1. 煤炭变石油是怎么回事
煤炭的主要成分是碳,石油的主要成分是烃类(碳氢化合物)。
许多勘探资料都表明,全世界煤的可开采资源是巨大的,其能量值相当于石油资源的10倍。煤和石油的形态、形成历史、地质条件虽然不同,但是它们的化学组成却大同小异。煤中约含碳80%~85%,含氢4%~5%,平均分子量在2000以上。石油含碳85%,含氢13%,平均分子量在600以内。从组成上看,它们的主要差异是含氢量和分子量的不同,因此,只要人为地改变压力和温度,设法使煤中的氢含量不断提高,就可以使煤的结构发行变异,由大分子变成小分子。当其碳氢比降低到和石油相近时,则煤就可以液化成汽油、柴油、液化石油气、喷气燃料等石油产品了。同时还可以开发出附加值很高的上百种产品,如乙烯、丙烯、蜡、醇、酮、化肥等,综合经济效益十分可观。
国际上经典的煤变石油工艺是把褐煤或年轻烟煤粉与过量的重油调成糊状(称为煤糊),加入一种能防止硫对催化剂中毒的特殊催化剂,在高压釜里加压到20266~70931千帕并加热到380~500摄氏度的温度,在隔绝空气的条件下通入氢气,使氢气不断进入煤大分子结构的内部,从而使煤的高聚合环状结构逐步分解破坏,生成一系列芳香烃类的液体燃料和烷烃类的气体燃料。一般约有60%的煤能转化成液化燃料,30%转化成为气体燃料。具体来说,煤变石油的工艺可分为“直接液化”和“间接液化”两种,从世界范围来看,无论哪一类液化技术,都有成熟的范例。
“直接液化”是对煤进行高压加氢直接转化成液体产品。早在第二次世界大战之前,纳粹德国就注意到了煤和石油的相似性,从战略需要出发,于1927年下令建立了世界上第一个煤炭直接液化厂,年产量达10万吨,到1944年达到423万吨,用来开动飞机和坦克。一些当时的生产技术,今天还在澳大利亚、德国、巴基斯坦和南非等地应用。
“间接液化”是煤先气化,生产原料气,经净化后再行改质反应,调整氢气与一氧化碳的比例。此项技术主要源于南非,技术已非常成熟,煤变石油成本已低于国际油价,但技术一直严格保密。20世纪50年代,南非为了克服进口石油困难,成立了南非萨索尔公司,主要生产汽油、柴油、乙烯、醇等120多种产品,总产量达到700多万吨。目前,这家公司的3个液化厂,年耗煤4590万吨,年产合成油品1000万吨。该公司累计投资70亿美元,现在早已回收了全部设备投资。此外,俄罗斯、美国、日本等国也相继陆续完成了日处理150~600吨煤的大型工业试验,并进行了工业化生产的设计。
2. 煤,石油是咋形成的
煤、石油、石油气到底是怎么形成的呢?
传统理论认为:煤是远古时代的繁盛的植物及其堆积物在地壳变迁中被埋在地下,经过长期高温、高压的复杂碳化过程而形成的;石油和石油气是古代湖泊及海洋中的动物、微生物及其沉积物被地壳变迁埋于地下,经过长期的高温、高压地质作用而形成的。该理论的证据是:在煤炭中发现了植物的枝、杆、叶等碳化标本。
作者认为,该理论只是表象性的理论。问题的实质需要再认识,再探讨。
地球的地壳内,电磁场量级高,并含有丰富的碳、氢、(氧)元素及其同位素。在一些电场增能的等离子活动层次中,丰富的碳、氢离子在高温、高压的条件下频繁进行着电化反应,不断生成气体烃(石油气),大量的石油气的堆积就形成油气藏。在以后的电磁场变换中,因为电场减能,磁场增能,温度下降,石油气被冷却、压缩,失氢,逐渐向液态烃转化;经过漫长的失氢和液化过程,逐渐演变成粘稠的原油。粘稠的原油在漫长的地质作用中进一步降温和失氢,逐渐转化成固态的煤炭。在石油气、原油的生成过程中,少量的氮、氧、硫参杂反应中,使石油气、石油、煤炭中含有少量的氮、氧、硫等元素。
地球早期的电磁场量级较高,地壳内的碳、氢元素及其同位素特别丰富,在电场增能的等离子活动中,化合生成石油气的条件好、机会多,地球上的多数煤田,都是那时候的油气田转化来的;较晚时期形成的油气藏都转化成了原油藏,年代越久,失氢越多,原油越粘稠。
在石油气、石油、煤炭的形成过程中,经历了不止一次的地壳变迁过程(如地震及火山爆发),如果动、植物被埋在油气层、原油层及煤层中,便产生碳化现象,这便是煤层中存在动、植物标本的原因。有的油气层、油层、煤层在地壳变迁中被分割、移位、严重变形。
