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第11章 固态燃料

在我们现在的生活中,固态燃料与气态、液态燃料比起来,是使用比较少的一种燃料。它主要包括煤与可燃冰。

1.煤

煤是生活中最常见的一种燃料,是一种固体可燃有机岩,主要由碳、氢、氧、氮、硫和磷等元素组成,其中碳、氢、氧三者总和约占有机质的95%以上。煤中的无机质也含有少量的碳、氢、氧、硫等元素,而碳是煤最重要的组成部分,其含量随煤化程度的加深而增高。

我国是世界上最早利用煤的国家,曾经在辽宁省新乐古文化遗址中,发现有用煤制成的工艺品;另外,在河南省的巩义市也发现过西汉时期用煤饼炼铁的遗址。除了发现关于煤的古遗址外,在古书上也有关于煤的记载,例如《山海经》中称煤为石涅;魏、晋时称煤为石墨或石炭;煤这一名称最早出现在李时珍的《本草纲目》中。

在世界上,希腊和古罗马也是用煤较早的国家。希腊学者泰奥弗拉斯托斯在公元前约300年著有《石史》,其中记载的就有关于煤的性质及产地等;大约在2000年前,古罗马已开始把煤作为燃料来使用了。

那么,煤是由什么演变而来的呢?我们知道地球是在不断的发生变化的,据说在很久以前,地壳层发生了一次很大的变动,原来生存在地面上的生物都被掩埋在地下了。后来,这些生物遗体就在地表的常温、常压下,经泥炭化作用或腐泥化作用,转变成泥炭或腐泥,这些泥炭或腐泥再被埋藏之后,由于盆地基底下降而沉至地下深部,经成岩作用而转变成褐煤;当温度和压力逐渐增高时,再经变质作用转变成烟煤至无烟煤。这里所说的腐泥化作用,是指低等生物遗体在沼泽中经生物化学变化转变成腐泥的过程,它是一种富含水和沥青质的淤泥状物质。

作为一种重要的能源,煤不仅是人们生活中的主要燃料之一,而且也是冶金、化学工业的重要原料。它主要用于燃烧、炼焦、气化、低温干馏、加氢液化等。但是,作为固态燃料,煤的主要缺点是具有很大的污染性。煤在燃烧的过程中,如果没有充分燃烧就会产生大量的烟尘,并且还会伴有硫化氢、二氧化氮以及一氧化碳的排放。因此,如果要把煤作为长期的燃料,一定要调整其使用方式,因为这样有利于达到合理利用,减少污染的目的。

另外,煤的分布非常广泛,在很多地方都有它的存在。例如在各大陆、大洋、岛屿等都有煤的分布,不过其分布具有不均匀的特点。对于各个国家而言,其储煤量也不一样。中国、美国、俄罗斯、德国是煤炭储量最为丰富的国家,同时也是世界上主要产煤国。

2.可燃冰

在能源的世界里,人们最先想到的,也是最为熟悉的是煤、石油、天然气等。但是,或许你不知道,在深海的底部也有一种珍贵的能源,它就是可燃冰,是人们在20世纪60年代,在冻土带和海洋深处发现的一种可以燃烧的“冰”。“可燃冰”在地质上被称为天然气水合物,是一种白色固体物质,外形像冰,有极强的燃烧力,可作为上等能源。它主要是由水分子和烃类气体分子组成,因此又被称为甲烷水合物。

可燃冰是在一定条件下,由气体或挥发性液体与水相互作用而形成的一种白色固态结晶物质。具有不稳定性。一旦温度升高或压强降低,它体内的甲烷气就会逸出,这种完整的固体水合物就会发生崩解。因此,固体状的可燃冰常常分布在水深大约为300米以上的海底沉积物,或者是寒冷的、永久性冻土中。海底可燃冰的固体状态,是凭借巨厚水层的压力来维持的。其分布范围可以从海底到海底之下1000米之内,如果超过这一范围,就会因地温升高而破坏它的固体状态。

可燃冰是天然气和水结合在一起的固体化合物,因此它的外形与冰十分相似。并且它的体内含有大量甲烷等可燃气体,具有燃烧性。在同等条件下,它燃烧所产生的能量要比煤、石油、天然气等多出数十倍左右。另外,可燃冰燃烧后不会产生任何残渣和废气,对环境没有任何污染作用。因此,科学家们把它称作“属于未来的能源”。

可燃冰在温度高的情况下,会破坏原有的固体形态,因此它又被认为是一种来之不易的燃料。如何才能让可燃冰以固体形态存在,首先是温度不能太高,如果温度高于20℃,它就会“烟消云散”,这也是它分布在海底的原因;其次压力要足够大,我们知道海底越深压力就越大,因此,在这样大的压力情况下可燃冰是最稳定的;最后要有甲烷气源,因为可燃冰的主要组成气体就是甲烷,所以要想有可燃冰的存在,甲烷气源是必不可少的。而在海底,恰好有很多古生物尸体的沉积物,当它们被细菌分解后便会产生甲烷。

既然我们知道了可燃冰的存在条件,那它为什么它分布在世界各大洋之中呢?目前,据科学家勘察发现,全球可燃冰的分布区多达116处。我们可以这样说,可燃冰是上天赐予人类的珍宝,经过长期的积累,它已经形成延伸数千乃至数万里的矿床。目前的可燃冰储量比全世界煤炭、石油和天然气加起来的总储量还要多几百倍呢!据科学家预测,在常规的燃料被人类利用完后,可燃冰可能是维持人类生存的主要能源,由此也可看出可燃冰是一种多么珍贵的物质。

我国南海可能存在巨大的可燃冰资源。从中国科学院广州能源研究所获悉,经初步判定,南海海底的“可燃冰”带的能源总量估计相当于全国石油总量的一半。除了南海外,我国东海也发现了“可燃冰”的踪迹。国家已经开始组织力量就全国“可燃冰”资源进行勘察。此外,还有一些科研机构的实验室已经做起了更超前的事——研究怎么开采和运输“可燃冰”。

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