煤與石油的性能
作者:訪客發(fā)布時(shí)間:2021-07-31分類:無機(jī)化工瀏覽:84
一種固體可燃有機(jī)巖,主要由植物遺體經(jīng)生物化學(xué)作用,埋藏后再經(jīng)地質(zhì)作用轉(zhuǎn)變而成。俗稱煤炭。中國(guó)是世界上最早利用煤的國(guó)家。遼寧省新樂古文化遺址中,就發(fā)現(xiàn)有煤制工藝品 ,河南鞏義市也發(fā)現(xiàn)有西漢時(shí)用煤餅煉鐵的遺址。《山海經(jīng)》中稱煤為石涅,魏、晉時(shí)稱煤為石墨或石炭 。明代李時(shí)珍的《本草綱目》首次使用煤這一名稱。希臘和古羅馬也是用煤較早的國(guó)家,希臘學(xué)者泰奧弗拉斯托斯在公元前約300年著有 《石史》 ,其中記載有煤的性質(zhì)和產(chǎn)地;古羅馬大約在2000年前已開始用煤加熱。
煤的生成 在地表常溫、常壓下,由堆積在停滯水體中的植物遺體經(jīng)泥炭化作用或腐泥化作用,轉(zhuǎn)變成泥炭或腐泥;泥炭或腐泥被埋藏后 , 由于盆地基底下降而沉至地下深部,經(jīng)成巖作用而轉(zhuǎn)變成褐煤;當(dāng)溫度和壓力逐漸增高,再經(jīng)變質(zhì)作用轉(zhuǎn)變成煙煤至無煙煤。泥炭化作用是指高等植物遺體在沼澤中堆積經(jīng)生物化學(xué)變化轉(zhuǎn)變成泥炭的過程。腐泥化作用是指低等生物遺體在沼澤中經(jīng)生物化學(xué)變化轉(zhuǎn)變成腐泥的過程。腐泥是一種富含水和瀝青質(zhì)的淤泥狀物質(zhì)。
煤的分類 由于研究?jī)?nèi)容和使用的不同,煤有各種分類法,如按元素組成、成因、變質(zhì)程度、工業(yè)用途、工藝性質(zhì)等的分類 。早期多根據(jù) 煤的元素組成分類 ,稱科學(xué)分類法。在地質(zhì)上常采用成因分類法,即將煤分為腐殖煤、腐泥煤和腐殖腐泥煤。按煤化程度可分為褐煤、煙煤和無煙煤。1989年10月 ,國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局發(fā)布《 中國(guó)煤炭分類國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 》(GB5751-86),依據(jù)干燥無灰基揮發(fā)分Vdaf、粘結(jié)指數(shù)G、膠質(zhì)層最大厚度Y、奧亞膨脹度 b、煤樣透光性 P、煤的恒濕無灰基高位發(fā)熱量Qgr,maf等6項(xiàng)分類指標(biāo),將煤分為14類。即褐煤、長(zhǎng)焰煤、不粘煤、弱粘煤、1/2中粘煤、氣煤、氣肥煤、1/3焦煤、肥煤、焦煤、瘦煤、貧瘦煤、貧煤和無煙煤。
化學(xué)組成 煤中有機(jī)質(zhì)是復(fù)雜的高分子有機(jī)化合物,主要由碳、氫、氧、氮、硫和磷等元素組成,而碳、氫、氧三者總和約占有機(jī)質(zhì)的95%以上;煤中的無機(jī)質(zhì)也含有少量的碳、氫、氧、硫等元素。碳是煤中最重要的組分,其含量隨煤化程度的加深而增高。泥炭中碳含量為50%~60%,褐煤為60%~70%,煙煤為74%~92%,無煙煤為 90%~98%。煤中硫是最有害的化學(xué)成分。煤燃燒時(shí),其中硫生成SO2,腐蝕金屬設(shè)備,污染環(huán)境。煤中硫的含量可分為 5 級(jí):高硫煤,大于4%;富硫煤,為2.5%~4%;中硫煤,為1.5%~2.5%;低硫煤,為1.0%~1.5%;特低硫煤 ,小于或等于1%。煤中硫又可分為有機(jī)硫和無機(jī)硫兩大類。
