Օրգանական վառելանյութեր՝ տեսակներ, բաղադրություն և դասակարգում

2024 Հեղինակ: Howard Calhoun | [email protected]. Վերջին փոփոխված: 2024-01-02 13:56

Ավանդական էներգիան օգտագործում է 2 տեսակի վառելիք՝ օրգանական և միջուկային: Չնայած այն հանգամանքին, որ XX դարի երկրորդ կեսից սկսած. ատոմային էներգիան շատ ակտիվ է զարգանում, ընդհանուր կառուցվածքում գերակշռում է օրգանական վառելիքի տեսակարար կշիռը։ Ներկայումս այն ջերմության և էլեկտրաէներգիայի արտադրության հիմնական աղբյուրն է։ Ընդհանուր առմամբ, դրա տեսակներից մոտ երկու հարյուր մարդ օգտագործվում է, որոնցից յուրաքանչյուրն ունի իր առանձնահատկությունները և ցուցանիշները:

Դիտումներ

Հանածո վառելիքի մի քանի դասակարգում կա.

• Ըստ ծագման՝ բնական (բնական); արհեստական (ստացվում է բնական մշակման արդյունքում):
• Ըստ օգտագործման տարածքի՝ էներգիա (էլեկտրաէներգիա և ջերմություն արտադրելու համար); տեխնոլոգիական (տարբեր արդյունաբերական արտադրանքների արտադրության համար).
• Ըստ նյութի ֆիզիկական վիճակի (ամենատարածվածները նշված են փակագծերում). հեղուկ (մազութ); պինդ (հանածո ածուխներ); գազային (բնական գազ).
• Ըստ «կյանքի»՝ վերականգնվող (փայտ, բույսեր); պայմանականորեն վերականգնվող, որի ժամկետըԵրկրի ընդերքում կուտակումը մի քանի հազար տարի է (տորֆ); չվերականգնվող (ածուխ, թերթաքար, նավթ, գազ):

Վառելիքի չվերականգնվող աղբյուրների դեպքում կուտակման ժամկետը շատ անգամ ավելի երկար է, քան սպառման գնահատված ժամանակահատվածը:

Բնական վառելիք

Բնական հանածո վառելիքները բաժանվում են հետևյալ խմբերի.

• Բանածոներ (արտահանված աղիքներից). կարծր և շագանակագույն ածուխ; բնական գազ; տորֆ; անտրասիտ; յուղ; նավթային թերթաքար և այլն։
• Արհեստական՝ բենզին; կերոսին; թերթաքարային յուղ; վառելիքի բրիկետներ; փայտածուխ; հիդրոլիտիկ լիգնին; թափոններ սննդի, գյուղատնտեսության և ցելյուլոզայի և թղթի արդյունաբերությունից. մազութ; գազային վառելիք, որը ստացվում է որպես նավթի թերթաքարերի վերամշակման, երկաթի ձուլման, պիրոլիզի և այլ տեխնոլոգիական գործընթացների կողմնակի արտադրանք. Փայտամշակման թափոններ (չոր թեփ, թրթուրներ, միանվագ թափոններ):

Օրգանական վառելիք գյուղատնտեսական թափոններից

Գյուղատնտեսական թափոններից առավել հաճախ օգտագործվում են հետևյալները.

• արևածաղկի սերմի կեղև;
• հնդկացորենի կեղև;
• բրնձի կեղև;
• ծղոտ.

Քանի որ այս աղբյուրները փոքր են, դրանք առավել հաճախ օգտագործվում են որպես վառելիք տեղական կաթսաների համար:

Ծագում

Համաձայն գիտական հասկացությունների՝ հանածո վառելիքի բոլոր տեսակները ձևավորվել են գոյություն ունեցող բույսերի մնացորդներից և միկրոօրգանիզմներից։500 հազարից մինչև 500 միլիոն տարի առաջ: Դրանց կուտակումը տեղի է ունեցել երկրակեղևի այն հատվածներում, որոնք պաշտպանված են եղել ակտիվ օքսիդացումից (ջրամբարների ծանծաղ ափամերձ գոտիներ, ճահիճներ, ծովերի հատակ)։ Այս մնացորդների քիմիական բաղադրությունը ներառում է 4 հիմնական տարր՝

• ածխաջրեր;
• lignin (բարձրագույն բույսերի միջբջջային նյութ);
• ճարպանման նյութեր (խեժեր, մոմեր, գլիցերինի եթերներ);
• սպիտակուցներ.

