الوقود الغازي: الوصف ، الخصائص ، طرق الإنتاج ، التطبيق

2024 مؤلف: Howard Calhoun | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-02 13:49

وقود الغاز معروف منذ منتصف القرن التاسع عشر. في ذلك الوقت بنى المهندس الشهير لينوار أول محرك احتراق داخلي للغاز. كان هذا الجهاز بدائيًا وعمل بدون ضغط مسبق لغرفة الاحتراق. المحركات الحديثة لا مثيل لها. اليوم ، لا يقتصر استخدام الوقود الغازي على السيارات. هذا النوع من الوقود الصديق للبيئة والرخيص والميسور التكلفة يغزو بنشاط المزيد والمزيد من المنافذ الجديدة ويستخدم بنشاط في جميع قطاعات الاقتصاد الوطني. تقدم هذه المقالة وصفًا وخصائص الوقود. بشكل عام ، يصف كيفية إنتاجها واستخدامها.

معلومات عامة

الوقود الغازي مادة شديدة الاشتعال. يتم استخدام هذه الخاصية النوعية والمفيدة في مختلف فروع العلوم وتكنولوجيا. على سبيل المثال ، يستخدم السكان والصناعة بشكل متزايد غلايات الوقود الغازي. في هذا الوقود ، يمكن أن توجد أكاسيد (ثاني أكسيد) الكربون وأبخرة ثاني أكسيد الكربون ، بالإضافة إلى عناصر مثل النيتروجين والهيدروجين والأكسجين والشوائب الأخرى بكميات مختلفة. الأجهزة الحديثة التي تعمل بالوقود الغازي حساسة للغاية للتركيب الكيميائي للغاز العامل. إذا كانت لا تفي بالمعايير التي أوصت بها الشركة المصنعة ، فمن المرجح أن تفشل المعدات وستكون هناك حاجة إلى إصلاحات مكلفة.

يمكن تقسيم جميع المواد التي تتكون منها الغازات إلى مواد قابلة للاحتراق وغير قابلة للاحتراق. الأول ، بالإضافة إلى الميثان ، هو الإيثان والبروبان والبيوتان. المواد المتفجرة ، وبالتالي القابلة للاحتراق ، هي أول أكسيد الكربون والهيدروجين. الهيدروجين خطير بشكل خاص. ولهذا السبب لا ينصح بتخزينه في اسطوانات غاز. أفضل حل هو شراء مولد الهيدروجين. يستخرج هذا الجهاز الهيدروجين من الماء المقطر حسب الحاجة. وهكذا يتم القضاء على خطر تفجير كمية كبيرة من الغاز.

الدولة تحتكر تجارة الجملة للوقود السائل والغازي. وهذا يدل على الأهمية الاستراتيجية لهذا النوع من المواد الخام.

تصنيف الوقود حسب المنشأ

مثل الوقود السائل ، يمكن استخراج الوقود الغازي كمعدن ، أو يمكن إنتاجه في ظروف اصطناعية. في الحالة الأولى ، يسمى هذا الوقود الطبيعي ، وفي الحالة الثانية -مصطنعة.

سجل المتخصصون اختلافات في تكوين الوقود السائل والغازي المستخرج من مناطق مختلفة. بسبب الاختلافات في التركيب الكيميائي ، هناك أيضًا اختلافات طفيفة في كمية الحرارة المنبعثة أثناء الاحتراق. يتكون الوقود الغازي الطبيعي بالكامل تقريبًا (95-99٪ ، اعتمادًا على المجال) مما يسمى الميثان (الصيغة الكيميائية - CH_{4). هذا الوقود يسمى الغاز الطبيعي. وهذا هو أرخص مصدر للطاقة اليوم. ولهذا السبب يتم استخدام هذا النوع من موارد الطاقة بنشاط في جميع قطاعات الاقتصاد الوطني. ومع ذلك ، فإن جميع المزايا يحجبها المستوى المنخفض للأمان للأجهزة التي تعمل بالوقود الغازي. أخبار مزعجة تظهر بانتظام في وسائل الإعلام حول حوادث وخسائر بشرية نتيجة انتهاك قواعد تشغيل منشآت الغاز.}

