Combustibile gassoso: descrizione, caratteristiche, metodi di produzione, applicazione

2024 Autore: Howard Calhoun | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-02 13:57

Il carburante a gas è noto dalla metà del 19° secolo. Fu allora che il famoso ingegnere Lenoir costruì il suo primo motore a combustione interna a gas. Questo apparato era primitivo e funzionava senza precompressione della camera di combustione. I motori moderni non sono all' altezza. Oggi l'uso di combustibili gassosi non si limita alle automobili. Questo tipo di carburante ecologico, economico e conveniente sta conquistando attivamente sempre più nuove nicchie e viene utilizzato attivamente in tutti i settori dell'economia nazionale. Questo articolo fornisce una descrizione, le caratteristiche del carburante. In termini generali, descrive come vengono prodotti e utilizzati.

Informazioni generali

Un combustibile gassoso è una sostanza altamente infiammabile. Questa qualità e proprietà utile è utilizzata in vari rami della scienza etecnologia. Ad esempio, la popolazione e l'industria utilizzano sempre più caldaie a combustibile gassoso. In questo combustibile possono essere presenti in varie quantità ossidi (diossidi) di carbonio, vapori di anidride carbonica, nonché elementi come azoto, idrogeno, ossigeno e altre impurità. I moderni dispositivi che funzionano con combustibile gassoso sono molto sensibili alla composizione chimica del gas di lavoro. Se non soddisfa gli standard raccomandati dal produttore, molto probabilmente l'apparecchiatura si guasterà e saranno necessarie riparazioni costose.

Tutte le sostanze che compongono i gas possono essere suddivise in combustibili e non combustibili. I primi, oltre al metano, sono etano, propano e butano. Esplosivi e, di conseguenza, combustibili sono monossido di carbonio e idrogeno. L'idrogeno è particolarmente pericoloso. È per questo motivo che non è consigliabile conservarlo in bombole di gas. La soluzione migliore è acquistare un generatore di idrogeno. Questo dispositivo estrae l'idrogeno dall'acqua distillata secondo necessità. In questo modo viene eliminata la minaccia di detonazione di un grande volume di gas.

Lo stato è un monopolio nel commercio all'ingrosso di combustibili liquidi e gassosi. Ciò indica l'importanza strategica di questo tipo di materia prima.

Classificazione del carburante per origine

Come i combustibili liquidi, i combustibili gassosi possono essere estratti come minerali o prodotti in condizioni artificiali. Nel primo caso, tale carburante è chiamato naturale e nel secondo -artificiale.

Gli specialisti hanno registrato differenze nella composizione di combustibili liquidi e gassosi estratti da diverse regioni. A causa delle differenze nella composizione chimica, vi sono anche lievi differenze nella quantità di calore rilasciata durante la combustione. Il combustibile gassoso naturale è quasi completamente (95-99%, a seconda del campo) costituito dal cosiddetto metano (formula chimica - CH_{4). Questo combustibile è chiamato gas naturale. E questa è la fonte di energia più economica oggi. È per questo motivo che questo tipo di risorse energetiche è attivamente utilizzato in tutti i settori dell'economia nazionale. Tuttavia, tutti i vantaggi sono oscurati dal basso livello di sicurezza dei dispositivi che funzionano con combustibili gassosi. Nei media compaiono regolarmente notizie inquietanti su incidenti e vittime umane a seguito di violazioni delle regole per il funzionamento degli impianti di gas.}

I combustibili gassosi artificiali includono sostanze ottenute dalla lavorazione di combustibili solidi o liquidi. I suoi tipi più comuni e popolari sono i gas di cracking del coke. In questo gruppo possono essere inclusi anche illuminazione, acqua e combustibili misti. A seconda della composizione chimica di un particolare gas, il livello di calore rilasciato durante la combustione varia in un ampio intervallo. Tali sostanze sono altamente esplosive. Per questo motivo si consiglia di miscelarli con gas naturale prima della combustione. Questa misura aumenta di un ordine di grandezza la sicurezza di funzionamento dei dispositivi che funzionano con combustibile gassoso. Queste manipolazioni vengono eseguite su basi appositamente attrezzate. Allora taleil gas viene fornito all'utente finale in bombole o altro. Ma nonostante una tale miscela sia meno pericolosa, deve comunque essere maneggiata con estrema cura, nel rispetto di tutte le norme e i regolamenti per il lavoro con i recipienti a pressione e le norme di sicurezza. E questo non è l'unico pericolo. Questa sostanza è tossica e l'inalazione può causare gravi conseguenze e persino la morte.

