Тверской Городской Форум

Статьи, обзоры и общение

Самый экологический вид топлива

Биотопливо

Она создана для преобразования воздуха в топливо. Водород и углекислый газ и преобразуются в керосин и бензин. Система состоит из трех элементов:

  • Прибор для захвата углекислого газа;
  • блок электролиза;
  • преобразователь захваченных компонентов в топливо.

На данный момент ведутся испытания устройства.

Эвкалипт

Австралийские ученые разработали устройство, преобразующее масло эвкалипта в топливо. Выбор исходного сырья обусловлен его большим количеством на территории страны. Это позволит получить недорогое и экологичное топливо.
Составляющие эвкалиптового масла позволяют создавать реактивное топливо для самолетов. Кроме того, ученые планируют научиться совмещать гены эвкалипта с другими веществами (такими как дрожжи или бактерии). Это позволить генерировать сырье для экологичного топлива.

Человеческие экскременты

Неожиданный, но очень экономичный вид сырья для топлива. Такой проект представили ученые тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории.
После нескольких этапов обработки сырье превращается в маслянистую горючую жидкость, которая даже внешне напоминает нефть. Главный плюс в том, что этот ресурс неисчерпаем.

Водоросли

Ученые обнаружили в составе водоросли Botryococcus braunii компоненты, способные вырабатывать горючее. Это растение присутствует практически на всех континентах, что делает сырье доступным. К тому же оно не боится ни высоких, ни низких температур. Единственный недостаток – малое количество действующего фермента. Поэтому планируется вживление гена Botryococcus braunii другим растениям.

Муравьиная кислота

Экономичный и безвредный вид сырья для топлива. В 2016 году уже был представлен прототип автомобиля, работающего на муравьиной кислоте. Разработка принадлежит голландским ученым. В планах – создание полноразмерной машины, работающей на таком топливе.

В конце 20 века перед человечеством остро встал вопрос поиска новых, альтернативных источников энергии. Причиной тому стали надвигающийся топливный энергический кризис и все возрастающее загрязнение окружающей среды. Необходимо было найти новые источники тепловой энергии, которые могли бы заменить нефть и газ. Наряду с развитием солнечной энергетики появилось и еще одно более перспективное, а, главное, более бюджетное направление – использование биотоплива.

Биотопливо – это топливо, получаемое при обработке биомассы термохимическим либо биологическим путем – с помощью бактерий. В качестве биомассы может использоваться как растительное, так и животное сырье, а также органические остатки производства и отходы жизнедеятельности сельскохозяйственных животных. Наиболее часто используемые источники – это растения и отходы древесины.

Твердое биотопливо

Дрова, как и столетия назад, продолжают использоваться для получения тепловой и электрической энергии. Примером крупнейшей в Европе электростанции, работающей на данной биомассе, является Австрийская ТЭЦ. Ее мощность — 66 МВт.

Не смотря на то, что в мире активно разрабатываются и финансируются проекты по созданию энергетических лесов, где выращивается древесная биомасса, все большее внимание привлекает к себе использование для получения биотоплива различных продуктов деревообрабатывающей промышленности. Такие предприятия уже достаточно хорошо развиты и активно поставляют на рынок свои продукты. К ним относятся топливные брикеты и топливные гранулы – пеллеты.

Для получения топливных брикетов различные биоотходы, такие как птичий помет и навоз, высушиваются и прессуются. Полученные брикеты используются для отопления жилых и производственных помещений.

Аналогично применяются и топливные гранулы – пеллеты. Их вырабатывают из опилок, щепы, коры, некондиционной древесины, соломы, отходов сельского хозяйства (лузги подсолнечника, ореховой скорлупы). Для получения пеллет биомасса сначала измельчается в муку, затем поступает в сушилку, а из нее ─ в специальный пресс, где под действием давления и высокой температуры содержащийся в древесных отходах лигнин становится клейким. Он дает возможность получить на выходе готовые цилиндрики биотоплива. Отличительным качеством топливных гранул является их малая зольность — около 3 %.

Технология получения топливного торфа, используемого для отопления жилых домов, также проста. Непосредственно из места добычи сырье доставляется на торфоперерабатывающий завод, где торф очищается от посторонних включений (просеивается), высушивается и прессуется в брикеты.

Еще один вид биотоплива – древесная щепа – используется в Европе на крупных ТЭЦ мощностью от одного до нескольких мегаватт. Выработка древесной щепы производится непосредственно на лесозаготовках или на производстве при помощи специальных рубительных машин – шредеров. В качестве сырья обычно применяется тонкомерная древесина и остатки лесозаготовки – сучья, кора, пни и др.

