Gasvormige brandstof: beschrijving, kenmerken, productiemethoden, toepassing

2024 Auteur: Howard Calhoun | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-02 14:00

Gasbrandstof is bekend sinds het midden van de 19e eeuw. Het was toen dat de beroemde ingenieur Lenoir zijn eerste verbrandingsmotor op gas bouwde. Dit apparaat was primitief en werkte zonder voorcompressie van de verbrandingskamer. Moderne motoren zijn er niet tegen opgewassen. Tegenwoordig is het gebruik van gasvormige brandstoffen niet beperkt tot auto's. Deze milieuvriendelijke, goedkope en betaalbare brandstof verovert actief steeds meer nieuwe niches en wordt actief gebruikt in alle sectoren van de nationale economie. Dit artikel geeft een beschrijving, kenmerken van de brandstof. In algemene termen wordt beschreven hoe ze worden geproduceerd en gebruikt.

Algemene informatie

Een gasvormige brandstof is een stof die licht ontvlambaar is. Deze kwaliteit en nuttige eigenschap wordt gebruikt in verschillende takken van wetenschap entechnologie. Zo maken de bevolking en de industrie steeds vaker gebruik van ketels op gasvormige brandstof. In deze brandstof kunnen oxiden (dioxiden) van koolstof, koolstofdioxidedampen, maar ook elementen zoals stikstof, waterstof, zuurstof en andere onzuiverheden in verschillende hoeveelheden aanwezig zijn. Moderne apparaten die op gasvormige brandstof werken, zijn erg gevoelig voor de chemische samenstelling van het werkgas. Als het niet voldoet aan de door de fabrikant aanbevolen normen, zal de apparatuur hoogstwaarschijnlijk defect raken en zijn dure reparaties nodig.

Alle stoffen waaruit gassen bestaan, kunnen worden onderverdeeld in brandbaar en niet-brandbaar. De eerste zijn, naast methaan, ethaan, propaan en butaan. Explosief en dus brandbaar zijn koolmonoxide en waterstof. Vooral waterstof is gevaarlijk. Het is om deze reden dat het niet wordt aanbevolen om het in gasflessen te bewaren. De beste oplossing is om een waterstofgenerator aan te schaffen. Dit apparaat ha alt indien nodig waterstof uit gedestilleerd water. Zo wordt de dreiging van detonatie van een grote hoeveelheid gas geëlimineerd.

De staat heeft een monopolie op de groothandel in vloeibare en gasvormige brandstoffen. Dit geeft het strategische belang van dit type grondstof aan.

Indeling van brandstof naar herkomst

Net als vloeibare, kunnen gasvormige brandstoffen als mineraal worden gewonnen of onder kunstmatige omstandigheden worden geproduceerd. In het eerste geval wordt dergelijke brandstof natuurlijk genoemd, en in het tweede -kunstmatig.

Specialisten hebben geconstateerd dat er verschillen zijn in de samenstelling van vloeibare en gasvormige brandstoffen die uit verschillende regio's worden gewonnen. Door verschillen in chemische samenstelling zijn er ook kleine verschillen in de hoeveelheid warmte die vrijkomt bij verbranding. Aardgasvormige brandstof bestaat bijna volledig (95-99%, afhankelijk van het veld) uit het zogenaamde methaan (chemische formule - CH_{4). Deze brandstof wordt aardgas genoemd. En dit is tegenwoordig de goedkoopste energiebron. Het is om deze reden dat dit soort energiebronnen actief wordt gebruikt in alle sectoren van de nationale economie. Alle voordelen worden echter overschaduwd door het lage veiligheidsniveau van apparaten die op gasvormige brandstoffen werken. In de media verschijnen regelmatig verontrustende berichten over ongevallen en doden als gevolg van overtredingen van de regels voor het exploiteren van gasinstallaties.}

Kunstmatige gasvormige brandstoffen omvatten stoffen die worden verkregen bij de verwerking van vaste of vloeibare brandstoffen. De meest voorkomende en populaire soorten zijn cokeskraakgassen. Ook verlichting, water en gemengde brandstoffen kunnen tot deze groep worden gerekend. Afhankelijk van de chemische samenstelling van een bepaald gas, varieert de hoeveelheid warmte die vrijkomt bij de verbranding over een groot bereik. Dergelijke stoffen zijn zeer explosief. Om deze reden wordt aanbevolen om ze vóór verbranding met aardgas te mengen. Deze maatregel verhoogt de bedrijfsveiligheid van apparaten die op gasvormige brandstof werken met een orde van grootte. Deze manipulaties worden uitgevoerd op speciaal uitgeruste bases. dan zogas wordt al dan niet in flessen aan de eindgebruiker geleverd. Maar ondanks dat zo'n mengsel minder gevaarlijk is, moet er toch uiterst voorzichtig mee worden omgegaan, in overeenstemming met alle regels en voorschriften voor het werken met drukvaten en veiligheidsvoorschriften. En dit is niet het enige gevaar. Deze stof is giftig en inademing kan ernstige gevolgen hebben en zelfs de dood tot gevolg hebben.

