Основные виды топлива: твердые, жидкие и газообразные – характеристики
Все существующие виды топлива разделяются на твердые, жидкие и газообразные. Для нагрева используется также тепловое действие электрического тока и пылевидное топливо. Некоторые группы топлива, в свою очередь, делятся на две подгруппы, из которых одна представляет собой топливо в том виде, в каком оно добывается, и это топливо называется естественным; другая подгруппа — топливо, которое получается путем переработки естественного топлива; это топливо называется искусственным.
Твердое топливо:
- естественное – дрова, каменный уголь, антрацит, торф;
- искусственное – древесный уголь, кокс и пылевидное, которое получается из измельченных углей.
Жидкое топливо
- естественное – нефть;
- искусственное – бензин, керосин, мазут, смола.
- естественное – природный газ;
- искусственное – генераторный газ, получаемый при газификации различных видов твердого топлива (торфа, дров, каменного угля и др.
Все виды топлива состоят из одних и тех же элементов. Разница между видами топлива заключается в том, что эти элементы содержатся в топливе в различных количествах. Элементы, из которых состоит топливо, делятся на две группы. К первой группе относятся те элементы, которые горят сами или поддерживают горение. К таким элементам относятся углерод, водород и кислород. Ко второй группе элементов принадлежат те, которые сами не горят и не способствуют горению; к ним относятся азот и вода. Особо от названных элементов стоит сера. Она является горючим веществом и при горении выделяет тепло, но ее присутствие в топливе нежелательно, так как при горении серы выделяется сернистый газ, который переходит в нагреваемый металл и ухудшает его механические свойства.
Выше было сказано, что количество тепла, выделяемое топливом при сгорании, измеряется калориями. Каждое топливо при горении выделяет неодинаковое количество тепла. Количество тепла (калорий), которое выделяется при полном сгорании 1 кг твердого или жидкого топлива или при сгорании 1 м3 газообразного, называется теплотворной способностью.
Наибольшее распространение для сжигания в кузнечных печах находят следующие виды естественного топлива: бурый уголь, каменный уголь и газообразное топливо. Дрова и торф, обладая низкой теплотворной способностью, почти не пригодны для нагрева металла.
Бурые угли
Бурые угли представляют собой наиболее молодые сорта каменных углей. Золы в бурых углях содержится от 9 до 45%. Теплотворная способность от 2500 до 5000 ккал/кг. Только что добытый бурый уголь отличается большим содержанием влаги (до 60%).
На воздухе бурый уголь теряет влагу, и содержание ее понижается до 30%. Под влиянием атмосферных условий эти угли быстро выветриваются и превращаются в мелочь. При длительном хранении бурые угли самозагораются. В чистом виде бурые угли лишь некоторых месторождений (карагандинское и др.) используются для кузнечных печей с полугазовыми топками, так как они не могут нагревать металл до необходимой температуры.
Каменный уголь
Каменный уголь – один из основных видов топлива для кузнечных печей. Образуется каменный уголь отложением растений в течение длительного времени. Образующиеся отложения со временем покрываются толстым слоем земли. Под большим давлением, при полном отсутствии воздуха, происходит разложение древесины и образование каменного угля. Процесс образования угля идет очень медленно и длится тысячелетия. В зависимости от длительности образования получаются разные сорта каменного угля с различной теплотворной способностью. Для кузнечных печей наиболее приемлемым является уголь с большим содержанием летучих, т.
е. длиннопламенный и газовый. При длинном пламени создается возможность получения более равномерного нагрева металла в печи.
Газообразное топливо
Единственным естественным (природным) газом является «горючий газ», который выделяется из земли через естественные выходы или буровые скважины. Теплотворная способность нефтяного (природного) газа около 8000-8500 ккал/м3 и может доходить до 15000 ккал/м3. В настоящее время естественный газ находит широкое применение в промышленности и в быту, особенно в районах его образования. Среди искусственных видов топлива особое значение для кузнечного производства имеют кокс, древесный уголь, жидкое, газообразное и пылевидное топливо.