工業(yè)分析 通過工業(yè)分析可大致了解煤的性質(zhì)。又稱技術(shù)分析。是指煤的水分、揮發(fā)分、灰分的測(cè)定以及固定碳的計(jì)算。水分可分為外在水分、內(nèi)在水分以及與煤中礦物質(zhì)結(jié)合的結(jié)晶水、化合水。外在水分為煤炭在開采、運(yùn)輸、儲(chǔ)存及洗選過程中,附著在煤顆粒表面和大毛細(xì)孔中的水分。內(nèi)在水分為吸附或凝聚在煤顆粒內(nèi)部的毛細(xì)孔中的水分,溫度超過100℃時(shí)可將煤中內(nèi)在水分完全蒸發(fā)出來 。灰分是指煤完全燃燒后殘留的殘?jiān)俊;曳謥碜悦旱牡V物質(zhì)。揮發(fā)分是指煤中有機(jī)質(zhì)可揮發(fā)的熱分解產(chǎn)物。揮發(fā)分隨煤化程度增高而降低,可用于初步估測(cè)煤種。固定碳是指煤中有機(jī)質(zhì)經(jīng)隔絕空氣加熱分解的殘余物。固定碳隨變質(zhì)程度的加深而增高,可作為鑒定煤變質(zhì)程度的指標(biāo)。
工藝性質(zhì) 煤的工藝性質(zhì)是工業(yè)評(píng)價(jià)合 理 用 煤的依據(jù),主要包括粘結(jié)性、結(jié)焦性、發(fā)熱量、化學(xué)反應(yīng)性、熱穩(wěn)定性、焦油產(chǎn)率和可選性等。粘結(jié)性是指煤在高溫干餾中產(chǎn)生膠質(zhì)體,使煤粒相互粘結(jié)成塊的性能。粘結(jié)性是評(píng)價(jià)煉焦用煤的主要指標(biāo)。結(jié)焦性是指在煉焦?fàn)t中能煉出適合高爐用的有足夠強(qiáng)度的冶金焦炭的性質(zhì)。發(fā)熱量是指單位質(zhì)量的煤在完全燃燒時(shí)所產(chǎn)生的熱量。煤的發(fā)熱量是煤質(zhì)的重要指標(biāo),是計(jì)算熱平衡、耗煤量、熱效率等的依據(jù)。
煤中伴生元素 指以有機(jī)或無機(jī)形態(tài)富集于煤層及其圍巖中的元素。有些元素在煤中富集程度很高,可以形成工業(yè)性礦床,如富鍺煤、富鈾煤、富釩石煤等,其價(jià)值遠(yuǎn)高于煤本身。
根據(jù)煤中伴生元素的性質(zhì)和用途,可分為有益元素、有害元素和指相元素3類。有益元素主要 有鍺、鎵、鈾、釩等,可被利用。有害元素 主要有硫 、磷、氟、氯、砷、鈹、鉛、硼、鎘、汞、硒、鉻等。硫是煤中常見的有害成分,其他有害元素在煤中含量一般不高,但危害極大,如砷是一種有毒元素。煤在燃燒中,硫是造成城鎮(zhèn)環(huán)境污染的主要物質(zhì)源。當(dāng)然,對(duì)有害元素如果收集、處理得當(dāng)也可變成對(duì)人有用的財(cái)富。煤中伴生元素,有各自的地球化學(xué)性質(zhì),形成于不同的沉積環(huán)境中。因此,可根據(jù)元素的相對(duì)含量、元素的共生組合關(guān)系及元素的比值,來判斷相和沉積環(huán)境。