Жидкое биотопливо

Жидкое биотопливо становится все популярнее благодаря своей экологичности и безопасности. Основное применение находит в двигателях внутреннего сгорания. Этот вид топлива получают в результате переработки различного растительного сырья.

Различают основные виды жидкого биотоплива:

  1. Биоэтанол
  2. Биобутанол
  3. Биометанол
  4. Биодизель

Биоэтанол

Занимает лидирующую позицию в списке жидких биотоплив. Сфера его применения – обычные авто, также в последние годы он используется как биотопливо для домашних каминов. Биоэтанол в смеси с бензином как топливо обладает целым рядом преимуществ по сравнению с обычным бензином: он улучшает работу двигателя машины, увеличивает его мощность, не перегревает двигатель, не образует сажи, нагара и дыма.

Биоэтанол – отличная альтернатива для любителей каминов. Поскольку он не образует дыма, сажи и выделяет при горении малое количество углекислого газа. Может использоваться для отопления каминов даже в многоквартирных домах. При этом полностью отсутствуют потери тепла, как обычно бывает при эксплуатации обычных каминов с наличием дымоходной трубы.

Производится по технологии спиртового брожения из сырья, содержащего крахмал или сахар: кукуруза, зерновые, сахарный тростник, сахарная свекла. Экономически оправданным является получение этанола из сырья, содержащего целлюлозу.

Биобутанол

Как топливо для двигателей более предпочтителен, чем биоэтанол: он лучше смешивается с бензином, может использоваться и как отдельное топливо. Для его получения используют традиционные культуры: сахарный тростник, кукурузу, пшеницу, сахарную свеклу. Пока менее популярен, чем биоэтанол.

Биометанол

Технология его производства пока несовершенна и требует внедрения еще многих инновационных разработок. Предполагается получать его путем биохимического преобразования морского фитопланктона, культивируемого в специальных водоемах. Но пока не удается наладить производство в промышленных масштабах. Сферы применения биометанола такие же, как и у обычного метанола. Это производство ряда веществ (формальдегида, метилметакрилата, метиламинов, уксусной кислоты и др.), в качестве растворителя и антифриза.

Биодизель

Используется в автомобильных двигателях как отдельно, так и в смеси с привычным дизельным топливом. Кроме отсутствия отрицательного воздействия биодизеля на окружающую среду, многочисленные исследования выделили и еще одно его преимущество.

Газообразное биотопливо

Различают два основных вида газообразного топлива:

Биогаз

Продукт брожения органических отходов, в качестве которых могут использоваться фекальные остатки, сточные воды, бытовые отходы, отходы забойных производств, навоз, помет, а также силос и водоросли. Представляет собой смесь метана и углекислого газа. Еще одним продуктом переработки бытовых отходов при получении биогаза являются органические удобрения. Технология производства связана с преобразованием сложных органических веществ под воздействием бактерий, осуществляющих метановое брожение.

В начале технологического процесса осуществляется гомогенизация массы отходов, затем подготовленное сырье подается с помощью загрузчика в подогреваемый и утепленный реактор, где непосредственно и происходит процесс метанового брожения при температуре примерно 35-38 °С. Масса отходов постоянно перемешивается. Образующийся биогаз поступает в газгольдер (используется для хранения газа), а затем подается на электрогенератор.
Полученный биогаз заменяет обычный природный газ. Можно использовать как биотопливо, либо вырабатывать из него электроэнергию.

Биоводород

Можно получить из биомассы термохимическим, биохимическим либо биотехнологическим путем. Первый способ получения связан с нагреванием отходов древесины до температуры 500—800 °C, в результате чего начинается выделение смеси газов – водорода, моноокиси углерода и метана. В биохимическом способе используются ферменты бактерий Rodobacter speriodes, Enterobacter cloacae, вызывающие продукцию водорода при расщеплении растительных остатков, содержащих целлюлозу и крахмал. Процесс протекает при нормальном давлении и невысокой температуре. Биоводород используется при производстве водородных топливных элементов на транспорте и в энергетике. Широкого применения пока не имеет.

Получение и применение топлива:

Самое востребованное твердое топливо — уголь (каменный, бурый и антрацит). На втором месте — древесина и торф. Уголь применяется на крупных ТЭЦ, в металлургии. Древесина используется для строительства, производства мебели и в качестве топлива для печей, каминов, банных комплексов.

Более 80% используемого в мире жидкого топлива — продукты перегонки нефти.

Основные продукты перегонки нефти — бензин и керосин востребованы в качестве автомобильного и авиационного топлива. ТЭЦ работают на мазуте. При этом приходится решать проблему удаления сернистых соединений из продуктов сгорания. В зависимости от марки исходной нефти в мазуте может содержаться до 4,3% этого элемента. Чем выше процент серы, тем значительней расходы на обслуживание оборудования, тем выше износ.

