сравнение топлива по теплоте сгорания + таблица теплотворности. Удельная теплота сгорания топлива и горючих материалов

Что такое удельная теплота сгорания?

Удельная теплота сгорания q — это физическая величина равная количеству тепла, выделяющегося при полном сгорания 1 кг топлива.

Формула удельной теплоты сгорания выглядит так:

$$q={Q over m}$$

где:

Q — количество тепла, выделившееся в процессе горения топлива, Дж;

m — масса топлива, кг.

Единицей измерения q в интернациональной системе единиц СИ является Дж/кг.

$$[q]={Дж over кг}$$

Для обозначения больших величин q часто используются внесистемные единицы энергии: килоджоули (кДж), мегаджоули (МДж) и гигаджоули (ГДж).

Значения q для разных веществ определяют экспериментально.

Зная q, можно вычислить количество тепла Q, которое получится в результате сжигания топлива массой m:

$$Q={q * m}$$

Как измеряют удельную теплоту сгорания

Для измерения q используют приборы, которые называются калориметрами (calor – тепло, metreo – измеряю).

Контейнер с порцией топлива сжигается внутри прибора. Контейнер помещен в воду с известной массой. В результате горения выделившееся тепло нагревает воду. Величина массы воды и изменение ее температуры позволяют вычислить теплоту сгорания. Далее q определяется по вышеприведенной формуле.

Где можно найти значения q

Информацию о величинах удельной теплоты сгорания для конкретных видов топлива можно найти в технических справочниках или в их электронных версиях на интернет-ресурсах. Обычно они приводятся в виде такой таблицы:

Удельная теплота сгорания, q

Вещество	МДж/кг	Вещество	МДж/кг
Торф	8,1	Дизельное топливо	42,7
Дрова	10,2	Керосин	44,0
Уголь бурый	15,0	Бензин	48,0
Уголь каменный	29,3	Пропан	47,5
Нефть	41,3	Метан	50,11

Ресурсы разведанных, современных видов топлива ограничены. Поэтому в будущем на смену им придут другие источники энергии:

• атомные, использующие энергию ядерных реакций;
• солнечные, преобразовывающие энергию солнечных лучей в тепло и электричество;
• ветряные;
• геотермальные, использующие тепло природных горячих источников.

Удельная теплота сгорания некоторых видов топлива

Наибольшей энергоёмкостью из твёрдых видов топлива обладает каменный уголь — 27 МДж/кг (антрацит — 28 МДж/кг). Подобные показатели имеет древесный уголь (27 МДж/кг). Намного менее теплотворен бурый уголь — 13 Мдж/кг. Он к тому же содержит обычно много влаги (до 60 %), которая, испаряясь, снижает величину общей теплоты сгорания.

Торф сгорает с теплотой 14-17 Мдж/кг (зависит от его состояния — крошка, прессованый, брикет). Дрова, подсушенные до 20 % влажности, выделяют от 8 до 15 Мдж/кг. При этом количество энергии, получаемой от осины и от берёзы, может разниться практически вдвое. Примерно такие же показатели дают пеллеты из разных материалов — от 14 до 18 Мдж/кг.

Намного меньше, чем твёрдые, различаются величинами удельной теплоты сгорания жидкие виды топлива. Так, удельная теплота сгорания дизельного топлива — 43 МДж/л, бензина — 44 МДж/л, керосина — 43,5 МДж/л, мазута — 40,6 МДж/л.

Удельная теплота сгорания природного газа составляет 33,5 МДж/м³, пропана — 45 МДж/м³. Наиболее энергоёмким топливом из газообразных является газ водород (120 Мдж/м³). Он весьма перспективен для использования в качестве топлива, но на сегодняшний день пока не найдены оптимальные варианты его хранения и транспортировки.

Сравнение энергоемкости различных видов топлива

При сравнении энергетической ценности основных видов твёрдого, жидкого и газообразного топлива можно установить, что одному литру бензина или дизтоплива соответствует 1,3 м³ природного газа, одному килограмму каменного угля — 0,8 м³ газа, одному кг дров — 0,4 м³ газа.

Теплота сгорания топлива — это важнейший показатель эффективности, однако широта распространения его в сферах человеческой деятельности зависит от технических возможностей и экономических показателей использования.

Удельная теплота сгорания твердого топлива (угля, дров, торфа, кокса)

В таблице представлены значения удельной теплоты сгорания сухого твердого топлива в размерности МДж/кг. Топливо в таблице расположено по названию в алфавитном порядке.

Наибольшей теплотворной способностью из рассмотренных твердых видов топлива обладает коксующийся уголь — его удельная теплота сгорания равна 36,3 МДж/кг (или в единицах СИ 36,3·106 Дж/кг). Кроме того высокая теплота сгорания свойственна каменному углю, антрациту, древесному углю и углю бурому.

К топливам с низкой энергоэффективностью можно отнести древесину, дрова, порох, фрезторф, горючие сланцы. Например, удельная теплота сгорания дров составляет 8,4…12,5, а пороха — всего 3,8 МДж/кг.

