Nhiên liệu khí: mô tả, đặc điểm, phương pháp sản xuất, ứng dụng

2024 Tác giả: Howard Calhoun | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-02 14:05

Nhiên liệu gas đã được biết đến từ giữa thế kỷ 19. Sau đó, kỹ sư nổi tiếng Lenoir đã chế tạo động cơ đốt trong bằng khí đầu tiên của mình. Bộ máy này là nguyên thủy và hoạt động mà không cần nén trước buồng đốt. Động cơ hiện đại không phù hợp với nó. Ngày nay, việc sử dụng nhiên liệu khí không chỉ giới hạn ở ô tô. Loại nhiên liệu thân thiện với môi trường, giá rẻ và hợp lý này đang tích cực chinh phục ngày càng nhiều ngách mới và được sử dụng tích cực trong mọi lĩnh vực của nền kinh tế quốc dân. Bài báo này cung cấp mô tả, đặc điểm của nhiên liệu. Nói chung, nó mô tả cách chúng được sản xuất và sử dụng.

Thông tin chung

Nhiên liệu khí là chất rất dễ cháy. Chất lượng và đặc tính hữu ích này được sử dụng trong các ngành khoa học khác nhau vàCông nghệ. Ví dụ, dân số và ngành công nghiệp đang ngày càng sử dụng lò hơi đốt nhiên liệu khí. Trong nhiên liệu này, các ôxít (điôxít) cacbon, hơi cacbon điôxít, cũng như các nguyên tố như nitơ, hiđrô, ôxy và các tạp chất khác có thể có mặt với số lượng khác nhau. Các thiết bị hiện đại hoạt động bằng nhiên liệu khí rất nhạy cảm với thành phần hóa học của khí làm việc. Nếu nó không đáp ứng các tiêu chuẩn do nhà sản xuất khuyến nghị, thiết bị sẽ rất có thể bị hỏng và phải sửa chữa tốn kém.

Tất cả các chất tạo thành chất khí có thể được chia thành chất dễ cháy và chất không cháy. Đầu tiên, ngoài metan, còn có etan, propan và butan. Chất nổ và do đó, chất dễ cháy là carbon monoxide và hydro. Hydro đặc biệt nguy hiểm. Đó là vì lý do này mà nó không được khuyến khích để bảo quản nó trong bình gas. Giải pháp tốt nhất là mua một máy tạo hydro. Thiết bị này chiết xuất hydro từ nước cất khi cần thiết. Do đó, nguy cơ phát nổ một khối lượng lớn khí được loại bỏ.

Nhà nước độc quyền trong việc buôn bán bán buôn nhiên liệu lỏng và khí. Điều này cho thấy tầm quan trọng chiến lược của loại nguyên liệu thô này.

Phân loại nhiên liệu theo nguồn gốc

Giống như chất lỏng, nhiên liệu khí có thể được khai thác dưới dạng khoáng chất, hoặc có thể được sản xuất trong điều kiện nhân tạo. Trong trường hợp đầu tiên, nhiên liệu như vậy được gọi là tự nhiên, và trong trường hợp thứ hai -nhân tạo.

Các chuyên gia đã ghi nhận sự khác biệt về thành phần của nhiên liệu lỏng và khí được chiết xuất từ các vùng khác nhau. Do sự khác biệt về thành phần hóa học, nên cũng có sự khác biệt nhỏ về lượng nhiệt thoát ra trong quá trình đốt cháy. Nhiên liệu khí tự nhiên gần như hoàn toàn (95-99%, tùy thuộc vào lĩnh vực) bao gồm cái gọi là mêtan (công thức hóa học - CH_{4). Nhiên liệu này được gọi là khí tự nhiên. Và đây là nguồn năng lượng rẻ nhất hiện nay. Chính vì lý do đó mà loại tài nguyên năng lượng này được sử dụng tích cực trong mọi lĩnh vực của nền kinh tế quốc dân. Tuy nhiên, tất cả những lợi thế bị lu mờ bởi mức độ an toàn thấp của các thiết bị hoạt động bằng nhiên liệu khí. Tin tức gây nhiễu loạn thường xuyên xuất hiện trên các phương tiện truyền thông về các vụ tai nạn và thương vong về người do vi phạm các quy tắc vận hành hệ thống lắp đặt khí đốt.}

