Энергетическое топливо и его классификация

     Энергетическое  топливо и его классификация.

     Энергетическим  топливом называются горючие вещества, которые экономически целесообразно  использовать для получения в  промышленных целях больших количеств  тепла. Основными его видами являются органические топлива: торф, горючие сланцы, угли, природный газ, продукты переработки нефти.

     По  способу получения различают  природные и искусственные топлива. К природным относятся натуральные  топлива: уголь, сланцы, торф, нефть, природные  газы. Из твердых топлив к искусственным относятся кокс, брикеты угля, древесный уголь; из жидких - мазут, бензин, керосин, соляровое масло, дизельное топливо, из газовых - газы доменный, генераторный, коксовый, подземной газификации. Торф, бурые угли, каменные угли и антрациты образовались в процессе последовательной углефикации отмершей растительной массы.По исходной материнской органической массе и условиям, при которых происходили процессы углеобразования, различают два крайних типа углей: гумусового и сапропелевого происхождения. 

     Первым  типом исходного углеобразующего вещества является ежегодно отмирающая многоклеточная наземная растительность, скапливающаяся в заболоченных местах. Под слоем воды, препятствующей свободному доступу воздуха, эта масса подвергалась преобразованиям: в ней происходило разложение органической массы и последующее превращение продуктов ее распада, а также синтез с образованием новых веществ. В процессе этих преобразований содержание углерода повышалось, а кислорода, водорода и азота - уменьшалось.

     Эти процессы протекали в различных условиях (температура, давление, среда), а следовательно, и с различной интенсивностью. Поэтому степень углефикации топлив, под которой понимают освобождение от наиболее непрочных содержащих кислород компонентов и обогащение углеродом, различна. Степень углефикации, т. е. химического старения, твердого топлива не всегда соответствует его геологическому возрасту, под которым понимается период времени процесса углеобразования.

     Начальные стадии биохимических процессов, процессов  разложения и окисления называются оторфянением. Эти процессы протекают в основном за счет наличия кислорода, входящего в состав клетчатки (целлюлозы), содержание которой в древесине доходит до 70%, и межклеточного вещества - лигнина. Наиболее легко разлагается клетчатка. Продукты ее разложения в значительной мере рассеиваются в виде выделившихся газов, или, растворяясь, уносятся почвенными водами. Из компонентов Органического вещества многоклеточных растений лигнин наиболее стойкий к биохимическим реакциям, но весьма нестоек к окислительным процессам. В древесине лигнин содержится в количестве от 20 до 30%.

     В процессе оторфянения лигнин переходит  в лигнинные кислоты. При этом понижается содержание кислорода и  повышается содержание углерода, образуется темно-бурая масса. В этой массе, называемой торфом, содержатся также остатки неразложившихся частей растений - листьев, стеблей.Торф, получаемый из верхних слоев залежей, слаборазложившийся, волокнистого строения с малой объемной массой. Наиболее высокая степень разложения достигается в торфяных залежах, образовавшихся в низинных болотах.В процессе дальнейших преобразований из торфяной массы образовывались бурые угли. При этом лигнинные кислоты в буроугольной стадии превращаются в гумусовые кислоты (гумус -перегной). Из бурых углей далее образуются каменные угли иантрациты. Лигнин является главным углеобразователем углей гумусового типа. По типу соединений он принадлежит к углеводородам. Сравнительно малым содержанием водорода в лигнине объясняется умеренное содержание последнего в гумусовых углях. 

     Второй  тип исходного вещества образуется в заливах, озерах, лиманах, в застойных водоемах мелководных морей. Отмирающие микроскопические растительные и животные организмы, оседая на дно, образуют ил, состоящий преимущественно из органических веществ. Растительная часть исходного вещества состоит в основном из примитивных одноклеточных водорослей. Из-за отсутствия межклеточного вещества основным углеобразователем является жировое вещество, содержащееся в клетке, что ведет к значительному повышению содержания водорода в углях сапропелевого происхождения. Лигнина в нем обычно мало. Под водой при слабом доступе воздуха в условиях длительного воздействия микроорганизмов в этой органической массе протекали процессы углефикации. Первичное образование - гниющий ил (сапропел) представляет собой торфяную стадию сапропелитов. Дальнейшая углефикация приводит к образованию сапропелевых углей. Буроугольная стадия этих углей носит название богхедов.

     Встречаются также угли смешанного происхождения  с преобладанием гумусового или  сапропелевого материала. К твердым топливам этого класса относятся также горючие сланцы, представляющие собой твердые минеральные породы (глинистая или мергелевая масса), пропитанные нефтеподобными органическими веществами сапропелевого происхождения. Естественное жидкое топливо - сырая нефть - является смесью органических соединений, главным образом различных углеводородов, и включает в себя некоторое количество жидких кислородных, сернистых и азотистых соединений, растворенный парафин и смолы.

     Наиболее  достоверной теорией происхождения нефти считается теория органического происхождения, согласно которой нефть произошла из сравнительно устойчивых к химическим и биохимическим реакциям органических соединений, главным образом из белков, которые образовались как продукты разложения растительных и животных организмов, оседавших на морское дно и подвергавшихся действию различных биохимических и геологических процессов.

     Нефть в основном перерабатывается с извлечением  более легких фракций: бензина, лигроина, керосина, газойля. Общий выход светлых нефтепродуктов в зависимости от качества исходной нефти составляет 40 - 60%. Остающийся после переработки тяжелый остаток - мазут - используется как энергетическое топливо. Минеральные примеси в мазуте в основном представляют собой водорастворимые соли, которые входят в состав исходной нефти и попадают в нее с буровой водой. При переработке нефти содержащиеся в ней минеральные примеси концентрируются в более тяжелых фракциях. Состав примесей в мазуте различен и зависит от качества исходной нефти и метода ее переработки.

     Газовое топливо - природный и искусственный  газ - является физической смесью горючих  и негорючих газов, содержащей некоторое  количество примесей в виде водяных  паров, а в некоторых случаях  пыли и смолы.

     Природные газы образовались одновременно с нефтью. Значительная часть более тяжелых составляющих их растворена в нефти, а часть, состоящая в основном из более легких компонентов, скапливается над уровнем нефти. Благодаря большой проникающей способности природные газы перемещаются в пористых горных породах на большие расстояния от места своего образования и, накапливаясь, образуют чисто газовые месторождения.

     Характеристики  и состав твердого топлива, в том  числе выход летучих, спекаемость  кокса, оказывают сильное влияние  на процесс горения угля. С увеличением выхода летучих и содержания в них более реакционноспособных газов воспламенение топлива становится легче, а кокс благодаря большей пористости получается более реакционноспособным.По этим свойствам каменных углей проводят их классификацию. Ископаемые угли подразделяются на тря основных типа: бурые, каменные угли и антрацит.