Plynné palivo: popis, charakteristika, výrobné metódy, použitie

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-02 14:02

Plynové palivo je známe už od polovice 19. storočia. Vtedy slávny inžinier Lenoir zostrojil svoj prvý plynový spaľovací motor. Toto zariadenie bolo primitívne a fungovalo bez predbežného stlačenia spaľovacej komory. Moderné motory sa tomu nevyrovnajú. Dnes sa používanie plynných palív neobmedzuje len na autá. Tento ekologický, lacný a cenovo dostupný druh paliva aktívne dobýva čoraz viac nových výklenkov a aktívne sa používa vo všetkých odvetviach národného hospodárstva. Tento článok poskytuje popis, vlastnosti paliva. Vo všeobecnosti popisuje, ako sa vyrábajú a používajú.

Všeobecné informácie

Plynné palivo je látka, ktorá je vysoko horľavá. Táto kvalitná a užitočná vlastnosť sa využíva v rôznych odvetviach vedy atechnológie. Napríklad obyvateľstvo a priemysel čoraz viac využívajú kotly na plynné palivá. V tomto palive môžu byť v rôznych množstvách prítomné oxidy (dioxidy) uhlíka, pary oxidu uhličitého, ale aj prvky ako dusík, vodík, kyslík a iné nečistoty. Moderné zariadenia pracujúce na plynnom palive sú veľmi citlivé na chemické zloženie pracovného plynu. Ak nespĺňa normy odporúčané výrobcom, zariadenie s najväčšou pravdepodobnosťou zlyhá a budú potrebné nákladné opravy.

Všetky látky, ktoré tvoria plyny, možno rozdeliť na horľavé a nehorľavé. Prvými sú okrem metánu etán, propán a bután. Výbušné a teda horľavé sú oxid uhoľnatý a vodík. Nebezpečný je najmä vodík. Z tohto dôvodu sa neodporúča skladovať ho v plynových fľašiach. Najlepším riešením je kúpa vodíkového generátora. Toto zariadenie podľa potreby extrahuje vodík z destilovanej vody. Tým je eliminovaná hrozba výbuchu veľkého objemu plynu.

Štát je monopolom vo veľkoobchode s kvapalnými a plynnými palivami. To naznačuje strategický význam tohto typu suroviny.

Klasifikácia paliva podľa pôvodu

Podobne ako kvapalné, aj plynné palivá sa dajú ťažiť ako nerast alebo sa môžu vyrábať v umelých podmienkach. V prvom prípade sa takéto palivo nazýva prírodné a v druhom -umelé.

Špecialisti zaznamenali rozdiely v zložení kvapalných a plynných palív vyťažených z rôznych oblastí. V dôsledku rozdielov v chemickom zložení existujú aj malé rozdiely v množstve tepla uvoľneného pri spaľovaní. Zemné plynné palivo je takmer úplne (95-99%, v závislosti od oblasti) tvorené takzvaným metánom (chemický vzorec - CH_{4). Toto palivo sa nazýva zemný plyn. A to je dnes najlacnejší zdroj energie. Z tohto dôvodu sa tento druh energetických zdrojov aktívne využíva vo všetkých odvetviach národného hospodárstva. Všetky výhody však zatieňuje nízka úroveň bezpečnosti zariadení pracujúcich na plynné palivá. V médiách sa pravidelne objavujú znepokojivé správy o nehodách a ľudských obetiach v dôsledku porušovania pravidiel prevádzky plynových zariadení.}

Umelé plynné palivá zahŕňajú látky získané spracovaním tuhých alebo kvapalných palív. Jeho najbežnejšími a najobľúbenejšími typmi sú plyny z krakovania koksu. Do tejto skupiny možno zaradiť aj osvetlenie, vodu a zmiešané palivá. V závislosti od chemického zloženia konkrétneho plynu sa úroveň tepla uvoľneného počas spaľovania mení v širokom rozmedzí. Takéto látky sú vysoko výbušné. Z tohto dôvodu sa odporúča ich pred spaľovaním zmiešať so zemným plynom. Toto opatrenie rádovo zvyšuje bezpečnosť prevádzky zariadení pracujúcich na plynné palivo. Tieto manipulácie sa vykonávajú na špeciálne vybavených základniach. Potom taképlyn sa dodáva konečnému užívateľovi vo fľašiach alebo inak. No aj napriek tomu, že takáto zmes je menej nebezpečná, treba s ňou stále narábať mimoriadne opatrne, pri dodržaní všetkých pravidiel a predpisov pre prácu s tlakovými nádobami a bezpečnostných predpisov. A to nie je jediné nebezpečenstvo. Táto látka je toxická a vdýchnutie môže spôsobiť vážne následky a dokonca smrť.

