Ce este combustibilul?

Acesta este o componentă sau un amestec de substanțe care sunt capabile de transformări chimice asociate cu eliberarea de căldură. Diferite tipuri de combustibil diferă în conținutul cantitativ al oxidantului din ele, care este utilizat pentru a elibera energie termică.

Într-un sens larg, combustibilul este un purtător de energie, adică un tip potențial de energie potențială.

Clasificare

În prezent, combustibilii sunt împărțiți în funcție de starea lor de agregare în lichide, solide, gazoase.

Piatra și lemnul de foc, antracitul sunt considerate a fi o specie naturală solidă. Brichetele, cocs, termoantracitul sunt soiuri de combustibil solid artificial.

Lichidele includ substanțe care conțin substanțe de origine organică. Componentele lor principale sunt: ​​oxigen, carbon, azot, hidrogen, sulf. Combustibil lichid artificial va fi o varietate de rășini, păcură.

Este un amestec de diverse gaze: etilenă, metan, propan, butan. Pe lângă ei, în combustibil gazos au dioxid de carbon și monoxid de carbon s, hidrogen sulfurat, azot, vapori de apă, oxigen.

Indicatoare de combustibil

Principalul indicator al arderii. Formula de determinare a puterii calorice este luată în considerare în termochimie. emit „combustibil de referință”, ceea ce presupune puterea calorică a 1 kilogram de antracit.

Uleiul de încălzire menajeră este destinat arderii în dispozitive de încălzire de putere mică, care sunt situate în spații rezidențiale, generatoare de căldură utilizate în agricultură pentru uscarea furajelor, conserve.

Căldura specifică de ardere a combustibilului este o astfel de valoare încât demonstrează cantitatea de căldură care se formează în timpul arderii complete a combustibilului cu un volum de 1 m 3 sau o masă de un kilogram.

Pentru a măsura această valoare, se folosesc J / kg, J / m 3, calorii / m 3. Pentru a determina căldura de ardere, utilizați metoda calorimetriei.

Odată cu creșterea căldurii specifice de ardere a combustibilului, consumul specific de combustibil scade, iar eficiența rămâne neschimbată.

Căldura de ardere a substanțelor este cantitatea de energie eliberată în timpul oxidării unei substanțe solide, lichide, gazoase.

Este determinată de compoziția chimică, precum și de starea de agregare a substanței combustibile.

Caracteristicile produselor de ardere

Mai sus și căldură mai mică arderea este asociată cu starea de agregare a apei în substanţele obţinute în urma arderii combustibilului.

Puterea calorică brută este cantitatea de căldură degajată în timpul arderii complete a unei substanțe. Această valoare include căldura de condensare a vaporilor de apă.

Puterea calorică de lucru inferioară este valoarea care corespunde degajării de căldură în timpul arderii fără a lua în considerare căldura de condensare a vaporilor de apă.

Căldura latentă de condensare este valoarea energiei de condensare a vaporilor de apă.

Relație matematică

Puterea calorică mai mare și cea mai mică sunt legate de următoarea relație:

Q B = Q H + k(W + 9H)

unde W este cantitatea în greutate (în %) de apă din substanța combustibilă;

H este cantitatea de hidrogen (% din masă) din substanța combustibilă;

k - coeficient de 6 kcal/kg

Metode de calcul

Puterea calorică mai mare și mai mică este determinată prin două metode principale: calculată și experimentală.

Calorimetrele sunt folosite pentru calcule experimentale. În primul rând, în ea este arsă o mostră de combustibil. Căldura care va fi eliberată în acest caz este complet absorbită de apă. Având o idee despre masa apei, este posibil să se determine valoarea căldurii sale de ardere prin modificarea temperaturii acesteia.

Această tehnică este considerată simplă și eficientă, presupune doar cunoașterea datelor de analiză tehnică.

În metoda de calcul, puterea calorică cea mai mare și cea mai mică este calculată conform formulei Mendeleev.

Q p H \u003d 339C p + 1030H p -109 (O p -S p) - 25 W p (kJ / kg)

Se ia în considerare conținutul de carbon, oxigen, hidrogen, vapori de apă, sulf în compoziția de lucru (în procente). Cantitatea de căldură în timpul arderii se determină ținând cont de combustibilul de referință.

Căldura de ardere a gazului vă permite să faceți calcule preliminare, pentru a identifica eficiența utilizării unui anumit tip de combustibil.

Caracteristici de origine

Pentru a înțelege cât de multă căldură este eliberată în timpul arderii unui anumit combustibil, este necesar să aveți o idee despre originea acestuia.

În natură există diferite variante combustibili solizi, care diferă ca compoziție și proprietăți.

Formarea sa se realizează în mai multe etape. Mai întâi se formează turba, apoi se obține cărbune maro și tare, apoi se formează antracitul. Principalele surse de formare a combustibilului solid sunt frunzele, lemnul și acele. Murind, părți ale plantelor, atunci când sunt expuse la aer, sunt distruse de ciuperci, formând turbă. Acumularea sa se transformă într-o masă maro, apoi se obține gaz maro.

La presiune și temperatură ridicată, gazul brun se transformă în cărbune, apoi combustibilul se acumulează sub formă de antracit.

Pe lângă materia organică, în combustibil există balast suplimentar. Organic considerăm acea parte care s-a format din substanțe organice: hidrogen, carbon, azot, oxigen. Pe lângă aceste elemente chimice, conține balast: umiditate, cenușă.

