Combustibil gazos: descriere, caracteristici, metode de producție, aplicare

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-02 14:01

Combustibilul gazos este cunoscut încă de la mijlocul secolului al XIX-lea. Atunci celebrul inginer Lenoir a construit primul său motor cu ardere internă pe gaz. Acest aparat era primitiv și funcționa fără precomprimare a camerei de ardere. Motoarele moderne nu se potrivesc. Astăzi, utilizarea combustibililor gazoși nu se limitează la mașini. Acest tip de combustibil ecologic, ieftin și accesibil cucerește în mod activ din ce în ce mai multe nișe noi și este utilizat activ în toate sectoarele economiei naționale. Acest articol oferă o descriere, caracteristicile combustibilului. În termeni generali, descrie modul în care sunt produse și utilizate.

Informații generale

Un combustibil gazos este o substanță foarte inflamabilă. Această calitate și proprietate utilă este folosită în diferite ramuri ale științei șitehnologie. De exemplu, populația și industria folosesc din ce în ce mai mult cazane cu combustibil gazos. În acest combustibil, oxizi (dioxizi) de carbon, vapori de dioxid de carbon, precum și elemente precum azotul, hidrogenul, oxigenul și alte impurități pot fi prezenți în diferite cantități. Dispozitivele moderne care funcționează cu combustibil gazos sunt foarte sensibile la compoziția chimică a gazului de lucru. Dacă nu respectă standardele recomandate de producător, atunci echipamentul va eșua cel mai probabil și vor fi necesare reparații costisitoare.

Toate substanțele care alcătuiesc gazele pot fi împărțite în combustibile și incombustibile. Primele, pe lângă metan, sunt etanul, propanul și butanul. Explozivi și, în consecință, combustibili sunt monoxidul de carbon și hidrogenul. Hidrogenul este deosebit de periculos. Din acest motiv nu se recomanda depozitarea in butelii de gaz. Cea mai bună soluție este achiziționarea unui generator de hidrogen. Acest dispozitiv extrage hidrogenul din apa distilată după cum este necesar. Astfel, amenințarea detonării unui volum mare de gaz este eliminată.

Statul este monopol în comerțul cu ridicata al combustibililor lichizi și gazoși. Aceasta indică importanța strategică a acestui tip de materie primă.

Clasificarea combustibilului după origine

Ca și combustibilii lichidi, gazoși pot fi extrași ca mineral sau pot fi produși în condiții artificiale. În primul caz, un astfel de combustibil este numit natural, iar în al doilea -artificial.

Specialistii au inregistrat diferente in compozitia combustibililor lichizi si gazosi extrasi din diferite regiuni. Datorită diferențelor de compoziție chimică, există și ușoare diferențe în cantitatea de căldură eliberată în timpul arderii. Combustibilul gazos natural este aproape complet (95-99%, în funcție de domeniu) format din așa-numitul metan (formula chimică - CH_{4). Acest combustibil se numește gaz natural. Și aceasta este cea mai ieftină sursă de energie astăzi. Din acest motiv, acest tip de resurse energetice este utilizat activ în toate sectoarele economiei naționale. Cu toate acestea, toate avantajele sunt umbrite de nivelul scăzut de siguranță al dispozitivelor care funcționează cu combustibili gazoși. În mass-media apar în mod regulat știri tulburătoare despre accidente și victime umane ca urmare a încălcării regulilor de funcționare a instalațiilor de gaz.}

Combustibilii gazoși artificiali includ substanțele obținute din prelucrarea combustibililor solizi sau lichizi. Cele mai comune și populare tipuri ale sale sunt gazele de cracare a cocsului. Iluminatul, apa și combustibilii amestecați pot fi, de asemenea, incluse în acest grup. În funcție de compoziția chimică a unui anumit gaz, nivelul de căldură eliberat în timpul arderii variază într-un interval larg. Astfel de substanțe sunt foarte explozive. Din acest motiv, se recomandă amestecarea acestora cu gazul natural înainte de ardere. Această măsură mărește siguranța de funcționare a dispozitivelor care funcționează cu combustibil gazos cu un ordin de mărime. Aceste manipulări sunt efectuate pe baze special echipate. Atunci așagazul este furnizat utilizatorului final în butelii sau altfel. Dar, în ciuda faptului că un astfel de amestec este mai puțin periculos, acesta trebuie totuși manipulat cu grijă extremă, în conformitate cu toate regulile și reglementările pentru lucrul cu recipiente sub presiune și reglementările de siguranță. Și acesta nu este singurul pericol. Această substanță este toxică, iar inhalarea poate provoca consecințe grave și chiar moartea.

Clasificarea combustibilului în funcție de scop

Combustibilul sub formă gazoasă este utilizat atât în instalațiile termice, cât și în motoarele cu ardere internă. În consecință, pe această bază, poate fi împărțit în combustibil pentru motor și combustibil pentru cazan-cuptor.

Gazul natural este folosit în mod tradițional ca combustibil pentru cazane și cuptoare. În cazuri rare, se folosește combustibil artificial. Același tip de combustibil, cu doar câțiva aditivi, este folosit și pentru alimentarea mașinilor.

Descrierea gazelor naturale

Este greu de supraestimat importanța acestui mineral pentru economia statului nostru și dezvoltarea economică a lumii în ansamblu. Multe mașini, cazane cu combustibil gazos, centrale electrice și centrale termice combinate îl folosesc. Pe baza prețurilor estimate pentru combustibilul albastru (cum se numește uneori gazul natural), se întocmesc bugetele de stat.

Mai mult de 90% din acest gaz este format din molecule de metan (CH_{4). Pe lângă metan, gazul natural conține și butan cu propan, azot, dioxid de carbon, vapori de apă și alte impurități (sunt considerate nocive). LAÎn cantități mici, gazele naturale conțin și gaze inerte (heliu și altele). Se crede că acestea din urmă au un efect benefic asupra mașinilor, dispozitivelor și mecanismelor care funcționează pe gaz și îmbunătățesc, de asemenea, fizica proceselor de ardere a combustibilului. Adecvarea combustibilului pentru utilizare, calitatea acestuia este apreciată de procentul de componente de hidrocarburi.}

Gazul natural nu este doar un combustibil valoros, ci și o materie primă pentru o serie de industrii. Deci, din metanul pe care îl conține, marile uzine chimice produc hidrogen. Pentru ca această reacție să aibă loc, trebuie să fie oxidată. Pe lângă hidrogen, din acesta se produce acetilenă. Pe baza acestor substanțe se produc tot felul de aldehide, alcool metilic (o substanță foarte toxică și periculoasă), amoniac, acetonă, acid acetic și așa mai departe. Cu toate acestea, rămâne faptul că principala zonă de aplicare a gazelor naturale este arderea combustibililor gazoși în scopul diferitelor mecanisme de antrenare (motoare de mașini) și dispozitive de cazan.

Proprietăți de bază ale gazelor

Toate gazele (nu doar combustibilul) sunt unite printr-un indice de densitate relativ mic. Pentru gazul natural considerat și analogii săi artificiali, valoarea acestuia se menține în jurul a 0,8 kilograme pe metru cub. Densitatea combustibilului gazos lichefiat este puțin mai mare și este de aproximativ 2,3 kilograme pe metru cub.

Gazele sunt în mare parte substanțe toxice. Toxicitatea crește pe măsură ce crește conținutul de oxizi de carbon șicompuși ai sulfului cu hidrogen în gaz. Cu un conținut de unul sau mai multe procente din gazele dăunătoare descrise în atmosferă, o persoană va inhala o doză letală de substanță otrăvitoare în trei minute.

Gazele în cauză sunt explozive. Mai mult, odată cu creșterea procentului de monoxid de carbon și hidrogen, crește riscul de detonare. O caracteristică interesantă: atunci când conținutul acestor substanțe este mai mare de 74%, probabilitatea detonării gazului este aproape zero.

Caracteristicile cheie ale combustibilului

Într-o analiză comparativă a unui anumit tip de combustibil, experții operează cu următoarele concepte: umiditatea combustibilului, conținutul de sulf, cenușa (reziduul), puterea calorică și puterea termică.

Capacitatea de încălzire se referă la temperatura suficientă pentru procesul de ardere cu un conținut minim de oxigen. În același timp, nici aerul, nici amestecul combustibil nu este încălzit suplimentar.

Reziduul solid din câmpul de ardere se numește cenușă. Ea nu mai poate arde. Zgura este aceeași cenușă, numai după topire. Formarea acestei substanțe afectează negativ funcționarea întregului sistem, înfunda echipamentul de combustibil. Prin urmare, acest indicator este important de luat în considerare în timpul lucrărilor de proiectare.

Un indicator important este umiditatea. Afectează negativ caracteristicile combustibilului. Prezența acestuia determină o creștere a volumelor de evacuare, o scădere a eficienței instalației.

Produșii de ardere ai sulfului și compușilor săi provoacă și activează procese de coroziune pe suprafețepiese din oțel ale motoarelor și sistemelor de evacuare. În plus, au un impact negativ asupra mediului și sănătății umane. Prin urmare, acest indicator este, de asemenea, foarte important de luat în considerare.

Puterea calorică este o caracteristică foarte importantă. Este luat în considerare în calculul și proiectarea echipamentelor și vă permite să determinați consumul de combustibil. Această valoare este determinată experimental. În aceste scopuri, se folosește un calorimetru special. Se arde o cantitate cunoscută (masă) de combustibil și se înregistrează modificarea temperaturii apei a calorimetrului. Apoi este suficient să înlocuiți informațiile obținute în formulă și să calculați căldura de ardere.

Gaz asociat

Dacă gazele naturale sunt extrase din foraje, gazele asociate sunt un produs secundar al producției de petrol. Conținutul de metan într-un astfel de gaz este ceva mai mic decât în gazul natural tradițional. Cu toate acestea, arderea combustibililor gazoși produce căldură comparabilă.

Gazul secundar (asociat) este produs și de uzinele metalurgice. La aceste întreprinderi, combustibilul este emis în cuptoare. Acestea sunt așa-numitele gaze ale cuptorului de cocs și ale furnalului. De regulă, aceste gaze sunt arse la fața locului (alimentate la un cuptor sau la o stație de cazan). Un produs secundar similar este produs în minele de adâncime, ceea ce duce adesea la dezastre.

Producere de gaz prin distilare uscată

Gazul artificial se obține prin prelucrarea suplimentară a combustibilului solid (lichid). În acest fel, se pot obține așa-numitul gaz de producător și gaz uscat de distilare.

Când este uscatcombustibilul de distilare se descompune sub influența temperaturilor ridicate. În acest caz, este necesar să se excludă accesul unui agent oxidant (aer). După o serie de pași, combustibilul original se descompune în propriul gaz, compuși de gudron și cocs. Compoziția exactă a produselor formate depinde de compoziția inițială a combustibilului și de condițiile procesului (în primul rând de temperatură).

Procesul de distilare, care are loc la temperaturi ridicate (în regiunea 1000 - 1100 de grade Celsius), se numește cocsificare. Produșii de descompunere în acest caz sunt gazul propriu-zis (cocs) și cocs. Densitatea și căldura de ardere a gazului rezultat sunt relativ scăzute (0,5 kilograme pe metru cub și, respectiv, 16.000 kilojuli pe metru cub). O tonă de cărbune în timpul acestui tratament este transformată în 350 de metri cubi de gaz. Acest indicator poate varia și depinde de condițiile procesului și de compoziția chimică și originea materiei prime (cărbune).

Există și distilare uscată la temperatură joasă. Constă în prelucrarea combustibilului solid cu temperaturi de aproximativ 500 de grade Celsius. Cu această metodă, se formează cantitatea minimă de gaz (nu mai mult de 30 de metri cubi pe tonă de materii prime). Produsul principal în acest caz este rășina, care este folosită în continuare în producția de uleiuri de motor și combustibili.

Obținerea de gaz prin gazeificarea combustibililor solizi

Una dintre metodele comune de obținere a combustibililor gazoși este așa-numita gazeificare. Constă în tratarea chimico-termică a combustibililor solizi (efectul combinat al temperaturilor ridicateși tratament chimic). Atomii de carbon conținuți în combustibilul solid interacționează și reacționează cu apa și aburul, formând un gaz (combustibil). În timpul procesului de gazeificare are loc și distilarea uscată. Un generator de gaz este un dispozitiv pentru gazeificarea combustibililor solizi (în primul rând cărbunele). Acest dispozitiv produce următoarele substanțe: metan, hidrogen și monoxid de carbon. Pe lângă gazele sonorate, se produc și substanțe incombustibile (dioxid de carbon, oxigen cu azot și vapori de apă).

Design de generatoare de gaz - o mare varietate. Schema și lista de noduri depind în primul rând de tipul de materie primă. În general, este un cilindru cu pereți metalici. Dispune de orificii pentru ventilatie (priza aer) si pentru iesirea gazului generat. Alimentarea cu aer este forțată, folosind ventilatoare puternice. Designul trebuie să ofere o trapă pentru operator. Combustibilul este încărcat prin acoperiș. Astfel, în exterior, această unitate seamănă dureros cu binecunoscuta „sobă cu burtă”. Cu toate acestea, există o diferență - absența unui coș de fum.

Generatorul de gaz este doar baza întregii instalații, miezul, ca să spunem așa. Dacă te uiți la diagramele unor astfel de echipamente, devine clar că toate celel alte componente și dispozitive sunt concepute pentru a aduce gazul la o stare normală (curățare, răcire și așa mai departe).

Avantajele utilizării și utilizării gazului

Compoziția combustibilului gazos îi permite să fie utilizat eficient ca alternativă la benzina tradițională, păcură șimotorină. Rezervele de petrol sunt epuizate. Potrivit experților, va dura câteva decenii. Există mult mai multe rezerve de gaze. Astfel, introducerea și utilizarea activă a echipamentelor pe gaz în toate sectoarele economiei naționale va, dacă nu va rezolva, atunci măcar amâna problema acută a penuriei de materii prime hidrocarburi.

Al doilea și foarte important avantaj este puritatea relativă a produselor de ardere a gazelor în comparație cu evacuarea motoarelor pe benzină. Cu alte cuvinte, mașinile și mecanismele care funcționează cu combustibili gazoși sunt mai ecologice și nu poluează atât de mult mediul. În zonele metropolitane și în orașele mari, această problemă este deosebit de acută. Prin urmare, autoritățile se străduiesc să transfere întreaga flotă de transport public urban la noi standarde de mediu.

Al treilea avantaj este capacitatea de a ajusta motorul la nevoile și preferințele personale prin ajustarea compoziției amestecului. În viitor, acest lucru vă va permite să nu plătiți în plus bani în plus.

Al patrulea beneficiu este de a crește durata de viață utilă a motorului și de a crește timpul dintre schimbările complete ale uleiului de motor. La urma urmei, gazul, spre deosebire de produsele petroliere, nu îndepărtează grăsimea (ulei) de pe suprafețele pieselor de frecare ale mecanismului (motor).

Al cincilea - amestecul de gaz are o capacitate de detonare mult mai mare în comparație cu combustibilul tradițional. Acest lucru vă permite să creșteți semnificativ puterea motorului vehiculului.

Al șaselea - spre deosebire de combustibilii solizi și lichizi, combustibilii gazoși nu trebuie să fie încălziți înainte de injectare. Este pozitivafectează atât fiabilitatea întregului sistem, cât și toți indicatorii de performanță fără excepție.

Al șaptelea avantaj: cu utilizarea injecției de gaz în cilindri devine mai uniformă. Astfel, netezimea cursului și funcționarea mecanismelor de antrenare crește, uzura pieselor puternic încărcate scade.

Din păcate, nu întotdeauna se obțin toate beneficiile descrise. Cel mai adesea, proprietarii de vehicule convertesc motoarele pe benzină în combustibil pe gaz pentru a economisi bani la diferența de costuri cu combustibilul. Cu toate acestea, motorul a fost proiectat pentru benzină sau motorină. De aici și munca nu foarte bine coordonată a tuturor părților. Inginerii au calculat că atunci când o mașină este trecută de la benzină la benzină, motorul își pierde aproximativ 20% din putere. Pentru a compensa pierderea, mulți proprietari măresc raportul de compresie al spațiului camerei de ardere. Acest lucru reduce foarte mult durata de viață a motorului. O altă măsură este instalarea unui sistem de turboalimentare. Dar acest eveniment va trebui să investească mulți bani. Funcționarea unui motor sau a unei centrale termice pe combustibili lichizi și gazoși demonstrează indicatori de performanță complet diferiți. În plus, avantajul este departe de a fi de partea combustibililor solizi.