Brandstofclassificatie naar doel

Brandstof in gasvorm wordt zowel in thermische installaties als in verbrandingsmotoren gebruikt. Dienovereenkomstig kan het op deze basis worden onderverdeeld in motorbrandstof en ketelovenbrandstof.

Aardgas wordt traditioneel gebruikt als brandstof voor ketels en ovens. In zeldzame gevallen wordt kunstmatige brandstof gebruikt. Hetzelfde type brandstof, met slechts enkele toevoegingen, wordt ook gebruikt om auto's te tanken.

Beschrijving van aardgas

Het is moeilijk om het belang van dit mineraal voor de economie van onze staat en de economische ontwikkeling van de wereld als geheel te overschatten. Veel auto's, gasgestookte ketels, energiecentrales en warmtekrachtcentrales maken er gebruik van. Op basis van de verwachte prijzen voor blauwe brandstof (zoals aardgas soms wordt genoemd), worden staatsbegrotingen opgesteld.

Meer dan 90% van dit gas bestaat uit methaanmoleculen (CH_{4). Naast methaan bevat aardgas ook butaan met propaan, stikstof, kooldioxide, waterdamp en andere onzuiverheden (ze worden als schadelijk beschouwd). BIJIn kleine hoeveelheden bevat aardgas ook inerte gassen (helium en andere). Er wordt aangenomen dat deze laatste een gunstig effect hebben op machines, apparaten en mechanismen die op gas werken, en ook de fysica van brandstofverbrandingsprocessen verbeteren. De geschiktheid van brandstof voor gebruik, de kwaliteit ervan wordt beoordeeld door het percentage koolwaterstofcomponenten.}

Aardgas is niet alleen een waardevolle brandstof, maar ook een grondstof voor een aantal industrieën. Dus uit het methaan dat het bevat, produceren grote chemische fabrieken waterstof. Om deze reactie te laten plaatsvinden, moet het worden geoxideerd. Hieruit wordt naast waterstof ook acetyleen gemaakt. Op basis van deze stoffen worden allerlei aldehyden, methylalcohol (een zeer giftige en gevaarlijke stof), ammoniak, aceton, azijnzuur, enzovoort geproduceerd. Feit blijft echter dat het belangrijkste toepassingsgebied van aardgas de verbranding van gasvormige brandstoffen is ten behoeve van verschillende aandrijfmechanismen (automotoren) en ketelinrichtingen.

Basiseigenschappen van gassen

Alle gassen (niet alleen brandstof) zijn verenigd door een relatief kleine dichtheidsindex. Voor het beschouwde aardgas en zijn kunstmatige analogen wordt de waarde ervan in de buurt van 0,8 kilogram per kubieke meter gehouden. De dichtheid van vloeibaar gemaakte gasvormige brandstof is iets hoger en is ongeveer 2,3 kilogram per kubieke meter.

Gassen zijn meestal giftige stoffen. Toxiciteit neemt toe naarmate het geh alte aan koolstofoxiden toeneemt enzwavelverbindingen met waterstof in gas. Met een geh alte van één of meer procent van de beschreven schadelijke gassen in de atmosfeer, inhaleert een persoon in drie minuten een dodelijke dosis van een giftige stof.

De gassen in kwestie zijn explosief. Bovendien neemt bij een toename van het percentage koolmonoxide en waterstof het risico op ontploffing toe. Een interessante eigenschap: wanneer het geh alte aan deze stoffen meer dan 74% is, is de kans op gasontploffing bijna nul.

Belangrijke brandstofkenmerken

In een vergelijkende analyse van een bepaald type brandstof werken experts met de volgende concepten: brandstofvocht, zwavelgeh alte, as (residu), calorische waarde en warmteafgifte.

Verwarmingscapaciteit verwijst naar de temperatuur die voldoende is voor het verbrandingsproces met een minimaal zuurstofgeh alte. Tegelijkertijd wordt noch lucht noch brandbaar mengsel extra verwarmd.