Кокс
Кокс получается из каменного угля обработкой в специальных коксовых печах без доступа воздуха. При этом выделяются летучие, образуя богатый по калорийности газ, называемый коксовым, который, в свою очередь, является хорошим топливом. Кокс содержит 87% углерода, 4% летучих веществ, 8% золы и 1-2% серы.
Теплотворная способность кокса 5600-7000 ккал/кг. В кузнечном производстве кокс употребляется главным образом в горнах.
Древесный уголь
Древесный уголь выжигается из дров в специальных углевыжигательных печах и является лучшим топливом для кузнечных горнов. В древесном угле содержится очень мало золы и практически совсем не содержится серы. Однако ввиду дороговизны он употребляется редко. Древесный уголь содержит 84% углерода, 14% летучих и 2% золы. Теплотворная способность его 7000-8000 ккал/кг.
Жидкое топливо
Единственным жидким топливом естественного происхождения, имеющим промышленное значение, является нефть. Сырую нефть как топливо в печах не применяют, а применяют продукт ее переработки – мазут, т. е. остатки, получаемые после отгонки из нефти керосина и бензина. Мазут по составу не постоянен, чаще всего содержит углерода 84-86%, водорода 12,4%, кислорода + азота + серы 1,3%, золы 0,3 %, воды 1-2%. Теплотворная способность мазута 9500-10000 ккал/кг.
Газообразное топливо
Искусственное газообразное топливо получается путем газификации топлива в газогенераторах или как побочный продукт при других процессах, например, при коксовании – коксовальный газ, в доменном процессе-доменный газ.
На металлургических заводах в специальных коксовальных печах вырабатывается кокс, который служит топливом для доменных печей. При этом как побочный продукт получается газ, который называется коксовальным. Теплотворная способность этого газа изменяется в пределах от 4000 до 5000 ккал/м3.
Для лучшего и более удобного использования твердого топлива его превращают в газ в специальных устройствах, которые называются газогенераторами. Например, из торфа получают торфяной генераторный газ, из каменного угля – каменноугольный генераторный газ и т. д.
Теплотворная способность генераторного газа зависит от вида топлива, из которого получен газ, и от способа газификации. Например, торфяной генераторный газ имеет теплотворную способность от 1500 до 1600 ккал/м3, каменноугольный генераторный газ – от 1200 до 1400 ккал/м3.
Пылеугольное топливо
Уголь для сжигания в нагревательных печах в виде пыли предварительно размалывается в специальных мельницах до частиц 0,07-0,05 мм. Сжиганием угольной пыли в печах достигается высокая температура нагрева металла.
Торф
Торф является химически и геологически наиболее молодым ископаемым твердым топливом и обладает высоким выходом летучих (Vг=70%), высокой влажностью (Wр=40-50%), умеренной зольностью (Aр=5-10%), низкой теплотой сгорания Qpn=8.38-10.47 МДж/кг (2000-2500 ккал/кг).
Сланцы
В Эстонии большое значение имеют горючие сланцы, добываемые открытым способом. Зольность сланцев очень большая и доходит до Aр=50-60%, влажность также повышенная Wр=l5-20%. Вследствие большого балласта их теплота сгорания низкая Qpn=5.87-10 МДж/кг (1400-2400 ккал/кг) при высокой теплоте сгорания горючей массы Qgn=27.2-33.5 МДж/кг (6500-8000 ккал/кг). Высокое содержание водорода в горючей массе Hг=7,5-9,5% обусловливает большой выход летучих у сланцев, достигающий 80-90%, и их легкую воспламеняемость.
Топливо с высокой зольностью и влажностью вследствие большого содержания внешнего балласта целесообразно использовать вблизи места его добычи для уменьшения непроизводительных транспортных расходов на перевозку большой массы золы и влаги.
Мазут
Из жидких топлив в энергетике используется мазут трех марок — 40, 100 и 200. Марка определяется предельной вязкостью, составляющей при 80 °С для мазута 40 – 8,0; для мазута 100 – 15,6; для мазута 200 – 6,5-9,5 град. усл. вязкости (°УВ) при 100 °С. В мазуте содержится углерода 84-86% и водорода – 11-12%, содержание влаги не превышает 3-4%, а золы – 0,5%. Мазут имеет высокую теплоту сгорания Qpn=39.38-40.2 МДж/кг (9400-9600 ккал/кг).
По содержанию серы различают малосернистый мазут Sр?0,5%, сернистый – Sр до 2% и высокосернистый Sр до 3,5%; по вязкости – маловязкий и высоковязкий, содержащий смолистые вещества и парафин. Наиболее вязкие сорта мазута имеют температуру застывания 25-35 °С. В связи с этим при сжигании применяется предварительный нагрев вязких мазутов до температуры 80-120 °С.
Топливо, его виды и характеристики — Полезно знать — скайпром
На протяжении всей истории развития человечества, люди постоянно были связаны с получением и использованием в своих целях различных видов энергии. Люди пользовались тепловой энергией в целях обогрева жилища, приготовления пищи, изготовления различных видов предметов быта и орудий труда.
С самого начала люди использовали нефть и уголь, которые при сжигании дают приличное количество тепла. На данный момент само понятие «топливо» подразумевает те вещества, которые при сжигании выделяют тепло в больших размерах. Данные вещества добываются промышленным способом и в зависимости от вида распространены на поверхности и в глубине Земли.
На данный момент самыми распространенными видами топлива являются нефть, нефтепродукты, уголь, природный газ, древесина, растительные виды топлива или отхода, торфяные соединения, горючие сланцы. Самыми сложными в использовании, но с другой стороны тепловыделяющими веществами являются вещества, которые используются на атомных электростанциях в ядерных реакторах, а также в ракетных и космических двигателях.
Вообще, все виды топлива можно классифицировать, например, по агрегатному состоянию. Т.е. получается существует твердое топливо (древесина, горючие сланцы, торф и уголь), жидкое топливо (нефть, нефтепродукты) и газообразное топливо (природный газ, водород). Возможно разделять топливо еще и по происхождению – растительное, минеральное и продукты промышленной деятельности, в частности, переработки.
Практически во всех видах топлива есть такой элемент как углерод, он может содержаться в количестве от 30-85% от общей массы вещества. В химический состав топлива могут входить также такие вещества, как водород, кислород, азот, сера, зола и вода.
Все виды топлива не могут быть одинаково эффективны и полезны. В основном это различие заключается в количестве тепла, которое выделяется при его полном сжигании. К примеру, при сжигании древесины выделяется 10,5 МДж, бензина – 45 МДж, а вот каменного угля – 20 МДж. Величина тепла, которое выделяется при полном сжигании топлива, прямо пропорционально зависит от того, сколько содержится в топливе углерода и водорода, и обратно пропорционально зависит от содержания азота и кислорода.
Также топливо можно разделить по жаропроизводительности, так, например, при сжигании бензина выделяется 2100 градусов Цельсия, при сжигании каменного угля – 2030 градусов Цельсия, а при сжигании древесина – 1600 градусов.
На сегодняшний день самым распространенным видов топлива является нефть, а до 70-х годов таким видом топлива являлся уголь. Нефть на данный момент является самым энергоэффективным топливом, и скорее всего топливо природного происхождения уже навсегда останется самым ходовым видом топлива.
Практически весь объем топлива, который сейчас добывается сжигается полностью. Только 10% из этого объема остается на переработку химической промышленностью (газ и нефть). Сейчас почти 80-90% топлива расходуется на нужды тепловых электростанций, атомных электростанций, в тепловых двигателях и на тепловые нужды. Эти нужды могут обеспечиваться потребностью в отоплении производственных помещений, жилых домов и крупных промышленных предприятий.
