Plynné palivo: popis, vlastnosti, výrobní metody, použití

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-02 13:51

Plynové palivo je známé již od poloviny 19. století. Tehdy slavný inženýr Lenoir postavil svůj první plynový spalovací motor. Toto zařízení bylo primitivní a pracovalo bez předběžného stlačení spalovací komory. Moderní motory se s tím nevyrovnají. Dnes se používání plynných paliv neomezuje pouze na automobily. Tento ekologický, levný a dostupný druh paliva aktivně dobývá stále více nových míst a aktivně se používá ve všech odvětvích národního hospodářství. Tento článek poskytuje popis, vlastnosti paliva. Obecně popisuje, jak se vyrábějí a používají.

Obecné informace

Plynné palivo je látka, která je vysoce hořlavá. Tato kvalita a užitečná vlastnost se využívá v různých odvětvích vědy atechnika. Například obyvatelstvo a průmysl stále častěji využívají kotle na plynná paliva. V tomto palivu mohou být v různém množství přítomny oxidy (dioxidy) uhlíku, páry oxidu uhličitého, ale i prvky jako dusík, vodík, kyslík a další nečistoty. Moderní zařízení pracující na plynné palivo jsou velmi citlivé na chemické složení pracovního plynu. Pokud nesplňuje standardy doporučené výrobcem, zařízení s největší pravděpodobností selže a bude nutné provést nákladné opravy.

Všechny látky, které tvoří plyny, lze rozdělit na hořlavé a nehořlavé. Prvními jsou kromě metanu ethan, propan a butan. Výbušné a tudíž hořlavé jsou oxid uhelnatý a vodík. Zvláště nebezpečný je vodík. Z tohoto důvodu se nedoporučuje skladovat v plynových lahvích. Nejlepším řešením je pořízení vodíkového generátoru. Toto zařízení podle potřeby extrahuje vodík z destilované vody. Tím je eliminována hrozba detonace velkého objemu plynu.

Stát je monopolem ve velkoobchodě s kapalnými a plynnými palivy. To naznačuje strategický význam tohoto typu suroviny.

Klasifikace paliva podle původu

Stejně jako kapalná i plynná paliva lze těžit jako nerost nebo je lze vyrábět v umělých podmínkách. V prvním případě se takové palivo nazývá přírodní a ve druhém -umělé.

Specialisté zaznamenali rozdíly ve složení kapalných a plynných paliv vytěžených z různých oblastí. Vzhledem k rozdílům v chemickém složení existují také nepatrné rozdíly v množství tepla uvolněného při spalování. Zemní plynné palivo je téměř kompletně (95-99%, v závislosti na oboru) tvořeno tzv. metanem (chemický vzorec - CH_{4). Toto palivo se nazývá zemní plyn. A to je dnes nejlevnější zdroj energie. Z tohoto důvodu je tento druh energetických zdrojů aktivně využíván ve všech odvětvích národního hospodářství. Všechny výhody však zastiňuje nízká míra bezpečnosti zařízení pracujících na plynná paliva. V médiích se pravidelně objevují znepokojivé zprávy o nehodách a lidských obětech v důsledku porušení pravidel pro provozování plynárenských zařízení.}

Umělá plynná paliva zahrnují látky získané zpracováním pevných nebo kapalných paliv. Jeho nejběžnějšími a nejoblíbenějšími typy jsou plyny z krakování koksu. Do této skupiny lze rovněž zahrnout osvětlení, vodu a směsná paliva. V závislosti na chemickém složení konkrétního plynu se úroveň tepla uvolněného při spalování mění v širokém rozmezí. Takové látky jsou vysoce výbušné. Z tohoto důvodu se doporučuje je před spalováním smíchat se zemním plynem. Toto opatření řádově zvyšuje bezpečnost provozu zařízení pracujících na plynné palivo. Tyto manipulace se provádějí na speciálně vybavených základnách. Pak takovéplyn je dodáván koncovému uživateli v lahvích nebo jinak. Ale i přes to, že taková směs je méně nebezpečná, je třeba s ní zacházet s maximální opatrností, při dodržení všech pravidel a předpisů pro práci s tlakovými nádobami a bezpečnostních předpisů. A to není jediné nebezpečí. Tato látka je toxická a vdechnutí může způsobit vážné následky a dokonce i smrt.

