Kaasumainen polttoaine: kuvaus, ominaisuudet, tuotantomenetelmät, käyttö

2024 Kirjoittaja: Howard Calhoun | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-02 13:54

Kaasupolttoaine on tunnettu 1800-luvun puolivälistä lähtien. Silloin kuuluisa insinööri Lenoir rakensi ensimmäisen kaasupolttomoottorinsa. Tämä laite oli primitiivinen ja toimi ilman polttokammion esipuristusta. Nykyaikaiset moottorit eivät kelpaa sille. Nykyään kaasumaisten polttoaineiden käyttö ei rajoitu autoihin. Tämä ympäristöystävällinen, halpa ja edullinen polttoainetyyppi valloittaa aktiivisesti yhä enemmän uusia markkinarakoja ja sitä käytetään aktiivisesti kaikilla kansantalouden sektoreilla. Tässä artikkelissa on kuvaus, polttoaineen ominaisuudet. Yleisesti ottaen se kuvaa kuinka ne valmistetaan ja käytetään.

Yleistä tietoa

Kaasumainen polttoaine on erittäin helposti syttyvää ainetta. Tätä laadukasta ja hyödyllistä ominaisuutta käytetään useilla tieteenaloilla jateknologiaa. Esimerkiksi väestö ja teollisuus käyttävät yhä enemmän kaasupolttoainekattiloita. Tässä polttoaineessa voi esiintyä eri määriä hiilen oksideja (dioksidia), hiilidioksidihöyryjä sekä alkuaineita, kuten typpeä, vetyä, happea ja muita epäpuhtauksia. Nykyaikaiset kaasumaisella polttoaineella toimivat laitteet ovat erittäin herkkiä työkaasun kemialliselle koostumukselle. Jos se ei täytä valmistajan suosittelemia standardeja, laite todennäköisesti epäonnistuu ja se vaatii kalliita korjauksia.

Kaikki kaasuja muodostavat aineet voidaan jakaa palaviin ja palamattomiin. Ensimmäiset ovat metaanin lisäksi etaani, propaani ja butaani. Räjähtäviä ja siten palavia ovat hiilimonoksidi ja vety. Vety on erityisen vaarallista. Tästä syystä sen säilyttämistä kaasupulloissa ei suositella. Paras ratkaisu on ostaa vetygeneraattori. Tämä laite uuttaa vetyä tislatusta vedestä tarpeen mukaan. Siten suuren kaasumäärän räjähtämisen uhka on eliminoitu.

V altiolla on monopoli nestemäisten ja kaasumaisten polttoaineiden tukkukaupassa. Tämä osoittaa tämäntyyppisten raaka-aineiden strategisen merkityksen.

Polttoaineen luokitus alkuperän mukaan

Nestemäisten polttoaineiden tapaan kaasumaisia polttoaineita voidaan louhia mineraaleina tai niitä voidaan valmistaa keinotekoisissa olosuhteissa. Ensimmäisessä tapauksessa tällaista polttoainetta kutsutaan luonnolliseksi, ja toisessa -keinotekoinen.

Spesialistit ovat havainneet eroja eri alueilta uutettujen nestemäisten ja kaasumaisten polttoaineiden koostumuksessa. Kemiallisen koostumuksen eroista johtuen myös palamisen aikana vapautuvan lämmön määrässä on pieniä eroja. Maakaasumainen polttoaine koostuu lähes kokonaan (95-99%, riippuen kentästä) ns. metaanista (kemiallinen kaava - CH_{4). Tätä polttoainetta kutsutaan maakaasuksi. Ja tämä on halvin energialähde nykyään. Tästä syystä tämän tyyppisiä energiavaroja käytetään aktiivisesti kaikilla kansantalouden sektoreilla. Kaikki edut jäävät kuitenkin kaasumaisilla polttoaineilla toimivien laitteiden alhaisen turvallisuustason varjoon. Mediassa ilmestyy säännöllisesti häiritseviä uutisia onnettomuuksista ja ihmisuhreista, jotka ovat seurausta kaasulaitosten käyttösääntöjen rikkomisesta.}

