Pochodzenie, wystepowanie i zastosowanie w. kam, ropy naft. i gazu ziemn.

1. POCHODZENIE I SKŁAD CHEMICZNY:

WĘGIEL KAMIENNY jest najcenniejszym surowcem energetyczno - chemicznym pochodzenia naturalnego. Powstał z martwych szczątków roślin w wyniku złożonych przemian biochemicznych, geofizycznych i geochemicznych w okresie karbonu, permu i trzeciorzędu. Rozróżnia się cztery rodzaje skał węglowych (makrolitypy): węgiel błyszczący, w. półbłyszczący, w. matowy i w. włóknisty. Skała węglowa składa się w 75 - 95% z C, 2,5 - 5,5% z H, 2,5 - 18% z O, z S, N i innych składników mineralnych w mniejszej ilości, oraz z wody (1 - 8%).

ROPA NAFTOWA jest palną, ciekłą mieszaniną różnych węglowodorów, związków tlenowych, siarkowych i azotowych pochodzenia organicznego (głownie zwierzęcego). Rozróżnia się ropę naftową typu parafinowego, typy naftenowego i typu mieszanego. Jej podstawowymi składnikami są trzy rodzaje węglowodorów: węglowodory parafinowe (CnH2n+2), węglowodory naftenowe (CnH2n) i węglowodory aromatyczne (CnH2n-6). Skład elementarny ropy naftowej: C 80 - 88%, H 10 - 14%, O 0,1 - 7,0%, N 0 - 1%, S 0 - 5%. Zależnie od pochodzenia i typu konsystencja ropy naftowej w temperaturze 15oC jest rzadka do gęsto - lepkiej, barwa od żółtej do brunatno - czarnej. Wartość opałowa 8500 - 11700 kcal/kg. Popioły po spalaniu ropy naftowej zawierają śladowe ilości Na, Ca, Mg, Mn, Fe, Ni, V, Si.

GAZ ZIEMNY jest to gaz pochodzenia organicznego bądź nieorganicznego. Rozróżnia się gaz ziemny wulkaniczny, pochodzenia nieorganicznego, przeważnie niepalny, g.z. błotny, będący produktem biologicznego rozkładu, składający się przede wszystkim z metanu, oraz g.z. właściwy. Gaz ziemny właściwy występuje w podziemnych złożach, bardzo często razem z ropą naftową. Zależnie od pochodzenia gaz ziemny stanowi mieszaninę homologów od metanu do pentanu, związków siarki, CO2, O2, H2, N2, He. W zależności od składu rozróżnia się gaz "chudy", zawierający do 99% metany, gaz "mokry", zawierający także węglowodory wyższe, oraz gaz "kwaśny", silnie zanieczyszczony związkami siarki.


2. WYSTĘPOWANIE:

Najbardziej powszechnie występującym paliwem kopalnym jest węgiel kamienny, którego zasoby ocenia się na 330 * 1010 t, co stanowi ok. 80% dostępnych zasobów paliw kopalnych. Największe pokłady węgla kamiennego występują w Rosji(Zagłębia: Donieckie, Peczorskie, Tunguskie, Leńskie, Żyriańskie i in.), Chinach, Stanach Zjednoczonych (Appallachy), a także w RPA i Australii. W Europie węgiel występuje przede wszystkim w Polsce, Wielkiej Brytanii, Niemczech i Francji . Polskie zasoby węgla ocenia się na ok. 100 mld t, jego obecne wydobycie wynosi 100 - 120 mln ton rocznie, co stanowi drugie miejsce w Europie.
Węgiel kamienny występuje w postaci warstw (pokładów) zalegających na głębokości od kilkunastu do kilku tysięcy metrów.

Największe ilości ropy naftowej występują na Środkowym Wschodzie (kraje OPEC: Arabia Saudyjska, Iran, Irak, Kuwejt, ok. 68% zasobów światowych), w krajach byłego ZSRR (Syberia) (8%) i na półkuli zachodniej (przede wszystkim USA (wybrzeża Zatoki Meksykańskiej), 19%). W Polsce ropa naftowa wydobywana jest w okolicach Gorlic i Sanoka1.

Największe złoża gazu ziemnego występują w Rosji i USA, a także pod dnem Morza Północnego. Znaczne ilości gazu występują także pod dnem morskim u wybrzeży Ameryki Północnej (wschodnie wybrzeże), Brazylii, Indii (O. Indyjski) i Australii. W Polsce gaz ten występuje koło Jasła, Lubaczowa, Gorlic, Cieszyna i Sanoka1.
Ropa naftowa i gaz ziemny występują w postaci podziemnych zbiorników (złóż).

Obfite złoża ropy naftowej i gazu ziemnego występują także na Antarktydzie, jednak nie podlegają one eksploatacji w myśl konwencji z 1959 r., zabraniającej wykorzystania Antarktydy do celów innych niż naukowe.



