглецю з чавуну. Але разом з коксом утворюється коксовий газ, який йде на паливо та кам’яновугільна смола, що є багатим джерелом різних речовин, - з неї їх виділено близько 500. Речовини, які утворюються при переробці та хімічній обробці кам’яновугільної смоли ідуть на виробництво: розчинників, ароматичних речовин, ліків, фарб, вибухових речовин, бензолу, добрив, нашатирного спирту, різних смол, покрівельного матеріалу, дорожніх бітумів, різних палив, мастил, масел, пластмас, дезинфікуючих речовин, нафталіну, сажі тощо. Крім того, вугілля можуть переробляти ще до коксування. Наприклад, при температурі 400 – 500О с і тиску 10 МПа, додавши до вугілля трохи водню, можна дістати рідину близьку за властивостями нафти, яку переробляють на штучний бензин і газ (саме таким способом задовольняла свої потреби Німеччина в роки ІІ Світової війни).

Кам’яновугільна смола є доступною  сировиною для виробництва всіх цих продуктів. Кам’яне вугілля  – цінна сировина, яку вигідніше  переробляти, ніж спалювати.

Що до горючих сланців, то вони також  мають широке застосування. Найперше – спалювання на електорстанціях  найкращих сортів (ТЕС в Естонії), трохи гірші йдуть на переробку. Якщо дрібно роздроблений сланецьнагріти до 500О С і більше – утворюється сланцева смола – первинний продукт переробки. Органічна речовина при цьому розкладається, утворюючи маслянисту пару. Після конденсації вона дає в’язку смолу, газ та вуглистий залишок. З сланцевої смоли виробляють висококалорійне паливо, масло для просочення деревини, клей, іхтіол (лікарська речовина), миючі засоби, спеціальний кокс для виготовлення електродів, парафін, пластмаси і гуму. Сланцевий попіл з успіхом застосовується при виробництві цементу, будівельних блоків та панелей. З сланців можна одержати ряд рідкісних елементів – уран, ванадій, молібден, реній тощо. І сьогодні все більша частина промисловості починає переробляти їх для давання корисних речовин.

В недалекому минулому торф йшов в  основному на опалення будинків і  спалювання в печах електростанцій (в Росії таких станцій нараховувалось понад 60). Зараз від 60 до 70% торфу використовується в сільському господарстві в якості добрива, стимулятора росту рослин, кормових додатків для тварин і навіть для підстилки на тваринницьких фермах. Торф’яна підстилка набагато вигідніша, ніж солома чи тирса: 1т такої підстилки дає пізніше 5т високоякісного органічного добрива. Для вирощування саджанців і розсади в теплицях роблять спеціальні торфоперегнійні горщечки, які складаються з суміші торфу і перегнившого посліду. Торфодерновими „килимами” укріплюють кювети доріг, озеленюють комплекси житлових та промислових будівель.

Торф – джерело багатьох цінних продуктів: воску, органічних барвників. При нагріванні з нього дістають сульфат амонію, аміак, феноли, оцтову кислоту, етиловий та метиловий спирт, мастила, парафін, щавелеву кислоту, кормові дріжджі, активоване вугілля тощо.

Отже, горючі корисні копалини мають  широкий спектр застосування в житті  людини, а також велику гаму вироблених з них продуктів, які є незамінними в існуванні людини.

5.ЕКОЛОГІЧНІ НАСЛІДКИ  ПРИ ВИДОБУВАННІ ТА ГОСПО- ДАРСЬКОМУ  ВИКОРИСТАННІ КОПАЛИН

5.1ЕКОЛОГІЧНІ НАСЛІДКИ ПРИ ВИДОБУВАННІ  ГОРЮЧИХ КОПАЛИН

Останніми десятиліттями перед  багатьма країнами, серед яких і  Україна, гостро постала проблема екологічної рівноваги в системі людина – довкілля. Одним з важливих чинників довкілля є геологічне середовище – мінеральна основа біосфери, основний постачальник енергетичних ресурсів.