Het vaste residu uit het verbrandingsveld wordt as genoemd. Ze kan niet meer branden. Slak is dezelfde as, alleen na het smelten. De vorming van deze stof heeft een nadelige invloed op de werking van het hele systeem, verstopt de brandstofapparatuur. Daarom is het belangrijk om met deze indicator rekening te houden tijdens het ontwerpwerk.

Een belangrijke indicator is vocht. Het heeft een negatieve invloed op de eigenschappen van de brandstof. Zijn aanwezigheid veroorzaakt een toename van het uitlaatvolume, een afname van de efficiëntie van de installatie.

Verbrandingsproducten van zwavel en zijn verbindingen veroorzaken en activeren corrosieprocessen op oppervlakkenstalen onderdelen van motoren en uitlaatsystemen. Bovendien hebben ze een negatieve impact op het milieu en de menselijke gezondheid. Daarom is deze indicator ook erg belangrijk om te overwegen.

De calorische waarde is een zeer belangrijke eigenschap. Hiermee wordt rekening gehouden bij de berekening en het ontwerp van apparatuur en kunt u het brandstofverbruik bepalen. Deze waarde wordt experimenteel bepaald. Voor deze doeleinden wordt een speciale calorimeter gebruikt. Een bekende hoeveelheid (massa) brandstof wordt verbrand en de verandering in de watertemperatuur van de calorimeter wordt geregistreerd. Dan is het voldoende om de verkregen informatie in de formule te vervangen en de verbrandingswarmte te berekenen.

Geassocieerd gas

Als aardgas wordt gewonnen uit boorgaten, is het bijbehorende gas een bijproduct van de olieproductie. Het geh alte aan methaan in dergelijk gas is iets lager dan in traditioneel aardgas. Verbranding van gasvormige brandstoffen levert echter vergelijkbare warmte op.

Bijproductgas (bijbehorend) wordt ook geproduceerd door metallurgische fabrieken. Bij deze bedrijven wordt brandstof uitgestoten in ovens. Dit zijn de zogenaamde cokesoven- en hoogovengassen. In de regel worden deze gassen ter plaatse verbrand (toegevoerd aan een oven of ketelstation). Een soortgelijk bijproduct wordt geproduceerd in diepe mijnen, wat vaak tot rampen leidt.

Gasproductie door droge destillatie

Kunstgas wordt verkregen door aanvullende verwerking van vaste (vloeibare) brandstof. Op deze manier kan zogenaamd productiegas en droog destillatiegas worden verkregen.

Als het droog isdestillatiebrandstof ontleedt onder invloed van hoge temperaturen. In dit geval is het noodzakelijk om de toegang van een oxidatiemiddel (lucht) uit te sluiten. Na een reeks stappen v alt de oorspronkelijke brandstof uiteen in zijn eigen gas, teerverbindingen en cokes. De exacte samenstelling van de gevormde producten hangt af van de initiële samenstelling van de brandstof en de procesomstandigheden (voornamelijk van temperatuur).

Het distillatieproces, dat plaatsvindt bij hoge temperaturen (in de regio van 1000 - 1100 graden Celsius), wordt cokesvorming genoemd. De ontledingsproducten zijn in dit geval het eigenlijke gas (cokes) en cokes. De dichtheid en verbrandingswarmte van het resulterende gas zijn relatief laag (respectievelijk 0,5 kilogram per kubieke meter en 16.000 kilojoule per kubieke meter). Bij deze behandeling wordt één ton steenkool omgezet in 350 kubieke meter gas. Deze indicator kan variëren en is afhankelijk van de omstandigheden van het proces en van de chemische samenstelling en oorsprong van de grondstof (kolen).

Er is ook droge destillatie bij lage temperatuur. Het bestaat uit het verwerken van vaste brandstof met temperaturen in de regio van 500 graden Celsius. Bij deze methode wordt de minimale hoeveelheid gas gevormd (maximaal 30 kubieke meter per ton grondstof). Het belangrijkste product in dit geval is hars, dat verder wordt gebruikt bij de productie van motoroliën en brandstoffen.

Gas verkrijgen door vergassing van vaste brandstoffen

Een van de gebruikelijke methoden voor het verkrijgen van gasvormige brandstoffen is de zogenaamde vergassing. Het bestaat uit de chemisch-thermische behandeling van vaste brandstoffen (het gecombineerde effect van hoge temperaturen)en chemische behandeling). De koolstofatomen in vaste brandstof interageren en reageren met water en stoom, waarbij een gas (brandstof) wordt gevormd. Tijdens het vergassingsproces vindt ook droge destillatie plaats. Een gasgenerator is een apparaat voor het vergassen van vaste brandstoffen (voornamelijk steenkool). Dit apparaat produceert de volgende stoffen: methaan, waterstof en koolmonoxide. Naast geluidgassen worden ook niet-brandbare stoffen geproduceerd (kooldioxide, zuurstof met stikstof en waterdamp).