Удельная теплота сгорания твердого топлива (угля, дров, торфа, кокса)ТопливоУдельная теплота сгорания, МДж/кг

Антрацит	26,8…34,8
Древесные гранулы (пиллеты)	18,5
Дрова сухие	8,4…11
Дрова березовые сухие	12,5
Кокс газовый	26,9
Кокс доменный	30,4
Полукокс	27,3
Порох	3,8
Сланец	4,6…9
Сланцы горючие	5,9…15
Твердое ракетное топливо	4,2…10,5
Торф	16,3
Торф волокнистый	21,8
Торф фрезерный	8,1…10,5
Торфяная крошка	10,8
Уголь бурый	13…25
Уголь бурый (брикеты)	20,2
Уголь бурый (пыль)	25
Уголь донецкий	19,7…24
Уголь древесный	31,5…34,4
Уголь каменный	27
Уголь коксующийся	36,3
Уголь кузнецкий	22,8…25,1
Уголь челябинский	12,8
Уголь экибастузский	16,7
Фрезторф	8,1
Шлак	27,5

Удельная теплота сгорания жидкого топлива (спирта, бензина, керосина, нефти)

Приведена таблица удельной теплоты сгорания жидкого топлива и некоторых других органических жидкостей. Следует отметить, что высоким тепловыделением при сгорании отличаются такие топлива, как: бензин, авиационный керосин, дизельное топливо и нефть.

Удельная теплота сгорания спирта и ацетона существенно ниже традиционных моторных топлив. Кроме того, относительно низким значением теплоты сгорания обладает жидкое ракетное топливо и этиленгликоль — при полном сгорании 1 кг этих углеводородов выделится количество теплоты, равное 9,2 и 13,3 МДж, соответственно.

Удельная теплота сгорания жидкого топлива (спирта, бензина, керосина, нефти)ТопливоУдельная теплота сгорания, МДж/кг

Ацетон	31,4
Бензин А-72 (ГОСТ 2084-67)	44,2
Бензин авиационный Б-70 (ГОСТ 1012-72)	44,1
Бензин АИ-93 (ГОСТ 2084-67)	43,6
Бензол	40,6
Дизельное топливо зимнее (ГОСТ 305-73)	43,6
Дизельное топливо летнее (ГОСТ 305-73)	43,4
Жидкое ракетное топливо (керосин + жидкий кислород)	9,2
Керосин авиационный	42,9
Керосин осветительный (ГОСТ 4753-68)	43,7
Ксилол	43,2
Мазут высокосернистый	39
Мазут малосернистый	40,5
Мазут низкосернистый	41,7
Мазут сернистый	39,6
Метиловый спирт (метанол)	21,1
н-Бутиловый спирт	36,8
Нефть	43,5…46
Нефть метановая	21,5
Толуол	40,9
Уайт-спирит (ГОСТ 313452)	44
Этиленгликоль	13,3
Этиловый спирт (этанол)	30,6

Удельная теплота сгорания газообразного топлива и горючих газов

Представлена таблица удельной теплоты сгорания газообразного топлива и некоторых других горючих газов в размерности МДж/кг. Из рассмотренных газов наибольшей массовой удельной теплотой сгорания отличается водород. При полном сгорании одного килограмма этого газа выделится 119,83 МДж тепла. Также высокой теплотворной способностью обладает такое топливо, как природный газ — удельная теплота сгорания природного газа равна 41…49 МДж/кг (у чистого метана 50 МДж/кг).

Удельная теплота сгорания газообразного топлива и горючих газов (водород, природный газ, метан)ТопливоУдельная теплота сгорания, МДж/кг

1-Бутен	45,3
Аммиак	18,6
Ацетилен	48,3
Водород	119,83
Водород, смесь с метаном (50% h3 и 50% Ch5 по массе)	85
Водород, смесь с метаном и оксидом углерода (33-33-33% по массе)	60
Водород, смесь с оксидом углерода (50% h3 50% CO2 по массе)	65
Газ доменных печей	3
Газ коксовых печей	38,5
Газ сжиженный углеводородный СУГ (пропан-бутан)	43,8
Изобутан	45,6
Метан	50
н-Бутан	45,7
н-Гексан	45,1
н-Пентан	45,4
Попутный газ	40,6…43
Природный газ	41…49
Пропадиен	46,3
Пропан	46,3
Пропилен	45,8
Пропилен, смесь с водородом и окисью углерода (90%-9%-1% по массе)	52
Этан	47,5
Этилен	47,2

Удельная теплота сгорания некоторых горючих материалов

Приведена таблица удельной теплоты сгорания некоторых горючих материалов (стройматериалы, древесина, бумага, пластик, солома, резина и т. д.). Следует отметить материалы с высоким тепловыделением при сгорании. К таким материалам можно отнести: каучук различных типов, пенополистирол (пенопласт), полипропилен и полиэтилен.

Удельная теплота сгорания некоторых горючих материаловТопливоУдельная теплота сгорания, МДж/кг

