Дослідження складу та основних характеристик палива

 
 
 
 
 
 
 

 

2. ПРАКТИЧНЕ ЗАСТОСУВАННЯ ДОСЛІДЖЕНЬ СКЛАДУ  ТА ОСНОВНИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПАЛИВА

2.1. Продукти  переробки палива

        Продуктами переробки  палива є штучне паливо. Штучне тверде паливо отримують шляхом переробки природного палива двома методами: брикетуванням твердого палива; термічної переробки палива. Для збільшення ресурсів шматкового палива удаються до брикетування, тобто пресування дрібних фракцій вугілля і торфу.

      Торф і буре вугілля . В процесі виробництва брикетів фризерний торф із змістом вологи 40—50 % подрібнюють і висушують при температурі до 700°. Вміст вологи у висушеному торфі доводять до 10— 12%. Потім торф пресують під тиском до 1200 кГ/см² і отримують брикети у вигляді призм із закругленими кутами завдовжки від 80 до 200, шириною 40—75 і заввишки 20—70 мм. Згідно ГОСТ 9963-62, вміст вологи в брикетах мазкі БТ-1 не повинно перевищувати 14%, а в брикетах БТ-2 — 16%. Згідно ГОСТ 10039-62, зольність сухої маси напівбрикетів не повинно перевищувати 20%, а вміст дрібниці — 6%.

        Буровугільні брикети. На фабриках брикетів вугілля подрібнюють  до розміру частинок менше 6 мм і потім висушують в трубчастих сушарках до вмісту вологи 10 —12% (райчихінське буре вугілля) або близько 18% (башкирське і українське буре вугілля). Висушене вугілля брикетують в штемпельних пресах під тиском до 1000 кГ/смг. Згідно ГОСТ 7299-67, 8718-58, 8584-67, буровугільні брикети, що випускаються різними фабриками, мають такі розміри: довжина 180—250, ширина 60—75 і висота 45—55 мм. Вміст дрібниці (шматків розміром менше 25 мм) в брикетах з башкирського і українського бурого вугілля не повинен перевищувати 4% і в брикетах з райчихіпського вугілля — 8%.

        Кам'яновугільні  брикети. Брикети виготовляють з  відсіву кам'яного вугілля з  розміром частинок до 6 мм. В якості пов'язувальної речовини використовують кам'яновугільний пек або нефтяні бітуми, що додаються до вугілля в кількості 7—9%. Кам'яновугільні брикети з донецького вугілля, згідно ГОСТ 5544-57, повинні містити не більше 6% вологи, 11,5% золи і 2% сіри на суху масу. Брикети випускаються подушкоподібної форми завдовжки 55—60, шириною 50—55 і заввишки 35—40 мм. Маса брикетів — 75—85 г. Вміст дрібниці (шматків розміром менше 25 мм) не повинен перевищувати 10%. Термічну переробку твердого палива здійснюють зазвичай при температурі біля 1000° (коксування) або при 500—550° (полукоксування). В процесі полукоксования кам'яного вугілля, бурого вугілля, торфу і деревени отримують менш міцний напівкокс, вельми цінну первинну смолу і напівкоксовий газ.

        Деревне вугілля. При  сухій перегонці деревенни в  печах при температурі — 500°  отримують газ в кількості— 20% від ваги сухої маси палива ~ 7% смол, 50% підсмольної води, тобто водного розчину метилового-спирта (СН₃ОН), ацетону (CH₃COCН₃) і оцетової кислоти (СН₃СООН₃), і ~ 23 % про обвуглероженного твердого залишку деревного вугілля. Деревне вугілля містить близько 1—2% мінеральних речовин і  5—6% вологи Слід зазначити також високу пористість деревного вугілля (близько 80%), що дозволяє використовувати його як адсорбент у ряді технологічних  процесів.

        Торф'яний напівкокс. Торф'яний напівкокс є пористим високореакційноспроможним видом штучного твердого палива з невисокою механічною міцністю. Торф'яний напівкокс містить мало сіри і фосфору. Зольність напівкоксу перевершує в 2—2,5 рази зольність початкового торфу.

      Буровугільний і кам'яновугільний напівкокс. В процесі полукоксовання бурого і кам'яного вугілля при кінцевій температурі процесу 550—580° отримують 60—80 м³ газу на 1 т сухої маси, від 80 до 200 кг первинної смоли і 700—750 кг напівкоксу. До складу горючої маси напівкоксу входить 90—92% вуглеводня С; 2—3% водню Н; 3—4% кисню О; 0,2—1,5% S; ~ 2% азоту N.  Напівкокс характеризується високою пористістю,  реакційною здатністю і малою насипною вагою (500—600 кг/м³). Міцність напівкоксу коливається в широких межах залежно від складу вугілля, що переробляється. 

