Bahan api gas: penerangan, ciri, kaedah pengeluaran, aplikasi

2024 Pengarang: Howard Calhoun | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-01-02 14:00

Bahan api gas telah diketahui sejak pertengahan abad ke-19. Ketika itulah jurutera terkenal Lenoir membina enjin pembakaran dalaman gas pertamanya. Radas ini adalah primitif dan berfungsi tanpa pra-mampatan kebuk pembakaran. Enjin moden tiada tandingannya. Hari ini, penggunaan bahan api gas tidak terhad kepada kereta. Jenis bahan api yang mesra alam, murah dan mampu milik ini secara aktif menakluki lebih banyak niche baharu dan digunakan secara aktif dalam semua sektor ekonomi negara. Artikel ini memberikan penerangan, ciri-ciri bahan api. Secara umum, ia menerangkan cara ia dihasilkan dan digunakan.

Maklumat am

Bahan api gas ialah bahan yang sangat mudah terbakar. Sifat yang berkualiti dan berguna ini digunakan dalam pelbagai cabang sains danteknologi. Sebagai contoh, penduduk dan industri semakin menggunakan dandang bahan api gas. Dalam bahan api ini, oksida (dioksida) karbon, wap karbon dioksida, serta unsur-unsur seperti nitrogen, hidrogen, oksigen dan kekotoran lain boleh hadir dalam pelbagai kuantiti. Peranti moden yang beroperasi pada bahan api gas sangat sensitif terhadap komposisi kimia gas kerja. Jika ia tidak memenuhi piawaian yang disyorkan oleh pengilang, kemungkinan besar peralatan tersebut akan gagal dan pembaikan yang mahal akan diperlukan.

Semua bahan yang membentuk gas boleh dibahagikan kepada mudah terbakar dan tidak mudah terbakar. Yang pertama, sebagai tambahan kepada metana, ialah etana, propana dan butana. Bahan letupan dan, oleh itu, mudah terbakar adalah karbon monoksida dan hidrogen. Hidrogen amat berbahaya. Atas sebab ini, ia tidak disyorkan untuk menyimpannya dalam silinder gas. Penyelesaian terbaik ialah membeli penjana hidrogen. Peranti ini mengekstrak hidrogen daripada air suling mengikut keperluan. Oleh itu, ancaman letupan sejumlah besar gas dihapuskan.

Negeri adalah monopoli dalam perdagangan borong bahan api cecair dan gas. Ini menunjukkan kepentingan strategik jenis bahan mentah ini.

Klasifikasi bahan api mengikut asal

Seperti cecair, bahan api gas boleh dilombong sebagai mineral, atau boleh dihasilkan dalam keadaan buatan. Dalam kes pertama, bahan api itu dipanggil semula jadi, dan dalam kes kedua -tiruan.

Pakar telah merekodkan perbezaan dalam komposisi bahan api cecair dan gas yang diekstrak dari kawasan berbeza. Disebabkan oleh perbezaan dalam komposisi kimia, terdapat juga sedikit perbezaan dalam jumlah haba yang dibebaskan semasa pembakaran. Bahan api gas asli hampir sepenuhnya (95-99%, bergantung pada medan) terdiri daripada apa yang dipanggil metana (formula kimia - CH_{4). Bahan api ini dipanggil gas asli. Dan ini adalah sumber tenaga termurah hari ini. Atas sebab inilah sumber tenaga jenis ini digunakan secara aktif dalam semua sektor ekonomi negara. Walau bagaimanapun, semua kelebihan dibayangi oleh tahap rendah keselamatan peranti yang beroperasi pada bahan api gas. Berita yang mengganggu kerap muncul di media tentang kemalangan dan kematian manusia akibat pelanggaran peraturan untuk mengendalikan pemasangan gas.}

Bahan api gas buatan termasuk bahan yang diperoleh daripada pemprosesan bahan api pepejal atau cecair. Jenis yang paling biasa dan popular ialah gas retak kok. Pencahayaan, air dan bahan api campuran juga boleh dimasukkan dalam kumpulan ini. Bergantung pada komposisi kimia gas tertentu, tahap haba yang dibebaskan semasa pembakaran berbeza-beza dalam julat yang luas. Bahan-bahan sedemikian sangat mudah meletup. Atas sebab ini, mereka disyorkan untuk dicampur dengan gas asli sebelum pembakaran. Langkah ini meningkatkan keselamatan pengendalian peranti yang beroperasi pada bahan api gas mengikut susunan magnitud. Manipulasi ini dijalankan pada pangkalan yang dilengkapi khas. Kemudian begitugas dibekalkan kepada pengguna akhir dalam silinder atau sebaliknya. Tetapi walaupun fakta bahawa campuran sedemikian kurang berbahaya, ia masih perlu dikendalikan dengan berhati-hati, dengan mematuhi semua peraturan dan peraturan untuk bekerja dengan kapal tekanan dan peraturan keselamatan. Dan ini bukan satu-satunya bahaya. Bahan ini beracun dan penyedutan boleh menyebabkan akibat yang serius dan juga kematian.