Ontwerpen van gasgeneratoren - een enorme variëteit. Het schema en de lijst met knooppunten hangen voornamelijk af van het type grondstof. Over het algemeen is het een cilinder met metalen wanden. Het heeft openingen voor ventilatie (luchtinlaat) en voor de uitgang van het gegenereerde gas. Luchttoevoer wordt geforceerd met behulp van krachtige ventilatoren. Het ontwerp moet voorzien in een luik voor de bediener. Brandstof wordt via het dak geladen. Dus uiterlijk lijkt dit apparaat pijnlijk op de bekende "dikke kachel". Er is echter één verschil: de afwezigheid van een schoorsteen.

De gasgenerator is slechts de basis van de hele installatie, de kern als het ware. Als je naar de diagrammen van dergelijke apparatuur kijkt, wordt het duidelijk dat alle andere componenten en apparaten zijn ontworpen om het gas in een normale toestand te brengen (reiniging, koeling, enzovoort).

Voordelen van het gebruik en gebruik van gas

Door de samenstelling van gasvormige brandstof kan het effectief worden gebruikt als alternatief voor traditionele benzine, stookolie endiesel. De oliereserves raken uitgeput. Volgens experts zal het tientallen jaren meegaan. Er zijn veel meer gasreserves. Zo zal de actieve introductie en het actieve gebruik van gasapparatuur in alle sectoren van de nationale economie, zo niet het acute probleem van het tekort aan koolwaterstofgrondstoffen uitstellen, in ieder geval uitstellen.

Het tweede en zeer belangrijke voordeel is de relatieve zuiverheid van gasverbrandingsproducten in vergelijking met uitlaatgassen van benzinemotoren. Met andere woorden, machines en mechanismen die werken op gasvormige brandstoffen zijn milieuvriendelijker en vervuilen het milieu minder. In grootstedelijke gebieden en grote steden is dit probleem vooral acuut. Daarom streven de autoriteiten ernaar om de hele vloot van stedelijk openbaar vervoer over te hevelen naar nieuwe milieunormen.

Het derde voordeel is de mogelijkheid om de motor aan te passen aan persoonlijke behoeften en voorkeuren door de samenstelling van het mengsel aan te passen. Hierdoor kunt u in de toekomst niet te veel extra geld betalen.

Het vierde voordeel is om de levensduur van de motor te verlengen en de tijd tussen volledige motorolieverversingen te verlengen. Gas verwijdert immers, in tegenstelling tot aardolieproducten, geen vet (olie) van de oppervlakken van de wrijvende delen van het mechanisme (motor).

Vijfde - het gasmengsel heeft een veel groter ontploffingsvermogen in vergelijking met traditionele brandstof. Hierdoor kunt u het vermogen van de motor van het voertuig aanzienlijk verhogen.

Zesde - in tegenstelling tot vaste en vloeibare brandstoffen hoeven gasvormige brandstoffen niet te worden verwarmd voordat ze worden geïnjecteerd. Het is positiefbeïnvloedt zowel de betrouwbaarheid van het hele systeem als alle prestatie-indicatoren zonder uitzondering.

Zevende voordeel: met het gebruik van gasinjectie in de cilinders wordt uniformer. Zo neemt de soepelheid van het verloop en de werking van aandrijfmechanismen toe, neemt de slijtage van zwaarbelaste onderdelen af.

Helaas worden niet altijd alle beschreven voordelen bereikt. Meestal zetten autobezitters benzinemotoren om in gasbrandstof om geld te besparen op het verschil in brandstofkosten. De motor was echter ontworpen voor benzine of diesel. Vandaar het niet erg goed op elkaar afgestemde werk van alle onderdelen. Ingenieurs hebben berekend dat wanneer een auto overschakelt van benzine naar gas, de motor ongeveer 20 procent van zijn vermogen verliest. Om het verlies te compenseren, verhogen veel eigenaren de compressieverhouding van de verbrandingskamerruimte. Dit verkort de levensduur van de motor aanzienlijk. Een andere maatregel is de installatie van een turbolader. Maar dit evenement zal veel geld moeten investeren. De werking van een motor of ketelhuis op vloeibare en gasvormige brandstoffen laat totaal verschillende prestatie-indicatoren zien. Bovendien ligt het voordeel verre van aan de kant van vaste brandstoffen.