Հողատարածքների ճահճային տարածքներում կուտակված բարձրագույն բույսերի և մամուռների մնացորդները հիմք դարձան հումոլիտների (բրածո ածուխների), իսկ ջրամբարների հատակում միկրոջրիմուռների և բակտերիաների՝ սապրոպելիտների ձևավորման համար: Բարձր ճնշման և ջերմաստիճանի ազդեցության տակ օրգանական նյութերը փոխակերպվել են (կոալիֆիկացիա):

Հումոլիտները ածխաջրերի ցածր աստիճանով կոչվում են շագանակագույն ածուխներ: Ավելի բարձր ջերմաստիճաններում հումինաթթուները վերածվում էին չեզոք հումինների։ Ածուխում կա հումինաթթուների իսպառ բացակայություն։

Մեղմ պայմաններում սապրոպելիտներում հիմնականում ընթացել են չհագեցած ածխաջրածինների պոլիմերացման պրոցեսները՝ այրվող թերթաքարի առաջացմամբ, որոնք թորման ժամանակ տալիս են նավթի բաղադրությամբ մեծ քանակությամբ խեժ։ Սապրոպելի մետամորֆոզները բարձր ջերմաստիճաններում և ապարների կատալիտիկ մասնակցությունը հանգեցրին հեղուկ և գազային վիճակներում ածխաջրածինների խառնուրդի ձևավորմանը (նավթ, բնական, հարակից գազ):

Պինդ վառելիք

Պինդ հանածո վառելիքները մազանոթ-ծակոտկեն տարասեռ նյութեր են: Նրանց կառուցվածքը պարունակում էմեծ քանակությամբ ծակոտիներ և ճաքեր. Ջերմային էլեկտրակայաններում այրվելուց առաջ հումքը մանրացվում է ջարդիչներով 15-25 մմ չափերով (շերտային այրում կաթսաներում) կամ փոշիացված վիճակում՝ թերայրումից կորուստները նվազեցնելու համար։

Հեղուկ և պինդ հանածո վառելիքները հիմնված են 5 այրվող քիմիական տարրերի վրա՝ C, H₂, O_{2, S. Արտաքին (Այրվելուց հետո մոխրի մնացորդը, խոնավությունը) և ներքին (ազոտ և թթվածին) բալաստը վատթարանում է վառելիքի որակը:}

Պինդ վառելիքի բնութագրեր

Այրվող օրգանական վառելիքի հիմնական տեսակները, դրանց դասակարգերը և համառոտ նկարագրությունը ներկայացված են ստորև բերված աղյուսակում:

Վառելիքի տեսակ	Բրենդներ և սորտեր	Բնութագիր
Շագանակագույն ածուխ	1B, 2B, 3B (կախված խոնավության հզորությունից)	ցածր կարգի վառելիք; բարձր հիգրոսկոպիկություն և խոնավություն; ցածր մեխանիկական ուժ; ցնդող միացությունների բարձր եկամտաբերություն; նվազեցված ածխածնի պարունակություն; ինքնաբուխ այրման միտումի ավելացում; կալորիականություն 7-20 ՄՋ/կգ.
Ածուխ, անտրասիտ	D, 1G, 2G, 1GJ, 2GJ, 1J, 2J, 1K, 2K, 1KO, 2KO, 1KS, 2KS, 1OS, 2OS, TS, 1SS, 2SS, 3SS, 1T, 2T, 1A, 2, 3Ա	ավանդական վառելիք; բարձր ջերմային արժեք (մինչև 25 ՄՋ/կգ); ածխածնի բարձր պարունակություն; ցածր հիգրոսկոպիկություն և խոնավություն; բարձրուժ; ցնդող բաղադրիչների եկամտաբերությունը 3-40%.
Տորֆ	ֆրեզերային; գունդ	վառելիքի տեղական տեսակ; բարձր խոնավություն; ցնդող միացությունների բարձր եկամտաբերություն; ինքնաբուխ այրման միտում; կալորիականություն չորացումից հետո – 8 ՄՋ/կգ.
Նավթային թերթաքար	հումիտ-սապրոպելիտ; sapropelite kukersites (դասակարգում ըստ ծագման).	ամենաբարձր անկայուն բովանդակություն; բարձր ռեակտիվ վառելիք; միջին ջերմային արժեքը – 4,6-9 ՄՋ/կգ; ցածր կարգի վառելիք, որն օգտագործվում է տեղական կարիքների համար և նաև որպես հումք բարձր էներգիայի վառելիքի արտադրության համար (թերթաքարային յուղ, գազային վառելիք):

Խոնավության ազդեցություն

Խոնավության բարձր պարունակությունը դժվարացնում է այրվող նյութերի բռնկումը, նվազեցնում է ջերմաստիճանը վառարանում, մեծացնում ջերմության կորուստը: Վառելիքները, որոնք բնութագրվում են երկար երկրաբանական տարիքով, իրենց բաղադրության մեջ քիչ ջուր են պարունակում (լիգիտ, տորֆ):

Խոնավության մի քանի տեսակներ կան.

• սորբցիա, կուտակվում է պինդ և գազային փուլերի սահմանին;
• մազանոթ (ծակոտկեն);
• մակերեսային (հայտնաբերվում է կտորների արտաքին մակերեսին);
• հիդրացված (բաղկացած է բյուրեղային հիդրատներից):

Խոնավության առաջին 3 տեսակները կարելի է հեռացնել պինդ հանածո վառելիքից չորացման միջոցով105 ° C ջերմաստիճանում, վերջինս `միայն քիմիական ռեակցիաների միջոցով, երբ տաքացվում է մինչև 700-800 ° C: Տրանսպորտի և բացօթյա պահեստավորման ընթացքում ջրի պարունակությունը կարող է զգալիորեն աճել՝ վատթարացնելով վառելիքի որակը։

Հանքային կեղտեր

Բոլոր տեսակի պինդ վառելիքները պարունակում են հանքային կեղտեր, որոնք հիմնականում բաղկացած են հետևյալ միացություններից՝

• սիլիկատներ;
• սուլֆիդներ;
• Ca, Mg և Fe-ի կարբոնատային աղեր;
• ֆոսֆատներ;
• քլորիդներ;
• կալցիումի և երկաթի սուլֆատներ.

Հանածո վառելանյութերի այրման ժամանակ դրանք ենթարկվում են բարձր ջերմաստիճանի փոխակերպման, որի արդյունքում մնում է պինդ չայրվող մոխիր։ Դրա բաղադրությունը խիստ տարբերվում է սկզբնական նյութերից հետևյալ ռեակցիաների պատճառով.

• երկաթի օքսիդի աղերի վերածումը օքսիդների;
• սիլիկատային միացությունների ջրազրկում;
• կարբոնատների տարրալուծում, CO_{2, օքսիդների առաջացում;}
• ծծմբային միացությունների օքսիդացում, ծծմբի երկօքսիդի արտազատում;
• ալկալիական մետաղների աղերի գոլորշիացում.

Մոխրի մնացորդի վերջնական կազմը կախված է հանածո վառելիքի այրման պայմաններից: Բարձր ջերմաստիճանի դեպքում այն կարող է հալվել և վերածվել հեղուկ վիճակի (խարամ)։ Մոխրի մի մասը հանվում է վառարաններից ցնդող այրման արտադրանքների հետ միասին, ինչը հանգեցնում է վառարանների սարքավորումների աղտոտման, խարամների և քայքայիչ մաշվածության:

Ջերմային տարրալուծում

Պինդ հանածո վառելիքները այրվելիս ենթարկվում են քայքայման մի քանի փուլերի:

