Классификация и характеристики органического топлива.

Органическое (углеводородное) топливо классифицируется:

1. По агрегатному состоянию - на твердое (уголь, торф, горючий сланец, > растительное топливо), жидкое (нефть и продукты ее переработки), газообразное (природный и искусственный газы);

2. По происхождению - на естественное (добываемое из земных недр) и искусственное (получаемое в результате переработки естественного топлива и других природных веществ).

Основными характеристиками органического топлива являются:

1) элементарный химический состав; 2) удельная теплота сгорания; 3) выход летучих веществ; 4) зольность; 5) влажность; 6) сернистость.

Элементарный состав топлива. Состав твердого и жидкого топлива представляет сумму масс химических элементов: углерода С, водорода Н₂, кислорода O₂, азота N₂, серы S, минеральных соединений А и влаги W. Сера может присутствовать в топливе в трех видах: органическая S₀, колчеданная S_K и сульфатная Sc. Сумму S₀+S_к = S, называют летучей серой. В твердом топливе различают рабочую, сухую, сухую беззольную (горючую) и органическую массы, а в жидком - рабочую и сухую массы.

Состав рабочей массы: С^р + H^p₂ + S^p₂ + O^p₂ + N^p₂ + А^р + W^p = 100%.

Индекс "р" означает, что состав топлива рассчитан на рабочую массу

Состав сухой массы:               С^с + H^c₂+ S^c_л + O^c₂ + N^c₂ + А^с = 100%.

Состав горючей массы:         С^г + H^г₂+ S^г_л + O^г₂ + N^г₂=100%

Состав органической массы:    С^о + H^о₂+ O^о₂+ N^о₂= 100%.

Элементы S, А и W-- являются балластом органического топлива.

В справочниках приводится состав горючей массы топлива. Пересчет состава топлива с горючей на рабочую или сухую массу производится с помощью коэффициентов пересчета К^гр, К^гс:

                                    К^гр = [100-(А^р + W^р)]/100; К^гс =(l00-А^с)/100.                           (1.1)

Состав газообразного топлива представляет сумму долей объема компонентов: метана СН4, высших углеводородных соединений С_mH_n, водорода Н₂, азота N₂, оксида углерода СО, диоксида углерода С02, сероводорода H₂S, кислорода O₂: CH₄ +С_mH_n + H₂ +N₂ + СО+CO₂ + H₂S+O₂ =100%.

Удельная теплота сгорания топлива - это количество теплоты, выделившейся при полном сгорании единицы массы или объема топлива. Различают высшую и низшую удельную теплоту сгорания. Высшая удельная теплота сгорания (Q^p_в- это количество теплоты, полученное при сгорании 1 кг твердого (жидкого) или 1 м³ газообразного топлива (при температуре 0 °С и давлении 0,1013 МПа) и конденсации водяных паров, содержащихся в продуктах сгорания. Низшая удельная теплота сгорания не включает в себя теплоту конденсации водяных паров:

                                                            Q^p_н= Q^р_в -25,14·(9H^p + W^p).                               (1.2)

В расчетах используют низшую теплоту сгорания, так как продукты сгорания имеют температуру значительно выше, чем температура точки росы, при которой происходит конденсация водяных паров, содержащихся в продуктах сгорания. Низшая теплота сгорания твердого и жидкого топлива [кДж/кг] вычисляется по формуле Д.И. Менделеева:

                                            Q^p_н= 338С^Р +1025Н^Р -108,5(Q^р –S^p_л)-25W^P                      (1.3)

Для сопоставления различных видов топлива применяют понятие условное топливо. При сгорании 1 кг условного топлива выделяется 29,3 МДж тепла (Q^р_н)_усл = 29,3 МДж/кг).

Выход летучих веществ характеризует жидкое и твердое топливо. Это смесь: горючих и негорючих газов, выделяющихся из массы топлива при его нагревании от 110 до 1100° С. Чем больше выход летучих веществ, тем ниже температура воспламенения топлива и легче его зажигание. Данная характеристика зависит от возраста топлива и условий его формирования. Так, выход летучих веществ у торфа составляет 70%, бурого угля 45 - 50%, каменных углей 25 - 40%, у антрацита 3 + 4%. Твердый остаток топлива после выхода летучих веществ называют коксом. Он может быть плотным, спекшимся или рыхлым. В энергетических установках используется топливо, непригодное для получения плотного кокса.

Зольность. Несгоревший остаток, образующийся после сгорания топлива и состоящий в основном из минеральных примесей, называется золой. Часть золы в процессе горения топлива под действием высоких температур оплавляется и превращается в шлак. Отношение массы золы к массе топлива в процентах называют зольностью. Зола уменьшает теплоту сгорания топлива, снижает интенсивность теплообмена вследствие осаждения на поверхностях нагрева, вызывает их износ, загрязняет окружающую среду.

Влажность - это количество влаги в топливе, выраженное в процентах. Повышенная влажность снижает теплоту сгорания топлива и вызывает трудности при его сжигании. Высокую

Сернистость - это количество серы в топливе, выраженное в процентах. Наличие серы ухудшает качество топлива. При горении происходит соединение серы с кислородом, при этом образуется ядовитый газ. Происходит разрушение поверхности нагрева и выброс ядовитых газов в атмосферу.

Для сравнения топлива с различной влажностью, зольностью и сернистостью используют приведенные характеристики: характеристики рабочей массы топлива, отнесенные к его низшей теплоте сгорания (приведенные влажность W^P, зольность A^np и сернистость S^np, (%·кг)/МДж):

                                        W^пр = W^P/Q^P_н; A^np = A^p/Q^p_н; S^np=S^p/Q^p_н.                        (1.4)

Топливо с W^пр < 0,7 считается маловлажным, а с W^пр > 1,9 - высоковлажным. Топливо с A^np < 1 - малозольное, а с A^np > 5 высокозольное.

Нефть и ее использование.

Добыча нефти. Разработка нефтяного месторождения начинается с бурения скважин. Буровая скважина использует ряд вращающихся стальных труб высокого давления, называемых установкой. Установка поддерживается буровой вышкой и управляется вращательным столом на платформе. Сначала из скважины бьет нефтяной фонтан, затем переходят на механизированные способы добычи: компрессорную, глубинно-насосную и др. После добычи нефть отделяется от сопутствующих воды и газов и перекачивается в нефтехранилища.

Переработка нефти. Переработка включает три основных процесса: перегонку, риформинг и ректификацию. В результате перегонки нефть разделяется на части - фракции, согласно молекулярному весу. Все фракции получают дальнейшую обработку для производства конечных продуктов. Наиболее ценные горючие продукты получают при химической переработке нефти: крекинге, пиролизе и ароматизации. Крекинг - это разложение высших углеводородов на простые. При сильном нагревании с катализатором (ок.500°С) происходит каталитический крекинг, без катализатора - термический крекинг. При пиролизе нефти (700 - 900°С) образуются этилен, бензол, толуол.

Транспорт нефти. Основными видами транспорта являются: трубопроводы, танкеры и железнодорожный транспорт. Расход нефти равен

где μ- вязкость передаваемой нефти; L - длина трубопровода; D -диаметр трубопровода; p₁ и p₂ – разность давлений в трубе.