Газовое топливо получают как из непосредственно газовых месторождений, так и в качестве продукта, сопутствующего нефти. В последнем случае газ содержит больше высших углеводородов при одновременном снижении объема метана. Он лучше сгорает и дает больше теплоты.

Компостные кучи и мусорные свалки становятся источником биогаза. В Японии строят специальные небольшие фабрики, способные от сортированного мусора получать в день до 20 м3 газа. Этого достаточно для выработки 716 кВт тепловой энергии. В Китае по данным Юнеско, открыто не менее 7 млн. фабрик и заводов по получению биогаза из гниющей органики.

В качестве топлива так же используется водород. Его основное преимущество — запасы не привязаны географически к определенным регионам планеты, а при сжигании образуется чистая вода.

Ядерное топливо:

Из элементов, встречающихся в природе, для получения ядерной энергии пригодны два элемента: торий и уран. При делении изотопа урана 235 (не более 1/140 от всего урана, имеющегося на планете) высвобождается энергия в виде теплоты.

В качестве ядерного топлива так же используют изотопы урана 238 и тория 239. Если произойдет деление абсолютно всех ядер, содержащихся в 1 кг чистого урана, можно получить 2107 кВт/ч энергии. Если сравнивать с углем, для получения такого же результата придется сжечь не менее 2,5 тыс. тонн высококачественного антрацита.

Природное ядерное топливо – это изотопы урана 235 и 238. В последнем случае после захвата ядром нейрона материал превращается в изотоп плутония 239.

Вторичное ядерное топливо – это продукт переработки исходного сырья. Не встречается в природе в чистом виде. К данной категории относят изотоп плутония 239 и урана 233.

Ядерное топливо не предназначено для использования в стандартных ТЭЦ. Из него изготавливают капсулы размером в несколько сантиметров и помещают в герметичные тепловыделяющие элементы (ТВЭЛы) на атомных и ядерных станциях. Ядерное топливо еще может применение в двигателях субмарин, кораблей, в особо мощных производственных установках.

Экологически чистые виды топлива:

Повсеместное загрязнение окружающей среды приводит к пониманию, что требуются иные источники энергии помимо традиционных газа, угля и нефти. К тому же объемы природных ископаемых конечны и рано или поздно придется решать, чем отапливать дома и заправлять автомобили.

Полностью безопасных в экологическом плане видов топлива нет. Определенный урон окружающей среде наносится либо при выработке непосредственно топлива, либо при его сжигании в двигателях и печах.

Но есть несколько вариантов экологически чистого топлива, за которыми, возможно, будущее:

– давление сжатого воздуха;

– этанол или этиловый спирт, получаемый от брожения органики;

– специально переработанное растительное масло. Конструкция двигателя аналогична дизельной конструкции. Выхлопы безопасны для окружающей среды;

– водород. При доработке стандартного двигателя внутреннего сгорания можно повышать КПД от применения водорода до 117%. Главный недостаток топлива — летучесть как в жидком, так и в газообразном виде;

К основным преимуществам экологических видов топлива можно отнести их доступность. Спирт или растительное масло можно получать из большей части растений, произрастающих на планете. А водород — один из наиболее распространенных химических элементов.

Топливо для печи:

В качестве топлива для печи могут быть использованы: брикеты, экогранулы, дрова, уголь, газ.

При выборе печи следует внимательно изучить техническую документацию от производителя. В паспорте указываются допустимые виды топлива.

Брикеты:

Для их получения спрессовывают отходы мебельной промышленности, солому, торф, шелуху подсолнечника. В составе нет химических компонентов, вредных для человека.

Брикеты удобно хранить, они долго и ровно горят, давая в 2 раза больше тепла, чем сухие дрова. Зольность — на минимальном уровне (не более 3%).

Типы брикетов:

– RUF или «кирпичики»;

– NESTRO — цилиндры, с полостями и без;

– Pini&Kay или многогранники с 4, 6 или 8 гранями.

Экогранулы – пеллеты:

От брикетов пеллеты отличаются только размерами. Способ изготовления и материал-основа — те же. Сырье измельчается до состояния пыли, потом перемешивается с лигнином и прессуется в гранулы.

Пеллеты горят в котлах и печах, каминах, барбекю. Потребителям предлагаются и специализированные пеллетные котлы с автоматической загрузкой. Они способны работать без внимания оператора и отапливать не только частные, но и многоэтажные дома, и производственные цеха.

Преимущества пеллет:

– при сгорании 1 кг топлива образуется 4500 ккал тепла. Это значительно больше, чем у дров;

– отсутствие в составе вредных примесей, искусственных компонентов;

– не требуются особые условия для хранения;

– не требуется частая загрузка печи или котла. Пламя — ровное.

