Топливо: характеристика и виды

Государственное образовательное  учреждение

Высшего профессионального  образования

«ПЕТЕРБУРГСКИЙ 

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ  СООБЩЕНИЯ»

 

Кафедра «Технология металла»

 
 
 
 
 
 
 
 

РЕФЕРАТ

 

Топливо

 
 
 
 
 
 
 

                                                                                                                              

                                                                                                                           

 

Выполнил  студент                           Хомич Д.А.

(подпись, дата)

 

Факультет ______________ группа ___________

 

Отчёт принял

            ______________________________ Лукина Л.Г

(подпись,  дата)

                                                                                                            

 
 
 
 

 

 
 
 
 
 

Великие Луки

2009

 
 

Содержание:

 

1. Ведение………………………………………………………………………….…..3
2. История развития…………………………………………………...…………4
3. Характеристики топлива…………………………………………………..6
4. Виды топлива
1. твердые ……………....…………………………………………………………7
2. жидкие………………………………………………………………………….10
3. Газообразные……………………………………………………………….13
4. Нетипичные топлива…………………………………………………..18
5. Перспективы развития. Биотопливо……………………………….20
6. Использование спиртов в качестве топлива. …………………22
7. Заключение……………………………………………………………………...24

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. Введение

 

     История развития человечества теснейшим образом  связана с получением и использованием энергии.  Уже в древнем мире люди использовали

  тепловую  энергию для обогрева жилища,  приготовления еды, изготовления из меди,  бронзы,  железа и других металлов предметов быта, инструментов и т.д.

     С древнейших времен известны  уголь и нефть - вещества, дающие  при  сжигании большое количество  теплоты.  Сейчас формулировка  "топливо"

  включает  все вещества,  которые дают  при сжигании большое количество

  теплоты,  широко распространенные в природе и (или) добываются  промышленным способом. К топливу относятся нефть и нефтепродукты (керосин,  бензин, мазут,  дизельное топливо),  уголь,  природный горючий  газ,

  древесина  и растительные отходы (солома,  лузга и т.п.), торф, горючие сланцы,  а в настоящее время и вещества,  используемые в ядерных реакторах на АЭС и ракетных двигателях.

     Таким образом,  классификацию  топлива можно провести, например, по

  его  агрегатному состоянию: твердое  (уголь, торф, древесина, сланцы),

  жидкое (нефть и нефтепродукты) и газообразное (природный газ). Также

  можно  разделить  виды топлива и  по его происхождению:  растительное,

  минеральное  и продукты промышленной переработки.

 
 
 
 
 
 
 
 
 

2. История развития

Еще наши далекие  предки обогревались у костров. Пламя  служило также для освещения  и для приготовления пищи. Огонь  поддерживали дровами, и именно они, эти куски дерева, долгое время  были основным видом топлива для  человечества. При помощи дров жители Земли решали многие проблемы: обогревались, готовили пищу, даже начали плавить металлы (Правда, для этого дрова сначала превращали в древесный уголь). Дерево играло столь решающую роль в жизни общества, что в истории остались упоминанию о «блуждающих» городах. Например, столица Эфиопии – Аддис-Абеба – в прошлые времена постоянно кочевала с места на место по мере того, как жители вырубали окрестные леса.

Но проходили  столетия, людей на планете становилось  все больше, а лесов – все  меньше. И в XIX веке Англию – самую  передовую промышленную страну того времени – постиг топливный кризис. Дров на острове перестало хватать  для нужд населения и промышленности. Нужно было срочно искать им замену. Поиски, впрочем, были недолгими. О том, что прекрасно могут гореть также  уголь и нефть, люди знали издавна. Правда, одно дело знать, а другое –  использовать эти знания на практике. Ведь уголь и нефть надо искать, добывать. Да и топить ими тоже надо уметь. Скажем, уголь просто от спички как хворост не загорится. А обычные  печи для нефти так и вообще не годятся.

Но нужда  всему научит. В той же Англии, а затем и в других странах  мира со временем научились топить углем еще лучше, чем дровами. Конечно, это вовсе не значило, что  о дровах тотчас забыли. Они ведь нужны даже для того, что бы разжечь  уголь. А в тех местах, где лесов  было в достатке, дрова по-прежнему широко использовались. Так, в России начала 20 века дрова давали более  половины всей энергии, одну четвертую  часть уголь, шестую - нефть.

В те времена  светильный газ получали переработкой каменного угля. Но уже в начале 20 века поняли, что тот газ, который выходит из недр Земли, горит ни чуть не хуже. Лишнее тому доказательство – газовые плиты, стоящие во многих домах и по сей день.

В 1910 году, как  свидетельствует статистика, большую  часть топлива в мире составлял  уже уголь – 65%. За ним шли дрова, и на последнем месте стояла нефть. Ее доля в мировом топливном балансе составляла всего 3%, а природный газ вообще не использовался.

Еще через  четверть века доля каменного угля снизилась до половины, в то время  как доля нефти в топливном  балансе возросла до 15%. Во многих странах  мира начали использовать и природный  газ.

Еще более  существенные перемены произошли в России. Уже в годы первых пятилеток страна начала стремительно наращивать темпы угледобычи. «Хлебом промышленности» назвал уголь В.И.Ленин, и страна не хотела держать на голодном пайке свою развивающуюся индустрию. Ежегодно угольная промышленность давала прирост более 100%. С 1930 по 1940 год добыча угля возросла в три раза: с 70 до 220 миллионов тонн в год. Подобные темпы сохранились и в первые послевоенные годы. За пятилетку с 1950 по 1955 годы был достигнут прирост в 170 миллионов тонн.

