Виды топлива. Основные виды и характеристики топлив

• Название: Основные виды и характеристики топлив
• Дата: 25.02.2021
• Размер: 91.73 Kb.
• Имя файла: Виды топлива.docx
• Тип: Документы; #179446
• страница: 3 из 4

2.2.Жидкие топлива

2.2.1 Нефть

Состав В зависимости от месторождения нефть имеет различный качественный и количественный состав. Представляет собой маслянистую жидкость, более легкую, чем вода, почти нерастворимая в ней и по элементарному составу содержащая преимущественно углеводороды с подмесью небольшого количества кислородных, сернистых, азотистых и минеральных соединений, что видно не только по элементарному составу, но и по всем свойствам углеводородов.

Общие характеристики

Бывает иногда почти черного цвета, хотя иногда встречается и слабо окрашенная в желто-зеленый цвет и даже бесцветная нефть, имеет специфический запах, распространена в осадочной оболочке Земли. Средняя молекулярная масса 220…300 г/моль (редко 450…470). Плотность 0,65…1,05 (обычно 0,82…0,95) г/смі; нефть, плотность которой ниже 0,83, называется легкой, 0,831…0,860 — средней, выше 0,860 — тяжелой. Плотность нефти, как и других углеводородов, сильно зависит от температуры и давления. Она содержит большое число разных органических веществ и поэтому характеризуется не температурой кипения, а температурой начала кипения жидких углеводородов (обычно > 28 °C, реже ≥ 100 °C в случае тяжелых не́фтей) и фракционным составом — выходом отдельных фракций, перегоняющихся сначала при атмосферном давлении, а затем под вакуумом в определенных температурных пределах, как правило до 450…500 °С (выкипает 80 % объема пробы), реже 560…580 °С (90…95 %). Температура кристаллизации от −60 до + 30 °C; зависит преимущественно от содержания в нефти парафина (чем его больше, тем температура кристаллизации выше) и легких фракций (чем их больше, тем эта температура ниже). Вязкость изменяется в широких пределах (от 1,98 до 265,90 ммІ/с для различных не́фтей, добываемых в России), определяется фракционным составом нефти и ее температурой (чем она выше и больше количество легких фракций, тем ниже вязкость), а также содержанием смолисто-асфальтеновых веществ (чем их больше, тем вязкость выше). Удельная теплоемкость 1,7…2,1 кДж/(кг∙К); удельная теплота сгорания (низшая) 43,7…46,2 МДж/кг; диэлектрическая проницаемость 2,0…2,5; электрическая проводимость от 2∙10^-10 до 0,3∙10⁻¹⁸ Ом⁻¹∙см

Происхождение

Выдвинуто много теорий, объясняющих происхождение нефти, из них основные - органическая (биогенная) и неорганическая (абиогенная). Большинство ученых в России и за рубежом являются сторонниками концепции биогенного образования нефти.

Согласно органической теории, нефть - жидкая гидрофобная фаза продуктов фоссилизации (захоронения) органические вещества (керогена) в водно-осадочных отложениях. Нефтеобразование представляет собой многостадийный, весьма продолжительный (обычно много млн. лет) процесс, начинающийся еще в живом веществе. Обязательное его требование - существование крупных областей погружения земной коры (осадочных бассейнов), в ходе развития которых породы, содержащие органическое вещество, могли достичь зоны с благоприятными термобарическими условиями для образования нефти. Основное исходное вещество нефти - планктон, обеспечивающий наибольшую биопродукцию в водоемах и накопление в осадках органические вещества сапропелевого типа, характеризуемого высоким содержанием водорода. Генерирует нефть также гумусовое вещество, образующееся главным образом из растительных остатков.

К неорганическим теориям происхождения нефти относятся минеральная, или карбидная (Д.И.Менделеев, 1877), космическая (В. Д. Соколов, 1889), вулканическая (Ю. Кост, 1905). Общее для этих и менее распространенных неорганических теорий - синтез углеводородов путем взаимодействия карбидов металлов с водой и компанентами (идея Менделеева), а также по схеме Фишера-Тропша из водорода и оксидов углерода.

Применение

Сырая нефть непосредственно почти не применяется. Для получения из нее технически ценных продуктов, главным образом моторных топлив, растворителей, сырья для химической промышленности, ее подвергают переработке. Нефть занимает ведущее место в мировом топливно-энергетическом балансе: доля ее в общем потреблении энергоресурсов составляет 48 %. В перспективе эта доля будет уменьшаться вследствие возрастания применения атомной и иных видов энергии, а также увеличения стоимости и уменьшения добычи.