Keinotekoisia kaasumaisia polttoaineita ovat kiinteiden tai nestemäisten polttoaineiden käsittelystä saadut aineet. Sen yleisimmät ja suosituimmat tyypit ovat koksin krakkauskaasut. Myös valaistus, vesi ja sekoitettu polttoaine voidaan sisällyttää tähän ryhmään. Tietyn kaasun kemiallisesta koostumuksesta riippuen palamisen aikana vapautuvan lämmön taso vaihtelee laajalla alueella. Tällaiset aineet ovat erittäin räjähdysherkkiä. Tästä syystä ne on suositeltavaa sekoittaa maakaasuun ennen polttamista. Tämä toimenpide lisää kaasumaisella polttoaineella toimivien laitteiden käyttöturvallisuutta suuruusluokkaa. Nämä käsittelyt suoritetaan erityisesti varustetuilla alustoilla. Siis sellaisiakaasu toimitetaan loppukäyttäjälle sylintereissä tai muuten. Mutta huolimatta siitä, että tällainen seos on vähemmän vaarallinen, sitä on silti käsiteltävä äärimmäisen varovaisesti kaikkien paineastioiden kanssa työskentelemistä koskevien sääntöjen ja määräysten sekä turvallisuusmääräysten mukaisesti. Eikä tämä ole ainoa vaara. Tämä aine on myrkyllistä ja hengitettynä voi aiheuttaa vakavia seurauksia ja jopa kuoleman.

Polttoaineluokitus käyttötarkoituksen mukaan

Kaasumaista polttoainetta käytetään sekä lämpölaitteistoissa että polttomoottoreissa. Tämän mukaisesti se voidaan jakaa moottoripolttoaineeseen ja kattila-uunipolttoaineeseen.

Maakaasua käytetään perinteisesti kattiloiden ja uunien polttoaineena. Harvinaisissa tapauksissa käytetään keinotekoista polttoainetta. Samantyyppistä polttoainetta, vain joitain lisäaineita, käytetään myös autojen tankkaamiseen.

Maakaasun kuvaus

Tämän mineraalin merkitystä v altiomme taloudelle ja koko maailman taloudelliselle kehitykselle on vaikea yliarvioida. Monet autot, kaasupolttoainekattilat, voimalaitokset ja sähkön ja lämmön yhteistuotantolaitokset käyttävät sitä. Sinisen polttoaineen (kuten maakaasua joskus kutsutaan) ennustettujen hintojen perusteella laaditaan v altion budjetit.

Yli 90 % tästä kaasusta koostuu metaanimolekyyleistä (CH_{4). Maakaasu sisältää metaanin lisäksi myös butaania propaanin kanssa, typpeä, hiilidioksidia, vesihöyryä ja muita epäpuhtauksia (niitä pidetään haitallisina). ATPieniä määriä maakaasu sisältää myös inerttejä kaasuja (heliumia ja muita). Jälkimmäisten uskotaan vaikuttavan suotuisasti kaasulla toimiviin koneisiin, laitteisiin ja mekanismeihin, ja ne myös parantavat polttoaineen palamisprosessien fysiikkaa. Polttoaineen soveltuvuus käyttöön, sen laatu arvioidaan hiilivetykomponenttien prosenttiosuuden perusteella.}

Maakaasu ei ole vain arvokas polttoaine, vaan myös raaka-aine useille teollisuudenaloille. Joten sen sisältämästä metaanista suuret kemiantehtaat tuottavat vetyä. Jotta tämä reaktio tapahtuisi, se on hapetettava. Vedyn lisäksi siitä valmistetaan asetyleeniä. Näiden aineiden perusteella tuotetaan kaikenlaisia aldehydejä, metyylialkoholia (erittäin myrkyllinen ja vaarallinen aine), ammoniakkia, asetonia, etikkahappoa ja niin edelleen. Tosiasia kuitenkin on, että maakaasun pääasiallinen käyttöalue on kaasumaisten polttoaineiden poltto eri käyttömekanismeja (automoottoreita) ja kattilalaitteita varten.