Основні продукти нафтопереробки

      Нафтохимікати (Пластмаси) - органічні матеріали, основою яких є синтетичні або природні високомолекулярні з'єднання (полімери). Виключно широке застосування отримали пластмаси на основі синтетичних полімерів.  Виробництво синтетичних пластмас засноване на реакціях полімеризації, поліконденсації або поліприєднання низькомолекулярних початкових речовин, що виділяються з вугілля, нафти або природного газу.     

      Асфальт—  суміш бітумів (60-75 % у природному і 13-60 % у штучному) з мінеральними матеріалами (щебінь або гравій, пісок  і мінеральний порошок). Природний  асфальт утворюється з важких фракцій нафти або їх залишків в результаті випаровування її легких складових і окислення під впливом гіпергенезу. Зустрічається у вигляді жильних покладів пластів, а також просочених проникних пластів (т.з. закирований) і озер в зонах природних виходів нафти на земну поверхню (вміст в породах від 2-3 до 20 %). Тверда легкоплавка маса чорного кольору з блискучим або тьмяним раковистим зламом.

      Дизельне паливо - рідкий продукт, що використовується як паливо в дизельному двигуні, а з недавніх пір - і в газодизелях. Зазвичай під цим терміном розуміють паливо, що виходить з керосиново-газойлевих фракцій прямої перегонки нафти.

        Мазут -  рідкий продукт темно-коричневого кольору, залишок після виділення з нафти або продуктів її вторинної переробки бензинових, газових і газойлевых фракцій, що википають до 350—360°С. Мазут це суміш вуглеводнів (з молекулярною масою від 400 до 1000 грам/моль), нафтових смол (з молекулярною масою 500—3000 і більш грам/моль), асфальтенів, карбенів, карбоїдів і органічних сполук, що містять метали .     

      Бензин - суміш легких вуглеводнів з температурою кипіння від 30 до 200 °C. Щільність  близько 0,75 г/см³. Горюча рідина. Призначений для застосування як паливо. Виходить шляхом перегонки нафти, гідрокрекінгом і, при необхідності подальшої ароматизації — каталітичним крекінгом і риформингом. Для спеціальних бензинів характерне додаткове очищення від небажаних компонентів і змішення з корисними добавками. 

    Газ - суміші вуглеводнів (від C₁₂ до C₁₅), що википають в інтервалі температур 150-250 °С, прозора, злегка масляниста на дотик, горюча рідина, що отримується шляхом перегонки або ректифікації нафти.    

   Зріджений нафтовий газ (СНД) - очищений і підготовлений попутний нафтовий газ або відокремлений від природного газ, зріджений під тиском для полегшення зберігання або транспортування. Складається в основному з пропану, бутану і ізобутану.     

        Нафтові масла - рідкі суміші висококиплячих вуглеводнів (температура кипіння 300—600 °C), головним чином алкілнафтенових і алкілароматичних, отримувані переробкою нафти. За способом виробництва діляться на дистиляти, залишкові і такі, що компаундують, отримувані відповідно дистиляцією нафти, видаленням небажаних компонентів з гудронів, депарафінізації або змішенням дистилятів і залишкових.  По області застосування діляться на змащувальні масла, електроізоляційні масла, масла консервацій.      

      Змащувальні матеріали - тверді, пластичні, рідкі  і газоподібні речовини, використовувані  у вузлах тертя автомобільної  техніки, індустріальних машин і  механізмів, а також в побуті для  зниження зносу, викликаного тертям.      

      Парафін – воскоподібна речовина, суміш граничних вуглеводнів (алканів) складу від С₁₈Н₃₈ до С₃₅Н₇₂. Назва походить від латин. parum — «мало» і athnis — «споріднений» із-за його низької сприйнятливості до більшості реагентів. T пл 40-65 °С; щільність 0,880-0,915 г/см³ (15 °C).

      Дьоготь — рідкий продукт сухої перегонки твердого палива — кам'яного і бурого вугілля, сланців, деревини, торфу. Містить бензол, ксилол, крезол, креозот, толуол,  фенол, смоли і інші речовини. На вигляд дьоготь — густа, масляниста неклейка рідина чорного кольору, з голубувато-зеленуватим або зеленувато-синім відливом у відбитому світлі, із специфічним нерізким запахом і гострим смаком. Розчиняється в лугах і в спирті. У воді розчиняється погано (легше за воду).

2.2. Застосування  палива

      Природні  гази, нафта і кам'яне вугілля - основні джерела вуглеводнів. По запасах природного газу перше місце в світі належить РФ, де відомо більше 200 родовищ.

