Paliwo gazowe: opis, charakterystyka, metody produkcji, zastosowanie

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-02 14:01

Paliwo gazowe znane jest od połowy XIX wieku. Wtedy to słynny inżynier Lenoir zbudował swój pierwszy gazowy silnik spalinowy. Ten aparat był prymitywny i działał bez wstępnego sprężania komory spalania. Nowoczesne silniki nie mogą się z tym równać. Obecnie wykorzystanie paliw gazowych nie ogranicza się do samochodów. Ten ekologiczny, tani i przystępny cenowo rodzaj paliwa aktywnie podbija coraz to nowe nisze i jest aktywnie wykorzystywany we wszystkich sektorach gospodarki narodowej. Ten artykuł zawiera opis, charakterystykę paliwa. Ogólnie opisuje, w jaki sposób są produkowane i używane.

Informacje ogólne

Paliwo gazowe to substancja wysoce łatwopalna. Ta jakość i użyteczna właściwość jest wykorzystywana w różnych gałęziach nauki itechnologia. Na przykład ludność i przemysł coraz częściej korzystają z kotłów na paliwo gazowe. W paliwie tym mogą występować w różnych ilościach tlenki (dwutlenki) węgla, pary dwutlenku węgla, a także pierwiastki takie jak azot, wodór, tlen i inne zanieczyszczenia. Nowoczesne urządzenia pracujące na paliwie gazowym są bardzo wrażliwe na skład chemiczny gazu roboczego. Jeśli nie spełnia norm zalecanych przez producenta, sprzęt najprawdopodobniej ulegnie awarii i konieczne będą kosztowne naprawy.

Wszystkie substancje wchodzące w skład gazów można podzielić na palne i niepalne. Pierwsze, oprócz metanu, to etan, propan i butan. Wybuchowe i odpowiednio palne są tlenek węgla i wodór. Szczególnie niebezpieczny jest wodór. Z tego powodu nie zaleca się przechowywania go w butlach gazowych. Najlepszym rozwiązaniem jest zakup generatora wodoru. To urządzenie w razie potrzeby wydobywa wodór z wody destylowanej. Tym samym odpada groźba detonacji dużej ilości gazu.

Państwo jest monopolistą w handlu hurtowym paliwami płynnymi i gazowymi. Wskazuje to na strategiczne znaczenie tego rodzaju surowca.

Klasyfikacja paliwa według pochodzenia

Podobnie jak płynne, paliwa gazowe mogą być wydobywane jako minerał lub mogą być produkowane w sztucznych warunkach. W pierwszym przypadku takie paliwo nazywa się naturalnym, a w drugim -sztuczne.

Specjaliści odnotowali różnice w składzie paliw płynnych i gazowych wydobywanych z różnych regionów. Ze względu na różnice w składzie chemicznym występują również niewielkie różnice w ilości ciepła wydzielanego podczas spalania. Naturalne paliwo gazowe jest prawie całkowicie (95-99%, w zależności od pola) składa się z tzw. metanu (wzór chemiczny - CH_{4). Paliwo to nazywa się gazem ziemnym. A to dziś najtańsze źródło energii. Z tego powodu ten rodzaj zasobów energetycznych jest aktywnie wykorzystywany we wszystkich sektorach gospodarki narodowej. Jednak wszystkie zalety są przyćmione przez niski poziom bezpieczeństwa urządzeń pracujących na paliwach gazowych. W mediach regularnie pojawiają się niepokojące informacje o wypadkach i ofiarach śmiertelnych w wyniku naruszeń zasad eksploatacji instalacji gazowych.}

Sztuczne paliwa gazowe obejmują substancje otrzymywane w wyniku przetwarzania paliw stałych lub ciekłych. Jego najbardziej powszechnymi i popularnymi rodzajami są gazy z krakingu koksowniczego. Do tej grupy można również zaliczyć oświetlenie, wodę i paliwa mieszane. W zależności od składu chemicznego danego gazu, poziom ciepła wydzielanego podczas spalania zmienia się w szerokim zakresie. Takie substancje są silnie wybuchowe. Z tego powodu zaleca się ich zmieszanie z gazem ziemnym przed spaleniem. Środek ten zwiększa o rząd wielkości bezpieczeństwo pracy urządzeń pracujących na paliwie gazowym. Te manipulacje są przeprowadzane na specjalnie wyposażonych podstawach. Wtedy takiegaz jest dostarczany użytkownikowi końcowemu w butlach lub w inny sposób. Ale pomimo tego, że taka mieszanka jest mniej niebezpieczna, nadal należy się z nią obchodzić z najwyższą ostrożnością, zgodnie ze wszystkimi zasadami i przepisami dotyczącymi pracy ze zbiornikami ciśnieniowymi i przepisami bezpieczeństwa. I to nie jedyne niebezpieczeństwo. Ta substancja jest toksyczna, a jej wdychanie może spowodować poważne konsekwencje, a nawet śmierć.

Klasyfikacja paliwa według celu

Paliwo w postaci gazowej stosowane jest zarówno w instalacjach cieplnych jak iw silnikach spalinowych. W związku z tym na tej podstawie można je podzielić na paliwo silnikowe i paliwo kotłowe.

Gaz ziemny jest tradycyjnie używany jako paliwo do kotłów i pieców. W rzadkich przypadkach stosuje się paliwo sztuczne. Ten sam rodzaj paliwa, tylko z pewnymi dodatkami, jest również używany do tankowania samochodów.

Opis gazu ziemnego

Trudno przecenić znaczenie tego minerału dla gospodarki naszego państwa i rozwoju gospodarczego świata jako całości. Korzysta z niego wiele samochodów, kotłów na paliwo gazowe, elektrowni i elektrociepłowni. Na podstawie prognozowanych cen błękitnego paliwa (jak bywa nazywany gaz ziemny) tworzone są budżety państw.

Ponad 90% tego gazu składa się z cząsteczek metanu (CH_{4). Oprócz metanu gaz ziemny zawiera również butan z propanem, azot, dwutlenek węgla, parę wodną i inne zanieczyszczenia (są uważane za szkodliwe). WW niewielkich ilościach gaz ziemny zawiera również gazy obojętne (hel i inne). Uważa się, że te ostatnie mają korzystny wpływ na maszyny, urządzenia i mechanizmy działające na gaz, a także poprawiają fizykę procesów spalania paliw. Przydatność paliwa do użycia, jego jakość oceniana jest na podstawie procentowej zawartości składników węglowodorowych.}

Gaz ziemny to nie tylko cenne paliwo, ale także surowiec dla wielu gałęzi przemysłu. Tak więc z zawartego w nim metanu duże zakłady chemiczne produkują wodór. Aby ta reakcja mogła zajść, musi zostać utleniony. Oprócz wodoru wytwarza się z niego acetylen. Na bazie tych substancji powstają wszelkiego rodzaju aldehydy, alkohol metylowy (substancja bardzo toksyczna i niebezpieczna), amoniak, aceton, kwas octowy i tak dalej. Faktem jest jednak, że głównym obszarem zastosowania gazu ziemnego jest spalanie paliw gazowych na potrzeby różnych mechanizmów napędowych (silników samochodowych) i urządzeń kotłowych.

Podstawowe właściwości gazów

Wszystkie gazy (nie tylko paliwo) łączy stosunkowo mały wskaźnik gęstości. Dla rozpatrywanego gazu ziemnego i jego sztucznych analogów jego wartość jest utrzymywana w granicach 0,8 kilograma na metr sześcienny. Gęstość skroplonego paliwa gazowego jest nieco wyższa i wynosi około 2,3 kilograma na metr sześcienny.

Gazy to w większości substancje toksyczne. Toksyczność wzrasta wraz ze wzrostem zawartości tlenków węgla izwiązki siarki z wodorem w gazie. Przy zawartości jednego lub więcej procent opisanych szkodliwych gazów w atmosferze, osoba wdycha śmiertelną dawkę trującej substancji w ciągu trzech minut.

Powyższe gazy są wybuchowe. Ponadto wraz ze wzrostem zawartości tlenku węgla i wodoru wzrasta ryzyko detonacji. Ciekawa cecha: gdy zawartość tych substancji przekracza 74%, prawdopodobieństwo detonacji gazu jest prawie zerowe.

Kluczowe właściwości paliwa

W analizie porównawczej określonego rodzaju paliwa eksperci operują następującymi pojęciami: wilgotność paliwa, zawartość siarki, popiół (pozostałość), wartość opałowa i moc cieplna.

Wydajność grzewcza odnosi się do temperatury wystarczającej do procesu spalania przy minimalnej zawartości tlenu. Jednocześnie ani powietrze, ani mieszanina palna nie są dodatkowo podgrzewane.

Stała pozostałość z pola spalania nazywana jest popiołem. Nie może już palić. Żużel to ten sam popiół, tylko po stopieniu. Powstawanie tej substancji niekorzystnie wpływa na pracę całego układu, zatyka osprzęt paliwowy. Dlatego ten wskaźnik należy wziąć pod uwagę podczas prac projektowych.

Ważnym wskaźnikiem jest wilgoć. Wpływa negatywnie na właściwości paliwa. Jego obecność powoduje wzrost objętości spalin, spadek wydajności instalacji.

Produkty spalania siarki i jej związków powodują i aktywują procesy korozji na powierzchniachstalowe części silników i układów wydechowych. Ponadto mają negatywny wpływ na środowisko i zdrowie ludzi. Dlatego ten wskaźnik jest również bardzo ważny do rozważenia.

Wartość opałowa jest bardzo ważną cechą. Jest brany pod uwagę przy obliczaniu i projektowaniu sprzętu i pozwala określić zużycie paliwa. Ta wartość jest określana eksperymentalnie. Do tych celów stosuje się specjalny kalorymetr. Spalana jest znana ilość (masa) paliwa i rejestrowana jest zmiana temperatury wody w kalorymetrze. Następnie wystarczy podstawić uzyskane informacje do wzoru i obliczyć ciepło spalania.

Powiązany gaz

Jeżeli gaz ziemny jest wydobywany z odwiertów, gaz towarzyszący jest produktem ubocznym produkcji ropy naftowej. Zawartość metanu w takim gazie jest nieco mniejsza niż w tradycyjnym gazie ziemnym. Jednak spalanie paliw gazowych wytwarza porównywalne ciepło.

Gaz będący produktem ubocznym (powiązany) jest również produkowany przez zakłady metalurgiczne. W tych przedsiębiorstwach paliwo emitowane jest w piecach. Są to tzw. gazy koksownicze i wielkopiecowe. Z reguły gazy te spalane są na miejscu (doprowadzane do pieca lub kotłowni). Podobny produkt uboczny powstaje w kopalniach głębinowych, co często prowadzi do katastrof.

Wytwarzanie gazu metodą suchej destylacji

Gaz sztuczny jest uzyskiwany w wyniku dodatkowej obróbki paliwa stałego (płynnego). W ten sposób można uzyskać tzw. gaz generatorowy i gaz suchej destylacji.

Po wyschnięciupaliwo destylacyjne rozkłada się pod wpływem wysokiej temperatury. W takim przypadku konieczne jest wykluczenie dostępu środka utleniającego (powietrza). Po serii etapów pierwotne paliwo rozkłada się na własny gaz, związki smoły i koks. Dokładny skład powstających produktów zależy od początkowego składu paliwa i warunków procesu (przede wszystkim od temperatury).

Proces destylacji, który odbywa się w wysokich temperaturach (w zakresie 1000 - 1100 stopni Celsjusza), nazywany jest koksowaniem. Produktami rozkładu w tym przypadku są sam gaz (koks) i koks. Gęstość i ciepło spalania powstałego gazu są stosunkowo niskie (odpowiednio 0,5 kilograma na metr sześcienny i 16 000 kilodżuli na metr sześcienny). Jedna tona węgla podczas tej obróbki jest przetwarzana na 350 metrów sześciennych gazu. Wskaźnik ten może się różnić i zależy od warunków procesu oraz składu chemicznego i pochodzenia surowca (węgla).

Istnieje również niskotemperaturowa sucha destylacja. Polega na przetwarzaniu paliw stałych o temperaturze około 500 stopni Celsjusza. Dzięki tej metodzie powstaje minimalna ilość gazu (nie więcej niż 30 metrów sześciennych na tonę surowców). Głównym produktem w tym przypadku jest żywica, która jest dalej wykorzystywana do produkcji olejów silnikowych i paliw.

Pozyskiwanie gazu przez zgazowanie paliw stałych

Jedną z powszechnych metod pozyskiwania paliw gazowych jest tzw. zgazowanie. Polega na chemiczno-termicznej obróbce paliw stałych (łączny efekt wysokich temperatur)i obróbka chemiczna). Atomy węgla zawarte w paliwie stałym oddziałują i reagują z wodą i parą, tworząc gaz (paliwo). Podczas procesu zgazowania zachodzi również sucha destylacja. Generator gazu to urządzenie do zgazowania paliw stałych (przede wszystkim węgla). Urządzenie to wytwarza następujące substancje: metan, wodór i tlenek węgla. Oprócz gazów dźwięcznych wytwarzane są również substancje niepalne (dwutlenek węgla, tlen z azotem i para wodna).