用途 煤是重要能源,也是冶金、化學(xué)工業(yè)的重要原料。主要用于燃燒、煉焦、氣化、低溫干餾、加氫液化等。①燃燒。煤炭是人類的重要能源資源,任何煤都可作為工業(yè)和民用燃料。②煉焦。把煤置于干餾爐中,隔絕空氣加熱,煤中有機(jī)質(zhì)隨溫度升高逐漸被分解,其中揮發(fā)性物質(zhì)以氣態(tài)或蒸氣狀態(tài)逸出,成為焦?fàn)t煤氣和煤焦油,而非揮發(fā)性固體剩留物即為焦炭。焦?fàn)t煤氣是一種燃料,也是重要的化工原料。煤焦油可用于生產(chǎn)化肥、農(nóng)藥、合成纖維、合成橡膠、油漆、染料、醫(yī)藥、炸藥等。焦炭主要用于高爐煉鐵和鑄造,也可用來制造氮肥、電石。電石是塑料、合成纖維、合成橡膠等合成化工產(chǎn)品。③氣化。氣化是指轉(zhuǎn)變?yōu)榭勺鳛楣I(yè)或民用燃料以及化工合成原料的煤氣。④低溫干餾。把煤或油頁巖置于 550℃左右的溫度下低溫干餾可制取低溫焦油和低溫焦?fàn)t煤氣,低溫焦油可用于制取高級(jí)液體燃料和作為化工原料。⑤加氫液化。將煤、催化劑和重油混合在一起,在高溫高壓下使煤中有機(jī)質(zhì)破壞,與氫作用轉(zhuǎn)化為低分子液態(tài)和氣態(tài)產(chǎn)物,進(jìn)一步加工可得汽油、柴油等液體燃料。加氫液化的原料煤以褐煤、長(zhǎng)焰煤、氣煤為主。
綜合、合理、有效開發(fā)利用煤炭資源,并著重把煤轉(zhuǎn)變?yōu)闈崈羧剂希侨藗兣Φ姆较颉?
產(chǎn)地 在各大陸、大洋島嶼都有煤分布,但煤在全球的分布很不均衡,各個(gè)國(guó)家煤的儲(chǔ)量也很不相同。中國(guó)、美國(guó)、俄羅斯、德國(guó)是煤炭?jī)?chǔ)量豐富的國(guó)家,也是世界上主要產(chǎn)煤國(guó),其中中國(guó)是世界上煤產(chǎn)量最高的國(guó)家
石油又稱原油,是從地下深處開采的棕黑色可燃粘稠液體。石油主要是各種烷烴、環(huán)烷烴、芳香烴的混合物。石油是古代海洋或湖泊中的生物經(jīng)過漫長(zhǎng)的演化形成的混合物,與煤一樣屬于化石燃料。石油的性質(zhì)因產(chǎn)地而異,密度為0.8 ~ 1.0 克/厘米3,粘度范圍很寬,凝固點(diǎn)差別很大(30 ~ -60°C),沸點(diǎn)范圍為常溫到500°C以上,可容于多種有機(jī)溶劑,不溶于水,但可與水形成乳狀液。 組成石油的化學(xué)元素主要是碳 (83% ~ 87%)、氫(11% ~ 14%),其余為硫(0.06% ~ 0.8%)、氮(0.02% ~ 1.7%)、氧(0.08% ~ 1.82%)及微量金屬元素(鎳、釩、鐵等)。由碳和氫化合形成的烴類構(gòu)成石油的主要組成部分,約占95% ~ 99%,含硫、 氧、氮的化合物對(duì)石油產(chǎn)品有害, 在石油加工中應(yīng)盡量除去。不同產(chǎn)地的石油中,各種烴類的結(jié)構(gòu)和所占比例相差很大, 但主要屬于烷烴、環(huán)烷烴、芳香烴三類。 通常以烷烴為主的石油稱為石蠟基石油;以環(huán)烷烴、芳香烴為主的稱環(huán)烴基石油;介于二者之間的稱中間基石油。我國(guó)主要原油的特點(diǎn)是含蠟較多,凝固點(diǎn)高,硫含量低, 鎳、氮含量中等,釩含量極少。除個(gè)別油田外,原油中汽油餾分較少,渣油占1/3。組成不同類的石油,加工方法有差別,產(chǎn)品的性能也不同,應(yīng)當(dāng)物盡其用。大慶原油的主要特點(diǎn)是含蠟量高,凝點(diǎn)高,硫含量低,屬低硫石蠟基原油。
