煤能产油吗?
煤炭在能源结构中占据如此“突出”的地位,理应受到人们的喜爱。然而,长期以来,石油勘探者对油气勘探中遇到的煤层或含煤地层非常恼火。这是因为长期以来,人们一直认为煤和石油是一对对立的“敌人”,即成煤环境不适合生成石油。因此,石油勘探工作者一旦确认所从事勘探的沉积盆地是含煤盆地,或者某一勘探系列属于含煤系列,石油勘探工作往往要么终止,要么放缓。
事实上,在国内外的大量文献中,已经记载了在采煤过程中发现了少量的石油。然而,这些现象并没有引起石油地质学的重视。含煤盆地或含煤地层与石油脱节的观念束缚了几代石油地质学家的思想。
人们对自然的认识是无止境的。20世纪60-80年代,经过几代石油和地质工作者的努力,终于在澳大利亚、新西兰、加拿大、印度尼西亚等国发现了由煤层或含煤地层形成的典型油田。
煤为什么能形成石油,以前不被石油地质学家重视?从理论上讲,石油主要是由水中低等生物(包括浮游植物(藻类)和浮游动物)的地球化学、生物化学和热变质作用形成的。煤主要是由陆生高等植物煤化形成的。本质上,两者的“母质”都是生物有机质,可以称之为“同源”。那么,煤和石油是什么关系呢?
在显微镜下,可以鉴定出煤中的三种基本有机组分:镜质体(主要来源于植物的木质素和纤维素)、燧石(植物组织的丝炭化形成的富碳组分)和几丁质(由植物孢子、花粉、角质层、木栓质和基质镜质体组成的富氢组分)。其中镜质体和几丁质是主要的生油物质。
科技人员通过模拟实验发现,主要存在于树皮中的高等植物木栓质和主要由高等植物木质纤维素形成的腐殖质,在温度和压力不太高的条件下(石油地质学中称之为“低熟阶段”),可以形成石油和天然气,这是地层中主要的油气生成阶段。而煤中存在的一些成分只有在温度和压力进一步升高的情况下才能生成油。在荧光显微镜下,煤确实形成了石油,在煤块的裂缝和孔洞中可以看到许多荧光很强的物质,这是煤排出轻组分液态烃后留下的重沥青。这一现象证明,煤不仅生成油,而且排出煤层。多年的石油地质和煤岩学研究表明,煤中木栓质含量达到3%以上,就可以成为具有生油能力的油源岩。
由于煤成油具有明显的物理和地球化学特征,很容易被识别。煤生成油后,由于煤中的孔洞产生的强大吸附力,重的部分往往被截留在煤中,而轻的部分相对容易排出,所以煤或含煤地层形成的油多为高品位轻质油。
但由于煤的强吸附性和煤中大量微孔的存在,煤中生成的油比岩石中生成的油更难排出,这也是世界上煤矿数不胜数,而煤基油田却很少的主要原因之一。
中国煤炭储量极其丰富,煤炭产量连续多年位居世界第一。据不完全统计,我国石炭-二叠系、侏罗系和古近系三大产煤地层的分布面积占我国陆地面积的1/8。近年来在新疆吐哈盆地发现的新疆第三大油田吐哈油田是含煤地层生油成藏的范例。
煤不仅能产生石油,还能产生丰富的天然气。由于甲烷分子粘附力强,煤中孔隙体积巨大,与常规砂岩储层相比,煤的储气能力更大,往往可达到砂岩储层的两倍以上。
按我国已发现的200多个不同类型、不同面积的含煤盆地计算,埋深2000米以下的煤炭资源可达508.82万亿吨。如果每吨煤平均含气量为7.14立方米,则煤炭产生的天然气资源可达33.6万亿立方米,约为654.38+05.96亿吨可采原油。
当然,在国内外的研究人员中,也有人对煤制油持断然否定的态度。我国石油地质普遍认为煤可以生油,但要形成具有工业意义的大型油藏,主要贡献者应该是夹在煤层之间富含有机质的泥质岩,即含煤岩系。
人类能制造石油吗?