Classificazione del carburante per scopo

Il combustibile in forma gassosa viene utilizzato sia negli impianti termici che nei motori a combustione interna. Di conseguenza, su questa base, può essere suddiviso in combustibile per motori e combustibile per caldaie.

Il gas naturale viene tradizionalmente utilizzato come combustibile per caldaie e forni. In rari casi, viene utilizzato carburante artificiale. Lo stesso tipo di carburante, con solo alcuni additivi, viene utilizzato anche per rifornire le auto.

Descrizione del gas naturale

È difficile sopravvalutare l'importanza di questo minerale per l'economia del nostro stato e lo sviluppo economico del mondo nel suo insieme. Molte automobili, caldaie a combustibile gassoso, centrali elettriche e centrali termoelettriche combinate lo utilizzano. Sulla base dei prezzi previsti per il carburante blu (come talvolta viene chiamato il gas naturale), vengono elaborati i bilanci statali.

Più del 90% di questo gas è costituito da molecole di metano (CH_{4). Oltre al metano, il gas naturale contiene anche butano con propano, azoto, anidride carbonica, vapore acqueo e altre impurità (sono considerati nocivi). AIn piccole quantità, il gas naturale contiene anche gas inerti (elio e altri). Si ritiene che questi ultimi abbiano un effetto benefico su macchine, dispositivi e meccanismi che operano a gas e migliorino anche la fisica dei processi di combustione del carburante. L'idoneità all'uso del carburante, la sua qualità è giudicata dalla percentuale di componenti di idrocarburi.}

Il gas naturale non è solo un combustibile prezioso, ma anche una materia prima per numerosi settori. Quindi, dal metano che contiene, i grandi impianti chimici producono idrogeno. Affinché questa reazione avvenga, deve essere ossidato. Oltre all'idrogeno, da esso viene prodotto acetilene. Sulla base di queste sostanze vengono prodotti tutti i tipi di aldeidi, alcol metilico (una sostanza molto tossica e pericolosa), ammoniaca, acetone, acido acetico e così via. Tuttavia, resta il fatto che il principale campo di applicazione del gas naturale è la combustione di combustibili gassosi ai fini di vari meccanismi di azionamento (motori di automobili) e dispositivi di caldaia.

Proprietà di base dei gas

Tutti i gas (non solo il carburante) sono uniti da un indice di densità relativamente piccolo. Per il gas naturale considerato e i suoi analoghi artificiali, il suo valore è mantenuto nella regione di 0,8 chilogrammi per metro cubo. La densità del combustibile gassoso liquefatto è leggermente superiore ed è di circa 2,3 chilogrammi per metro cubo.

I gas sono per lo più sostanze tossiche. La tossicità aumenta all'aumentare del contenuto di ossidi di carbonio ecomposti dello zolfo con idrogeno nel gas. Con un contenuto di uno o più per cento dei gas nocivi descritti nell'atmosfera, una persona inalerà una dose letale di una sostanza velenosa in tre minuti.

I gas in questione sono esplosivi. Inoltre, con l'aumento della percentuale di monossido di carbonio e idrogeno, aumenta il rischio di detonazione. Una caratteristica interessante: quando il contenuto di queste sostanze è superiore al 74%, la probabilità di detonazione del gas è quasi zero.

Caratteristiche chiave del carburante

In un'analisi comparativa di un particolare tipo di combustibile, gli esperti operano con i seguenti concetti: umidità del combustibile, contenuto di zolfo, ceneri (residuo), potere calorifico e potenza termica.

La capacità di riscaldamento si riferisce alla temperatura sufficiente per il processo di combustione con un contenuto minimo di ossigeno. Allo stesso tempo, né l'aria né la miscela combustibile vengono riscaldate ulteriormente.

