Gaaskütus: kirjeldus, omadused, tootmismeetodid, rakendus

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2024-01-02 13:53

Gaasikütust tuntakse juba 19. sajandi keskpaigast. Just siis ehitas kuulus insener Lenoir oma esimese gaasilise sisepõlemismootori. See seade oli primitiivne ja töötas ilma põlemiskambri eelneva kokkusurumiseta. Kaasaegsed mootorid ei vasta sellele. Tänapäeval ei piirdu gaaskütuste kasutamine ainult autodega. See keskkonnasõbralik, odav ja taskukohane kütuseliik vallutab aktiivselt üha uusi nišše ning on aktiivselt kasutusel kõigis rahvamajanduse sektorites. See artikkel sisaldab kütuse kirjeldust ja omadusi. Üldiselt kirjeldab see nende tootmist ja kasutamist.

Üldine teave

Gaaskütus on väga tuleohtlik aine. Seda kvaliteetset ja kasulikku omadust kasutatakse erinevates teadusharudes jatehnoloogia. Näiteks elanikkond ja tööstus kasutavad üha enam gaaskütuse katlaid. Selles kütuses võivad süsinikoksiidid (dioksiidid), süsinikdioksiidi aurud, aga ka sellised elemendid nagu lämmastik, vesinik, hapnik ja muud lisandid esineda erinevates kogustes. Kaasaegsed gaaskütusel töötavad seadmed on töögaasi keemilise koostise suhtes väga tundlikud. Kui see ei vasta tootja soovitatud standarditele, siis tõenäoliselt tõrgeteta seade ja vaja on kulukat remonti.

Kõik gaase moodustavad ained võib jagada põlevateks ja mittesüttivateks. Esimesed on lisaks metaanile etaan, propaan ja butaan. Plahvatusohtlikud ja vastav alt põlevad on süsinikoksiid ja vesinik. Eriti ohtlik on vesinik. Sel põhjusel ei ole soovitatav seda hoida gaasiballoonides. Parim lahendus on osta vesinikugeneraator. See seade ekstraheerib destilleeritud veest vesinikku vastav alt vajadusele. Seega on suure gaasikoguse plahvatamise oht välistatud.

Riik on vedel- ja gaaskütuste hulgimüügis monopol. See näitab seda tüüpi tooraine strateegilist tähtsust.

Kütuse klassifikatsioon päritolu järgi

Nagu vedelaid, nii ka gaaskütuseid saab kaevandada mineraalidena või toota tehistingimustes. Esimesel juhul nimetatakse sellist kütust looduslikuks ja teisel juhul -kunstlik.

Spetsialistid on registreerinud erinevusi erinevatest piirkondadest eraldatud vedel- ja gaaskütuste koostises. Keemilise koostise erinevuste tõttu on ka väikeseid erinevusi põlemisel eralduva soojushulga osas. Maagaasiline kütus koosneb peaaegu täielikult (95-99%, olenev alt valdkonnast) nn metaanist (keemiline valem - CH_{4). Seda kütust nimetatakse maagaasiks. Ja see on tänapäeval kõige odavam energiaallikas. Just sel põhjusel kasutatakse seda tüüpi energiaressursse aktiivselt kõigis rahvamajanduse sektorites. Kõiki eeliseid varjutab aga gaaskütustel töötavate seadmete madal ohutustase. Meedias ilmuvad regulaarselt häirivad uudised õnnetuste ja inimohvrite kohta, mis on tingitud gaasiseadmete käitamise reeglite rikkumisest.}

Tehislikud gaaskütused hõlmavad tahkete või vedelate kütuste töötlemisel saadud aineid. Selle kõige levinumad ja populaarsemad tüübid on koksi krakkimisgaasid. Sellesse rühma võib kuuluda ka valgustus, vesi ja segakütused. Sõltuv alt konkreetse gaasi keemilisest koostisest varieerub põlemisel eralduva soojuse tase laias vahemikus. Sellised ained on väga plahvatusohtlikud. Sel põhjusel soovitatakse need enne põletamist segada maagaasiga. See meede suurendab gaaskütusel töötavate seadmete tööohutust suurusjärgu võrra. Need manipulatsioonid viiakse läbi spetsiaalselt varustatud alustel. Siis sellisedgaasi tarnitakse lõppkasutajale balloonides või muul viisil. Kuid hoolimata asjaolust, et selline segu on vähem ohtlik, tuleb seda siiski käsitseda äärmise ettevaatusega, järgides kõiki surveanumatega töötamise eeskirju ja eeskirju ning ohutusnõudeid. Ja see pole ainus oht. See aine on mürgine ja sissehingamine võib põhjustada tõsiseid tagajärgi ja isegi surma.

