Combustible gasós: descripció, característiques, mètodes de producció, aplicació

2024 Autora: Howard Calhoun | [email protected]. Última modificació: 2024-01-02 13:51

El gasoil es coneix des de mitjans del segle XIX. Va ser llavors quan el famós enginyer Lenoir va construir el seu primer motor de combustió interna de gas. Aquest aparell era primitiu i funcionava sense precompressió de la cambra de combustió. Els motors moderns no són rivals. Avui dia, l'ús de combustibles gasosos no es limita als cotxes. Aquest tipus de combustible respectuós amb el medi ambient, barat i assequible està conquerint activament cada cop més nous nínxols i s'utilitza activament en tots els sectors de l'economia nacional. Aquest article proporciona una descripció, característiques del combustible. En termes generals, descriu com es produeixen i s'utilitzen.

Informació general

Un combustible gasós és una substància altament inflamable. Aquesta qualitat i propietat útil s'utilitza en diverses branques de la ciència itecnologia. Per exemple, la població i la indústria fan servir cada cop més calderes de combustible gasós. En aquest combustible, òxids (diòxids) de carboni, vapors de diòxid de carboni, així com elements com nitrogen, hidrogen, oxigen i altres impureses poden estar presents en diverses quantitats. Els dispositius moderns que funcionen amb combustible gasós són molt sensibles a la composició química del gas de treball. Si no compleix els estàndards recomanats pel fabricant, és probable que l'equip falli i es requereixin reparacions costoses.

Totes les substàncies que formen els gasos es poden dividir en combustibles i no combustibles. Els primers, a més del metà, són l'etan, el propà i el butà. Explosius i, en conseqüència, combustibles són el monòxid de carboni i l'hidrogen. L'hidrogen és especialment perillós. És per aquest motiu que no es recomana emmagatzemar-lo en bombones de gas. La millor solució és comprar un generador d'hidrogen. Aquest dispositiu extreu hidrogen de l'aigua destil·lada segons sigui necessari. Així, s'elimina l'amenaça de detonació d'un gran volum de gas.

L'Estat és un monopoli en el comerç a l'engròs de combustibles líquids i gasosos. Això indica la importància estratègica d'aquest tipus de matèria primera.

Classificació del combustible per origen

Com els combustibles líquids, gasosos es poden extreure com a mineral o es poden produir en condicions artificials. En el primer cas, aquest combustible s'anomena natural, i en el segon -artificial.

Els especialistes han registrat diferències en la composició dels combustibles líquids i gasosos extrets de diferents regions. A causa de les diferències en la composició química, també hi ha petites diferències en la quantitat de calor alliberada durant la combustió. El combustible gasós natural està gairebé completament (95-99%, depenent del camp) format per l'anomenat metà (fórmula química - CH_{4). Aquest combustible s'anomena gas natural. I aquesta és la font d'energia més barata avui dia. És per aquest motiu que aquest tipus de recursos energètics s'utilitzen activament en tots els sectors de l'economia nacional. No obstant això, tots els avantatges es veuen eclipsats pel baix nivell de seguretat dels dispositius que funcionen amb combustibles gasosos. Els mitjans de comunicació apareixen regularment notícies inquietants sobre accidents i víctimes humanes com a conseqüència de les infraccions de les normes d'explotació de les instal·lacions de gas.}

Els combustibles gasosos artificials inclouen les substàncies obtingudes del processament de combustibles sòlids o líquids. Els seus tipus més comuns i populars són els gasos de craqueig de coc. També es poden incloure en aquest grup la il·luminació, l'aigua i els combustibles combinats. Depenent de la composició química d'un gas determinat, el nivell de calor alliberat durant la combustió varia en un ampli rang. Aquestes substàncies són altament explosives. Per aquest motiu, es recomana barrejar-los amb gas natural abans de la combustió. Aquesta mesura augmenta la seguretat de funcionament dels dispositius que funcionen amb combustible gasós en un ordre de magnitud. Aquestes manipulacions es realitzen sobre bases especialment equipades. Llavors talEl gas es subministra a l'usuari final en bombones o d'una altra manera. Però, malgrat que aquesta barreja és menys perillosa, encara s'ha de manejar amb extrema cura, complint amb totes les normes i regulacions per treballar amb recipients a pressió i les normes de seguretat. I aquest no és l'únic perill. Aquesta substància és tòxica i la inhalació pot causar conseqüències greus i fins i tot la mort.