يشمل الوقود الغازي الاصطناعي المواد التي يتم الحصول عليها من معالجة الوقود الصلب أو السائل. أكثر أنواعها شيوعًا وشعبية هي غازات تكسير فحم الكوك. يمكن أيضًا تضمين الإضاءة والماء والوقود المخلوط في هذه المجموعة. اعتمادًا على التركيب الكيميائي لغاز معين ، يختلف مستوى الحرارة المنبعثة أثناء الاحتراق على نطاق واسع. هذه المواد شديدة الانفجار. لهذا السبب ، يوصى بخلطها بالغاز الطبيعي قبل الاحتراق. يزيد هذا الإجراء من سلامة تشغيل الأجهزة التي تعمل على الوقود الغازي بترتيب من حيث الحجم. تتم هذه التلاعبات على قواعد مجهزة بشكل خاص. ثم هذايتم توفير الغاز للمستخدم النهائي في اسطوانات أو غير ذلك. ولكن على الرغم من حقيقة أن هذا الخليط أقل خطورة ، إلا أنه لا يزال يتعين التعامل معه بحذر شديد ، وفقًا لجميع القواعد واللوائح الخاصة بالعمل مع أوعية الضغط ولوائح السلامة. وهذا ليس الخطر الوحيد. هذه المادة سامة ويمكن أن يؤدي الاستنشاق إلى عواقب وخيمة وقد يؤدي إلى الوفاة.

تصنيف الوقود حسب الغرض

يستخدم الوقود الغازي في كل من التركيبات الحرارية ومحركات الاحتراق الداخلي. وبناءً على ذلك ، يمكن تقسيمها إلى وقود للمحرك ووقود فرن الغلاية.

يستخدم الغاز الطبيعي تقليديا كوقود للمراجل والأفران. في حالات نادرة ، يتم استخدام الوقود الاصطناعي. نفس النوع من الوقود ، مع بعض الإضافات فقط ، يستخدم أيضًا للتزود بالوقود للسيارات.

وصف الغاز الطبيعي

من الصعب المبالغة في تقدير أهمية هذا المعدن لاقتصاد دولتنا والتنمية الاقتصادية للعالم ككل. تستخدمه العديد من السيارات ومراجل الوقود الغازي ومحطات الطاقة ومحطات الطاقة والتدفئة المشتركة. بناءً على الأسعار المتوقعة للوقود الأزرق (كما يسمى الغاز الطبيعي أحيانًا) ، يتم وضع ميزانيات الدولة.

أكثر من 90٪ من هذا الغاز يتكون من جزيئات الميثان (CH_{4). بالإضافة إلى الميثان ، يحتوي الغاز الطبيعي أيضًا على البيوتان مع البروبان والنيتروجين وثاني أكسيد الكربون وبخار الماء والشوائب الأخرى (تعتبر ضارة). فيبكميات صغيرة ، يحتوي الغاز الطبيعي أيضًا على غازات خاملة (الهيليوم وغيره). يُعتقد أن هذا الأخير له تأثير مفيد على الآلات والأجهزة والآليات التي تعمل على الغاز ، كما أنه يحسن فيزياء عمليات احتراق الوقود. ملاءمة الوقود للاستخدام ، يتم الحكم على جودته من خلال النسبة المئوية للمكونات الهيدروكربونية.}

الغاز الطبيعي ليس فقط وقودًا ثمينًا ، ولكنه أيضًا مادة خام لعدد من الصناعات. لذلك ، من الميثان الذي يحتويه ، تنتج المصانع الكيميائية الكبيرة الهيدروجين. لكي يحدث هذا التفاعل ، يجب أن يتأكسد. بالإضافة إلى الهيدروجين ، يتم إنتاج الأسيتيلين منه. بناءً على هذه المواد ، يتم إنتاج جميع أنواع الألدهيدات وكحول الميثيل (مادة شديدة السمية والخطيرة) والأمونيا والأسيتون وحمض الخليك وما إلى ذلك. ومع ذلك ، تبقى الحقيقة أن المجال الرئيسي لتطبيق الغاز الطبيعي هو احتراق الوقود الغازي لغرض آليات الدفع المختلفة (محركات السيارات) وأجهزة الغلايات.