该理论的证据有三:其一,宏观电场效应,电场增能的等离子活动层次在地面促发草原和森林天然大火,印度洋水面大火燃烧。其二,在几十年前钻探无结果的地方,近几年却探出了丰富的石油气,说明石油气是近几十年内生成的。其三,普通汽油加氢,可使气油优化;煤粉在高温高压的特殊条件下加氢,可以产生类似原油的油状物及石油气,从而提炼汽油。
认识到石油气、石油、煤炭的形成过程,使人们对能源危机的时间估计有了一定的乐观感。但,也不能太乐观了。
油气藏的形成过程不过几年,几十年,几百年,所以新生油气藏将成为重要能源。海城大地震及唐山大地震的孕育阶段,渤海湾地区地壳内的电场活动是形成该地区油气藏的重要时期。
原油藏的形成需要一个较长的过程(几千年,几万年以上),因为人类对石油的用量和开采逐日增多,所以,石油危机将在今后五十~六十年内发生。
煤的形成需要更长的时间过程(百万年以上),大量的煤田已被人们开采枯竭,所以煤炭危机将发生最早。
认识了石油气、石油、煤炭的成因,我们便知道了寻找它们的方法,特别是有了寻找和发现新生油气藏的理论和方法。(
3. 煤是怎样变成油的
煤直接液化需要在大约450℃高温、15—20MPa氢气压下进行加氢反应。煤直接液化的主要原料是煤和氢气,加氢反应是在催化剂和循环溶剂的作用下实现的。 此项技术在二战期间一度在德国实现了工业化生产。到了20世纪80年代,美国、德国和日本等西方国家又相继开发出新一代的煤直接液化的工艺,并完成了日处理百吨级煤的煤直接液化中试厂的设计、建设和成功运转,有的国家已完成了日处理5000吨煤的液化示范厂的设计。 "但是目前世界上还没有一个国家拥有工业化的煤直接液化工程的经验,我国正在进行世界上首座煤直接液化示范厂的建设,一些工程化的技术问题将在我国煤直接液化示范厂项目中得以突破和解决。" 方法二:间接液化法 煤的间接液化是先将煤气化,生产出原料气,经净化后再进行合成反应,生成油的过程。它是德国化学家于1923年首先提出的,可以分三大步。 第一步:制取合成气。 把经过适当处理的煤送入反应器,在一定温度和压力下通过气化剂(空气或氧气+蒸汽),使煤不完全燃烧,这样就能以一定的流动方式将煤转化成一氧化碳和氢气混合的合成气,灰分形成残渣排出。 第二步:进行催化反应。 把这些合成气净化,在催化剂作用下,让合成气发生化合反应,合成烃类或液态的烃类的类似石油和其他化工产品。这个过程催化剂起着关键的作用。 很早时候,国外有一家公司曾经研制出成分为铁、硅、钾、铜的催化剂,所得产物组成为:汽油32%、柴油21%、石蜡烃47%。 第三步:需要对产物进行进一步的提质加工。 因为经过催化反应出来的油可能有很多指标不合格,如十六烷值含量、硫含量、水分,以及黏度、酸度等,所以还需要把产物进行处理,使其达到合格标准,满足市场需要。
4. 是否可以将煤通过化学手段转化为石油
可以。煤转油是由煤炭气化生产合成气、再经费-托合成生产合成油称之为煤炭间接液化技术。“煤炭间接液化”法早在南非实现工业化生产。南非也是个多煤缺油的国家,其煤炭储藏量高达553.33亿吨,储采比为247年。煤炭占其一次能源比例为75.6%。南非1955年起就采用煤炭气化技术和费-托法合成技术,生产汽油、煤油、柴油、合成蜡、氨、乙烯、丙烯、α-烯烃等石油和化工产品。
煤与石油都是由碳、氢、氧为主的元素组成的天然有机矿物燃料,这是煤能制成油最根本的基础。但它们在外观和化学组成上都有明显差别,其中最明显的差别就是氢、氧含量的不同。煤中氢含量低、氧含量高,氢/碳比低、氧/碳比高。
煤的化学成分中氢含量为5%,碳含量较高,而成品油中氢含量为12%-15%,碳含量较低,且油品为不含氧的液体燃料。这主要是由于煤与石油的分子结构不同。因此,要将煤转化为液体产物,首先要将煤的大分子裂解为较小的分子。而要提高氢/碳比,就必须增加氢原子或减少碳原子。总之,煤液化的实质是在适当温度、氢压、溶剂和催化剂条件下,提高其氢/碳比,使固体的煤转化为液体的油。
5. 如何从煤炭中提炼石油
煤炭是无法直接提取石油的。
煤炭转化石油 及现在很火的 煤变油工程。
“煤变油”技术,是把煤炭在高温下加氢、加压、加催化剂,产生粗油,再经过炼化取得汽柴油,以此解决世界能源煤多油少的结构性缺点,目前此项技术已成为许多国家开发的热点。
6. 煤炭、石油是怎么形成的
石油的原料是生物的尸体,生物的细胞含有脂肪和油脂,脂肪和油脂则是由碳、氢、氧等3种元素组成的。生物遗体沉降于海底或湖底并被淤泥覆盖之后,氧元素分离,碳和氢则组成碳氢化合物。