Недостаток пеллет — высокая цена, обусловленная сложной технологией изготовления.

Дрова:

Актуальность древесины обуславливается доступностью, низкой зольностью (не более 3%) и высокой теплоотдачей.

Объем получаемого тепла определяется породой и влажностью дерева. Если влажность достигает 25-30% с каждого килограмма дров можно получить до 2500 ккал тепла. Если же дерево просушить до 20% влажности, теплоотдача повышается до 3300 ккал/кг.

Уголь:

Уголь — результат прессования, тепловой обработки органики в течение тысяч лет. Чем старше угольный пласт, тем больше в нем углерода. Самым старым считается антрацит. Каменный уголь моложе, а бурый — самый молодой в сравнении с иными породами.

Теплотворная способность и влажность определяются возрастом ископаемого.

В буром угле больше всего воды. И он дает меньше всего тепла, при этом негативно воздействует на окружающую среду. При сгорании происходит частичное спекание угля с образованием больших объемов шлака и золы. Еще один недостаток угля — значительное содержание серы, разрушающей детали из металлов. В качестве самостоятельного топлива бурый уголь используется крайне редко.

Значительная часть отопительных агрегатов для частных домов работает именно на угле (антраците и каменном) из-за его высокой теплоотдачи.

1. Виды топлив, их свойства и горение

По определению Д.И. Менделеева, «топливом называется горючее вещество, умышленно сжигаемое для получения теплоты».

Повышение мировых цен на традиционные источники энергии, политическая и экономическая нестабильность в странах, являющихся основными поставщиками нефти и газа на мировые рынки, заставляют ведущие страны искать другие виды источников энергии.

Эволюция конструкции двигателя внутреннего сгорания должна подчиняться современным требованиям норм охраны окружающей среды. Эти требования касаются как самих двигателей, так и применяемых в них топлив. Развитие топлив идет по следующим направлениям: совершенствование технологии переработки нефти; поиск новых добавок к топливам; применение альтернативных топлив.

Топливо должно отвечать следующим основным требованиям: при сгорании выделять возможно большее количество теплоты, сравнительно легко загораться, быть широко распространенным в природе, доступным для разработки, дешевым при использовании, сохранять свои свойства во время хранения. Очень важно, чтобы в процессе сгорания топлива не выделялись вещества, представляющие опасность для окружающей среды. Этим требованиям наиболее полно отвечают вещества органического происхождения: нефть, природные газы, ископаемые угли, дрова, горючие сланцы, торф (табл. 1).

Таблица 1. Общая классификация топлив

Агрегатное состояние Происхождение топлива
Естественное Искусственное
Жидкое Нефть Бензин, керосин, дизельное топливо, мазут, спирт, бензол, смолы (каменноугольная, торфяная, сланцевая) и др.
Газообразное Природный и нефтепромысловый газ Генераторный, водяной, светильный, коксовый, полукоксовый, доменный, нефтеперерабатывающих заводов и другие газы
Твердое Ископаемые угли, горючие сланцы, торф, дрова Каменноугольные кокс и полукокс, брикетированное и пылевидное топливо, древесный уголь и др.

Топливо состоит из горючей и негорючей частей. Горючая часть топлива представляет собой совокупность различных органических соединений, в которые входят углерод, водород, кислород, азот, сера. Негорючая часть (балласт) состоит из минеральных примесей, включающих золу и влагу.

Углерод С — основная горючая часть топлива, с увеличением его содержания тепловая ценность топлива повышается. Для различных топлив содержание углерода составляет от 50 до 97 %.

Водород Н является второй по значимости горючей составляющей топлива. Содержание водорода в топливе достигает 25 %. Однако при сгорании водорода выделяется в 4 раза больше теплоты, чем при сгорании углерода.

Кислород О, входящий в состав топлива, не горит и не выделяет теплоты, поэтому является внутренним балластом топлива. Его содержание в зависимости от вида топлива колеблется в широких пределах: от 0,5 до 43 %.

Азот N не горит и так же, как кислород, является внутренним балластом топлива. Содержание его в жидком и твердом видах топлива невелико и составляет 0,5…1,5 %.

Сера S, при сгорании которой выделяется определенное количество теплоты, является весьма нежелательной составной частью топлива, так как продукты ее сгорания — сернистый SO2 и серный SО3 ангидриды — вызывают сильную газовую или жидкостную коррозию металлических поверхностей. Содержание серы в твердом топливе достигает 8 %, в нефти — от 0,1 до 4 %.

Зола А представляет собой негорючий твердый компонент, количество которого определяют после полного сгорания топлива. Она является нежелательной и даже вредной примесью, так как в ее присутствии усиливаются абразивные износы, усложняется эксплуатация котельных установок и т.д. Топливо с высоким содержанием золы имеет низкую теплоту сгорания и воспламенения.

