Види і характеристика газоподібного палива
Газоподібне паливо для двигунів внутрішнього згорання
Основні види рідких альтернативних палив для дизельних двигунів.
1. Види і характеристика газоподібного палива.
2. Переваги та недоліки газоподібного палива при використанні в ДВЗ.
3. Асортимент та особливості застосування газоподібного палива.
Як інші види палива, газоподібне поділяють на: природне — використовується в тому вигляді, в якому воно знаходиться в надрах землі (природний газ газових родовищ і супутний) і штучне — гази, які одержують як побічний продукт при переробці нафти і твердого палива або спеціально з допомогою газогенераторів (коксовий, генераторний, підземної газифікації).
Залежно від фізичних властивостей гази можуть бути: скраплені і стиснені. Скраплені (зріджені) — це гази з відносно високою критичною температурою, при підвищенні тиску до 1,0-1,5 Мпа переходять в рідкий стан. В основному, це пропан-бутанові вуглеводні. Стиснені — це гази з низькою критичною температурою, які залишаються в газоподібному стані при нормальній температурі навіть при дуже високому тиску (до 20 Мпа). До них належать метан, оксид вуглецю, водень, етилен.
Газоподібне паливо за теплотою згоряння поділяють на три групи:
2.висококалорійне, з теплотою згоряння понад 20000 кДж/м3
(природні гази газових родовищ і супутні, нафтовий газ);
3.изько октановіт — 10000-20000 кДж/м3 (коксовий, світильний та из.);
4.низькокалорійне — до 10000 кДж/м3 (доменний, генераторний та из).
З усіх видів газоподібного палива найбільш поширені природні гази, які поділяються на дві групи: гази газових родовищ і супутні, які добуваються разом з нафтою.
Природні гази чисто газових родовищ за складом і тепловою цінністю відрізняються між собою незначною мірою. Головною їх складовою є метан — СН4.
Супутний нафтопромисловий газ, крім метану, містить більш важкі газоподібні вуглеводні, кількість яких залежить від складу нафти того чи іншого родовища. В багатьох випадках газовий фактор (кількість газу в кубічних метрах на одну тону нафти) дуже високий (50-100 м3).
Вуглеводні з числом атомів вуглецю 1-4, які входять в склад нафти, при нормальних умовах перебувають в газоподібному стані. Їх уловлюють при добуванні нафти. Теплота згоряння изько окт нафтопромислового газу вища, ніж у газах чисто газоизь родовищ, але їх використовують, головним чином, як сировину для хімічної і нафтохімічної промисловості.
Штучні газоподібні палива одержують шляхом газифікації твердого палива або їх сухою перегонкою. За допомогою газифікації отримують генераторний з; змішаний, водяний та из.; при сухій перегонці — изько окта, коксовий, світильний та из.
Генераторний газ виробляється шляхом газифікації твердих палив у газогенераторах.
Змішаний генераторний газ одержують при подачі до газогеизько о змішаного пароповітряного дуття. Водяна пара розкладається і збагачує горючу частину газу воднем. Порівняно з генераторним газом, змішаний містить більше водню, метану і менше азоту. У зв’язку з цим й теплота його згоряння буде вищою, ніж у генераторного.
Водяний газ виробляють, пропускаючи водяну пару через розжарений шар палива. Склад його залежить від палива, яке газифікується. Теплота згоряння 10420 кДж/м3. Найкращим паливом для одержання цього газу є кокс і антрацит. При згорянні водяного газу утворюється висока температура (до 2800 °С), завдяки чому його застосовують для зварювання і різання металів, синтезування штучного рідкого палива, а також добування водню для изько октановіт процесів.
Гази, що одержують при коксуванні та изько октанові, є побічними продуктами цих процесів (див. розділ 4). Але при сухій перегонці відповідного кам’яного вугілля та важких залишків нафти гази є основним продуктом, цього процесу.
Основною відмінністю газів сухої перегонки від газів, які одер жують при газифікації твердого палива у газогенераторах, є значно менший вміст у перших кисню та азоту і більший — водню та вуглеводнів.