Pengkelasan bahan api mengikut tujuan

Bahan api dalam bentuk gas digunakan dalam pemasangan haba dan dalam enjin pembakaran dalaman. Sehubungan itu, atas dasar ini, ia boleh dibahagikan kepada bahan api motor dan bahan api relau dandang.

Gas asli digunakan secara tradisional sebagai bahan api dandang dan relau. Dalam kes yang jarang berlaku, bahan api tiruan digunakan. Jenis bahan api yang sama, dengan hanya beberapa bahan tambahan, juga digunakan untuk mengisi minyak kereta.

Penerangan tentang gas asli

Sukar untuk menilai terlalu tinggi kepentingan mineral ini untuk ekonomi negeri kita dan pembangunan ekonomi dunia secara keseluruhan. Banyak kereta, dandang bahan api gas, loji kuasa dan gabungan haba dan loji kuasa menggunakannya. Berdasarkan unjuran harga bahan api biru (sebagaimana kadangkala dipanggil gas asli), belanjawan negeri disediakan.

Lebih daripada 90% daripada gas ini terdiri daripada molekul metana (CH_{4). Selain metana, gas asli juga mengandungi butana dengan propana, nitrogen, karbon dioksida, wap air dan kekotoran lain (ia dianggap berbahaya). ATDalam kuantiti yang kecil, gas asli juga mengandungi gas lengai (helium dan lain-lain). Adalah dipercayai bahawa yang terakhir mempunyai kesan yang baik pada mesin, peranti dan mekanisme yang beroperasi pada gas, dan juga meningkatkan fizik proses pembakaran bahan api. Kesesuaian bahan api untuk digunakan, kualitinya dinilai dengan peratusan komponen hidrokarbon.}

Gas asli bukan sahaja bahan api yang berharga, tetapi juga bahan mentah untuk beberapa industri. Jadi, daripada metana yang terkandung di dalamnya, loji kimia besar menghasilkan hidrogen. Untuk tindak balas ini berlaku, ia mesti dioksidakan. Sebagai tambahan kepada hidrogen, asetilena dihasilkan daripadanya. Berdasarkan bahan-bahan ini, semua jenis aldehid, metil alkohol (bahan yang sangat toksik dan berbahaya), ammonia, aseton, asid asetik, dan sebagainya dihasilkan. Walau bagaimanapun, hakikatnya tetap bahawa kawasan utama penggunaan gas asli ialah pembakaran bahan api gas untuk tujuan pelbagai mekanisme pemacu (enjin kereta) dan peranti dandang.

Sifat asas gas

Semua gas (bukan hanya bahan api) disatukan oleh indeks ketumpatan yang agak kecil. Untuk gas asli yang dipertimbangkan dan analog tiruannya, nilainya disimpan dalam lingkungan 0.8 kilogram per meter padu. Ketumpatan bahan api gas cecair lebih tinggi sedikit dan kira-kira 2.3 kilogram setiap meter padu.

Gas kebanyakannya adalah bahan toksik. Ketoksikan meningkat apabila kandungan karbon oksida meningkat dansebatian sulfur dengan hidrogen dalam gas. Dengan kandungan satu atau lebih peratus daripada gas berbahaya yang diterangkan di atmosfera, seseorang akan menyedut dos bahan beracun yang mematikan dalam masa tiga minit.

Gas yang dimaksudkan adalah bahan letupan. Selain itu, dengan peningkatan peratusan karbon monoksida dan hidrogen, risiko letupan meningkat. Ciri menarik: apabila kandungan bahan ini melebihi 74%, kebarangkalian letupan gas hampir sifar.

Ciri bahan api utama

Dalam analisis perbandingan jenis bahan api tertentu, pakar beroperasi dengan konsep berikut: kelembapan bahan api, kandungan sulfur, abu (sisa), nilai kalori dan keluaran haba.

Kapasiti pemanasan merujuk kepada suhu yang mencukupi untuk proses pembakaran dengan kandungan oksigen minimum. Pada masa yang sama, udara mahupun campuran mudah terbakar tidak dipanaskan tambahan.