Бумага	17,6
Дерматин	21,5
Древесина (бруски влажностью 14 %)	13,8
Древесина в штабелях	16,6
Древесина дубовая	19,9
Древесина еловая	20,3
Древесина зеленая	6,3
Древесина сосновая	20,9
Капрон	31,1
Карболитовые изделия	26,9
Картон	16,5
Каучук бутадиенстирольный СКС-30АР	43,9
Каучук натуральный	44,8
Каучук синтетический	40,2
Каучук СКС	43,9
Каучук хлоропреновый	28
Линолеум поливинилхлоридный	14,3
Линолеум поливинилхлоридный двухслойный	17,9
Линолеум поливинилхлоридный на войлочной основе	16,6
Линолеум поливинилхлоридный на теплой основе	17,6
Линолеум поливинилхлоридный на тканевой основе	20,3
Линолеум резиновый (релин)	27,2
Парафин твердый	11,2
Пенопласт ПХВ-1	19,5
Пенопласт ФС-7	24,4
Пенопласт ФФ	31,4
Пенополистирол ПСБ-С	41,6
Пенополиуретан	24,3
Плита древесноволокнистая	20,9
Поливинилхлорид (ПВХ)	20,7
Поликарбонат	31
Полипропилен	45,7
Полистирол	39
Полиэтилен высокого давления	47
Полиэтилен низкого давления	46,7
Резина	33,5
Рубероид	29,5
Сажа канальная	28,3
Сено	16,7
Солома	17
Стекло органическое (оргстекло)	27,7
Текстолит	20,9
Толь	16
Тротил	15
Хлопок	17,5
Целлюлоза	16,4
Шерсть и шерстяные волокна	23,1

Теплотворность твердых материалов

К этой категории относится древесина, торф, кокс, горючие сланцы, брикетное и пылевидное топливо. Основная составная часть твердого топлива — углерод.

Особенности разных пород дерева

Максимальная эффективность от использования дров достигается при условии соблюдения двух условий — сухости древесины и медленном процессе горения.

Куски дерева распиливают или рубят на отрезки длиной до 25-30 см, чтобы дрова удобно загружались в топку

Идеальными для дровяного печного отопления считаются дубовые, березовые, ясеневые бруски. Хорошими показателями характеризуется боярышник, лещина. А вот у хвойных пород теплотворность низкая, но высокая скорость горения.

Как горят разные породы:

1. Бук, березу, ясень, лещину сложно растопить, но они способны гореть сырыми из-за низкого содержания влажности.
2. Ольха с осиной не образуют сажи и «умеют» удалять ее из дымохода.
3. Береза требует достаточного количества воздуха в топке, иначе будет дымить и оседать смолой на стенках трубы.
4. Сосна содержит больше смолы, чем ель, поэтому искрит и горит жарче.
5. Груша и яблоня легче других раскалывается и отлично горит.
6. Кедр постепенно превращается в тлеющий уголь.
7. Вишня и вяз дымит, а платан сложно расколоть.
8. Липа с тополем быстро прогорают.

Показатели ТСТ разных пород сильно зависят от плотности конкретных пород. 1 кубометр дров эквивалентен примерно 200 литрам жидкого топлива и 200 м3 природного газа. Древесина и дрова относятся к категории с низкой энергоэффективностью.

Влияние возраста на свойства угля

Уголь является природным материалом растительного происхождения. Добывается он из осадочных пород. В этом топливе содержится углерод и другие химические элементы.

Кроме типа на теплоту сгорания угля оказывает влияние и возраст материала. Бурый относится к молодой категории, за ним следует каменный, а самым старшим считается антрацит.

По возрасту горючего определяется и влажность: чем моложе уголь, тем больше в нем содержание влаги. Которая также влияет на свойства этого типа топлива

Процесс горения угля сопровождается выделением веществ, загрязняющих окружающую среду, колосники котла при этом покрываются шлаком. Еще один неблагоприятный фактор для атмосферы — наличие серы в составе топлива. Этот элемент при соприкосновении с воздухом трансформируется в серную кислоту.

Производителям удается максимально снизить содержание серы в угле. В результате ТСТ отличается даже в пределах одного вида. Влияет на показатели и география добычи. Как твердое топливо может использоваться не только чистый уголь, но и брикетированный шлак.

Наибольшая топливная способность наблюдается у коксующегося угля. Хорошими характеристиками обладает и каменный, древесный, бурый уголь, антрацит.

Характеристики пеллет и брикетов

Это твердое топливо изготавливается промышленным способом из различного древесного и растительного мусора.

Измельченная стружка, кора, картон, солома пересушивается и с помощью специального оборудования превращается в гранулы. Чтобы масса приобрела определенную степень вязкости, в нее добавляют полимер — лигнин.

Пеллеты отличаются приемлемой стоимостью, на которую влияют высокий спрос и особенности процесса изготовления. Использоваться этот материал может только в предназначенных для такого вида топлива котлах

Брикеты отличаются только формой, их можно загружать в печи, котлы. Оба типа горючего делятся на виды по сырью: из кругляка, торфа, подсолнечника, соломы.

У пеллет и брикетов есть существенные преимущества перед прочими разновидностями топлива:

• полная экологичность;
• возможность хранения практически в любых условиях;
• устойчивость к механическим воздействиям и грибку;
• равномерное и длительное горение;
• оптимальный размер гранул для загрузки в отопительное устройство.

Экологичное топливо — хорошая альтернатива традиционным источникам тепла, которые не возобновляются и неблагоприятно действуют на окружающую среду. Но пеллеты и брикеты отличаются повышенной пожароопасностью, что стоит учитывать при организации места хранения.

При желании, можно наладить изготовление топливных брикетов собственноручно, подробнее – в этой статье.

Выводы и полезное видео по теме

О теплотворности разных пород дерева. Сравнение показателей в расчете на м3 и кг.

ТСТ — важнейшая тепловая и эксплуатационная характеристика горючего. Этот показатель используется в различных сферах человеческой деятельности: тепловых двигателях, электростанциях, промышленности, при обогреве жилья и приготовлении пищи.

Значения теплотворности помогают сравнить различные виды топлива по степени выделяемой энергии, рассчитать необходимую массу горючего, сэкономить на расходах.

