سوخت گازی: توضیحات، ویژگی ها، روش های تولید، کاربرد

2024 نویسنده: Howard Calhoun | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-02 13:53

سوخت گاز از اواسط قرن نوزدهم شناخته شده است. در آن زمان بود که مهندس مشهور لنوآر اولین موتور احتراق داخلی گازی خود را ساخت. این دستگاه ابتدایی بود و بدون پیش فشرده سازی محفظه احتراق کار می کرد. موتورهای مدرن با آن قابل مقایسه نیستند. امروزه استفاده از سوخت های گازی محدود به خودروها نمی شود. این نوع سوخت سازگار با محیط زیست، ارزان و مقرون به صرفه به طور فعال در حال فتح بیشتر و بیشتر سوله های جدید است و به طور فعال در تمام بخش های اقتصاد ملی استفاده می شود. در این مقاله توضیحات، ویژگی های سوخت ارائه می شود. به طور کلی، نحوه تولید و استفاده از آنها را توضیح می دهد.

اطلاعات عمومی

سوخت گازی ماده ای است که بسیار قابل اشتعال است. این خاصیت باکیفیت و مفید در شاخه های مختلف علم وفن آوری. به عنوان مثال، جمعیت و صنعت به طور فزاینده ای از دیگهای بخار گازی استفاده می کنند. در این سوخت، اکسیدهای (دی اکسید) کربن، بخارات دی اکسید کربن و همچنین عناصری مانند نیتروژن، هیدروژن، اکسیژن و سایر ناخالصی ها می توانند در مقادیر مختلف وجود داشته باشند. دستگاه های مدرنی که بر روی سوخت گازی کار می کنند به ترکیب شیمیایی گاز کار بسیار حساس هستند. اگر استانداردهای توصیه شده توسط سازنده را برآورده نکند، به احتمال زیاد تجهیزات از کار می افتند و تعمیرات پرهزینه مورد نیاز خواهد بود.

همه مواد تشکیل دهنده گازها را می توان به دو دسته قابل احتراق و غیر قابل احتراق تقسیم کرد. اولین آنها علاوه بر متان، اتان، پروپان و بوتان هستند. مواد منفجره و بر این اساس قابل احتراق مونوکسید کربن و هیدروژن هستند. هیدروژن به ویژه خطرناک است. به همین دلیل است که نگهداری آن در سیلندر گاز توصیه نمی شود. بهترین راه حل خرید یک ژنراتور هیدروژنی است. این دستگاه در صورت نیاز هیدروژن را از آب مقطر استخراج می کند. بنابراین، خطر انفجار حجم زیادی از گاز از بین می رود.

دولت در تجارت عمده فروشی سوخت مایع و گاز انحصار دارد. این نشان دهنده اهمیت استراتژیک این نوع مواد خام است.

طبقه بندی سوخت بر اساس مبدا

مانند مایع، سوخت های گازی را می توان به عنوان یک ماده معدنی استخراج کرد یا در شرایط مصنوعی تولید کرد. در مورد اول، چنین سوختی طبیعی نامیده می شود، و در مورد دوم -مصنوعی.

متخصصان تفاوت هایی را در ترکیب سوخت های مایع و گاز استخراج شده از مناطق مختلف ثبت کرده اند. به دلیل تفاوت در ترکیب شیمیایی، تفاوت های جزئی در میزان گرمای آزاد شده در حین احتراق نیز وجود دارد. سوخت گاز طبیعی تقریباً به طور کامل (95-99٪، بسته به میدان) از متان به اصطلاح تشکیل شده است (فرمول شیمیایی - CH_{4). این سوخت گاز طبیعی نامیده می شود. و این ارزان ترین منبع انرژی امروز است. به همین دلیل است که این نوع منابع انرژی به طور فعال در تمام بخش های اقتصاد ملی استفاده می شود. با این حال، سطح پایین ایمنی دستگاه هایی که با سوخت های گازی کار می کنند، همه مزایا را تحت الشعاع قرار می دهد. اخبار ناراحت کننده ای در مورد تصادفات و تلفات انسانی در نتیجه نقض قوانین مربوط به بهره برداری از تاسیسات گازی به طور مرتب در رسانه ها منتشر می شود.}