• բերտինացիա (ջերմաստիճանը մինչև 300 °C, ածխաթթու գազ և ածխածնի օքսիդ, ջրածին և ածխաջրածիններ, պիրոգենետիկ ջուր են արտազատվում);
• կիսակոքինգ (400-450 °С, այրվող գազի հիմնական ծավալը թողարկվում է);
• կոքսում (700-1100 °C, ցնդող միացությունների ազատման գործընթացի ավարտ):

Հանածո վառելիքի այրման արտադրանքները համապատասխանաբար կոչվում են բերտինատներ, կիսակոքսեր, կոքսներ:

Ամենացածր կալորիականությունը վերաբերում է բարձր մոխրի թերթաքարին, թաց տորֆին և շագանակագույն ածուխին, իսկ ամենաբարձրը՝ անտրասիտներին: Ավելի ցածր ջերմային արժեքը, որի դեպքում ջրի գոլորշին դուրս է գալիս մթնոլորտ և չի խտանում, պինդ վառելիքի համար կազմում է 4,6-26 ՄՋ/կգ։

Հեղուկ վառելիք

Էներգետիկ արդյունաբերության համար հեղուկ հանածո վառելիքը ստացվում է նավթից՝ օգտագործելով դրա ջերմաքիմիական տարրալուծումը: Մազութը օգտագործվում է խոշոր օբյեկտներում (ջերմաէլեկտրակայաններ, կաթսայատներ), իսկ կենցաղային նպատակներով՝ նավթամթերքի թորած ֆրակցիաներ (բենզին, կերոսին, դիզելային վառելիք, դիզելային վառելիք)::

Մազութը, ինչպես նավթը, բարդ կոլոիդային միացություն է: Նրա քիմիական բաղադրությունը տատանվում է հետևյալ սահմաններում (ինչպես տոկոս).

• ածխածին – 86-89;
• ջրածին - 9, 6-12;
• ծծումբ - 0, 3-3, 5;
• թթվածին և ազոտ - 0, 5-1, 7.

Մազութի տեսակներ

Մազութի դասակարգումը հետևյալն է.

• Ըստ ծծմբի պարունակության՝ ցածր ծծումբ (<0, 5%); ցածր ծծումբ (0,5-1%); ծծմբային (1-2%); բարձր ծծումբ (2-3,5%).
• Ըստ մածուցիկության (փակագծերում նշված ենապրանքանիշեր) թեթև կամ ծովային (F5, F12); միջին (40V, 40); ծանր (100, 200 և 100 Վ); քարածուխ և թերթաքար (առաջացել է թերթաքարի և քարածխի մշակման ժամանակ):

Հեղուկ վառելիքի ջերմային արժեքը տատանվում է 39-41 ՄՋ/կգ-ի միջև։

Գազային վառելիք

Գազային վառելիքի բաղադրությունը ներառում է հետևյալ նյութերը՝

• դյուրավառ (հագեցած ածխաջրածիններ, H₂, CO, H_{2S) և ոչ այրվող (ածխածնի երկօքսիդ և ծծումբ, ազոտ, թթվածին, մթնոլորտային օդ) գազեր;}
• ջրի գոլորշի;
• խեժ;
• փոշի.

Հանածո վառելիքի հետևյալ տեսակներն առավել լայնորեն օգտագործվում են.

• Բնական գազ. Հիմնական բաղադրիչը մեթանն է։ Սպառումից առաջ գազը չորանում է, մաքրվում է փոշուց և հեռացվում են ջրածնի սուլֆիդի վնասակար կեղտերը։
• Նավթի արդյունահանման ընթացքում արտանետվող ասոցիացված գազ. Հեղուկ փուլից ածխաջրածինների անջատումն իրականացվում է սեպարատորներում։ Մեթանի ծավալային բաժինն ավելի քիչ է, քան բնական գազում, իսկ ծանր ածխաջրածիններն ավելի բարձր են։ Այս առումով ավելի շատ ջերմություն է արտազատվում հանածո վառելիքի այրման ժամանակ։
• Հեղուկ գազ. Հիմնական բաղադրիչներն են պրոպանը և բութանը, ինչպես նաև ծանր ածխաջրածինների կեղտերը։ 20 ° C ջերմաստիճանի և մթնոլորտային ճնշման դեպքում այն ստանում է գազային վիճակ։ Երբ ճնշումը մեծանում է կամ ջերմաստիճանը նվազում է, գազը անցնում է հեղուկ փուլ, որն օգտագործվում է դրա տեղափոխման համար։ Այս տեսակի վառելիքի հումքը կապված գազն է և գազը, որը ստացվում է նավթի վերամշակման ժամանակ։
• Կոլկա վառարանի գազ. ընթացքում առաջացած կողմնակի արտադրանք էածխի կոքսացում. Նախնական արտադրանքը մաքրվում է վնասակար կեղտերից, ամոնիակից, անուշաբույր ածխաջրածիններից: Արդյունքը կազմում է մինչև 3000 խմ 1 տոննա ածուխից։
• Պայթուցիկ վառարանի գազ. Այն ձևավորվում է կոքսի և երկաթի հանքաքարերի փոխազդեցության արդյունքում՝ դրանց փչման ժամանակ պայթուցիկ վառարաններում։ Բերքատվությունը – 2200-3200 մ3 1 տոննա չուգունի դիմաց։

Գազի վառելիքի ջերմային արժեքը կախված է դրա քիմիական բաղադրությունից և գտնվում է 4-47 ՄՋ/մ3 միջակայքում: Գրեթե բոլոր տեսակի այրվող գազերը ավելի թեթև են, քան օդը և արտահոսքի ժամանակ կուտակվում են առաստաղների տակ: Բոցավառման համար անհրաժեշտ օդի հետ խառնուրդում ամենացածր կոնցենտրացիան պենտանն է (1,4% ծավալով):

Տրված են բնութագրեր

Վառելիքի տարբեր տեսակների հատկությունների համեմատական վերլուծության համար օգտագործվում են տվյալ բնութագրերը, որոնք սահմանվում են որպես աշխատանքային վառելիքի որակի ինդեքսի հարաբերակցությունը նրա հատուկ ցածր ջերմային արժեքին:

Հիմնական հաշվարկված ցուցանիշներն են՝

• խոնավություն;
• մոխրի պարունակություն;
• ծծմբի և ազոտի պարունակություն.

Վառելիքի և էներգիայի արդյունաբերության մեջ օգտագործվող վառելիքի արդյունավետությունը համեմատելու համար օգտագործվում է նաև տեղեկատու վառելիք հասկացությունը: Այն վառելիք է, որի այրման ամենացածր տեսակարար ջերմությունը աշխատանքային վիճակում 7000 կկալ/կգ է։ Վառելիքի յուրաքանչյուր տեսակի համար հնարավոր է հաշվարկել անչափ ջերմային գործակիցը որպես այրման հատուկ ջերմության հարաբերակցություն այս արժեքին տեղեկատու վառելիքի համար:

Հանածո վառելիքն ամբողջությամբ այրվելիս առաջանում են եռատոմային գազեր (ածխածնի երկօքսիդ և ծծմբի երկօքսիդ)գազ) և ջուր։ Այրման մեջ ներգրավված նյութերի սպառումը (1 մոլ վառելիքի համար) հաշվարկվում է բանաձևերով, որոնք հիմնված են օդի հետ մատակարարվող ամբողջ թթվածնի արձագանքման պայմանի վրա: Նման հավասարումները կոչվում են այրման նյութական հաշվեկշիռ։

Իրական պայմաններում հաշվարկված արժեքները ուղղվում են գործակիցների միջոցով, քանի որ ամբողջական այրման համար միշտ ավելի շատ օդ է պահանջվում: Այրման արտադրանքի ջերմաստիճանը որոշելու համար կազմվում է օքսիդացման ռեակցիայի ջերմային հաշվեկշիռը (1 կգ հեղուկ կամ պինդ հանածո վառելիքի կամ 1 մ3 գազային վառելիքի համար): Ֆիզիկայի տեսանկյունից ջերմային հաշվեկշռի հավասարումը ոչ այլ ինչ է, քան էներգիայի պահպանման օրենքը գրելու ձև: