Происхождение твердых горючих ископаемых - 10 Августа 2009

Происхождение твердых горючих ископаемых

Согласно современной теории, твердые горючие ископаемые образовались в результате длительного процесса разложения органических веществ, главным образом растений и микроорганизмов, а также веществ животного происхождения. Основную массу исходных органических веществ, способных принимать участие в образовании горючих ископаемых, составляет клетчатка (целлюлоза) — высокомолекулярный углевод состава (С₆Н]₀О₅)„. Она является главной составной частью растений. Клетчатка сравнительно устойчивое соединение, при нормальных условиях трудно поддается гидролизу, однако сравнительно легко может разрушаться микроорганизмами с выделением метана и углекислого газа. Цитоплазма клеток растений содержит жиры, углеводы, неорганические соли, воду и белки. Последние представляют собой сложные органические соединения, в состав которых входят азот, углерод, водород, кислород, сера, фосфор, железо.

При одревеснении растительных тканей в стенках клеток отлагается лигнин — высокомолекулярное соединение, содержание которого в древесине может быть до 30 %. Древесина содержит также смолистые вещества (смеси органических кислот) и древесный сок (водный раствор различных органических и минеральных соединений).

На Земле периодически создавались благоприятные условия для бурного развития растительности. Одним из таких геологических периодов, когда на Земле произрастали гигантские леса, давшие начало ископаемым твердым топливам, был период, называемый каменноугольным (225—275 млн. лет назад). Растения отмирали, падали в болотистую почву, покрывались водой и илом. На их месте вырастали новые. Так образовались мощные скопления отмершей растительной массы. В результате геологических изменений, происходящих в земной коре, растительная масса погружалась на дно водоемов, или покрывалась горными породами. Без до-

I гупа воздуха она подвергалась химико-биологическому

сложению под действием содержащегося в ней кислорода и микроорганизмов. Продукты разложения клетчатки и белка выделялись в виде газов (Н₂, 0₂, М₂, СО_аи др.) и растворялись в подпочвенных водах. Вещества, наиболее стойкие к биохимическим процессам,— лиг-соски, жиры, углеводороды — практически не раз-Лагаются в течение нескольких геологических периодов. Вещества этой группы и явились основным источником Образования ископаемых топлив.

11роцесс формирования и свойства твердых ископаемых топлив зависят от исходного растительного материала п условий его преобразования. Отмершая органическая масса высших растений, т. е. деревьев, кустарников, папоротников, трав и других, накапливаясь в условиях заболоченной суши, в процессе длительного преобразования превращалась в перегной (гумус), ко-ТОрый является исходным материалом для образования большей части твердых горючих ископаемых — углей гумусового класса (гумолитов).

Различают три стадии образования ископаемых твер-и.1 \ топлив гумусового класса: торфяную, буроугольную и каменноугольную.

На торфяной стадии образования отмершая масса | Ы1 ших растений вначале подвергалась разложению при незначительном контакте с воздухом, затем, после ее опускания под слой воды или покрытия породой,—

¹.......... | | у мл воздуха. В процессе такого преобразования

Ц| ........ ые растительные вещества теряли свою первона-

I 1Ы1ую форму и приобретали вид темно-бурой бесструк-гурпой массы, в которой встречаются остатки неразло-ишх( и п полуразложившихся растений. Этот процесс сопровождается некоторым увеличением содержания уг-Ч"¹¹ и органической массе исходного вещества.

Вуроугольная стадия протекала после покрытия тор-
■I ним голггым и плотным слоем горных пород в ре-
■. н.пне сдвигов земной коры. Вследствие глубокого
I........... 'Пня органического материала к нему лрекра-

гм 1<)С1 у и атмосферного воздуха, следовательно,
ночплоп. окисление его кислородом воздуха. По-
........ ни пиления и температуры па большой глубине

^II ¹.... кимичсскпе процессы в пласте вызывали более

........... иргобрлюпаине органического материала с вы-

|ии м 1.11(41 п подяпого пара. Происходящее при этом

дальнейшее увеличение содержания углерода в органической части вещества называется углефикацией.

Каменноугольная стадия характеризуется наиболее глубокой степенью преобразования исходной органической массы. В зависимости от степени углефикации различают молодые угли, содержание углерода в органической массе которых составляет 75—80 %, и старые угли с содержанием углерода 85—90 %.

Конечной стадией преобразования углей гумусового класса является антрацит — разновидность угля с наиболее высокой степенью углефикации. Содержание углерода в органической массе его составляет 94—95 %.

Процесс образования твердых горючих ископаемых из низших растений, микроорганизмов происходит несколько иначе. Низшие растения — водоросли, бактерии, грибы, лишайники и другие, а также микроорганизмы (планктон), богатые жировыми веществами, оседая на дно застойных водоемов мелководных морей, озер, лиманов, подвергались разложению без доступа воздуха. При этом преобразование исходной органической массы происходило без ее окисления. В результате разложения выделялись различные газообразные соединения и образовывался твердый остаток — гниющий ил, или сапропель, полностью изолированный от кислорода воздуха слоем воды. Поэтому в его преобразовании определяющую роль играет жизнедеятельность анаэробных бактерий. Сапропель отличается от твердого -продукта преобразования высших растений — гумуса —■ •повышенным содержанием водорода, воска, смолистых веществ и относительно низким содержанием кислорода « минеральных примесей.

