Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

16.1: Види викопного палива та формування

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    3811

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

    Викопне паливо - це невідновлювані джерела енергії, що утворюються з органічної речовини рослин і мікроорганізмів, які жили мільйони років тому. Ця енергія спочатку була захоплена за допомогою фотосинтезу живими організмами, такими як рослини, водорості та фотосинтетичні бактерії. Іноді це відомо як викопна сонячна енергія, оскільки енергія сонця в минулому перетворювалася на хімічну енергію всередині викопного палива. Як обговорювалося в харчових ланцюгах та харчових павутині та матерії, органічні молекули зберігають хімічну енергію, яка вивільняється, коли вищі енергетичні (менш стабільні) зв'язки в цих молекулах порушуються, утворюючи нижчі енергетичні (більш стабільні) зв'язки. Викопне паливо є невідновлюваним, оскільки їх формування зайняло мільйони років. Крім того, більш висока продуктивність у стародавньому середовищі дозволила накопичувати більше викопного палива, а це означає, що наявні зараз запаси викопного палива не обов'язково можуть бути відновлені мільйони років у майбутньому.

    Викопне паливо складається переважно з вуглеводнів (молекул лише вуглецю та водню), але вони містять меншу кількість азоту, сірки, кисню та інших елементів. Точні хімічні структури варіюються залежно від типу викопного палива (вугілля, нафта або природний газ). Молекули у вугіллі, як правило, більші, ніж у нафті та природному газі. Таким чином, вугілля тверде при кімнатній температурі, нафта - рідка, а природний газ знаходиться в газоподібній фазі. Зокрема, вугілля - це чорне або темно-коричневе тверде викопне паливо, яке зустрічається у вигляді вугільних пластів у шарах скель, утворених з давньої болотної рослинності. І нафта, і природний газ - це викопне паливо, знайдене під землею, яке утворилося з морських Нафта (нафта) - це рідке викопне паливо і складається з різноманітних вуглеводнів, тоді як природний газ - це газоподібне викопне паливо, яке складається переважно з метану та інших дрібних вуглеводнів.

    Вугілля

    Вугілля є продуктом скам'янілих боліт, хоча деякі старі родовища вугілля, які передували наземним рослинам, як передбачається, походять від водорослевих накопичень. Вугілля утворилося, коли рослинний матеріал закопується, нагрівається і стискається в поганих киснем умовах протягом тривалого періоду часу (рис.\(\PageIndex{a}\)). Мільйони років тому континенти знаходилися в різних місцях з різним кліматом, а болотоподібна рослинність покривала багато регіонів. Коли рослинність загинула, вона не могла повністю розкладатися через погані киснем умов. Замість нього утворюється торф (бура речовина з високим вмістом органіки). Торф був похований і утворився вугілля після мільйонів років високого тиску і температури. Тиск був від ваги відкладень, а також від континентальних зіткнень.

    Процес вугільноутворення в три етапи, що показують захоронення болотної рослинності
    Малюнок\(\PageIndex{a}\): Вугілля утворилося, коли великі рослини на болотах гинули 300 мільйонів років тому (до динозаврів). Протягом мільйонів років ця рослинність була похована під водою і брудом (100 мільйонів років тому). Зрештою, тепло і тиск перетворили мертві рослини на вугілля, яке знаходиться під шарами гірських порід і бруду. Зображення з Адміністрації енергетичної інформації США/Національного проекту розвитку енергетичної освіти (суспільне надбання).

    Існує кілька різних видів вугілля, що варіюються за якістю (малюнок\(\PageIndex{b}\)). Чим більше тепла і тиску вугілля піддається під час формування, тим більша його паливна цінність і тим бажанішим є вугілля. Загальна послідовність перетворення болота в різні стадії вугілля наступна:

    Болото → Торф → Буре вугілля → Вугілля суббітумне → Вугілля бітумне → Антрацитне вугілля → Графіт

    Графік, що показує види вугілля як функції енергетичного вмісту та вмісту вуглецю
    Малюнок\(\PageIndex{b}\): Рейтинг вугілля залежить від вмісту енергії, виміряної як валова теплотворна здатність (скільки енергії виділяється при згорянні) та вмісту вуглецю, який можна спалити (відсоток фіксованого вуглецю). Антрацитарне вугілля (апельсин) - вугілля найвищої якості, з високим вмістом енергії і вуглецю. Далі за якістю йде бітумне вугілля (сірий), суббітумний вугілля (зелений), буре вугілля (жовтий). Всі три мають менший вміст вуглецю, ніж антрацитове вугілля. Бітумне вугілля зберігає високу енергоємність, але суббітомінозний вугілля і буре вугілля мають меншу енергетичну цінність. Зображення USGS (суспільне надбання).

    Зокрема, торф ущільнює утворюючи тверду гірську породу за допомогою процесу, званого літіфікацією, виробляючи буре вугілля (буре вугілля, низькоякісна форма вугілля). Зі збільшенням тепла і тиску буре вугілля перетворюється в суббітумний вугілля і бітумне вугілля. Буре вугілля, суббітумне вугілля та бітумне вугілля вважаються осадовими породами, оскільки вони утворюються з ущільнених відкладень. При дуже високій температурі і тиску бітумне вугілля перетворюється на антрацит, повноцінне вугілля, яке є найбільш бажаним вугіллям, оскільки забезпечує найвищу потужність енергії (цифра\(\PageIndex{c}\)). Антрацит вважається метаморфічною породою, оскільки він був ущільнений і перетворений настільки, що він щільніший за інші форми вугілля і більше не містить листоподібних шарів опадів. З ще більшим теплом і тиском виганяють всі компоненти, які легко випаровуються і залишають чистий вуглець, антрацит може перетворитися на графіт.