Источники

• https://obrazovaka.ru/fizika/udelnaya-teplota-sgoraniya-formula.html
• https://dostavka-toplivo-spb.ru/poleznye-stati/207-teplota-sgoraniya-topliva
• http://thermalinfo.ru/eto-interesno/udelnaya-teplota-sgoraniya-topliva-i-goryuchih-materialov
• https://sovet-ingenera.com/otoplenie/o-drugoe/teplotvornost-razlichnyx-vidov-topliva.html

разновидности, марки, характеристика каменного и древесного топлива, принцип изготовления

Каждая разновидность современного топлива, в том числе и уголь, отличается тем, что в процессе горения выделяет определённое количество тепловой энергии. Используемое сырье должно характеризоваться высоким уровнем КПД и полной безопасностью для здоровья человека и окружающей среды. Теплота сгорания угля является важным показателем, благодаря которому можно избежать множества ошибок в сфере производительности котла и качества его функционирования.

Теплота сгорания угля – важный показатель

Разновидности угля и их характеристики

Экономичность и эффективность эксплуатации твердотопливного котла напрямую зависит от вида используемого топлива. Кроме отходов из древесины, в качестве основного энергоносителя часто используется уголь разных видов. Именно поэтому те, кто использует его в качестве основного топлива, должны знать его удельную теплоту сгорания.

Прежде всего, уголь различают по происхождению. В его состав входят различные остатки древних растений и битумных масс, которые подверглись специфическим изменениям во время погружения под землю. Превращение всех этих веществ в эффективное топливо происходило при высоких температурах и в условиях нехватки кислорода. Специалисты отмечают, что к ископаемым видам топлива относятся каменные и бурые угли, а также антрацит.

В этом видео вы узнаете процесс горения бурого угля:

Природный каменный материал

Этот вид топлива возник гораздо раньше, нежели бурый уголь. Большие пласты материала расположены под землёй на глубине 3 километра. В его составе содержится до 97% чистого углерода, а вот количество летучих примесей находится в пределах 35%. Что касается влажности, то в каменном угле её не больше чем 15%. А это положительно влияет на теплоэффективность ископаемого.

В идеальных условиях удельная теплота сгорания каменного угля находится в пределах 2100°C. Но в обычной отопительной печи такой материал сжигается максимум при 1000°C.

Уровень теплоотдачи варьируется в пределах 7 тыс. ккал/кг. Стоит отметить, что этот вид топлива плохо поддаётся разжиганию, так как для этих целей нужно нагреть печь до 400°C.

Этот материал не подойдет для разжигания

Как показывает практика, именно каменный уголь чаще всего используется обычными гражданами для обогрева домов, дач и зданий иного назначения.

Универсальный бурый вид

Среди всех существующих ископаемых углей именно этот вид считается самым молодым. Своё название топливо получило благодаря специфическому бурому цвету. Среди основных его характеристик можно отметить то, что в нём содержится много летучих примесей и влаги — более 40%. Но несмотря на это, количество чистого углерода может достигать отметки 75%. Так как в буром угле содержится много влаги, у него низкая температура горения и небольшой процент теплоотдачи. Воспламеняться топливо начинает при 260 градусах, а вот температура горения может достигать 2000°C. Что касается теплоты сгорания, этот показатель составляет 3600 ккал/кг.

Конечно, как основной энергоноситель бурый уголь существенно уступает обычным дровам, из-за чего его редко используют для твердотопливных котлов и печей, которые расположены в частных домах.

В таком материале содержится много влаги

Но большой популярностью пользуется брикетированная форма этого ископаемого, которая прошла специальную подготовку на крупном производстве. В искусственных условиях производители снижают его влажность, благодаря чему существенно возрастает энергоэффективность. Стоит отметить, что теплоотдача брикетированного бурого угля составляет целых 5 тыс. ккал/кг.

Это одно из самых древних полезных ископаемых, в составе которого практически нет летучих примесей и влаги. А вот количество углерода превышает отметку 95%. Исследования показали, что удельная теплота сгорания угля находится в пределах от 8500 до 9 тыс. ккал/кг — это самый высокий показатель среди всех существующих углей. В идеальных условиях такое топливо сгорает при температуре 2250°C, а вот воспламеняется при 600°C. Стоит отметить, что этот показатель характерен для самых низкокалорийных видов. Чтобы разжечь антрацит, нужно использовать сухие дрова, так как необходимо создать определённый нагрев котла или же печи.

Этот ископаемый материал относится к промышленной категории топлива. Использовать его в обычном котле или печи очень дорого и невыгодно. Несмотря на то, что антрацит выгодно отличается от своих собратьев малодымностью и низкой зольностью.

К тому же такой материал дорогой

Изготовление и применение древесного топлива

Этот материал относится к отдельной категории, так как его не добывают, а изготавливают в специальных печах. Заранее подготовленную древесину мастера обжигают в больших камерах сгорания, что позволяет изменить структуру топлива и удалить из него всю лишнюю влагу. Основная технология изготовления эффективного теплоносителя известна ещё с далёких времён. В старину люди обжигали древесные заготовки в специальных глубоких ямах, перекрыв доступ кислороду. Современные технологии шагнули далеко вперёд, благодаря чему в распоряжение мастеров поступили многофункциональные углевыжигающие печи.