Kaasujen perusominaisuudet

Kaikkia kaasuja (ei vain polttoainetta) yhdistää suhteellisen pieni tiheysindeksi. Tarkastelun maakaasun ja sen keinotekoisten analogien os alta sen arvo pidetään alueella 0,8 kiloa kuutiometriä kohden. Nesteytetyn kaasumaisen polttoaineen tiheys on hieman korkeampi ja on noin 2,3 kilogrammaa kuutiometrissä.

Kaasut ovat enimmäkseen myrkyllisiä aineita. Myrkyllisyys lisääntyy hiilioksidipitoisuuden kasvaessa jarikkiyhdisteitä, joissa on vetyä kaasussa. Kun ilmakehässä on yksi tai useampi prosentti kuvatuista haitallisista kaasuista, ihminen hengittää kolmessa minuutissa tappavan annoksen myrkyllistä ainetta.

Kyseiset kaasut ovat räjähtäviä. Lisäksi hiilimonoksidin ja vedyn prosenttiosuuden kasvaessa räjähdysvaara kasvaa. Mielenkiintoinen piirre: kun näiden aineiden pitoisuus on yli 74 %, kaasun räjähtämisen todennäköisyys on lähes nolla.

Tärkeimmät polttoaineominaisuudet

Tietyn polttoainetyypin vertailevassa analyysissä asiantuntijat käyttävät seuraavia käsitteitä: polttoaineen kosteus, rikkipitoisuus, tuhka (jäännös), lämpöarvo ja lämpöteho.

Lämmitysteho tarkoittaa lämpötilaa, joka riittää palamisprosessiin minimihappipitoisuudella. Samaan aikaan ilmaa tai palavaa seosta ei lämmitetä enempää.

P altokentän kiinteää jäännöstä kutsutaan tuhkaksi. Hän ei voi enää polttaa. Kuona on samaa tuhkaa, vasta sulamisen jälkeen. Tämän aineen muodostuminen vaikuttaa haitallisesti koko järjestelmän toimintaan, tukkii polttoainelaitteiston. Siksi tämä indikaattori on tärkeää ottaa huomioon suunnittelutyössä.

Tärkeä indikaattori on kosteus. Se vaikuttaa negatiivisesti polttoaineen ominaisuuksiin. Sen läsnäolo lisää pakokaasujen määrää ja vähentää asennuksen tehokkuutta.

Rikin ja sen yhdisteiden palamistuotteet aiheuttavat ja aktivoivat pintojen korroosioprosessejamoottoreiden ja pakojärjestelmien teräsosat. Lisäksi niillä on kielteisiä vaikutuksia ympäristöön ja ihmisten terveyteen. Siksi tämä indikaattori on myös erittäin tärkeä huomioida.

Lämpöarvo on erittäin tärkeä ominaisuus. Se otetaan huomioon laitteiden laskennassa ja suunnittelussa, ja sen avulla voit määrittää polttoaineenkulutuksen. Tämä arvo määritetään kokeellisesti. Näihin tarkoituksiin käytetään erityistä kalorimetriä. Poltetaan tunnettu määrä (massa) polttoainetta ja kalorimetrin veden lämpötilan muutos kirjataan. Sitten riittää korvata saadut tiedot kaavaan ja laskea palamislämpö.

Liittyvä kaasu

Jos maakaasua otetaan porarei'istä, siihen liittyvä kaasu on öljyntuotannon sivutuote. Metaanin pitoisuus tällaisessa kaasussa on jonkin verran pienempi kuin perinteisessä maakaasussa. Kaasumaisten polttoaineiden polttaminen tuottaa kuitenkin vastaavaa lämpöä.

