Gāzveida degviela: apraksts, īpašības, ražošanas metodes, pielietojums

2024 Autors: Howard Calhoun | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-02 13:59

Gāzes degviela ir zināma kopš 19. gadsimta vidus. Toreiz slavenais inženieris Lenuārs uzbūvēja savu pirmo gāzes iekšdedzes dzinēju. Šis aparāts bija primitīvs un darbojās bez sadegšanas kameras iepriekšējas saspiešanas. Mūsdienu dzinēji tam nav līdzvērtīgi. Mūsdienās gāzveida degvielu izmanto ne tikai automašīnās. Šis videi draudzīgais, lētais un pieejamais degvielas veids aktīvi iekaro arvien jaunas nišas un tiek aktīvi izmantots visās tautsaimniecības nozarēs. Šajā rakstā ir sniegts degvielas apraksts, īpašības. Kopumā tajā ir aprakstīts, kā tie tiek ražoti un izmantoti.

Vispārīga informācija

Gāzveida degviela ir viegli uzliesmojoša viela. Šī kvalitatīvā un noderīgā īpašība tiek izmantota dažādās zinātnes nozarēs untehnoloģija. Piemēram, iedzīvotāji un rūpniecība arvien vairāk izmanto gāzveida kurināmā katlus. Šajā degvielā dažādos daudzumos var būt oglekļa oksīdi (dioksīdi), oglekļa dioksīda tvaiki, kā arī tādi elementi kā slāpeklis, ūdeņradis, skābeklis un citi piemaisījumi. Mūsdienu ierīces, kas darbojas ar gāzveida degvielu, ir ļoti jutīgas pret darba gāzes ķīmisko sastāvu. Ja tas neatbilst ražotāja ieteiktajiem standartiem, visticamāk, iekārta nedarbosies un būs nepieciešams dārgs remonts.

Visas vielas, kas veido gāzes, var iedalīt degošās un nedegošās. Pirmie, papildus metānam, ir etāns, propāns un butāns. Sprādzienbīstami un attiecīgi degoši ir oglekļa monoksīds un ūdeņradis. Ūdeņradis ir īpaši bīstams. Šī iemesla dēļ nav ieteicams to uzglabāt gāzes balonos. Labākais risinājums ir iegādāties ūdeņraža ģeneratoru. Šī ierīce pēc vajadzības ekstrahē ūdeņradi no destilēta ūdens. Tādējādi tiek novērsti liela gāzes daudzuma detonācijas draudi.

Valsts ir monopolstāvoklis šķidrās un gāzveida degvielas vairumtirdzniecībā. Tas norāda uz šāda veida izejvielu stratēģisko nozīmi.

Degvielas klasifikācija pēc izcelsmes

Tāpat kā šķidro, gāzveida kurināmo var iegūt kā minerālu vai ražot mākslīgos apstākļos. Pirmajā gadījumā šādu degvielu sauc par dabisko, bet otrajā -mākslīgs.

Speciālisti ir fiksējuši atšķirības šķidrās un gāzveida degvielas sastāvā, kas iegūta no dažādiem reģioniem. Ķīmiskā sastāva atšķirību dēļ ir arī nelielas atšķirības sadegšanas laikā izdalītā siltuma daudzumā. Dabasgāzes degviela gandrīz pilnībā (95-99%, atkarībā no lauka) sastāv no tā sauktā metāna (ķīmiskā formula - CH_{4). Šo degvielu sauc par dabasgāzi. Un tas šodien ir lētākais enerģijas avots. Tieši šī iemesla dēļ šāda veida energoresursi tiek aktīvi izmantoti visās tautsaimniecības nozarēs. Tomēr visas priekšrocības aizēno zemais drošības līmenis ierīcēm, kas darbojas ar gāzveida degvielu. Plašsaziņas līdzekļos regulāri parādās satraucošas ziņas par negadījumiem un cilvēku upuriem gāzes iekārtu ekspluatācijas noteikumu pārkāpumu rezultātā.}

Mākslīgais gāzveida kurināmais ietver vielas, kas iegūtas, apstrādājot cieto vai šķidro kurināmo. Visizplatītākie un populārākie veidi ir koksa krekinga gāzes. Šajā grupā var iekļaut arī apgaismojumu, ūdeni un jaukto degvielu. Atkarībā no konkrētas gāzes ķīmiskā sastāva sadegšanas laikā izdalītā siltuma līmenis svārstās plašā diapazonā. Šādas vielas ir ļoti sprādzienbīstamas. Šī iemesla dēļ tos pirms sadedzināšanas ieteicams sajaukt ar dabasgāzi. Šis pasākums par lielumu palielina to ierīču darbības drošību, kas darbojas ar gāzveida degvielu. Šīs manipulācijas tiek veiktas uz īpaši aprīkotām bāzēm. Tad tādigāze galalietotājam tiek piegādāta balonos vai citādi. Bet, neskatoties uz to, ka šāds maisījums ir mazāk bīstams, ar to joprojām ir jārīkojas ļoti uzmanīgi, ievērojot visus noteikumus un noteikumus darbam ar spiedtvertnēm un drošības noteikumus. Un tas nav vienīgais apdraudējums. Šī viela ir toksiska, un ieelpošana var izraisīt nopietnas sekas un pat nāvi.