Nhiên liệu khí nhân tạo bao gồm các chất thu được từ quá trình xử lý nhiên liệu rắn hoặc lỏng. Loại phổ biến và thông dụng nhất của nó là khí crackinh than cốc. Ánh sáng, nước và nhiên liệu pha trộn cũng có thể được bao gồm trong nhóm này. Tùy thuộc vào thành phần hóa học của một loại khí cụ thể, mức nhiệt thoát ra trong quá trình đốt cháy khác nhau trong một phạm vi rộng. Những chất này rất dễ nổ. Vì lý do này, chúng được khuyến nghị trộn với khí tự nhiên trước khi đốt. Biện pháp này làm tăng mức độ an toàn trong vận hành của các thiết bị hoạt động bằng nhiên liệu khí. Các thao tác này được thực hiện trên các căn cứ được trang bị đặc biệt. Sau đó như vậykhí được cung cấp cho người sử dụng cuối cùng trong các chai hoặc cách khác. Nhưng mặc dù thực tế là hỗn hợp như vậy ít nguy hiểm hơn, nó vẫn cần được xử lý hết sức cẩn thận, tuân thủ tất cả các quy tắc và quy định về làm việc với bình chịu áp lực và các quy định về an toàn. Và đây không phải là mối nguy hiểm duy nhất. Chất này rất độc và hít phải có thể gây ra hậu quả nghiêm trọng và thậm chí tử vong.

Phân loại nhiên liệu theo mục đích

Nhiên liệu ở thể khí được sử dụng cả trong các cơ sở lắp đặt nhiệt và động cơ đốt trong. Theo đó, trên cơ sở này, nó có thể được chia thành nhiên liệu động cơ và nhiên liệu lò hơi.

Khí tự nhiên thường được sử dụng làm nhiên liệu đốt lò hơi và lò hơi. Trong một số trường hợp hiếm hoi, nhiên liệu nhân tạo được sử dụng. Cùng một loại nhiên liệu, chỉ với một số chất phụ gia, cũng được sử dụng để tiếp nhiên liệu cho ô tô.

Mô tả khí thiên nhiên

Thật khó để đánh giá quá cao tầm quan trọng của khoáng chất này đối với nền kinh tế của bang chúng ta và sự phát triển kinh tế của toàn thế giới nói chung. Nhiều ô tô, nồi hơi nhiên liệu khí, nhà máy điện và các nhà máy nhiệt điện kết hợp sử dụng nó. Dựa trên giá dự kiến cho nhiên liệu xanh (đôi khi được gọi là khí tự nhiên), ngân sách nhà nước được lập.

Hơn 90% khí này bao gồm các phân tử metan (CH_{4). Ngoài mêtan, khí thiên nhiên còn chứa butan với propan, nitơ, carbon dioxide, hơi nước và các tạp chất khác (chúng được coi là có hại). TẠIVới số lượng nhỏ, khí tự nhiên cũng chứa khí trơ (heli và các loại khác). Người ta tin rằng chất sau có tác dụng hữu ích đối với máy móc, thiết bị và cơ chế hoạt động bằng khí, đồng thời cũng cải thiện tính vật lý của quá trình đốt cháy nhiên liệu. Tính phù hợp của nhiên liệu để sử dụng, chất lượng của nó được đánh giá bằng tỷ lệ phần trăm các thành phần hydrocacbon.}

Khí tự nhiên không chỉ là nhiên liệu có giá trị mà còn là nguyên liệu thô cho một số ngành công nghiệp. Vì vậy, từ khí mêtan mà nó chứa, các nhà máy hóa chất lớn sản xuất hydro. Để phản ứng này xảy ra, nó phải được oxi hóa. Ngoài hydro, axetylen được sản xuất từ nó. Dựa vào các chất này tạo ra các loại anđehit, rượu metylic (một chất rất độc và nguy hiểm), amoniac, axeton, axit axetic,…. Tuy nhiên, thực tế vẫn là lĩnh vực ứng dụng chính của khí tự nhiên là đốt cháy nhiên liệu khí cho các mục đích của các cơ cấu truyền động khác nhau (động cơ ô tô) và các thiết bị lò hơi.

Tính chất cơ bản của chất khí

Tất cả các loại khí (không chỉ nhiên liệu) đều được thống nhất bởi một chỉ số tỷ trọng tương đối nhỏ. Đối với khí tự nhiên được coi là và các chất tương tự nhân tạo của nó, giá trị của nó được giữ trong vùng 0,8 kilôgam trên mét khối. Tỷ trọng của nhiên liệu khí hóa lỏng cao hơn một chút và xấp xỉ 2,3 kilôgam trên mét khối.

Khí hầu hết là chất độc hại. Độc tính tăng lên khi hàm lượng các ôxit cacbon tăng lên vàhợp chất của lưu huỳnh với hiđro ở thể khí. Với hàm lượng của một hoặc nhiều hơn một phần trăm các khí độc hại được mô tả trong bầu khí quyển, một người sẽ hít phải một lượng chất độc gây chết người trong ba phút.

Các loại khí được đề cập đều dễ nổ. Hơn nữa, với sự gia tăng tỷ lệ carbon monoxide và hydro, nguy cơ phát nổ sẽ tăng lên. Một tính năng thú vị: khi hàm lượng các chất này hơn 74%, xác suất phát nổ khí gas gần như bằng không.

Đặc điểm nhiên liệu chính

Trong phân tích so sánh của một loại nhiên liệu cụ thể, các chuyên gia hoạt động với các khái niệm sau: độ ẩm nhiên liệu, hàm lượng lưu huỳnh, tro (cặn), nhiệt trị và sản lượng nhiệt.

Khả năng gia nhiệt là nhiệt độ đủ cho quá trình đốt cháy với hàm lượng oxy tối thiểu. Đồng thời, không khí và hỗn hợp dễ cháy không được đốt nóng thêm.

Cặn rắn từ trường đốt được gọi là tro. Cô ấy không thể đốt cháy được nữa. Xỉ là tro giống nhau, chỉ sau khi nấu chảy. Sự hình thành chất này ảnh hưởng xấu đến hoạt động của toàn bộ hệ thống, làm tắc nghẽn thiết bị nhiên liệu. Do đó, chỉ số này rất quan trọng cần được tính đến trong quá trình thiết kế.

Một chỉ số quan trọng là độ ẩm. Nó ảnh hưởng tiêu cực đến các đặc tính của nhiên liệu. Sự hiện diện của nó làm tăng lượng khí thải, giảm hiệu quả của việc lắp đặt.

Các sản phẩm đốt cháy của lưu huỳnh và các hợp chất của nó gây ra và kích hoạt các quá trình ăn mòn trên bề mặtcác bộ phận bằng thép của động cơ và hệ thống xả. Ngoài ra, chúng còn có tác động xấu đến môi trường và sức khỏe con người. Do đó, chỉ số này cũng rất quan trọng cần xem xét.

Nhiệt trị là một đặc tính rất quan trọng. Nó được tính đến trong tính toán và thiết kế của thiết bị và cho phép bạn xác định mức tiêu thụ nhiên liệu. Giá trị này được xác định bằng thực nghiệm. Đối với những mục đích này, một nhiệt lượng kế đặc biệt được sử dụng. Một lượng (khối lượng) nhiên liệu đã biết được đốt cháy và ghi lại sự thay đổi nhiệt độ nước của nhiệt lượng kế. Sau đó, chỉ cần thay thế thông tin thu được vào công thức và tính nhiệt đốt cháy là đủ.

Khí liên kết

Nếu khí tự nhiên được khai thác từ các lỗ khoan, thì khí đồng hành là sản phẩm phụ của quá trình sản xuất dầu. Hàm lượng mêtan trong khí như vậy có phần ít hơn trong khí tự nhiên truyền thống. Tuy nhiên, quá trình đốt cháy nhiên liệu khí tạo ra nhiệt lượng tương đương.