И все же, невзирая на столь бурный рост угольной промышленности, она постепенно теряла лидирующее положение.

В 70-е годы первое место в топливном балансе  уверенно заняла нефть – около 35%. Доля каменного угля снизилась до 30%. На третьем месте оказался природный  газ – около 20%. Затем шли дрова  – 10%. Прочие источники энергии, в  том числе электростанции на воде и на атомной энергии, давали всего 5% энергии.

В наши дни  первые места занимают нефть и  газ – они обеспечивают более  две трети топливного баланса.

Почему так  получилось? Ведь угля и сегодня предостаточно: его разведанные запасы составляют 1075 миллиардов тонн – 87,5% всех топливных запасов планеты. А все дело в том, что нефть и газ более удобны в эксплуатации. Вот только один пример: уголь в топку бросали лопатами чумазые кочегары; жидкое же и газообразное топлива легко подавать при помощи насосов по трубам, а жечь – форсунками и горелками. Эти удобства особенно видны на транспорте. На сегодняшний день практически вся потребность в топливе судов и тепловозов, самолетов и автомобилей, тракторов и мотоциклов обеспечивается за счет нефти и газа. И такая тенденция, по всей вероятности, сохранится еще долго. Потому что нефть с газом горят лучше любого другого топлива. Так при сгорании 1 кг нефти выделяется 46 тыс. кДж, при сгорании 1м³ газа – около 38 тыс. кДж, в то время как 1 кг угля дает в лучшем случае только 29 тыс. кДж. Говоря другими словами, теплота сгорания нефти примерно в 1,5 раза выше, чем у угля, и в два с лишним раза превышает теплоту сгорания дров. И с этим тоже приходится считаться.

 

3. Характеристики  топлива

     Свойства  топлива  зависят главным образом от его химического состава. Основным элементом любого топлива природного происхождения является углерод  (его  содержание составляет от 30 до 85%  массы).  В

состав топлива  также входят H, O, N, S, зола, вода.

Практическая  ценность  топлива  определяется количеством теплоты,

выделяющейся  при его полном сгорании.  Так, при сжигании 1 кг древесины выделяется теплота,  равная 10,2 МДж,  каменного  угля - 22 МДж,

бензина - 44 МДж. Эта величина прямо зависит  от содержания в топливе

углерода  и водорода и обратно - от содержания кислорода и азота.

Другая важнейшая  характеристика топлива - его  жаропроизводительность, оцениваемая значением максимальной температуры,  какую теоретически можно получить при полном сгорании топлива  в  воздухе.  При

сгорании  дров,  например, максимальная температура  не превышает 1600 градусов, каменного угля - 2050, бензина - 2100.

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Виды  топлива

1.Твердые

Твёрдое топливо  — горючие вещества, основной составной  частью которых является углерод. К  твердому топливу относят каменный уголь и бурые угли, горючие  сланцы, торф и древесину. Свойства топлива в значительной степени  определяются его химическим составом — содержанием углерода, водорода, кислорода, азота и серы. Твердое  ракетное топливо — твёрдое вещество или смесь отдельных веществ, способных гореть без доступа  воздуха, создавая при этом, реактивную тягу двигателя. В зависимости от способа обработки твердое топливо  можно разделить на две группы: природное и очищенное. К природному твердому топливу относятся уголь, бурый уголь, торф, древесина и солома. Уголь и торф являются осадком, образующимся в результате распада и разложения растений в древние времена под воздействием высокого давления и недостатка кислорода. 

Древесина

Древесина состоит  преимущественно из органических веществ (99% общей массы). Элементный химический состав древесины разных пород практически  одинаков. Абсолютно сухая древесина  в среднем содержит 49% углерода, 44% кислорода, 6% водорода, 0,1-0,3% азота. При  сжигании древесины остаётся её неорганическая часть - зола. В состав золы входят кальций, калий, натрий, магний и другие элементы. Перечисленные химические элементы образуют основные органические вещества: целлюлозу, лигнин и гемицеллюлозы.

 

Горючий сланец

Горючие сланцы, полезное ископаемое из группы твёрдых каустобиолитов, дающее при сухой перегонке значительное количество смолы (близкой по составу к нефти). Горючие сланцы состоят из преобладающей минеральной (кальциты, доломит, гидрослюды, монтмориллонит, каолинит, полевые шпаты, кварц, пирит и др.) и органических частей (кероген), последняя составляет 10—30% от массы породы и только в сланцах самого высокого качества достигает 50—70%. Органическая часть является био- и геохимически преобразованным веществом простейших водорослей, сохранившим клеточное строение (талломоальгинит) или потерявшим его (коллоальгинит); в виде примеси в органической части присутствуют измененные остатки высших растений (витринит, фюзенит, липоидинит). В зависимости от соотношений водорослевых и гумусовых компонентов Горючие сланцы разделяются на сапропелитовые и гумитосапропелитовые. Первая группа горючих сланцев отличается от второй повышенным содержанием водорода (8—10%) и низким — гуминовых кислот (0,5% ) в органической массе. Сапропелитовые горючие сланцы обладают повышенным выходом смол до 20—30% и теплотой сгорания до 14,6—16,7 Мдж/кг (3500—4000 ккал/кг). Эти показатели у гумито-сапропелитовых Г. с. ниже при равном содержании минеральной примеси. В мировой практике добычи и использования Г. с. диапазон важнейших показателей очень широк.