书城教材教辅青少年科普知识阅读手册——能源科学知识
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第22章

油田是由一个储油构造控制下的一组油藏地区的总称。储油构造指能聚集石油(和天然气)的场所(由岩层的倾斜、断裂、褶皱等所形成的地质构造),往往控制着几个到十几个可供开采利用的油藏地区。

油页岩

油页岩它同石油一样,是由生物的残体混同泥沙变成的,所以可以用来炼油。又称油母页岩,一种高矿物质的腐泥煤,为低热值固态化石燃料。色浅灰至深褐,含有机质和矿物质;有机质的绝大部分不溶于溶剂,称油母。油页岩是人造石油的重要原料。经低温干馏可得页岩油、干馏气和页岩半焦。

油页岩资源

油页岩产油率低于6%者属贫矿,高于10%的属富矿。世界已探明的产油率在4%以上的油页岩储量,折合页岩油约470gt,超过已探明的石油储量。美国西部格林河流域拥有世界上储量最大的油页岩矿藏;中国的油页岩资源也较丰富,仅次于美国、巴西、前苏联等国,其中最负盛名的为抚顺矿区,与煤共生,探明油页岩储量3.6gt,平均产油率约5.5%;茂名油页岩矿,可采储量4gt,平均产油率6.0%。

油页岩制法

大块的油页岩经过破碎、筛选,送到一种巨大的炉子里;在隔绝空气的条件下加热,使有机质分解生成油气;油气再进入一个冷却装置,被冷却凝结成油状的液体,这就是页岩油。

油页岩开发

把油页岩从地底下开采出来再炼油非常麻烦。科学家已想出一个好办法:在地面打一些钻孔通到地下,用带孔的钢管插进油页岩里,然后对它发射一种频率很高的电磁波,依靠高频电产生的热,把油页岩中的有质分解成页岩油和气体,使它沿着生产钻井跑到地面上来为人类服务。

油页岩原生物质

油页岩主要是由藻类等低等浮游生物经腐化作用和煤化作用而生成。一些微小动物、高等水生或陆生植物的残体,如孢子、花粉、角质等植物组织碎片,也参与油页岩的生成。

油页岩性质

页岩油很像石油,除了液态的碳、氢物质外,还含有少量氧、氮和硫的化和物。页岩油经过进一步加工提炼,可以制得汽油、煤油、柴油等液体燃料,具有与石油相同的作用。

油页岩作用

在油页岩炼油过中还能得到许许多多副产品:硫酸铵可做肥料;酚类和吡啶可用做生产合成纤维、塑料、染料、药物的化工原料;排出的气体,如同煤气一样,可做气体燃料;留下的页岩灰渣,可用来制造水泥熟料、陶瓷纤维、陶粒等建筑用材。油页岩可谓“全身是宝”。

油页岩储量

全世界油页岩的储量要比煤、石油或天然气多得多。我国是世界上油页岩储量最丰富的国家之一。以吉林的农安、广东的茂名和辽宁的抚顺为最多,广东茂名地区已探明的油页岩储量就有70多亿吨。

油页岩物理性状

油页岩外观多呈褐色泥岩状,其相对密度为1.4~2.7。油页岩中的矿物质常与有机质均匀细密地混合,难以用一般选煤的方法进行选矿。含有大量黏土矿物的油页岩,往往形成明显的片理。

油页岩组成

油页岩组成主要包括油母、水分和矿物质。

(1)油母。含量约10%~50%(干基),是复杂的高分子有机化合物,富含脂肪烃结构,而较少芳烃结构。油母的元素组成主要为碳、氢,以及少量的氧、氮、硫;其氢碳原子比为1.25~1.75。油母含量高,氢碳原子比大,则油页岩产油率高。