Degvielas klasifikācija pēc mērķa

Gāzveida degvielu izmanto gan siltumiekārtās, gan iekšdedzes dzinējos. Attiecīgi, pamatojoties uz to, to var iedalīt motordegvielā un katlu kurināmā.

Dabasgāze tradicionāli tiek izmantota kā katlu un krāšņu kurināmais. Retos gadījumos tiek izmantota mākslīgā degviela. Tāda paša veida degvielu, tikai ar dažām piedevām, izmanto arī automašīnu uzpildei.

Dabasgāzes apraksts

Šī derīgā izrakteņa nozīmi mūsu valsts ekonomikai un visas pasaules ekonomiskajai attīstībai ir grūti pārvērtēt. To izmanto daudzas automašīnas, gāzveida kurināmā katli, spēkstacijas un koģenerācijas stacijas. Balstoties uz prognozētajām zilās degvielas (kā dažkārt dēvē dabasgāzi) cenām, tiek sastādīti valsts budžeti.

Vairāk nekā 90% šīs gāzes veido metāna molekulas (CH_{4). Dabasgāzē bez metāna ir arī butāns ar propānu, slāpeklis, oglekļa dioksīds, ūdens tvaiki un citi piemaisījumi (tie tiek uzskatīti par kaitīgiem). ATNelielos daudzumos dabasgāze satur arī inertas gāzes (hēliju un citas). Tiek uzskatīts, ka pēdējie labvēlīgi ietekmē mašīnas, ierīces un mehānismus, kas darbojas ar gāzi, kā arī uzlabo degvielas sadegšanas procesu fiziku. Degvielas piemērotība lietošanai, tās kvalitāte tiek vērtēta pēc ogļūdeņraža komponentu procentuālā daudzuma.}

Dabasgāze ir ne tikai vērtīga degviela, bet arī izejviela vairākām nozarēm. Tātad no tajā esošā metāna lielās ķīmiskās rūpnīcas ražo ūdeņradi. Lai šī reakcija notiktu, tai jābūt oksidētai. Papildus ūdeņradim no tā tiek ražots acetilēns. Pamatojoties uz šīm vielām, tiek ražoti visa veida aldehīdi, metilspirts (ļoti toksiska un bīstama viela), amonjaks, acetons, etiķskābe utt. Tomēr paliek fakts, ka galvenā dabasgāzes pielietojuma joma ir gāzveida kurināmā sadedzināšana dažādu piedziņas mehānismu (auto dzinēju) un katlu ierīču vajadzībām.

Gāzu pamatīpašības

Visas gāzes (ne tikai degvielu) vieno salīdzinoši mazs blīvuma indekss. Aplūkotajai dabasgāzei un tās mākslīgajiem analogiem tās vērtība tiek turēta 0,8 kilogramu robežās uz kubikmetru. Sašķidrinātās gāzveida degvielas blīvums ir nedaudz lielāks un ir aptuveni 2,3 kilogrami uz kubikmetru.

Gāzes galvenokārt ir toksiskas vielas. Toksicitāte palielinās, palielinoties oglekļa oksīdu saturam unsēra savienojumi ar ūdeņradi gāzē. Ja atmosfērā ir viens vai vairāki procenti aprakstīto kaitīgo gāzu, cilvēks trīs minūšu laikā ieelpos nāvējošu indīgas vielas devu.

Attiecīgās gāzes ir sprādzienbīstamas. Turklāt, palielinoties oglekļa monoksīda un ūdeņraža procentuālajam daudzumam, palielinās detonācijas risks. Interesanta iezīme: ja šo vielu saturs ir lielāks par 74%, gāzes detonācijas iespējamība ir gandrīz nulle.

Galvenie degvielas raksturlielumi

Konkrēta degvielas veida salīdzinošajā analīzē eksperti izmanto šādus jēdzienus: degvielas mitrums, sēra saturs, pelni (atlikums), siltumspēja un siltuma jauda.

Apkures jauda attiecas uz temperatūru, kas ir pietiekama sadegšanas procesam ar minimālu skābekļa saturu. Tajā pašā laikā netiek papildus uzkarsēts ne gaiss, ne degmaisījums.

