Gáznemű tüzelőanyag: leírás, jellemzők, gyártási módszerek, alkalmazás

2024 Szerző: Howard Calhoun | [email protected]. Utoljára módosítva: 2024-01-02 13:56

A gázüzemanyag a 19. század közepe óta ismert. A híres mérnök, Lenoir ekkor építette meg első gázmotoros belsőégésű motorját. Ez a berendezés primitív volt, és az égéstér előzetes összenyomása nélkül működött. A modern motorok nem férnek hozzá. Manapság a gáz-halmazállapotú üzemanyagok használata nem korlátozódik az autókra. Ez a környezetbarát, olcsó és megfizethető üzemanyagtípus aktívan hódít egyre több új rést, és aktívan használják a nemzetgazdaság minden ágazatában. Ez a cikk az üzemanyag leírását, jellemzőit tartalmazza. Általánosságban leírja, hogyan gyártják és használják őket.

Általános információ

A gáznemű tüzelőanyag nagyon gyúlékony anyag. Ezt a minőségi és hasznos tulajdonságot a tudomány különböző ágaiban, illtechnológia. Például a lakosság és az ipar egyre gyakrabban használ gázüzemű kazánokat. Ebben az üzemanyagban különböző mennyiségben jelen lehetnek szén-oxidok (-dioxidok), szén-dioxid gőzök, valamint olyan elemek, mint a nitrogén, hidrogén, oxigén és egyéb szennyeződések. A gáznemű tüzelőanyaggal működő modern eszközök nagyon érzékenyek a munkagáz kémiai összetételére. Ha nem felel meg a gyártó által ajánlott szabványoknak, akkor a berendezés nagy valószínűséggel meghibásodik, és költséges javításra lesz szükség.

A gázokat alkotó összes anyag éghető és nem éghető anyagra osztható. Az első a metán mellett az etán, a propán és a bután. Robbanásveszélyes és ennek megfelelően éghető a szén-monoxid és a hidrogén. A hidrogén különösen veszélyes. Emiatt nem ajánlott gázpalackban tárolni. A legjobb megoldás egy hidrogéngenerátor vásárlása. Ez a készülék szükség szerint vonja ki a hidrogént a desztillált vízből. Így a nagy mennyiségű gáz felrobbantásának veszélye megszűnik.

Az állam monopólium a folyékony és gáznemű tüzelőanyagok nagykereskedelmében. Ez jelzi az ilyen típusú nyersanyag stratégiai fontosságát.

Az üzemanyag eredet szerinti osztályozása

A folyékonyhoz hasonlóan a gáznemű tüzelőanyagok is bányászhatók ásványként, vagy mesterséges körülmények között is előállíthatók. Az első esetben az ilyen üzemanyagot természetesnek, a második esetben pedig -mesterséges.

A szakemberek különbségeket észleltek a különböző régiókból kivont folyékony és gáznemű tüzelőanyagok összetételében. A kémiai összetételbeli különbségek miatt az égés során felszabaduló hőmennyiségben is vannak csekély eltérések. A földgáz halmazállapotú tüzelőanyag szinte teljes egészében (területtől függően 95-99%) az úgynevezett metánból áll (kémiai képlet - CH_{4). Ezt az üzemanyagot földgáznak nevezik. És ez ma a legolcsóbb energiaforrás. Ez az oka annak, hogy az ilyen típusú energiaforrásokat a nemzetgazdaság minden ágazatában aktívan használják. Az összes előnyt azonban beárnyékolja a gáznemű tüzelőanyaggal működő berendezések alacsony biztonsági szintje. A médiában rendszeresen felkavaró hírek jelennek meg a gázberendezések üzemeltetési szabályainak megsértése miatti balesetekről és emberáldozatokról.}

A mesterséges gáznemű tüzelőanyagok közé tartoznak a szilárd vagy folyékony tüzelőanyagok feldolgozásából nyert anyagok. Legelterjedtebb és legnépszerűbb típusai a kokszkrakkgázok. A világítás, a víz és a kevert tüzelőanyagok is ebbe a csoportba tartozhatnak. Egy adott gáz kémiai összetételétől függően az égés során felszabaduló hő szintje széles tartományban változik. Az ilyen anyagok erősen robbanásveszélyesek. Emiatt ajánlatos ezeket égetés előtt földgázzal keverni. Ez az intézkedés nagyságrenddel növeli a gáz-halmazállapotú tüzelőanyaggal működő berendezések működésének biztonságát. Ezeket a manipulációkat speciálisan felszerelt alapokon hajtják végre. Akkor ilyena gázt palackban vagy más módon juttatják el a végfelhasználóhoz. De annak ellenére, hogy egy ilyen keverék kevésbé veszélyes, továbbra is rendkívül óvatosan kell kezelni, betartva a nyomástartó edényekkel végzett munka minden szabályát és előírását, valamint a biztonsági előírásokat. És nem ez az egyetlen veszély. Ez az anyag mérgező, és belélegzése súlyos következményeket, akár halált is okozhat.