(2)水分。为4%~25%不等,与矿物质颗粒间的微孔结构有关。茂名油页岩的水分含量较高,热加工过程中消耗较多的热量,且在干燥时易崩碎。

(3)矿物质。主要有石英、高岭土、黏土、云母、碳酸盐岩以及硫铁矿等。含量通常高于有机质。

页岩

由黏土物质硬化形成的微小颗粒易裂碎,很容易分裂成为明显的岩层。

页岩是由黏土物质经压实作用、脱水作用、重结晶作用后形成,是黏土岩的一种。成分复杂,除黏土矿物(如高岭石、蒙脱石、水云母、拜来石等)外,还含有许多碎屑矿物(如石英、长石、云母等)和自生矿物(如铁、铝、锰的氧化物与氢氧化物等)。具页状或薄片状层理。用硬物击打易裂成碎片。

常见类型有:

(1)黑色页岩。含较多的有机质;

(2)碳质页岩。含有大量已碳化的有机质,常见于煤系地层的顶底板;

(3)油页岩。含一定数量的沥青,黑棕色,浅黄褐色等,层理发育,燃烧有沥青味。

(4)硅质页岩。含有较多的玉髓、蛋白石等,SiO2含量在85%以上;

(5)铁质页岩。含少量铁的氧化物、氢氧化物等。多呈红色或灰绿色。在红层和煤系地层中较常见;

(6)钙质页岩。含CaCO310%~30%;

此外,还有混入一定砂质成分者,称为砂质页岩。页岩抵抗风化的能力弱,在地形上往往因侵蚀形成低山、谷地。页岩不透水,在地下水分布中往往成为隔水层。

荧光灯

荧光灯即低压汞灯,它是利用低气压的汞蒸气在放电过程中辐射紫外线,从而使荧光粉发出可见光的原理发光,因此它属于低气压弧光放电光源。荧光灯内装有两个灯丝。灯丝上涂有电子发射材料三元碳酸盐(碳酸钡、碳酸锶和碳酸钙),俗称电子粉。在交流电压作用下,灯丝交替地作为阴极和阳极。灯管内壁涂有荧光粉。管内充有400~500Pa压力的氩气和少量的汞。通电后,液态汞蒸发成压力为0.8Pa的汞蒸气。在电场作用下,汞原子不断从原始状态被激发成激发态,继而自发跃迁到基态,并辐射出波长253.7纳米和185纳米的紫外线(主峰值波长是253.7纳米,约占全部辐射能的70%~80%;次峰值波长是185纳米,约占全部辐射能的10%),以释放多余的能量。荧光粉吸收紫外线的辐射能后发出可见光。荧光粉不同,发出的光线也不同,这就是荧光灯可做成白色和各种彩色的缘由。由于荧光灯所消耗的电能大部分用于产生紫外线,因此,荧光灯的发光效率远比白炽灯和卤钨灯高,是目前最节能的电光源。

脉冲抛式炉排焚烧炉

垃圾经自动给料单元送入焚烧炉的干燥床干燥,然后送入第一级炉排,在炉排上经高温挥发、裂解,炉排在脉冲空气动力装置的推动下抛动,将垃圾逐级抛入下一级炉排,此时高分子物质进行裂解,其他物质进行燃烧。如此下去,直至最后燃尽后进入灰渣坑,由自动除渣装置排出。助燃空气由炉排上的气孔喷入并与垃圾混合燃烧,同时使垃圾悬浮在空中。挥发和裂解出来的物质进入第二级燃烧室,进行进一步的裂解和燃烧,未燃尽的烟气进入第三级燃烧室进行完全燃烧;高温烟气通过锅炉受热面加热蒸汽,同时烟气经冷却后排出。

其优点是:

(1)处理垃圾范围广泛。能够处理工业垃圾、生活垃圾、医院垃圾废弃物、废弃橡胶轮胎等;

(2)燃烧热效率高。正常燃烧热效率80%以上,即使水分很大的生活垃圾,燃烧热效率也在70%以上;

(3)运行维护费用低。由于采用了许多特殊的设计以及较高的自动化控制水平,因此运行人员少(包括除灰渣人员在内一台炉仅需2人),维护工作量也较少;