Khí phụ (đồng hành) cũng được sản xuất bởi các nhà máy luyện kim. Tại các xí nghiệp này, nhiên liệu được thải ra trong các lò nung. Đây là cái gọi là lò luyện cốc và khí lò cao. Theo quy định, các khí này được đốt tại chỗ (cấp cho lò nung hoặc trạm lò hơi). Một sản phẩm phụ tương tự được tạo ra ở các mỏ sâu, thường dẫn đến thảm họa.

Sản xuất khí bằng chưng cất khô

Khí nhân tạo thu được bằng cách xử lý bổ sung nhiên liệu rắn (lỏng). Bằng cách này, có thể thu được cái gọi là khí sản xuất và khí chưng cất khô.

Khi khônhiên liệu chưng cất bị phân hủy dưới tác động của nhiệt độ cao. Trong trường hợp này, cần phải loại trừ sự tiếp cận của chất oxy hóa (không khí). Sau một loạt các bước, nhiên liệu ban đầu phân hủy thành khí, hợp chất hắc ín và than cốc của chính nó. Thành phần chính xác của các sản phẩm được tạo thành phụ thuộc vào thành phần ban đầu của nhiên liệu và các điều kiện của quá trình (chủ yếu vào nhiệt độ).

Quá trình chưng cất diễn ra ở nhiệt độ cao (trong khoảng 1000 - 1100 độ C), được gọi là luyện cốc. Các sản phẩm phân hủy trong trường hợp này là khí thực tế (than cốc) và than cốc. Mật độ và nhiệt đốt của khí tạo thành tương đối thấp (tương ứng là 0,5 kg trên mét khối và 16.000 kilojoules trên mét khối). Một tấn than trong quá trình xử lý này được chuyển thành 350 mét khối khí. Chỉ số này có thể thay đổi và phụ thuộc vào các điều kiện của quá trình cũng như thành phần hóa học và nguồn gốc của nguyên liệu thô (than đá).

Ngoài ra còn có quá trình chưng cất khô ở nhiệt độ thấp. Nó bao gồm xử lý nhiên liệu rắn với nhiệt độ trong vùng 500 độ C. Với phương pháp này, lượng khí được tạo thành tối thiểu (không quá 30 mét khối / tấn nguyên liệu). Sản phẩm chính trong trường hợp này là nhựa thông, được sử dụng nhiều hơn trong sản xuất dầu động cơ và nhiên liệu.

Lấy khí thông qua quá trình khí hóa nhiên liệu rắn

Một trong những phương pháp phổ biến để thu được nhiên liệu khí là cái gọi là khí hóa. Nó bao gồm xử lý nhiệt hóa học của nhiên liệu rắn (tác động tổng hợp của nhiệt độ caovà xử lý hóa chất). Các nguyên tử cacbon có trong nhiên liệu rắn tương tác và phản ứng với nước và hơi nước, tạo thành khí (nhiên liệu). Trong quá trình khí hóa cũng xảy ra quá trình chưng cất khô. Máy tạo khí là một thiết bị để khí hóa nhiên liệu rắn (chủ yếu là than). Thiết bị này tạo ra các chất sau: metan, hydro và carbon monoxide. Ngoài khí âm, các chất không cháy cũng được tạo ra (carbon dioxide, oxy với nitơ và hơi nước).

Kiểu dáng của máy tạo khí - rất đa dạng. Lược đồ và danh sách các nút phụ thuộc chủ yếu vào loại nguyên liệu. Nói chung, nó là một hình trụ với các bức tường kim loại. Nó có các lỗ để thông gió (hút gió) và thoát khí sinh ra. Cung cấp không khí là cưỡng bức, sử dụng quạt mạnh. Thiết kế phải cung cấp một cửa sập cho người vận hành. Nhiên liệu được nạp qua mái nhà. Vì vậy, bề ngoài, thiết bị này giống một cách đáng kinh ngạc "bếp lò" được nhiều người biết đến. Tuy nhiên, có một điểm khác biệt - không có ống khói.

Máy tạo khí chỉ là cơ sở của toàn bộ cài đặt, cốt lõi, có thể nói như vậy. Nếu bạn nhìn vào sơ đồ của các thiết bị như vậy, sẽ thấy rõ ràng rằng tất cả các thành phần và thiết bị khác được thiết kế để đưa khí về trạng thái bình thường (làm sạch, làm mát, v.v.).