При условии, что готовые угли хранятся в подходящих условиях, уровень их влажности не превышает отметки 16%. Воспламенение топлива наблюдается при нагреве до 200˚С. Удельная теплота находиться на довольно высоком уровне — 7400 ккал/кг. Специалисты отмечают тот факт, что температура горения такого угля во многом зависит от условий сжигания и породы древесины. К примеру, топливо на берёзовой основе отлично подходит для разогрева специального кузнечного горна, а также для ковки металла.

Если воздух подаётся достаточно интенсивно, то гореть уголь будет при температуре 1250˚С. Что касается обычных печек и котлов, этот показатель будет находиться в пределах 900˚С. А вот в мангале древесный уголь отлично горит при температуре 700˚С.

Такой вид топлива отличается экономичностью, так как конечному потребителю понадобится гораздо меньше пережжённой древесины, нежели обычных дров.

Кроме высокой теплоотдачи, такой материал отличается низкой зольностью. Многочисленные положительные характеристики и доступная цена повлияли на то, что древесный уголь активно используется для жарки ароматного мяса на мангале, каминного отепления, а также для приготовления вкуснейших блюд в печах.

Особенности углевыжигательных печей

Те устройства, которые обогревают помещение за счёт угля, имеют свои функциональные и конструктивные отличия. Несмотря на высокую популярность древесного угля, далеко не все знают, что этот материал не относится к категории полезных ископаемых, а был придуман человеком. Температура горения этого топлива составляет 900°C, благодаря чему выделяется достаточное количество тепла.

Изготовление древесного угля основано на специфической обработке древесины, благодаря чему меняется её структура и уходит лишняя влага. Для реализации таких идей используются специальные печи, принцип действия которых основан на пиролизе.

Состоят такие агрегаты из четырёх основных элементов:

1. Дымохода.
2. Вместительной камеры сгорания.
3. Специального отсека для вторичной переработки.
4. Укреплённого основания.

Производственный процесс

Когда дрова загружены в специальную камеру, тогда начинается постепенное тление дров. Этот процесс происходит благодаря наличию в топке большого количества газообразного кислорода, который непрерывно поддерживает горение. Во время этой процедуры выделяется достаточное количество тепла, а вся избыточная жидкость превращается в пар.

Весь образуемый дым поступает в отсек для вторичной переработки, где он полностью сгорает и выделяет тепло. Столь универсальная углевыжигательная печь может выполнять несколько задач одновременно. Так, с её помощью изготавливается качественный древесный уголь, а в самом помещении поддерживается комфортная для человека температура.

Специалисты утверждают, что процесс изготовления такого топлива является очень деликатным, так как малейшая невнимательность может привести к полному сгоранию дров. Работник должен своевременно извлекать из печи уже обуглившиеся заготовки.

Правила сжигания

Когда потребитель знакомится с температурой горения того или иного угля, ему нужно учитывать, что производители указывают только те цифры, которые являются актуальными для идеальных условий. Конечно, в обычном бытовом котле или печи воссоздать необходимые параметры просто невозможно. Современные теплогенераторы из металла или кирпича просто не рассчитаны на столь высокие температуры, так как основной теплоноситель в системе может быстро закипеть. Именно поэтому параметры сгорания того или иного топлива определяются режимом его сжигания.

Иными словами, все зависит от интенсивности подачи воздуха. Как ископаемый, так и древесный уголь хорошо нагревает помещение, если уровень поступления кислорода достигает 100%. Чтобы ограничить воздушный поток, можно использовать специальную заслонку/задвижку. Такой подход позволяет создать наиболее благоприятные условия сгорания заправленного топлива (до 950˚С).

Если уголь используется в твердотопливном котле, тогда нельзя допустить вскипание теплоносителя. Основная опасность связана с тем, что предохранительный клапан может просто не сработать, а это чревато большим взрывом. К тому же смесь воды и горячего пара плохо воздействует на функциональные способности циркуляционного насоса. Специалистами были разработаны два наиболее эффективных способа, которые позволяют контролировать процесс горения:

1. Дроблённое или порошковое топливо должно поступать в котёл исключительно в дозированном объёме (действует та же схема, что и в пиллетных устройствах).
2. Основной энергоноситель загружается в топку, после чего регулируется интенсивность подачи воздуха.

Преимущества и недостатки

У ископаемого угля, который используется в качестве основного вида топлива, есть свои преимущества и недостатки. Каждый пункт обязательно должен быть рассмотрен теми потребителями, которые применяют этот материал для отопления своих домов и дач.

Среди положительных характеристик можно отметить следующие факты:

1. При сгорании уголь выделяет много полезного тепла.
2. Такое топливо может использоваться в современных котлах, которые работают по принципу «буржуйка», а также в универсальном оборудовании с системой водяного отопления.
3. У потребителя всегда есть возможность выбрать наиболее подходящий материал — каменный, бурый или же древесный уголь.
4. Такое топливо горит намного дольше, нежели обычные дрова. Как показывает практика, одной закладки вполне хватает на 12 часов активной эксплуатации котла.
5. Доступная цена. Купить качественный уголь без лишних финансовых затрат можно в любом регионе России.
6. Простота хранения. Добываемый каменный уголь практически не впитывает влагу, благодаря чему его можно хранить как под открытым небом, так и под небольшим навесом.

Негативные стороны природного угля не стоит оставлять без внимания, так как они тоже влияют на качество работы отопительной системы.