Коксовий газ. Головними складовими частинами коксового газу є водень (біля 50 %), вміст якого збільшується з підвищенням температури коксування, і метан (біля 25 %). Теплота згоряння коксового газу 15500-21600 кДж/м3 .
Напівкоксовий газ відрізняється від коксового більшим вмістом вуглеводнів і меншим вмістом водню. Основним горючим комизько ок напівкоксового газу є метан (40-50 %). Теплота згоряння цього газу залежить від вихідного палива і середнє значення її приблизно дорівнює 24000 кДж/м3.
Світильний газ одержують під час сухої перегонки твердих видів палива при більш високих температурах (1000-1200 °С), ніж при коксуванні вугілля. За тепловою цінністю приблизно дорівнює коксовому газу, теплота згоряння світильного газу -18400-23100 кДж/м3 .
Доменний (колосниковий газ) виділяється під час плавки руди в доменних печах. За складом він наближається до генераторного газу і належить до низькокалорійних з теплотою згоряння 3800-5300 кДж/м3 .
Нафтовий газ одержують шляхом сухої перегонки важких залишків нафтопереробних або изько октанові заводів. З газів сухої перегонки нафтовий має найбільшу теплоту згоряння — 35700 кДж/м3. Використовують його, в основному, для спалювання в газових двигунах, газового зварювання тощо.
Газ підземної газифікації отримують без видобутку викопного вугілля на поверхню землі. Він за складом подібний до генераторного. Теплота згоряння газу підземної газифікації невелика (3600-4200 кДж/м3), тому він найбільше придатний як паливо для електростанцій. При використанні його для дуття повітря, збагаченого киснем, теплова цінність газу підвищується. І після видалення диоксиду вуглецю його можна використовувати як паливо для комунально-побутових потреб.
Штучні гази застосовують у чистому вигляді як паливо, а також змішують з природним газом для зменшення їх вибухонебезпечності на спеціальних станціях. І до споживача в такому разі надходить готовий подвійний або потрійний газ. Необхідно пам’ятати, що горючий газ, який одержують в цьому випадку споживачі, вибухонебезпечний, а часто і отруйний (изько октановіті CO), тому при його застосуванні необхідна особлива обережність.
Скраплений газ широко використовують для газозабезпечення сільської місцевості і районів, не підключених до газової мережі, а також як паливо в котельно-побутових і невеликих изько октанові (в теплицях, на тваринницьких фермах тощо). Скраплений газ — це легкоконденсуючі при стиску газоподібні вуглеводні. Основним джерелом одержання цих газів є:
нафтопереробні заводи, які виробляють бензин з нафти, вихід скраплених газів як побічного продукту при цьому складає до 30 % кількості випуску бензину;
підприємства, на яких бензин одержують з кам’яного вугілля; вихід газу 10-12 % маси основного продукту;
крекінг-заводи, на яких як побічний продукт одержують скраплені гази в кількості до 3 % маси початкової сировини.
Основним компонентом скрапленого газу є пропан — важкий газ (густина за повітрям 1,52). Він створює оптимальну величину тиску насиченої пари, що особливо важливо для зменшення маси газових балонів транспортних установок.
Етан — газ, що за густиною близький до повітря. Одержують його із супутних нафтових газів. Входить до складу скраплених газів у незначній кількості, але підвищує загальний тиск насиченої пари і, тим самим, забезпечує в зимовий період надлишковий тиск, який необхідний для нормальної роботи гаизько окта установок.
Бутан — має два ізомери, густина за повітрям — 2,06-2,09. Одержують його з тих нафтопромислових газів, що й пропан. Бутан є найбільш висококалорійним компонентом скраплених газів. При температурі мінус 0,5 °С і нормальному атмосферному тиску він переходить в рідкий стан, що не дозволяє використовувати цей газ в зимовий період.
Пентан — важкий газ, густина за повітрям — 2,67. У більшості випадків перебуває в рідкому залишку і при 20 °С не повинен перевищувати 1-2 % об’єму скрапленого газу, оскільки він різко понижує пружність парів і підвищує точку роси.
Скраплені гази відповідно до ГОСТ 20448-90 випускаються у таких марках: СПБТЗ — суміш пропану і бутану технічних, зимова; СПБТЛ — суміш пропану і бутану технічних, літня.