דלק גזי: תיאור, מאפיינים, שיטות ייצור, יישום

2024 מְחַבֵּר: Howard Calhoun | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-02 13:54

דלק גז ידוע מאמצע המאה ה-19. זה היה אז שהמהנדס המפורסם לנואר בנה את מנוע הבעירה הפנימית הגז הראשון שלו. מנגנון זה היה פרימיטיבי ועבד ללא דחיסה מוקדמת של תא הבעירה. מנועים מודרניים אינם מתאימים לזה. כיום, השימוש בדלק גזי אינו מוגבל למכוניות. סוג דלק ידידותי לסביבה, זול ובמחיר סביר, כובש באופן פעיל יותר ויותר נישות חדשות ומשמש באופן פעיל בכל מגזרי הכלכלה הלאומית. מאמר זה מספק תיאור, מאפיינים של הדלק. באופן כללי, הוא מתאר כיצד הם מיוצרים והשימוש בהם.

מידע כללי

דלק גזי הוא חומר דליק מאוד. נכס איכותי ושימושי זה משמש בענפים שונים של מדע וטֶכנוֹלוֹגִיָה. לדוגמה, האוכלוסייה והתעשייה משתמשים יותר ויותר בדודי דלק גזי. בדלק זה, תחמוצות (תחמוצות) של פחמן, אדי פחמן דו חמצני, כמו גם יסודות כמו חנקן, מימן, חמצן וזיהומים אחרים יכולים להיות נוכחים בכמויות שונות. מכשירים מודרניים הפועלים על דלק גזי רגישים מאוד להרכב הכימי של גז העבודה. אם הוא לא עומד בתקנים המומלצים על ידי היצרן, סביר להניח שהציוד ייכשל ויידרשו תיקונים יקרים.

כל החומרים המרכיבים גזים ניתנים לחלק לדליקים ולא דליקים. הראשונים, בנוסף למתאן, הם אתאן, פרופאן ובוטאן. חומרי נפץ ובהתאם גם דליקים הם פחמן חד חמצני ומימן. מימן מסוכן במיוחד. מסיבה זו לא מומלץ לאחסן אותו בבלוני גז. הפתרון הטוב ביותר הוא רכישת מחולל מימן. מכשיר זה מחלץ מימן ממים מזוקקים לפי הצורך. לפיכך, האיום בפיצוץ של נפח גדול של גז בוטל.

המדינה היא מונופול בסחר סיטונאי של דלקים נוזליים וגזים. זה מצביע על החשיבות האסטרטגית של סוג זה של חומר גלם.

סיווג דלק לפי מקור

כמו נוזל, ניתן לכרות דלקים גזים כמינרלים, או שניתן לייצר אותם בתנאים מלאכותיים. במקרה הראשון, דלק כזה נקרא טבעי, ובשני -מלאכותי.

מומחים רשמו הבדלים בהרכב של דלקים נוזליים וגזיים המופקים מאזורים שונים. בשל הבדלים בהרכב הכימי, ישנם גם הבדלים קלים בכמות החום המשתחררת בעת הבעירה. דלק גז טבעי כמעט לחלוטין (95-99%, תלוי בתחום) מורכב ממה שנקרא מתאן (נוסחה כימית - CH_{4). דלק זה נקרא גז טבעי. וזהו מקור האנרגיה הזול ביותר כיום. מסיבה זו, סוג זה של משאבי אנרגיה משמש באופן פעיל בכל המגזרים של הכלכלה הלאומית. עם זאת, כל היתרונות מוצלים על ידי רמת הבטיחות הנמוכה של מכשירים הפועלים על דלקים גזים. חדשות מטרידות מופיעות בקביעות בתקשורת על תאונות ונפגעי אדם כתוצאה מהפרות של הכללים להפעלת מתקני גז.}

דלקים גזים מלאכותיים כוללים חומרים המתקבלים מעיבוד של דלקים מוצקים או נוזליים. הסוגים הנפוצים והפופולריים ביותר שלו הם גזי פיצוח קולה. גם תאורה, מים ודלקים מעורבים עשויים להיכלל בקבוצה זו. בהתאם להרכב הכימי של גז מסוים, רמת החום המשתחררת במהלך הבעירה משתנה על פני טווח רחב. חומרים כאלה הם מאוד נפיצים. מסיבה זו, מומלץ לערבב אותם בגז טבעי לפני הבעירה. אמצעי זה מגביר את בטיחות הפעולה של מכשירים הפועלים על דלק גזי בסדר גודל. מניפולציות אלה מתבצעות על בסיסים מאובזרים במיוחד. ואז כזההגז מסופק למשתמש הקצה בגלילים או בכל דרך אחרת. אך למרות העובדה שתערובת כזו פחות מסוכנת, עדיין יש לטפל בה בזהירות יתרה, בהתאם לכל הכללים והתקנות לעבודה עם מיכלי לחץ ותקנות הבטיחות. וזו לא הסכנה היחידה. חומר זה רעיל ושאיפה עלולה לגרום לתוצאות חמורות ואף למוות.