Klasifikácia paliva podľa účelu

Palivo v plynnej forme sa používa v tepelných zariadeniach aj v spaľovacích motoroch. Podľa toho ho možno rozdeliť na motorové palivo a kotolne palivo.

Zemný plyn sa tradične používa ako palivo pre kotly a pece. V zriedkavých prípadoch sa používa umelé palivo. Rovnaký typ paliva, len s niektorými prísadami, sa používa aj na tankovanie automobilov.

Popis zemného plynu

Je ťažké preceňovať význam tohto minerálu pre ekonomiku nášho štátu a ekonomický rozvoj sveta ako celku. Využívajú ho mnohé autá, kotly na plynné palivá, elektrárne a teplárne. Na základe projektovaných cien modrého paliva (ako sa zemnému plynu niekedy hovorí) sa zostavujú štátne rozpočty.

Viac ako 90 % tohto plynu pozostáva z molekúl metánu (CH_{4). Zemný plyn obsahuje okrem metánu aj bután s propánom, dusík, oxid uhličitý, vodnú paru a ďalšie nečistoty (považujú sa za škodlivé). ATV malom množstve obsahuje zemný plyn aj inertné plyny (hélium a iné). Predpokladá sa, že tieto majú priaznivý vplyv na stroje, zariadenia a mechanizmy pracujúce na plyne a tiež zlepšujú fyziku procesov spaľovania paliva. Vhodnosť paliva na použitie, jeho kvalita sa posudzuje podľa percenta uhľovodíkových zložiek.}

Zemný plyn nie je len cenným palivom, ale aj surovinou pre množstvo priemyselných odvetví. Takže z metánu, ktorý obsahuje, veľké chemické závody vyrábajú vodík. Aby táto reakcia prebehla, musí byť oxidovaný. Okrem vodíka sa z neho vyrába acetylén. Na základe týchto látok sa vyrábajú všetky druhy aldehydov, metylalkohol (veľmi toxická a nebezpečná látka), amoniak, acetón, kyselina octová a pod. Faktom však zostáva, že hlavnou oblasťou využitia zemného plynu je spaľovanie plynných palív pre účely rôznych pohonných mechanizmov (motory automobilov) a kotlových zariadení.

Základné vlastnosti plynov

Všetky plyny (nielen palivo) sú spojené relatívne malým indexom hustoty. Pre uvažovaný zemný plyn a jeho umelé analógy sa jeho hodnota drží v oblasti 0,8 kilogramu na meter kubický. Hustota skvapalneného plynného paliva je o niečo vyššia a je približne 2,3 kilogramu na meter kubický.

Plyny sú väčšinou toxické látky. Toxicita sa zvyšuje so zvyšujúcim sa obsahom oxidov uhlíka azlúčeniny síry s vodíkom v plyne. Pri obsahu jedného alebo viacerých percent opísaných škodlivých plynov v atmosfére človek vdýchne smrteľnú dávku jedovatej látky za tri minúty.

Tieto plyny sú výbušné. Okrem toho so zvyšujúcim sa percentom oxidu uhoľnatého a vodíka sa zvyšuje riziko výbuchu. Zaujímavosť: pri obsahu týchto látok nad 74% je pravdepodobnosť výbuchu plynu takmer nulová.

Kľúčové charakteristiky paliva

Pri porovnávacej analýze konkrétneho typu paliva odborníci pracujú s nasledujúcimi pojmami: vlhkosť paliva, obsah síry, popol (zvyšok), výhrevnosť a tepelný výkon.

Výhrevný výkon sa vzťahuje na teplotu dostatočnú pre proces spaľovania s minimálnym obsahom kyslíka. Zároveň sa dodatočne neohrieva vzduch ani horľavá zmes.