سوخت های گازی مصنوعی شامل موادی است که از فرآوری سوخت های جامد یا مایع به دست می آید. رایج ترین و محبوب ترین انواع آن گازهای کراکینگ کک هستند. روشنایی، آب و سوخت های ترکیبی نیز ممکن است در این گروه قرار گیرند. بسته به ترکیب شیمیایی یک گاز خاص، سطح گرمای آزاد شده در طی احتراق در محدوده وسیعی متفاوت است. چنین موادی به شدت انفجاری هستند. به همین دلیل توصیه می شود قبل از احتراق با گاز طبیعی مخلوط شوند. این اقدام ایمنی عملکرد دستگاه‌هایی را که با سوخت گازی کار می‌کنند را به ترتیبی افزایش می‌دهد. این دستکاری ها بر روی پایه های مجهز انجام می شود. سپس چنینگاز به صورت سیلندر یا غیره به مصرف کننده نهایی عرضه می شود. اما علیرغم این واقعیت که چنین مخلوطی خطر کمتری دارد، همچنان باید با احتیاط شدید با رعایت کلیه قوانین و مقررات کار با مخازن تحت فشار و مقررات ایمنی مورد استفاده قرار گیرد. و این تنها خطر نیست. این ماده سمی است و استنشاق آن می تواند عواقب جدی و حتی مرگ ایجاد کند.

طبقه بندی سوخت بر اساس هدف

سوخت به صورت گازی هم در تاسیسات حرارتی و هم در موتورهای احتراق داخلی استفاده می شود. بر این اساس، می توان آن را به سوخت موتور و سوخت دیگ-کوره تقسیم کرد.

گاز طبیعی به طور سنتی به عنوان سوخت دیگ بخار و کوره استفاده می شود. در موارد نادر از سوخت مصنوعی استفاده می شود. از همین نوع سوخت، تنها با برخی مواد افزودنی، برای سوخت‌گیری خودروها استفاده می‌شود.

شرح گاز طبیعی

دشوار است که اهمیت این ماده معدنی را برای اقتصاد کشور ما و توسعه اقتصادی جهان به طور کلی بیش از حد برآورد کنیم. بسیاری از خودروها، دیگ های سوخت گازی، نیروگاه ها و نیروگاه های ترکیبی حرارت و برق از آن استفاده می کنند. بر اساس قیمت‌های پیش‌بینی‌شده برای سوخت آبی (که گاهی اوقات گاز طبیعی نامیده می‌شود)، بودجه دولتی تهیه می‌شود.

بیش از 90 درصد این گاز از مولکول های متان تشکیل شده است (CH_{4). علاوه بر متان، گاز طبیعی همچنین حاوی بوتان با پروپان، نیتروژن، دی اکسید کربن، بخار آب و سایر ناخالصی ها (مضر تلقی می شوند). ATدر مقادیر کم، گاز طبیعی حاوی گازهای بی اثر (هلیوم و غیره) نیز می باشد. اعتقاد بر این است که دومی تأثیر مفیدی بر روی ماشین‌ها، دستگاه‌ها و مکانیسم‌های کار بر روی گاز دارد و همچنین فیزیک فرآیندهای احتراق سوخت را بهبود می‌بخشد. مناسب بودن سوخت برای استفاده، کیفیت آن بر اساس درصد اجزای هیدروکربنی ارزیابی می شود.}

گاز طبیعی نه تنها یک سوخت با ارزش است، بلکه یک ماده خام برای تعدادی از صنایع است. بنابراین، از متان موجود در آن، کارخانه های شیمیایی بزرگ هیدروژن تولید می کنند. برای انجام این واکنش باید اکسید شود. علاوه بر هیدروژن، استیلن نیز از آن تولید می شود. بر اساس این مواد انواع آلدهیدها، متیل الکل (ماده ای بسیار سمی و خطرناک)، آمونیاک، استون، اسید استیک و … تولید می شود. با این حال، این واقعیت باقی می ماند که حوزه اصلی استفاده از گاز طبیعی، احتراق سوخت های گازی به منظور مکانیسم های مختلف محرک (موتورهای خودرو) و دستگاه های دیگ بخار است.

