Газообразно гориво: описание, характеристики, методи на производство, приложение

2024 Автор: Howard Calhoun | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-02 13:50

Газово гориво е известно от средата на 19-ти век. Тогава известният инженер Леноар построява първия си газов двигател с вътрешно горене. Този апарат беше примитивен и работеше без предварително компресиране на горивната камера. Съвременните двигатели не са подходящи за него. Днес използването на газообразни горива не се ограничава само до автомобилите. Този екологичен, евтин и достъпен вид гориво активно завладява все повече и повече нови ниши и се използва активно във всички сектори на националната икономика. Тази статия предоставя описание, характеристики на горивото. Най-общо описва как се произвеждат и използват.

Обща информация

Газообразното гориво е силно запалимо вещество. Това качествено и полезно свойство се използва в различни клонове на науката итехнология. Например населението и индустрията все повече използват котли на газообразно гориво. В това гориво могат да присъстват въглеродни оксиди (диоксиди), пари на въглероден диоксид, както и елементи като азот, водород, кислород и други примеси в различни количества. Съвременните устройства, работещи на газообразно гориво, са много чувствителни към химичния състав на работния газ. Ако не отговаря на стандартите, препоръчани от производителя, тогава оборудването най-вероятно ще се повреди и ще са необходими скъпи ремонти.

Всички вещества, които изграждат газове, могат да бъдат разделени на горими и незапалими. Първите, освен метан, са етан, пропан и бутан. Експлозивни и съответно запалими са въглеродният оксид и водородът. Водородът е особено опасен. Поради тази причина не се препоръчва да се съхранява в газови бутилки. Най-доброто решение е да закупите водороден генератор. Това устройство извлича водород от дестилирана вода, ако е необходимо. По този начин заплахата от детонация на голям обем газ е елиминирана.

Държавата е монопол в търговията на едро с течни и газообразни горива. Това показва стратегическото значение на този вид суровина.

Класификация на горивото по произход

Подобно на течности, газообразните горива могат да бъдат добивани като минерали или могат да се произвеждат в изкуствени условия. В първия случай такова гориво се нарича естествено, а във втория -изкуствен.

Специалисти са регистрирали разлики в състава на течни и газообразни горива, добивани от различни региони. Поради разликите в химичния състав има и леки разлики в количеството топлина, отделяна по време на горенето. Природното газообразно гориво почти изцяло (95-99%, в зависимост от находището) се състои от така наречения метан (химическа формула - CH_{4). Това гориво се нарича природен газ. И това е най-евтиният източник на енергия днес. Поради тази причина този вид енергийни ресурси се използва активно във всички сектори на националната икономика. Всички предимства обаче са засенчени от ниското ниво на безопасност на устройствата, работещи на газообразни горива. В медиите редовно се появяват тревожни новини за аварии и човешки жертви в резултат на нарушения на правилата за експлоатация на газови инсталации.}

Изкуствените газообразни горива включват вещества, получени от преработката на твърди или течни горива. Най-често срещаните и популярни видове са газовете за крекинг на кокс. Осветление, вода и смесени горива също могат да бъдат включени в тази група. В зависимост от химичния състав на конкретен газ, нивото на топлината, отделена по време на горенето, варира в широк диапазон. Такива вещества са силно експлозивни. Поради тази причина се препоръчва да се смесват с природен газ преди изгаряне. Тази мярка повишава с порядък безопасността на работа на устройства, работещи на газообразно гориво. Тези манипулации се извършват на специално оборудвани бази. Тогава такъвгазът се доставя на крайния потребител в бутилки или по друг начин. Но въпреки факта, че такава смес е по-малко опасна, все пак трябва да се работи изключително внимателно, при спазване на всички правила и разпоредби за работа с съдове под налягане и правилата за безопасност. И това не е единствената опасност. Това вещество е токсично и вдишването може да причини сериозни последици и дори смърт.

Класификация на горивото по предназначение

Гориво в газообразна форма се използва както в термични инсталации, така и в двигатели с вътрешно горене. Съответно на тази основа може да се раздели на моторно гориво и гориво за котелно пещ.

Природният газ традиционно се използва като гориво за котли и пещи. В редки случаи се използва изкуствено гориво. Същият вид гориво, само с някои добавки, се използва и за зареждане на автомобили.

Описание на природния газ

Трудно е да се надцени значението на този минерал за икономиката на нашата държава и икономическото развитие на света като цяло. Много автомобили, котли на газово гориво, електроцентрали и комбинирани топлоелектрически централи го използват. Въз основа на прогнозните цени на синьото гориво (както понякога наричат природния газ) се изготвят държавните бюджети.

Повече от 90% от този газ се състои от молекули метан (CH_{4). Освен метан, природният газ съдържа и бутан с пропан, азот, въглероден диоксид, водна пара и други примеси (те се считат за вредни). ATВ малки количества природният газ съдържа и инертни газове (хелий и други). Смята се, че последните имат благоприятен ефект върху машини, устройства и механизми, работещи на газ, а също така подобряват физиката на процесите на изгаряне на горивото. Пригодността на горивото за употреба, неговото качество се преценява по процента на въглеводородните компоненти.}

Природният газ е не само ценно гориво, но и суровина за редица индустрии. И така, от метана, който съдържа, големите химически заводи произвеждат водород. За да се осъществи тази реакция, тя трябва да се окисли. В допълнение към водорода, от него се произвежда ацетилен. На базата на тези вещества се произвеждат всички видове алдехиди, метилов алкохол (много токсично и опасно вещество), амоняк, ацетон, оцетна киселина и т.н. Въпреки това остава фактът, че основната област на приложение на природния газ е изгарянето на газообразни горива за целите на различни задвижващи механизми (автомобилни двигатели) и котелни устройства.

Основни свойства на газовете

Всички газове (не само гориво) са обединени от относително малък индекс на плътност. За разглеждания природен газ и неговите изкуствени аналози стойността му се поддържа в района на 0,8 килограма на кубичен метър. Плътността на втечненото газообразно гориво е малко по-висока и е приблизително 2,3 килограма на кубичен метър.

Газовете са предимно токсични вещества. Токсичността се увеличава с увеличаване на съдържанието на въглеродни оксиди исерни съединения с водород в газ. При съдържание на един или повече процента от описаните вредни газове в атмосферата, човек ще вдишва смъртоносна доза от отровно вещество за три минути.

Въпросните газове са експлозивни. Освен това с увеличаване на процента на въглероден оксид и водород рискът от детонация се увеличава. Интересна особеност: когато съдържанието на тези вещества е повече от 74%, вероятността от газова детонация е почти нула.

Основни характеристики на горивото

В сравнителен анализ на конкретен вид гориво, експертите оперират със следните понятия: влага в горивото, съдържание на сяра, пепел (остатък), калоричност и топлинна мощност.

Отоплителна мощност се отнася до температурата, достатъчна за процеса на горене с минимално съдържание на кислород. В същото време нито въздухът, нито горимата смес не се нагряват допълнително.

Твърдият остатък от горивното поле се нарича пепел. Тя вече не може да гори. Шлаката е същата пепел, само след топене. Образуването на това вещество влияе неблагоприятно върху работата на цялата система, запушва горивното оборудване. Следователно, този индикатор е важно да се вземе предвид по време на проектирането.

Важен индикатор е влагата. Това се отразява негативно на характеристиките на горивото. Неговото присъствие причинява увеличаване на обема на отработените газове, намаляване на ефективността на инсталацията.

Продуктите на горене на сярата и нейните съединения причиняват и активират корозионните процеси върху повърхноститестоманени части на двигатели и изпускателни системи. Освен това те имат отрицателно въздействие върху околната среда и човешкото здраве. Следователно този индикатор също е много важен за разглеждане.

калоричността е много важна характеристика. Той се взема предвид при изчисляването и проектирането на оборудването и ви позволява да определите разхода на гориво. Тази стойност се определя експериментално. За тези цели се използва специален калориметър. Известно количество (маса) гориво се изгаря и се записва промяната в температурата на водата на калориметъра. След това е достатъчно получената информация да се замести във формулата и да се изчисли топлината на горене.

Спороден газ

Ако природният газ се добива от сондажи, свързаният газ е страничен продукт от добива на нефт. Съдържанието на метан в такъв газ е малко по-малко, отколкото в традиционния природен газ. Въпреки това, изгарянето на газообразни горива произвежда сравнима топлина.

Страничен продукт газ (свързан) също се произвежда от металургични заводи. В тези предприятия горивото се отделя в пещите. Това са така наречените газове от коксови пещи и доменни пещи. По правило тези газове се изгарят на място (подава се към пещ или котелна станция). Подобен страничен продукт се произвежда в дълбоки мини, което често води до бедствия.

Производство на газ чрез суха дестилация

Изкуственият газ се получава чрез допълнителна обработка на твърдо (течно) гориво. По този начин могат да бъдат получени т. нар. производителен газ и газ за суха дестилация.

Когато е сухадестилационното гориво се разлага под въздействието на високи температури. В този случай е необходимо да се изключи достъпът на окислител (въздух). След поредица от стъпки оригиналното гориво се разлага на собствен газ, катранени съединения и кокс. Точният състав на образуваните продукти зависи от първоначалния състав на горивото и условията на процеса (предимно от температурата).