Влага W является весьма нежелательной примесью, так как, отбирая часть теплоты на испарение, снижает теплоту и температуру сгорания топлива, усложняет эксплуатацию установок (особенно в зимнее время), способствует коррозии и т.д.

Примеси (золу и влагу) принято подразделять на внешние и внутренние. Первые попадают в топливо из окружающей среды при его добыче, транспортировке или хранении, а вторые входят в его химический состав.

Топливо, которое поступает к потребителю в естественном состоянии и содержит, кроме горючей части, золу и влагу, называется рабочим.

Ученые разных стран представили экологичные виды топлива

Для определения сухой массы топлива его высушивают при температуре 105 °С для удаления влаги.

Состав газообразных топлив весьма разнообразен. Горючая часть его включает водород Н, окись углерода СО, метан СН4 и другие газообразные углеводороды (CnHm) с числом углеводородных атомов до 4 включительно.

Тепловую ценность газообразного топлива представляют метан и более тяжелые углеводороды. Окись углерода при сгорании выделяет незначительное количество тепла. Балластную часть газообразных топлив составляют негорючие газы, такие как азот N, углекислый СО3 и сернистый SО2, кислород О и пары воды Н2O. Теплота сгорания топлива является его основной качественной характеристикой. Для характеристики различных видов топлив служит удельная теплота сгорания — количество теплоты, выделяемое при полном сгорании единицы массы (кДж/кг).

Для газообразных топлив применяется объемная теплота сгорания — количество теплоты, выделяемой при полном сгорании единицы объема (кДж/м3). Газообразное топливо оценивают также по молярной теплоте сгорания, т.е. по количеству теплоты, выделяемой при полном сгорании одного моля газа (кДж/моль).

Теплоту сгорания жидкого и твердого топлива вычисляют по формуле Д.И. Менделеева. Высшее удельное количество теплоты сгорания определяют по формуле

(1)

Низшее (рабочее) удельное количество теплоты сгорания топлива определяют по формуле

(2)

В формулах (1) и (2) содержание химических элементов выражается в процентах.

Низшая, или рабочая, теплота сгорания Qн — это теплота сгорания, получаемая в практических условиях. Вычитаемое 25(9H + W) в формуле (2) представляет собой удельное количество теплоты, которое затрачивается на превращение в пар влаги, выделяющейся при сгорании топлива. Пар уносится с продуктами сгорания в атмосферу (9Н — число массовых частей воды, образующихся при сгорании одной массовой части водорода; Н, W — содержание в топливе соответственно водорода и воды, %).

В выражении (2) принято, что дымовые газы охлаждаются до +20 °С, оставаясь в газо- и парообразном состояниях. Значит, 1 кг пара при выносе в атмосферу будет забирать 2671 – (100 – 20) × 2,0096 = 2512 кДж/кг, где 2671 кДж/кг — количество теплоты, затрачиваемой на испарение 1 кг воды, (100 – 20) — условный перепад температуры паров воды, °С; 2,0096 кДж/(кг · град) — теплоемкость паров воды.

В автотрактротных двигателях продукты сгорания отводят из цилиндров при температурах, значительно более высоких, чем температура конденсации паров воды. Поэтому рабочей теплотой сгорания бензинов и других жидких топлив считают величину Qн. Количество теплоты, выделяемое при сгорании топлива, зависит от химического состава, а следовательно, от содержания в нем углерода и водорода.

Наибольшая массовая теплота сгорания водорода составляет 121 100 кДж/кг, углерода — 34 100 кДж/кг, поэтому парафиновые углеводороды с большим содержанием водорода имеют большую массовую теплоту сгорания по сравнению с ароматическими, содержащими меньше водорода. Объемная же теплота сгорания меньше у парафиновых углеводородов и больше у нафтеновых и ароматических, так как у них выше плотность.

Теплоту сгорания нефтепродуктов (кДж/кг) с достаточной степенью точности можно определить по формуле

(3)

где К — коэффициент, зависящий от плотности нефтепродукта при 20 °С и определяемый по справочной таблице; 20 — относительная плотность нефтепродукта при 20 °С.

Основной характеристикой газообразных топлив является объемная теплота сгорания (кДж/м3), которая определяется делением молярного количества теплоты сгорания на объем 1 киломоля газа. 1 киломоль любого газа при нормальных условиях (0 °С и 760 мм рт. ст.) занимает объем 22,4 м3.

Высшее объемное количество теплоты сгорания газообразного топлива в расчете на сухую массу может быть определено по формуле

(4)

а ее низшее объемное количество —

(5)

Объемное количество теплоты сгорания рабочей массы газообразного топлива, содержащего водяные пары, вычисляют по формулам

(6)

или

(7)

где 0,805 — масса 1 м3 водяного пара, кг; W — содержание влаги в 1 м3 газа, кг.