Metallurgiset laitokset tuottavat myös sivutuotekaasua (liittynyttä). Näissä yrityksissä polttoainetta vapautuu uuneissa. Näitä ovat niin sanotut koksiuuni- ja masuunikaasut. Yleensä nämä kaasut poltetaan paikan päällä (syötetään uuniin tai kattilaasemaan). Samanlaista sivutuotetta tuotetaan syvällä kaivoksessa, mikä johtaa usein katastrofeihin.

Kaasun tuotanto kuivatislauksella

Keinotekoista kaasua saadaan lisäprosessoimalla kiinteää (nestemäistä) polttoainetta. Tällä tavalla voidaan saada ns. tuottajakaasua ja kuivatislauskaasua.

Kuivatislauspolttoaine hajoaa korkeiden lämpötilojen vaikutuksesta. Tässä tapauksessa on välttämätöntä sulkea pois hapettimen (ilman) pääsy. Useiden vaiheiden jälkeen alkuperäinen polttoaine hajoaa omaksi kaasukseen, tervayhdisteiksi ja koksiksi. Muodostuneiden tuotteiden tarkka koostumus riippuu polttoaineen alkuperäisestä koostumuksesta ja prosessin olosuhteista (ensisijaisesti lämpötilasta).

Tislausprosessia, joka tapahtuu korkeissa lämpötiloissa (noin 1000–1100 celsiusastetta), kutsutaan koksaukseksi. Hajoamistuotteet ovat tässä tapauksessa varsinainen kaasu (koksi) ja koksi. Tuloksena olevan kaasun tiheys ja palamislämpö ovat suhteellisen alhaiset (0,5 kilogrammaa kuutiometrissä ja 16 000 kilojoulea kuutiometrissä). Yksi tonni kivihiiltä tämän käsittelyn aikana muunnetaan 350 kuutiometriksi kaasuksi. Tämä indikaattori voi vaihdella ja riippuu prosessin olosuhteista ja raaka-aineen (hiilen) kemiallisesta koostumuksesta ja alkuperästä.

Siellä on myös matalan lämpötilan kuivatislaus. Se koostuu kiinteän polttoaineen käsittelystä, jonka lämpötila on noin 500 celsiusastetta. Tällä menetelmällä muodostuu vähimmäismäärä kaasua (enintään 30 kuutiometriä tonnia kohden raaka-aineita). Päätuote tässä tapauksessa on hartsi, jota käytetään edelleen moottoriöljyjen ja polttoaineiden valmistuksessa.

Kaasun saaminen kiinteiden polttoaineiden kaasutuksella

Yksi yleisimmistä menetelmistä kaasumaisten polttoaineiden saamiseksi on niin sanottu kaasutus. Se koostuu kiinteiden polttoaineiden kemiallisesta lämpökäsittelystä (korkeiden lämpötilojen yhteisvaikutusja kemiallinen käsittely). Kiinteän polttoaineen hiiliatomit vuorovaikuttavat ja reagoivat veden ja höyryn kanssa muodostaen kaasua (polttoainetta). Kaasutusprosessin aikana tapahtuu myös kuivatislausta. Kaasugeneraattori on laite kiinteiden polttoaineiden (pääasiassa kivihiilen) kaasutukseen. Tämä laite tuottaa seuraavia aineita: metaania, vetyä ja hiilimonoksidia. Äänikaasujen lisäksi syntyy myös palamattomia aineita (hiilidioksidia, happea typen kanssa ja vesihöyryä).

Kaasugeneraattoreiden mallit – v altava valikoima. Kaava ja solmuluettelo riippuvat ensisijaisesti raaka-aineen tyypistä. Yleensä se on sylinteri, jossa on metalliseinät. Siinä on aukot tuuletusta (ilmanottoa) ja syntyvän kaasun poistoa varten. Ilmansyöttö on pakotettu tehokkailla tuulettimilla. Suunnittelussa on oltava luukku kuljettajalle. Polttoaine ladataan katon kautta. Siten tämä yksikkö ulkoisesti muistuttaa tuskallisesti tunnettua "potbelly-uunia". Yksi ero kuitenkin on - savupiipun puuttuminen.