Основными недостатками считаются следующие показатели:

1. Загрязнение окружающей среды и неприятный запах. Во время сжигания ископаемых материалов, в атмосферу выделяется большое количество СО2. Помимо этого, дымовые газы имеют весьма резкий и неприятный запах, что может приносить массу дискомфорта обычным гражданам.
2. Отсутствие автоматизации. У мастера не будет возможности настроить работу котла на определённый временной промежуток, к тому же загружать уголь придётся вручную. Для обычного устройства необходимо минимум 3 заправки топливным материалом в день.
3. Регулярная очистка внутренних поверхностей и удаление скопившейся золы. Убирать все остатки угля необходимо ежедневно, во время этой процедуры котёл должен быть остановлен.

Все эти недостатки не являются критическими, благодаря чему ископаемый и древесный уголь активно используется не только в частной отрасли, но и промышленной. Такая популярность возникла на фоне доступной цены и отменных тепловых характеристик.

Теплотворная способность (теплотворность) природного газа: высокая и низкая, разница

Ежедневно включая горелку на кухонной плите, мало кто задумывается о том, насколько давно начали добывать газ. В нашей стране его разработка была начата в двадцатом веке. Перед этим же его просто находили при добывании нефтепродуктов. Теплотворная способность природного газа настолько велика, что сегодня это сырьё просто незаменимо, а его качественные аналоги ещё не разработаны.

Таблица теплотворности поможет подобрать топливо для отопления дома

Особенность горючего ископаемого

Природный газ — это важное горючее ископаемое, которое занимает ведущие позиции в топливно-энергетических балансах многих государств. В целях снабжения топливом города и всевозможных технических предприятий потребляют различный горючий газ, поскольку природный считается опасным.

Экологи считают, что газ — это чистейшее топливо, при сгорании он выпускает намного меньше ядовитых веществ, чем дрова, уголь, нефть. Это топливо ежедневно используется людьми и содержит в себе такую добавку, как одорант, её добавление происходит на оборудованных установках в соотношении 16 миллиграмм на 1 тысячу кубометров газа.

Важной составляющей вещества является метан (примерно 88-96%), остальное — это прочие химические вещества:

• бутан;
• сероводород;
• пропан;
• азот;
• кислород.

В данном видео рассмотрим роль угля:

Количество метана в природном топливе напрямую зависит от его месторождения.

Описываемый вид топлива состоит из углеводородных и неуглеводородных компонентов. Природное горючее ископаемое — это прежде всего метан, включающий в себя бутан и пропан. Не считая углеводородные составляющие, в описываемом горючем ископаемом присутствуют азот, сера, гелий и аргон. А также встречаются жидкие пары, но лишь в газонефтяных месторождениях.

Виды залежей

Отмечается наличие несколько разновидностей залежей газа. Они подразделяются на такие виды:

• газовые;
• нефтяные.

Их отличительной чертой является содержание углеводорода. В газовых залежах содержится примерно 85-90% представленного вещества, в нефтяных месторождениях содержится не больше 50%. Остальные проценты занимают такие вещества, как бутан, пропан и нефть.

Огромным недостатком нефтяного зарождения считается его промывка от разного рода добавок. Сера в качестве примеси эксплуатируется на технических предприятиях.

Потребление природного газа

Бутан потребляется в качестве топлива на заправках для машин, а органическое вещество, именуемое «пропан», применяют для заправки зажигалок. Ацетилен является высокогорючим веществом и используется при сварке и при резке металла.

Горючее ископаемое применяется в быту:

Такого рода топливо считается самым бюджетным и невредным, единственным минусом является выброс углекислого газа при сжигании в атмосферу. Ученые всей планеты ищут замену тепловой энергии.

Теплотворная способность

Теплотворной способностью природного газа именуется величина тепла, образующаяся при достаточном выгорании единицы величины топлива. Количество теплоты, выделяемое при сгорании, относят к одному кубическому метру, взятому в естественных условиях.

Тепловая способность природного газа измеряется в следующих показателях:

• ккал/нм³;
• ккал/м³.

Существует высокая и низкая теплотворная способность:

1. Высокая. Рассматривает теплоту водяных паров, возникающих при сжигании топлива.
2. Низкая. Не учитывает тепло, содержащееся в водных парах, так как такие пары не поддаются конденсации, а уходят с продуктами горения. Ввиду скопления водяных паров образует количество тепла, равное 540 ккал/кг. К тому же при остывании конденсата выходит тепло от 80 до ста ккал/кг. В общем, за счет скопления водяных паров образуется больше 600 ккал/кг, это и является отличительной чертой между высокой и низкой теплопроизводительностью.

Для подавляющего большинства газов, потребляемых в городской системе распределения топлива, разность приравнивается к 10%. Для того чтобы обеспечить города газом, его теплотворность должна быть больше 3500 ккал/нм³. Объясняется это тем, что подача осуществляется по трубопроводу на большие расстояния. Если теплотворность мала, то его подача увеличивается.

Если теплотворность природного газа меньше 3500 ккал/нм^3, его чаще применяют в промышленности. Его не нужно переправлять на длинные отрезки пути, и осуществить горение становится намного легче. Серьезные изменения теплотворной способности газа нуждаются в частой регулировке, а порой и замене большого количества стандартизированных горелок бытовых датчиков, что приводит к трудностям.

Такая ситуация приводит к увеличению диаметров газопровода, а также увеличиваются затраты на металл, прокладывание сетей и эксплуатацию. Большим недостатком низкокалорийных горючих ископаемых является огромное содержание угарного газа, в связи с этим увеличивается уровень угрозы при эксплуатации топлива и при техобслуживании трубопровода, в свою очередь, как и оборудования.

Выделяющееся тепло при горении, не превышающее 3500 ккал/нм³, чаще всего применяют в промышленном производстве, где не приходится перебрасывать его на большую протяженность и без труда образовывать сгорание.

Теплотворная способность топлива — Студопедия

Любое топливо представляет собой смесь сложных органических соединений, поэтому для расчета теплотворной способности невозможно применять термодинамические методы расчета, в частности первое следствие закона Гесса. Для этого требуется знание точного состава топлива. Поэтому используется другой подход, основанный на знании элементного состава. Автором расчетной формулы является Д.И.Менделеев.

Д.И.Менделеев вывел формулу на основании изучения теплоты сгорания различных видов твердого топлива. В формулу входит т.н. рабочее содержание компонентов, то есть содержание компонентов в массе топлива с водой и минеральными веществами. Рабочее содержание обозначается с помощью верхнего индекса «р».

Существует два вида теплоты сгорания – высшая и низшая. Низшая теплота характеризует теплоту, выделяющуюся при сгорании топлива с выделением воды в газообразном состоянии, а высшая – с выделение воды в жидком состоянии. Высшая теплота больше низшей на величину энергии испарения воды, содержащейся в топливе, а также воды, образующейся при его сгорании.

Для расчета низшей теплоты сгорания используется формула:

Q_н^р = 339C^р + 1025Н^р – 109 (O^p – S^p) -25W^p, кДж/кг,      

Где W^p – содержание влаги.

Формула применяется в основном для твердого и жидкого топлива, но дает достаточную точность и для расчета теплоты сгорания и газообразного топлива.

Для примера, низшая теплота сгорания древесины и торфа равна примерно 10,5мДж/кг, бурых углей 6-17, каменных углей 17-28, антрацита 25-27, нефти 42-44, мазута 42, а природного газа 60мДж/кг.

Формула Менделеева, хоть и была создана очень давно, широко применяется по настоящее время.

Для расчета высшей теплоты сгорания из низшей применяется формула:

                   Q_в^р = Q_н^р + 25,14(9Н

р + W^p)                             

Твердое топливо

Торф является продуктом отмирания и неполного распада остатков болотных растений под воздействием грибков и бактерий в условиях избыточного увлажнения и недостаточного доступа воздуха. Торфяные болота образуются в условиях влажного климата при плоском рельефе местности и плохом стоке воды. При образовании торфа из органической массы растений выделяются СО₂, Н₂О и СН₄. В результате сложных биохимических процессов образуются сложные темноокрашенные гуминовые кислоты, содержащие ароматические соединения и такие функциональные группы, как –СООН (кислотные), –ОН (спиртовые), –С=О (карбонильные), –ОСН₃ (метоксильные). Суммарное содержание гуминовых кислот может достигать 40 – 50%.

В процессе торфообразования увеличивается содержание углерода в топливе за счет снижения содержания кислорода. В зависимости от степени разложения растений соотношение углерода и кислорода в торфе может колебаться в значительных пределах (см. табл. 5). В среднем содержание углерода составляет 58-60%, водорода 6%, кислорода 6%, а серы 0,2 – 0,3%. Сильно меняется и зольность. Для низинных залежей, связанных с грунтовыми водами, зольность может достигать 6 – 18%. Для верховых залежей, снабжаемых атмосферной водой, зольность меньше, и находится в пределах 2 – 4%. В среднем зольность торфа составляет 11%.

Размер площади, занимаемой торфяными месторождениями и болотами, в мире составляет около 350 млн. га, из которых промышленное значение имеет около 100 млн. га. На территории Западной Европы расположено около 50 млн. га, Азии – свыше 100 млн. га, Северной Америки – свыше 18 млн. га. Мировые ресурсы торфа оцениваются величиной более 300 млрд. тонн.

Торф в качестве топлива применяется достаточно давно. В России промышленную добычу торфа начали в 18 веке. Он широко применялся в текстильной промышленности, а позднее и на тепловых электростанциях. В настоящее время торф применяют в котельных установках для коммунально-бытовых нужд, а также для производства торфяных брикетов. Сейчас торф не имеет такого большого промышленного значения, как газообразное или жидкое топливо.

Ископаемые угли, как и торф, имеют растительное происхождение. Они делятся на сапропелевые и гумусовые. Сапропелевые угли в основном образовались из планктона (простейших водорослей) в результате длительного биохимического процесса, называемого углефикацией. Сапропелевые угли отличаются большим содержанием водорода (до 9%) и высоким выходом летучих веществ. Они легко загораются и горят ярким коптящим пламенем.

Гумусовые угли образовались из остатков высших растений — деревьев и гигантских папоротников, произраставших миллионы лет тому назад. В наиболее молодых углях – бурых иногда отчетливо просматривается древесная структура.

Общие геологические запасы углей оцениваются величиной более 1 триллиона тонн.

В зависимости от длительности процесса углефикации различают бурые, каменные угли и антрацит. Образование ископаемых углей проходит следующие стадии: отмершие растения — торф – бурые угли — каменные угли – антрацит. Бурые угли имеют возраст 10-60 млн. лет, каменные – 100-180 млн. лет, а антрацит – 200-250 млн. лет.