الخصائص الأساسية للغازات

جميع الغازات (وليس الوقود فقط) متحدة بمؤشر كثافة صغير نسبيًا. بالنسبة للغاز الطبيعي المدروس ومثيلاته الاصطناعية ، يتم الاحتفاظ بقيمته في حدود 0.8 كجم لكل متر مكعب. كثافة الوقود الغازي المسال أعلى قليلاً وتبلغ حوالي 2.3 كيلوجرام لكل متر مكعب.

الغازات هي في الغالب مواد سامة. تزداد السمية مع زيادة محتوى أكاسيد الكربون ومركبات الكبريت مع الهيدروجين في الغاز. بمحتوى واحد أو أكثر في المائة من الغازات الضارة الموصوفة في الغلاف الجوي ، سوف يستنشق الشخص جرعة قاتلة من مادة سامة في غضون ثلاث دقائق.

الغازات المعنية متفجرة. علاوة على ذلك ، مع زيادة النسبة المئوية لأول أكسيد الكربون والهيدروجين ، يزداد خطر الانفجار. ميزة مثيرة للاهتمام: عندما يكون محتوى هذه المواد أكثر من 74٪ ، فإن احتمال انفجار الغاز يكاد يكون صفراً.

خصائص الوقود الرئيسية

في تحليل مقارن لنوع معين من الوقود ، يعمل الخبراء بالمفاهيم التالية: رطوبة الوقود ، ومحتوى الكبريت ، والرماد (المخلفات) ، والقيمة الحرارية وإخراج الحرارة.

تشير سعة التسخين إلى درجة الحرارة الكافية لعملية الاحتراق مع الحد الأدنى من محتوى الأكسجين. في الوقت نفسه ، لا يتم أيضًا تسخين الهواء أو الخليط القابل للاحتراق.

البقايا الصلبة من حقل الاحتراق تسمى الرماد. لم تعد قادرة على الحرق. الخبث هو نفس الرماد ، فقط بعد الذوبان. يؤثر تكوين هذه المادة سلبًا على تشغيل النظام بأكمله ، ويسد معدات الوقود. لذلك ، من المهم أن يؤخذ هذا المؤشر في الاعتبار أثناء أعمال التصميم.

مؤشر مهم هو الرطوبة. يؤثر سلبًا على خصائص الوقود. يتسبب وجودها في زيادة حجم العادم وانخفاض كفاءة التركيب.

تتسبب نواتج احتراق الكبريت ومركباته في تنشيط عمليات التآكل على الأسطحالأجزاء الفولاذية للمحركات وأنظمة العادم. بالإضافة إلى ذلك ، لها تأثير سلبي على البيئة وصحة الإنسان. لذلك ، يعد هذا المؤشر مهمًا جدًا أيضًا في الاعتبار.

القيمة الحرارية هي خاصية مهمة جدا. يؤخذ في الاعتبار عند حساب المعدات وتصميمها ويسمح لك بتحديد استهلاك الوقود. يتم تحديد هذه القيمة تجريبيا. لهذه الأغراض ، يتم استخدام مسعر خاص. يتم حرق كمية (كتلة) معروفة من الوقود ويتم تسجيل التغير في درجة حرارة الماء في المسعر. ثم يكفي استبدال المعلومات التي تم الحصول عليها في الصيغة وحساب حرارة الاحتراق.

الغاز المصاحب

إذا تم استخراج الغاز الطبيعي من الآبار ، فإن الغاز المصاحب هو منتج ثانوي لإنتاج النفط. محتوى الميثان في هذا الغاز أقل إلى حد ما من الغاز الطبيعي التقليدي. ومع ذلك ، ينتج عن احتراق الوقود الغازي حرارة مماثلة.