Classificació del combustible per finalitat

El combustible en forma gasosa s'utilitza tant en instal·lacions tèrmiques com en motors de combustió interna. En conseqüència, sobre aquesta base, es pot dividir en combustible de motor i combustible de caldera-forn.

El gas natural s'utilitza tradicionalment com a combustible de calderes i forns. En casos rars, s'utilitza combustible artificial. El mateix tipus de combustible, amb només alguns additius, també s'utilitza per repostar els cotxes.

Descripció del gas natural

És difícil sobreestimar la importància d'aquest mineral per a l'economia del nostre estat i el desenvolupament econòmic del món en conjunt. Molts cotxes, calderes de combustible gasós, centrals elèctriques i centrals combinades de calor i electricitat l'utilitzen. A partir dels preus previstos del combustible blau (com a vegades s'anomena gas natural), s'elaboren els pressupostos estatals.

Més del 90% d'aquest gas està format per molècules de metà (CH_{4). A més del metà, el gas natural també conté butà amb propà, nitrogen, diòxid de carboni, vapor d'aigua i altres impureses (es consideren perjudicials). ATEn petites quantitats, el gas natural també conté gasos inerts (heli i altres). Es creu que aquests últims tenen un efecte beneficiós en màquines, dispositius i mecanismes que funcionen amb gas, i també milloren la física dels processos de combustió de combustible. La idoneïtat del combustible per al seu ús, la seva qualitat es jutja pel percentatge de components d'hidrocarburs.}

El gas natural no només és un combustible valuós, sinó també una matèria primera per a diverses indústries. Així doncs, a partir del metà que conté, les grans plantes químiques produeixen hidrogen. Perquè aquesta reacció tingui lloc, s'ha d'oxidar. A més de l'hidrogen, se'n produeix acetilè. A partir d'aquestes substàncies es produeixen tota mena d'aldehids, alcohol metílic (substància molt tòxica i perillosa), amoníac, acetona, àcid acètic, etc. No obstant això, el fet és que l'àrea principal d'aplicació del gas natural és la combustió de combustibles gasosos amb la finalitat de diversos mecanismes d'accionament (motors de cotxes) i dispositius de calderes.

Propietats bàsiques dels gasos

Tots els gasos (no només el combustible) estan units per un índex de densitat relativament petit. Per al gas natural considerat i els seus anàlegs artificials, el seu valor es manté al voltant de 0,8 quilograms per metre cúbic. La densitat del combustible gasós liquat és lleugerament superior i és d'aproximadament 2,3 quilograms per metre cúbic.

Els gasos són majoritàriament substàncies tòxiques. La toxicitat augmenta a mesura que augmenta el contingut d'òxids de carboni icompostos de sofre amb hidrogen en gas. Amb un contingut d'un o més per cent dels gasos nocius descrits a l'atmosfera, una persona inhalarà una dosi letal d'una substància verinosa en tres minuts.

Els gasos en qüestió són explosius. A més, amb un augment del percentatge de monòxid de carboni i hidrogen, augmenta el risc de detonació. Una característica interessant: quan el contingut d'aquestes substàncies és superior al 74%, la probabilitat de detonació del gas és gairebé nul·la.

Característiques clau del combustible

En una anàlisi comparativa d'un tipus concret de combustible, els experts operen amb els conceptes següents: humitat del combustible, contingut de sofre, cendra (residu), poder calorífic i potència calorífica.

La capacitat de calefacció es refereix a la temperatura suficient per al procés de combustió amb un contingut mínim d'oxigen. Al mateix temps, ni l'aire ni la barreja combustible s'escalfa addicionalment.