Klasifikace paliva podle účelu

Palivo v plynné formě se používá jak v tepelných zařízeních, tak ve spalovacích motorech. Podle toho lze na tomto základě rozdělit na motorové palivo a palivo kotelní.

Zemní plyn se tradičně používá jako palivo pro kotle a pece. Ve vzácných případech se používá umělé palivo. Stejný typ paliva, pouze s některými přísadami, se používá také k tankování automobilů.

Popis zemního plynu

Je těžké přeceňovat význam tohoto nerostu pro ekonomiku našeho státu a ekonomický rozvoj světa jako celku. Využívá jej mnoho automobilů, kotlů na plynná paliva, elektráren a kogenerací. Na základě projektovaných cen modrého paliva (jak se zemnímu plynu někdy říká) jsou sestavovány státní rozpočty.

Více než 90 % tohoto plynu se skládá z molekul metanu (CH_{4). Zemní plyn obsahuje kromě metanu také butan s propanem, dusík, oxid uhličitý, vodní páru a další nečistoty (jsou považovány za škodlivé). VV malém množství zemní plyn obsahuje i inertní plyny (helium a další). Předpokládá se, že tyto mají příznivý účinek na stroje, zařízení a mechanismy pracující na plyn a také zlepšují fyziku procesů spalování paliva. Vhodnost paliva pro použití, jeho kvalita se posuzuje podle procenta uhlovodíkových složek.}

Zemní plyn není jen cenným palivem, ale také surovinou pro řadu průmyslových odvětví. Takže z metanu, který obsahuje, velké chemické závody vyrábějí vodík. Aby tato reakce proběhla, musí být oxidován. Kromě vodíku se z něj vyrábí acetylen. Na základě těchto látek se vyrábí všemožné aldehydy, metylalkohol (velmi toxická a nebezpečná látka), čpavek, aceton, kyselina octová a tak dále. Faktem však zůstává, že hlavní oblastí využití zemního plynu je spalování plynných paliv pro účely různých pohonných mechanismů (motorů automobilů) a kotlových zařízení.

Základní vlastnosti plynů

Všechny plyny (nejen palivo) jsou spojeny relativně malým indexem hustoty. U uvažovaného zemního plynu a jeho umělých analogů se jeho hodnota drží v oblasti 0,8 kilogramu na metr krychlový. Hustota zkapalněného plynného paliva je o něco vyšší a je přibližně 2,3 kilogramu na metr krychlový.

Plyny jsou většinou toxické látky. Toxicita se zvyšuje se zvyšujícím se obsahem oxidů uhlíku asloučeniny síry s vodíkem v plynu. Při obsahu jednoho nebo více procent popsaných škodlivých plynů v atmosféře člověk vdechne smrtelnou dávku jedovaté látky za tři minuty.

Dotyčné plyny jsou výbušné. Navíc se zvýšením procenta oxidu uhelnatého a vodíku se zvyšuje riziko detonace. Zajímavá vlastnost: když je obsah těchto látek více než 74 %, pravděpodobnost detonace plynu je téměř nulová.

Klíčové vlastnosti paliva

Při srovnávací analýze konkrétního typu paliva odborníci pracují s následujícími pojmy: vlhkost paliva, obsah síry, popel (zbytek), výhřevnost a tepelný výkon.

Výhřevný výkon označuje teplotu dostatečnou pro spalovací proces s minimálním obsahem kyslíku. Zároveň se dodatečně neohřívá vzduch ani hořlavá směs.

Pevný zbytek ze spalovacího pole se nazývá popel. Už nemůže hořet. Struska je stejný popel, jen po roztavení. Tvorba této látky nepříznivě ovlivňuje provoz celého systému, ucpává palivové zařízení. Proto je důležité vzít tento ukazatel v úvahu při projektování.

Důležitým ukazatelem je vlhkost. Negativně ovlivňuje vlastnosti paliva. Jeho přítomnost způsobuje zvýšení objemů výfukových plynů, snížení účinnosti instalace.

Produkty spalování síry a jejích sloučenin způsobují a aktivují korozní procesy na površíchocelové části motorů a výfukových systémů. Navíc mají negativní dopad na životní prostředí a lidské zdraví. Proto je také velmi důležité zvážit tento ukazatel.

Výhřevnost je velmi důležitá vlastnost. Zohledňuje se při výpočtu a návrhu zařízení a umožňuje určit spotřebu paliva. Tato hodnota je stanovena experimentálně. Pro tyto účely se používá speciální kalorimetr. Spálí se známé množství (hmotnost) paliva a zaznamená se změna teploty vody kalorimetru. Poté stačí získané informace dosadit do vzorce a vypočítat spalné teplo.

Přidružený plyn

Pokud se zemní plyn těží z vrtů, související plyn je vedlejším produktem při těžbě ropy. Obsah metanu v takovém plynu je o něco menší než v tradičním zemním plynu. Spalování plynných paliv však produkuje srovnatelné teplo.

Meziproduktový plyn (sdružený) je také produkován hutními závody. V těchto podnicích se palivo vypouští v pecích. Jedná se o tzv. koksárenské a vysokopecní plyny. Tyto plyny jsou zpravidla spalovány na místě (přiváděny do pece nebo kotelny). Podobný vedlejší produkt vzniká v hlubinných dolech, což často vede ke katastrofám.

Výroba plynu suchou destilací

Umělý plyn se získává dodatečným zpracováním pevného (kapalného) paliva. Tímto způsobem lze získat tzv. generátorový plyn a plyn pro suchou destilaci.

Po zaschnutídestilační palivo se vlivem vysokých teplot rozkládá. V tomto případě je nutné vyloučit přístup oxidačního činidla (vzduchu). Po sérii kroků se původní palivo rozloží na vlastní plyn, sloučeniny dehtu a koks. Přesné složení vytvořených produktů závisí na počátečním složení paliva a podmínkách procesu (především na teplotě).

Destilační proces, který probíhá při vysokých teplotách (v oblasti 1000 - 1100 stupňů Celsia), se nazývá koksování. Produkty rozkladu jsou v tomto případě skutečný plyn (koks) a koks. Hustota a spalné teplo výsledného plynu jsou relativně nízké (0,5 kilogramu na metr krychlový a 16 000 kilojoulů na metr krychlový). Jedna tuna uhlí se při této úpravě přemění na 350 metrů krychlových plynu. Tento indikátor se může lišit a závisí na podmínkách procesu a na chemickém složení a původu suroviny (uhlí).

Existuje také nízkoteplotní suchá destilace. Spočívá ve zpracování tuhého paliva o teplotách kolem 500 stupňů Celsia. Při této metodě vzniká minimální množství plynu (ne více než 30 metrů krychlových na tunu surovin). Hlavním produktem je v tomto případě pryskyřice, která se dále využívá při výrobě motorových olejů a paliv.

Získávání plynu zplyňováním pevných paliv

Jednou z běžných metod získávání plynných paliv je tzv. zplyňování. Spočívá v chemicko-tepelné úpravě pevných paliv (kombinovaný účinek vysokých teplota chemické ošetření). Atomy uhlíku obsažené v tuhém palivu interagují a reagují s vodou a párou za vzniku plynu (paliva). Při procesu zplyňování dochází také k suché destilaci. Vyvíječ plynu je zařízení pro zplyňování pevných paliv (především uhlí). Toto zařízení produkuje následující látky: metan, vodík a oxid uhelnatý. Kromě ozvučených plynů vznikají také nehořlavé látky (oxid uhličitý, kyslík s dusíkem a vodní pára).

Konstrukce plynových generátorů - obrovská rozmanitost. Schéma a seznam uzlů závisí především na typu vstupní suroviny. Obecně se jedná o válec s kovovými stěnami. Má otvory pro ventilaci (nasávání vzduchu) a pro výstup vznikajícího plynu. Přívod vzduchu je nucený, pomocí výkonných ventilátorů. Konstrukce musí poskytovat poklop pro obsluhu. Palivo se nakládá přes střechu. Navenek tedy tato jednotka bolestně připomíná známá „kamna na břicho“. Je tu však jeden rozdíl – absence komína.

Generátor plynu je jen základem celé instalace, takříkajíc jádrem. Pokud se podíváte na schémata takového zařízení, je jasné, že všechny ostatní součásti a zařízení jsou navrženy tak, aby uvedly plyn do normálního stavu (čištění, chlazení atd.).

Výhody použití a používání plynu

Složení plynného paliva umožňuje jeho efektivní využití jako alternativu k tradičnímu benzínu, topnému oleji adiesel. Zásoby ropy jsou vyčerpány. Podle odborníků vydrží několik desítek let. Zásob plynu je mnohem více. Aktivní zavádění a využívání plynárenských zařízení ve všech sektorech národního hospodářství tedy ne-li vyřešení, tak alespoň odložení akutního problému nedostatku uhlovodíkových surovin.

Druhou a velmi důležitou výhodou je relativní čistota spalin ve srovnání s výfuky benzínových motorů. Jinými slovy, stroje a mechanismy fungující na plynná paliva jsou šetrnější k životnímu prostředí a tolik neznečišťují životní prostředí. V metropolitních oblastech a velkých městech je tento problém obzvláště akutní. Úřady proto usilují o převedení celého vozového parku městské hromadné dopravy na nové ekologické standardy.

Třetí výhodou je možnost upravit si motor podle osobních potřeb a preferencí úpravou složení směsi. V budoucnu vám to umožní nepřeplatit peníze navíc.

Čtvrtou výhodou je prodloužení životnosti motoru a prodloužení doby mezi kompletními výměnami motorového oleje. Plyn totiž na rozdíl od ropných produktů neodstraňuje mastnotu (olej) z povrchů třecích částí mechanismu (motoru).

Za páté – směs plynů má mnohem větší detonační schopnost ve srovnání s tradičním palivem. To vám umožní výrazně zvýšit výkon motoru vozidla.

Za šesté – na rozdíl od pevných a kapalných paliv není třeba plynná paliva před vstřikováním zahřívat. Je to pozitivníovlivňuje jak spolehlivost celého systému, tak všechny ukazatele výkonu bez výjimky.

Sedmá výhoda: s použitím vstřikování plynu do válců se stává rovnoměrnější. Zvyšuje se tak plynulost průběhu a chodu hnacích mechanismů, snižuje se opotřebení vysoce zatěžovaných dílů.

Bohužel ne vždy je dosaženo všech popsaných výhod. Nejčastěji majitelé vozidel převádějí benzinové motory na plynové palivo, aby ušetřili peníze na rozdílu v nákladech na palivo. Motor byl však konstruován na benzín nebo naftu. Odtud nepříliš sehraná práce všech dílů. Inženýři spočítali, že když se auto přepne z benzínu na plyn, motor ztratí asi 20 procent svého výkonu. Pro kompenzaci ztráty mnoho majitelů zvyšuje kompresní poměr prostoru spalovací komory. To značně snižuje životnost motoru. Dalším opatřením je instalace systému přeplňování turbodmychadlem. Ale tato akce bude muset investovat hodně peněz. Provoz motoru nebo kotelny na kapalná a plynná paliva vykazuje zcela odlišné výkonnostní ukazatele. Navíc výhoda zdaleka není na straně pevných paliv.