סיווג דלק לפי מטרה

דלק בצורת גז משמש הן במתקנים תרמיים והן במנועי בעירה פנימית. בהתאם לכך, על בסיס זה, ניתן לחלק אותו לדלק מנוע ודלק לדוד תנור.

גז טבעי משמש באופן מסורתי כדלק לדוד ולכבשן. במקרים נדירים משתמשים בדלק מלאכותי. אותו סוג של דלק, עם רק כמה תוספים, משמש גם לתדלוק מכוניות.

תיאור של גז טבעי

קשה להפריז בחשיבותו של מינרל זה לכלכלת המדינה שלנו ולפיתוח הכלכלי של העולם כולו. מכוניות רבות, דודי דלק גזי, תחנות כוח ותחנות חום וכוח משולבות משתמשות בו. בהתבסס על המחירים החזויים עבור דלק כחול (כפי שנקרא לפעמים גז טבעי), תקציבי מדינה נערכים.

יותר מ-90% מהגז הזה מורכב ממולקולות מתאן (CH_{4). בנוסף למתאן, הגז הטבעי מכיל גם בוטאן עם פרופאן, חנקן, פחמן דו חמצני, אדי מים וזיהומים נוספים (הם נחשבים מזיקים). בְּבכמויות קטנות, הגז הטבעי מכיל גם גזים אינרטיים (הליום ואחרים). הוא האמין שלאחרונים יש השפעה מועילה על מכונות, מכשירים ומנגנונים הפועלים על גז, וגם לשפר את הפיזיקה של תהליכי בעירת דלק. התאמת הדלק לשימוש, איכותו נשפטת לפי אחוז רכיבי הפחמימנים.}

גז טבעי הוא לא רק דלק יקר ערך, אלא גם חומר גלם למספר תעשיות. אז, מהמתאן שהוא מכיל, מפעלים כימיים גדולים מייצרים מימן. כדי שהתגובה הזו תתרחש, יש לחמצן אותה. בנוסף למימן, מייצרים ממנו אצטילן. על בסיס חומרים אלו מיוצרים כל מיני אלדהידים, מתיל אלכוהול (חומר רעיל ומסוכן מאוד), אמוניה, אצטון, חומצה אצטית וכדומה. עם זאת, נותרה העובדה שתחום היישום העיקרי של הגז הטבעי הוא בעירה של דלקים גזים לצורך מנגנוני הנעה שונים (מנועי רכב) והתקני דוד.

מאפיינים בסיסיים של גזים

כל הגזים (לא רק דלק) מאוחדים על ידי מדד צפיפות קטן יחסית. עבור הגז הטבעי הנחשב והאנלוגים המלאכותיים שלו, ערכו נשמר באזור של 0.8 קילוגרם למטר מעוקב. הצפיפות של דלק גז נוזלי מעט גבוהה יותר והיא כ-2.3 קילוגרם למטר מעוקב.

גזים הם בעיקר חומרים רעילים. הרעילות עולה ככל שתכולת תחמוצות הפחמן עולה ותרכובות גופרית עם מימן בגז. עם תכולה של אחוז אחד או יותר מהגזים המזיקים המתוארים באטמוספרה, אדם ישאף מנה קטלנית של חומר רעיל תוך שלוש דקות.

הגזים המדוברים הם חומר נפץ. יתרה מכך, עם עלייה באחוז הפחמן החד חמצני והמימן, הסיכון להתפוצצות עולה. תכונה מעניינת: כאשר תכולת החומרים הללו היא יותר מ-74%, ההסתברות לפיצוץ גז היא כמעט אפסית.

מאפייני הדלק העיקריים

בניתוח השוואתי של סוג דלק מסוים, מומחים פועלים עם המושגים הבאים: לחות דלק, תכולת גופרית, אפר (שייר), ערך קלורי ותפוקת חום.

קיבולת החימום מתייחסת לטמפרטורה המספיקה לתהליך הבעירה עם תכולת חמצן מינימלית. יחד עם זאת, לא האוויר ולא התערובת הדליקה מחוממים בנוסף.

