Технология топлив История предмета. 06.03.2015 Запасы Фоссильные топлива образовались из остатков органических материалов. К фоссильным топливам относятся. - презентация

1 Технология топлив История предмета

2 Запасы Фоссильные топлива образовались из остатков органических материалов. К фоссильным топливам относятся нефть, уголь, природный газ, горючий сланец ит.п. При их горении углекислый газ окончательно попадает в атмосферу. Эти топлива не возобновляемые. По оценкам суммарные мировые запасы горючего ископаемого (фоссильного) топлива составляют млрд. тут, которые распределяются следующим образом: Природный газ – 300 Нефть-400 Горючий сланец и нефтяные пески -700 Уголь

3 торф 2-бурый уголь ; 3-каменный уголь

4 Нефть вместе с газом относят к тому же классу горных пород, что уголь (антрацит, каменный и бурый), торф и сланцы, а именно – к классу каустобиолитов. В химическом отношении нефть – сложнейшая смесь углеводородов, подразделяющаяся на две группы – тяжелую и легкую нефть. Легкая нефть содержит примерно на два процента меньше углерода, чем тяжелая, зато соответственно, большее количество водорода и кислорода

5 Кругооборот углерода

6 Углерод и его соединения, которые участвуют в строении нефти, газа, каменного угля и других пород, являются частью глобальной геохимической системы круговорота в земной коре…. Углерод составляет около 0,5 % от массы земной коры ( около тонн). Зелёные растения извлекают из СО 2, который содержится в атмосфере около 1, тонн углерода. Значительная часть растительной массы потребляется животными. Конечно дыхание растений и животных возвращает в атмосферу и гидросферу значительное количество углерода в виде СО 2, наряду с выделениями в результате тления. Однако много остатков растительного и животного происхождения разлагались и без доступа кислорода, частично минерализуясь и преобразуясь в более богатые углеродом соединения

7

8 Наиболее распространенным из таких соединений является диоксид углерода. Масса этого вещества в атмосфере оценивается астрономической цифрой тонн! В процессе выветривания и фотосинтеза ежегодно из атмосферы поглощается более СО 2. Если бы не было механизма кругооборота, то за несколько тысяч лет углерод полностью исчез бы из атмосферы, оказался «захороненным» в горных породах. По современным оценкам, масса диоксида углерода, «спрятанного» в горных породах, примерно в 500 раз превышает его запасы в атмосфере

9 История технологий переработки твёрдого и жидкого топлива

10 Технология газификации древесины является, по сути, первой в истории человечества химической технологией, а древесный уголь –первым продуктом, получаемым с помощью этой технологии. Древесный уголь служил не только в качестве топлива, но и был средством культурного развития древнего человека. С помощью древесного угля были сделаны и одни из первых в истории нашей цивилизации наскальные рисунки.

11 Источники природных горючих газов были известны в Азербайджане, Иране, Ираке и Индии. Обилие горящих факелов привело к возникновению в этих местах религии т.н. «огнепоклонников» – приверженцев учения зороастризма (маздеизма) и последователей пророка Заратустры (Зороастра). Старинный храм огнепоклонников в Сураханах (Апшеронский полуостров, Азербайджан) сохранился наших дней в качестве музея

12 Углежогство Углежогство известный промысел угольщики-углежоги (англ. «charcoal - burner» или «collier», нем. «köhler»). Обжиг угля проходил следующим образом. Сначала расчищали место в лесу, его называли «жигальный ток», выкапывали неглубокие ямы, примерно 2,5 на 6 метров. Брали 2-х метровые березы, сосны, ели (использовали только сухарник) и укладывали их в яму на 4 подклади-ны. В одну яму укладывали 10–12 куб.м. дров. Сверху все это покрывали толстым слоем лапника. По сторонам оставляли два окна. С торца поджигали. Как только штабель начинал гореть, его заваливали патьей. Патья – это негорючий материал, она состояла из земли перемешанной с золой

13

14

15

16 Углежогам и смолокурам нужны были твёрдые (древесный уголь и, позднее, каменноугольный кокс) и смолообразные (дёготь, каменноугольная смола, пёк и т.п.) продукты термического разложения топлив. К XII-му веку относятся первые письменные свидетельства продажи – покупки дёгтя (жидкого продукта пиролиза древесины, прежде всего, берёзы). Хотя есть мнение, что древние греки и скандинавы получали и использовали (главным образом, для просмаливания судов и как лечебное средство) дёготь ещё в 3-м тысячелетии до нашей эры

17

18 В XV - XVII веках в Европе наблюдался резкий рост населения, повлекший за собой быстрое истощение традиционного энергоносителя – древесины. Предприятия горной промышленности оказались на грани остановки из-за отсутствия топлива для печей. Сложившийся топливный кризис стал мощным толчком для поиска новых видов топлив. В результате вместо древесины широко стали применяться горючие ископаемые (каустобиолиты), прежде всего, каменный уголь