Теплоту сгорания определяют также опытным путем, сжигая определенное количество топлива в специальных приборах (калориметрах). Теплоту сгорания оценивают по повышению температуры воды в калориметре.

Для сравнения топлив введено понятие «условное топливо». За единицу такого топлива принято топливо, которое при полном сгорании 1 кг или 1 м3 выделяет 29307,6 кДж. Чтобы перевести любое топливо в условное и потом сравнить его с другими, нужно теплоту сгорания данного топлива разделить на теплоту сгорания условного топлива. Полученное число представляет собой калорийный эквивалент данного топлива и показывает, во сколько раз реальное топливо выделяет больше или меньше теплоты по сравнению с условным (табл. 1).

Таблица 1

Теплота сгорания и калорийные эквиваленты различных видов топлива

Вид топлива Теплота сгорания, Дж/кг Калорийный эквивалент
Условное топливо (донецкий каменный уголь) 29 307 1,00
Антрацит 30 230 1,03
Бурый уголь 14 235 0,49
Торф 13 440 0,46
Дрова 12 560 0,43
Нефть 41 867 1,42
Мазут 41 448 1,40
Бензин автомобильный 43 960 1,50
Дизельное топливо 42 500 1,45
Керосин 42 900 1,46

2. Классификация топлив и их краткая характеристика

Жидкое топливо производится преимущественно двумя способами: физическим и химическим. Первый протекает без нарушения структуры углеводородов, второй — с изменением ее. Физический способ, или прямая перегонка нефти, представляет собой процесс разделения ее на отдельные фракции, отличающиеся температурой кипения. Для этого нефть нагревают в нефтеперегонных установках до температуры 300…380 °С, а образовавшиеся пары отбирают и конденсируют по частям в колоннах. В результате перегонки получают топливные дистилляты и остаток, называемый мазутом, который может быть использован для химической переработки или получения смазочных масел. Легкокипящие фракции в паровой фазе достигают верха колонны и вместе с испарившимся оросителем отводятся из колонны в конденсатор — газоотделитель. Более тяжелые топливные фракции отводят из колонны через холодильники и отбирают дистилляты: бензиновый (40…200 °С), керосиновый (140…300 °С), газойлевый (230…330 °С), соляровый (280…380 °С) и в остатке — мазут.

Жидкие топлива подразделяются на:

  • карбюраторные (авиационные и автомобильные);
  • реактивные;
  • топлива для дизелей — дизельные топлива (зимние, летние, арктические), моторное топливо, соляровое масло;
  • котельные (мазут флотский, топочный мазут).

Карбюраторные топлива состоят из низко- и среднекипящих фракций нефти (фракции, выкипающие при температурах 35…200 °С) и легких продуктов вторичной переработки. В качестве топлив для карбюраторных двигателей используются также сжиженные углеводородные газы.

Топлива для авиационных карбюраторных двигателей представляют собой смесь бензиновых фракций каталитического крекинга и риформинга (фракции, выкипающие при температурах 40…180 °С), алкилата и других высокооктановых компонентов с добавкой антидетонационных и антиокислительных присадок. Выпускаются авиационные бензины марок Б-100/130, Б-95/130, Б-91/115 (в числителе — октановое число, в знаменателе — сортность на богатой смеси). Октановое число определяется по моторному методу. Сортность — это тоже октановое число, оно оценивает прирост мощности по сравнению с чистым изооктаном.

Реактивные топлива (авиационные керосины) получают, как правило, прямой перегонкой нефти (фракции, выкипающие при температурах 200…300 °С). Выпускаются топлива для летательных аппаратов с дозвуковой скоростью полета (Т-1, Т-2, ТС-1) и для сверхзвуковых самолетов (Т-6, Т-8).

В реактивном двигателе процесс сгорания топлива происходит иначе, чем в двигателях внутреннего сгорания. В реактивном двигателе топливо подается непрерывно, сгорание происходит в потоке воздуха, двигающегося со скоростью 135 м/с. Поэтому главными факторами для нормальной работы являются скорость и полнота сгорания топлива.

Дизельные топлива, применяемые в двигателях с воспламенением от сжатия, подразделяются на три группы:

  • для быстроходных дизелей (ДЗ, ДЛ, ДС);
  • для автотракторных, судовых дизелей (А, С);
  • для среднеоборотных дизелей (ДТ, ДМ).

Дизельные топлива состоят из средних фракций нефти, перегоняющихся в пределах 180…350 °С, легких газойлей каталитического и термического крекинга и гидрокрекинга.

Что такое биотопливо?