השאריות המוצקות משדה הבעירה נקראות אפר. היא כבר לא יכולה לשרוף. סלג הוא אותו אפר, רק לאחר ההמסה. היווצרות החומר הזה משפיעה לרעה על פעולת המערכת כולה, סותמת את ציוד הדלק. לכן, אינדיקטור זה חשוב לקחת בחשבון במהלך עבודת התכנון.

אינדיקטור חשוב הוא לחות. זה משפיע לרעה על מאפייני הדלק. נוכחותו גורמת לעלייה בנפחי הפליטה, לירידה ביעילות ההתקנה.

תוצרי בעירה של גופרית ותרכובותיה גורמים ומפעילים תהליכי קורוזיה על משטחיםחלקי פלדה של מנועים ומערכות פליטה. בנוסף, יש להם השפעה שלילית על הסביבה ועל בריאות האדם. לכן, גם אינדיקטור זה חשוב מאוד לשקול.

הערך הקלורי הוא מאפיין חשוב מאוד. זה נלקח בחשבון בחישוב ועיצוב הציוד ומאפשר לך לקבוע את צריכת הדלק. ערך זה נקבע בניסוי. למטרות אלה, נעשה שימוש בקלורימטר מיוחד. כמות ידועה (מסה) של דלק נשרפת והשינוי בטמפרטורת המים של הקלורימטר נרשם. אז מספיק להחליף את המידע שהתקבל בנוסחה ולחשב את חום הבעירה.

גז משויך

אם גז טבעי מופק מקידוחים, גז קשור הוא תוצר לוואי של הפקת נפט. תכולת המתאן בגז כזה קטנה במקצת מאשר בגז טבעי מסורתי. עם זאת, בעירה של דלקים גזים מייצרת חום דומה.

גז תוצר לוואי (משויך) מיוצר גם על ידי מפעלים מתכות. במפעלים אלה נפלט דלק בתנורים. אלה הם מה שנקרא תנור קוק וגזי כבשנים. ככלל, גזים אלה נשרפים באתר (מוזנים לתנור או לתחנת דוד). תוצר לוואי דומה מיוצר במכרות עמוקים, שלעתים קרובות מוביל לאסונות.

הפקת גז בזיקוק יבש

גז מלאכותי מתקבל על ידי עיבוד נוסף של דלק מוצק (נוזלי). בדרך זו ניתן להשיג מה שנקרא גז יצרן וגז זיקוק יבש.

כאשר יבשדלק זיקוק מתפרק בהשפעת טמפרטורות גבוהות. במקרה זה, יש צורך להוציא את הגישה של חומר מחמצן (אוויר). לאחר סדרה של שלבים, הדלק המקורי מתפרק לגז שלו, תרכובות זפת וקולה. ההרכב המדויק של המוצרים הנוצרים תלוי בהרכב הראשוני של הדלק ובתנאי התהליך (בעיקר בטמפרטורה).

תהליך הזיקוק, המתרחש בטמפרטורות גבוהות (באזור 1000 - 1100 מעלות צלזיוס), נקרא קוקינג. תוצרי הפירוק במקרה זה הם הגז בפועל (קוק) וקולה. צפיפות וחום הבעירה של הגז שנוצר נמוכים יחסית (0.5 קילוגרם למטר מעוקב ו-16,000 קילוג'אול למטר מעוקב, בהתאמה). טון אחד של פחם במהלך טיפול זה מומר ל-350 מ ק של גז. אינדיקטור זה עשוי להשתנות ותלוי בתנאי התהליך ובהרכב הכימי והמקור של חומר ההזנה (פחם).

יש גם זיקוק יבש בטמפרטורה נמוכה. הוא מורכב מעיבוד דלק מוצק עם טמפרטורות באזור של 500 מעלות צלזיוס. בשיטה זו נוצרת כמות הגז המינימלית (לא יותר מ-30 מ ק לטון חומרי גלם). המוצר העיקרי במקרה זה הוא שרף, המשמש עוד בייצור שמני מנוע ודלקים.

קבלת גז באמצעות גיזוז של דלקים מוצקים

אחת השיטות הנפוצות להשגת דלקים גזים היא מה שנקרא גיזוז. הוא מורכב מטיפול כימי-תרמי של דלקים מוצקים (ההשפעה המשולבת של טמפרטורות גבוהותוטיפול כימי). אטומי הפחמן הכלולים בדלק מוצק מקיימים אינטראקציה ומגיבים עם מים וקיטור, ויוצרים גז (דלק). במהלך תהליך הגיזוז מתרחש גם זיקוק יבש. מחולל גז הוא מכשיר לגיזוז של דלקים מוצקים (בעיקר פחם). מכשיר זה מייצר את החומרים הבאים: מתאן, מימן ופחמן חד חמצני. בנוסף לגזים שנשמעו, נוצרים גם חומרים בלתי דליקים (פחמן דו חמצני, חמצן עם חנקן ואדי מים).