19 Начало добычи каменного угля в Германии относится к 1198 году. В этом же году императором Фридрихом I (Саксония) законодательно закрепляется «горная регалия», которой устанавливается верховная власть на недра. В соответствии с ней рудокопы начали платить налог за пользование недрами в императорскую казну

20 Иоганн Рудольф Глаубер (нем. Johann Rudolph Glauber; 1604(1604), Карлштадт 10 марта 1670, Амстердам) немецкий алхимик, химик, аптекарь и врач.нем. 1604Карлштадт 10 марта 1670Амстердам алхимикхимикаптекарьврач В 1649 г. немецкий химик Иоганн Глаубер получил в результате перегонки каменноугольной смолы (жидкого продукта пиролиза угля) жидкое вещество, получившее позднее, в XIX-м веке, имя «бензол» и химическую формулу С 6 Н

21 Профессор химии Иоганн Бехер из Мюнхена в 1680 г. получил светящийся газ посредством перегонки торфа и каменного угля. К числу многочисленных заслуг Бехера следует отнести также исследования коксования каменных углей и получения каменноугольного дегтя

22 В 1709 г. Абрахам Дерби (Англия) впервые выплавил железо с помощью каменноугольного кокса, вместо применявшегося с незапамятных времен древесного угля. В первой половине XVIII в. Абрахам Дерби начал эксперименты по производству железа в плавильной печи, применяя не древесный уголь, а кокс

23 Фили́пп Лебо́н (фр. Philippe Lebon, 29 мая 1767/ декабря 1804 года) французский инженер; изобретатель газового освещения.фр.29 мая 1 декабря 1804 года французский инженер газового освещения В 1790-е гг. начал опыты над получением светильного газа посредством сухой перегонки древесины, в 1799 году получил на этот способ патент.светильного газа сухой перегонки 1799 году патент

24 МЕРДОК (Murdock) Уильям ( ), английский механик. Принимал участие в усовершенствовании Дж. Уаттом паровой машины. Впервые (1792) произвел сухую перегонку каменного угля, применил (1803) полученный газ для освещения

25 в 1806 г. швейцарским инженером Франcуа Исааком дерева сом был построен и год спустя запатентован, возможно, первый в истории двигатели внутреннего сгорания, работающий на смеси воздуха с каменно- угольным светильным газом либо на водородно- кислородной газовой смеси

26 В 1824 г. С. Карно теоретически обосновал необходимость предварительного сжатия топливной смеси (воздуха и искусственного горючего газа) в рабочем цилиндре двигателя. В 1824 г. вышло в свет единственное сочинение Sadi Carnot «Размышления о движущей силе огня и о машинах, способных развивать эту силу». Исследовав круговой тепловой процесс (цикл), Карно сформулировал условия, работая в которых тепловой двигатель будет иметь наибольший КПД. Только спустя 20 лет после смерти С. Карно, его сочинением заинтересовались ученые, а еще позже изобретатели

27 идеи Карно воплотил в реальную конструкцию немецкий инженер Rudolf Christian Karl Diesel (1858 – 1913) (Р. Дизель), который в 1892 г., предложил поршневой двигатель, принципиально отличный от всех предшествующих. Дизель подает заявку на получение патента под названием «Метод и аппарат для преобразования высокой температуры в работу»

28 Рейхенбах Карл (Karl von Reichenbach) немецкий естествоиспытатель, химик, геолог, промышленник,, философ, ( ). Несколько позднее Рейхенбах построил первый в мире завод для сухой перегонки дерева в Баварии. В 1832 г. К. Райхенбаху впервые удалось получить (в результате дистилляции жидкого продукта (дёгтя) пиролиза бука) креозот, широко впоследствии используемый в медицине (в качестве антисептика) и технике (например, для пропитки деревянных железнодорожных шпал)

29 Эйльхард Мичерлих (Eilhard Mitscherlich; ) немецкий химик. Профессор Берлинского университета Берлинского университета В 1833 г. Э. Мичерлих получил бензол при сухой перегонке кальциевой соли бензойной кислоты. Именно после этого получения вещество и стали называть бензолом, впервые приготовил нитробензол, азобензол и некоторые сульфокислоты бензола. нитробензола за бензолсульфокислоты

30 Жан Батист Андре Дюма (фр.фр. Jean Baptiste Andre Dumas ), 1884) французский 1884 и государственный деятель. Пелиго - (Peligot) Эжен Мелькьор ( ) французский химик, член Парижской АН (с 1852). Ученик Ж. Б. А. Дюма.