خواص اساسی گازها

همه گازها (نه فقط سوخت) با یک شاخص چگالی نسبتاً کوچک متحد می شوند. برای گاز طبیعی در نظر گرفته شده و آنالوگ های مصنوعی آن، مقدار آن در منطقه 0.8 کیلوگرم بر متر مکعب نگهداری می شود. چگالی سوخت گاز مایع کمی بیشتر است و تقریباً 2.3 کیلوگرم بر متر مکعب است.

گازها عمدتاً مواد سمی هستند. سمیت با افزایش محتوای اکسیدهای کربن افزایش می یابد وترکیبات گوگرد با هیدروژن در گاز. با محتوای یک یا چند درصد از گازهای مضر توصیف شده در اتمسفر، فرد در سه دقیقه دوز کشنده یک ماده سمی را استنشاق می کند.

گازهای مورد بحث انفجاری هستند. علاوه بر این، با افزایش درصد مونوکسید کربن و هیدروژن، خطر انفجار افزایش می یابد. یک ویژگی جالب: وقتی محتوای این مواد بیش از 74 درصد باشد، احتمال انفجار گاز تقریباً صفر است.

ویژگی های کلیدی سوخت

در تجزیه و تحلیل مقایسه ای نوع خاصی از سوخت، کارشناسان با مفاهیم زیر عمل می کنند: رطوبت سوخت، محتوای گوگرد، خاکستر (باقی مانده)، ارزش حرارتی و خروجی حرارت.

ظرفیت گرمایش به دمای کافی برای فرآیند احتراق با حداقل محتوای اکسیژن اشاره دارد. در همان زمان، نه هوا و نه مخلوط قابل احتراق اضافی گرم نمی شوند.

باقی مانده جامد حاصل از میدان احتراق را خاکستر می نامند. او دیگر نمی تواند بسوزد. سرباره همان خاکستر است، فقط پس از ذوب شدن. تشکیل این ماده بر عملکرد کل سیستم تأثیر منفی می گذارد، تجهیزات سوخت را مسدود می کند. بنابراین، در نظر گرفتن این شاخص در طول کار طراحی مهم است.

یک شاخص مهم رطوبت است. این بر ویژگی های سوخت تأثیر منفی می گذارد. وجود آن باعث افزایش حجم اگزوز و کاهش راندمان نصب می شود.

فرآورده های احتراق گوگرد و ترکیبات آن باعث ایجاد و فعال شدن فرآیندهای خوردگی در سطوح می شوند.قطعات فولادی موتورها و سیستم های اگزوز. علاوه بر این، آنها تأثیر منفی بر محیط زیست و سلامت انسان دارند. بنابراین، توجه به این شاخص نیز بسیار مهم است.

ارزش کالری یک ویژگی بسیار مهم است. در محاسبه و طراحی تجهیزات مورد توجه قرار می گیرد و به شما امکان می دهد مصرف سوخت را تعیین کنید. این مقدار به صورت تجربی تعیین می شود. برای این منظور از گرماسنج مخصوص استفاده می شود. مقدار مشخصی (جرم) سوخت سوزانده شده و تغییر دمای آب کالریمتر ثبت می شود. سپس کافی است اطلاعات به دست آمده را جایگزین فرمول کنید و گرمای احتراق را محاسبه کنید.

گاز مرتبط

اگر گاز طبیعی از گمانه ها استخراج شود، گاز همراه محصول فرعی تولید نفت است. محتوای متان در چنین گازی تا حدودی کمتر از گاز طبیعی سنتی است. با این حال، احتراق سوخت های گازی گرمای قابل مقایسه ای تولید می کند.