(4)可靠性高。经过近20年运行表明,此焚烧炉故障率非常低,年运行8000小时以上,一般利用率可达95%以上;

(5)排放物控制水平高。由于采用二级烟气再燃烧和先进的烟气处理设备,使烟气得到了充分的处理。经长期测试,排放物中CO含量完全符合欧美排放标准。烟气在二、三级燃烧室燃烧时温度达1000℃,并且停留时间达2秒以上,可使二恶英基本分解,烟气中二恶英的含量为远低于欧美标准;

(6)炉排在压缩空气的吹扫下,有自清洁功能。

元素半衰期

在物理学上,一个放射性同位素的半衰期是指一个样本内,其放射性原子的衰变至原来数量的一半所需的时间。半衰期越短,代表其原子越不稳定,每颗原子发生衰变的机会率也越高。由于一个原子的衰变是自然地发生,即不能预知何时会发生,因此会以机会率来表示。每颗原子衰变的机率大致相同,做实验的时候,会使用千千万万的原子。当原子开始发生衰变,其数量会越来越少,衰变的速度也会因而减慢。例如,一种原子的半衰期为1小时,1小时后其未衰变的原子会剩下原来的1/2,两小时后会是1/4,3小时后会是1/8。原子的衰变会产生出另一种元素,并会放出阿尔法、贝塔粒子或中微子,在发生衰变后,该原子也会释出伽傌射线。根据爱因斯坦的质能守恒公式E=mc2,衰变是其中一个把质量转为能量的方式。通常衰变所产生的产物多也是带放射性,因此会有一连串的衰变过程,直至该原子衰变至一稳定的同位素。

阳光柴油

“阳光柴油”是一种新型的柴油机燃料,是由德国的戴姆勒-克莱斯勒公司和德国大众公司联合研制出的。

这种“阳光柴油”是植物经过高温处理形成的一种“生物液体”,而且,废旧木材和大部分植物都可以加工制成这种液体燃料。

由于这种植物性燃料在燃烧时,产生的二氧化碳能够通过光合作用再回到植物体内,因此它不会增加空气中二氧化碳的负担。

运输节能

联合运输、联合送货曾被认为很难办到,但因石油涨价威胁到卡车运输业的经营,所以很快出现了这种方式。日本通运、大和等38家运输公司,从1980年6月开始,对在固定路线上行驶的运货卡车进行了联合运输,投送零星小件货物。这一行动被称做“联合运送方式80”。各公司分散运输时,一天里用100辆卡车只能运送1000件小件货物到客户家。实行联合运输后,只用10辆载重量为2吨的卡车和一辆载重量为300千克的电动轻卡车,仅往返两次就送完了,运输成本费不到原来的1/4。在远距离运输中,为了能确保有“回头货”可运,富山县的20家卡车运输公司联合起来组织了“富山卡车运输中心”。一年里,各公司卡车的满货率平均提高了15%。

脉冲反应堆

能在很短时间间隔内达到超临界状态,从而产生很高脉冲功率和很强中子通量,并能安全可靠地多次重复运行的反应堆。它分为热中子脉冲堆和快中子脉冲堆两类。中国建成了一座铀氢锆脉冲反应堆,这是以铀氢锆做燃料的反应堆。它主要以氢作为慢化剂,当功率升高时,温度就会提高,氢的慢化作用减弱,反应性立即降低,反应堆有很大的瞬发负温度系数,因而呈脉冲运行。脉冲反应堆除了用来培训人员、从事研究工作和生产短寿命放射性同位素外,还可用来治疗癌症、中子照相、活化分析及辐照燃料和材料。