最早提出“石油”一詞的是公元977年中國(guó)北宋編著的《太平廣記》。正式命名為“石油”是根據(jù)中國(guó)北宋杰出的科學(xué)家沈括(1031一1095)在所著《夢(mèng)溪筆談》中根據(jù)這種油《生于水際砂石,與泉水相雜,惘惘而出》而命名的。在“石油”一詞出現(xiàn)之前,國(guó)外稱石油為“魔鬼的汗珠”、“發(fā)光的水”等,中國(guó)稱“石脂水”、“猛火油”、“石漆”等。
我們平時(shí)的日常生活中到處都可以見到石油或其附屬品的身影,不知你注意了嗎?比如汽油、柴油、煤油、潤(rùn)滑油、瀝青、塑料、纖維等還有很多!這些都是從石油中提煉出來的;而我們?nèi)粘K玫奶烊粴猓ㄒ夯瘹猓┦菑膶iT的氣田中產(chǎn)出的!通過輸氣管道和氣站再到各家各戶。
目前就石油的成因有兩種說法:①無機(jī)論 即石油是在基性巖漿中形成的;②有機(jī)論 既各種有機(jī)物如動(dòng)物、植物、特別是低等的動(dòng)植物像藻類、細(xì)菌、蚌殼、魚類等死后埋藏在不斷下沉缺氧的海灣、瀉湖、三角洲、湖泊等地經(jīng)過許多物理化學(xué)作用,最后逐漸形成為石油。
原油的顏色非常豐富紅、金黃、墨綠、黑、褐紅、甚至透明;原油的顏色是它本身所含膠質(zhì)、瀝青質(zhì)的含量,含的越高顏色越深。原油的顏色越淺其油質(zhì)越好!透明的原油可直接加在汽車油箱中代替汽油!原油的成分主要有:油質(zhì)(這是其主要成分)、膠質(zhì)(一種粘性的半固體物質(zhì))、瀝青質(zhì)(暗褐色或黑色脆性固體物質(zhì))、碳質(zhì)(一種非碳?xì)浠衔铮?
石油由碳?xì)浠衔餅橹骰旌隙傻模哂刑厥鈿馕兜摹⒂猩目扇夹杂唾|(zhì)液體!天然氣是以氣態(tài)的碳?xì)浠衔餅橹鞯母鞣N氣體組成的,具有特殊氣味的、無色的易燃性混合氣體。
在整個(gè)的石油系統(tǒng)中分工也是比較細(xì)的:物探 專門負(fù)責(zé)利用各種物探設(shè)備并結(jié)合地質(zhì)資料在可能含油氣的區(qū)域內(nèi)確定油氣層的位置;鉆井 利用鉆井的機(jī)械設(shè)備在含油氣的區(qū)域鉆探出一口石油井并錄取該地區(qū)的地質(zhì)資料;井下作業(yè) 利用井下作業(yè)設(shè)備在地面向井內(nèi)下入各種井下工具或生產(chǎn)管柱以錄取該井的各項(xiàng)生產(chǎn)資料,或使該井正常產(chǎn)出原油或天然氣并負(fù)責(zé)日后石油井的維護(hù)作業(yè);采油 在石油井的正常生產(chǎn)過程中錄取石油井的各項(xiàng)生產(chǎn)資料并對(duì)石油井的生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行日常維護(hù);集輸 負(fù)責(zé)原油的對(duì)外輸送工作;煉油 將輸送到煉油廠的原油按要求煉制出不同的石油產(chǎn)品如汽油、柴油、煤油等!