    Чорна блискуча скеля
    Малюнок\(\PageIndex{c}\): Вугілля антрацитарне, вищий сорт вугілля.

    Нафта і газ

    Нафта і природний газ утворюються з давніх морських мікроорганізмів (планктону). Коли планктон загинув, їх поховали в опадах. Як і у випадку з вугіллям, бідні киснем умови обмежують розкладання. Оскільки опади продовжували накопичуватися, мертві організми були додатково поховані. Висока температура і тиск протягом мільйонів років в кінцевому підсумку виробляли нафту і природний газ з цих мертвих організмів.

    Освіта нафти і природного газу здійснюється в три етапи. Морські мікроорганізми були поховані і піддавалися впливу високої температури і тиску.
    Малюнок\(\PageIndex{d}\): Нафта (нафта) і природний газ утворилися з морських мікроорганізмів. (У тексті зображення згадуються крихітні морські рослини, але вони були переважно водоростями та фотосинтетичними бактеріями, а не рослинами.) Вони були покриті шарами мулу і піску 300-400 мільйонів років тому. Протягом мільйонів років останки були поховані все глибше і глибше. Вони зображені 100 мільйонів років тому. Величезне тепло і тиск перетворили залишки на нафту і природний газ. Зараз родовища нафти та природного газу знаходяться під землею і можуть бути видобуті шляхом буріння через шари піску, мулу та гірських порід. Зображення з Адміністрації енергетичної інформації США/Національного проекту розвитку енергетичної освіти (суспільне надбання).

    Оскільки порода утворюється з відкладень, які спочатку захопили планктон, нафта та газ витікають із вихідної породи через підвищений тиск та температуру та мігрують до іншої гірської одиниці вище в гірській колоні. Якщо порода пориста і проникна порода, то ця порода може виступати резервуаром для нафти і газу. Нафта зазвичай знаходиться на один-дві милі (1,6 - 3,2 км) нижче поверхні Землі, незалежно від того, чи є це на суші чи в океані.

    Пастка - це поєднання підземної геологічної структури та непроникного шару, який допомагає блокувати рух нафти та газу та концентрує їх для подальшого видобутку людиною. Пастки об'єднують рідке викопне паливо в конфігурацію, в якій видобуток, швидше за все, буде вигідним, і такі викопні види палива називаються звичайною нафтою та природним газом (рис.\(\PageIndex{e}\)). Видобуток нафти або газу поза пасткою (нетрадиційна нафта і природний газ) менш ефективна і дорожча; іноді вона взагалі не є економічно вигідною (не приносить прибутку). Приклади нетрадиційних викопних видів палива включають сланці, щільні нафту і газ, дьогтяні піски (нафтові піски) та метан вугільного пласта.

    Ділянка Землі показує різні запаси нафти і природного газу, деякі звичайні і деякі нетрадиційні.
    Малюнок\(\PageIndex{e}\): Звичайні родовища нафти та природного газу знаходяться в пастці під непроникною породою (сірою). Звичайний природний газ може бути пов'язаний з нафтою або неасоційованим. Метан вугільного пласта та щільний газ, що містяться у сланці та пісковику, є прикладами нетрадиційного викопного палива. Зображення з USGS/EIA (суспільне надбання)

    Сланцеві нафти

    Нафтові сланці - це дрібнозерниста осадова порода, яка іноді містить кероген, твердий матеріал, з якого в кінцевому підсумку можуть бути виготовлені нафтопродукти. Щоб витягти викопне паливо, матеріал потрібно видобувати та нагрівати, що є дорогим і, як правило, негативно впливає на навколишнє середовище.

    Герметична нафта і природний газ

    Щільна нафта і природний газ також потрапляють у сланцеві породи, дрібнозернисті осадові породи з відносно високою пористістю і низькою проникністю. Вони відрізняються від сланців тим, що їх можна видобувати за допомогою процесу, званого гідравлічним розривом пласта (фрекінг).

    Аналогічно фрекінг може використовуватися для видобутку природного газу з щільних пісків, які є газоносними, дрібнозернистими пісковиками або карбонатами (породи з мінералів, що містять карбонат, СО 3 2 -) з низькою проникністю.

    Дігтярні піски

    Дігтярні піски, або нафтові піски, - це пісковики, які містять високов'язкі нафтопродукти (як дьоготь), і, таким чином, не можуть бути пробурені і відкачані з землі, на відміну від звичайної нафти (рис.\(\PageIndex{f}\)). Розглянутим викопним паливом є бітум, який можна перекачувати як рідину тільки при дуже низьких швидкостях відновлення і тільки при нагріванні або змішуванні з розчинниками. Таким чином, ін'єкції пари і розчинника або видобуток дьогтю піску для подальшої переробки можуть бути використані для видобутку смоли з пісків. (Див. відповідну інформацію про видобуток смуги щодо вугілля в видобутку, переробці та генерації електроенергії.) Альберта, Канада, як відомо, має найбільші запаси бідьогінних пісків у світі.

    Пісковик має зернистий вигляд і чорний з дьогтем.
    Малюнок\(\PageIndex{f}\): Дігтярний пісковик з міоценового Монтеррейського формування Каліфорнії.

    Метан вугільного пласта

    Деякий природний газ також зустрічається, пов'язаний з родовищами вугілля (метан вугільних пластів), що складається з метану, що утворюється при вугільному утворенні.

    Атрибуції

    Модифікований Мелісою Ха з наступних джерел: