Альтернативные виды топлива, предложенные вместо традиционных углеводородов. Различные виды топлива и их характеристики

Различные виды топлива и их характеристики

Логистика и транспорт

Все существующие виды топлива разделяются на твердые, жидкие и газообразные. Некоторые группы топлива, в свою очередь, делятся на две подгруппы, из которых одна представляет собой топливо в том виде, в каком оно добывается, и это топливо называется естественным; другая подгруппа - топливо, которое получается путем переработки естественного топлива...

КГБОУ СПО Барнаульский Торгово Экономический Колледж

РЕФЕРАТ

По дисциплине:

Естествознание

По теме:

Различные виды топлива и их характеристики

Выполнил:

Студент первого курса

Группы ТР-1211

Петухов А.Е.

Проверила:

Ерохина Т.Н.

Барнаул 2012

1.Виды топлива.

1.1.Твердое топливо.

1.2.Жидкое топливо

1.3.Газообразное топливо.

3.Заключение.

4.Источники.

1.Виды топлива.

Все существующие виды топлива разделяются на твердые, жидкие и газообразные. Некоторые группы топлива, в свою очередь, делятся на две подгруппы, из которых одна представляет собой топливо в том виде, в каком оно добывается, и это топливо называется естественным; другая подгруппа — топливо, которое получается путем переработки естественного топлива; это топливо называется искусственным.

Твердое топливо: а) естественное — дрова, каменный уголь, антрацит, торф; б) искусственное — древесный уголь, кокс и пылевидное, которое получается из измельченных углей.

Жидкое топливо: а) естественное — нефть; б) искусственное — бензин, керосин, мазут, смола.

Газообразное топливо: а) естественное — природный газ; б) искусственное — генераторный газ, получаемый при газификации различных видов твердого топлива (торфа, дров, каменного угля и др.), коксовальный, доменный, светильный и другие газы.

1.1.Твёрдое топливо.

Твёрдое топливо — горючие вещества, основной составной частью которых является углерод. К твердому топливу относят каменный уголь и бурые угли, горючие сланцы, торф и древесину. Свойства топлива в значительной степени определяются его химическим составом — содержанием углерода, водорода, кислорода, азота и серы. Твердое ракетное топливо — твёрдое вещество или смесь отдельных веществ, способных гореть без доступа воздуха, создавая при этом, реактивную тягу двигателя. В зависимости от способа обработки твердое топливо можно разделить на две группы: природное и очищенное. К природному твердому топливу относятся уголь, бурый уголь, торф, древесина и солома. Уголь и торф являются осадком, образующимся в результате распада и разложения растений в древние времена под воздействием высокого давления и недостатка кислорода.

1.2.Жидкое топливо.

Жидкое топливо представляет собой сложные химические соединения горючих и негорючих веществ. Основными химическими элементами, входящими в состав любого жидкого топлива, являются углерод С, водород Н, кислород О, азот N, сера S. Помимо указанных элементов в составе жидкого топлива имеются влага и негорючие минеральные вещества, образующие при сжигании золу. К жидкому топливу относятся: нефтепродукты, производящиеся путем перегонки сырой нефти; креозот, являющийся продуктом низкотемпературного коксования и возгонки угля; синтетические масла, образующиеся в результате сжижения угля; прочие виды жидкого топлива, например, производящиеся из растений.

1.3.Газообразное топливо.

Газообразное топливо делится на природное и искусственное и представляет собой смесь горючих и негорючих газов, содержащую некоторое количество водяных паров, а иногда пыли и смолы. Количество газообразного топлива выражают в кубических метрах при нормальных условиях, а состав — в процентах по объему. Под составом топлива понимают состав его сухой газообразной части. Наиболее распространенное газообразное топливо — это природный газ, обладающий высокой теплотой сгорания. Основой природных газов является метан, содержание которого в газе 76,7-98%. Другие газообразные соединения углеводородов входят в состав газа от 0,1 до 4,5%.В состав горючих газов входят: водород Н2, метан СН4, другие углеводородные соединения CmHn, сероводород H2S и негорючие газы, двуокись углерода СО2, кислород О2, азот N2 и незначительное количество водяных паров Н2О. Индексы m и n при С и H характеризуют соединения различных углеводородов, например для метана СН4 m = 1 и n = 4, для этана С2Н6 m = 2 и n = 6 и т. д.

2.Общие характеристики топлива.

Топливо в том виде, в каком оно поступает потребителю, называют рабочим топливом. Твердое и жидкое рабочее топливо состоит из углерода С, водорода Н2, кислорода О2, азота N2, серы S, негорючих примесей А и влаги W.

Твердые негорючие примеси характеризуют зольность топлива. Поэтому величина А обычно означает содержание золы в топливе. Состав твердого и жидкого топлива принято выражать в весовых процентах: Топливо, из которого в результате сушки полностью удалена влага, называется абсолютно сухим топливом: где составляющие - процент в абсолютно сухом топливе.

Если предположить, что из абсолютно сухого топлива удалены негорючие примеси А, то остаются пять компонентов, которые называют горючей массой топлива: Сера в топливе содержится в различных соединениях:

Сульфатная Sc – входит в состав СaSO4, NaSO4, K2SO4;

Колчеданная Sk – в соединении с металлами и FeS2;

Органическая – в составе органических соединений, Sop и Sk участвуют в горении топлива и их сумма составляет серу топлива Sл=Sop+Sk.

При исключении из горючей массы колчеданной серы останется топливо такого состава Со+Но+Оо+No+So=100%. Такой состав топлива называется органической массой. В большинстве случаев содержание серы в топливе невелико (десятые доли процента). Поэтому состав органической массы иногда записывают упрощенно: Основной горючий элемент топлива - углерод, составляющий большую часть рабочей массы (50-75% для твердых топлив и 83-85% для мазутов). Количество углерода в твердых топливах невелико. Сера же, несмотря на малое содержание ее в топливе (0,2-0,5%), при сгорании образует вредные соединения и вызывает коррозию оборудования.

Влажность топлива колеблется в широких пределах: для каменных углей Wp=5-14%, для бурых - до 40%. Влага в топливе нежелательна, потому что из-за нее уменьшается доля горючих компонентов в единице массы топлива, удорожается его транспорт, усложняется разгрузка, возникают трудности при сжигании, снижается тепловой эффект горения, т.к. часть теплоты затрачивается на испарение.

При проектировании и эксплуатации устройств для производства тепла часто приходится пересчитывать состав топлива. Состав рабочего топлива может изменяться, т.к. величины Ар и Wр могут колебаться в широких пределах. В то же время состав горючей массы топлива более стабилен. Это позволяет с приемлемой точностью находить состав рабочего топлива путем пересчета, не производя каждый раз полного элементарного анализа топлива.

Если известны состав горючей массы (СГ, НГ и т.д.) зольность Ар, влажность Wр рабочего топлива, то можно найти состав рабочего топлива:
Пользуясь этим же коэффициентом, можно найти содержание в рабочем топливе остальных компонентов (Нр, Ор и т.д.).

3.Заключение.

Несмотря на огромное разнообразие видов топлива, основными источниками энергии остаются нефть, природный газ, и уголь. Положение дел 100 лет назад было освещено Менделеевым. Первые два ископаемых топлива закончатся в ближайшем будущем. Нефтяные топлива обладают особой ценностью для транспортных средств (основных потребителей энергии), в силу удобства перевозки, поэтому в настоящий момент ведутся исследования по использованию угля для выработки жидких топлив, в том числе и моторных. Также огромны запасы ядерного топлива, однако его использование накладывает высокие требования к безопасности, высокие затраты на подготовку, эксплуатацию и утилизацию топлива и попутных материалов.

Мировое потребление ископаемых топлив составляет около 12 млрд т. у.т. в год. По данным BP Statistical review of World Energy потребление ископаемого топлива составило:

В Европейском союзе (EU-15) — 1396 млн тонн нефтяного эквивалента (2,1 млрд т. у.т.)

45 % — нефть, 25 % — газ (природный), 16 % — уголь, 14 % — ядерное топливо

В США — 2235 млн тонн нефтяного эквивалента (3,4 млрд т. у.т.)

40 % — нефть, 27 % — газ (природный), 26 % — уголь, 8 % — ядерное топливо

Доля возобновимых источников энергии в энергобалансах

Европы — 5 %

США — 2 %

По приблизительным оценкам энергопотребление России составляет 1,3 млрд т. у.т. в год.

6 % — ядерное топливо

4 % — возобновимые источники

За последние 20 лет мировое энергопотребление возросло на 30 % (и этот рост, по-видимому, продолжится в связи ростом потребности бурно развивающихся стран азиатского региона). В развитых странах за тот же период сильно изменилась структура потребления — произошло замещение части угля более экологичным газом (Европа и прежде всего Россия, где доля газа в потреблении составила до 40 %), а также возросла с 4 % до 10 % доля атомной энергии.

После приведения цифр стоит указать пример Австралии, в балансе которой солнечная энергетика занимает около 30 %. Эту долю потребляет солевая промышленность, вырабатывающая продукцию естественным испарением на солнце.

4.Источники

Wikipedia.ru

Allfuel.ru

ВИДЫ ТОПЛИВА. КЛАССИФИКАЦИЯ ТОПЛИВА

По определению Д.И.Менделеева, «топливом называется горючее вещество, умышленно сжигаемое для получения теплоты».

В настоящее время термин «топливо» распространяется на все материалы, служащие источником энергии (например, ядерное топливо).

Топливо по происхождению делят на:

Природное топливо (уголь, торф, нефть, горючие сланцы, древесина и др.)

Искусственное топливо (моторное топливо, генераторный газ, кокс, брикеты и др.).

По своему агрегатному состоянию его делят на твёрдое, жидкое и газообразное топливо, а по своему назначению при использовании – на энергетическое, технологическое и бытовое. Наиболее высокие требования предъявляются к энергетическому топливу, а минимальные требования – к бытовому.

Твёрдое топливо – древесно-растительная масса, торф, сланцы, бурый уголь, каменный уголь.

Жидкое топливо – продукты переработки нефти (мазут).

Газообразное топливо – природный газ; газ, образующийся при переработке нефти, а также биогаз.

Ядерное топливо – расщепляющиеся (радиоактивные) вещества (уран, плутоний).

Органическое топливо, т.е. уголь, нефть, природный газ, составляет подавляющую часть всего энергопотребления. Образование органического топлива является результатом теплового, механического и биологического воздействия в течение многих столетий на останки растительного и животного мира, откладывающиеся во всех геологических формациях. Всё это топливо имеет углеродную основу, и энергия высвобождается из него, главным образом, в процессе образования диоксида углерода.

ТВЁРДОЕ ТОПЛИВО. ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Твёрдое топливо. Ископаемое твёрдое топливо (за исключением сланцев) является продуктом разложения органической массы растений. Самое молодое из них – торф – представляет собой плотную массу, образовавшуюся из перегнивших остатков болотных растений. Следующими по «возрасту» являются бурые угли – землистая или чёрная однородная масса, которая при длительном хранении на воздухе частично окисляется («выветривается») и рассыпается в порошок. Затем идут каменные угли, обладающие, как правило, повышенной прочностью и меньшей пористостью. Органическая масса наиболее старых из них – антрацитов – претерпела наибольшие изменения и на 93 % состоит из углерода. Антрацит отличается высокой твёрдостью.

Мировые геологические запасы угля, выраженные в условном топливе, оцениваются в 14000 млрд.тонн, из которых половина относится к достоверным (Азия – 63%, Америка – 27%). Наибольшими запасами угля располагают США и Россия. Значительные запасы имеются в ФРГ, Англии, Китае, на Украине и в Казахстане.

Всё количество угля можно представить в виде куба со стороной 21 км, из которого ежегодно изымается человеком «кубик» со стороной 1,8 км. При таких темпах потребления угля хватит примерно на 1000 лет. Но уголь – тяжёлое неудобное топливо, имеющее много минеральных примесей, что усложняет его использование. Запасы его распределены крайне неравномерно. Известнейшие месторождения угля: Донбасский (запасы угля 128 млрд.т.), Печорский (210 млрд.т.), Карагандинский (50 млрд.т.), Экибастузский (10 млрд.т.), Кузнецкий (600 млрд.т.), Канско-Ачинский (600 млрд.т.). Иркутский (70 млрд.т.) бассейны. Самые крупные в мире месторождения угля – Тунгусское (2300 млрд.т. – свыше 15% от мировых запасов) и Ленское (1800 млрд.т. – почти 13% от мировых запасов).

Добыча угля ведётся шахтным методом (глубиной от сотен метров до нескольких километров) или в виде открытых карьерных разработок. Уже на этапе добычи и транспортировки угля, применяя передовые технологии, можно добиться снижения потерь при транспортировке. Уменьшения зольности и влажности отгружаемого угля.

Возобновляемым твёрдым топливом является древесина. Доля её в энергобалансе мира сейчас чрезвычайно невелика, но в некоторых регионах древесина (а чаще её отходы) также используется в качестве топлива.

В качестве твёрдого топлива могут быть также использованы брикеты – механическая смесь угольной и торфяной мелочи со связующими веществами (битум и др.), спрессованная под давлением до 100 МПа в специальных прессах.

ЖИДКОЕ ТОПЛИВО. ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Жидкое топливо. Практически всё жидкое топливо пока получают путём переработки нефти. Нефть, жидкое горючее полезное ископаемое, представляет собой бурую жидкость, содержащую в растворе газообразные и легколетучие углеводороды. Она имеет своеобразный смоляной запах. При перегонке нефти получают ряд продуктов, имеющих важное техническое значение: бензин, керосин, смазочные масла, а также вазелин, применяемый в медицине и парфюмерии.

Сырую нефть нагревают до 300-370 °С, после чего полученные пары разгоняют на фракции, конденсирующиеся при различной температуре tª: сжиженный газ (выход около 1%), бензиновую (около 15%, tª=30 - 180°С). Керосиновую (около 17 %, tª=120 - 135°С), дизельную (около 18 %, tª=180 - 350°С). Жидкий остаток с температурой начала кипения 330-350°С называется мазутом. Мазут, как и моторное топливо, представляет собой сложную смесь углеводородов, в состав которых входят, в основном, углерод (84-86 %) и водород (10-12%).

Мазут, получаемый из нефти ряда месторождений, может содержать много серы (до 4.3%), что резко усложняет защиту оборудования и окружающей среды при его сжигании.

Зольность мазута не должна превышать 0,14 %, а содержание воды должно быть не более 1,5 %. В состав золы входят соединения ванадия, никеля, железа и других металлов, поэтому её часто используют в качестве сырья для получения, например, ванадия.

В котлах котельных и электростанций обычно сжигают мазут, в бытовых отопительных установках – печное бытовое топливо (смесь средних фракций).

Мировые геологические запасы нефти оцениваются в 200 млрд. т., из которых 53 млрд.т. составляют достоверные запасы. Более половины всех достоверных запасов нефти расположено в странах Среднего и Ближнего Востока. В странах Западной Европы, где имеются высокоразвитые производства, сосредоточены относительно небольшие запасы нефти. Разведанные запасы нефти всё время увеличиваются. Прирост происходит в основном за счёт морских шельфов. Поэтому все имеющиеся в литературе оценки запасов нефти являются условными и характеризуют только порядок величин.

Общие запасы нефти в мире ниже, чем угля. Но нефть более удобное для использования топливо. Особенно в переработанном виде. После подъёма через скважину нефть направляется потребителям в основном по нефтепроводам, железной дорогой или танкерами. Поэтому в себестоимости нефти существенную часть имеет транспортная составляющая.

ГАЗООБРАЗНОЕ ТОПЛИВО. ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Газообразное топливо. К газообразному топливу относится, прежде всего, природный газ. Это газ, добываемый из чисто газовых месторождений, попутный газ нефтяных месторождений, газ конденсатных месторождений, шахтный метан и т.д. Основным его компонентом является метан СН 4 ; кроме того, в газе разных месторождений содержатся небольшие количества азота N 2 , высших углеводородов СnНm , диоксида углерода СО 2 . В процессе добычи природного газа его очищают от сернистых соединений, но часть их (в основном сероводород) может оставаться.

При добыче нефти выделяется так называемый попутный газ, содержащий меньше метана, чем природный, но больше высших углеводородов и поэтому выделяющий при сгорании больше теплоты.

В промышленности и особенно в быту находит широкое распространение сжиженный газ, получаемый при первичной обработке нефти и попутных нефтяных газов. Выпускают технический пропан (не менее 93% С 3 Н 8 + С 3 Н 6), технический бутан (не менее 93% С 4 Н 10 + С 4 Н 8) и их смеси.

Мировые геологические запасы газа оцениваются в 140-170 триллионов м³.

Природный газ располагается в залежах, представляющих собой «купола» из водонепроницаемого слоя (типа глины), под которым в пористой среде (песчаник) под давлением находится газ, состоящий в основном из метана СН 4 . На выходе из скважины газ очищается от песчаной взвеси, капель конденсата и других включений и подаётся на магистральный газопровод диаметром 0,5 – 1,5 м длиной несколько тысяч километров. Давление газа в газопроводе поддерживается на уровне 5 МПа при помощи компрессоров, установленных через каждые 100-150 м. Компрессоры вращаются газовыми турбинами, потребляющими газ. Общий расход газа на поддержание давления в газопроводе составляет 10-12% от всего прокачиваемого. Поэтому транспорт газообразного топлива весьма энергозатратен.

В последнее время в ряде мест всё большее применение находит биогаз – продукт анаэробной ферментации (сбраживания) органических отходов (навоза, растительных остатков, мусора, сточных вод и т.д.). В Китае на самых разных отбросах работают уже свыше миллиона фабрик биогаза (по данным ЮНЕСКО – до 7 млн.). В Японии источниками биогаза служат свалки предварительно отсортированного бытового мусора. «Фабрика», производительностью до 10-20 м³ газа в сутки. Обеспечивает топливом небольшую электростанцию мощностью 716 кВт.

Анаэробное сбраживание отходов крупных животноводческих комплексов позволяет решить чрезвычайно острую проблему загрязнения окружающей среды жидкими отходами путём превращения их в биогаз (примерно 1 куб.м в сутки на единицу крупного рогатого скота) и высококачественные удобрения.

Весьма перспективным видом топлива, обладающим в три раза большей удельной энергоёмкостью по сравнению с нефтью, является водород, научно-экспериментальные работы по изысканию экономичных способов промышленного преобразования которого активно ведутся в настоящее время как в нашей стране, так и за рубежом. Запасы водорода неистощимы и не связаны с каким-то регионом планеты. Водород в связанном состоянии содержится в молекулах воды (Н 2 О). При его сжигании образуется вода, не загрязняющая окружающую среду. Водород удобно хранить, распределять по трубопроводам и транспортировать без больших затрат.

Ещё древнегреческий учёный Аристотель предположил, что Земля, как и все другие планеты, имеет форму шара, однако более точно форму Земли можно назвать - геоид.
Земля - небольшая планета Солнечной системы. По своим размерам она превосходит только Меркурий, Марс и Плутон. Средний радиус Земли составляет 6371 км, при этом экваториальный радиус Земли больше полярного, т.е. Земля «сплющена» у полюсов, что вызвано вращением Земли вокруг своей оси. Полярный радиус Земли равен 6357 км, а экваториальный - 6378 км. Длина окружности Земли составляет примерно 40 тыс. км. А площадь поверхности нашей планеты составляет примерно 510 млн. км2.
Земля вращается вокруг Солнца и делает полный оборот за 365 дней 6 часов и 9 минут. «Лишние» часы и минуты образуют дополнительный день - 29 февраля, поэтому существует високосный год (год, кратный 4).
Земля также вращается вокруг своей оси, что приводит к суточной смене дня и ночи. Земная ось - воображаемая прямая, проходящая через центр Земли. Ось пересекает поверхность Земли в двух точках: Северном и Южном полюсах.
Земная ось наклонена на 23,5°, что приводит к смене времён года на нашей планете. Когда к Солнцу обращена область вокруг Северного полюса, в Северном полушарии лето, а в Южном - зима. Когда к Солнцу обращена область вокруг Южного полюса - наоборот. 22 июня Солнце стоит в зените над Северным тропиком - это самый длинный день в году в Северном полушарии, 22 декабря - над Южным тропиком - это самый короткий день в Северном полушарии, по самый длинный в Южном. 21 марта и 23 сентября - дни весеннего и осеннего равноденствия - дни когда день равен ночи, а Солнце находится в зените над экватором.
Шарообразность Земли приводит к неравномерному нагреву земной поверхности. Приэкваториальные районы Земли (жарким тепловой пояс), размещающиеся между тропиками, получают максимальное количество солнечного тепла, в то время как полярные (холодные тепловые пояса) – минимальное, что приводит к отрицательным температурам в полярных широтах.
2. На территории азиатской части России находятся крупнейшие угольные бассейны мира. Но при этом многие регионы Дальнего Востока нашей страны ежегодно испытывают недостаток топлива в зимнее время. С чем это связано? Каковы пути решения данной проблемы?
В азиатской части России находятся гигантские по запасам угольные бассейны: Тунгусский, Ленский, Канско-Ачинский, Кузнецкий, Таймырский, Зырянский, Амурский и другие. Однако многие регионы Дальнего Востока (например, Камчатский край, Чукотка, Приморье и другие) практически постоянно испытывают нехватку топлива в зимнее время. Это связано с тем, что большинство названных угольных бассейнов расположены в труднодоступных, неосвоенных человеком регионах. К тому же тяжёлые геологические и климатические условия зачастую делают добычу угля нерентабельной. Себестоимость добычи угля во многих регионах Дальнего Востока слишком высока. Поэтому многие районы Дальнего Востока, даже обеспеченные запасами угля, вынуждены завозить другие виды топлива (прежде всего мазут) из других регионов страны.
Для решения топливной проблемы Дальнего Востока следует начать освоение угольных бассейнов, где возможна добыча угля открытым (карьерным) способом, что значительно снизит себестоимость добычи угля. Также возможно развитие нефтяной и газовой промышленности на севере Сахалина и в шельфовой зоне Охотского, Берингова и Чукотского морей, использование ветровой (повсеместно), геотермальной энергии (Камчатка и Курилы) и энергии морских приливов (ведь в заливе Шелихова приливы достигают 14 м!).

топлива,со странами,их потребляющими,во многом не совпадают.в чем причина этого?

географических рекордах на трех материках. Но вскоре выяснилось, что он перепутал фотографии своих коллег и потерял блокнот, в котором пояснялось, что это за объекты и где они располагаются. В целом это не такая уж и редкая ситуация для журналиста. Вы сможете помочь рассеянному журналисту? Помогите определить географические объекты-рекордсмены на своих материках, если о них известно следующее:

А) крупнейшее месторождение медной руды;

Б)самое жаркое и гипсометрически самое низкое место на материке;

В)по произведенным учеными расчетам, именно здесь должна быть зафиксирована самая низкая температура воздуха одного из полушарий;

Г) крупнейший на материке ледниковый массив, дающий начало айсбергу, запечатленному на фото в пределах известного национального парка, занесенного в список Всемирного наследия ЮНЕСКО.

Решение

страны. Здесь зреют финики и виноград, масли­ны и апельсины, пшеница и табак, миндаль и лесной орех. Горы богаты углем и железом, свинцом и вольфрамом. Лицо страны: суда, автомобили, химикаты, текстиль, обувь, цвет­ные металлы, вина, цитрусовые, оливковое масло, пробка. Значительную прибыль дает иностранный туризм. Дайте характеристику Э.Г.П. этой страны.

2 . Объясните: Почему река Рейн по грузообороту превосходит все речные системы мира?

3 . Докажите, что: Зарубежная Европа была и остаётся одним из главных центров мировой политики и экономики.

4 . Как называется эта страна? Мягкий климат, горный воздух, озера с прозрач­ной водой и живописными берегами привлекают сюда массу туристов и спортсменов со всего мира. Станки, часы, медикаменты, витамины, шоколад, детское пита­ние и лучшие сорта сыров - вот чем славится это госу­дарство. Охарактеризуйте страну по следующим критериям: величина территории, численность населения, уровень урбанизации.

5 . Объясните: Почему зарубежная Европа является главным районом международного туризма? Перечислите главные туристско-рекреационные районы зарубежной Европы.

6 . Докажите, что: Состояние окружающей среды в депрессивных старопромышленных районах, как правило, угрожающее.

7. Определите государство, о котором идёт речь? Это высокоразвитое индустриальное государство широ­ко известно в современном мире своей банковской, страхо­вой и другой коммерческой деятельностью. Дайте характеристику природно-ресурсного потенциала. 8 . Объясните: Почему нефтяные монополии ведут добычу нефти в Северном море, хотя себестоимость её во много раз выше, чем в странах Ближнего и Среднего Востока.

9 . Докажите, что: Топливно-энергетический комплекс зарубежной Европы характеризуется специфическими особенностями. Покажите по карте наиболее крупные месторождения топливных ресурсов в пределах территории зарубежной Европы.

10 . Назовите страну и покажите по карте субрегион зарубежной Европы, в котором она расположена; в чём его уникальность? Древняя легенда гласит: «После того как Бог сотво­рил мир, последнюю горсть камней он швырнул в море. Из них возникла суровая каменистая страна, в которой жители издавна славятся своим кропотливым трудом, как славятся выращенные на этой земле маслины, табак, ви­ноград».

11. Объясните: В чём основные различия в развитии североевропейского и южноевропейского типов сельского хозяйства на территории зарубежной Европы. Перечислите главные отрасли специализации.

12 . Докажите, что: Зарубежная Европа в настоящее время превратилась в мировой очаг иммиграции населения, укажите причины.

13. О какой стране идёт речь? Эта страна опережает все страны Европы по запасам гидроэнергии. Занимает ведущее место в капиталистичес­ком мире по выплавке алюминия, никеля, ферросплавов, ко­бальта. Большое значение для хозяйства имеет открытие неф­тегазового месторождения в море, омывающем ее берега. Здесь живут судостроители и мореходы, рыболовы и путе­шественники. Дать характеристику природных предпосылок развития промышленности данного государства.

14 . Объясните: Почему во Франции и Великобритании наблюдается резкий перевес столицы над другими городами, а для ФРГ и Италии это явление нехарактерно?

15 . Докажите, что: Региональная транспортная система зарубежной Европы относится к западноевропейскому типу и представляет собой полимагистраль сложной конфигурации.

Традиционные виды топлива, по сути, получают из невозобновляемых ресурсов, а это значит, что рано или поздно они закончатся. Поэтому человечество нашло им альтернативу. Однако у каждой такой альтернатива могут быть свои преимущества и недостатки, рассмотрим их на конкретных примерах.

Возможно вас заинтересует - Солнечная энергетика в Беларуси .

Еще Рудольф Дизель, создатель дизельного двигателя, в 1900 году предложил получать топливо из растительного сырья, он даже продемонстрировал проект двигателя, который мог работать на арахисовом масле. Сегодня подтверждено, что в основу для такого топлива можно положить: рапс, сою, хлопок, ятрофу (бутылочное дерево). Кстати, использовать для производства можно даже пищевые отходы, которые скапливаются в предприятиях общественного питания.

«+»

1. сырье возобновляемое,
2. выбросы СО 2 в атмосферу ниже на 50–80% по сравнению с традиционными видами топлива,
3. в процессе получения такого биотоплива производят еще несколько полезных побочных продуктов,
4. государства, где нет собственных запасов нефти, могут за счет этого обеспечить себе топливную независимость.

«–»

1. пока что высокая себестоимость производства,
2. меньшая мощность двигателей на таком топливе, больший расход,
3. необходимость больших площадей под выращивание нужных культур.

В 2003 году корпорация DaimlerChrysler разработало первое в мире синтетическое дизельное топливо из древесных отходов. Назвали его BIOTROLL. Когда оно сгорает, углекислый газ не попадает в атмосферу. Изготавливать подобное топливо можно не только из отходов деревообработки, но и из бытового мусора, сельскохозяйственных отходов. Только пока такое своеобразное биотопливо используют в смеси с соляркой, улучшая тем самым экологические показатели двигателей.

«+»

1. низкие выбросы вредных веществ,
2. переработка отходов,
3. неисчерпаемые запасы сырья.

«–»

1. необходимы значительные финансовые вложения, чтобы организовать весь процесс: сбор и подготовку сырья, производство синтетического горючего, создание системы распространения.

Водород

Как оказалось, водород может быть альтернативным топливом, например, для тех же автомобилей. Причем использовать его можно по-разному: смешивать с традиционными видами, применять только его, использовать водород в топливных элементах.

«+»

1. высокие энергетические свойства,
2. относительная экологичность сгорания, по сравнению с бензином,
3. нелимитированная сырьевая база

«–»

1. сегодня производство водородного топлива в 4 раза дороже, чем бензина,
2. несмотря на то что углекислый газ при сгорании водорода не выделяется, некоторые ученые указывают на образование других газов, которые вредят озоновому слою,
3. сложно будет организовать «водородную инфраструктуру.

ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ

НОВЫЕ ВИДЫ ЖИДКОГО И ГАЗООБРАЗНОГО ТОПЛИВА

Нефть «синтетическую» и газ, полученные из угля дополни­тельные углеводородные ресурсы, представленные органической составляющей горючих сланцев, битуминозных пород, топлив­ные спирты, а также водород относят к новым видам жидкого и газообразного топлива.

Уголь, горючие сланцы и битуминозные породы являются глав­ными перспективными источниками получения жидкого и газо­образного топлива. Потенциальные запасы содержащегося в них углеводородного сырья намного превосходят известные запасы нефти и природного газа.

Широко доступная и разнообразная сырьевая база и полно­стью отработанная и освоенная технология их производства яв­ляются одним из основных преимуществ энергетического исполь­зования спиртов в качестве топлива или добавки к нему. По мне­нию многих специалистов водород способен заменить ископае­мое органическое топливо в таких сферах его потребления, как авиация, автотранспорт, коммунально-бытовой сектор и т. д. При этом ресурсы водорода (если в качестве его источника рассмат­ривать воду) практически не ограничены.

Самым важным свойством водорода является универсаль­ность его использования. Он может применяться в качестве ос­новного топлива или как добавка к нефтяному при относительно небольших конструктивных переделках двигателя; энергия водо­рода может также преобразовываться в топливных элементах в электроэнергию; водород способен заменить природный газ и нефть почти во всех крупных химических производствах и т. д.

СИНТЕТИЧЕСКОЕ ТОПЛИВО ИЗ УГЛЕЙ

Большое значение имеет создание промышленной техноло­гии получения синтетических жидких топлив на базе огромных запасов бурых и каменных углей, в состав которых входят орга­нические и минеральные компоненты. Перечень и вещественное содержание этих компонентов предопределяет выбор направле­ний использования и методов комплексной переработки углей. Существенное влияние на дальнейшее расширение глубокой пе­реработки углей оказывает технический прогресс, представля­ющий собой непрерывное развитие и совершенствование орудий труда и технологических процессов в этой области.

К настоящему времени разработаны и проходят проверку но­вые технологические схемы и процессы, внедрение которых значительно расширит масштабы комплексной переработки уг­лей. К таким процессам в первую очередь относятся высокоско­ростной пиролиз, гидрогенизация и термическое растворение.

Высокоскоростной пиролиз (полукоксование) - процесс по­следовательного нагрева предварительно измельченного до пыле­видного состояния угля сначала газовым до температуры 300 °С (сушка), а затем твердым теплоносителем до температуры 650 °С (разложение с выделением основной массы паров смол и тяже­лых углеводородов). При взаимодействии с твердым теплоноси­телем происходит теплообмен с высокими скоростями. Это по­зволяет резко интенсифицировать процесс по сравнению с тради­ционными схемами полукоксования и обеспечить более чем в 2 раза выход продуктов пиролиза.

В результате такого интенсивного разложения получаются по­лукокс (68%), энергетический газ (15%) и смола (17%), которые характеризуются следующими качественными показателями:

Полукокс

Зольность,%................................. 12...20

Теплота сгорания, кДж................. 27,21 ...28,05

Насыпной вес, кг/м 3 ....................... 760

Смола, %

Карбены-карбоиды...................... .......... 5

Асфальтены.................................. .......... 5

Фенолы......................................... ......... 26

Нейтральные масла................ 47

Осмоляющиеся............................. 14

Пиридиновые основания.............. 2

Карбоновые кислоты................... 1

Энергетический газ,%

Углекислоты................................ ......... 23

Оксиды углерода......................... ..... 16,8

водорода........................ ..... 24,2

Удельные углеводороды.............. ..... 25,0

Непредельные углеводороды.. 4,7

Кислород..................................... ........ 0,5

Азот.............................................. ........ 6,2

Сероводород............................... ........ 0,3

Теплота сгорания, кДж/кг..... 20,09

Удельный нес, кг/м 3 ....................... 1,04

Исследованиями установлена возможность выделения из смо­лы до 47% дистиллятной части, из которой около 50% отгоняется в виде бензиновой фракции. Жидкие топлива из тяжелой части смолы могут быть получены при ее замедленном коксовании.

Гидрогенизация - процесс получения жидких и газообраз­ных продуктов из углей под давлением 10 МПа, при температуре 420...430 °С и объемной скорости 0,8... 1 ч " в присутствии пасто-образователя - донора водорода, катализаторов (солей железа и молибдена) и надбавок ингибиторов радикальной полимеризации.

К настоящему времени разработан ряд новых решений. В частности, это относится к предварительной сушке угля газо­вым теплоносителем в вихревых камерах, механохимической подготовке углемасляных суспензий, очистке газов низкотемпе­ратурной короткоциклонной адсорбцией, сжиганию шламов и сточных вод и регенерации катализаторов. Количество органи­ческой массы угля (ОМУ), превращаемое в жидкие и газообраз­ные продукты, составляет 90...92%. Жидкие продукты с темпе­ратурой кипения до 300 °С подвергаются переработке с примене­нием процессов гидроочистки, каталитического риформинга и гидрокрекинга с получением высокооктанового бензина и дизель­ного топлива, выход которых составляет 45...50% по отношению к исходному углю (ОМУ).

Термическое растворение - технология получения из углей тяжелых жидких экстрактов и выработки синтетической нефти и моторных топлив путем деструктивной гидрогенизации про­дуктов термического растворения. Работы ведутся в Институте горючих ископаемых, носят поисковый характер и проводятся на лабораторной аппаратуре. Процесс ведется при давлении 5 МПа, температуре 415 °С, объемной скорости 1...1,3 ч л по пасте с ис­пользованием дистиллятного растворителя с температурой кипе­ния 200...350 °С (содержащего до 33% донора водорода), в коли­честве 1,8 по отношению к углю. Последующая переработка жид-

ких продуктов включает фильтрование, коксование беззольного экстракта, гидрогенизационную переработку сырого бензина и части регенерированного растворителя. Выход продуктов состав­ляет: бензин автомобильный - 7,45%, электродный кокс - 12,45%, битум - 25,92%, газы - 12,17%, остаточный уголь - 25,92%, потери - 8,63%. Полученные предварительные резуль­таты свидетельствуют о значительно меньшем выходе моторных топлив, чем в процессе прямой гидрогенизации.

ГОРЮЧИЕ СЛАНЦЫ

Кроме России, добычу горючих сланцев и производство син­тетического топлива в промышленных масштабах осуществляют в КНР, где производство составляет 0,3 млн т в год, и в Бразилии, где производство сланцевой смолы доведено до 50 тыс т/год. На пороге промышленного освоения месторождений горючих сланцев находятся США, Марокко, Австралия. Разработаны раз­личные варианты добычи и переработки сланцев. Все они пре­дусматривают термическое разложение с получением синтетичес­ких топлив и побочных продуктов - серы, аммиака, кокса и т. д.

Перспективными способами переработки сланцев являются газификация на парокислородном дутье под давлением (Саратов­ский политехнический институт) и термическое растворение (ИГИ). Исходя из предварительных разработок при газификации, возможно получение газа с калорийностью 3000 ккал/кг в объеме 9 млн т у. т. (если газифицировать все сланцы), что позволит в перспективе в Поволжье сэкономить до 10% котельно-печного

При термическом растворении 40 млн т горючих сланцев возможно производство около 20 млн т у. т. высококипящего без­зольного экстракта и 2 млн т у. т. газа. По расчетам, целесообраз­но беззольный экстракт прямо использовать в качестве дорож­ных битумов, а высвобожденные битумы использовать в даль­нейшей переработке с производством энергетической продукции.

Большое значение для повышения экономичности исполь­зования волжских сланцев имеет выделение и утилизация попут­но залегающих полезных ископаемых, микрокомпонентов, редко­земельных металлов и серы.

Исходя из запасов, уровней подготовленности к промышлен­ному освоению и имеющегося опыта разработки сланцевых ме­сторождений возможна, начиная с 2008 г., разработка месторож­дений горючих сланцев Поволжья с доведением в перспективе до 30.. .40 млн т в год.

Глава 9

БИТУМИНОЗНЫЕ ПОРОДЫ

Значительным резервом развития в стране индустрии допол­нительного углеводородного сырья являются битуминозные по­роды. Это комплексное органоминеральное сырье, которое при термическом воздействии способно выделять органическую со­ставляющую, являющуюся заменителем нефти, а минеральные остатки, остающиеся после отделения «синтетической» нефти, являются прекрасным сырьем для строительной и дорожной ин­дустрии.

Месторождения и скопления битуминозных пород довольно многочисленны, и географическое размещение их крайне нерав­номерно. В связи с плохой изученностью прогнозные запасы «синтетического» топлива, содержащегося в битуминозных по­родах, варьируют от 20 до 30 млрд т.

Значительные разведанные запасы размещаются на террито­рии Татарстана, Ульяновской и Самарской областей, где они за­легают на глубинах до 400 м. Имеются месторождения природ­ных битумов на Северном Кавказе, Восточной Сибири, в Коми и других районах нашей страны.

За исключением Татарстана и Якутии специальных геолого­разведочных работ на битумы в стране не проводили.

Наиболее изученными считаются скопления битуминозных пород в пермских отложениях Татарстана. В соответствии с ре­шением ГКЗ в качестве основы для планирования геологоразве­дочных работ приняты запасы в размере 1,0 млрд т с битумона-сыщенностью свыше 5%. По степени разведанности эти запасы относятся к категории прогнозных.

СПИРТОВЫЕ ТОПЛИВА

Как компоненты моторных топлив спирты - метанол, эта­нол ранее в периоды острой нехватки топлива уже использова­лись. В настоящее время за рубежом наибольший практический опыт накоплен по использованию этилового спирта.

В начале 70-х годов XX в. в связи с возрастающими требова­ниями к качеству используемых топлив, необходимостью расши­рения сырьевой базы производства моторных топлив возрос ин­терес и к использованию метанола как топлива или добавки к нему. Известны такие топлива, как «газохол», «дизохол».

Значительный интерес к спиртовым топливам, особенно ме-танольному, обусловлен рядом причин, из которых главными являются: в экологическом отношении такие топлива более прием-

ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ НОВЫХ ВИДОВ ТОПЛИВА

немы, чем синтетический бензин и другие не нефтяные топлива, хранение и распределение аналогично бензину, их применение дает возможность достичь повышения топливной экономичности двигателя. Все это достигается при одновременном расширении ресурсов моторных топлив нефтяного происхождения.

Технически доказана возможность использования метанола: в качестве 5 и 15% добавки к бензину; для производства высоко­октановой добавки к топливу - МТБЭ (метил-трет-бутиловый эфир); для производства бензина из метанола; в чистом виде.

Бензометанольная смесь, содержащая 5% метанола, ввиду расслаивания при температуре -3 °С может быть использована как летний вид топлива. Если использовать 1,5 млн т метанола в качестве такой добавки, расширение ресурсов моторных топ­лив может составить 0,8 млн т. В целом бензометанольные смеси стабильны в эксплуатации, выхлопы компонентов в отработан­ных газах значительно снижены: углеводородов на 10...20%, ок­сидов азота - на 30...35%.

В настоящее время в лабораториях проводят работы по ис­пользованию метанола в чистом виде. Однако такое использова­ние требует значительных изменений конструкций серийных дви­гателей, которые не могут быть осуществлены на современном уровне развития техники. Отрабатывают раздельную подачу ме­танола от бензина. Такие двойные топливные системы имеют ряд преимуществ. По данным ГосНИИметанолпроекта, при внедре­нии двойных топливных систем потребуется расход метанола в объеме до 10% объема бензина и он может использоваться во всех климатических зонах. Такая подача топлива позволяет так­же использовать низкооктановый бензин.

ВОДОРОДНАЯ ЭНЕРГЕТИКА

В настоящее время основным сырьем в России для производ­ства водорода является природный газ, из которого производят более 90% водорода.

Уже разработаны и внедряются перспективные методы извле­чения водорода из водородо содержащих газов различных произ­водств: низкотемпературная конденсация, адсорбция, абсорбция, мембранная технология. Производство водорода этими методами значительно экономичнее, чем на специальных установках паро­вой конверсии углеводородных газов, считающейся наиболее де­шевым методом производства водорода. Перспективным источ­ником является уголь. Однако в программе развития водородной

ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ НОВЫХ ВИДОВ ТОПЛИВА

энергетики в стране на перспективу предусмотрено, что основ­ным сырьевым источником получения водорода станет вода, для разложения которой должно быть использовано тепло высокотем­пературного ядерного реактора (ВТЯР).

Водород обладает очень высокой теплотой сгорания: при сжигании 1 г водорода получают 28,6 кал тепловой энергии (при сжигании 1 г бензина - 11,2 кал), его можно транспортировать и распределять по трубопроводам, как природный газ.

Главным преимуществом водородной энергетики является возможность экономии традиционного энергетического сырья за счет широкого использования водорода в качестве топлива для двигателей внутреннего сгорания (как в чистом виде, так и в виде добавки) и газотурбинных двигателей (авиатранспорт, электро­энергетика).

Испытания показали, что более эффективно использовать водород в виде 5... 10% добавки к бензину, поскольку использо­вание чистого водорода ведет к нарушению рабочего процесса двигателя и выделению больших количеств NO x , а также к ус­ложнению хранения больших количеств водорода на борту авто­мобиля. Такая смесь позволяет повысить топливную экономич­ность двигателя на 20...25%, снизить эксплуатационный расход бензина на 35...40% и токсичность отработавших газов по СО в 15-20 раз, по углеводородам в.1,5-2,0 раза и окислам азота в 10-15 раз.

В связи с отсутствием товарных ресурсов водорода на началь­ном этапе перевод автомобильного транспорта на бензоводород-ные композиции целесообразно проводить по определенным ре­гионам, в которых имеются либо достаточные ресурсы вторично­го водорода, являющегося побочным продуктом химических и нефтехимических производств, либо имеются достаточные ресур­сы технологических газов, из которых может быть получен деше­вый водород.

С целью получения пиковой электроэнергии использование водорода в энергетике необходимо рассматривать одновременно с использованием электроэнергии АЭС для производства водоро­да электролизом воды с дальнейшим сжиганием его для выработ­ки электроэнергии в часы максимальных нагрузок, либо в паро­вой турбине, в парогенераторе и МГД-генераторе, либо в МГД-генераторе и парогенераторе. Расчетные значения затрат на маги­стральный транспорт водорода на большие расстояния при той же передаваемой мощности оказываются в 3-5 раз ниже затрат на транспорт электроэнергии.

9.7. ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ВИЭ

Если в 1980 г. доля производимой электроэнергии на ВИЭ в мире составляла 1%, то по оценке Американского общества инженеров-электриков к 2005 г. она достигнет 5, к 2020 - 13 и к 2060 г. - 33%. По данным Министерства энергетики США, в этой стране к 2020 г. объем производства электроэнергии на базе ВИЭ может возрасти с 11 до 22%. В странах Европейского Союза планируется увеличение доли использования ВИЭ для производства тепловой и электрической энергии с 6 (1996) до 12% (2010). Исходная ситуация в странах ЕС различна. И если в Дании доля использования ВИЭ с 3% в 2000 г. достигла 10%, то Нидерланды планируют увеличить долю ВИЭ с 3% в 2000 г. до 10% в 2020 г. Основной результат в общей картине определяет Германия, в которой планируется увеличить долю ВИЭ с 5,9% в 2000 г. до 12% в 2010 г. в основном за счет энергии ветра, солнца и биомассы. Главными причинами, обусловившими раз­витие ВИЭ, являются:

· обеспечение энергетической безопасности;

· сохранение окружающей среды и обеспечение экологической безопасности;

· завоевание мировых рынков ВИЭ, особенно в развивающихся странах;

· сохранение запасов собственных энергоресурсов для будущих поколений;

· увеличение потребления сырья для неэнергетического ис­пользования топлива.

Масштабы роста использования ВИЭ в мире на ближайшие 10 лет представлены в табл. 9.1.

Таблица 9.1

ПРОГНОЗ РОСТА УСТАНОВЛЕННОЙ МОЩНОСТИ ВИЭ В МИРЕ, ГВт

Примечания: 1. В строке «фотоэлектричество» в скобках указано го­довое производство фотоэлементов. 2. I, II сценарии развития геотер­мальной энергетики, соответственно при ежегодном росте 10% и 15%.

Контрольные вопросы

1. Какие новые виды жидкого и газообразного топлива могут быть
использованы в перспективе?

2. Как можно получить «синтетическое» топливо?

3. Где в России размещены основные залежи сланцев и какова перспек­тива их вовлечения в ТЭБ страны?

4. Для каких целей можно использовать спиртовые топлива?

5. Каковы перспективы развития водородной энергетики?

6. Каковы перспективы развития ВИЭ?

7. Что образуется из пылеугольного топлива при высокоскоростном пиролизе?

8. Как происходит гидрогенизация углей?

9. В чем преимущества спиртовых топлив по сравнению с синте­тическими бензинами и другими не нефтяными топливами?

10. На сколько процентов можно на автомобильном транспорте при эксплуатации снизить расход бензина при использовании 5... 10% до­бавки водорода?

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

L. Бурман А. П. и др. Основы современной энергетики. - М. МЭИ. 2002.

2. Безруких П. П., Арбузов Ю. Д., Борисов Г. А. и др. Ресурсы и эффективность использования возобновляемых источников энергии. С.-Пб. Наука. 2002.

3. Бушу ев В. В. Об энергетической стратегии России // Вестник электроэнергетики, 1998, № 3.

4. Гриценко А. И. Нетрадиционные возобновляемые источники энергии.- М.: ВНИИГАЗ. 1996.

5. Методические указания по расчету выбросов загрязняющих веществ при сжигении топлива в котлах.- М.: М.О Гидроме-теосздат. 1985.

6. Сибикин Ю. Д., Сибикин М. Ю. Технология энергосбережения. Учебник. М.: Форум-Инфра-М. 2006.

7. Ятров С. Н., Жилина Л. В., Сибикин Ю. Д. и др. Энергосбере­гающие технологии в СССР и за рубежом в 2 т. М.: Фирма «Энергосбережение». 1993.

8. Будрейко Е. Н., Зайцев В. А. Введение в промышленную эколо­гию. М.: Профобр. 1991.