В связи с быстрым развитием в мире химической и нефтехимической промышленности, потребность в нефти увеличивается не только с целью повышения выработки топлив и масел, но и как источника ценного сырья для производства синтетических каучуков и волокон, пластмасс, моющих средств, пластификаторов, присадок, красителей и др. (более 8 % от объема мировой добычи). Среди получаемых из нефти исходных веществ для этих производств наибольшее применение нашли: парафиновые углеводороды — метан, этан, пропан, бутаны, пентаны, гексаны, а также высокомолекулярные (10…20 атомов углерода в молекуле); нафтеновые; ароматические углеводороды — бензол, толуол, ксилолы, этилбензол; олефиновые и диолефиновые — этилен, пропилен, бутадиен; ацетилен. Нефть уникальна именно комбинацией качеств: высокая плотность энергии (на тридцать процентов выше, чем у самых качественных углей), нефть легко транспортировать (по сравнению с газом или углем, например), наконец, из нефти легко получить массу вышеупомянутых продуктов. Истощение ресурсов нефти, рост цен на нее и др. причины вызвали интенсивный поиск заменителей жидких топлив.

Способы добычи

Породы с крупными порами, в которых собирается нефть, называются резервуарными или коллекторами. Поры между частицами заполняются смесью нефти, газа и воды; эта смесь в процессе уплотнения выжимается и тем самым принуждается к миграции из пор пород.

Существуют три, самых распространённых, способа добычи нефти:

▪ фонтанный - он же самый простой способ добычи. После того как скважина пробурена и освоена необходимо начать добывать из нее нефть. Хотя нужно отметить, что не из всех даже эксплуатационных скважин добывается нефть. Существуют так называемые нагнетательные скважины. В них наоборот закачивается только не нефть, а вода. Это необходимо для эксплуатации месторождения в целом и об этом мы поговорим попозже. Как правило, фонтанируют скважины только в начале своего жизненного цикла, т.е. сразу после бурения. Через некоторое время давление в пласте снижается и фонтан иссякает. Конечно, если бы на этом прекращалась эксплуатация скважины, то под землей оставалось бы более 80 % нефти. В процессе освоения скважины в нее опускается колонна насосно-компрессорных труб (НКТ). Если скважина эксплуатируется фонтанным способом, то на поверхности устанавливают специальное оборудование – фонтанную арматуру. После того, когда давление в скважине уменьшится, и скважина начнет давать совсем мало нефти, как посчитают специалисты, ее переведут на другой способ эксплуатации.

▪ газлифтный – специфичный способ добычи. После прекращения фонтанирования из-за нехватки пластовой энергии переходят на механизированный способ эксплуатации скважин, при котором вводят дополнительную энергию извне (с поверхности). Одним из таких способов, при котором вводят энергию в виде сжатого газа, является газлифт. Газлифт (эрлифт) — система, состоящая из эксплуатационной (обсадной) колонны труб и опущенных в нее НКТ, в которой подъем жидкости осуществляется с помощью сжатого газа (воздуха). Иногда эту систему называют газовый (воздушный) подъемник. Способ эксплуатации скважин при этом называется газлифтным. По схеме подачи от вида источника рабочего агента — газа (воздуха) различают компрессорный и бескомпрессорный газлифт, а по схеме действия — непрерывный и периодический газ лифт. В затрубное пространство нагнетают газ высокого давления, в результате чего уровень жидкости в нем будет понижаться, а в НКТ — повышаться. Когда уровень жидкости понизится до нижнего конца НКТ, сжатый газ начнет поступать в НКТ и перемешиваться с жидкостью. В результате плотность такой газожидкостной смеси становится ниже плотности жидкости, поступающей из пласта, а уровень в НКТ будет повышаться. Чем больше будет введено газа, тем меньше будет плотность смеси и тем на большую высоту она поднимется. При непрерывной подаче газа в скважину жидкость (смесь) поднимается до устья и изливается на поверхность, а из пласта постоянно поступает в скважину новая порция жидкости.