غاز المنتج الثانوي (المصاحب) يتم إنتاجه أيضًا بواسطة مصانع التعدين. في هذه المؤسسات ، ينبعث الوقود في الأفران. هذه هي ما يسمى بغازات أفران الكوك وأفران الانفجار. كقاعدة عامة ، يتم حرق هذه الغازات في الموقع (يتم تغذيتها في الفرن أو محطة المرجل). يتم إنتاج منتج ثانوي مماثل في مناجم عميقة ، مما يؤدي غالبًا إلى الكوارث.

إنتاج الغاز بالتقطير الجاف

يتم الحصول على الغاز الاصطناعي من خلال معالجة إضافية للوقود الصلب (السائل). بهذه الطريقة ، يمكن الحصول على ما يسمى بغاز المنتج وغاز التقطير الجاف.

عندما تجفيتحلل وقود التقطير تحت تأثير درجات الحرارة المرتفعة. في هذه الحالة ، من الضروري استبعاد وصول عامل مؤكسد (هواء). بعد سلسلة من الخطوات ، يتحلل الوقود الأصلي إلى غاز خاص به ومركبات القطران وفحم الكوك. يعتمد التركيب الدقيق للمنتجات المتكونة على التكوين الأولي للوقود وظروف العملية (بشكل أساسي على درجة الحرارة).

عملية التقطير ، التي تتم في درجات حرارة عالية (في حدود 1000-1100 درجة مئوية) ، تسمى فحم الكوك. نواتج التحلل في هذه الحالة هي الغاز الفعلي (فحم الكوك) وفحم الكوك. كثافة وحرارة احتراق الغاز الناتج منخفضة نسبيًا (0.5 كجم لكل متر مكعب و 16000 كيلوجول لكل متر مكعب ، على التوالي). يتم تحويل طن واحد من الفحم خلال هذه المعالجة إلى 350 متر مكعب من الغاز. قد يختلف هذا المؤشر ويعتمد على ظروف العملية وعلى التركيب الكيميائي ومنشأ المادة الأولية (الفحم).

هناك أيضًا تقطير جاف بدرجة حرارة منخفضة. يتكون من معالجة الوقود الصلب مع درجات حرارة في حدود 500 درجة مئوية. بهذه الطريقة ، يتم تكوين الحد الأدنى من الغاز (لا يزيد عن 30 مترًا مكعبًا لكل طن من المواد الخام). المنتج الرئيسي في هذه الحالة هو الراتنج ، والذي يستخدم بشكل أكبر في إنتاج زيوت المحركات والوقود.

الحصول على الغاز من خلال تغويز الوقود الصلب

إحدى الطرق الشائعة للحصول على الوقود الغازي هو ما يسمى بالتغويز. يتكون من المعالجة الكيميائية الحرارية للوقود الصلب (التأثير المشترك لدرجات الحرارة المرتفعةوالمعالجة الكيميائية). تتفاعل ذرات الكربون الموجودة في الوقود الصلب وتتفاعل مع الماء والبخار مكونة غازًا (وقود). أثناء عملية التغويز ، يحدث التقطير الجاف أيضًا. مولد الغاز هو جهاز لتغويز الوقود الصلب (الفحم بشكل أساسي). ينتج هذا الجهاز المواد التالية: الميثان والهيدروجين وأول أكسيد الكربون. بالإضافة إلى الغازات الصوتية ، يتم أيضًا إنتاج مواد غير قابلة للاحتراق (ثاني أكسيد الكربون والأكسجين مع النيتروجين وبخار الماء).

تصاميم مولدات الغاز - مجموعة كبيرة ومتنوعة. يعتمد المخطط وقائمة العقد بشكل أساسي على نوع المادة الأولية. بشكل عام ، إنها عبارة عن أسطوانة ذات جدران معدنية. به فتحات للتهوية (سحب الهواء) وخروج الغاز المتولد. يتم إجبار مصدر الهواء باستخدام مراوح قوية. يجب أن يوفر التصميم فتحة للمشغل. يتم تحميل الوقود من خلال السقف. وهكذا ، ظاهريًا ، تشبه هذه الوحدة بشكل مؤلم "موقد كئيب" المعروف. ومع ذلك ، هناك اختلاف واحد - عدم وجود مدخنة.