Tehnologia cuptorului implică alocarea masei de lucru, uscate și combustibile a combustibilului ars. Masa de lucru se numește combustibil în forma sa originală, furnizată consumatorului. Greutatea uscată este o compoziție în care nu există apă.

Compus

Cele mai valoroase componente sunt carbonul și hidrogenul.

Aceste elemente se găsesc în orice tip de combustibil. În turbă și lemn, procentul de carbon ajunge la 58 la sută, în cărbune negru și brun - 80%, iar în antracit ajunge la 95 la sută din greutate. În funcție de acest indicator, cantitatea de căldură eliberată în timpul arderii combustibilului se modifică. Hidrogenul este al doilea cel mai important element al oricărui combustibil. În contact cu oxigenul, formează umiditate, ceea ce reduce semnificativ valoarea termică a oricărui combustibil.

Procentul său variază de la 3,8 în șisturi petroliere la 11 în păcură. Oxigenul, care face parte din combustibil, acționează ca balast.

Nu generează căldură element chimic, prin urmare, afectează negativ valoarea căldurii de ardere. Arderea azotului conținut sub formă liberă sau legată în produsele de ardere este considerată a fi impurități nocive, astfel încât cantitatea sa este clar limitată.

Sulful este inclus în compoziția combustibilului sub formă de sulfați, sulfuri și, de asemenea, ca gaze de dioxid de sulf. Când sunt hidratați, oxizii de sulf formează acid sulfuric, care distruge echipamentul cazanului și afectează negativ vegetația și organismele vii.

De aceea, sulful este elementul chimic, a cărui prezență în combustibilul natural este extrem de nedorită. La intrarea în camera de lucru, compușii de sulf provoacă otrăvire semnificativă a personalului operator.

Există trei tipuri de cenușă în funcție de originea sa:

• primar;
• secundar;
• terţiar.

Forma primară se formează din substanțele minerale conținute în plante. Cenușa secundară se formează ca urmare a ingerării reziduurilor vegetale de către nisip și pământ în timpul formării formării.

Cenușa terțiară se dovedește a fi parte a combustibilului în procesul de extracție, depozitare și, de asemenea, transportul acestuia. Cu o depunere semnificativă de cenușă, există o scădere a transferului de căldură pe suprafața de încălzire a unității cazanului, reduce cantitatea de transfer de căldură către apă din gaze. O cantitate mare de cenușă afectează negativ funcționarea cazanului.

In cele din urma

Substanțele volatile au un impact semnificativ asupra procesului de ardere a oricărui tip de combustibil. Cu cât puterea lor este mai mare, cu atât volumul frontului de flăcări va fi mai mare. De exemplu, cărbunele, turba, iau ușor foc, procesul este însoțit de pierderi de căldură nesemnificative. Cocsul care rămâne după îndepărtarea impurităților volatile conține doar compuși minerali și carboni. În funcție de caracteristicile combustibilului, cantitatea de căldură variază semnificativ.

În funcție de compoziția chimică, se disting trei etape de formare a combustibililor solizi: turbă, lignit, cărbune.

Lemnul natural este folosit în instalațiile de cazane mici. Se folosesc mai ales așchii de lemn, rumeguș, plăci, scoarță, lemnul de foc în sine este folosit în cantități mici. În funcție de tipul de lemn, cantitatea de căldură degajată variază semnificativ.

Pe măsură ce puterea calorică scade, lemnul de foc capătă anumite avantaje: inflamabilitate rapidă, conținut minim de cenușă și absența urmelor de sulf.

Informațiile fiabile despre compoziția combustibililor naturali sau sintetici, puterea lor calorică, reprezintă o modalitate excelentă de a efectua calcule termochimice.

În prezent, există o oportunitate reală de a identifica acele opțiuni principale pentru combustibilii solizi, gazoși, lichizi care vor fi cei mai eficienti și mai ieftin de utilizat într-o anumită situație.

PROPRIETĂȚI FIZICE ȘI CHIMICE ALE GAZELOR NATURALE

La gazele naturale nu există culoare, miros, gust.

Principalii indicatori ai gazelor naturale includ: compoziția, căldura de ardere, densitatea, temperatura de ardere și aprindere, limitele de explozie și presiunea de explozie.

Gazele naturale din zăcămintele de gaze pure constau în principal din metan (82-98%) și alte hidrocarburi.

Gazul combustibil conține substanțe combustibile și incombustibile. Gazele combustibile includ: hidrocarburi, hidrogen, hidrogen sulfurat. Materialele neinflamabile includ: dioxid de carbon, oxigen, azot și vapori de apă. Compoziţia lor este scăzută şi se ridică la 0,1-0,3% CO2 şi 1-14% N2. După extracție, din gaz se extrage hidrogen sulfurat gazos toxic, al cărui conținut nu trebuie să depășească 0,02 g/m3.

Puterea calorică este cantitatea de căldură degajată în timpul arderii complete a 1 m3 de gaz. Căldura de ardere se măsoară în kcal/m3, kJ/m3 de gaz. Puterea calorică a gazelor naturale uscate este de 8000-8500 kcal/m 3 .

Valoarea calculată prin raportul dintre masa unei substanțe și volumul acesteia se numește densitatea substanței. Densitatea se măsoară în kg/m3. Densitatea gazelor naturale depinde în întregime de compoziția sa și este în intervalul c = 0,73-0,85 kg/m3.

