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化石燃料的事实

煤炭

煤是一种主要由碳组成的丰富的化石资源。能量含量(英热单位/磅)根据煤的类型从5000到15000不等。煤炭储量分布在世界各地。电力消耗了煤炭生产总量的87%。在美国,一半以上的电力都是用煤来产生的。在许多工业中它也被用作一种基本能源,并作为加热燃料。美国是世界上最大的煤炭出口国之一。美国出口的大部分煤炭运往西欧、加拿大和日本。

煤是通过地表开采或深部开采从地下回收的。露天采矿成本较低,而且通常在平地上进行。深部开采需要挖掘竖井和隧道才能到达煤层。深部开采的自动化有助于消除其安全和健康危害。煤可以气化,形成一种类似天然气的合成燃料。还可以将其液化,制成合成原油。到目前为止,从煤中大规模生产合成燃料并不经济。随着工艺效率的提高,合成燃料的使用可能会变得更加经济。

石油

石油来自原油,原油是碳氢化合物与一些氧、氮和硫杂质的混合物。一桶石油(42加仑)可以提供大约600万英热单位(Btu)。世界各地都发现了原油储量,但仅中东地区就拥有63%的已知储量。在美国所消耗的石油中,大部分用于交通运输,其余的大部分用于工业、商业和住宅。原油不仅用于生产各种燃料,还用于生产塑料、油墨、轮胎、药品和许多其他产品的石化原料。

高科技的石油勘探技术和实践已经导致发现了与已经使用的储量一样多的新储量。为了最大限度地利用这一宝贵资源,能源生产商正在开发更有效的炼油方法,产品制造商正在寻找更有效地使用石化产品的方法,制造商正在开发更高效的汽车。定位和从地下开采石油的新技术也使开采曾经成本太高而无法生产的石油成为可能。

石油通常是通过钻透封闭石油的无孔岩石屏障来开采的。一般来说,大约30%的被困石油可以通过泵注的方式经济地回收。而“二次”采油则可以通过高压水或天然气注入井来再降低10%。另外10%的油有时可以通过“三级”方法回收,即加热油来擦洗。大约一半的石油被困在岩石中。石油生产商一直在寻找经济的方法来开采更多的石油。

炼油过程将原油分离成不同的碳氢化合物,并去除杂质,如硫、氮和重金属。第一步是分馏,这一过程利用了不同碳氢化合物在不同温度下沸腾的特点。在一个叫做分馏塔的高塔里,原油被加热直到沸腾。水平塔板将塔隔开。油沸腾时蒸发。每一种碳氢化合物都以略低于其自身沸点的温度上升到一个托盘。在那里,它冷却并变回液体。

最轻的馏分是液化石油气(丙烷和丁烷)和用于制造塑料、织物和各种消费品的石化产品。接下来是汽油、煤油和柴油。较重的馏分可以用来制造家用燃料油以及船舶和工厂的燃料。更重的馏分被制成润滑剂和蜡。残留的部分包括沥青。

然后继续提炼过程,将重馏分转化为轻馏分。在大多数情况下,“裂解”过程被用来转化大的(重的)碳氢化合物分子,并制造更小、更轻的分子,如汽油和航空燃料。更好的炼油技术使得从42加仑的原油中生产出21加仑的汽油成为可能,这比行业早期的一个显著进步,那时一桶石油只能生产11加仑的汽油。

油页岩没有被埋得足够深,也没有被加热到足以形成原油。它的氢含量介于煤和原油之间。石油的浓度很低,最多只能从2.4吨砂或1.5吨岩石中采出一桶石油。世界各地都发现了大量的油页岩。事实上,全球总资源是原油储量的1000倍。但从油页岩中提取能量价值在今天还不现实。科学家和工程师继续研究以合理的成本回收油页岩的方法。

天然气

天然气是煤和石油形成的天然气成分。它被用于工业和商业取暖和烹饪,而且越来越多地用作发电的燃料。压缩后的天然气也可以用作运输燃料。天然气要么是混合在石油中发现的,要么是从煤中释放出来的。六千立方英尺天然气的能量相当于一桶石油。世界上天然气储量最大的国家是俄罗斯、伊朗、卡塔尔、沙特阿拉伯、阿拉伯联合酋长国和美国。1999年,美国消耗了1970万立方英尺的天然气,几乎全部来自国内生产。五个州——德克萨斯、路易斯安那、阿拉斯加、新墨西哥和俄克拉荷马州——拥有美国85%以上的天然气储量。

天然气井是在多孔岩石的地下储层中钻探的。当天然气从储气罐中取出时,它可以被泵送到处理站,去除液态烃、硫、二氧化碳和其他成分,或者被储存在地下的大型洞穴中,直到需要时才取出。管道是输送天然气的主要方法。天然气也可以液化并运往海外,但这一过程既复杂又昂贵。

联合循环系统的发展使天然气发电得到了改进。这些系统将天然气燃烧涡轮、热回收蒸汽发生器和汽轮机组合在一起,以两种而不是一种方式发电。其结果是:大约60%的天然气热量被用来发电,创造了一个更节能的系统。