余压发电

在炼铁时,焦炭,铁矿石投入高炉,要用鼓风机吹进大量热风,热风中的氧气一旦接触焦炭中的碳,就会立即燃烧,产生大量煤气,大部分煤气和铁矿石发生化学反应,分离出铁,余下的煤气就像高压锅烧开了饭菜一样,从减压阀白白放掉了,利用这部分余压发电,叫高炉顶压力发电。1969年,前苏联首先试验成功余压发电,日本后来居上。日本的川崎钢铁公司,在21座高炉上安装了这种发电机,每月发电量竟高达1.2亿度。据估计,一座钢铁厂的高炉,全部装上炉顶发电机,可以提供全厂5%的用电量。炉顶发电机只是利用高炉煤气积蓄的压力能,不需要消耗一点煤气;同时,经过涡轮机发电后的煤气,水分和粉尘都有所降低,煤气的质量改善了。

原煤

原煤是指从地上或地下采掘出的毛煤经筛选加工去掉矸石、黄铁矿等后的煤。煤矿生产出来的未经洗选、未经加工的毛煤也叫原煤。包括天然焦及劣质煤,不包括低热值煤等。按其炭化程度可划分为泥煤、褐煤、烟煤、无烟煤。原煤主要作动力用,也有一部分做工业原料和民用原料。计量单位为千克。

沿里海天然气管线

俄罗斯、土库曼斯坦和哈萨克斯坦3国对现有的自中亚通向俄罗斯的天然气管道进行更新改造,并沿此线路铺设一条新的沿里海天然气管线。这一输气管道建设项于2008年启动,该管道正式投入使用后,每年的天然气输送量将达100亿立方米。到2012年,年输送量将达到120亿立方米。

压水反应堆

将轻水堆核电厂一回路冷却水在高压(15×106~16×106Pa)下通过反应堆容器循环运行,一回路温度达320℃左右,仍保持液体而不沸腾的反应堆。压水堆以低浓二氧化铀做燃料,净化的核纯轻水做冷却剂和慢化剂。一回路的冷却剂将堆芯发出的热量通过蒸汽发生器把热量传递给二回路水,并产生蒸汽推动汽轮发电机发电。压水堆的燃料浓缩度为3%,以锆合金做包壳,每200多根燃料元件组装成方型截面燃料组件,安装在堆芯中。

液化煤

液化煤是由烟煤加氢热熔得到低硫、低灰的分解产物。常温时为玻璃状黑色固体,加热后成为流体。可作为高质量的配煤组分和黏结剂,也可加工成碳素纤维和高级石墨制品等。

液体燃料煤浆

液体燃料煤浆是一种新型的煤炭利用技术。1982年,美国大西洋研究公司研究出一种可把煤转变成一种能取代石油的液体燃料,液体燃料煤浆问世。采用机械方法把煤破碎成很细的煤粉,然后用水搅拌成煤浆,具有类似于渣油的性能。渣油占美国石油进口的13%左右。煤浆可以运输、装卸、贮存,烧用与燃油一样方便。

煤浆成功的关键在于小心掺合碾成两种不同粒度的煤粒:粒度大的提供最大的煤载荷,粒度小的填充空隙并使这两种煤粒的混合物稳定。然后加上少量添加剂,便产生了含煤75%的煤浆。煤浆的成本只有油的几分之一,为渣油1/2左右。煤浆可能是一种最有前途的代用能源之一。

Z

资源合理配置

资源合理配置是指为了达到一定的生态经济目标,根据生态经济系统结构,利用科学技术管理手段,对自然资源系统进行改造、设计、组合、布局的活动。它是确立区域发展方向、合理布置生产要素的关键,也是解决经济系统增长的无限性与资源生态系统供给的有限性矛盾的重要措施。资源合理配置的基本任务是,在生态经济系统平衡的前提下,在时间和空间上最优地利用和分配自然资源,合理布局生产力,以达到经济的持续发展和资源的永续利用,取得最佳生态经济效益和社会效益的目的。资源的配置主要涉及两个方面,一是资源在空间或不同部门间的最优配置;二是资源的时间配置,根据资源在不同时段上的最优分布特征,实现资源开发利用最佳时段的控制与决策。

沼气