Торфяная стадия изменения сапропеля завершается образованием плотной бесструктурной массы, дальнейшее преобразование которой сопровождается относительным увеличением содержания углерода (процесс углефикации) и завершается образованием сапропелевых углей.

Твердые горючие ископаемые сапропелевого происхождения встречаются относительно редко. К наиболее распространенной разновидности сапропелевых углей принадлежат богхеды — малозольные смолистые бурые или черно-бурые однородные образования с характер ным раковистым изломом, иногда со слабым блеском Благодаря высокому содержанию смолистых вещест| богхеды используются для получения искусственных мшориых топлив и различных синтетических материалов.

Горючим ископаемым сапропелевого происхождения являются также битуминозные многозольные глинисто-н шестковые горные породы тонкослоистого строения, называемые горючими сланцами.

Процесс образования горючих ископаемых длился ■ мни миллионов лет. Поэтому торф, полученный в на-чальной стадии преобразования исходной растительной 48ССЫ, в дальнейшем полностью превратился в ископаемые угли.

Современный торф — сравнительно молодое топливо. Иотраст его составляет десятки и сотни тысячелетий. Такой торф является продуктом неполного разложения Отмерших остатков болотных растений в условиях по-|мшенной влажности и ограниченного доступа воздуха.

■сатных месторождений иногда искусственно поддерживают в газоносном пласте давление, например в пласт закачивают отсепарированный газ или другие газы и жидкости. Это позволяет извлекать до 80 % и более газового конденсата. Однако содержащиеся в газе механические примеси вызывают быстрый выход из строя компрессоров, а газовый конденсат, вода и сконденсировавшийся водяной пар занимают часть объема газопровода и способствуют образованию углеводородных гидратов — кристаллических твердых веществ. Последние снижают пропускную способность газопроводов и увеличивают расход энергии на компримирование. Кроме того, недостаточное отделение газового конденсата приводит к потере этого ценного сырья для нефтехимической промышленности. Поэтому перед подачей в магистральный газопровод все природные газы подвергаются первичной обработке. При этом газ из газовых месторождений нуждается только в осушке и очистке от механических примесей, а из газа газоконденсатных месторождений, кроме того, необходимо выделить газовый конденсат.

На газоконденсатных промыслах осушку и извлечение газового конденсата совмещают в одном процессе низкотемпературной сепарации. В начальный период эксплуатации месторождения для охлаждения газа используют эндотермический процесс дросселирования избыточного пластового давления, а в дальнейшем, по мере падения этого давления, с помощью холодильных установок. Для предотвращения образования гидратов в газ вводят специальный растворитель гидратных соединений, например диэтиленгликоль.

Если в газе содержится значительное количество сероводорода, кислорода, оксида углерода (IV), вызывающих коррозию металла, то их удаляют или уменьшают концентрацию до допустимых пределов.

Газовый конденсат затем направляют на нефтеперерабатывающий завод, где его перерабатывают вместо с нефтью или отдельно с учетом его фракционного со* става.

пленение качества твердого топлива 14 'дниюлыюм хранении при /

1ри длительном хранении твердого топлива под влия-II фи шко-химического воздействия атмосферы, ат-ИИС'М лрных осадков и влаги качество твердого топлива "Ф'пмется. Этот процесс называется выветриванием, л к¹ ич,ног физические и химическое выветривание. Фи-I»¹ кос пыветривание осуществляется под действием |'._;|\ изменений температуры, вызывающих растрес-|кмк1^|пс частиц топлива и их измельчение. При хими-

I ниш >м ш.шетривании происходит медленное окисление 16СКОЧИХ элементов топлива кислородом атмосферного орюуха, а также кислородом и углекислым газом, со-оздуащимися в атмосферных осадках.

рж/ ими ческое выветривание вызывает изменение состава Снижение теплоценности топлива. Например, при | ПОГгнии донецких углей в штабелях за 6 мес. их теп-црянс сгорания снижается на 2—5%, причем наиболь-|| ^отеря теплоценности наблюдается у углей с низкой Шаяпиью углефикации. Наиболее подвержены окисле-п не! -топлива с пористой структурой, например торф, ПИЮ ^;; и молодые каменные угли.

"\рьиЛплота, выделяемая при протекании медленных ре-Ге» окисления, обычно рассеивается в окружающую ц| пни, не вызывая заметного повышения температуры

■редуува. Однако при определенных условиях, например

щ'чае местного ухудшения теплоотвода, теплота на-• у'вается в слое топлива и температура повышается. I И1 Шире повышения температуры скорость окисления Ни м^чивается, процесс самоускоряется и может вы-

II самовоспламенение топлива.

I щ. (Я каждого топлива (кроме антрацита, который сам М.ч горается) существует экспериментально определен-Ш ио I/ачепие температуры, по достижении которой пронос :»1Мт его самовоспламенение. Такая температура п. '"Ищется критической. Для бурых и каменных углей 1Ыиг»ставляет 60—70 ^СС.

■и | с<Уи хранении углей, склонных к самовозгоранию,

11р<редупреждения проникновения воздуха внутрь | I пля его наружная поверхность уплотняется катка-

Ц". целях уменьшения нагревания штабеля от солон И о излучения производится побелка поверхности

...... юг (я известковым раствором. Высота и ширина

щи...