Pevný zvyšok zo spaľovacieho poľa sa nazýva popol. Už nemôže horieť. Troska je rovnaký popol, len po roztavení. Tvorba tejto látky nepriaznivo ovplyvňuje činnosť celého systému, upcháva palivové zariadenie. Tento ukazovateľ je preto dôležité vziať do úvahy pri projektovaní.

Dôležitým ukazovateľom je vlhkosť. Negatívne ovplyvňuje vlastnosti paliva. Jeho prítomnosť spôsobuje zvýšenie objemu výfukových plynov, zníženie účinnosti inštalácie.

Splodiny horenia síry a jej zlúčenín spôsobujú a aktivujú korózne procesy na povrchochoceľové časti motorov a výfukových systémov. Okrem toho majú negatívny vplyv na životné prostredie a ľudské zdravie. Preto je veľmi dôležité zvážiť aj tento ukazovateľ.

Výhrevnosť je veľmi dôležitá vlastnosť. Zohľadňuje sa pri výpočte a návrhu zariadenia a umožňuje určiť spotrebu paliva. Táto hodnota je stanovená experimentálne. Na tieto účely sa používa špeciálny kalorimeter. Spáli sa známe množstvo (hmotnosť) paliva a zaznamená sa zmena teploty vody v kalorimetri. Potom stačí získané informácie dosadiť do vzorca a vypočítať spalné teplo.

Pridružený plyn

Ak sa zemný plyn ťaží z vrtov, súvisiaci plyn je vedľajším produktom pri výrobe ropy. Obsah metánu v takomto plyne je o niečo nižší ako v tradičnom zemnom plyne. Spaľovanie plynných palív však produkuje porovnateľné teplo.

Vedľajší plyn (súvisiaci) produkujú aj hutnícke závody. V týchto podnikoch sa palivo vypúšťa v peciach. Ide o takzvané koksárenské a vysokopecné plyny. Tieto plyny sa spravidla spaľujú na mieste (privádzané do pece alebo kotolne). Podobný vedľajší produkt vzniká v hlbinných baniach, čo často vedie ku katastrofám.

Výroba plynu suchou destiláciou

Umelý plyn sa získava dodatočným spracovaním tuhého (kvapalného) paliva. Týmto spôsobom možno získať takzvaný generátorový plyn a plyn zo suchej destilácie.

Po vyschnutídestilačné palivo sa vplyvom vysokých teplôt rozkladá. V tomto prípade je potrebné vylúčiť prístup oxidačného činidla (vzduchu). Po sérii krokov sa pôvodné palivo rozloží na vlastný plyn, zlúčeniny dechtu a koks. Presné zloženie vytvorených produktov závisí od počiatočného zloženia paliva a podmienok procesu (predovšetkým od teploty).

Destilačný proces, ktorý prebieha pri vysokých teplotách (v oblasti 1000 - 1100 stupňov Celzia), sa nazýva koksovanie. Produkty rozkladu sú v tomto prípade skutočný plyn (koks) a koks. Hustota a spalné teplo výsledného plynu sú relatívne nízke (0,5 kilogramu na meter kubický a 16 000 kilojoulov na meter kubický). Jedna tona uhlia sa pri tejto úprave premení na 350 metrov kubických plynu. Tento indikátor sa môže líšiť a závisí od podmienok procesu a od chemického zloženia a pôvodu suroviny (uhlia).

Existuje aj nízkoteplotná suchá destilácia. Spočíva v spracovaní tuhého paliva s teplotami okolo 500 stupňov Celzia. Pri tejto metóde sa vytvorí minimálne množstvo plynu (nie viac ako 30 metrov kubických na tonu surovín). Hlavným produktom je v tomto prípade živica, ktorá sa ďalej využíva pri výrobe motorových olejov a palív.

Získanie plynu splyňovaním tuhých palív

Jednou z bežných metód získavania plynných palív je takzvané splyňovanie. Spočíva v chemicko-tepelnom spracovaní tuhých palív (kombinovaný účinok vysokých teplôta chemické ošetrenie). Atómy uhlíka obsiahnuté v tuhom palive interagujú a reagujú s vodou a parou, pričom vzniká plyn (palivo). Pri procese splyňovania dochádza aj k suchej destilácii. Plynový generátor je zariadenie na splyňovanie tuhých palív (predovšetkým uhlia). Toto zariadenie produkuje nasledujúce látky: metán, vodík a oxid uhoľnatý. Okrem ozvučených plynov vznikajú aj nehorľavé látky (oxid uhličitý, kyslík s dusíkom a vodná para).

Konštrukcie plynových generátorov – obrovská rozmanitosť. Schéma a zoznam uzlov závisí predovšetkým od typu suroviny. Vo všeobecnosti ide o valec s kovovými stenami. Má otvory pre vetranie (nasávanie vzduchu) a pre výstup vzniknutého plynu. Prívod vzduchu je nútený pomocou výkonných ventilátorov. Konštrukcia musí poskytovať poklop pre operátora. Palivo sa nakladá cez strechu. Navonok teda táto jednotka bolestivo pripomína známu „pekáč na brucho“. Je tu však jeden rozdiel – absencia komína.

Generátor plynu je len základom celej inštalácie, takpovediac jadrom. Ak sa pozriete na schémy takýchto zariadení, je zrejmé, že všetky ostatné komponenty a zariadenia sú navrhnuté tak, aby uviedli plyn do normálneho stavu (čistenie, chladenie atď.).

Výhody používania a používania plynu

Zloženie plynného paliva umožňuje jeho efektívne využitie ako alternatívu k tradičnému benzínu, vykurovaciemu oleju adiesel. Zásoby ropy sú vyčerpané. Podľa odborníkov vydrží niekoľko desaťročí. Zásob plynu je oveľa viac. Aktívne zavádzanie a využívanie plynárenských zariadení vo všetkých odvetviach národného hospodárstva tak ak nie vyrieši, tak aspoň odloží akútny problém nedostatku uhľovodíkových surovín.

Druhou a veľmi dôležitou výhodou je relatívna čistota produktov spaľovania plynu v porovnaní s výfukovými plynmi benzínových motorov. Inými slovami, stroje a mechanizmy fungujúce na plynné palivá sú ekologickejšie a až tak neznečisťujú životné prostredie. V metropolitných oblastiach a veľkých mestách je tento problém obzvlášť akútny. Úrady sa preto snažia previesť celý vozový park mestskej hromadnej dopravy na nové environmentálne normy.

Tretou výhodou je možnosť prispôsobiť si motor osobným potrebám a preferenciám úpravou zloženia zmesi. V budúcnosti vám to umožní nepreplatiť peniaze navyše.

Štvrtou výhodou je zvýšenie životnosti motora a predĺženie času medzi úplnými výmenami motorového oleja. Plyn totiž na rozdiel od ropných produktov neodstraňuje mastnotu (olej) z povrchov trecích častí mechanizmu (motora).

Po piate – zmes plynov má oveľa väčšiu detonačnú schopnosť v porovnaní s tradičným palivom. To vám umožní výrazne zvýšiť výkon motora vozidla.

Po šieste – na rozdiel od pevných a kvapalných palív sa plynné palivá nemusia pred vstrekovaním zahrievať. Je to pozitívneovplyvňuje spoľahlivosť celého systému a všetky ukazovatele výkonu bez výnimky.

Siedma výhoda: s použitím vstrekovania plynu do valcov sa stáva rovnomernejším. Zvyšuje sa tak plynulosť chodu a chodu hnacieho ústrojenstva, znižuje sa opotrebovanie vysoko zaťažovaných dielov.

Bohužiaľ, nie vždy sa dosiahnu všetky opísané výhody. Majitelia vozidiel najčastejšie prestavujú benzínové motory na plynové palivo, aby ušetrili peniaze na rozdiel v nákladoch na palivo. Motor bol však určený na benzín alebo naftu. Preto tá nie príliš zladená práca všetkých častí. Inžinieri vypočítali, že keď sa auto prepne z benzínu na plyn, motor stratí asi 20 percent výkonu. Na kompenzáciu straty mnohí majitelia zvyšujú kompresný pomer priestoru spaľovacej komory. To výrazne znižuje životnosť motora. Ďalším opatrením je inštalácia systému preplňovania turbodúchadlom. Ale táto udalosť bude musieť investovať veľa peňazí. Prevádzka motora alebo kotolne na kvapalné a plynné palivá vykazuje úplne odlišné ukazovatele výkonu. Navyše výhoda zďaleka nie je na strane tuhých palív.