Plinovito gorivo: opis, karakteristike, metode proizvodnje, primjena

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-02 13:56

Plinsko gorivo poznato je od sredine 19. stoljeća. Tada je slavni inženjer Lenoir izgradio svoj prvi plinski motor s unutarnjim izgaranjem. Ovaj aparat je bio primitivan i radio je bez prethodnog kompresije komore za izgaranje. Moderni motori mu ne odgovaraju. Danas upotreba plinovitih goriva nije ograničena samo na automobile. Ova ekološki prihvatljiva, jeftina i pristupačna vrsta goriva aktivno osvaja sve više novih niša i aktivno se koristi u svim sektorima nacionalnog gospodarstva. Ovaj članak daje opis, karakteristike goriva. Općenito, opisuje kako se proizvode i koriste.

Opće informacije

Plinovito gorivo je tvar koja je vrlo zapaljiva. Ovo kvalitetno i korisno svojstvo koristi se u raznim granama znanosti itehnologija. Na primjer, stanovništvo i industrija sve više koriste kotlove na plinsko gorivo. U ovom gorivu oksidi (dioksidi) ugljika, pare ugljičnog dioksida, kao i elementi kao što su dušik, vodik, kisik i druge nečistoće mogu biti prisutni u različitim količinama. Suvremeni uređaji koji rade na plinovitom gorivu vrlo su osjetljivi na kemijski sastav radnog plina. Ako ne zadovoljava standarde koje preporučuje proizvođač, tada će oprema najvjerojatnije otkazati i bit će potrebni skupi popravci.

Sve tvari koje tvore plinove mogu se podijeliti na zapaljive i nezapaljive. Prvi su, osim metana, etan, propan i butan. Eksplozivni i, sukladno tome, zapaljivi su ugljični monoksid i vodik. Posebno je opasan vodik. Iz tog razloga se ne preporuča čuvati u plinskim bocama. Najbolje rješenje je kupnja generatora vodika. Ovaj uređaj po potrebi izvlači vodik iz destilirane vode. Time je otklonjena opasnost od detonacije velike količine plina.

Država je monopol u trgovini na veliko tekućim i plinovitim gorivima. To ukazuje na stratešku važnost ove vrste sirovina.

Razvrstavanje goriva prema porijeklu

Poput tekućih, plinovita goriva mogu se kopati kao mineral ili se mogu proizvoditi u umjetnim uvjetima. U prvom slučaju, takvo gorivo se naziva prirodnim, au drugom -umjetno.

Stručnjaci su zabilježili razlike u sastavu tekućih i plinovitih goriva ekstrahiranih iz različitih regija. Zbog razlika u kemijskom sastavu postoje i male razlike u količini topline koja se oslobađa tijekom izgaranja. Prirodno plinovito gorivo gotovo u potpunosti (95-99%, ovisno o polju) sastoji se od tzv. metana (kemijska formula - CH_{4). Ovo gorivo naziva se prirodni plin. A to je danas najjeftiniji izvor energije. Iz tog razloga se ova vrsta energenata aktivno koristi u svim sektorima nacionalnog gospodarstva. Međutim, sve prednosti su zasjenjene niskom razinom sigurnosti uređaja koji rade na plinovitim gorivima. U medijima se redovito pojavljuju uznemirujuće vijesti o nesrećama i ljudskim žrtvama kao posljedica kršenja pravila rada plinskih instalacija.}

Umjetna plinovita goriva uključuju tvari dobivene preradom krutih ili tekućih goriva. Njegove najčešće i popularne vrste su plinovi za krekiranje koksa. Rasvjeta, voda i miješana goriva također mogu biti uključeni u ovu skupinu. Ovisno o kemijskom sastavu određenog plina, razina topline koja se oslobađa tijekom izgaranja varira u širokom rasponu. Takve tvari su vrlo eksplozivne. Iz tog razloga se preporuča miješati s prirodnim plinom prije izgaranja. Ova mjera povećava sigurnost rada uređaja koji rade na plinovitom gorivu za red veličine. Te se manipulacije provode na posebno opremljenim bazama. Onda takavplin se dobavlja krajnjem korisniku u bocama ili na drugi način. No, unatoč činjenici da je takva mješavina manje opasna, s njom je potrebno rukovati iznimno pažljivo, u skladu sa svim pravilima i propisima za rad s tlačnim posudama i sigurnosnim propisima. I to nije jedina opasnost. Ova tvar je otrovna i udisanje može uzrokovati ozbiljne posljedice, pa čak i smrt.