Крайняя медленная воспламеняемость до сих пор является основным недостатком природных видов топлива.
Посредством того, что потребности в энергетических ресурсах у человека с каждым днем растут и потребление топлива все время увеличивается, все ближе наступает день, когда энергетический кризис наступит, и это, к сожалению, неизбежно. Поэтому поиск новых видов топлива все больше заботит сегодняшних ученых и исследователей.
Благодаря научным разработкам и исследованиям, ученые сделали вывод, что не так сильно затронутыми и проработанными являются такие вещества, как вода, водород, газ и другие природные элементы. Поэтому сейчас нужно активно внедрять новые разработки в области применения энергоэффектиных продуктов и анализировать их распределение.
Россия является той страной, которая может похвастаться объемами энергетических ресурсов, уровнем их добычи и применения, поэтому на сегодняшний момент наша страна является одним из главных экспортеров энергоэффективного топлива по всему миру.
Авиационное жидкое топливо из солнечного света и воздуха. Анализ
Какова цель этого проекта?
В рамках проекта SUN-to-LIQUID разрабатывается технология производства авиационного топлива из воды, двуокиси углерода (CO 2 ) и энергии солнца.
Как объяснить эту технологию старшекласснику?
Концентрированное солнечное излучение поглощается солнечным реактором, который превращает воду и CO 2 в синтез-газ – газовую смесь, состоящую из водорода и монооксида углерода. Затем синтез-газ доставляется на установку преобразования газа в жидкость, где он превращается в топливо для реактивных двигателей.
В чем ценность для общества?
- обезуглероживает авиационный сектор (снижает выбросы)
- может быть расширен для удовлетворения глобальных потребностей в топливе
- не требует пахотных земель и не конкурирует с производством продуктов питания
- обладает очень высоким потенциалом эффективности из-за небольшого преобразования энергии шаги
- предлагает возможности трудоустройства.
На каком этапе разработки находится этот проект?
Этот четырехлетний проект был завершен в конце 2019 года.
. В настоящее время консорциум ищет финансирование для последующего проекта, направленного на повышение эффективности процесса преобразования энергии.
Какая государственная политика может вывести это из лаборатории на рынок? (например, квоты)0053 Процесс цепочки производства топлива на заводе по производству солнечного топлива SUN-to-LIQUID. Partners Спонсоры О программе SolarPACES TCP Созданная в 1977 году Программа технологического сотрудничества в области концентрированной солнечной энергии (SolarPACES TCP) поддерживает сотрудничество в целях продвижения разработки и внедрения технологий концентрированной солнечной энергии. Партнеры и спонсоры
Контактное лицо: [email protected]
Узнать больше
Анализ
Весь анализкруг-стрелка
Технологический отчет
Сегодня в лаборатории – завтра в энергетике?
Освещение разрабатываемых исследовательских проектов в рамках программ технологического сотрудничества
liquid_fuels
Жидкое топливо — это горючие или генерирующие энергию молекулы, которые можно использовать для создания механической энергии, обычно производящей кинетическую энергию; они также должны принимать форму своего сосуда. Большинство широко используемых жидких видов топлива производятся из ископаемого топлива; однако существует несколько типов, таких как водородное топливо (для автомобилей), которые также относятся к категории жидкого топлива.
В этой статье в первую очередь рассматривается концепция жидкого топлива применительно к наземному транспорту. Однако другие виды топлива, такие как ракетное топливо, также играют важную роль в экономике.
Дополнительные рекомендуемые знания
Содержимое
|
Ископаемое топливо
Основная статья: Ископаемое топливо
Ископаемое топливо , которое также является жидким топливом, получают из мертвых животных и растений, умерших много миллионов лет назад. Наиболее заметным из них является бензин.
Бензин
Основная статья: Бензин
Бензин является наиболее широко используемым жидким топливом.