Üzemanyag-besorolás cél szerint

A gáznemű tüzelőanyagot mind a termikus berendezésekben, mind a belső égésű motorokban használják. Ennek megfelelően ez alapján felosztható motor- és kazán-kemence tüzelőanyagra.

A földgázt hagyományosan kazán- és kemence tüzelőanyagként használják. Ritka esetekben mesterséges üzemanyagot használnak. Ugyanezt az üzemanyagtípust, csak néhány adalékanyaggal, az autók tankolására is használják.

A földgáz leírása

Nehéz túlbecsülni ennek az ásványnak a jelentőségét államunk gazdasága és a világ gazdasági fejlődése szempontjából. Sok autó, gázüzemű kazán, erőmű és kapcsolt hő- és erőmű használja. A kék üzemanyag (ahogy néha földgáznak nevezik) tervezett árai alapján készülnek az állami költségvetések.

A gáz több mint 90%-a metánmolekulákból áll (CH_{4). A földgáz a metánon kívül butánt is tartalmaz propánnal, nitrogénnel, szén-dioxiddal, vízgőzzel és egyéb szennyeződésekkel (kártékonynak számítanak). NÁL NÉLKis mennyiségben a földgáz inert gázokat is tartalmaz (hélium és mások). Úgy gondolják, hogy ez utóbbiak jótékony hatással vannak a gázzal működő gépekre, eszközökre és mechanizmusokra, valamint javítják az üzemanyag égési folyamatainak fizikáját. Az üzemanyag felhasználásra való alkalmasságát, minőségét a szénhidrogén-komponensek százalékos aránya alapján ítélik meg.}

A földgáz nemcsak értékes tüzelőanyag, hanem számos iparág nyersanyaga is. Tehát a benne lévő metánból a nagy vegyi üzemek hidrogént állítanak elő. Ahhoz, hogy ez a reakció végbemenjen, oxidálni kell. A hidrogén mellett acetilént állítanak elő belőle. Ezen anyagok alapján mindenféle aldehid, metil-alkohol (nagyon mérgező és veszélyes anyag), ammónia, aceton, ecetsav stb. Az azonban tény, hogy a földgáz fő alkalmazási területe a gáz-halmazállapotú tüzelőanyagok elégetése különféle hajtóművek (autómotorok) és kazánberendezések céljából.

A gázok alapvető tulajdonságai

Minden gázt (nem csak az üzemanyagot) egy viszonylag kis sűrűségi index egyesít. A szóban forgó földgáz és mesterséges analógjai esetében értékét köbméterenként 0,8 kilogramm tartományban tartják. A cseppfolyósított gáznemű üzemanyag sűrűsége valamivel nagyobb, és körülbelül 2,3 kilogramm köbméterenként.

A gázok többnyire mérgező anyagok. A toxicitás nő a szénoxid-tartalom növekedésével éskénvegyületek hidrogénnel gázban. Ha a légkörben a leírt káros gázok egy vagy több százaléka van, az ember három perc alatt halálos adag mérgező anyagot lélegz be.

A kérdéses gázok robbanásveszélyesek. Ezenkívül a szén-monoxid és a hidrogén százalékos arányának növekedésével nő a detonáció veszélye. Érdekes tulajdonság: ha ezeknek az anyagoknak a tartalma meghaladja a 74%-ot, a gázrobbanás valószínűsége majdnem nulla.

Főbb üzemanyag-jellemzők

Egy adott típusú tüzelőanyag összehasonlító elemzése során a szakértők a következő fogalmakkal dolgoznak: üzemanyag nedvesség, kéntartalom, hamu (maradék), fűtőérték és hőteljesítmény.

A fűtőteljesítmény azt a hőmérsékletet jelenti, amely elegendő az égési folyamathoz minimális oxigéntartalom mellett. Ugyanakkor sem a levegő, sem az éghető keverék nem melegszik fel.