Процесът на дестилация, който протича при високи температури (в района на 1000 - 1100 градуса по Целзий), се нарича коксуване. Продуктите на разлагането в този случай са действителният газ (кокс) и кокс. Плътността и топлината на изгаряне на получения газ са относително ниски (0,5 килограма на кубичен метър и съответно 16 000 килоджаула на кубичен метър). Един тон въглища при тази обработка се превръща в 350 кубически метра газ. Този индикатор може да варира и зависи от условията на процеса и от химичния състав и произхода на суровината (въглища).

Има и нискотемпературна суха дестилация. Състои се в преработка на твърдо гориво с температури около 500 градуса по Целзий. С този метод се образува минималното количество газ (не повече от 30 кубически метра на тон суровини). Основният продукт в този случай е смолата, която се използва допълнително в производството на моторни масла и горива.

Получаване на газ чрез газификация на твърди горива

Един от разпространените методи за получаване на газообразни горива е така наречената газификация. Състои се в химико-термична обработка на твърди горива (комбиниран ефект от високи температурии химическа обработка). Въглеродните атоми, съдържащи се в твърдото гориво, взаимодействат и реагират с вода и пара, образувайки газ (гориво). По време на процеса на газификация се извършва и суха дестилация. Газогенераторът е устройство за газификация на твърди горива (предимно въглища). Това устройство произвежда следните вещества: метан, водород и въглероден оксид. В допълнение към звуковите газове се произвеждат и негорими вещества (въглероден диоксид, кислород с азот и водна пара).

Дизайн на газови генератори - огромно разнообразие. Схемата и списъкът с възли зависи преди всичко от вида на суровината. По принцип това е цилиндър с метални стени. Има отвори за вентилация (всмукване на въздух) и за изход на генерирания газ. Подаването на въздух е принудително, като се използват мощни вентилатори. Проектът трябва да предвижда люк за оператора. Горивото се зарежда през покрива. Така външно този уред болезнено прилича на добре познатата "бурена печка". Има обаче една разлика - липсата на комин.

Газгенераторът е просто основата на цялата инсталация, сърцевината, така да се каже. Ако погледнете диаграмите на такова оборудване, става ясно, че всички други компоненти и устройства са предназначени да приведат газа в нормално състояние (почистване, охлаждане и т.н.)..

Предимства от използването и използването на газ

Съставът на газообразното гориво позволява ефективно да се използва като алтернатива на традиционния бензин, мазут идизел. Нефтените резерви са изчерпани. Според експерти това ще продължи няколко десетилетия. Има много повече запаси от газ. По този начин, активното въвеждане и използване на газово оборудване във всички сектори на националната икономика, ако не реши, то поне ще отложи острия проблем с недостига на въглеводородни суровини.

Второто и много важно предимство е относителната чистота на продуктите от горенето на газ в сравнение с изгорелите газове на бензиновите двигатели. С други думи, машините и механизмите, работещи на газообразни горива, са по-екологични и не замърсяват толкова много околната среда. В градските райони и големите градове този проблем е особено остър. Поради това властите се стремят да прехвърлят целия автопарк на градския обществен транспорт към новите екологични стандарти.

Третото предимство е възможността за настройване на двигателя според личните нужди и предпочитания чрез регулиране на състава на сместа. В бъдеще това ще ви позволи да не плащате излишни пари.

Четвъртата полза е да се увеличи полезният живот на двигателя и да се увеличи времето между пълната смяна на двигателното масло. В крайна сметка газът, за разлика от петролните продукти, не отстранява мазнините (маслото) от повърхностите на триещите се части на механизма (двигателя).

Пето - газовата смес има много по-голяма детонационна способност в сравнение с традиционното гориво. Това ви позволява значително да увеличите мощността на двигателя на автомобила.

Шесто - за разлика от твърдите и течните горива, газообразните горива не трябва да се нагряват преди впръскване. Положително езасяга както надеждността на цялата система, така и всички показатели за ефективност без изключение.

Седмо предимство: с използването на газова инжекция в цилиндрите става по-равномерно. Така плавността на хода и работата на задвижващите механизми се увеличава, износването на силно натоварени части намалява.

За съжаление, не винаги се постигат всички описани ползи. Най-често собствениците на превозни средства преобразуват бензиновите двигатели в газово гориво, за да спестят пари от разликата в разходите за гориво. Двигателят обаче е проектиран за бензин или дизел. Оттук и не особено координираната работа на всички части. Инженерите са изчислили, че когато автомобилът се превключи от бензин на газ, двигателят губи около 20 процента от мощността си. За да компенсират загубата, много собственици увеличават степента на компресия на пространството на горивната камера. Това значително намалява живота на двигателя. Друга мярка е инсталирането на система за турбокомпресор. Но това събитие ще трябва да инвестира много пари. Работата на двигател или котелна инсталация на течни и газообразни горива показва напълно различни показатели за ефективност. Освен това предимството далеч не е на страната на твърдите горива.