El residu sòlid del camp de combustió s'anomena cendra. Ella ja no pot cremar. L'escòria és la mateixa cendra, només després de la fusió. La formació d'aquesta substància afecta negativament el funcionament de tot el sistema, obstrueix l'equip de combustible. Per tant, és important tenir en compte aquest indicador durant el treball de disseny.

Un indicador important és la humitat. Afecta negativament a les característiques del combustible. La seva presència provoca un augment dels volums d'escapament, una disminució de l'eficiència de la instal·lació.

Els productes de combustió del sofre i els seus compostos provoquen i activen processos de corrosió a les superfíciespeces d'acer de motors i sistemes d'escapament. A més, tenen un impacte negatiu en el medi ambient i la salut humana. Per tant, també és molt important tenir en compte aquest indicador.

El poder calorífic és una característica molt important. Es té en compte en el càlcul i disseny de l'equip i permet determinar el consum de combustible. Aquest valor es determina experimentalment. Per a aquests propòsits, s'utilitza un calorímetre especial. Es crema una quantitat coneguda (massa) de combustible i es registra el canvi en la temperatura de l'aigua del calorímetre. Aleshores n'hi ha prou amb substituir la informació obtinguda a la fórmula i calcular la calor de combustió.

Gas associat

Si s'extreu gas natural dels forats, el gas associat és un subproducte de la producció de petroli. El contingut de metà en aquest gas és una mica menor que en el gas natural tradicional. Tanmateix, la combustió de combustibles gasosos produeix una calor comparable.

El gas subproducte (associat) també és produït per plantes metal·lúrgiques. En aquestes empreses, el combustible s'emet als forns. Aquests són els anomenats gasos de coc i d' alt forn. Com a regla general, aquests gasos es cremen al lloc (alimentats a un forn o una estació de caldera). Un subproducte similar es produeix a les mines profundes, que sovint provoca desastres.

Producció de gas per destil·lació en sec

El gas artificial s'obté mitjançant un processament addicional de combustible sòlid (líquid). D'aquesta manera, es pot obtenir l'anomenat gas productor i gas de destil·lació sec.

Quan està secEl combustible de destil·lació es descompon sota la influència de les altes temperatures. En aquest cas, cal excloure l'accés d'un agent oxidant (aire). Després d'una sèrie de passos, el combustible original es descompon en el seu propi gas, compostos de quitrà i coc. La composició exacta dels productes formats depèn de la composició inicial del combustible i de les condicions del procés (principalment de la temperatura).

El procés de destil·lació, que té lloc a altes temperatures (entre 1000 i 1100 graus centígrads), s'anomena cocització. Els productes de descomposició en aquest cas són el gas real (coc) i el coc. La densitat i la calor de combustió del gas resultant són relativament baixes (0,5 quilograms per metre cúbic i 16.000 kilojoules per metre cúbic, respectivament). Una tona de carbó durant aquest tractament es converteix en 350 metres cúbics de gas. Aquest indicador pot variar i depèn de les condicions del procés i de la composició química i l'origen de la matèria primera (carbó).

També hi ha destil·lació en sec a baixa temperatura. Consisteix a processar combustible sòlid amb temperatures al voltant dels 500 graus centígrads. Amb aquest mètode, es forma la quantitat mínima de gas (no més de 30 metres cúbics per tona de matèria primera). El producte principal en aquest cas és la resina, que s'utilitza més en la producció d'olis de motor i combustibles.

Obtenció de gas mitjançant la gasificació de combustibles sòlids

Un dels mètodes habituals per obtenir combustibles gasosos és l'anomenada gasificació. Consisteix en el tractament químic-tèrmic de combustibles sòlids (l'efecte combinat de les altes temperaturesi tractament químic). Els àtoms de carboni continguts en el combustible sòlid interaccionen i reaccionen amb l'aigua i el vapor, formant un gas (combustible). Durant el procés de gasificació, també es produeix la destil·lació en sec. Un generador de gas és un dispositiu per a la gasificació de combustibles sòlids (principalment carbó). Aquest aparell produeix les següents substàncies: metà, hidrogen i monòxid de carboni. A més dels gasos sonats, també es produeixen substàncies no combustibles (diòxid de carboni, oxigen amb nitrogen i vapor d'aigua).

Dissenys de generadors de gas: una gran varietat. L'esquema i la llista de nodes depèn principalment del tipus de matèria primera. En general, és un cilindre amb parets metàl·liques. Disposa d'orificis per a la ventilació (entrada d'aire) i per a la sortida del gas generat. El subministrament d'aire és forçat, utilitzant ventiladors potents. El disseny ha de proporcionar una escotilla per a l'operador. El combustible es carrega pel sostre. Així, exteriorment, aquesta unitat s'assembla dolorosament a la coneguda "estufa de panxa". Tanmateix, hi ha una diferència: l'absència de xemeneia.

El generador de gas és només la base de tota la instal·lació, el nucli, per dir-ho d'alguna manera. Si observeu els diagrames d'aquests equips, queda clar que tots els altres components i dispositius estan dissenyats per portar el gas a un estat normal (neteja, refrigeració, etc.).

Avantatges d'utilitzar i utilitzar gas

La composició del combustible gasós permet utilitzar-lo de manera eficaç com a alternativa a la gasolina, el fuel i elsdièsel. Les reserves de petroli s'esgoten. Segons els experts, durarà diverses dècades. Hi ha moltes més reserves de gas. Així, la introducció i l'ús actius d'equips de gas en tots els sectors de l'economia nacional, si no es resoldran, almenys posposaran l'agut problema de l'escassetat de matèries primeres d'hidrocarburs.

El segon avantatge i molt important és la puresa relativa dels productes de combustió de gas en comparació amb els gasos d'escapament dels motors de gasolina. És a dir, les màquines i els mecanismes que funcionen amb combustibles gasosos són més respectuosos amb el medi ambient i no contaminen tant el medi ambient. A les àrees metropolitanes i les grans ciutats, aquest problema és especialment greu. Per tant, les autoritats s'esforcen per traslladar tota la flota de transport públic urbà a nous estàndards mediambientals.

El tercer avantatge és la possibilitat d'ajustar el motor a les necessitats i preferències personals ajustant la composició de la mescla. En el futur, això us permetrà no pagar diners addicionals.

El quart benefici és augmentar la vida útil del motor i augmentar el temps entre canvis complets d'oli del motor. Després de tot, el gas, a diferència dels derivats del petroli, no elimina el greix (oli) de les superfícies de les parts de fregament del mecanisme (motor).

Cinquè: la barreja de gasos té una capacitat de detonació molt més gran en comparació amb el combustible tradicional. Això us permet augmentar significativament la potència del motor del vehicle.

Sisè: a diferència dels combustibles sòlids i líquids, els combustibles gasosos no necessiten escalfar-se abans de la injecció. És positiuafecta tant la fiabilitat de tot el sistema com de tots els indicadors de rendiment sense excepció.

Setè avantatge: amb l'ús de la injecció de gas als cilindres es torna més uniforme. Així, augmenta la suavitat del recorregut i el funcionament dels mecanismes de conducció, disminueix el desgast de les peces molt carregades.

Malauradament, no sempre s'aconsegueixen tots els beneficis descrits. Molt sovint, els propietaris de vehicles converteixen els motors de gasolina en combustible de gas per tal d'estalviar diners en la diferència de costos de combustible. No obstant això, el motor va ser dissenyat per a gasolina o dièsel. D'aquí el treball poc coordinat de totes les parts. Els enginyers han calculat que quan un cotxe passa de gasolina a gasolina, el motor perd al voltant del 20 per cent de la seva potència. Per compensar la pèrdua, molts propietaris augmenten la relació de compressió de l'espai de la cambra de combustió. Això redueix molt la vida útil del motor. Una altra mesura és la instal·lació d'un sistema de sobrealimentació. Però aquest esdeveniment haurà d'invertir molts diners. El funcionament d'un motor o caldereria amb combustibles líquids i gasosos demostra indicadors de rendiment completament diferents. A més, l'avantatge està lluny d'estar al costat dels combustibles sòlids.