Razvrstavanje goriva prema namjeni

Gorivo u plinovitom obliku koristi se i u toplinskim instalacijama i u motorima s unutarnjim izgaranjem. Sukladno tome, na osnovu toga se može podijeliti na motorno gorivo i gorivo za kotlovske peći.

Prirodni plin se tradicionalno koristi kao gorivo za kotlove i peći. U rijetkim slučajevima koristi se umjetno gorivo. Ista vrsta goriva, samo s nekim aditivima, također se koristi za punjenje automobila.

Opis prirodnog plina

Teško je precijeniti važnost ovog minerala za gospodarstvo naše države i gospodarski razvoj svijeta u cjelini. Koriste ga mnogi automobili, kotlovi na plinsko gorivo, elektrane i termoelektrane. Na temelju predviđenih cijena plavog goriva (kako se ponekad naziva prirodni plin) sastavljaju se državni proračuni.

Više od 90% ovog plina sastoji se od molekula metana (CH_{4). Uz metan, prirodni plin sadrži i butan s propanom, dušikom, ugljičnim dioksidom, vodenom parom i drugim nečistoćama (smatraju se štetnim). NAU malim količinama prirodni plin sadrži i inertne plinove (helij i druge). Vjeruje se da potonji imaju blagotvoran učinak na strojeve, uređaje i mehanizme koji rade na plin, a također poboljšavaju fiziku procesa izgaranja goriva. Pogodnost goriva za upotrebu, njegova kvaliteta ocjenjuje se postotkom ugljikovodičnih komponenti.}

Prirodni plin nije samo vrijedno gorivo, već i sirovina za brojne industrije. Dakle, iz metana koji sadrži, velike kemijske tvornice proizvode vodik. Da bi se ova reakcija odvijala, mora se oksidirati. Osim vodika, iz njega se proizvodi acetilen. Na temelju tih tvari proizvode se sve vrste aldehida, metilni alkohol (vrlo otrovna i opasna tvar), amonijak, aceton, octena kiselina itd. Međutim, ostaje činjenica da je glavno područje primjene prirodnog plina izgaranje plinovitih goriva za potrebe raznih pogonskih mehanizama (automotora) i kotlovskih uređaja.

Osnovna svojstva plinova

Sve plinove (ne samo gorivo) ujedinjuje relativno mali indeks gustoće. Za razmatrani prirodni plin i njegove umjetne analoge, njegova vrijednost se drži u području od 0,8 kilograma po kubnom metru. Gustoća ukapljenog plinovitog goriva nešto je veća i iznosi približno 2,3 kilograma po kubnom metru.

Plinovi su uglavnom otrovne tvari. Toksičnost se povećava kako se povećava sadržaj ugljičnih oksida ispojevi sumpora s vodikom u plinu. Uz sadržaj od jednog ili više posto opisanih štetnih plinova u atmosferi, čovjek će za tri minute udahnuti smrtonosnu dozu otrovne tvari.

Plinovi o kojima je riječ su eksplozivni. Štoviše, s povećanjem postotka ugljičnog monoksida i vodika povećava se rizik od detonacije. Zanimljiva značajka: kada je sadržaj ovih tvari veći od 74%, vjerojatnost detonacije plina je gotovo nula.

Ključne karakteristike goriva

U usporednoj analizi određene vrste goriva, stručnjaci operiraju sa sljedećim konceptima: vlaga goriva, sadržaj sumpora, pepeo (ostatak), kalorijska vrijednost i izlaz topline.

Kapacitet grijanja odnosi se na temperaturu dovoljnu za proces izgaranja s minimalnim sadržajem kisika. Istovremeno, ni zrak ni zapaljiva smjesa se dodatno ne zagrijavaju.