Биотопливо — это топливо, которое производится из растительного либо животного сырья, органических отходов. Виды биотоплива подразделяются на твердое, жидкое и газообразное.

Благодаря развитию технологий, сегодня уже существует много различных типов твердого биологического топлива. Среди них можно отметить продукты на деревянной основе, отходы лесной промышленности:

  • прессованные опилки;
  • щепки;
  • кора деревьев;
  • солома.

А также отходы аграрного производства:

  • подсолнечная лузга;
  • ореховая скорлупа;
  • навоз.

Эти материалы и отходы проходят стадии обработки и прессования, после чего принимают гранулированную форму длинной до 30 мм, диаметром до 10 мм. Гранулы называются пеллетами. Также из стружки и опилок изготавливают брикеты. Переработка опилок в производстве позволяет сохранить гектары леса.

Также такой источник энергии более экологически чистый, в отличие от угля. При сгорании дерева и его отходов не выделяется вредных веществ.

Пеллеты на протяжении последних лет занимают верхние позиции среди видов альтернативного топлива для котлов отопления. Ими хорошо заменять солярку, дрова, уголь, либо использовать для работы специальных генераторов. При их сгорании отсутствует дым, выделяется больше тепла, чем от прочих горючих материалов.

Чаще применяется в автомобильной промышленности. К нему относят спирты, полученные путем переработки растительного сырья (крахмало и сахаросодержащих культур):

  • биоэтанол;
  • биометанол;
  • биобутанол;
  • демитиловый эфир;
  • биодизель.

Остановимся более подробно на биодизеле. Основным источником для его получения является рапс и соя. До недавнего времени в значительных объемах использовалось и пальмовое масло, однако результаты последнего изучения вопроса Европейской комиссией показали, что выбросы парниковых газов из биодизеля, произведенного на пальмовом масле, могут превышать более чем в три раза выбросы в атмосферу, по сравнению с обычным дизтопливом, поэтому с 2021 года его производство в ЕС будет запрещено. Однако это не касается остальных видов сырья.

Также применяют подсолнечное, арахисовоее, кокосовое и льняное масло. Самой эффективной культурой для производства биодизеля считается рапс. Одним из преимуществ биодизеля является возможность смешивания его с обычным дизелем в разных пропорциях. Также он обладает высоким уровнем воспламеняемости.

Этапы производства биодизеля

Заметим, что его применение значительно продлевает срок службы дизельного двигателя, так как биодизель является одновременно и первоклассной смазкой.

Газообразное топливо получают путем брожения органических отходов, либо с помощью термохимических и биохимических реакций. Брожение происходит под воздействием бактерий. Основным видом газообразного биологического топлива является биогаз. К его разновидностям относится биоводород (получается в процессе бутилового либо ацетонобутилового брожения различных растений). Большой плюс, что в быту биогаз, может применяться в тех же отраслях, где используется обычный природный газ.

Из чего делают биотопливо

Растительное сырьё, из которого производится биотопливо, подразделяется на три поколения. К первому относятся такие культуры как кукуруза, сою и рапс.

Кукуруза

Большая часть биотоплива производится путем переработки кукурузы. Этанол, который получают из кукурузы, имеет хорошие устойчивые показатели. В конце производственной цепочки, остается продукт распада – зерновой дистиллят. Им разрешается кормить рогатый скот.

Соя и рапс

Это две аграрные культуры богатые маслами. В частности, их используют для производства биодизеля и топлива для реактивных двигателей. Их переработка не требует тяжелого технологического процесса, поэтому не является дорогостоящим процессом, и в скором времени, может получить статус производства в промышленных масштабах. Получаемое масло часто используют и в пищевой промышленности.

Сахарный тростник

В производстве топлива сахарный тростник имеет неофициальное название «вторая кукуруза». Если в кукурузе на переработку идут семена, то в тростнике главный элемент — стебель. Так как сахарный тростник может расти только в тропическом поясе, есть очевидное региональное ограничение в его производстве.

Ко второму поколению сырья относится древесина и трава, а также непищевые остатки сельскохозяйственных культур. К третьему – водоросли.

Поколения биотоплива

Биотопливо из водорослей

Водоросли — это простые организмы, способные к быстрому росту в загрязненной либо соленой воде. Большим преимуществом водорослей является то, что они содержат в сотни раз больше масла в сравнении с сырьем 1-го поколения. Поэтому исследования в направлении производства топлива из водорослей считаются очень перспективными. В США ведутся разработки по генетической модификации этих растений с целью получения наилучших результатов.

К недостаткам можно отнести чувствительность водорослей к температурным скачкам. Поэтому выращивание водорослей довольно сложный процесс, требующий особого контроля.

>Плюсы и минусы биотоплива

Биотопливо уже успело закрепить за собой статус конкурентоспособного источника энергии.