▪ насосный – часто применяемый способ добычи. При помощи него добывается около 85 % всей добываемой на нашей планете нефти. Глубина нефтяных скважин может варьироваться от нескольких десятков (очень редко) и сотен метров до нескольких километров. Ширина скважин может достигать величины от 10 см до 1метра. На территории России залежи нефти находятся на очень больших глубинах – от 1000 до 5000 метров. Важные нефтегазоносные области окружают Мексиканский залив и продолжаются в его подводную часть. Они включают богатые месторождения Техаса и Луизианы, Мексики, о.Тринидад, побережья и внутренних районов Венесуэлы. Крупные нефтегазоносные области располагаются в обрамлении Черного, Каспийского и Красного морей и Персидского залива. Эти районы включают богатые месторождения Саудовской Аравии, Ирана, Ирака, Кувейта, Катара и Объединенных Арабских Эмиратов, а также Баку, Туркмении и западного Казахстана. Нефтяные месторождения островов Борнео, Суматра и Ява составляют основные зоны полезных ископаемых Индонезии. Открытие в 1947 нефтяных месторождений в Западной Канаде и в 1951 в Северной Дакоте положило начало новым важным нефтегазоносным провинциям Северной Америки. В 1968 были открыты крупнейшие месторождения у северного побережья Аляски. В начале 1970-х годов крупные нефтяные месторождения были обнаружены в Северном море у берегов Шотландии, Нидерландов и Норвегии. Небольшие нефтяные месторождения имеются на побережьях большинства морей и в отложениях древних озер. Конечно же сейчас нефть не добывают, просто дожидаясь когда же она заполнит природный колодец или выжимая известковые породы, пропитанные углеводородами. В реальных условиях способ доступа к нефтяным месторождениям мало чем изменился по отношению к чуть более чем вековой давности.

2.2.2. Масло

Общие характеристики Cобирательное название ряда химических веществ или смесей веществ, не растворяющихся в воде. Основных групп «масел» три: некоторые «масла» являются жирами, другие — продуктами переработки нефти, выделяется также важная группа — эфирные масла. Все масла в той или иной степени гидрофобны (или, что то же — липофильны). Многие масла находятся в жидкой фазе при нормальных условиях (кроме кокосового, сливочного). Эмульгаторы позволяют создавать смеси масел с водой.

Применение

-Съедобные растительные и животные масла широко используются в приготовлении пищи.

-Применяются как растворители витаминов и ароматических веществ

-Топливо

-Смазочные материалы, составляющие смазочно-охлаждающих технических средств (СОТС/СОЖ) в металлообработке

-Рабочие жидкости гидропривода

-теплоносители в тепловом оборудовании (теплотехнике)

-Электроизоляция трансформаторов, реакторного оборудования, масляных выключателей (а в последних - также в качестве дугогасящей среды)

-Материалы в изобразительном искусстве (Живопись масляными красками)

топливо ядерный ракетный добыча

2.2.3. Спирты́

Состав Органические соединения, содержащие одну или несколько гидроксильных групп (гидроксил, OH), непосредственно связанных с насыщенным атомом углерода, находящемся в состоянии sp³ гибридизации. Спирты можно рассматривать как производные воды H₂O, в которых один атом водорода замещен на органическую функциональную группу: R-OH.

Общие характеристики

Классификация спиртов разнообразна и зависит от того, какой признак строения взят за основу.

1. В зависимости от количества гидроксильных групп в молекуле спирты делят на:

а) одноатомные (одержат одну гидроксильную ОН-группу), например, метанол СН₃ОН, этанол С₂Н₅ОН, пропанол С₃Н₇ОН

б) многоатомные (две и более гидроксильных групп), например, этиленгликоль HO–СH₂–CH₂–OH, глицерин HO–СH₂–СН(ОН)–CH₂–OH, пентаэритрит С(СН₂ОН)₄.

2. По типу атома углерода, с которым связана группа ОН, спирты делят на:

а) первичные, у которых ОН-группа связана с первичным атомом углерода. Первичным называют атом углерода (выделен красным цветом), связанный всего с одним углеродным атомом. Примеры первичных спиртов – этанол СH₃–CH₂–OH, пропанол СH₃–CH₂–CH₂–OH.

б) вторичные, у которых ОН-группа связана с вторичным атомом углерода. Вторичный атом углерода (выделен синим цветом) связан одновременно с двумя атомами углерода, например, вторичный пропанол, вторичный бутанол.