مولد الغاز هو مجرد أساس التثبيت بأكمله ، النواة ، إذا جاز التعبير. إذا نظرت إلى الرسوم البيانية لمثل هذه المعدات ، يتضح لك أن جميع المكونات والأجهزة الأخرى مصممة لإيصال الغاز إلى الحالة الطبيعية (التنظيف ، والتبريد ، وما إلى ذلك).

مزايا استخدام واستخدام الغاز

يسمح تكوين الوقود الغازي باستخدامه بفعالية كبديل للبنزين التقليدي وزيت الوقود وديزل. نضوب احتياطيات النفط. وفقًا للخبراء ، ستستمر لعدة عقود. هناك الكثير من احتياطيات الغاز. وبالتالي ، فإن الإدخال الفعال لمعدات الغاز واستخدامها في جميع قطاعات الاقتصاد الوطني سوف ، إذا لم يتم حلها ، على الأقل يؤجل المشكلة الحادة المتمثلة في نقص المواد الخام الهيدروكربونية.

الميزة الثانية والمهمة للغاية هي النقاء النسبي لمنتجات احتراق الغاز مقارنة بعوادم محركات البنزين. بمعنى آخر ، الآلات والآليات التي تعمل بالوقود الغازي أكثر صداقة للبيئة ولا تلوث البيئة كثيرًا. في المناطق الحضرية والمدن الكبيرة ، هذه المشكلة حادة بشكل خاص. لذلك ، تسعى السلطات جاهدة لتحويل أسطول النقل العام الحضري بأكمله إلى معايير بيئية جديدة.

الميزة الثالثة هي القدرة على ضبط المحرك للاحتياجات والتفضيلات الشخصية عن طريق تعديل تركيبة الخليط. في المستقبل ، سيسمح لك هذا بعدم دفع أموال إضافية أكثر من اللازم.

الفائدة الرابعة هي زيادة العمر الإنتاجي للمحرك وزيادة الوقت بين التغييرات الكاملة لزيت المحرك. بعد كل شيء الغاز ، على عكس المنتجات البترولية ، لا يزيل الشحوم (الزيت) من أسطح أجزاء الاحتكاك بالآلية (المحرك).

خامسًا - خليط الغاز لديه قدرة تفجير أكبر بكثير مقارنة بالوقود التقليدي. هذا يسمح لك بزيادة قوة محرك السيارة بشكل كبير.

سادسًا - على عكس الوقود الصلب والسائل ، لا يلزم تسخين الوقود الغازي قبل الحقن. إنه أمر إيجابييؤثر على موثوقية النظام بأكمله وجميع مؤشرات الأداء دون استثناء.

الميزة السابعة: مع استخدام حقن الغاز في الأسطوانات يصبح أكثر انتظامًا. وبالتالي ، تزداد نعومة المسار وتشغيل آليات القيادة ، ويقل تآكل الأجزاء المحملة بشكل كبير.

لسوء الحظ ، لا يتم دائمًا تحقيق جميع الفوائد الموصوفة. في أغلب الأحيان ، يقوم مالكو السيارات بتحويل محركات البنزين إلى وقود غاز لتوفير المال على الفرق في تكاليف الوقود. ومع ذلك ، فقد تم تصميم المحرك للبنزين أو الديزل. ومن هنا فإن العمل غير المنسق بشكل جيد لجميع الأجزاء. حسب المهندسون أنه عندما يتم تحويل السيارة من البنزين إلى الغاز ، يفقد المحرك حوالي 20 بالمائة من قوته. للتعويض عن الخسارة ، يقوم العديد من المالكين بزيادة نسبة الضغط لمساحة غرفة الاحتراق. هذا يقلل بشكل كبير من عمر المحرك. إجراء آخر هو تركيب نظام الشحن التوربيني. لكن هذا الحدث يجب أن يستثمر الكثير من المال. يوضح تشغيل المحرك أو بيت الغلاية بالوقود السائل والغازي مؤشرات أداء مختلفة تمامًا. علاوة على ذلك ، فإن الميزة أبعد ما تكون عن جانب الوقود الصلب.