Тенденции мирового рынка биотоплива

Популярность биотоплива во-первых обусловлена энергетической безопасностью, во-вторых это одно из направлений борьбы против глобального потепления, за счет снижения выбросов в атмосферу.

Биотопливо – альтернатива всем обыденным видам энергетических источников. Все виды транспорта стараются использовать биотопливо, так как это дешевле и чище в процессе сгорания. Высокая потребность на это топливо, способна значительно поменять состояние дел на рынке энергоносителей.

Согласно прогнозам независимого общества энергетики, к 2025 году дефицит нефтепродуктов составит 14%.

По состоянию на 2012 год, выработка биотоплива составила 110 млрд литров. Такие темпы производства, в лучшем случае смогут покрыть только 7% на 2021 год, что является не совсем хорошим показателем.

К сожалению, увеличение производства пока не идет в ногу с увеличением потребности населения и промышленности. Сегодня многие государства мира начинают все больше уделять внимания программа по разработке и производству биотоплива. Согласно прогнозу специалистов в 2020 году производство экологической энергии в мире вырастит до 36%, а к 2040 году она может достичь 48%.

Жидкое топливо

Природное жидкое топливо — сырая нефть. Она представляет собой смесь жидких углеводородов различного состава, в которых могут быть растворены твердые углеводороды. Сырая нефть как жидкое топливо не используется. Для промышленных и водогрейных котельных агрегатов в качестве топлива применяется только отход переработки нефти — мазут.

Мазут состоит из углерода, водорода, кислорода, азота, серы, влаги и небольшого количества минеральных примесей. Мазут по своему составу мало отличается от сырой нефти. Содержание углерода в горючей массе составляет Сг = 85,54/87,8 %, водорода Нг= 10,04/11,7 %; кислорода, и азота Ог + Nr = 0,6/ 1,0 %; серы Srop+K = 0,5/З,5 %. Содержание влаги не превышает 3- 4 %, а минеральных примесей 0,5 %.

Наибольшие трудности при сжигании мазута вызываются содержащимися в его золе оксидами щелочных металлов и ванадия. Несмотря на малое содержание ванадия (не более 0,15 %) наличие его приводит к коррозии металла, если температура превышает 600 °С.

В мазуте имеются механические примеси, содержание которых в соответствии с ГОСТ допускается до 2,5 %. При сжигании мазута необходима его очистка от механических примесей. В зависимости от содержания серы в рабочей массе мазута различают малосернистый мазут при

сернистый при

и высокосернистый при

Мазут принято характеризовать также вязкостью, плотностью, температурой застывания, вспышки и воспламенения. Вязкость мазута измеряют в градусах условной вязкости (°ВУ) или в мм2/с. Под условной вязкостью понимают отношение времени истечения из вискозиметра 200 см3 мазута, нагретого до 50 °С (для вязких мазутов до 80 °С), ко времени истечения такого же количества дистиллированной воды при 20 °С.

Жидкое топливо для промышленных парогенераторов и водогрейных котлов это мазут марок 40 и 100, значительно реже — марки 200. Марка определяется предельной вязкостью, составляющей 8°ВУ (59 мм2/с) для мазута 40 при 80 °С; 15° ВУ (110 мм2/с) для мазута 100 при 80 °С; 9,5° ВУ (70 мм2/с) для мазута 200 при 100 °С).

При понижении температуры мазут застывает и становится нетранспортабельным, превращаясь в твердый продукт. Температурой застывания мазута называют ту температуру, при которой он в условиях опыта густеет настолько, что при наклоне пробирки под углом 45° к горизонту уровень мазута остается неподвижным в течение 1 мин. Наиболее вязкие сорта мазута имеют температуру застывания 25-35 °С.

Воспламеняемость мазута принято характеризовать температурой вспышки и воспламенения, которые также позволяют судить о пожарной опасности мазута.

Температурой вспышки называют такую температуру, при которой пары мазута, нагреваемого в определенных лабораторных условиях, образуют с окружающим воздухом смесь, вспыхивающую при поднесении к ней пламени. Под температурой воспламенения понимают такую температуру, при которой нагреваемый в определенных лабораторных условиях мазут загорается при поднесении к нему пламени и горит не менее установленного времени. Температура воспламенения превышает температуру вспышки на 10-40 °С. Для мазута температура вспышки составляет 80- 100 °С.

Пересчет состава мазута из одной массы в другую производится посредством множителей, приведенных в табл. 2-2. Соотношение между высшей и низшей теплотой сгорания выражается уравнениями (2-6)-(2-8).

Расчет высшей теплоты сгорания мазута по теплоте сгорания, определенной в калориметрической установке (МДж/кг), производится по формуле

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *