Реферат: Паливо в технологічних процесах
Різні елементи, що входять до складу палива, позначаються їх хімічними знаками. Найбільше в паливі вуглецю. Але в різних видах палива вміст вуглецю різний. Найбільше вуглецю в антрациті (95%). Вуглець - це горюча (органічна) частина палива. Крім цього паливо містить мінеральну частину (золу) і вологу (баласт).
2. Теплота спалювання - кількість теплоти в кДж, яку дістають при спалюванні 1 кг (м3 ) палива. Розрізняють питому й об'ємну теплоту спалювання. Порівняльну оцінку різних видів палива здійснюють в одиницях умовного палива. За одиницю умовного палива приймають паливо з теплотворною здатністю 7000 ккал/кг. На 1 т умовного палива потрібно: кам'яного вугілля 1,1т, бурого вугілля 2,1 т, торфу 2,4 т, дров 2,4 т, нафти 0,67 т, природного газу 810 м3 .
3. Енергомісткість - кількість потенційної енергії, що містить одиниця об'єму палива. Вимірюють енергомісткість як об'єм палива, що відповідає 1т умовного палива.
Для кожного виду палива відповідно до стандартів встановлено також інші властивості. Наприклад, для кам'яного вугілля важливими є такі властивості, як коксівність, вихід летких речовин, механічна і термічна міцність.
3. Переробка твердого палива
Тверде паливо переробляють трьома способами, до яких належать наступні.
1. Суха перегонка - нагрівання палива без доступу повітря. При цьому відбувається розклад твердого палива з утворенням штучного твердого палива і летких продуктів (парогазових сумішей). Сухій перегонці піддають кам'яне вугілля (коксування), буре вугілля (напівкоксування), деревину та ін.
Рис. 1. Схема камерної коксової печі
Коксування - процес нагріву кам'яного вугілля без доступу повітря при температурі 1100-1200°С. Для коксування використовують суміш різних сортів вугілля (коксівне і близькі до нього за властивостями) - шихту. Перед використанням вугілля облагороджують: видаляють з нього значну частину мінеральних домішок, подрібнюють, відсіюють дрібняк, сортують, брикетують.
Для коксування вугілля застосовують печі періодичної (камери) і безперервної (шахтні) дії. Коксова піч періодичної дії - це камера (рис. 1), довжина якої 14 м, ширина 0,4 м і висота 4—5 м. Така камера вміщує до 15-28 т шихти. Камери групують в коксові батареї. Шихту завантажують у камери 1 через люки 2. Стінки камери нагріваються ззовні теплом гарячого повітря або повітря і малокалорійного газу. Процес коксування починається біля стінок камери і переміщується до середини.
Процес коксування має декілька стадій і триває 14-17 год. На кожній стадії відбувається розкладання вугілля і виділення летких продуктів. При температурі 1100—1200°С утворюється кокс у вигляді пирога (коксовий пиріг). Його виштовхують із камери спеціальним коксовиштовхувачем 3 і гасять водою або інертними газами. Далі кокс подрібнюють і сортують за розмірами. Леткі продукти (прямий коксовий газ) із печі виводять через газовиводи 4 у газозбірник, а далі - на переробку. Ця суміш містить неконденсовані гази, пару кам'яновугільної смоли, бензольні вуглеводні та воду.
Коксовий газ, що пройшов через конденсаційну і вловлюючу апаратуру хімічного цеху, називають зворотним. Його теплотвірна здатність - до 20000 кДж/м3 , він є цінним паливом. Його також використовують як хімічну сировину. Переробляють і продукти прямого коксового газу (сирий бензол, кам'яновугільну смолу та ін.). Наприклад, кам'яновугільна смола містить більше 300 речовин.
Техніко-економічні показники. Із 1т шихти одержують до 730 кг коксу, 80 кг надсмольної води, 30 кг кам'яновугільної смоли, 10 кг бензольних вуглеводнів, 3 кг аміаку, 140 кг сухого коксового газу.