Il residuo solido del campo di combustione è chiamato cenere. Non può più bruciare. La scoria è la stessa cenere, solo dopo la fusione. La formazione di questa sostanza influisce negativamente sul funzionamento dell'intero sistema, intasa l'attrezzatura del carburante. Pertanto, questo indicatore è importante da tenere in considerazione durante il lavoro di progettazione.

Un indicatore importante è l'umidità. Influisce negativamente sulle caratteristiche del carburante. La sua presenza provoca un aumento dei volumi di scarico, una diminuzione dell'efficienza dell'impianto.

I prodotti della combustione dello zolfo e dei suoi composti provocano e attivano processi di corrosione sulle superficiparti in acciaio di motori e sistemi di scarico. Inoltre, hanno un impatto negativo sull'ambiente e sulla salute umana. Pertanto, anche questo indicatore è molto importante da considerare.

Il potere calorifico è una caratteristica molto importante. Viene preso in considerazione nel calcolo e nella progettazione delle apparecchiature e consente di determinare il consumo di carburante. Questo valore è determinato sperimentalmente. Per questi scopi viene utilizzato un calorimetro speciale. Viene bruciata una quantità nota (massa) di carburante e viene registrata la variazione della temperatura dell'acqua del calorimetro. Quindi è sufficiente sostituire le informazioni ottenute nella formula e calcolare il calore di combustione.

Gas associato

Se il gas naturale viene estratto dai pozzi, il gas associato è un sottoprodotto della produzione di petrolio. Il contenuto di metano in tale gas è leggermente inferiore a quello del gas naturale tradizionale. Tuttavia, la combustione di combustibili gassosi produce calore comparabile.

Il gas di sottoprodotto (associato) viene prodotto anche da impianti metallurgici. In queste imprese, il carburante viene emesso nei forni. Questi sono i cosiddetti gas di cokeria e di altoforno. Di norma, questi gas vengono bruciati in loco (alimentati a una fornace o a una caldaia). Un sottoprodotto simile viene prodotto nelle miniere profonde, che spesso portano a disastri.

Produzione di gas per distillazione a secco

Il gas artificiale è ottenuto mediante un'ulteriore lavorazione di combustibile solido (liquido). In questo modo si ottengono i cosiddetti gas di produzione e gas di distillazione a secco.

Quando è asciuttoil carburante di distillazione si decompone sotto l'influenza delle alte temperature. In questo caso, è necessario escludere l'accesso di un agente ossidante (aria). Dopo una serie di passaggi, il carburante originale si decompone nel proprio gas, composti di catrame e coke. L'esatta composizione dei prodotti formati dipende dalla composizione iniziale del combustibile e dalle condizioni del processo (principalmente dalla temperatura).

Il processo di distillazione, che avviene ad alte temperature (nell'ordine dei 1000 - 1100 gradi Celsius), è chiamato coking. I prodotti di decomposizione in questo caso sono il gas (coke) e il coke. La densità e il calore di combustione del gas risultante sono relativamente bassi (0,5 chilogrammi per metro cubo e 16.000 kilojoule per metro cubo, rispettivamente). Una tonnellata di carbone durante questo trattamento viene convertita in 350 metri cubi di gas. Questo indicatore può variare e dipende dalle condizioni del processo e dalla composizione chimica e dall'origine della materia prima (carbone).

C'è anche la distillazione secca a bassa temperatura. Consiste nella lavorazione di combustibili solidi con temperature nella regione di 500 gradi Celsius. Con questo metodo si forma la quantità minima di gas (non più di 30 metri cubi per tonnellata di materia prima). Il prodotto principale in questo caso è la resina, che viene ulteriormente utilizzata nella produzione di oli motore e carburanti.

Ottenere gas attraverso la gassificazione di combustibili solidi

Uno dei metodi comuni per ottenere combustibili gassosi è la cosiddetta gassificazione. Consiste nel trattamento chimico-termico dei combustibili solidi (l'effetto combinato delle alte temperaturee trattamento chimico). Gli atomi di carbonio contenuti nel combustibile solido interagiscono e reagiscono con acqua e vapore, formando un gas (combustibile). Durante il processo di gassificazione avviene anche la distillazione a secco. Un generatore di gas è un dispositivo per la gassificazione di combustibili solidi (principalmente carbone). Questo dispositivo produce le seguenti sostanze: metano, idrogeno e monossido di carbonio. Oltre ai gas sonori vengono prodotte anche sostanze non combustibili (anidride carbonica, ossigeno con azoto e vapore acqueo).

Disegni di generatori di gas - una grande varietà. Lo schema e l'elenco dei nodi dipendono principalmente dal tipo di materia prima. In genere è un cilindro con pareti metalliche. Dispone di aperture per la ventilazione (presa d'aria) e per l'uscita del gas generato. L'alimentazione dell'aria è forzata, utilizzando potenti ventole. Il progetto deve fornire un portello per l'operatore. Il carburante viene caricato attraverso il tetto. Quindi, esternamente, questa unità assomiglia dolorosamente alla famosa "stufa panciuta". Tuttavia, c'è una differenza: l'assenza di un camino.

Il generatore di gas è solo la base dell'intera installazione, il nucleo, per così dire. Se guardi i diagrammi di tali apparecchiature, diventa chiaro che tutti gli altri componenti e dispositivi sono progettati per portare il gas a uno stato normale (pulizia, raffreddamento e così via).

Vantaggi di utilizzo e utilizzo del gas

La composizione del combustibile gassoso ne consente un efficace utilizzo in alternativa alla benzina tradizionale, all'olio combustibile ediesel. Le riserve di petrolio sono esaurite. Secondo gli esperti, durerà per diversi decenni. Ci sono molte più riserve di gas. Pertanto, l'introduzione e l'uso attivi di apparecchiature a gas in tutti i settori dell'economia nazionale, se non risolveranno, almeno posposteranno il problema acuto della carenza di materie prime di idrocarburi.

Il secondo e molto importante vantaggio è la relativa purezza dei prodotti della combustione del gas rispetto agli scarichi dei motori a benzina. In altre parole, macchine e meccanismi che funzionano con combustibili gassosi sono più rispettosi dell'ambiente e non inquinano così tanto l'ambiente. Nelle aree metropolitane e nelle grandi città, questo problema è particolarmente acuto. Pertanto, le autorità si stanno adoperando per trasferire l'intera flotta del trasporto pubblico urbano a nuovi standard ambientali.

Il terzo vantaggio è la possibilità di adattare il motore alle esigenze e preferenze personali regolando la composizione della miscela. In futuro, questo ti consentirà di non pagare più del dovuto.

Il quarto vantaggio è aumentare la vita utile del motore e aumentare il tempo tra i cambi completi dell'olio motore. Dopotutto, il gas, a differenza dei prodotti petroliferi, non rimuove il grasso (olio) dalle superfici delle parti di sfregamento del meccanismo (motore).

Quinto: la miscela di gas ha una capacità di detonazione molto maggiore rispetto al carburante tradizionale. Ciò consente di aumentare notevolmente la potenza del motore del veicolo.

Sesto - a differenza dei combustibili solidi e liquidi, i combustibili gassosi non devono essere riscaldati prima dell'iniezione. È positivoinfluisce sia sull'affidabilità dell'intero sistema che su tutti gli indicatori di prestazione senza eccezioni.

Settimo vantaggio: con l'uso dell'iniezione di gas le bombole diventano più uniformi. Pertanto, aumenta la scorrevolezza del percorso e il funzionamento dei meccanismi di guida, l'usura delle parti soggette a carichi elevati diminuisce.

Purtroppo non sempre si ottengono tutti i vantaggi descritti. Molto spesso, i proprietari di veicoli convertono i motori a benzina in carburante a gas per risparmiare sulla differenza dei costi del carburante. Tuttavia, il motore è stato progettato per benzina o diesel. Da qui il lavoro non molto ben coordinato di tutte le parti. Gli ingegneri hanno calcolato che quando un'auto passa dalla benzina al gas, il motore perde circa il 20 percento della sua potenza. Per compensare la perdita, molti proprietari aumentano il rapporto di compressione dello spazio della camera di combustione. Ciò riduce notevolmente la vita del motore. Un' altra misura è l'installazione di un sistema di turbocompressione. Ma questo evento dovrà investire un sacco di soldi. Il funzionamento di un motore o di un locale caldaia con combustibili liquidi e gassosi dimostra indicatori di prestazione completamente diversi. Inoltre, il vantaggio è ben lungi dall'essere dalla parte dei combustibili solidi.