گاز فرعی (همراه) نیز توسط کارخانه های متالورژی تولید می شود. در این شرکت ها، سوخت در کوره ها منتشر می شود. اینها به اصطلاح گازهای کوره کک و کوره بلند هستند. به عنوان یک قاعده، این گازها در محل سوزانده می شوند (به یک کوره یا ایستگاه دیگ بخار تغذیه می شوند). یک محصول جانبی مشابه در معادن عمیق تولید می شود که اغلب منجر به فاجعه می شود.

تولید گاز با تقطیر خشک

گاز مصنوعی با پردازش اضافی سوخت جامد (مایع) به دست می آید. از این طریق می توان گاز تولیدی و گاز تقطیر خشک را به دست آورد.

وقتی خشک شدسوخت تقطیر تحت تأثیر دمای بالا تجزیه می شود. در این مورد، لازم است دسترسی یک عامل اکسید کننده (هوا) را حذف کنید. پس از یک سری مراحل، سوخت اصلی به گاز، ترکیبات قطران و کک خود تجزیه می شود. ترکیب دقیق محصولات تشکیل شده به ترکیب اولیه سوخت و شرایط فرآیند (عمدتاً به دما) بستگی دارد.

فرآیند تقطیر که در دماهای بالا (در محدوده 1000 تا 1100 درجه سانتیگراد) انجام می شود، کک کردن نامیده می شود. محصولات تجزیه در این مورد گاز واقعی (کک) و کک هستند. چگالی و گرمای احتراق گاز حاصله نسبتاً کم است (به ترتیب 0.5 کیلوگرم بر متر مکعب و 16000 کیلوژول بر متر مکعب). یک تن زغال سنگ در طی این تصفیه به 350 متر مکعب گاز تبدیل می شود. این شاخص ممکن است متفاوت باشد و به شرایط فرآیند و به ترکیب شیمیایی و منشا ماده اولیه (زغال سنگ) بستگی دارد.

تقطیر خشک با دمای پایین نیز وجود دارد. این شامل پردازش سوخت جامد با درجه حرارت در منطقه 500 درجه سانتیگراد است. با این روش حداقل مقدار گاز تشکیل می شود (بیش از 30 متر مکعب در هر تن مواد اولیه). محصول اصلی در این مورد رزین است که بیشتر در تولید روغن موتور و سوخت استفاده می شود.

گرفتن گاز از طریق تبدیل به گاز سوخت جامد

یکی از روش های متداول برای به دست آوردن سوخت های گازی، به اصطلاح گازی سازی است. این شامل عملیات شیمیایی و حرارتی سوخت جامد (اثر ترکیبی دماهای بالا) استو درمان شیمیایی). اتم های کربن موجود در سوخت جامد با آب و بخار واکنش داده و یک گاز (سوخت) را تشکیل می دهند. در طی فرآیند تبدیل به گاز، تقطیر خشک نیز رخ می دهد. مولد گاز وسیله ای برای تبدیل به گاز سوخت های جامد (عمدتا زغال سنگ) است. این دستگاه مواد زیر را تولید می کند: متان، هیدروژن و مونوکسید کربن. علاوه بر گازهای صوتی، مواد غیر قابل احتراق نیز تولید می شود (دی اکسید کربن، اکسیژن با نیتروژن و بخار آب).

طراحی ژنراتورهای گاز - تنوع بسیار زیادی. طرح و لیست گره ها در درجه اول به نوع مواد اولیه بستگی دارد. به طور کلی استوانه ای با دیواره های فلزی است. دارای منافذی برای تهویه (مخذ هوا) و خروج گاز تولید شده می باشد. تامین هوا با استفاده از فن های قدرتمند اجباری است. طرح باید یک دریچه برای اپراتور فراهم کند. سوخت از طریق سقف بارگیری می شود. بنابراین ، از نظر ظاهری ، این واحد به طرز دردناکی شبیه "اجاق گاز قابلمه" شناخته شده است. با این حال، یک تفاوت وجود دارد - عدم وجود دودکش.

ژنراتور گاز فقط اساس کل نصب است، به اصطلاح، هسته. اگر به نمودارهای چنین تجهیزاتی نگاه کنید، مشخص می شود که تمام اجزا و دستگاه های دیگر به گونه ای طراحی شده اند که گاز را به حالت عادی (تمیز کردن، خنک کننده و غیره) برسانند.

مزایای استفاده و استفاده از گاز

ترکیب سوخت گازی اجازه می دهد تا به طور موثری از آن به عنوان جایگزینی برای بنزین سنتی، نفت کوره و سوخت استفاده شود.دیزل ذخایر نفت تمام می شود. به گفته کارشناسان، چند دهه ادامه خواهد داشت. ذخایر گاز بسیار بیشتری وجود دارد. بنابراین، معرفی و استفاده فعال از تجهیزات گازی در تمام بخش‌های اقتصاد ملی، اگر حل نشود، حداقل مشکل حاد کمبود مواد اولیه هیدروکربنی را به تعویق خواهد انداخت.

دومین مزیت و بسیار مهم خلوص نسبی محصولات احتراق گاز در مقایسه با اگزوز موتورهای بنزینی است. به عبارت دیگر، ماشین‌ها و مکانیسم‌هایی که بر روی سوخت‌های گازی کار می‌کنند، سازگاری بیشتری با محیط زیست دارند و محیط را چندان آلوده نمی‌کنند. در کلان شهرها و شهرهای بزرگ، این مشکل به ویژه حاد است. بنابراین، مسئولان در تلاش هستند تا کل ناوگان حمل و نقل عمومی شهری را به استانداردهای جدید زیست محیطی منتقل کنند.

سومین مزیت، توانایی تنظیم موتور با نیازها و ترجیحات شخصی با تنظیم ترکیب مخلوط است. در آینده، این به شما این امکان را می‌دهد که پول اضافی پرداخت نکنید.

فایده چهارم افزایش عمر مفید موتور و افزایش زمان بین تعویض کامل روغن موتور است. از این گذشته، گاز بر خلاف فرآورده های نفتی، چربی (روغن) را از سطوح مالش بخش های مکانیزم (موتور) پاک نمی کند.

پنجم - مخلوط گاز در مقایسه با سوخت سنتی توانایی انفجار بسیار بیشتری دارد. این به شما امکان می دهد تا قدرت موتور خودرو را به میزان قابل توجهی افزایش دهید.

ششم - برخلاف سوخت جامد و مایع، سوخت های گازی قبل از تزریق نیازی به حرارت دادن ندارند. مثبت استهم بر قابلیت اطمینان کل سیستم و هم بر همه شاخص های عملکرد بدون استثنا تأثیر می گذارد.

هفتمین مزیت: با استفاده از تزریق گاز به داخل سیلندرها یکنواخت تر می شود. بنابراین، نرمی مسیر و عملکرد مکانیسم‌های رانندگی افزایش می‌یابد، سایش قطعات با بار زیاد کاهش می‌یابد.

متاسفانه، همیشه همه مزایای توصیف شده به دست نمی آیند. اغلب صاحبان وسایل نقلیه موتورهای بنزینی را به سوخت گاز تبدیل می کنند تا در هزینه تفاوت در هزینه سوخت صرفه جویی کنند. با این حال، موتور برای بنزین یا دیزل طراحی شده بود. از این رو کار نه چندان خوب همه بخش ها هماهنگ شده است. مهندسان محاسبه کرده اند که وقتی یک خودرو از بنزین به بنزین تبدیل می شود، موتور حدود 20 درصد از قدرت خود را از دست می دهد. برای جبران ضرر، بسیاری از مالکان نسبت تراکم فضای محفظه احتراق را افزایش می دهند. این امر عمر موتور را تا حد زیادی کاهش می دهد. اقدام دیگر نصب سیستم توربوشارژ است. اما این رویداد باید پول زیادی را سرمایه گذاری کند. عملکرد یک موتور یا دیگ بخار بر روی سوخت های مایع و گاز، شاخص های عملکرد کاملا متفاوتی را نشان می دهد. علاوه بر این، این مزیت با سوخت جامد فاصله زیادی دارد.