Kaasugeneraattori on vain koko asennuksen perusta, niin sanotusti ydin. Jos katsot tällaisten laitteiden kaavioita, käy selväksi, että kaikki muut komponentit ja laitteet on suunniteltu saattamaan kaasu normaalitilaan (puhdistus, jäähdytys ja niin edelleen).

Kaasun käytön ja käytön edut

Kaasumaisen polttoaineen koostumus mahdollistaa sen tehokkaan käytön vaihtoehtona perinteiselle bensiinille, polttoöljylle jadiesel. Öljyvarat ovat lopussa. Asiantuntijoiden mukaan se kestää useita vuosikymmeniä. Kaasuvaroja on paljon enemmän. Siten kaasulaitteiden aktiivinen käyttöönotto ja käyttö kaikilla kansantalouden sektoreilla, jos ei ratkaise, niin ainakin lykkää akuuttia hiilivetyraaka-aineiden pulaongelmaa.

Toinen ja erittäin tärkeä etu on kaasun palamistuotteiden suhteellinen puhtaus verrattuna bensiinimoottorien pakokaasuihin. Toisin sanoen kaasumaisilla polttoaineilla toimivat koneet ja mekanismit ovat ympäristöystävällisempiä eivätkä saastuta ympäristöä niin paljon. Suurkaupunkialueilla ja suurissa kaupungeissa tämä ongelma on erityisen akuutti. Siksi viranomaiset pyrkivät saattamaan koko kaupunkien joukkoliikenteen kaluston uusiin ympäristöstandardeihin.

Kolmas etu on kyky säätää moottoria henkilökohtaisten tarpeiden ja mieltymysten mukaan säätämällä seoksen koostumusta. Tulevaisuudessa tämän ansiosta et maksa liikaa ylimääräistä rahaa.

Neljäs etu on pidentää moottorin käyttöikää ja pidentää moottorin täydellisen öljynvaihdon välistä aikaa. Kaasu eihän, toisin kuin öljytuotteet, poista rasvaa (öljyä) mekanismin (moottorin) hankausosien pinnoilta.

Viidenneksi - kaasuseoksella on paljon parempi räjähdyskyky verrattuna perinteiseen polttoaineeseen. Näin voit lisätä merkittävästi ajoneuvon moottorin tehoa.

Kuudenneksi - toisin kuin kiinteät ja nestemäiset polttoaineet, kaasumaisia polttoaineita ei tarvitse lämmittää ennen ruiskutusta. Se on positiivistavaikuttaa sekä koko järjestelmän luotettavuuteen että kaikkiin suoritusindikaattoreihin poikkeuksetta.

Seitsemäs etu: kaasun ruiskutus sylintereihin muuttuu tasaisemmaksi. Siten ajomekanismien kulku ja toiminta lisääntyy, voimakkaasti kuormitettujen osien kuluminen vähenee.

Valitettavasti kaikkia kuvattuja etuja ei aina saavuteta. Useimmiten ajoneuvojen omistajat muuttavat bensiinimoottorit kaasupolttoaineeksi säästääkseen rahaa polttoainekustannusten erossa. Moottori oli kuitenkin suunniteltu bensiinille tai dieselille. Tästä syystä kaikkien osien ei kovin hyvin koordinoitu työ. Insinöörit ovat laskeneet, että kun auto vaihdetaan bensiinistä kaasuun, moottori menettää noin 20 prosenttia tehostaan. Häviön kompensoimiseksi monet omistajat lisäävät polttokammiotilan puristussuhdetta. Tämä lyhentää huomattavasti moottorin käyttöikää. Toinen toimenpide on turboahdinjärjestelmän asennus. Mutta tähän tapahtumaan on investoitava paljon rahaa. Moottorin tai kattilarakennuksen toiminta nestemäisillä ja kaasumaisilla polttoaineilla osoittaa täysin erilaisia suorituskykyindikaattoreita. Lisäksi etu ei suinkaan ole kiinteiden polttoaineiden puolella.