3. WYDOBYCIE, PRZERÓB I ZASTOSOWANIE:

ROPA NAFTOWA I GAZ ZIEMNY:

Przy poszukiwaniu tych surowców stosuje się trzy metody: grawimetryczną i magnetyczną, polegające na mierzeniu różnic siły grawitacji oraz magnetyzmu ziemskiego, oraz metodę sejsmiczną, polegającą na wywoływaniu fal sejsmicznych poprzez detonacje małych ładunków wybuchowych i ich analizie. Wykryte anomalie pozwalają na określenie prawdopodobnego obszaru występowania surowca. Po zlokalizowaniu złoża buduje się szyby lub platformy wiertnicze .
Ciśnienie ropy naftowej panujące w złożu umożliwia jej samodzielny wypływ na powierzchnię. Podczas tego procesu ropa naftowa ulega częściowe, naturalnej destylacji, czego efektem są naturalne złoża asfaltu, znane już w starożytności. W przypadku spadku ciśnienia do szybu pompuje się wodę. Gaz ziemny występuje zwykle pod dużym ciśnieniem, tak że "wypływa" bez konieczności wspomagania. Pozwala to na wydobycie 30 - 40% ropy i ok. 80% gazu ziemnego znajdującego się w danym złożu.
Ropę naftową obrabia się w dwojaki sposób: poprzez destylację frakcyjną lub kraking .
Kraking polega na rozrywaniu długich łańcuchów węglowodorowych na łańcuchy krótsze, mniej skomplikowane w drodze rozkładu termicznego lub katalitycznego. Kraking termiczny przeprowadzany jest w temperaturze 400 - 700oC i pod ciśnieniem do 50 at. (5 MPa).
Destylacja frakcyjna wykorzystuje fakt, że wrząca mieszanina ciekła wysyła parę o innym składzie niż skład mieszaniny ciekłej. Skraplając pary wydzielające się z wrzącej cieczy otrzymuje się szereg frakcji destylatu o innym składzie niż skład cieczy destylowanej. W celu uzyskania większej czystości (lepszego oddzielenia) destylatu stosuje się proces wielokrotnej destylacji - rektyfikację. Pozwala to na uzyskanie frakcji różniący się temperaturą wrzenia o 1 - 2oC. W przypadku ropy naftowej temperatury wydzielania odpowiednich frakcji wynoszą: <110oC dla gazów opałowych, 110 oC dla benzyny i paliw silnikowych, 180 oC dla nafty, 260 oC dla olejów opałowych i >340 oC dla bitumów3 (smoła, asfalt, masy bitumiczne). Wydajność destylacji we współczesnych rafineriach wynosi 100 000 baryłek (16 000 000 litrów) destylatu w ciągu doby.
Produkty obróbki ropy naftowej wykorzystuje się jako surowce energetyczne (gazy opałowe, benzyna, olej napędowy), w przemyśle chemicznym, jako smary, do budowy dróg, nawierzchni bitumicznych itp.
Gaz ziemny służy przede wszystkim jako surowiec energetyczny (jest tańszy od węgla kamiennego i ropy naftowej), oraz w małej skali jako surowiec w przemyśle chemicznym (m.in. z niektórych jego odmian wyodrębnia się hel).

WĘGIEL KAMIENNY:

Węgla kamiennego poszukuje się przy wykorzystaniu podobnych metod, jak przy poszukiwaniu ropy naftowej.
Węgiel kamienny, jako surowiec stały, nie wydostaje się samoczynnie na powierzchnię ziemi. Metoda wydobycia węgla zależy od głębokości zalegania jego pokładów . Wyróżnia się dwa podstawowe typy kopalni: podziemne i odkrywkowe. Kopalnie podziemne - jest to system tuneli przecinających złoże. Najgłębsze kopalnie znajdują się w RPA (3500 m głębokości). Metoda odkrywkowa polega na stopniowym odkrywaniu wierzchnich warstw pokrywających pokład węgla i stosowana jest w przypadku zalegania węgla na niewielkiej głębokości. Kopalnie odkrywkowe stanowią duże zagrożenie dla środowiska, ze względu na nieodwracalne zmiany terenu, jakie powoduje ta metoda wydobycia.
Węgiel kamienny wykorzystuje się głównie jako surowiec energetyczny w elektrowniach węglowych, elektrociepłowniach i systemach ogrzewania. Duże ilości węgla są zużywane w przemyśle do opalania pieców hutniczych. Do niedawna stanowił on podstawowy surowiec energetyczny, w chwili obecnej jego znacznie maleje na rzecz gazu ziemnego i energii jądrowej.


4. BIBLIOGRAFIA:

1. "Encyklopedia Guinessa", Guiness Publishing, 1991.
2. "Kronika Techniki" , wyd. Kronika, Warszawa 1992.
3. "Słownik Chemiczny", wyd. rozszerzone i poprawione, wyd. Wiedza Powszechna, Warszawa 1995.
4. "Słownik chemii praktycznej", wyd. Wiedza Powszechna, wyd. II, Warszawa 1992.
5. "Geograficzny Atlas Polski", PPWK im. Eugeniusza Romera S.A., Warszawa - Wrocław 1999.
6. "Świat - Atlas geograficzny z częścią encyklopedyczną", PPWK im. Eugeniusza Romera S.A., Warszawa - Wrocław 1995.
7. "Mały Rocznik Statystyczny", GUS, Zakład Wydawnictw Statystycznych, Warszawa 1998


WYDOBYCIE SUROWCÓW ENERGETYCZNYCH W WYBRANYCH KRAJACH ŚWIATA W 1995 R.:

Kraj Węgiel kamienny Ropa naftowa
W mln ton Udział w
świecie w % W mln ton Udział w świecie w %
Chiny 1361 35,9 150 4,9
USA 859 22,7 331 10,8
Indie 266 7,0 N/A N/A
Rosja 238 6,3 305 10,0
RPA 197 5,2 NA N/A
Australia 191 5,0 NA NA
Polska 137 3,6 0,3 0,01
Arabia Saudyjska N/A N/A 400 13,0
Iran N/A N/A 179 5,9
Wenezuela N/A N/A 145 4,7
Meksyk N/A N/A 136 4,5
Norwegia N/A N/A 135 4,4
Wlk. Brytania N/A N/A 122 4,0
Zjednoczone Emiraty Arabskie N/A N/A 103 3,4
Kuwejt N/A N/A 101 3,3