Sisa pepejal dari medan pembakaran dipanggil abu. Dia tidak boleh terbakar lagi. Sanga adalah abu yang sama, hanya selepas cair. Pembentukan bahan ini memberi kesan buruk kepada operasi keseluruhan sistem, menyumbat peralatan bahan api. Oleh itu, penunjuk ini penting untuk diambil kira semasa kerja reka bentuk.

Penunjuk penting ialah kelembapan. Ia memberi kesan negatif kepada ciri-ciri bahan api. Kehadirannya menyebabkan peningkatan dalam volum ekzos, penurunan kecekapan pemasangan.

Hasil pembakaran sulfur dan sebatiannya menyebabkan dan mengaktifkan proses kakisan pada permukaanbahagian keluli enjin dan sistem ekzos. Di samping itu, ia mempunyai kesan negatif terhadap alam sekitar dan kesihatan manusia. Oleh itu, penunjuk ini juga sangat penting untuk dipertimbangkan.

Nilai kalori adalah ciri yang sangat penting. Ia diambil kira dalam pengiraan dan reka bentuk peralatan dan membolehkan anda menentukan penggunaan bahan api. Nilai ini ditentukan secara eksperimen. Untuk tujuan ini, kalorimeter khas digunakan. Jumlah (jisim) bahan api yang diketahui dibakar dan perubahan suhu air kalorimeter direkodkan. Kemudian sudah cukup untuk menggantikan maklumat yang diperoleh ke dalam formula dan mengira haba pembakaran.

Gas berkaitan

Jika gas asli diekstrak daripada lubang gerudi, gas yang berkaitan adalah hasil sampingan pengeluaran minyak. Kandungan metana dalam gas tersebut agak kurang daripada gas asli tradisional. Walau bagaimanapun, pembakaran bahan api gas menghasilkan haba yang setanding.

Gas hasil sampingan (berkaitan) juga dihasilkan oleh loji metalurgi. Di perusahaan ini, bahan api dipancarkan dalam relau. Ini adalah apa yang dipanggil ketuhar kok dan gas relau letupan. Sebagai peraturan, gas-gas ini dibakar di tapak (disuapkan ke relau atau stesen dandang). Hasil sampingan yang serupa dihasilkan di lombong yang dalam, yang sering membawa kepada bencana.

Penghasilan gas melalui penyulingan kering

Gas tiruan diperoleh melalui pemprosesan tambahan bahan api pepejal (cecair). Dengan cara ini, yang dipanggil gas pengeluar dan gas penyulingan kering boleh diperolehi.

Apabila keringbahan api penyulingan terurai di bawah pengaruh suhu tinggi. Dalam kes ini, adalah perlu untuk mengecualikan akses agen pengoksidaan (udara). Selepas beberapa siri langkah, bahan api asal terurai menjadi gas sendiri, sebatian tar dan kok. Komposisi tepat produk yang terbentuk bergantung pada komposisi awal bahan api dan keadaan proses (terutamanya pada suhu).

Proses penyulingan, yang berlaku pada suhu tinggi (dalam lingkungan 1000 - 1100 darjah Celsius), dipanggil coking. Hasil penguraian dalam kes ini ialah gas sebenar (kok) dan kok. Ketumpatan dan haba pembakaran gas yang terhasil adalah agak rendah (masing-masing 0.5 kilogram per meter padu dan 16,000 kilojoule per meter padu). Satu tan arang batu semasa rawatan ini ditukar kepada 350 meter padu gas. Penunjuk ini mungkin berbeza-beza dan bergantung pada keadaan proses dan pada komposisi kimia dan asal bahan mentah (arang batu).

Terdapat juga penyulingan kering suhu rendah. Ia terdiri daripada pemprosesan bahan api pepejal dengan suhu di kawasan 500 darjah Celsius. Dengan kaedah ini, jumlah minimum gas terbentuk (tidak lebih daripada 30 meter padu setiap tan bahan mentah). Produk utama dalam kes ini ialah resin, yang selanjutnya digunakan dalam pengeluaran minyak motor dan bahan api.

Mendapatkan gas melalui pengegasan bahan api pepejal

Salah satu kaedah biasa untuk mendapatkan bahan api gas ialah apa yang dipanggil pengegasan. Ia terdiri daripada rawatan kimia-terma bahan api pepejal (kesan gabungan suhu tinggidan rawatan kimia). Atom karbon yang terkandung dalam bahan api pepejal berinteraksi dan bertindak balas dengan air dan wap, membentuk gas (bahan api). Semasa proses pengegasan, penyulingan kering juga berlaku. Penjana gas ialah peranti untuk pengegasan bahan api pepejal (terutamanya arang batu). Peranti ini menghasilkan bahan berikut: metana, hidrogen dan karbon monoksida. Selain gas bersuara, bahan tidak mudah terbakar juga dihasilkan (karbon dioksida, oksigen dengan nitrogen dan wap air).