Cietos atlikumus no sadegšanas lauka sauc par pelniem. Viņa vairs nevar sadedzināt. Sārņi ir tie paši pelni, tikai pēc kausēšanas. Šīs vielas veidošanās negatīvi ietekmē visas sistēmas darbību, aizsprosto degvielas aprīkojumu. Tāpēc šis rādītājs ir svarīgi ņemt vērā, veicot projektēšanas darbus.

Svarīgs rādītājs ir mitrums. Tas negatīvi ietekmē degvielas īpašības. Tā klātbūtne palielina izplūdes gāzu daudzumu, samazina iekārtas efektivitāti.

Sēra un tā savienojumu sadegšanas produkti izraisa un aktivizē korozijas procesus uz virsmāmdzinēju un izplūdes sistēmu tērauda daļas. Turklāt tiem ir negatīva ietekme uz vidi un cilvēku veselību. Tāpēc arī šis rādītājs ir ļoti svarīgi ņemt vērā.

Siltuma vērtība ir ļoti svarīga īpašība. Tas tiek ņemts vērā aprīkojuma aprēķinā un projektēšanā un ļauj noteikt degvielas patēriņu. Šo vērtību nosaka eksperimentāli. Šiem nolūkiem tiek izmantots īpašs kalorimetrs. Tiek sadedzināts zināms daudzums (masa) degvielas un tiek reģistrētas kalorimetra ūdens temperatūras izmaiņas. Tad pietiek ar iegūto informāciju aizvietot formulā un aprēķināt degšanas siltumu.

Saistītā gāze

Ja dabasgāzi iegūst no urbumiem, saistītā gāze ir naftas ieguves blakusprodukts. Metāna saturs šādā gāzē ir nedaudz mazāks nekā tradicionālajā dabasgāzē. Tomēr gāzveida kurināmā sadegšana rada salīdzināmu siltumu.

Blakusproduktu gāzi (saistīto) ražo arī metalurģijas rūpnīcas. Šajos uzņēmumos degviela tiek emitēta krāsnīs. Tās ir tā sauktās koksa krāsns un domnas gāzes. Parasti šīs gāzes tiek sadedzinātas uz vietas (pavadītas krāsnī vai katlu stacijā). Līdzīgs blakusprodukts tiek ražots dziļās raktuvēs, kas bieži noved pie katastrofām.

Gāzes ražošana ar sauso destilāciju

Mākslīgo gāzi iegūst, papildus apstrādājot cieto (šķidro) kurināmo. Tādā veidā var iegūt tā saukto ražotājgāzi un sausās destilācijas gāzi.

Kad sausadestilācijas degviela sadalās augstas temperatūras ietekmē. Šajā gadījumā ir jāizslēdz oksidētāja (gaisa) piekļuve. Pēc virknes darbību sākotnējā degviela sadalās savā gāzē, darvas savienojumos un koksā. Precīzs izveidoto produktu sastāvs ir atkarīgs no sākotnējā degvielas sastāva un procesa apstākļiem (galvenokārt no temperatūras).

Destilācijas procesu, kas notiek augstā temperatūrā (aptuveni 1000 - 1100 grādi pēc Celsija), sauc par koksēšanu. Sadalīšanās produkti šajā gadījumā ir faktiskā gāze (kokss) un kokss. Iegūtās gāzes blīvums un sadegšanas siltums ir salīdzinoši zemi (attiecīgi 0,5 kilogrami uz kubikmetru un 16 000 kilodžouli uz kubikmetru). Viena tonna ogļu šīs apstrādes laikā tiek pārvērsta 350 kubikmetros gāzes. Šis rādītājs var atšķirties un ir atkarīgs no procesa apstākļiem un izejvielu (ogļu) ķīmiskā sastāva un izcelsmes.

Ir arī zemas temperatūras sausā destilācija. Tas sastāv no cietā kurināmā apstrādi, kura temperatūra ir aptuveni 500 grādi pēc Celsija. Ar šo metodi veidojas minimālais gāzes daudzums (ne vairāk kā 30 kubikmetri uz tonnu izejvielu). Galvenais produkts šajā gadījumā ir sveķi, ko tālāk izmanto motoreļļu un degvielu ražošanā.

Gāzes iegūšana, gazificējot cieto kurināmo

Viena no izplatītākajām gāzveida kurināmā iegūšanas metodēm ir tā sauktā gazifikācija. Tas sastāv no cietā kurināmā ķīmiski termiskās apstrādes (augstu temperatūru kombinētais efektsun ķīmiskā apstrāde). Cietajā kurināmā esošie oglekļa atomi mijiedarbojas un reaģē ar ūdeni un tvaiku, veidojot gāzi (degvielu). Gazifikācijas procesā notiek arī sausā destilācija. Gāzes ģenerators ir ierīce cietā kurināmā (galvenokārt ogļu) gazifikācijai. Šī ierīce ražo šādas vielas: metānu, ūdeņradi un oglekļa monoksīdu. Papildus notušētām gāzēm tiek ražotas arī nedegošas vielas (oglekļa dioksīds, skābeklis ar slāpekli un ūdens tvaiki).