עיצובים של גנרטורים לגז - מגוון עצום. הסכימה ורשימת הצמתים תלויה בעיקר בסוג חומר ההזנה. באופן כללי, זה גליל עם קירות מתכת. יש לו פתחים לאוורור (כניסת אוויר) וליציאת הגז שנוצר. אספקת אוויר מאולצת, באמצעות מאווררים חזקים. העיצוב חייב לספק צוהר למפעיל. הדלק מוטען דרך הגג. לפיכך, כלפי חוץ, יחידה זו דומה עד כאב ל"תנור הבטן" הידוע. עם זאת, יש הבדל אחד - היעדר ארובה.

מחולל הגז הוא רק הבסיס לכל ההתקנה, הליבה, כביכול. אם מסתכלים על דיאגרמות של ציוד כזה, מתברר שכל הרכיבים והמכשירים האחרים נועדו להביא את הגז למצב נורמלי (ניקוי, קירור וכן הלאה).

יתרונות השימוש והשימוש בגז

הרכב הדלק הגזי מאפשר להשתמש בו ביעילות כחלופה לבנזין מסורתי, מזוט ודִיזֶל. מאגרי הנפט מתרוקנים. לדברי מומחים, זה יימשך כמה עשורים. יש הרבה יותר מאגרי גז. לפיכך, הכנסת ושימוש אקטיבי של ציוד גז בכל מגזרי הכלכלה הלאומית, אם לא תפתור, אז לפחות ידחה את הבעיה החריפה של המחסור בחומרי גלם פחמימנים.

היתרון השני והחשוב מאוד הוא הטוהר היחסי של מוצרי בעירה בגז בהשוואה לפליטות מנועי בנזין. במילים אחרות, מכונות ומנגנונים הפועלים על דלקים גזים הם ידידותיים יותר לסביבה ואינם מזהמים את הסביבה כל כך. במטרופולינים ובערים גדולות, בעיה זו חריפה במיוחד. לכן, הרשויות שואפות להעביר את כל צי התחבורה הציבורית העירונית לסטנדרטים סביבתיים חדשים.

היתרון השלישי הוא היכולת להתאים את המנוע לצרכים ולהעדפות אישיות על ידי התאמת הרכב התערובת. בעתיד, זה יאפשר לך לא לשלם יותר מדי כסף נוסף.

היתרון הרביעי הוא הגדלת אורך החיים השימושיים של המנוע והארכת הזמן בין החלפת שמן מנוע מלאה. אחרי הכל, גז, בניגוד למוצרי נפט, אינו מסיר שומן (שמן) משטחי החלקים המשפשפים של המנגנון (מנוע).

חמישית - לתערובת הגז יש יכולת פיצוץ הרבה יותר גדולה בהשוואה לדלק מסורתי. זה מאפשר לך להגדיל משמעותית את הספק של מנוע הרכב.

שישית - בניגוד לדלקים מוצקים ונוזלים, אין צורך לחמם דלקים גזים לפני ההזרקה. זה חיובימשפיע הן על האמינות של המערכת כולה והן על כל מחווני הביצועים ללא יוצא מן הכלל.

יתרון שביעי: עם השימוש בהזרקת גז לצילינדרים הופכת אחידה יותר. לפיכך, חלקות מהלך ותפעול מנגנוני הנעה גדלים, בלאי של חלקים עמוסים מאוד פוחת.

למרבה הצער, לא תמיד כל היתרונות המתוארים מושגים. לרוב, בעלי רכב ממירים מנועי בנזין לדלק גז על מנת לחסוך כסף בהפרש בעלויות הדלק. עם זאת, המנוע תוכנן לבנזין או דיזל. מכאן העבודה הלא מאוד מתואמת של כל החלקים. מהנדסים חישבו שכאשר מכונית עוברת מבנזין לגז, המנוע מאבד כ-20 אחוז מההספק שלו. כדי לפצות על ההפסד, בעלים רבים מגדילים את יחס הדחיסה של חלל תא הבעירה. זה מקצר מאוד את חיי המנוע. אמצעי נוסף הוא התקנת מערכת טורבו. אבל האירוע הזה יצטרך להשקיע הרבה כסף. הפעולה של מנוע או בית דוודים על דלקים נוזליים וגזיים מדגימה מדדי ביצועים שונים לחלוטין. יתרה מכך, היתרון רחוק מלהיות בצד של דלקים מוצקים.