Reka bentuk penjana gas - pelbagai jenis. Skim dan senarai nod bergantung terutamanya pada jenis bahan mentah. Secara umum, ia adalah silinder dengan dinding logam. Ia mempunyai bukaan untuk pengudaraan (pengambilan udara) dan untuk keluar gas yang dihasilkan. Bekalan udara terpaksa, menggunakan kipas yang kuat. Reka bentuk mesti menyediakan palka untuk pengendali. Bahan api dimuatkan melalui bumbung. Oleh itu, secara luaran, unit ini sangat menyerupai "dapur periuk" yang terkenal. Walau bagaimanapun, terdapat satu perbezaan - ketiadaan cerobong asap.

Penjana gas hanyalah asas bagi keseluruhan pemasangan, teras, boleh dikatakan. Jika anda melihat gambar rajah peralatan tersebut, menjadi jelas bahawa semua komponen dan peranti lain direka untuk membawa gas ke keadaan normal (pembersihan, penyejukan dan sebagainya).

Kelebihan menggunakan dan menggunakan gas

Komposisi bahan api gas membolehkan ia digunakan secara berkesan sebagai alternatif kepada petrol tradisional, minyak bahan api dandiesel. Rizab minyak semakin susut. Menurut pakar, ia akan bertahan selama beberapa dekad. Terdapat lebih banyak rizab gas. Oleh itu, pengenalan aktif dan penggunaan peralatan gas dalam semua sektor ekonomi negara akan, jika tidak menyelesaikan, sekurang-kurangnya menangguhkan masalah akut kekurangan bahan mentah hidrokarbon.

Kelebihan kedua dan sangat penting ialah ketulenan relatif produk pembakaran gas berbanding dengan ekzos enjin petrol. Dalam erti kata lain, mesin dan mekanisme yang beroperasi pada bahan api gas adalah lebih mesra alam dan tidak begitu mencemarkan alam sekitar. Di kawasan metropolitan dan bandar besar, masalah ini amat meruncing. Oleh itu, pihak berkuasa sedang berusaha untuk memindahkan keseluruhan armada pengangkutan awam bandar kepada piawaian alam sekitar yang baharu.

Kelebihan ketiga ialah keupayaan untuk menyesuaikan enjin mengikut keperluan dan pilihan peribadi dengan melaraskan komposisi campuran. Pada masa hadapan, ini membolehkan anda tidak membayar lebih wang tambahan.

Faedah keempat ialah untuk meningkatkan hayat berguna enjin dan meningkatkan masa antara penukaran minyak enjin yang lengkap. Lagipun, gas, tidak seperti produk petroleum, tidak menghilangkan gris (minyak) dari permukaan bahagian gosok mekanisme (enjin).

Kelima - campuran gas mempunyai keupayaan letupan yang lebih hebat berbanding bahan api tradisional. Ini membolehkan anda meningkatkan kuasa enjin kenderaan dengan ketara.

Keenam - tidak seperti bahan api pepejal dan cecair, bahan api gas tidak perlu dipanaskan sebelum suntikan. Ia positifmenjejaskan kedua-dua kebolehpercayaan keseluruhan sistem dan semua penunjuk prestasi tanpa pengecualian.

Kelebihan ketujuh: dengan penggunaan suntikan gas ke dalam silinder menjadi lebih seragam. Oleh itu, kelancaran perjalanan dan pengendalian mekanisme pemanduan meningkat, haus bahagian yang dimuatkan tinggi berkurangan.

Malangnya, tidak selalu semua faedah yang diterangkan dicapai. Selalunya, pemilik kenderaan menukar enjin petrol kepada bahan api gas untuk menjimatkan wang untuk perbezaan kos bahan api. Walau bagaimanapun, enjin itu direka untuk petrol atau diesel. Oleh itu, kerja semua bahagian tidak diselaraskan dengan baik. Jurutera telah mengira bahawa apabila kereta ditukar daripada petrol kepada gas, enjin kehilangan kira-kira 20 peratus kuasanya. Untuk mengimbangi kerugian, ramai pemilik meningkatkan nisbah mampatan ruang kebuk pembakaran. Ini sangat mengurangkan hayat enjin. Langkah lain ialah pemasangan sistem pengecas turbo. Tetapi acara ini perlu melabur banyak wang. Operasi enjin atau rumah dandang pada bahan api cecair dan gas menunjukkan penunjuk prestasi yang berbeza sama sekali. Lebih-lebih lagi, kelebihannya jauh sekali berbanding dengan bahan api pepejal.