Бензин, известный в США и Канаде (известный как бензин в Великобритании, Австралии, Новой Зеландии и многих англоязычных странах), состоит из молекул углеводородов, образующих алифатические соединения или цепочки углеродов с присоединенными атомами водорода. Однако многие ароматические соединения (углеродные цепи, образующие кольца), такие как бензол, естественным образом содержатся в бензине и вызывают риски для здоровья, связанные с длительным воздействием топлива.
Производство бензина осуществляется путем перегонки сырой нефти. Желаемая жидкость отделяется от сырой нефти на нефтеперерабатывающих заводах. Сырая нефть добывается из-под земли с помощью нескольких процессов, наиболее часто встречающимся из которых могут быть насосы-коромысла. Чтобы создать бензин, нефть должна быть сначала удалена из сырой нефти.
Бензин сам по себе на самом деле не сгорает, но выделяемые им пары воспламеняются, в результате чего оставшаяся жидкость испаряется. Бензин чрезвычайно летуч и легко воспламеняется, что делает любую утечку чрезвычайно опасной.
Бензин, продаваемый в большинстве стран, имеет октановое число. Октановое число является мерой сопротивления бензина преждевременному воспламенению, известному как детонация. Чем выше октановое число, тем тяжелее сгорает топливо, что позволяет получить более высокую степень сжатия. Двигатели с более высокой степенью сжатия производят больше мощности (например, двигатели гоночных автомобилей). Однако таких двигателей на самом деле требуют топлива с более высоким октановым числом.
Дизель
Основная статья: Дизель
Обычное дизельное топливо похоже на бензин тем, что представляет собой смесь алифатических углеводородов, извлеченных из нефти. Дизельное топливо может стоить больше или меньше, чем бензин, но, как правило, его производство обходится дешевле, поскольку используемые процессы экстракции проще. Многие страны (особенно в Европе, а также в Канаде) также имеют более низкие налоговые ставки на дизельное топливо.
После перегонки дизельная фракция обычно обрабатывается для уменьшения количества серы в топливе. Сера вызывает коррозию транспортных средств, кислотные дожди и более высокие выбросы сажи из выхлопной трубы (выхлопной трубы). В Европе по закону требуется более низкий уровень серы, чем в Соединенных Штатах. Однако недавнее законодательство США снизит максимальное содержание серы в дизельном топливе с 3000 частей на миллион до 500 частей на миллион к 2007 году и до 15 частей на миллион к 2010 году. Аналогичные изменения также осуществляются в Канаде, Австралии, Новой Зеландии и некоторых азиатских странах.
Дизельный двигатель — это тип двигателя внутреннего сгорания, в котором топливо воспламеняется путем его сжатия (что, в свою очередь, повышает температуру), в отличие от внешнего источника, например свечи зажигания.
Биодизель
Основная статья: Биодизель
Биодизель похож на дизельное топливо, но имеет различия, сходные с различиями между бензином и этанолом.
Например, у биодизеля более высокое цетановое число (45-60 по сравнению с 45-50 у дизельного топлива, полученного из сырой нефти), и оно действует как очищающее средство для избавления от грязи и отложений. Утверждалось, что это становится экономически целесообразным только при цене на нефть выше 80 долларов (40 фунтов стерлингов или 60 евро на конец февраля 2007 г.) за баррель. Однако это зависит от местности, экономической ситуации, позиции правительства в отношении биодизеля и множества других факторов, и в некоторых странах было доказано, что это жизнеспособно при гораздо меньших затратах. Кроме того, он дает примерно на 10% меньше энергии, чем обычный дизель. ПРИМЕЧАНИЕ. Как и в случае со спиртовыми и бензиновыми двигателями, использование преимущества высокого цетанового числа биодизеля потенциально позволяет преодолеть дефицит энергии по сравнению с обычным дизельным топливом номер 2.
Спирты
Основная статья: Спиртовое топливо
Спирты являются полезным видом жидкого топлива, поскольку они быстро воспламеняются и часто дешевы в производстве.