Ưu điểm của việc sử dụng và sử dụng gas

Thành phần của nhiên liệu khí cho phép nó được sử dụng hiệu quả như một chất thay thế cho xăng, dầu nhiên liệu truyền thống vàdầu diesel. Nguồn dự trữ dầu đang cạn kiệt. Theo các chuyên gia, nó sẽ kéo dài trong vài thập kỷ. Có nhiều khí dự trữ hơn. Do đó, việc tích cực đưa vào sử dụng các thiết bị khí trong tất cả các lĩnh vực của nền kinh tế quốc dân, nếu không giải quyết được, thì ít nhất cũng có thể tạm hoãn vấn đề cấp bách về sự thiếu hụt nguyên liệu hydrocacbon.

Ưu điểm thứ hai và rất quan trọng là độ tinh khiết tương đối của sản phẩm đốt khí so với khí thải động cơ xăng. Nói cách khác, máy móc và cơ chế hoạt động bằng nhiên liệu khí thân thiện với môi trường hơn và không gây ô nhiễm môi trường nhiều. Ở các khu vực đô thị và các thành phố lớn, vấn đề này đặc biệt nghiêm trọng. Do đó, các nhà chức trách đang nỗ lực chuyển toàn bộ đội phương tiện giao thông công cộng đô thị sang các tiêu chuẩn môi trường mới.

Ưu điểm thứ ba là khả năng điều chỉnh động cơ theo nhu cầu và sở thích cá nhân bằng cách điều chỉnh thành phần của hỗn hợp. Trong tương lai, điều này sẽ cho phép bạn không phải trả thêm tiền.

Lợi ích thứ 4 là tăng tuổi thọ hữu ích của động cơ và tăng thời gian giữa các lần thay nhớt động cơ hoàn toàn. Rốt cuộc, khí, không giống như các sản phẩm dầu mỏ, không loại bỏ mỡ (dầu) khỏi bề mặt của các bộ phận cọ xát của cơ chế (động cơ).

Thứ năm - hỗn hợp khí có khả năng kích nổ lớn hơn nhiều so với nhiên liệu truyền thống. Điều này cho phép bạn tăng đáng kể sức mạnh của động cơ xe.

Thứ sáu - không giống như nhiên liệu rắn và lỏng, nhiên liệu khí không cần phải đun nóng trước khi tiêm. Nó tích cựcảnh hưởng đến cả độ tin cậy của toàn bộ hệ thống và tất cả các chỉ số hiệu suất mà không có ngoại lệ.

Ưu điểm thứ bảy: với việc sử dụng khí phun vào xi lanh trở nên đồng đều hơn. Do đó, sự êm dịu của quá trình và hoạt động của các cơ cấu dẫn động tăng lên, độ mài mòn của các bộ phận chịu tải cao giảm xuống.

Thật không may, không phải lúc nào tất cả các lợi ích được mô tả đều đạt được. Thông thường, các chủ phương tiện chuyển đổi động cơ xăng sang động cơ xăng để tiết kiệm chi phí nhiên liệu chênh lệch. Tuy nhiên, động cơ được thiết kế cho xăng hoặc dầu diesel. Do đó sự phối hợp công việc của tất cả các bộ phận không được tốt lắm. Các kỹ sư đã tính toán rằng khi một chiếc xe chuyển từ xăng sang xăng, động cơ sẽ mất khoảng 20% công suất. Để bù lỗ, nhiều chủ xe tăng tỷ số nén của không gian buồng đốt. Điều này làm giảm tuổi thọ của động cơ rất nhiều. Một biện pháp khác là lắp đặt hệ thống tăng áp. Nhưng sự kiện này sẽ phải đầu tư rất nhiều tiền. Hoạt động của động cơ hoặc nhà lò hơi trên nhiên liệu lỏng và khí thể hiện các chỉ số hoạt động hoàn toàn khác nhau. Hơn nữa, lợi thế còn lâu mới nghiêng về nhiên liệu rắn.