Čvrsti ostatak iz polja izgaranja naziva se pepeo. Ona više ne može gorjeti. Šljaka je isti pepeo, samo nakon topljenja. Formiranje ove tvari negativno utječe na rad cijelog sustava, začepljuje opremu za gorivo. Stoga je ovaj pokazatelj važno uzeti u obzir tijekom projektiranja.

Važan pokazatelj je vlaga. Negativno utječe na karakteristike goriva. Njegova prisutnost uzrokuje povećanje volumena ispušnih plinova, smanjenje učinkovitosti instalacije.

Produkti izgaranja sumpora i njegovih spojeva uzrokuju i aktiviraju procese korozije na površinamačelični dijelovi motora i ispušnih sustava. Osim toga, negativno utječu na okoliš i zdravlje ljudi. Stoga je i ovaj pokazatelj vrlo važno uzeti u obzir.

Kalorična vrijednost je vrlo važna karakteristika. Uzima se u obzir pri izračunu i dizajnu opreme i omogućuje određivanje potrošnje goriva. Ova se vrijednost određuje eksperimentalno. U te se svrhe koristi poseban kalorimetar. Sagorijeva se poznata količina (masa) goriva i bilježi se promjena temperature vode u kalorimetru. Tada je dovoljno dobivene podatke zamijeniti u formulu i izračunati toplinu izgaranja.

Povezani plin

Ako se prirodni plin vadi iz bušotina, povezani plin je nusproizvod proizvodnje nafte. Sadržaj metana u takvom plinu je nešto manji nego u tradicionalnom prirodnom plinu. Međutim, izgaranje plinovitih goriva proizvodi usporedivu toplinu.

Nusproizvodni plin (povezani) također proizvode metalurške tvornice. U tim poduzećima gorivo se emitira u pećima. To su takozvani plinovi iz koksa i visokih peći. U pravilu se ovi plinovi spaljuju na licu mjesta (dovode se u peć ili kotlovsku stanicu). Sličan nusproizvod proizvodi se u dubokim rudnicima, što često dovodi do katastrofa.

Proizvodnja plina suhom destilacijom

Umjetni plin se dobiva dodatnom preradom krutog (tekućeg) goriva. Na taj način se može dobiti tzv. proizvodni plin i plin za suhu destilaciju.

Kada se osušigorivo za destilaciju se razgrađuje pod utjecajem visokih temperatura. U tom slučaju potrebno je isključiti pristup oksidacijskog sredstva (zrak). Nakon niza koraka, izvorno gorivo se razgrađuje na vlastiti plin, spojeve katrana i koks. Točan sastav nastalih proizvoda ovisi o početnom sastavu goriva i uvjetima procesa (prvenstveno o temperaturi).

Proces destilacije, koji se odvija na visokim temperaturama (u području od 1000 - 1100 stupnjeva Celzija), naziva se koksiranje. Produkti razgradnje u ovom slučaju su stvarni plin (koks) i koks. Gustoća i toplina izgaranja nastalog plina su relativno niske (0,5 kilograma po kubičnom metru, odnosno 16.000 kilojoula po kubičnom metru). Jedna tona ugljena tijekom ovog tretmana pretvara se u 350 kubičnih metara plina. Ovaj pokazatelj može varirati i ovisi o uvjetima procesa te o kemijskom sastavu i podrijetlu sirovine (uglja).

Postoji i suha destilacija na niskoj temperaturi. Sastoji se od prerade krutog goriva s temperaturama u području od 500 stupnjeva Celzija. Ovom metodom formira se minimalna količina plina (ne više od 30 kubičnih metara po toni sirovina). Glavni proizvod u ovom slučaju je smola koja se dalje koristi u proizvodnji motornih ulja i goriva.

Dobivanje plina plinofikacijom krutih goriva

Jedna od uobičajenih metoda za dobivanje plinovitih goriva je tzv. Sastoji se od kemijsko-termičke obrade krutih goriva (kombinirani učinak visokih temperaturai kemijska obrada). Atomi ugljika sadržani u čvrstom gorivu međusobno djeluju i reagiraju s vodom i parom, tvoreći plin (gorivo). Tijekom procesa rasplinjavanja dolazi i do suhe destilacije. Plinski generator je uređaj za rasplinjavanje krutih goriva (prvenstveno ugljena). Ovaj uređaj proizvodi sljedeće tvari: metan, vodik i ugljični monoksid. Osim zvučnih plinova, proizvode se i nezapaljive tvari (ugljični dioksid, kisik s dušikom i vodena para).