Az égéstérből származó szilárd maradékot hamunak nevezik. Nem tud tovább égni. A salak ugyanaz a hamu, csak olvadás után. Ennek az anyagnak a képződése hátrányosan befolyásolja az egész rendszer működését, eltömíti az üzemanyag-berendezést. Ezért ezt a mutatót fontos figyelembe venni a tervezési munkák során.

Fontos mutató a nedvesség. Ez negatívan befolyásolja az üzemanyag jellemzőit. Jelenléte a kipufogógáz mennyiségének növekedését, a telepítés hatékonyságának csökkenését okozza.

A kén és vegyületei égéstermékei korróziós folyamatokat okoznak és aktiválnak a felületekenmotorok és kipufogórendszerek acél részei. Ezenkívül negatív hatással vannak a környezetre és az emberi egészségre. Ezért ezt a mutatót is nagyon fontos figyelembe venni.

A fűtőérték nagyon fontos jellemző. Ezt figyelembe veszik a berendezések számításánál és tervezésénél, és lehetővé teszi az üzemanyag-fogyasztás meghatározását. Ezt az értéket kísérletileg határozzuk meg. Erre a célra speciális kalorimétert használnak. Ismert mennyiségű (tömeg) tüzelőanyagot elégetünk, és rögzítjük a kaloriméter vízhőmérsékletének változását. Ezután elég behelyettesíteni a kapott információt a képletbe és kiszámítani az égéshőt.

Kapcsolódó gáz

Ha a földgázt fúrásokból nyerik ki, a kapcsolódó gáz az olajtermelés mellékterméke. Az ilyen gáz metántartalma valamivel kevesebb, mint a hagyományos földgázban. A gáznemű tüzelőanyagok elégetése azonban hasonló hőt termel.

A melléktermék-gázt (kapcsolódó) kohászati üzemek is állítják elő. Ezeknél a vállalkozásoknál a tüzelőanyagot kemencékben bocsátják ki. Ezek az úgynevezett kokszolókemence- és kohógázok. Ezeket a gázokat általában a helyszínen elégetik (kemencébe vagy kazánállomásba táplálják). Hasonló mellékterméket állítanak elő mély bányákban, ami gyakran katasztrófákhoz vezet.

Gáztermelés száraz desztillációval

Mesterséges gázt szilárd (folyékony) tüzelőanyag további feldolgozásával nyernek. Ily módon úgynevezett termelőgáz és száraz desztillációs gáz nyerhető.

Ha száraza desztillációs tüzelőanyag magas hőmérséklet hatására lebomlik. Ebben az esetben ki kell zárni az oxidálószer (levegő) hozzáférését. Lépések sorozata után az eredeti tüzelőanyag saját gázára, kátrányvegyületekre és kokszra bomlik. A keletkező termékek pontos összetétele a tüzelőanyag kezdeti összetételétől és a folyamat körülményeitől (elsősorban a hőmérséklettől) függ.

A magas hőmérsékleten (1000-1100 Celsius fok körüli) lepárlási folyamatot kokszolásnak nevezzük. A bomlástermékek ebben az esetben a tényleges gáz (koksz) és koksz. A keletkező gáz sűrűsége és égéshője viszonylag alacsony (0,5 kilogramm köbméterenként, illetve 16 000 kilojoule köbméterenként). A kezelés során egy tonna szenet 350 köbméter gázzá alakítanak át. Ez a mutató változhat, és a folyamat körülményeitől, valamint a nyersanyag (szén) kémiai összetételétől és eredetétől függ.

Létezik alacsony hőmérsékletű száraz desztilláció is. 500 Celsius fok körüli hőmérsékletű szilárd tüzelőanyag feldolgozásából áll. Ezzel a módszerrel a minimális mennyiségű gáz keletkezik (legfeljebb 30 köbméter tonnánként nyersanyagonként). A fő termék ebben az esetben a gyanta, amelyet tovább használnak motorolajok és üzemanyagok gyártásában.

Gázhoz jutás szilárd tüzelőanyagok elgázosításával

A gáznemű tüzelőanyagok előállításának egyik általános módszere az úgynevezett elgázosítás. Szilárd tüzelőanyagok kémiai-termikus kezeléséből áll (a magas hőmérséklet együttes hatásaés vegyszeres kezelés). A szilárd tüzelőanyagban lévő szénatomok kölcsönhatásba lépnek és reagálnak vízzel és gőzzel, gázt (üzemanyagot) képezve. Az elgázosítási folyamat során száraz desztilláció is történik. A gázgenerátor szilárd tüzelőanyagok (elsősorban szén) gázosítására szolgáló berendezés. Ez a készülék a következő anyagokat állítja elő: metán, hidrogén és szén-monoxid. A hangos gázokon kívül nem éghető anyagok is keletkeznek (szén-dioxid, oxigén nitrogénnel és vízgőz).

Gázgenerátorok kialakítása – hatalmas választék. A séma és a csomópontok listája elsősorban az alapanyag típusától függ. Általában ez egy henger fém falakkal. Nyílásokkal rendelkezik a szellőzéshez (levegő bemenet) és a keletkező gáz kivezetéséhez. A levegőellátás kényszerített, erős ventilátorokkal. A kialakításnak biztosítania kell egy nyílást a kezelő számára. Az üzemanyagot a tetőn keresztül töltik be. Így külsőleg ez az egység fájdalmasan hasonlít a jól ismert "potbelly tűzhelyre". Van azonban egy különbség – a kémény hiánya.

A gázgenerátor csak az alapja a teljes telepítésnek, úgymond a mag. Ha megnézi az ilyen berendezések diagramjait, világossá válik, hogy az összes többi alkatrészt és eszközt úgy tervezték, hogy a gázt normál állapotba hozza (tisztítás, hűtés stb.).

A gáz használatának és használatának előnyei

A gáznemű tüzelőanyag összetétele lehetővé teszi, hogy hatékonyan használható alternatívájaként a hagyományos benzin, fűtőolaj ésdízel. Az olajtartalékok kimerültek. A szakértők szerint ez több évtizedig kitart. Sokkal több gáztartalék van. Így a gázberendezések aktív bevezetése és alkalmazása a nemzetgazdaság minden ágazatában ha nem is megoldja, de legalább elodázza a szénhidrogén-alapanyag-hiány akut problémáját.

A második és nagyon fontos előny a gáz égéstermékeinek relatív tisztasága a benzinmotor kipufogógázaihoz képest. Vagyis a gáznemű tüzelőanyaggal működő gépek, mechanizmusok környezetbarátabbak, nem szennyezik annyira a környezetet. A nagyvárosokban és a nagyvárosokban ez a probléma különösen akut. Ezért a hatóságok arra törekszenek, hogy a városi tömegközlekedés teljes flottáját új környezetvédelmi előírások alá vonják.

A harmadik előny az, hogy a keverék összetételének beállításával a motort a személyes igényekhez és preferenciákhoz lehet igazítani. A jövőben ez lehetővé teszi, hogy ne fizessen túl többletpénzt.

A negyedik előny a motor hasznos élettartamának növelése és a teljes motorolajcsere közötti idő növelése. Hiszen a gáz a kőolajtermékekkel ellentétben nem távolítja el a zsírt (olajat) a mechanizmus (motor) dörzsölő részeinek felületéről.

Ötödször – a gázkeverék sokkal nagyobb detonációs képességgel rendelkezik, mint a hagyományos üzemanyag. Ezzel jelentősen megnövelheti a jármű motorjának teljesítményét.

Hatodszor – a szilárd és folyékony tüzelőanyagokkal ellentétben a gáznemű tüzelőanyagokat nem kell felmelegíteni a befecskendezés előtt. Ez pozitívmind a teljes rendszer megbízhatóságát, mind az összes teljesítménymutatót kivétel nélkül befolyásolja.

Hetedik előny: a gázpalackokba történő befecskendezéssel egyenletesebbé válik. Így a hajtószerkezetek menetének és működésének simasága nő, a nagy terhelésű alkatrészek kopása csökken.

Sajnos nem mindig éri el az összes leírt előnyt. A járműtulajdonosok leggyakrabban benzinmotorokat alakítanak át gázüzemanyagra, hogy pénzt takarítsanak meg az üzemanyagköltségek különbségén. A motort azonban benzinhez vagy dízelhez tervezték. Ebből adódik az összes rész nem túl jól összehangolt munkája. A mérnökök számításai szerint ha egy autót benzinről gázüzeműre váltanak, a motor teljesítményének körülbelül 20 százalékát veszti. A veszteség kompenzálására sok tulajdonos növeli az égéstér kompressziós arányát. Ez nagymértékben csökkenti a motor élettartamát. Egy másik intézkedés a turbófeltöltő rendszer telepítése. De ehhez az eseményhez sok pénzt kell befektetni. Egy motor vagy kazánház folyékony és gáznemű tüzelőanyaggal történő működése teljesen eltérő teljesítménymutatókat mutat. Ráadásul az előny korántsem a szilárd tüzelőanyagok oldalán van.