Склад і властивості паливних корисних копалин

Нафта – це густа, в’язка масляниста рідина, зазвичай темно-коричневого або чорного кольору, але також бувають і світло-коричневі, червонуваті, жовті й навіть білі нафти. Переважно вона є легко текучою, рідше – малорухомою. Має різкий запах гасу, легша за воду, густина коливається від 750 кг/м3 до 950 кг/м3 на поверхні води утворює тонку жирну плівку. При 00С не замерзає, а в’язне. Розрізняють динамічну і кінематичну вязкість. Динамічною в’язкістю називається внутрішній опір окремих часток рідини руху загального потоку. Кінематичною в’язкістю називається відношення динамічної в'язкості до щільності середовища. Велике значення має сила поверхневого натягу нафти. При зіткненні її з водою між ними виникає поверхня типу пружної мембрани. Також при її видобутку використовують капілярні явища. Сили взаємодії води з гірською породою більші, ніж у нафти, тому вода здатна витиснути її з дрібних тріщин у більш великі. І саме головне, в чому полягає основна цінність нафти – це її теплотвірна здатність, до 10000 калорій або 41МДж/кг, а в продуктів перегонки ще більша, що робить її основним енергоносієм у світі. 1т нафти = 1,3т антрациту = 3т бурого вугілля = 3,3т торфу = 7т горючих сланців. Крім того нафта не є індивідуальною речовиною. Її неможна записати однією якоюсь хімічною формулою. Вона складається з близько 1000 різних речовин і хімічних елементів. Основні з них: вуглець – 82...87% мас.; водень – 11...15% мас.; сірка – 0,1...2,0% мас.; азот – до 2,2% мас.; кисень – до 1,5%мас (рис. 2.1). Також нафта – це складна суміш вуглеводнів(парафінів, нафтенів, аренів). Кисень, сірка та азот містяться у вигляді кисне-, сірко- та азотовмісних сполук, які називають гетеро-атомними.

Рис. 2.1 Хімічний склад нафти

Природний газ – це безбарвна речовина, яка немає запаху, легша за повітря, газувата за звичайних умов. Пояснюється це тим, що вуглеводні, які містяться в ньому, мають малі відносні молекулярні маси. Теплота згоряння – така ж сама, як і в нафті. При горінні світиться синім полум’ям, даючи мало світла і кіптяви, тому він вигідний для використання в побуті. Коли природний газ транспортують на кораблях або в балонах, то його зріджують, оскільки так він займає менше місця, та додають сполуку меркаптан, яка дає гострий запах – для розпізнавання його, при витіканні. Що ж до хімічного складу природного газу – то основну частину в ньому становить метан від 85% до 95% маси, решта – гомологи метану – етан, пропан, бутан та інші гази. Крім вуглеводнів до складу природного газу часто входять незначні кількості сірководню, азоту, гелію, аргону тощо [4].

Іншою горючою корисною копалиною є кам’яне вугілля. Це тверда горюча копалина, зазвичай чорного, сірого або коричнево-бурого кольору, часто з металевим блиском. Коли воно висушене – легко кришиться на дрібні кусочки, а зазвичай їхня вологість складає від 4 – 15 % в кам’яного вугілля, до 15 – 60 % в бурого. Густина коливається від 900 кг/ в бурого, до1600 кг/м3 в антрациту. При горінні світиться яскравим полум’ям, але дає менше тепла, ніж нафта і газ, від 17 МДж/кг до 35 МДж/кг і чим більша густина в нього, тим більше тепла воно дає. В хімічному складі це також неоднорідна копалина. Та все ж основну частину маси становить вуглець – 70 – 95 %, залежно від виду вугілля, вміст водню невеликий – 2 – 5,5 %, а от кисню, сірки та азоту може бути велика частина – від 25 % в найгірших сортах, до 3 % в найкращих. Також як мінеральні домішки, до складу золи входять оксиди алюмінію, силіцію, кальцію, магнію, заліза, деколи ще є метан. На збагачувальних фабриках вугілля очищується від всіх домішок, які пізніше йдуть як сировина для хімічної промисловості.

Торф – це тверда горюча корисна копалина, зазвичай коричневого або бурувато-чорного кольору. В свіжому вигляді – дуже вологий, в сухому – крихкий, в руках легко розсипається в труху. Складається з переплутаних між собою решток відмерлих рослин – різних мохів, трав, а деколи й з уламків стовбурів і кори дерев. При горінні світиться тьмяним червонуватим полум’ям, якщо є ще в ньому якісь домішки, то дає кіптяву. Питома теплота згоряння торфу – близько 15 МДж/кг.

Горючі сланці – це глинисті, мергельні або вапнякові бітумні породи, коричневого, бурого, шоколадного, темно-сірого, а інколи світло-жовтого кольору, які розколюються на плитки. В свіжому вигляді ріжуться ножем і дають стружку. Легко запалюються від сірника. Під час горіння виділяють кіптяву з характерним запахом бітуму. Хімічний склад горючих сланців такий: вуглець – 60 – 75 %, водень – 6 – 10 %, кисень, азот, сірка – 14 – 20 %, решта – важкі метали та різні сполуки (рис. 2.2). Теплота згоряння горючих сланців – до 10 МДж/кг [3].