我们已经在地球上发现3000种以上的碳氢化合物,石油是由其中350种左右的碳氢化合物形成的,比石油更轻的碳氢化合物则成为天然气。煤矿与石油的成因很类似,但煤是植物的化石,又是固态。
大量产生碳氢化合物的岩石即称为“石油源岩”。埋没于地中的石油源岩受到地热和压力的影响,再加上其他多种化学反应之后就产生石油,而石油积存于岩石间隙之间便形成油田。
地壳变动而石油生成
我们最近逐渐了解地球内部的变化与石油的生成有十分密切的关系,在描述此种关系之前,让我们先来了解一下地球内部的状况。
地球的半径大约是6400公里,覆盖地球表面的地壳下方是由岩石形成厚达2900公里的“地慢”,其下方则是由金属形成的“地核”,并以大约5100公里深处分界,分为“外核”与“内核”。外核主要是由液态金属铁组成,内核则主要是固态铁。 地球表面铺满坚硬的“板 块”,厚度约有100公里,是由向上喷出的“洋脊”产生的,’在 缓缓移动到“海沟”后就沉降于 另一板块下方。 80年代后期,人们学会捕捉地震波传递到地球内部时的立体图,于是发现令人惊讶的地慢活动状况。高温又巨型的上升流“超级卷流”由地底涌上后,以蘑菇形态分别存在于夏威夷和非洲大陆正下方。此外,低温的巨型下降流“冷卷流”则以水滴形态占据亚洲大陆及南美洲大陆正下方的冷卷流似乎是沉降到地函底部。
我们现在的知道的是,地幔内部落热对流是以冷卷流向超级卷注移动的形态而形成的。此种运动不仅影响板块运动,似乎也对整个地球的地质和环境的变化产生很大的影响。
超级卷流是石油制造者?
现在全球生产的石没之中,有60%是产生了恐龙称霸地球时期所形成的石油源岩,所形成的“黑色页岩”则遍布世界各地。黑色页岩主要是由未经氧化的藻类等浮游植物遗骸堆积而成。由此可知当时必须有可让浮游植物繁殖又不会产生氧化的缺氧环境条件,大量的黑色页岩才会形成。
最近发现,石油源岩在此时代的形成似乎与超级卷流运动的活化可以促使由地下涌出的地幔物质所形成的洋脊体积增大,海面因而上升,使得较低的陆地变成浅海,而浅海则具有可当石油原料的藻类等浮游植物极易繁殖的环境。
浅海地区的藻类等浮游植物因而出现大幅增加和大量死亡的现象,周围的细菌为分解其残骸而消耗氧气,于是出现了缺氧环境。
地球温暖化也会改变深层海水的流动状况,由于高纬度地区与低纬度地区海水的温度高低不同,较低温但含有丰富氧气的高纬度地区深层海水会流向低纬度地区海洋。但地球温暖化的现象减少。氧气较少的海域因而扩大,无法氧化的浮游植物便逐渐堆积,所留下的大量有机物则形成石油源岩。
生物的演化改变了石油的性质
由于石油的原料是生物的遗骸,因此调查石油的性质便可以得知古老时期的生物演化过程和地球环境历史。
生命的演化大概有下述的过程。生命是于38亿年前诞生,并逐渐地进行演化,到了距今5亿5000万年前的古生代寒武纪时期,爆发性的演化才开始,大约4亿4500万年前,生命也登上了陆地。
4亿4000万年至4亿年前时期,石油源岩的主要成分是当时繁茂的浮游植物所形成的耐碳氢化合物。另一方面,羊齿类植物在此时期繁琐盛于海岸近处,因此以陆上植物为原料的石油源岩也出现了。
2亿9000万年前,广大的陆地普遍出现由裸子植物组成的森林,并到处形成被沼泽地包围的湖沼,藻类便在湖沼中开始繁殖。由此也产生了以藻类为原料的新种石油源岩,这也是陆上植物的繁盛促使新性质石油源岩诞生的一例。
9000万年前时期,被子植物和针叶树林开始逐渐扩张到高纬度地区和高地,因而出现以陆地木材为原料的石油源岩。另一方面,树木的树脂成为轻质原油的原料,形成新的石油源岩。针叶树林的增加竟使得木材取代了藻类,成为石油源岩的主要原料。
最近石油性质的分析技术有长足的进步,我们已逐渐可以取得有关石油原料性质,以及由热能引起的变化过程等的详细资料。由此种资料即能进一步了解原料生物遗骸逐渐堆积时的环境状况。
大约1亿7000万年到200万年前所发生的全球性规模“阿尔卑斯造山运动期”也造出了巨油田,在此时期,分布于广大范围的1亿年前前后形成的石油源岩都没入地中。现有的石油和天然气有大约3分之2就是此时期形成的。
煤炭的形成原因:
煤炭的形成原因为古代植物的残骸层层交叠,经过长时间受到细菌的生物作用,以及地壳变动、环境高温、高压等因素,使这些物质经煤化作用转变成煤炭。在煤化的过程中,亦会产生甲烷(天然气的主要成分),有些逸散至大气中,部份则被封闭在地壳中,形成储气层,这也是采煤工作危险的主因之一。