这个问题的答案是肯定的。而且对人造(合成)油的研究几乎是与天然油的工业开发同时进行的。自20世纪初以来,人类一方面日益加强对地下石油的勘探和开采,另一方面也在坚持不懈地寻找制造人造石油的有效方法。尤其是那些缺乏天然石油资源的国家,对合成油的研究特别感兴趣。
在众多的发明专利中,由德国化学家弗里德里希?菲舍尔和汉斯?费托合成法,由托在1923创立,经受了历史的考验,至今仍在使用的人工合成石油法。第二次世界大战期间,德国科技人员用这种方法实现了每年向法西斯德国提供1万吨合成油的创举。这种方法于1955年传入南非。目前,南非的合成能力已达到650万吨/年。
费托合成是以氢气和一氧化碳(或二氧化碳)为原料,以铁为催化剂合成烃类。其化学反应机理类似于植物光合作用,即一氧化碳(或二氧化碳)催化加氢还原聚合形成有机化合物。
日本最近开发了一种将海水转化为石油的方法。他们发明的方法有七个步骤:①制备含碳元素的有机碳化物;(2)制备碳化物(碳与电负性比自身低的金属元素结合形成的二元化合物);(3)制造有机碳物质;(4)制造有机铅物质(含铅的有机碳化合物);⑤人造石油原料;⑥天然人造石油原料;⑦净化人造石油产品。
这种方法的优点是价格低廉,原料丰富。制成的油适用于汽车发动机等。无疑,这种方法意义重大。
不久前,美国太平洋西北部的巴特尔实验室提出了一种从污泥中提炼石油的简单方法。他们首先将下水道和河流中的污泥浓缩,使其体积至少减少20%。然后加入强碱,污泥和强碱的混合物在压力下转化为石油类物质,再加工成燃料油。
加拿大和德国科学家发明的“低温转化法”也可以将污泥转化为石油类物质。这种制造工艺还可以得到30%浓度的昂贵脂肪酸。这是一种低成本、环保的方法,已经引起了许多国家工业部门的重视。想象一下,如果世界各地取之不尽、用之不竭的污泥经过技术处理可以变成有价值的石油,那该是多么令人兴奋啊!
现代地球化学研究证实,藻类是产油的重要物质,所以理论上富含油脂的藻类可以用来制油。美国太阳能研究所的研究人员已经成功开发了这项技术。用这种方法生产的石油的主要成分是汽油。它通过裂解和酪蛋白转移反应将藻类转化为汽油和其他油。这是一种相对昂贵的制油技术。据估计,在20世纪90年代末,用这种方法制造的汽油的价格可以达到近500美元/吨。
生物化学家估计每克小球藻可以提供22千焦的能量。因此,随着科学技术和工艺的提高,藻类能源的开发利用具有非常广阔的前景。
在广大农村,大多数人直接焚烧木材、植被、农作物秸秆等植物纤维素,不仅热值低、利用率低,而且污染环境。当人们尽力提高这类物质的利用率时,发现它们可以用来制油。
上世纪90年代初,英国科学家通过发酵和一些化学方法,将鲜草等植物纤维素转化为燃料油。巴西人通过发酵从甘蔗中获得燃料,从1吨甘蔗中可以生产65升酒精和纯度为96%的其他燃料油。
在广东茂名和东北抚顺,人们已经进行了在高温高压催化剂条件下,从富含有机质的深褐色油页岩中提取石油的方法,这应该也属于人工制油的一种方法。
从目前已经实现的方法来看,我国制油的原料十分丰富,价格低廉,这些方法无疑将对缓解我国能源短缺起到重要作用。
此外,人造石油还有一个重要而丰富的物质来源——煤。在400℃的高温和50 ~ 300的大气压下,煤粉经过化学反应几乎可以完全变成液态的合成石油。这种合成油与天然油没有多大区别。这从理论和实践上证明了人造石油的可能性。
许多国家非常重视从煤中生产石油。早在20世纪30年代,苏联就开始研究煤的加氢反应,苏联学者也采用了先气化煤,再在催化剂存在下将煤气液化成油的方法。上世纪80年代末,欧洲国家用煤合成石油的成本比当时的天然石油高出0.5倍,但如果改进工艺,扩大生产,两者有望持平。
国际能源专家认为,现代大型企业对石油的使用和消耗在不断增加,依靠极其丰富的煤炭为原料扩大液体燃料生产应该是合适的。一些专家甚至估计,到21世纪中叶,煤制石油可能会取代天然石油。当然,这种“更替”的速度还将取决于已探明石油储量的增加、现代化工技术的发展以及全球国际政治格局的变化等因素。