Состав и основные характеристики газообразного топлива

Состав и основные характеристики жидкого топлива

Тема 10. Состав и основные характеристики жидкого и газообразного топлива. Теплота сгорания топлива. Условное топливо. Приведенные характеристики. Классификация топлив

МОДУЛЬ 4. Виды и характеристики топлива.

Вопросы для самопроверки

1. Для чего предназначены компрессоры?

2. Как вы понимаете одноступенчатое и многоступенчатое сжатие?

3. Что называется максимальной работоспособностью?

Практически все жидкие топлива по­ка получают путем переработки нефти. Сырую нефть нагревают до 300—370 °С, после чего полученные пары разгоняют на фракции, конденсирующиеся при раз­личной температуре t_K: сжиженный газ (выход около 1 %), бензиновую (около 15 %, t_К = 30÷80 °С), керосиновую (около 17%, t_к =120÷135 °С), дизель­ную (около 18%, t_к = 180÷350°С). Жидкий остаток с температурой начала кипения 330—350 °С называется мазу­том. Указанные фракции служат исход­ным сырьем для получения смазочных материалов и топлив для двигателей внутреннего сгорания и газотурбинных установок — бензина, керосина, дизель­ных топлив и т. д.

Мазутная фракция может подвер­гаться дальнейшей переработке на свет­лые нефтепродукты путем крекинга, т. е. расщепления тяжелых молекул на более легкие. Первый патент на установку термического (т. е. осуществляе­мого путем нагрева до высоких темпера­тур под давлением) крекинга нефтепро­дуктов был получен русским инженером В. Г. Шуховым в 20-х годах ХХ века по решению международного суда на ос­новании «привилегии», выданной ему еще в 1891 г. Сейчас этот процесс уско­ряют с помощью катализаторов. Боль­шое количество мазута (с некоторыми добавками) все еще используется в ка­честве топлива.

В 1975 г. выход мазута в СССР со­ставил около 45 % количества сырой не­фти. В начале 80-х годов глубина пере­работки нефти возросла примерно до 60 %, а к концу века выход мазута уменьшится до 20 % сырой нефти. По­скольку мазут служит и предметом эк­спорта, его потребление в качестве топ­лива уменьшается. Мазут, как и мотор­ные топлива, представляет собой слож­ную смесь углеводородов, в состав кото­рых входят в основном углерод (С^r= 84÷86 %) и водород (Н^r= 10÷12%).

Мазуты, получаемые из нефти ряда месторождений, могут содержать много серы (до 4,3%), что резко усложняет защиту оборудования и окружающей среды при их сжигании.

Зольность мазута не должна превы­шать 0,14 %, а содержание воды должно быть не более 1,5 %. В состав золы вхо­дят соединения ванадия, никеля, железа и других металлов, поэтому ее часто ис­пользуют в качестве сырья для получе­ния, например, ванадия.

К газообразным топливам относится прежде всего природный газ. Основным его компонентом явля­ется метан СН₄, кроме того, в газе раз­ных месторождений содержатся небольшие количества азота N₂, высших угле­водородов С_nН_m, диоксида углерода СО₂. В процессе добычи природного газа его очищают от сернистых соединений, но часть их (в основном сероводород) мо­жет оставаться. Кроме того, в бытовой газ для обнаружения утечек добавляют так называемые одоризаторы, придаю­щие газу специфический запах; они тоже содержат соединения серы. Принято счи­тать, что концентрация водяного пара в природном газе соответствует состоя­нию насыщения при температуре газа в трубопроводе.

При добыче нефти выделяется так называемый попутный газ, содер­жащий меньше метана, чем природный, но больше высших углеводородов и по­этому выделяющий при сгорании больше теплоты. Проблема полного его исполь­зования сейчас весьма актуальна. Естественно, если близко есть га­зопровод природного газа, попутный газ проще всего закачивать в него.

В промышленности и особенно в быту находит широкое распространение сжи­женный газ, получаемый при пер­вичной переработке нефти и попутных нефтяных газов. По ГОСТ 20448- 80 с изменениями от 01.03.84г. и 01.07.86г. выпускают техничес­кий пропан (не менее 93 % С₃Н₈ + С₃Н₆), технический бутан (не менее 93 % С₄Н₁₀ + С₄Н₈) и их смеси. Темпера­тура конденсации пропана при атмос­ферном давлении равна -44,5 °С, а бу­тана + 5 °С; соответственно при 20 °С давление паров пропана составляет око­ло 0,8, а бутана — около 0,2 МПа. По­этому эти газы транспортируют в жид­ком виде в баллонах под небольшим дав­лением (менее 2 МПа).

В зависимости от назначения и усло­вий использования смеси содержание в ней пропановой и бутановой фракций должно быть разным. Например, в рай­онах с суровым климатом цистерны без подогрева, размещаемые на улице, до­лжны зимой заполняться пропаном, ибо бутан при отрицательных температурах испаряться не будет. Наоборот небольшие баллоны, устанавливаемые в помещении, и любые баллоны в районах с теплым климатом, заполняют смесью, состоящей примерно поровну из пропана и бутана, в результате чего давление в баллоне обычно не превышает 0,6МПа.

На металлургических заводах в качестве попутных продуктов получают коксовый и доменный газы. И тот и другой используются здесь же на заводах для отопления печей и технологических аппаратов. Коксовый газ иногда (после очистки от сернистых соединений) применяют для бытового газоснабжения прилегающих жилых массивов. Из-за большого содержания СО (5-10 %) он значительно токсичнее природного. Избытки доменного газа обычно сжигают в топках заводских электростанций.