Dizajna plinskih generatora - velika raznolikost. Shema i popis čvorova prvenstveno ovisi o vrsti sirovine. Općenito, to je cilindar s metalnim stijenkama. Ima otvore za ventilaciju (ulaz zraka) i za izlaz generiranog plina. Dovod zraka je prisilan, pomoću snažnih ventilatora. Dizajn mora osigurati otvor za operatera. Gorivo se puni kroz krov. Stoga, izvana, ova jedinica bolno podsjeća na poznatu "trbušnu peć". Međutim, postoji jedna razlika - nepostojanje dimnjaka.

Plinski generator je samo osnova cijele instalacije, jezgra, da tako kažem. Ako pogledate dijagrame takve opreme, postaje jasno da su sve ostale komponente i uređaji dizajnirani da dovedu plin u normalno stanje (čišćenje, hlađenje i tako dalje).

Prednosti korištenja i korištenja plina

Sastav plinovitog goriva omogućuje da se učinkovito koristi kao alternativa tradicionalnom benzinu, loživom ulju idizel. Rezerve nafte su iscrpljene. Prema riječima stručnjaka, trajat će nekoliko desetljeća. Zalihe plina su puno više. Dakle, aktivno uvođenje i korištenje plinske opreme u svim sektorima nacionalnog gospodarstva će, ako ne riješiti, onda barem odgoditi akutni problem nestašice ugljikovodičnih sirovina.

Druga i vrlo važna prednost je relativna čistoća produkata izgaranja plina u usporedbi s ispušnim plinovima benzinskih motora. Drugim riječima, strojevi i mehanizmi koji rade na plinovita goriva su ekološki prihvatljiviji i ne zagađuju okoliš toliko. U metropolitanskim područjima i velikim gradovima ovaj je problem posebno akutan. Stoga vlasti nastoje prevesti cjelokupnu flotu gradskog javnog prijevoza na nove ekološke standarde.

Treća prednost je mogućnost prilagođavanja motora osobnim potrebama i preferencijama prilagođavanjem sastava smjese. To će vam u budućnosti omogućiti da ne preplaćujete dodatni novac.

Četvrta prednost je povećanje vijeka trajanja motora i povećanje vremena između potpunih izmjena motornog ulja. Uostalom, plin, za razliku od naftnih derivata, ne uklanja masnoću (ulje) s površina trljajućih dijelova mehanizma (motora).

Peto - mješavina plina ima mnogo veću sposobnost detonacije u usporedbi s tradicionalnim gorivom. To vam omogućuje značajno povećanje snage motora vozila.

Šesto - za razliku od krutih i tekućih goriva, plinovita goriva se ne moraju zagrijavati prije ubrizgavanja. To je pozitivnoutječe i na pouzdanost cijelog sustava i na sve pokazatelje izvedbe bez iznimke.

Sedma prednost: korištenjem ubrizgavanja plina u cilindre postaje ujednačenije. Tako se povećava glatkoća toka i rada pogonskih mehanizama, smanjuje se trošenje visoko opterećenih dijelova.

Nažalost, ne postižu se uvijek sve opisane pogodnosti. Vlasnici vozila najčešće pretvaraju benzinske motore u plinsko gorivo kako bi uštedjeli na razlici u troškovima goriva. Međutim, motor je dizajniran za benzin ili dizel. Otuda i ne baš usuglašen rad svih dijelova. Inženjeri su izračunali da kada se automobil prebaci s benzina na plin, motor gubi oko 20 posto svoje snage. Kako bi nadoknadili gubitak, mnogi vlasnici povećavaju omjer kompresije prostora komore za izgaranje. To uvelike skraćuje vijek trajanja motora. Druga mjera je ugradnja sustava turbo punjenja. Ali ovaj događaj morat će uložiti mnogo novca. Rad motora ili kotlovnice na tekuća i plinovita goriva pokazuje potpuno različite pokazatelje učinka. Štoviše, prednost je daleko od toga da je na strani krutih goriva.