31 В 1834 г. из продуктов сухой перегонки древесины Ж. Дюма и Э Пелиго был впервые выделен древесный спирт или метанол - ещё один полезный (хоть и смертельно ядовитый) жидкий продукт пиролиза биомассы растительного происхождения с химической формулой СН 3 OH

32 В 1855 году американец Бенджамин Силлиман - младший сделал пионерские исследования в области крекинга нефти (ещё одной вариации на тему пиролиза - газификации жидких топлив), что позволило развиваться нефтехимической промышленности. Он стал первым человеком, который фракционировал нефть дистилляцией.нефть

33 Чертёж нефтеперегонного завода братьев Дубининых

34 Гельмерсен (Григорий Петрович) - горный инженер, генерал-лейтенант, ординарный академик Академии Наук, русский геолог; родился 29 сентября 1803 г. в Дуксендорфе, умер 4 февраля 1885 г. в Лифляндии. Высшее образование получил в Дерптском университете, который окончил в 1825 г. со степенью кандидата. В 1837 г. началось научное исследование прибалтийских горючих сланцев и провёл первые эксперименты со сланцами с целью получить их них горючее масло

35 Фёдор Богда́нович (Фри́дрих Карл) Шмидт (нем. Friedrich Karl Schmidt; 15 [27] января 1832, в имении Кайсма Лифляндской губернии - 8 [21] ноября 1908). В 1852 окончил курс кандидатом в Дерптском университете. Учёный дали полную характеристику геологическим и химическим свойствам сланцев, а также предложили способы их переработки, в том числе технологию газификации. Академик Ф.Б. Шмидт назвал эстонские горючие сланцы «кукерситами», отталкиваясь от немецкого названия имения Кукрузе (на русский манер – Кукерс), где были взяты сланцы для исследований.нем.[27] января 1832 Лифляндской губернии[21] ноября 1908Дерптском университете

36

37

38 Летний Александр Александрович (1848 – 1883). В 1877 г. российский инженер- химик А.А. Летний впервые в мире выделил из нефти ароматические углеводороды (бензол, толуол, ксилол, антрацен и др.) и запатентовал процесс пиролиза (крекинга) нефтяного сырья

39 Дми́трий Ива́нович Менделе́ев (27 января [8 февраля] 1 834, Тобольск 20 января [2 февраля] 1907, Санкт- Петербург) русский учёный- энциклопедист: химик, физикохимик, физик, метролог, экономист, техноло г, геолог,метеоролог, педагог, воздух оплаватель, приборостроитель. Про фессор Санкт-Петербургского университета; член- корреспондент по разряду «физический» Императорской Санкт- Петербургской Академии наук. В 1880 г. Д.И. Менделеев выдвинул идею подземной газификации углей.8 февраля 1 834Тобольск 2 февраля 1907Санкт- Петербургрусскийучёный- энциклопедистхимикфизикохимик физикметрологэкономисттехноло ггеологметеорологпедагогвоздух оплавательприборостроитель Про фессор Санкт-Петербургского университетачлен- корреспондент Императорской Санкт- Петербургской Академии наук

40

41

42 Взрывчатые вещества В большинстве традиционных взрывчатых веществах энергия выделяется главным образом за счет окисления горючих элементов углерода и водорода кислородом, подобно тому, как это происходит при горении обычных топлив. Толуол (С 6 Н 5 СН 3 ), из которого готовится тротил, не является в основной своей части продуктом самостоятельного производства; он получается в больших количествах как побочный продукт при переработке каменного угля на кокс для металлургической промышленности и на светильный газ. При этом процессе образуются разнообразные углеводороды соединения, состоящие из углерода и водорода в различных соотношениях. Из одной тонны угля получается около 5 килограммов бензола, 0,05 килограмма фенола и до 1,5 килограмма толуола. Поскольку для выплавки железа из руды в странах с высоко развитой промышленностью требуются огромные количества кокса, то количество получаемого толуола также велико

43

44 Взрывчатые вещества Для получения нитросоединений можно использовать не только один толуол, но и другие углеводороды, получающиеся при сухой перегонке угля, фенол, ксилол, нафталин. из фенола (С 6 Н 5 ОН) может быть получен тринитрофенол (пикриновая кислота). Он представляет собой, как и тротил, светложелтый порошок, который также плавится при нагревании (хотя и при несколько более высокой температуре, чем тротил). Поэтому им так же, как тротилом, можно снаряжать снаряды путем заливки в них расплавленного вещества. Подобно толуолу и фенолу, во взрывчатые вещества могут быть превращены и другие углеводороды ароматического ряда

45 химическая технология должны меняться? Технологии ХХ века начинай с углеводородного сырья разделяй это сырье добавляй химический реагент проводи реакцию с образованием промежуточного продукта повторяй эту процедуру 2-4 раза, пока не получишь конечный продукт не обращай внимания на отходы, рециркулируй реагент только тогда, когда это экономически выгодно распредели продукт по всему миру, используй склады длительного хранения выпусти продукт на рынок без проверки его влияния на природу и на человека. Технологии ХХI века Формируй новый продукт с минимальным воздействием на окружающую среду выбирай сырье, которое в отличии от фоссильного, обновляется используй реагент вместе с долговечным катализатором не используй растворитель или используй только полностью рециркулируемый растворитель постарайся обойтись минимальным числом ступеней в схеме синтеза производи продукт как можно ближе к региону его потребления. 45