Cea mai importantă caracteristică a oricărui gaz combustibil este puterea termică, adică temperatura maximă atinsă cu arderea completă a gazului, dacă cantitatea necesară de aer pentru ardere corespunde exact cu formulele chimice de ardere și temperatura inițială a gazului și aerul este zero.

Capacitatea termică a gazelor naturale este de aproximativ 2000 -2100 °C, metanul - 2043 °C. Temperatura reală de ardere în cuptoare este mult mai mică decât puterea termică și depinde de condițiile de ardere.

Temperatura de aprindere este temperatura amestecului aer-combustibil la care amestecul se aprinde fără o sursă de aprindere. Pentru gazul natural, este în intervalul 645-700 °C.

Toate gazele combustibile sunt explozive, capabile să se aprindă cu o flacără deschisă sau scânteie. Distinge limita inferioară și superioară de concentrație a propagării flăcării , adică concentrațiile inferioare și superioare la care este posibilă o explozie a amestecului. Limita inferioară de explozie a gazelor este de 3÷6%, limita superioară este de 12÷16%.

Limite de explozie.

Amestecul gaz-aer care conține cantitatea de gaz:

până la 5% - nu arde;

de la 5 la 15% - explodează;

mai mult de 15% - arde atunci când este furnizat aer.

Presiunea în timpul exploziei gazelor naturale este de 0,8-1,0 MPa.

Toate gazele combustibile pot provoca otrăvire a corpului uman. Principalele substanțe toxice sunt: ​​monoxidul de carbon (CO), hidrogenul sulfurat (H 2 S), amoniacul (NH 3).

Gazul natural nu are miros. Pentru a determina scurgerea, gazul este odorizat (adică îi dau un miros specific). Efectuarea odorizării se realizează folosind etil mercaptan. Efectuați odorizarea la stațiile de distribuție a gazelor (GDS). Când 1% din gazul natural intră în aer, mirosul acestuia începe să se simtă. Practica arată că rata medie de etil mercaptan pentru odorizarea gazelor naturale furnizate rețelelor orașului ar trebui să fie de 16 g la 1.000 m3 de gaz.

În comparație cu combustibilii solizi și lichizi, gazele naturale câștigă în multe feluri:

Ieftin relativ, care se explică prin mai mult calea ușoară minerit și transport;

Fără cenușă și îndepărtarea particulelor solide în atmosferă;

Căldura mare de ardere;

Nu este necesară pregătirea combustibilului pentru ardere;

Munca lucrătorilor de servicii este facilitată și condițiile sanitare și igienice ale muncii acestora sunt îmbunătățite;

Facilitează automatizarea proceselor de lucru.

Datorită posibilelor scurgeri prin scurgeri în conexiunile și fitingurile conductelor de gaz, utilizarea gazelor naturale necesită o atenție și precauție deosebită. Pătrunderea a peste 20% din gaz în încăpere poate duce la sufocare, iar dacă este prezent într-un volum închis de la 5 la 15%, poate provoca o explozie a amestecului gaz-aer. Arderea incompletă produce monoxid de carbon CO toxic, care chiar și la concentrații scăzute duce la otrăvirea personalului operator.

După originea lor, gazele naturale se împart în două grupe: uscate și grase.

Uscat gazele sunt gaze de origine minerală și se găsesc în zone asociate cu activitatea vulcanică prezentă sau trecută. Gazele uscate constau aproape exclusiv din metan singur cu conținut neglijabil de componente de balast (azot, dioxid de carbon) și au o putere calorică Qн=7000÷9000 kcal/nm3.

gras gazele însoțesc câmpurile petroliere și se acumulează de obicei în straturile superioare. Prin origine, gazele grase sunt apropiate de petrol și conțin multe hidrocarburi ușor condensabile. Valoare calorica gaze lichide Qн=8000-15000 kcal/nm3

Avantajele combustibilului gazos includ ușurința transportului și arderii, absența umidității cenușii și simplitatea semnificativă a echipamentului cazanului.

Alături de gazele naturale se mai folosesc gaze combustibile artificiale, obținute în timpul prelucrării combustibililor solizi, sau ca urmare a exploatării instalațiilor industriale ca gaze reziduale. Gazele artificiale constau din gaze combustibile de ardere incompletă a combustibilului, gaze de balast și vapori de apă și se împart în bogate și sărace, având o putere calorică medie de 4500 kcal/m3, respectiv 1300 kkam3. Compoziția gazelor: hidrogen, metan, alți compuși hidrocarburi CmHn, hidrogen sulfurat H 2 S, gaze necombustibile, dioxid de carbon, oxigen, azot și o cantitate mică de vapori de apă. Balast - azot și dioxid de carbon.

Astfel, compoziția combustibilului gazos uscat poate fi reprezentată ca următorul amestec de elemente:

CO + H 2 + ∑CmHn + H 2 S + CO 2 + O 2 + N 2 \u003d 100%.

Compoziția combustibilului gazos umed se exprimă după cum urmează:

CO + H 2 + ∑CmHn + H 2 S + CO 2 + O 2 + N 2 + H 2 O \u003d 100%.

Căldura de ardere uscat combustibil gazos kJ / m3 (kcal / m3) la 1 m3 de gaz în condiții normale se determină după cum urmează:

Qn \u003d 0,01,

Unde Qi este puterea calorică a gazului corespunzător.

Căldura de ardere a combustibilului gazos este dată în tabelul 3.

Gaz de furnal formate în timpul topirii fierului în furnalele înalte. Randamentul și compoziția sa chimică depind de proprietățile încărcăturii și ale combustibilului, de modul de funcționare al cuptorului, de metodele de intensificare a procesului și de alți factori. Producția de gaz variază între 1500-2500 m 3 pe tonă de fontă. Ponderea componentelor incombustibile (N 2 și CO 2) în gazul de furnal este de aproximativ 70%, ceea ce determină performanța termică scăzută a acestuia (cea mai mică putere calorică a gazului este de 3-5 MJ/m 3).

La arderea gazului de furnal, temperatura maximă a produselor de ardere (excluzând pierderile de căldură și consumul de căldură pentru disocierea CO 2 și H 2 O) este de 400-1500 0 C. Dacă gazul și aerul sunt încălzite înainte de ardere, temperatura produselor de ardere poate fi crescută semnificativ.

gaz feroaliaj formate în timpul topirii feroaliajelor în cuptoarele de reducere a minereului. Gazele de eșapament din cuptoarele închise pot fi folosite ca combustibil SER (resurse de energie secundară). În cuptoarele deschise, datorită accesului liber al aerului, gazul arde deasupra. Randamentul și compoziția gazului feroaliaj depind de gradul topitului

aliaj, compoziția sarcinii, modul de funcționare a cuptorului, puterea acestuia etc. Compoziția gazului: 50-90% CO, 2-8% H2, 0,3-1% CH4, O2<1%, 2-5% CO 2 , остальное N 2 . Максимальная температура продуктов сгорания равна 2080 ^0 C. Запылённость газа составляет 30-40 г/м^3 .

gaz convertizor formate în timpul topirii oțelului în convertoarele de oxigen. Gazul constă în principal din monoxid de carbon, randamentul și compoziția acestuia în timpul topirii se modifică semnificativ. După purificare, compoziția gazului este aproximativ următoarea: 70-80% CO; 15-20% C02; 0,5-0,8% O2; 3-12% N 2. Căldura de ardere a gazului este de 8,4-9,2 MJ/m 3 . Temperatura maximă de ardere atinge 2000 0 С.

gaz de cuptor de cocs formată în timpul cocsării încărcăturii de cărbune. În metalurgia feroasă, se folosește după extracția produselor chimice. Compoziția gazului cuptorului de cocs depinde de proprietățile încărcăturii de cărbune și de condițiile de cocsificare. Fracțiile de volum ale componentelor din gaz sunt în următoarele limite, %: 52-62H2; 0,3-0,6 O2; 23,5-26,5 CH4; 5,5-7,7 CO; 1,8-2,6 CO2. Căldura de ardere este de 17-17,6 MJ / m ^ 3, temperatura maximă a produselor de ardere este de 2070 0 С.

Substanțele de origine organică includ combustibilul care, atunci când este ars, eliberează o anumită cantitate de energie termică. Generarea de căldură ar trebui să se caracterizeze prin eficiență ridicată și absența efectelor secundare, în special a substanțelor dăunătoare sănătății umane și mediului.

Pentru ușurința încărcării în cuptor, materialul lemnos este tăiat în elemente individuale de până la 30 cm lungime.Pentru a crește eficiența utilizării lor, lemnul de foc trebuie să fie cât mai uscat posibil, iar procesul de ardere ar trebui să fie relativ lent. În multe privințe, lemnul de foc din lemn de esență tare precum stejarul și mesteacănul, alunul și frasinul, păducelul este potrivit pentru încălzirea spațiului. Datorită conținutului ridicat de rășină, vitezei crescute de ardere și puterii calorice scăzute, coniferele sunt semnificativ inferioare în acest sens.

Trebuie înțeles că densitatea lemnului afectează valoarea puterii calorice.

Este un material natural de origine vegetală, extras din roca sedimentară.

Acest tip de combustibil solid conține carbon și alte elemente chimice. Există o împărțire a materialului în tipuri în funcție de vârsta acestuia. Cărbunele brun este considerat cel mai tânăr, urmat de cărbunele tare, iar antracitul este cel mai vechi dintre toate celelalte tipuri. Vârsta substanței combustibile determină și conținutul de umiditate al acesteia, care este mai prezent în materialul tânăr.

În timpul arderii cărbunelui, mediul este poluat, iar pe grătarul cazanului se formează zgură care, într-o anumită măsură, creează un obstacol în calea arderii normale. Prezența sulfului în material este, de asemenea, un factor nefavorabil pentru atmosferă, deoarece acest element este transformat în acid sulfuric în spațiul aerian.

Cu toate acestea, consumatorii nu ar trebui să se teamă pentru sănătatea lor. Producătorii acestui material, având grijă de clienții privați, caută să reducă conținutul de sulf din acesta. Puterea calorică a cărbunelui poate diferi chiar și în cadrul aceluiași tip. Diferența depinde de caracteristicile subspeciei și de conținutul de minerale din aceasta, precum și de geografia producției. Ca combustibil solid, se găsește nu numai cărbune pur, ci și zgură de cărbune slab îmbogățită presată în brichete.

Peleții (pelete de combustibil) sunt un combustibil solid creat industrial din lemn și deșeuri vegetale: așchii, scoarță, carton, paie.

Materia primă zdrobită până la starea de praf este uscată și turnată în granulator, de unde deja iese sub formă de granule de o anumită formă. Pentru a adăuga vâscozitate masei, se folosește un polimer vegetal, lignina. Complexitatea procesului de producție și cererea mare formează costul peleților. Materialul este utilizat în cazane special echipate.

Tipurile de combustibil sunt determinate în funcție de materialul din care sunt prelucrate:

• cherestea rotundă de copaci de orice specie;
• paie;
• turbă;
• coajă de floarea soarelui.

Printre avantajele pe care le au peleții de combustibil, merită remarcate următoarele calități:

• prietenos cu mediul;
• incapacitatea de a se deforma și rezistență la ciuperci;
• ușurință de depozitare chiar și în aer liber;
• uniformitatea și durata arderii;
• cost relativ scăzut;
• posibilitatea de utilizare pentru diverse dispozitive de încălzire;
• dimensiune adecvată a peleților pentru încărcarea automată într-un cazan special echipat.

Brichete

Brichetele sunt numite combustibil solid, în multe privințe similare cu peleții. Pentru fabricarea lor se folosesc materiale identice: așchii de lemn, așchii, turbă, coji și paie. În timpul procesului de producție, materia primă este zdrobită și formată în brichete prin compresie. Acest material aparține și combustibilului ecologic. Este convenabil să-l depozitați chiar și în aer liber. Arderea lină, uniformă și lentă a acestui combustibil poate fi observată atât în ​​șeminee și sobe, cât și în cazanele de încălzire.

Varietățile de combustibili solizi ecologici discutați mai sus sunt o alternativă bună la generarea de căldură. Față de sursele fosile de energie termică, care afectează negativ mediul în timpul arderii și sunt, în plus, neregenerabile, combustibilii alternativi au avantaje clare și costuri relativ scăzute, ceea ce este important pentru anumite categorii de consumatori.

În același timp, riscul de incendiu al unor astfel de combustibili este mult mai mare. Prin urmare, trebuie luate unele precauții în ceea ce privește depozitarea acestora și utilizarea materialelor de perete rezistente la foc.

Combustibili lichizi și gazoși

În ceea ce privește substanțele combustibile lichide și gazoase, situația este următoarea.

În fiecare zi, aprinzând arzătorul de pe aragaz, puțini oameni se gândesc la cât timp în urmă au început să producă gaz. La noi, dezvoltarea sa a început în secolul al XX-lea. Înainte de asta, a fost găsit pur și simplu la extragerea produselor petroliere. Puterea calorică a gazelor naturale este atât de mare încât astăzi această materie primă este pur și simplu de neînlocuit, iar omologii săi de înaltă calitate nu au fost încă dezvoltați.

Tabelul cu putere calorică vă va ajuta să alegeți combustibilul pentru încălzirea locuinței

Caracteristica combustibilului fosili

Gazul natural este un combustibil fosil important care ocupă o poziție de lider în bilanțele de combustibil și energie ale multor state. Pentru a furniza combustibil, orașele și tot felul de întreprinderi tehnice consumă diverse gaze combustibile, deoarece gazele naturale sunt considerate periculoase.

Ecologiștii cred că gazul este cel mai pur combustibil; atunci când este ars, eliberează mult mai puține substanțe toxice decât lemnul, cărbunele și petrolul. Acest combustibil este folosit zilnic de oameni și conține un aditiv precum un odorant, care se adaugă la instalațiile echipate în raport de 16 miligrame la 1.000 de metri cubi de gaz.

O componentă importantă a substanței este metanul (aproximativ 88-96%), restul sunt alte substanțe chimice:

• butan;
• sulfat de hidrogen;
• propan;
• azot;
• oxigen.

În acest videoclip, vom lua în considerare rolul cărbunelui:

Cantitatea de metan din combustibilul natural depinde direct de domeniul său.

Tipul de combustibil descris constă din componente hidrocarburi și non-hidrocarburi. Combustibilul fosil natural este în primul rând metanul, care include butan și propan. În plus față de componentele de hidrocarburi, în combustibilul fosil descris sunt prezente azot, sulf, heliu și argon. Se găsesc și vapori lichizi, dar numai în câmpurile de gaz și petrol.

Tipuri de depozit

Se notează mai multe tipuri de zăcăminte de gaze. Ele sunt împărțite în următoarele tipuri:

• gaz;
• ulei.

Caracteristica lor distinctivă este conținutul de hidrocarburi. Zăcămintele de gaze conțin aproximativ 85-90% din substanța prezentată, câmpurile petroliere nu conțin mai mult de 50%. Procentele rămase sunt ocupate de substanțe precum butanul, propanul și uleiul.

Un dezavantaj uriaș al generării uleiului este spălarea acestuia din diferite tipuri de aditivi. Sulful ca impuritate este exploatat la întreprinderile tehnice.

Consumul de gaze naturale

Butanul este consumat ca combustibil la benzinăriile pentru mașini, iar pentru alimentarea brichetelor se folosește o substanță organică numită „propan”. Acetilena este foarte inflamabilă și este utilizată la sudarea și tăierea metalelor.

Combustibilii fosili sunt folosiți în viața de zi cu zi:

• coloane;
• aragaz;

Acest tip de combustibil este considerat cel mai bugetar și inofensiv, singurul dezavantaj este emisia de dioxid de carbon în timpul arderii în atmosferă. Oamenii de știință de pe întreaga planetă caută un înlocuitor pentru energia termică.

Valoare calorica

Puterea calorică a gazelor naturale este cantitatea de căldură generată cu arderea suficientă a unei unități de combustibil. Cantitatea de căldură degajată în timpul arderii se referă la un metru cub, luată în condiții naturale.

Capacitatea termică a gazelor naturale se măsoară în următorii termeni:

• kcal / nm 3;
• kcal/m3.

Există o putere calorică mare și scăzută:

1. Înalt. Se ia în considerare căldura vaporilor de apă care apare în timpul arderii combustibilului.
2. Scăzut. Nu ține cont de căldura conținută în vaporii de apă, deoarece astfel de vapori nu se pretează la condens, ci pleacă cu produse de ardere. Datorită acumulării de vapori de apă, formează o cantitate de căldură egală cu 540 kcal/kg. În plus, atunci când condensul se răcește, se eliberează căldură de la 80 la o sută de kcal / kg. În general, datorită acumulării de vapori de apă, se formează mai mult de 600 kcal / kg, aceasta este caracteristica distinctivă între puterea termică ridicată și scăzută.

Pentru marea majoritate a gazelor consumate într-un sistem urban de distribuție a combustibilului, diferența echivalează cu 10%. Pentru a asigura orașele cu gaz, puterea calorică a acestuia trebuie să fie mai mare de 3500 kcal/Nm 3 . Acest lucru se explică prin faptul că alimentarea se realizează prin conductă pe distanțe lungi. Dacă puterea calorică este scăzută, atunci aportul său crește.

Dacă puterea calorică a gazelor naturale este mai mică de 3500 kcal / Nm 3, acesta este mai des folosit în industrie. Nu trebuie transportat pe distanțe lungi și devine mult mai ușor de realizat arderea. Modificările serioase ale puterii calorice a gazului necesită o reglare frecventă și uneori înlocuirea unui număr mare de arzătoare standardizate ale senzorilor de uz casnic, ceea ce duce la dificultăți.

Această situație duce la o creștere a diametrului conductei de gaz, precum și la o creștere a costului metalului, a rețelelor de așezare și a funcționării. Marele dezavantaj al combustibililor fosili cu conținut scăzut de calorii este conținutul imens de monoxid de carbon, în legătură cu acesta, nivelul de pericol crește în timpul funcționării combustibilului și în timpul întreținerii conductei, la rândul lor, precum și a echipamentelor.

Căldura degajată în timpul arderii, care nu depășește 3500 kcal/nm 3 , este folosită cel mai adesea în producția industrială, unde nu este necesar să se transfere pe distanțe lungi și să se formeze ușor arderea.

Combustibilul gazos este împărțit în natural și artificial și este un amestec de gaze combustibile și incombustibile care conține o anumită cantitate de vapori de apă și uneori praf și gudron. Cantitatea de combustibil gazos este exprimată în metri cubi în condiții normale (760 mm Hg și 0 ° C), iar compoziția este exprimată procentual în volum. Sub compoziția combustibilului înțelegeți compoziția părții sale gazoase uscate.

combustibil gaz natural

Cel mai comun combustibil gazos este gazul natural, care are o putere calorică ridicată. Baza gazelor naturale este metanul, al cărui conținut este de 76,7-98%. Alți compuși de hidrocarburi gazoase fac parte din gazul natural de la 0,1 la 4,5%.

Gazul lichefiat este un produs al rafinării petrolului - constă în principal dintr-un amestec de propan și butan.

Gaze naturale (CNG, NG): metan CH4 mai mult de 90%, etan C2 H5 mai puțin de 4%, propan C3 H8 mai puțin de 1%

Gaz lichefiat (GPL): propan C3 H8 mai mult de 65%, butan C4 H10 mai puțin de 35%

Gazele combustibile includ: hidrogen H 2, metan CH 4, Alți compuși de hidrocarburi C m H n, hidrogen sulfurat H 2 S și gaze necombustibile, dioxid de carbon CO2, oxigen O 2, azot N 2 și o cantitate mică de vapori de apă H 2 O. Indici mȘi P la C și H caracterizează compuși ai diferitelor hidrocarburi, de exemplu, pentru metanul CH4 t = 1 și n= 4, pentru etan С 2 Н b t = 2Și n= b etc.

Compoziția combustibilului gazos uscat (în procente în volum):

CO + H2 + 2 C m H n + H2S + CO2 + O2 + N2 = 100%.

Partea necombustibilă a combustibilului gazos uscat - balast - este azotul N și dioxidul de carbon CO 2 .

Compoziția combustibilului gazos umed se exprimă după cum urmează:

CO + H2 + Σ C m H n + H 2 S + CO 2 + O 2 + N 2 + H 2 O \u003d 100%.

Căldura de ardere, kJ / m (kcal / m 3), 1 m 3 de gaz pur uscat în condiții normale se determină după cum urmează:

Q n s \u003d 0,01,

unde Qco, Q n 2 , Q cu m n n Q n 2 s. - căldura de ardere a gazelor individuale care alcătuiesc amestecul, kJ / m 3 (kcal / m 3); CO, H2, Cm Hn, H2S - componente care alcătuiesc amestecul de gaze, % din volum.

Căldura de ardere a 1 m3 de gaz natural uscat în condiții normale pentru majoritatea câmpurilor casnice este de 33,29 - 35,87 MJ/m3 (7946 - 8560 kcal/m3). Caracteristicile combustibilului gazos sunt prezentate în tabelul 1.

Exemplu. Determinați puterea calorică netă a gazelor naturale (în condiții normale) din următoarea compoziție:

H2S = 1%; CH4 = 76,7%; C2H6 = 4,5%; C3H8 = 1,7%; C4H10 = 0,8%; C5H12 = 0,6%.

Înlocuind în formula (26) caracteristicile gazelor din tabelul 1, obținem:

Q ns \u003d 0,01 \u003d 33981 kJ / m 3 sau

Q ns \u003d 0,01 (5585,1 + 8555 76,7 + 15 226 4,5 + 21 795 1,7 + 28 338 0,8 + 34 890 0,6) \u003d 8109 kcal / m 3.

Tabelul 1. Caracteristicile combustibilului gazos

Gaz	Desemnare	Căldura de ardere Q n s
		KJ/m3	kcal/m3
Hidrogen	H,	10820	2579
monoxid de carbon	ASA DE	12640	3018
sulfat de hidrogen	H2S	23450	5585
Metan	CH 4	35850	8555
etan	C2H6	63 850	15226
propan	C3H8	91300	21795
Butan	C4H10	118700	22338
Pentan	C5H12	146200	34890
Etilenă	C2H4	59200	14107
propilenă	C3H6	85980	20541
Butilenă	C4H8	113 400	27111
Benzen	C6H6	140400	33528

Cazanele de tip DE consumă de la 71 la 75 m3 de gaz natural pentru a produce o tonă de abur. Costul gazului în Rusia în septembrie 2008 este de 2,44 ruble pe metru cub. În consecință, o tonă de abur va costa 71 × 2,44 = 173 ruble 24 copeici. Costul real al unei tone de abur la fabrici este pentru cazanele DE cel puțin 189 de ruble pe tonă de abur.

Cazanele de tip DKVR consumă de la 103 la 118 m3 de gaz natural pentru a produce o tonă de abur. Costul minim estimat al unei tone de abur pentru aceste cazane este de 103 × 2,44 = 251 de ruble 32 de copeici. Costul real al aburului pentru plante este de cel puțin 290 de ruble pe tonă.

Cum se calculează consumul maxim de gaz natural pentru un cazan cu abur DE-25? Aceasta este specificația cazanului. 1840 cuburi pe oră. Dar poți și calcula. 25 de tone (25 mii kg) trebuie înmulțite cu diferența dintre entalpiile aburului și apei (666,9-105) și toate acestea împărțite la randamentul cazanului de 92,8% și căldura de ardere a gazului. 8300. si toate

Combustibil cu gaz artificial

Gazele combustibile artificiale sunt combustibili locali, deoarece au o putere calorică mult mai mică. Principalele lor elemente combustibile sunt monoxidul de carbon CO și hidrogenul H2. Aceste gaze sunt utilizate în limitele producției unde sunt obținute ca combustibil pentru centrale tehnologice și electrice.

Toate gazele combustibile naturale și artificiale sunt explozive, capabile să se aprindă la o flacără deschisă sau o scânteie. Există limite inferioare și superioare de explozie ale gazului, de ex. cele mai mari și cele mai mici concentrații procentuale din aer. Limita inferioară de explozie a gazelor naturale variază de la 3% la 6%, în timp ce limita superioară variază de la 12% la 16%. Toate gazele combustibile pot provoca otrăvire a corpului uman. Principalele substanțe toxice ale gazelor combustibile sunt: ​​monoxid de carbon CO, hidrogen sulfurat H2S, amoniac NH3.

Gazele naturale combustibile, precum și cele artificiale, sunt incolore (invizibile), inodore, ceea ce le face periculoase atunci când pătrund în interiorul cazanului prin scurgeri în fitingurile conductelor de gaz. Pentru a evita otrăvirea, gazele combustibile trebuie tratate cu un odorant - o substanță cu miros neplăcut.

Obținerea monoxidului de carbon CO în industrie prin gazeificarea combustibilului solid

În scopuri industriale, monoxidul de carbon se obține prin gazeificarea combustibilului solid, adică prin transformarea acestuia în combustibil gazos. Astfel, puteți obține monoxid de carbon din orice combustibil solid - cărbune fosil, turbă, lemn de foc etc.

Procesul de gazeificare a combustibilului solid este prezentat într-un experiment de laborator (Fig. 1). După ce am umplut tubul refractar cu bucăți de cărbune, îl încălzim puternic și lăsăm oxigenul să treacă prin gazometru. Lăsați gazele care ies din tub să treacă printr-o spălătorie cu apă de var și apoi dați-i foc. Apa de var devine tulbure, gazul arde cu o flacără albăstruie. Aceasta indică prezența dioxidului de CO2 și a monoxidului de carbon CO în produșii de reacție.

Formarea acestor substanțe poate fi explicată prin faptul că atunci când oxigenul intră în contact cu cărbunele fierbinte, acesta din urmă este mai întâi oxidat în dioxid de carbon: C + O 2 \u003d CO 2

Apoi, trecând prin cărbunele fierbinte, dioxidul de carbon este redus parțial de acesta la monoxid de carbon: CO 2 + C \u003d 2CO

Orez. 1. Obținerea monoxidului de carbon (experiență de laborator).

În condiții industriale, gazeificarea combustibililor solizi se realizează în cuptoare numite generatoare de gaz.

Amestecul de gaze rezultat se numește gaz producător.

Dispozitivul generator de gaz este prezentat în figură. Este un cilindru de oțel cu o înălțime de aproximativ 5 mși un diametru de aproximativ 3,5 m, căptușită în interior cu cărămizi refractare. De sus, generatorul de gaz este încărcat cu combustibil; De jos, aerul sau vaporii de apă sunt furnizați de un ventilator prin grătar.

Oxigenul din aer reacționează cu carbonul combustibilului, formând dioxid de carbon, care, urcând printr-un strat de combustibil fierbinte, este redus de carbon în monoxid de carbon.

Dacă numai aer este suflat în generator, atunci se obține un gaz, care în compoziția sa conține monoxid de carbon și azot din aer (precum și o anumită cantitate de CO 2 și alte impurități). Acest gaz generator se numește gaz de aer.

Dacă, totuși, vaporii de apă sunt suflați în generator cu cărbune fierbinte, atunci se formează monoxid de carbon și hidrogen ca urmare a reacției: C + H 2 O \u003d CO + H 2

Acest amestec de gaze se numește apă gazoasă. Gazul de apă are o putere calorică mai mare decât gazul de aer, deoarece, împreună cu monoxidul de carbon, conține și un al doilea gaz combustibil - hidrogenul. Gaz de apă (gaz de sinteză), unul dintre produsele gazificării combustibililor. Gazul de apă constă în principal din CO (40%) și H2 (50%). Apa gazoasa este un combustibil (putere calorica 10.500 kJ/m3, sau 2730 kcal/mg) si in acelasi timp materie prima pentru sinteza metanolului. Cu toate acestea, apa gazoasă nu poate fi obținută mult timp, deoarece reacția de formare a acestuia este endotermă (cu absorbția căldurii) și, prin urmare, combustibilul din generator se răcește. Pentru a menține cărbunele fierbinte, injectarea de vapori de apă în generator este alternată cu injectarea de aer, al cărui oxigen, după cum se știe, reacționează cu combustibilul pentru a elibera căldură.

Recent, explozia de abur-oxigen a fost utilizată pe scară largă pentru gazeificarea combustibilului. Suflarea simultană a vaporilor de apă și oxigenului prin stratul de combustibil face posibilă efectuarea continuă a procesului, creșterea semnificativă a productivității generatorului și obținerea de gaz cu un conținut ridicat de hidrogen și monoxid de carbon.

Generatoarele moderne de gaz sunt dispozitive puternice de acțiune continuă.

Pentru ca atunci când combustibilul este furnizat generatorului de gaz, gazele combustibile și toxice să nu pătrundă în atmosferă, tamburul de încărcare este dublu. În timp ce combustibilul intră într-un compartiment al tamburului, combustibilul este turnat din celălalt compartiment în generator; atunci când tamburul se rotește, aceste procese se repetă, în timp ce generatorul rămâne izolat de atmosferă tot timpul. Distribuția uniformă a combustibilului în generator se realizează folosind un con, care poate fi instalat la diferite înălțimi. Când este coborât, cărbunele se află mai aproape de centrul generatorului; când conul este ridicat, cărbunele este aruncat mai aproape de pereții generatorului.

Îndepărtarea cenușii din generatorul de gaz este mecanizată. Grătarul în formă de con este rotit încet de un motor electric. În acest caz, cenușa este deplasată pe pereții generatorului și este aruncată în cutia de cenușă cu dispozitive speciale, de unde este îndepărtată periodic.

Primele lămpi cu gaz au fost aprinse în Sankt Petersburg pe insula Aptekarsky în 1819. Gazul folosit a fost obținut prin gazeificarea cărbunelui. Se numea gaz ușor.

Marele om de știință rus D. I. Mendeleev (1834-1907) a fost primul care a exprimat ideea că gazeificarea cărbunelui poate fi efectuată direct în subteran, fără a-l ridica. Guvernul țarist nu a apreciat propunerea lui Mendeleev.

Ideea gazificării subterane a fost susținută cu căldură de V. I. Lenin. El l-a numit „unul dintre marile triumfuri ale tehnologiei”. Gazeificarea subterană a fost efectuată pentru prima dată de statul sovietic. Deja înainte de Marele Război Patriotic, generatoarele subterane funcționau în bazinele de cărbune din regiunea Donețk și Moscova din Uniunea Sovietică.

Figura 3 oferă o idee despre una dintre metodele de gazeificare subterană. Două puțuri sunt așezate în stratul de cărbune, care sunt conectate în partea de jos printr-un canal. Cărbunele este incendiat într-un astfel de canal în apropierea uneia dintre fântâni și exploziile sunt furnizate acolo. Produsele de ardere, care se deplasează de-a lungul canalului, interacționează cu cărbunele fierbinte, ducând la formarea de gaz combustibil, ca într-un generator convențional. Gazul iese la suprafață prin al doilea puț.

Gazul generator este utilizat pe scară largă pentru încălzirea cuptoarelor industriale - metalurgice, cocs și ca combustibil în mașini (Fig. 4).

Orez. 3. Schema gazificării subterane a cărbunelui.

O serie de produse organice, cum ar fi combustibilii lichizi, sunt sintetizate din hidrogen și monoxid de carbon din apă gazoasă. Combustibil lichid sintetic - combustibil (in principal benzina) obtinut prin sinteza din monoxid de carbon si hidrogen la 150-170 grade Celsius si o presiune de 0,7 - 20 MN/m2 (200 kgf/cm2), in prezenta unui catalizator (nichel, fier). , cobalt). Prima producție de combustibili lichizi sintetici a fost organizată în Germania în timpul celui de-al doilea război mondial din cauza penuriei de petrol. Combustibilii lichizi sintetici nu au primit o distribuție largă din cauza costului lor ridicat. Apa gazoasă este folosită pentru a produce hidrogen. Pentru a face acest lucru, apa gazoasă într-un amestec cu vapori de apă este încălzită în prezența unui catalizator și, ca urmare, se obține hidrogen în plus față de cel deja prezent în apă gazoasă: CO + H 2 O \u003d CO 2 + H 2