Gasformigt bränsle: beskrivning, egenskaper, produktionsmetoder, tillämpning

2024 Författare: Howard Calhoun | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-02 14:03

Gasbränsle har varit känt sedan mitten av 1800-talet. Det var då den berömda ingenjören Lenoir byggde sin första gasförbränningsmotor. Denna apparat var primitiv och fungerade utan förkomprimering av förbränningskammaren. Moderna motorer är ingen match för det. Idag är användningen av gasformiga bränslen inte begränsad till bilar. Denna miljövänliga, billiga och prisvärda typ av bränsle erövrar aktivt fler och fler nya nischer och används aktivt i alla sektorer av den nationella ekonomin. Den här artikeln ger en beskrivning, egenskaper hos bränslet. I allmänna termer beskriver den hur de produceras och används.

Allmän information

Ett gasformigt bränsle är ett ämne som är mycket brandfarligt. Denna kvalitet och användbara egendom används inom olika grenar av vetenskap ochteknologi. Till exempel använder befolkningen och industrin alltmer gasformiga bränslepannor. I detta bränsle kan oxider (dioxider) av kol, koldioxidångor, samt element som kväve, väte, syre och andra föroreningar förekomma i olika mängder. Moderna enheter som arbetar på gasformigt bränsle är mycket känsliga för den kemiska sammansättningen av arbetsgasen. Om den inte uppfyller de standarder som rekommenderas av tillverkaren kommer utrustningen med största sannolikhet att gå sönder och kostsamma reparationer kommer att krävas.

Alla ämnen som utgör gaser kan delas in i brännbart och icke-brännbart. De första, förutom metan, är etan, propan och butan. Explosiva och följaktligen brännbara är kolmonoxid och väte. Väte är särskilt farligt. Det är av denna anledning som det inte rekommenderas att förvara det i gasflaskor. Den bästa lösningen är att köpa en vätgasgenerator. Denna enhet extraherar väte från destillerat vatten efter behov. Därmed elimineras hotet om detonation av en stor volym gas.

Staten är ett monopol inom partihandel med flytande och gasformiga bränslen. Detta indikerar den strategiska betydelsen av denna typ av råmaterial.

Klassificering av bränsle efter ursprung

Liksom flytande kan gasformiga bränslen utvinnas som ett mineral eller kan produceras under konstgjorda förhållanden. I det första fallet kallas sådant bränsle naturligt, och i det andra -konstgjord.

Specialister har registrerat skillnader i sammansättningen av flytande och gasformiga bränslen som utvinns från olika regioner. På grund av skillnader i kemisk sammansättning finns det även små skillnader i mängden värme som frigörs vid förbränning. Naturgasformigt bränsle är nästan helt (95-99%, beroende på fält) består av så kallad metan (kemisk formel - CH_{4). Detta bränsle kallas naturgas. Och detta är den billigaste energikällan idag. Det är av denna anledning som denna typ av energiresurser aktivt används i alla sektorer av den nationella ekonomin. Men alla fördelar överskuggas av den låga säkerhetsnivån hos enheter som arbetar på gasformiga bränslen. Störande nyheter dyker regelbundet upp i media om olyckor och dödsoffer till följd av brott mot reglerna för drift av gasinstallationer.}

Konstgjorda gasformiga bränslen inkluderar ämnen som erhålls från bearbetning av fasta eller flytande bränslen. Dess vanligaste och populäraste typer är koks-krackningsgaser. Även belysning, vatten och blandade bränslen kan ingå i denna grupp. Beroende på den kemiska sammansättningen av en viss gas varierar nivån av värme som frigörs vid förbränning över ett brett intervall. Sådana ämnen är mycket explosiva. Av denna anledning rekommenderas de att blandas med naturgas före förbränning. Denna åtgärd ökar driftsäkerheten för enheter som arbetar på gasformigt bränsle med en storleksordning. Dessa manipulationer utförs på specialutrustade baser. Då sådanagas tillförs slutanvändaren i flaskor eller på annat sätt. Men trots att en sådan blandning är mindre farlig måste den fortfarande hanteras med extrem försiktighet, i enlighet med alla regler och föreskrifter för arbete med tryckkärl och säkerhetsföreskrifter. Och detta är inte den enda faran. Detta ämne är giftigt och inandning kan orsaka allvarliga konsekvenser och till och med dödsfall.

Bränsleklassificering efter syfte

Bränsle i gasform används både i termiska installationer och i förbränningsmotorer. På grundval av detta kan det följaktligen delas upp i motorbränsle och pannbränsle.

Naturgas används traditionellt som panna och ugnsbränsle. I sällsynta fall används konstgjort bränsle. Samma typ av bränsle, med bara några tillsatser, används också för att tanka bilar.

Beskrivning av naturgas

Det är svårt att överskatta betydelsen av detta mineral för ekonomin i vår stat och den ekonomiska utvecklingen i världen som helhet. Många bilar, gaspannor, kraftverk och kraftvärmeverk använder det. Baserat på de beräknade priserna för blått bränsle (som naturgas ibland kallas), upprättas statsbudgetar.

Mer än 90 % av denna gas består av metanmolekyler (CH_{4). Förutom metan innehåller naturgas även butan med propan, kväve, koldioxid, vattenånga och andra föroreningar (de anses vara skadliga). PÅI små mängder innehåller naturgas även inerta gaser (helium och andra). Man tror att de senare har en gynnsam effekt på maskiner, anordningar och mekanismer som arbetar på gas och förbättrar också fysiken för bränsleförbränningsprocesser. Bränslets lämplighet för användning, dess kvalitet bedöms av andelen kolvätekomponenter.}

Naturgas är inte bara ett värdefullt bränsle, utan också en råvara för en rad industrier. Så från metanet den innehåller producerar stora kemiska anläggningar väte. För att denna reaktion ska äga rum måste den oxideras. Förutom väte produceras acetylen av det. Baserat på dessa ämnen produceras alla typer av aldehyder, metylalkohol (ett mycket giftigt och farligt ämne), ammoniak, aceton, ättiksyra och så vidare. Faktum kvarstår dock att naturgasens huvudsakliga användningsområde är förbränning av gasformiga bränslen för olika drivmekanismer (bilmotorer) och pannanordningar.

Gasers grundläggande egenskaper

Alla gaser (inte bara bränsle) förenas av ett relativt litet densitetsindex. För den övervägda naturgasen och dess konstgjorda analoger hålls dess värde i området 0,8 kg per kubikmeter. Densiteten för flytande gasformigt bränsle är något högre och är cirka 2,3 kg per kubikmeter.

Gaser är mestadels giftiga ämnen. Toxiciteten ökar när innehållet av koloxider ökar ochsvavelföreningar med väte i gas. Med en h alt av en eller flera procent av de beskrivna skadliga gaserna i atmosfären kommer en person att andas in en dödlig dos av ett giftigt ämne på tre minuter.

Gaserna i fråga är explosiva. Med en ökning av andelen kolmonoxid och väte ökar dessutom risken för detonation. En intressant egenskap: när innehållet av dessa ämnen är mer än 74 % är sannolikheten för gasdetonation nästan noll.

Nyckelegenskaper för bränsle

I en jämförande analys av en viss typ av bränsle arbetar experter med följande begrepp: bränslefuktighet, svavelh alt, aska (rest), värmevärde och värmeeffekt.

Uppvärmningskapacitet avser den temperatur som är tillräcklig för förbränningsprocessen med ett minimum av syreh alt. Samtidigt värms varken luft eller brännbar blandning ytterligare upp.

Den fasta återstoden från förbränningsfältet kallas aska. Hon kan inte längre brinna. Slagg är samma aska, bara efter smältning. Bildandet av detta ämne påverkar funktionen av hela systemet negativt, täpper till bränsleutrustningen. Därför är denna indikator viktig att ta hänsyn till under designarbetet.

En viktig indikator är fukt. Det påverkar bränslets egenskaper negativt. Dess närvaro orsakar en ökning av avgasvolymerna, en minskning av installationens effektivitet.

Förbränningsprodukter av svavel och dess föreningar orsakar och aktiverar korrosionsprocesser på ytorståldelar av motorer och avgassystem. Dessutom har de en negativ inverkan på miljön och människors hälsa. Därför är denna indikator också mycket viktig att tänka på.

Brännvärdet är en mycket viktig egenskap. Det beaktas vid beräkning och design av utrustning och låter dig bestämma bränsleförbrukningen. Detta värde bestäms experimentellt. För dessa ändamål används en speciell kalorimeter. En känd mängd (massa) bränsle förbränns och förändringen i vattentemperaturen på kalorimetern registreras. Då räcker det att ersätta den erhållna informationen i formeln och beräkna förbränningsvärmen.

Associerad gas

Om naturgas utvinns från borrhål är tillhörande gas en biprodukt av oljeproduktion. Innehållet av metan i sådan gas är något mindre än i traditionell naturgas. Men förbränning av gasformiga bränslen producerar jämförbar värme.

Biproduktgas (associerad) produceras också av metallurgiska anläggningar. Vid dessa företag släpps bränsle ut i ugnar. Dessa är de så kallade koksugns- och masugnsgaserna. Som regel förbränns dessa gaser på plats (matas till en ugn eller pannstation). En liknande biprodukt produceras i djupa gruvor, vilket ofta leder till katastrofer.

Gasproduktion genom torrdestillation

Konstgjord gas erhålls genom ytterligare bearbetning av fast (flytande) bränsle. På så sätt kan så kallad produktionsgas och torr destillationsgas erhållas.

När den är torrdestillationsbränsle sönderdelas under inverkan av höga temperaturer. I det här fallet är det nödvändigt att utesluta tillgången till ett oxidationsmedel (luft). Efter en rad steg bryts det ursprungliga bränslet ner till sin egen gas, tjärföreningar och koks. Den exakta sammansättningen av de bildade produkterna beror på bränslets initiala sammansättning och betingelserna för processen (främst på temperaturen).

Destillationsprocessen, som sker vid höga temperaturer (i området 1000 - 1100 grader Celsius), kallas koksning. Nedbrytningsprodukterna i detta fall är själva gasen (koks) och koks. Den resulterande gasens densitet och förbränningsvärme är relativt låg (0,5 kilogram per kubikmeter respektive 16 000 kilojoule per kubikmeter). Ett ton kol under denna behandling omvandlas till 350 kubikmeter gas. Denna indikator kan variera och beror på förhållandena i processen och på den kemiska sammansättningen och ursprunget för råvaran (kol).

Det finns även torrdestillation vid låg temperatur. Den består i att bearbeta fast bränsle med temperaturer i området 500 grader Celsius. Med denna metod bildas den minsta mängden gas (högst 30 kubikmeter per ton råmaterial). Huvudprodukten i det här fallet är harts, som vidare används vid tillverkning av motoroljor och bränslen.

Få gas genom förgasning av fasta bränslen

En av de vanligaste metoderna för att få fram gasformiga bränslen är den så kallade förgasningen. Den består av kemisk-termisk behandling av fasta bränslen (den kombinerade effekten av höga temperatureroch kemisk behandling). Kolatomerna i fast bränsle interagerar och reagerar med vatten och ånga och bildar en gas (bränsle). Under förgasningsprocessen sker även torrdestillation. En gasgenerator är en anordning för förgasning av fasta bränslen (främst kol). Denna enhet producerar följande ämnen: metan, väte och kolmonoxid. Förutom ljudgaser produceras även obrännbara ämnen (koldioxid, syre med kväve och vattenånga).

Designer av gasgeneratorer - ett enormt utbud. Schemat och listan över noder beror i första hand på typen av råmaterial. I allmänhet är det en cylinder med metallväggar. Den har öppningar för ventilation (luftintag) och för utloppet av den genererade gasen. Lufttillförseln tvingas med hjälp av kraftfulla fläktar. Konstruktionen måste tillhandahålla en lucka för operatören. Bränsle laddas genom taket. Således, utåt, liknar denna enhet smärtsamt den välkända "potbelly kaminen". Det finns dock en skillnad - frånvaron av en skorsten.

Gasgeneratorn är bara basen i hela installationen, kärnan så att säga. Om du tittar på diagrammen för sådan utrustning blir det tydligt att alla andra komponenter och enheter är utformade för att föra gasen till ett norm alt tillstånd (rengöring, kylning och så vidare).

Fördelar med att använda och använda gas

Sammansättningen av gasformigt bränsle gör att det effektivt kan användas som ett alternativ till traditionell bensin, eldningsolja ochdiesel. Oljereserverna är uttömda. Enligt experter kommer det att hålla i flera decennier. Det finns mycket mer gasreserver. Således kommer det aktiva införandet och användningen av gasutrustning i alla sektorer av den nationella ekonomin, om inte att lösa, så åtminstone skjuta upp det akuta problemet med bristen på kolväteråvaror.

Den andra och mycket viktiga fördelen är den relativa renheten hos gasförbränningsprodukter jämfört med bensinmotoravgaser. Med andra ord är maskiner och mekanismer som arbetar på gasformiga bränslen mer miljövänliga och förorenar inte miljön så mycket. I storstadsområden och storstäder är detta problem särskilt akut. Därför strävar myndigheterna efter att överföra hela flottan av stadstrafik till nya miljöstandarder.

Den tredje fördelen är möjligheten att anpassa motorn till personliga behov och preferenser genom att justera blandningens sammansättning. I framtiden kommer detta att tillåta dig att inte betala för mycket extra pengar.

Den fjärde fördelen är att öka motorns livslängd och öka tiden mellan kompletta motoroljebyten. Trots allt tar gas, till skillnad från petroleumprodukter, inte bort fett (olja) från ytorna på mekanismens (motorns) gnidande delar.

Femte - gasblandningen har en mycket större detonationsförmåga jämfört med traditionellt bränsle. Detta gör att du kan öka kraften i fordonets motor avsevärt.

Sjätte - till skillnad från fasta och flytande bränslen behöver inte gasformiga bränslen värmas upp före injektion. Det är positivtpåverkar både tillförlitligheten hos hela systemet och alla prestandaindikatorer utan undantag.

Sjunde fördelen: med användningen av gasinsprutning i cylindrarna blir mer enhetlig. Således ökar jämnheten i förloppet och driften av drivmekanismerna, slitaget på högt belastade delar minskar.

Tyvärr uppnås inte alltid alla de beskrivna fördelarna. Oftast konverterar fordonsägare bensinmotorer till gasbränsle för att spara pengar på skillnaden i bränslekostnader. Motorn var dock designad för bensin eller diesel. Därav det inte särskilt välkoordinerade arbetet av alla delar. Ingenjörer har räknat ut att när en bil växlas från bensin till gas tappar motorn cirka 20 procent av sin effekt. För att kompensera för förlusten ökar många ägare kompressionsförhållandet i förbränningskammarutrymmet. Detta minskar motorns livslängd avsevärt. En annan åtgärd är installationen av ett turboladdningssystem. Men detta evenemang kommer att behöva investera mycket pengar. Driften av en motor eller pannhus på flytande och gasformiga bränslen visar helt olika prestandaindikatorer. Dessutom är fördelen långt ifrån på sidan av fasta bränslen.