      У природному газі містяться вуглеводні з невеликою відносною молекулярною масою. Він має наступний зразковий склад (за об'ємом): 80...90% метану, 2...3% його найближчих гомологів — етану, пропану, бутану і невеликий вміст домішок— сірководня, азоту, благородних газів, оксиду вуглецю (IV) і пари води. До природних газів відносяться і так звані попутні гази, які зазвичай розчинені в нафті і виділяються при її добувані. У попутних газах міститься менше метану, але більше етану, пропану, бутану і вищих вуглеводнів. Крім того, в них присутні в основному ті ж домішки, що і в інших природних газах, не пов'язаних з покладами нафти, а саме: сірководень, азот, благородні гази, пари води, вуглекислий газ.

      Раніше  попутні гази не знаходили застосування і при добувані нафти і спалювалися факельним способом. В даний час їх прагнуть уловлювати і використовувати як  паливо, так і головним чином як цінна хімічна сировина. З попутних газів, а також газів крекінгу нафти шляхом перегонки при низьких температурах отримують індивідуальні вуглеводні. З пропану і бутану шляхом дегідрування отримують ненасичені вуглеводні — пропілен, бутилен і бутадієн, з котрих потім синтезують каучуки і пластмаси.

      Природний газ широко використовують як дешеве паливо з високою теплотворною здатністю (при спалюванні 1 м³ виділяється до 54 400 кДж). Це один з кращих видів палива для побутових і промислових потреб. Крім того, природний газ служить цінною сировиною для хімічної промисловості.

      Розроблено  багато способів переробки природних  газів. Головне завдання цієї переробки — перетворення насичених вуглеводнів в активніші — ненасичені, які потім переводять в синтетичні полімери (каучук, пластмаси). Крім того, окисленням вуглеводнів отримують органічні кислоти, спирти і інші продукти.

      Останніми роками значно зросло виробництво газів  шляхом переробки кам'яного вугілля, торфу і сланців. Вугілля, так  само як і природні гази і нафта, є джерелом енергії і цінною хімічною сировиною.

      Основний спосіб переробки кам'яного вугілля — коксування (суха перегонка). При коксуванні (нагріванні до 1000...1200°С без доступу повітря) отримують різні продукти: кокс, каменновугільну смолу, аміачна воду і коксовий газ. Зразковий склад коксового газу: 60% водню, 25% метану, 5% оксиду вуглецю (II), 4% азоту, 2% оксиду азоту (IV), 2% етилену і 2% інших газів.

      Коксовий  газ застосовують для обігріву коксових печей (при згоранні 1 м³ виділяється 18 000 кДж), але в основному його піддають хімічній переробці. Так, з нього виділяють водень для синтезу аміаку, використовуваного потім для отримання азотних добрив.

      Кам'яновугільна  смола служить джерелом ароматичних  вуглеводнів. Її піддають перегонці  ректифікації і отримують бензол, толуол, ксилол, нафталін, а також феноли, азотвмісні з'єднання і ін. Пєк — густа чорна маса, яка залишається після перегонки смоли, використовують для приготування електродів і покрівельного толя. 
 

 

Висновки

      Паливо  — це речовина, яка при спалюванні виділяє загальну кількість  теплоти і використовується як джерело отримання енергії. Вживані в народному господарстві численні тверді, рідкі і газоподібні види палива можна у свою чергу розділити на природні і  штучні. Штучні  є продуктами переробки природних.

            По максимальній температурі, що отримується при  повному згоранні, паливо буває високою  теплопродуктивністю (більше 2000 °С –  природний газ, нафтопродукти, кам'яне  вугілля) і зниженою теплопродуктивністю  ( менше 2000 °С – буре вугілля, торф, дрова).

            Паливо складається  з горючої і негорючої частин.

            У твердому паливі горюча частина містить п'ять елементів: вуглець, водень, сірку, кисень і азот. Вуглець, водень і горюча сірка приймають  участь в згоранні палива, а азот і кисень складають баласт горючої  частини (внутрішній паливний баласт). До негорючої частини (зовнішньому  баласту) відносять неорганічні  речовини, перехідні після спалювання палива в золу, а також у вологу.

            Зола є мінеральним  залишком, що отримується при повному  згоранні палива. У її сотав входять  оксиди: MgO, CaO, Na₂O, K₂O, FeO, Fe₂O₃ і ін. Тугоплавка зола (з температурою плавлення вище 1425 °С) є сипучою масою, що легко видаляється, легкоплавка зола (з температурою плавлення нижче 1200 °С) – твердий залишок (шлак) у вигляді суцільної злиплої маси або окремих шматків.