Кокс - сіра, ледь срібляста, пориста і дуже тверда речовина. Пористість коксу - близько 50%. Теплота спалювання біля 7000 ккал/кг, а його горючої маси до 8000 ккал/кг. Вміст вуглецю в горючій масі коксу понад 90%, вміст сірки близько 1,5-1,9%. Основна галузь використання, коксу - чорна металургія. Крім того, кокс використовують на теплових електростанціях, у ливарному виробництві, для агломерації руд, у хімічній промисловості, кольоровій металургії.
2. Газифікація - процес штучного перетворення твердого палива на горючі гази при його частковому (неповному) спалюванні. При цьому утворюється CO. Окисниками можуть бути повітря, водяна пара або їх суміші. Газифікують вугілля, торф, сланці. Метою газифікації є одержання з малоцінного твердого палива генераторних газів, котрі далі використовують як паливо і сировину для хімічної промисловості.
Ефективність процесу газифікації полягає в тому, що можна переробляти низькоякісне тверде паливо, використання газоподібного палива є вигіднішим і простішим, при його згорянні не утворюється зола.
3. Гідрогенізація - обробка палива воднем при високій температурі (до 500°С) і тиску (70 МПа) із застосуванням каталізаторів. При таких умовах проходить перетворення твердого палива на тверді, газоподібні та рідкі продукти збагачені воднем. Отримують кокс, генераторні гази і бензин.
4. Переробка нафти
Нафту переробляють фізичним (пряма перегонка або дистиляція) і хімічними (крекінг, риформінг) способами.
Пряма перегонка нафти ґрунтується на різниці температур кипіння окремих фракцій вуглеводнів, близьких за фізичними властивостями. Цьому способу переробки піддається практично вся нафта. Перегонку проводять в умовах, при яких не відбувається розкладання вуглеводнів і вихід легких дистилятів невеликий (вихід бензину лише 5-15%). Є перегонка одностадійна і двоступенева.
При перегонці нафта подається через теплообмінник 3 до трубчастої печі 1 (рис. 2), де нагрівається до 300-350°С. Нагріта нафта надходить до випарної частини ректифікаційної колони 2, де відбувається її випаровування. Колона працює під атмосферним тиском. Низькокиплячі фракції перетворюються в пару і піднімаються вгору а висококиплячий мазут стікає до низу колони. Усередині колони встановлено тарілки (перфоровані листи з отворами) для проходження пари і рідини. Пароподібні продукти в ректифікаційній колоні розпадаються на фракції на відповідних тарілках (бензин, лігроїн, гас, соляровий дистилят), мазут стікає вниз. Колона обладнана конденсаторами 4, де зріджується відхідна пара. Частина конденсату йде на зрошення колони, решта спрямовується у збірник 5. Висота колони до 50 м, вона містить до 80 тарілок.
Техніко - економічні показники.
Після переробки отримують 14-15% бензину, 7-8% лігроїну, 18% гасу, 5-6% солярового дистиляту, решта - мазут. Продуктивність сучасних установок становить до 12 млн. т нафти на рік. Отриманий при перегонці бензин містить певну частину ненасичених вуглеводнів і потребує очищення.
Рис. 5. Схема перегонки нафти
Бензин - рідке пальне для карбюраторних двигунів внутрішнього згоряння. Важливою експлуатаційною характеристикою бензину є його детонаційна стійкість, тобто здатність нормального спалювання у двигуні при різних умовах. Детонація - згоряння пального із швидкістю вибуху. Антидетонаційні властивості бензину оцінюють октановим числом, а для авіаційних бензинів іще сортністю. Чим вище октанове число, тим кращі його антидетонаційні властивості.
Октанове число визначають порівнянням детонаційних властивостей бензину і стандартної суміші з ізооктану (його октанове число 100) і н-гептану (октанове число - 0). Процентний вміст ізооктану в суміші, котра детонує при тому самому ступені стискання, що й досліджуваний бензин, є мірою його антидетонаційних властивостей і називається його октановим числом.
Октанове число можна підвищувати, додаючи спеціальні речовини - антидетонатори (тетраетилсвинець в суміші з бромистим етилом і монохлорнафталіном - етилована рідина). Можна додавати високооктанові світлі нафтопродукти - ізооктан, триптан, кумол. Добавки етилованої рідини є шкідливими для навколишнього середовища.