Projekty generatorów gazu - ogromna różnorodność. Schemat i lista węzłów zależy przede wszystkim od rodzaju surowca. Ogólnie jest to cylinder z metalowymi ściankami. Posiada otwory wentylacyjne (wlot powietrza) oraz wyloty generowanego gazu. Dopływ powietrza jest wymuszony za pomocą potężnych wentylatorów. Projekt musi zapewniać właz dla operatora. Paliwo jest ładowane przez dach. Tak więc zewnętrznie jednostka ta boleśnie przypomina dobrze znany "kuchenny brzuch". Jest jednak jedna różnica - brak komina.

Generator gazu to tylko podstawa całej instalacji, rdzeń, że tak powiem. Jeśli spojrzysz na schematy takiego sprzętu, stanie się jasne, że wszystkie inne komponenty i urządzenia są zaprojektowane tak, aby doprowadzić gaz do normalnego stanu (czyszczenie, chłodzenie itd.).

Zalety używania i używania gazu

Skład paliwa gazowego pozwala na efektywne wykorzystanie go jako alternatywy dla tradycyjnej benzyny, oleju opałowego idiesel. Zapasy ropy są wyczerpane. Zdaniem ekspertów potrwa to kilkadziesiąt lat. Zasobów gazu jest znacznie więcej. Tak więc aktywne wprowadzenie i użytkowanie sprzętu gazowego we wszystkich sektorach gospodarki narodowej, jeśli nie rozwiąże, to przynajmniej odsunie dotkliwy problem niedoboru surowców węglowodorowych.

Drugą i bardzo ważną zaletą jest względna czystość produktów spalania gazu w porównaniu do spalin silników benzynowych. Innymi słowy, maszyny i mechanizmy pracujące na paliwach gazowych są bardziej przyjazne dla środowiska i nie zanieczyszczają środowiska tak bardzo. W obszarach metropolitalnych i dużych miastach problem ten jest szczególnie dotkliwy. Dlatego władze dążą do przeniesienia całej floty miejskiego transportu publicznego do nowych standardów środowiskowych.

Trzecią zaletą jest możliwość dostosowania silnika do osobistych potrzeb i preferencji poprzez dostosowanie składu mieszanki. W przyszłości pozwoli to nie przepłacać dodatkowych pieniędzy.

Czwartą korzyścią jest wydłużenie żywotności silnika i wydłużenie czasu między całkowitymi wymianami oleju silnikowego. W końcu gaz w przeciwieństwie do produktów naftowych nie usuwa tłuszczu (oleju) z powierzchni trących części mechanizmu (silnika).

Po piąte - mieszanka gazów ma znacznie większą zdolność detonacji w porównaniu z tradycyjnym paliwem. Pozwala to znacznie zwiększyć moc silnika pojazdu.

Szóste - w przeciwieństwie do paliw stałych i ciekłych, paliwa gazowe nie muszą być podgrzewane przed wtryskiem. To pozytywnewpływa zarówno na niezawodność całego systemu, jak i na wszystkie bez wyjątku wskaźniki wydajności.

Siódma zaleta: dzięki zastosowaniu wtrysku gazu do butli staje się bardziej jednorodny. W ten sposób zwiększa się płynność toru i pracy mechanizmów napędowych, zmniejsza się zużycie części mocno obciążonych.

Niestety nie zawsze wszystkie opisane korzyści są osiągane. Najczęściej właściciele pojazdów zamieniają silniki benzynowe na paliwo gazowe, aby zaoszczędzić na różnicy w kosztach paliwa. Jednak silnik został zaprojektowany na benzynę lub olej napędowy. Stąd niezbyt dobrze skoordynowana praca wszystkich części. Inżynierowie obliczyli, że kiedy samochód przechodzi z benzyny na gaz, silnik traci około 20 procent swojej mocy. Aby zrekompensować straty, wielu właścicieli zwiększa stopień sprężania przestrzeni komory spalania. To znacznie skraca żywotność silnika. Kolejnym środkiem jest instalacja systemu turbodoładowania. Ale to wydarzenie będzie musiało zainwestować dużo pieniędzy. Praca silnika lub kotłowni na paliwach płynnych i gazowych wykazuje zupełnie inne wskaźniki wydajności. Co więcej, przewaga ta jest daleka od bycia po stronie paliw stałych.