Однако их приему препятствует тот факт, что для их производства часто требуется столько же или даже больше ископаемого топлива, чем они заменили.
Метанол
Основная статья: Метаноловое топливо
Метанол — самый легкий и простой спирт, производимый из метана, компонента природного газа. Его применение ограничено из-за его токсичности. Небольшие количества используются в некоторых бензинах для повышения октанового числа. Топливо на основе метанола используется в некоторых гоночных автомобилях и моделях самолетов.
Метанол также называют метиловым спиртом или древесным спиртом , последнее потому, что раньше его производили путем перегонки древесины.
Этанол
Основная статья: Топливо этанол
Этанол , также известный как зерновой спирт или этиловый спирт, чаще всего используется в алкогольных напитках. Однако его также можно использовать в качестве топлива, чаще всего в сочетании с бензином.
По большей части он используется в соотношении бензина к этанолу 9: 1, чтобы уменьшить негативное воздействие бензина на окружающую среду.
Растет интерес к использованию смеси 85% топливного этанола с 15% бензина. Эта топливная смесь под названием E85 имеет более высокое октановое число, чем большинство бензинов премиум-класса. При использовании в современных автомобилях с гибким топливом он обеспечивает более высокие характеристики бензина, который он заменяет. [1]
Этанол для использования в бензине и в промышленных целях может быть назван ископаемым топливом, поскольку он синтезируется из этилена, получаемого из нефти, что дешевле, чем производство путем ферментации зерна или сахарного тростника.
Бутанол
Основная статья: Бутанол
- См. также: Clostridium acetobutylicum
Бутанол представляет собой спирт, который можно использовать в качестве топлива в обычном двигателе внутреннего сгорания, как правило, в качестве продукта ферментации биомассы с бактерией Clostridium acetobutylicum (также известный как организм Вейцмана).
Этот процесс был впервые описан Хаимом Вейцманом в 1916 году для производства ацетона из крахмала для изготовления кордита, бездымного пороха.
Преимуществами бутанола являются его высокое октановое число (более 100) и высокая энергоемкость, всего примерно на 10% ниже, чем у бензина, и, следовательно, примерно на 50% более плотная энергия, чем у этанола, и на 100% выше, чем у метанола. Единственным существенным недостатком бутанола является его высокая температура воспламенения (95 ° F или 35 ° C), токсичность (обратите внимание, что уровни токсичности существуют, но точно не подтверждены) и тот факт, что процесс ферментации возобновляемого бутанола выделяет неприятный запах. Также не способствует эффективности тот факт, что организм Вейцмана может переносить уровни бутанола только до 2% или около того, по сравнению с 14% для этанола и дрожжей. ПРИМЕЧАНИЕ. Производство бутанола из нефти не вызывает такого запаха, но ограниченное предложение и воздействие на окружающую среду при использовании нефти не позволяют использовать альтернативные виды топлива.
Стоимость бутанола составляет около 0,57-0,58 долларов за фунт (1250-1320 долларов за тонну или около 8 долларов за галлон), поэтому еще одним недостатком является его высокая стоимость по сравнению с этанолом (примерно 1,50 доллара за галлон) и метанолом.
20 июня 2006 г. компании DuPont и BP объявили, что они переоборудуют существующий завод по производству этанола для производства 9 миллионов галлонов бутанола в год из сахарной свеклы. DuPont поставила цель конкурировать с нефтью по цене 30-40 долларов за баррель без субсидий, поэтому ценовой разрыв с этанолом сокращается.
Водород
Основная статья: Автомобиль на водороде
Водород в качестве топлива является реальным вариантом для будущего использования в качестве топлива. Жидкий водород является важным фактором, поскольку он имеет более высокую плотность, чем его газообразный аналог. Жидкий водород будет храниться в криогенных резервуарах. Его применение было бы наиболее полезным в топливных элементах, где водород реагировал бы с кислородом (очевидно, что он легко доступен в воздухе) для создания электричества, которое приводило бы в действие транспортное средство.