Kütuse klassifikatsioon eesmärgi järgi

Gaasilisel kujul kütust kasutatakse nii soojusseadmetes kui ka sisepõlemismootorites. Vastav alt sellele saab selle selle alusel jagada mootorikütuseks ja katla-ahjukütuseks.

Katelde ja ahjude kütusena kasutatakse traditsiooniliselt maagaasi. Harvadel juhtudel kasutatakse kunstlikku kütust. Sama tüüpi kütust, ainult teatud lisanditega, kasutatakse ka autode tankimiseks.

Maagaasi kirjeldus

Selle maavara tähtsust meie riigi majandusele ja kogu maailma majandusarengule on raske üle hinnata. Seda kasutavad paljud autod, gaaskütuse katlad, elektrijaamad ning soojuse ja elektri koostootmisjaamad. Sinise kütuse (nagu maagaasi mõnikord nimetatakse) prognoositavate hindade alusel koostatakse riigieelarve.

Üle 90% sellest gaasist koosneb metaani molekulidest (CH_{4). Maagaas sisaldab lisaks metaanile ka butaani koos propaaniga, lämmastikku, süsihappegaasi, veeauru ja muid lisandeid (neid peetakse kahjulikeks). ATVäikestes kogustes sisaldab maagaas ka inertgaase (heelium jt). Arvatakse, et viimastel on kasulik mõju gaasil töötavatele masinatele, seadmetele ja mehhanismidele ning parandatakse ka kütuse põlemisprotsesside füüsikat. Kütuse kasutuskõlblikkust, selle kvaliteeti hinnatakse süsivesinikkomponentide protsendi järgi.}

Maagaas pole mitte ainult väärtuslik kütus, vaid ka paljude tööstusharude tooraine. Niisiis toodavad suured keemiatehased selles sisalduvast metaanist vesinikku. Selle reaktsiooni toimumiseks peab see olema oksüdeeritud. Lisaks vesinikule toodetakse sellest atsetüleeni. Nende ainete põhjal toodetakse igasuguseid aldehüüde, metüülalkoholi (väga mürgine ja ohtlik aine), ammoniaaki, atsetooni, äädikhapet jne. Siiski on tõsiasi, et maagaasi peamine kasutusvaldkond on gaaskütuste põletamine erinevate ajamimehhanismide (automootorite) ja katlaseadmete jaoks.

Gaasi põhiomadused

Kõiki gaase (mitte ainult kütust) ühendab suhteliselt väike tihedusindeks. Vaadeldava maagaasi ja selle tehislike analoogide puhul hoitakse selle väärtust 0,8 kilogrammi kuupmeetri kohta. Veeldatud gaaskütuse tihedus on veidi suurem ja on ligikaudu 2,3 kilogrammi kuupmeetri kohta.

Gaasid on enamasti mürgised ained. Toksilisus suureneb süsinikoksiidide sisalduse suurenedes javäävliühendid vesinikuga gaasis. Kui atmosfääris on üks või mitu protsenti kirjeldatud kahjulikke gaase, hingab inimene kolme minutiga sisse surmava annuse mürgist ainet.

Kõnealused gaasid on plahvatusohtlikud. Veelgi enam, süsinikmonooksiidi ja vesiniku protsendi suurenemisega suureneb detonatsioonioht. Huvitav omadus: kui nende ainete sisaldus on üle 74%, on gaasi detonatsiooni tõenäosus peaaegu null.

Kütuse peamised omadused

Konkreetse kütuseliigi võrdlevas analüüsis lähtuvad eksperdid järgmistest mõistetest: kütuse niiskus, väävlisisaldus, tuhk (jääk), kütteväärtus ja soojusvõimsus.

Küttevõimsus viitab minimaalse hapnikusisaldusega põlemisprotsessi jaoks piisavale temperatuurile. Samal ajal ei soojendata õhku ega põlevat segu täiendav alt.

Põlemisvälja tahket jääki nimetatakse tuhaks. Ta ei saa enam põletada. Räbu on sama tuhk, alles pärast sulamist. Selle aine moodustumine mõjutab negatiivselt kogu süsteemi tööd, ummistab kütuseseadmeid. Seetõttu on seda näitajat oluline projekteerimistööde käigus arvestada.

Oluline näitaja on niiskus. See mõjutab negatiivselt kütuse omadusi. Selle olemasolu põhjustab heitgaaside mahu suurenemise ja paigaldise efektiivsuse vähenemise.

Väävli ja selle ühendite põlemissaadused põhjustavad ja aktiveerivad pindade korrosiooniprotsessemootorite ja väljalaskesüsteemide terasosad. Lisaks on neil negatiivne mõju keskkonnale ja inimeste tervisele. Seetõttu on ka seda näitajat väga oluline arvestada.

Kütteväärtus on väga oluline omadus. Seda võetakse arvesse seadmete arvutamisel ja projekteerimisel ning see võimaldab teil määrata kütusekulu. See väärtus määratakse eksperimentaalselt. Sel eesmärgil kasutatakse spetsiaalset kalorimeetrit. Põletatakse teadaolev kogus (mass) kütust ja registreeritakse kalorimeetri veetemperatuuri muutus. Siis piisab, kui asendada saadud teave valemiga ja arvutada põlemissoojus.

Seotud gaas

Kui maagaasi ammutatakse puuraukudest, on sellega seotud gaas naftatootmise kõrvalsaadus. Metaani sisaldus sellises gaasis on mõnevõrra väiksem kui traditsioonilises maagaasis. Gaaskütuste põletamisel tekib aga võrreldav soojus.

Kõrvalproduktgaasi (seotud) toodavad samuti metallurgiatehased. Nendes ettevõtetes eraldub kütus ahjudes. Need on nn koksi- ja kõrgahjugaasid. Reeglina põletatakse need gaasid kohapeal (söödatakse ahju või katlajaama). Sarnast kõrvalsaadust toodetakse sügavates kaevandustes, mis sageli põhjustab katastroofe.

Gaasi tootmine kuivdestilleerimise teel

Tehisgaas saadakse tahke (vedela) kütuse täiendaval töötlemisel. Nii saab nn tootjagaasi ja kuivdestilleerimisgaasi.

Kui kuivdestilleerimiskütus laguneb kõrgete temperatuuride mõjul. Sel juhul on vaja välistada oksüdeeriva aine (õhu) juurdepääs. Pärast mitmeid samme laguneb algkütus oma gaasiks, tõrvaühenditeks ja koksiks. Moodustunud toodete täpne koostis sõltub kütuse algsest koostisest ja protsessi tingimustest (peamiselt temperatuurist).

Destilleerimisprotsessi, mis toimub kõrgel temperatuuril (umbes 1000–1100 kraadi Celsiuse järgi), nimetatakse koksimiseks. Laguproduktideks on sel juhul tegelik gaas (koks) ja koks. Tekkiva gaasi tihedus ja põlemissoojus on suhteliselt väikesed (vastav alt 0,5 kilogrammi kuupmeetri kohta ja 16 000 kilodžauli kuupmeetri kohta). Üks tonn kivisütt muundatakse selle töötlemise käigus 350 kuupmeetriks gaasiks. See indikaator võib varieeruda ja sõltub protsessi tingimustest ning lähteaine (söe) keemilisest koostisest ja päritolust.

On olemas ka madalatemperatuuriline kuivdestilleerimine. See seisneb tahke kütuse töötlemises, mille temperatuur on umbes 500 kraadi Celsiuse järgi. Selle meetodi abil moodustub minimaalne gaasikogus (mitte rohkem kui 30 kuupmeetrit ühe tonni tooraine kohta). Peamine toode on sel juhul vaik, mida kasutatakse edasi mootoriõlide ja kütuste tootmisel.

Gaasi saamine tahkekütuste gaasistamise kaudu

Üks levinumaid meetodeid gaaskütuste saamiseks on nn gaasistamine. See seisneb tahkekütuste keemilis-termilises töötlemises (kõrgete temperatuuride koosmõjuja keemiline töötlemine). Tahkes kütuses sisalduvad süsinikuaatomid interakteeruvad ja reageerivad vee ja auruga, moodustades gaasi (kütuse). Gaasistamise käigus toimub ka kuivdestilleerimine. Gaasigeneraator on seade tahkekütuse (peamiselt kivisöe) gaasistamiseks. See seade toodab järgmisi aineid: metaani, vesinikku ja süsinikmonooksiidi. Lisaks müragaasidele toodetakse ka mittesüttivaid aineid (süsinikdioksiid, hapnik lämmastikuga ja veeaur).

Gaasigeneraatorite kujundused – suur valik. Skeem ja sõlmede loend sõltuvad peamiselt lähteaine tüübist. Üldiselt on see metallseintega silinder. Sellel on avad ventilatsiooniks (õhu sisselaskeava) ja tekkiva gaasi väljumiseks. Õhuvarustus on sunnitud, kasutades võimsaid ventilaatoreid. Disain peab pakkuma operaatorile luuki. Kütuse laadimine toimub läbi katuse. Seega meenutab see üksus väliselt valus alt tuntud "potbelly ahju". Siiski on üks erinevus – korstna puudumine.

Gaasigeneraator on vaid kogu paigalduse alus, nii-öelda südamik. Kui vaadata selliste seadmete diagramme, selgub, et kõik muud komponendid ja seadmed on loodud gaasi normaalseks muutmiseks (puhastamine, jahutamine jne).

Gaasi kasutamise ja kasutamise eelised

Gaasikütuse koostis võimaldab seda tõhus alt kasutada alternatiivina traditsioonilisele bensiinile, kütteõlile jadiisel. Naftavarud on ammendunud. Ekspertide hinnangul kestab see mitu aastakümmet. Gaasivarusid on palju rohkem. Seega gaasiseadmete aktiivne kasutuselevõtt ja kasutamine kõigis rahvamajanduse sektorites kui mitte lahendab, siis vähem alt lükkab edasi teravat süsivesinike tooraine nappuse probleemi.

Teine ja väga oluline eelis on gaasi põlemisproduktide suhteline puhtus võrreldes bensiinimootori heitgaasidega. Ehk siis gaaskütustel töötavad masinad ja mehhanismid on keskkonnasõbralikumad ega saasta keskkonda nii palju. Suurlinnades ja suurlinnades on see probleem eriti terav. Seetõttu püüavad võimud viia kogu linna ühistranspordipark üle uutele keskkonnastandarditele.

Kolmandaks eeliseks on võimalus kohandada mootorit vastav alt isiklikele vajadustele ja eelistustele, kohandades segu koostist. Tulevikus võimaldab see teil lisaraha mitte üle maksta.

Neljandaks eeliseks on mootori kasuliku eluea pikenemine ja täieliku mootoriõli vahetamise vahelise aja pikenemine. Gaas, erinev alt naftatoodetest, ei eemalda ju mehhanismi (mootori) hõõrduvate osade pindadelt rasva (õli).

Viiendaks – gaasisegul on traditsioonilise kütusega võrreldes palju suurem detonatsioonivõime. See võimaldab teil oluliselt suurendada sõiduki mootori võimsust.

Kuuendaks – erinev alt tahke- ja vedelkütustest ei pea gaaskütuseid enne sissepritse kuumutama. See on positiivnemõjutab nii kogu süsteemi töökindlust kui ka eranditult kõiki jõudlusnäitajaid.

Seitsmes eelis: gaasi sissepritse kasutamine silindritesse muutub ühtlasemaks. Seega suureneb sõidumehhanismide kulgemise ja töö sujuvus, väheneb tugev alt koormatud osade kulumine.

Kahjuks ei saavutata alati kõiki kirjeldatud eeliseid. Kõige sagedamini muudavad sõidukiomanikud bensiinimootorid gaasikütuseks, et säästa raha kütusekulude vahe pe alt. Mootor oli aga mõeldud bensiini või diisli jaoks. Sellest ka kõigi osade mitte väga hästi koordineeritud töö. Insenerid on välja arvutanud, et kui auto vahetada bensiinilt gaasile, kaotab mootor umbes 20 protsenti oma võimsusest. Kaotuse kompenseerimiseks suurendavad paljud omanikud põlemiskambri ruumi surveastet. See vähendab oluliselt mootori eluiga. Teine meede on turboülelaaduri paigaldamine. Kuid see üritus peab investeerima palju raha. Mootori või katlamaja töötamine vedel- ja gaaskütustel näitab täiesti erinevaid töönäitajaid. Pealegi pole eelis kaugeltki tahkekütuste poolel.