Gāzes ģeneratoru dizaini – milzīga dažādība. Shēma un mezglu saraksts galvenokārt ir atkarīgs no izejvielu veida. Kopumā tas ir cilindrs ar metāla sienām. Tam ir atveres ventilācijai (gaisa ieplūdei) un radītās gāzes izvadīšanai. Gaisa padeve ir piespiedu kārtā, izmantojot jaudīgus ventilatorus. Dizainam jānodrošina lūka operatoram. Degviela tiek ielādēta caur jumtu. Tādējādi ārēji šī vienība sāpīgi atgādina labi zināmo "podbelly krāsni". Tomēr ir viena atšķirība - skursteņa neesamība.

Gāzes ģenerators ir tikai visas iekārtas pamats, tā sakot, kodols. Ja paskatās uz šādu iekārtu diagrammām, kļūst skaidrs, ka visas pārējās sastāvdaļas un ierīces ir paredzētas, lai gāze nonāktu normālā stāvoklī (tīrīšana, dzesēšana utt.).

Gāzes izmantošanas un lietošanas priekšrocības

Gāzveida degvielas sastāvs ļauj to efektīvi izmantot kā alternatīvu tradicionālajam benzīnam, mazutam undīzeļdegviela. Naftas rezerves ir izsmeltas. Pēc ekspertu domām, tas ilgs vairākas desmitgades. Gāzes rezerves ir daudz vairāk. Tādējādi aktīva gāzes iekārtu ieviešana un izmantošana visās tautsaimniecības nozarēs ja ne atrisinās, tad vismaz atliks akūto ogļūdeņražu izejvielu trūkuma problēmu.

Otra un ļoti svarīga priekšrocība ir gāzes sadegšanas produktu relatīvā tīrība salīdzinājumā ar benzīna dzinēja izplūdes gāzēm. Citiem vārdiem sakot, mašīnas un mehānismi, kas darbojas ar gāzveida degvielu, ir videi draudzīgāki un tik ļoti nepiesārņo vidi. Lielpilsētās un lielajās pilsētās šī problēma ir īpaši aktuāla. Tāpēc varas iestādes cenšas visu pilsētas sabiedriskā transporta parku pārcelt uz jauniem vides standartiem.

Trešā priekšrocība ir iespēja pielāgot dzinēju personīgajām vajadzībām un vēlmēm, pielāgojot maisījuma sastāvu. Nākotnē tas ļaus jums nepārmaksāt papildu naudu.

Ceturtais ieguvums ir palielināt dzinēja lietderīgās lietošanas laiku un palielināt laiku starp pilnīgām motoreļļas maiņām. Galu galā gāze, atšķirībā no naftas produktiem, nenoņem taukus (eļļu) no mehānisma (dzinēja) berzējošo daļu virsmām.

Piektkārt – gāzu maisījumam ir daudz lielāka detonācijas spēja, salīdzinot ar tradicionālo degvielu. Tas ļauj ievērojami palielināt transportlīdzekļa dzinēja jaudu.

Sestkārt – atšķirībā no cietā un šķidrā kurināmā, gāzveida kurināmais pirms iesmidzināšanas nav jāuzsilda. Tas ir pozitīviietekmē gan visas sistēmas uzticamību, gan visus veiktspējas rādītājus bez izņēmuma.

Septītā priekšrocība: izmantojot gāzes iesmidzināšanu balonos, tā kļūst vienmērīgāka. Tādējādi palielinās piedziņas mehānismu gaitas un darbības gludums, samazinās ļoti noslogoto detaļu nodilums.

Diemžēl ne vienmēr tiek sasniegti visi aprakstītie ieguvumi. Visbiežāk transportlīdzekļu īpašnieki pārvērš benzīna dzinējus uz gāzes degvielu, lai ietaupītu uz degvielas izmaksu starpību. Tomēr dzinējs bija paredzēts benzīnam vai dīzelim. Līdz ar to visu daļu darbs nav īpaši labi koordinēts. Inženieri aprēķinājuši, ka automašīnai pārejot no benzīna uz gāzi, dzinējs zaudē aptuveni 20 procentus jaudas. Lai kompensētu zaudējumus, daudzi īpašnieki palielina sadegšanas kameras telpas kompresijas pakāpi. Tas ievērojami samazina dzinēja kalpošanas laiku. Vēl viens pasākums ir turbokompresora sistēmas uzstādīšana. Taču šim pasākumam būs jāiegulda liela nauda. Dzinēja vai katlumājas darbība ar šķidro un gāzveida kurināmo uzrāda pilnīgi atšķirīgus darbības rādītājus. Turklāt priekšrocības nebūt nav saistītas ar cieto kurināmo.