石油的性質(zhì)因產(chǎn)地而異,密度為0.8 ~ 1.0 克/厘米3,粘度范圍很寬,凝固點(diǎn)差別很大(30 ~ -60°C),沸點(diǎn)范圍為常溫到500°C以上,可容于多種有機(jī)溶劑,不溶于水,但可與水形成乳狀液。 組成石油的化學(xué)元素主要是碳 (83% ~ 87%)、氫(11% ~ 14%),其余為硫(0.06% ~ 0.8%)、氮(0.02% ~ 1.7%)、氧(0.08% ~ 1.82%)及微量金屬元素(鎳、釩、鐵等)。由碳和氫化合形成的烴類構(gòu)成石油的主要組成部分,約占95% ~ 99%,含硫、 氧、氮的化合物對(duì)石油產(chǎn)品有害, 在石油加工中應(yīng)盡量除去。不同產(chǎn)地的石油中,各種烴類的結(jié)構(gòu)和所占比例相差很大, 但主要屬于烷烴、環(huán)烷烴、芳香烴三類。 通常以烷烴為主的石油稱為石蠟基石油;以環(huán)烷烴、芳香烴為主的稱環(huán)烴基石油;介于二者之間的稱中間基石油。我國(guó)主要原油的特點(diǎn)是含蠟較多,凝固點(diǎn)高,硫含量低, 鎳、氮含量中等,釩含量極少。除個(gè)別油田外,原油中汽油餾分較少,渣油占1/3。組成不同類的石油,加工方法有差別,產(chǎn)品的性能也不同,應(yīng)當(dāng)物盡其用。大慶原油的主要特點(diǎn)是含蠟量高,凝點(diǎn)高,硫含量低,屬低硫石蠟基原油。
從尋找石油到利用石油,大致要經(jīng)過四個(gè)主要環(huán)節(jié),即尋找、開采、輸送和加工,這四個(gè)環(huán)節(jié)一般又分別稱為“石油勘探”、“油田開發(fā)”、“油氣集輸”和“石油煉制”。下面就這四個(gè)環(huán)節(jié)來追溯一下石油工業(yè)的發(fā)展歷史。
“石油勘探”有許多方法,但地下是否有油,最終要靠鉆井來證實(shí)。一個(gè)國(guó)家在鉆井技術(shù)上的進(jìn)步程度,往往反映了這個(gè)國(guó)家石油工業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r,因此,有的國(guó)家競(jìng)相宣布本國(guó)鉆了世界上第一口油井,以表示他們?cè)谑凸I(yè)發(fā)展上邁出了最早的一步。
“油田開發(fā)”指的是用鉆井的辦法證實(shí)了油氣的分布范圍,并且有井可以投入生產(chǎn)而形成一定生產(chǎn)規(guī)模。從這個(gè)意義上說,1821年四川富順縣自流井氣田的開發(fā)是世界上最早的天然氣田。
“油氣集輸”技術(shù)也隨著油氣的開發(fā)應(yīng)運(yùn)而生,公元1875年左右,自流井氣田采用當(dāng)?shù)厥a(chǎn)的竹子為原料,去節(jié)打通,外用麻布纏繞涂以桐油,連接成我們現(xiàn)在稱呼的“輸氣管道”,總長(zhǎng)二、三百里,在當(dāng)時(shí)的自流井地區(qū),綿延交織的管線翻越丘陵,穿過溝澗,形成輸氣網(wǎng)絡(luò),使天然氣的應(yīng)用從井的附近延伸到遠(yuǎn)距離的鹽灶,推動(dòng)了氣田的開發(fā),使當(dāng)時(shí)的天然氣達(dá)到年產(chǎn)7000多萬立方米。
至于“石油煉制”,起始的年代還要更早一些,北魏時(shí)所著的《水經(jīng)注》,成書年代大約是公元512~518年,書中介紹了從石油中提煉潤(rùn)滑油的情況。英國(guó)科學(xué)家約瑟在有關(guān)論文中指出:“在公元十世紀(jì),中國(guó)就已經(jīng)有石油而且大量使用。由此可見,在這以前中國(guó)人就對(duì)石油進(jìn)行蒸餾加工了”。說明早在公元六世紀(jì)我國(guó)就萌發(fā)了石油煉制工藝。
石油是一種液態(tài)的,以碳?xì)浠衔餅橹饕煞值牡V產(chǎn)品。原油是從地下采出的石油,或稱天然石油。人造石油是從煤或油頁巖中提煉出的液態(tài)碳?xì)浠衔铩=M成原油的主要元素是碳、氫、硫、氮、氧。
具有不同結(jié)構(gòu)的碳?xì)浠衔锏幕旌臀餅橹饕煞莸囊环N褐色。暗綠色或黑色液體
伊拉克共和國(guó)的石油儲(chǔ)量居世界第二位
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