в) третичные, у которых ОН-группа связана с третичным атомом углерода. Третичный углеродный атом (выделен зеленым цветом) связан одновременно с тремя соседними атомами углерода, например, третичный бутанол и пентанол.

3. По строению органических групп, связанных ОН-группой, спирты подразделяют на предельные (метанол, этанол, пропанол), непредельные, например, аллиловый спирт СН₂=СН–СН₂–ОН, ароматические (например, бензиловый спирт С₆Н₅СН₂ОН), содержащие в составе группы R ароматическую группу.

Непредельные спирты, у которых ОН-группа «примыкает» к двойной связи, т.е. связана с атомом углерода, участвующим одновременно в образовании двойной связи (например, виниловый спирт СН₂=СН–ОН), крайне нестабильны и сразу же изомеризуются в альдегиды или кетоны:

Получение спиртов

Химический способ

Занимая одну из центральных позиций в органической химии, спирты могут быть получены из множества других соединений. На практике в качестве исходных веществ для синтеза спиртов наиболее часто используют алкилгалогениды — щелочной гидролиз или реакция с супероксидом калия; алкены — кислотная гидратация, реакция гидроксимеркурирования - демеркурирования или гидроборирование с последующим окислением, а также промышленные методы оксо-синтеза; карбонильные соединения — восстановление или взаимодействие с реактивами Гриньяра.

Применение спиртов

Способность спиртов участвовать в разнообразных химических реакциях позволяет их использовать для получения всевозможных органических соединений: альдегидов, кетонов, карбоновых кислот простых и сложных эфиров, применяемых в качестве органических растворителей, при производстве полимеров, красителей и лекарственных препаратов.

Метанол СН₃ОН используют как растворитель, а также в производстве формальдегида, применяемого для получения фенолформальдегидных смол, в последнее время метанол рассматривают как перспективное моторное топливо. Большие объемы метанола используют при добыче и транспорте природного газа. Метанол – наиболее токсичное соединение среди всех спиртов, смертельная доза при приеме внутрь – 100 мл.

Этанол С₂Н₅ОН – исходное соединение для получения ацетальдегида, уксусной кислоты, а также для производства сложных эфиров карбоновых кислот, используемых в качестве растворителей. Кроме того, этанол – основной компонент всех спиртных напитков, его широко применяют и в медицине как дезинфицирующее средство.

Бутанол используют как растворитель жиров и смол, кроме того, он служит сырьем для получения душистых веществ (бутилацетата, бутилсалицилата). В шампунях он используется как компонент, повышающий прозрачность растворов.

Бензиловый спирт С₆Н₅–CH₂–OH в свободном состоянии (и в виде сложных эфиров) содержится в эфирных маслах жасмина и гиацинта. Он обладает антисептическими (обеззараживающими) свойствами, в косметике он используется как консервант кремов, лосьонов, зубных эликсиров, а в парфюмерии - как душистое вещество.

Фенетиловый спирт С₆Н₅–CH₂–CH₂–OH обладает запахом розы, содержится в розовом масле, его используют в парфюмерии.

Этиленгликоль HOCH₂–CH₂OH используют в производстве пластмасс и как антифриз (добавка, снижающая температуру замерзания водных растворов), кроме того, при изготовлении текстильных и типографских красок.

Диэтиленгликоль HOCH₂–CH₂OCH₂–CH₂OH используют для заполнения тормозных гидравлических приспособлений, а также в текстильной промышленности при отделке и крашении тканей.

Глицерин HOCH₂–CH(OH)–CH₂OH применяют для получения полиэфирных глифталевых смол, кроме того, он является компонентом многих косметических препаратов. Нитроглицерин – основной компонент динамита, применяемого в горном деле и железнодорожном строительстве в качестве взрывчатого вещества.

Пентаэритрит (HOCH₂)₄С применяют для получения полиэфиров (пентафталевые смолы), в качестве отвердителя синтетических смол, как пластификатор поливинилхлорида, а также в производстве взрывчатого вещества тетранитропентаэритрита.

Многоатомные спирты ксилит НОСН₂–(СНОH)₃–CН₂ОН и сорбит НОСН₂– (СНОН)₄–СН₂OН имеют сладкий вкус, их используют вместо сахара в производстве кондитерских изделий для больных диабетом и людей страдающих от ожирения. Сорбит содержится в ягодах рябины и вишни.