В процессе образования бурых углей из древесины выделяются в основном Н₂О, СН₄ и СО₂ и из 1 т. древесины получается около 730 кг бурых углей. При превращении бурых углей в каменные выделяется в основном СО₂ и образуется около 530 кг углей на тонну исходной древесины. При превращении каменных углей в антрацит выделяется Н₂О, СН₄ и СО₂. В итоге из 1 т древесины образуется около 370 кг антрацита. В табл. 5 можно наблюдать, что в процессе углефикации снижается содержание летучих веществ, а также водорода и кислорода, и возрастает содержание углерода в ископаемых углях.

Бурые угли.Наиболее молодые угли, представляющие собой переходную форму от торфа к каменным углям. От торфа бурые угли отличаются большей плотностью и меньшим содержанием растительных остатков. От каменных углей они отличаются окраской бурых тонов. На воздухе бурые угли довольно быстро распадаются на мелкие куски. После отгонки летучих веществ распадается в порошок. Для бурых углей характерно довольно высокое содержание гуминовых кислот и высокая влажность, а также высокий выход летучих веществ. Высшая теплота сгорания горючей массы лежит в диапазоне 22,6 – 31,0 мДж/кг.

Наиболее крупные месторождения и бассейны бурых углей характерны для мезозойского и кайнозойского возраста. Встречаются как в виде небольших прослоек, так и в виде мощных пластов – до 100-120 м; большинство из них доступно для открытой добычи (Канско-Ачинский бассейн в Восточной Сибири, Бабаевское месторождение, Южно-Уральский бассейн, Свободенское месторождение Амурской области, Черновское месторждение в Читинской области и др.).

В зависимости от влажности бурые угли делятся на три группы: Б1 с влажностью свыше 40%; Б2 – 30-40% и Б3 – менее 30%.

Бурый уголь используется как энергетическое топливо и химическое сырье для получения жидкого топлива и различных синтетических веществ, газа и удобрений. Из-за высокой влажности и зольности имеет низкую теплотворную способность и жаропроизводительность, поэтому имеет меньшую ценность как топливо по сравнению с каменными углями.

Каменные угли.Каменные угли являются разновидностью ископаемых углей с более высоким содержанием углерода и большей плотностью, чем у бурых углей. Представляют собой плотную породу черного, иногда серо-черного цвета с блестящей, полуматовой или матовой поверхностью. Высшая теплота сгорания, рассчитанная на влажную беззольную массу, составляет величину не менее 23,8 мДж/кг. Каменные угли представляют собой важнейший вид твердого топлива. В зависимости от марки используется либо для непосредственного сжигания в топках, либо для получения кокса в металлургии.

Антрацит.Антрацит является наиболее углефицированным видом ископаемых углей. Он отличается металлическим блеском и серовато-черным цветом. Антрацит характеризуется значительной вязкостью и раковистым изломом.

В странах СНГ антрацит в основном добывается с Донецком бассейне (Украина). Общие запасы антрацита не превышают 3% от общих запасов ископаемых углей. Он имеет высокое содержание углерода и низкую влажность. Из-за низкого содержания водорода теплота его сгорания ниже, чем теплота сгорания каменных углей.

Антрацит представляет собой ценный вид топлива для газогенераторов, печей и котлов с топками для слоевого сжигания углей. В измельченном виде применяется в камерных топках. Из-за малой термической стойкости, обуславливающей его растрескивание и образование мелочи, повышающей сопротивление шихты, антрацит неприменим в шахтных печах. Однако после специальной термической обработки при 1200°С термостойкость антрацита возрастает, а также увеличивается его пористость и реакционная способность. Поэтому после такой обработки антрацит способен заменять часть кокса в металлургической промышленности.

Антрацит применяют также для получения карбида кальция (сырье для получения ацетилена), и для получения угольных электродов для электрохимической промышленности.

Горючие сланцы.Этот вид ископаемого твердого топлива имеет возраст более миллиарда лет. Встречаются на Кольском полуострове, на Украине, в Сибири, в Северной и Южной Америке и других регионах мира. Общий запас сланцев оценивается в ~200 млрд. т. В Европейской части основные месторождения – Эстонское и Ленинградское, а также Печоро-Вычегодское.

По своему составу горючие сланцы очень разнообразны. Образуются сланцы в основном из остатков простейших водорослей, а также из водорослей подводных лугов и даже низших представителей животного мира. По генезису они могут быть морскими, лагунными и озерными. По составу балласта — глинистыми, карбонатными, кремнистыми. В некоторых сланцах из-за длительного воздействия высоких температур и давлений органическое вещество имеет графитоподобный характер, и такие сланцы характеризуются повышенным содержанием углерода.

Горючие сланцы отличаются довольно большим содержанием водорода (до 10% в горючей массе), и по этому показателю они приближаются к мазуту. Сланцы отличаются сравнительно низким содержанием кислорода в горючей массе и высоким содержанием углерода. Основной недостаток горючих сланцев – высокое содержание балласта (до 60-75%, иногда до 85%). Поэтому они имеют невысокую теплотворную способность и жаропроизводительность, так как основная часть теплоты их сгорания тратится на нагрев минеральных примесей. По этой же причине они менее экономичны при перевозках на большие расстояния. Поэтому для получения тепловой и электрической энергии сланцы используются в основном как местное топливо (например, в Прибалтике). Теплота сгорания сланцев находится в пределах от 4 до 25 мДж/кг, но преобладают в основном сланцы с теплотой сгорания 4 – 6 мДж/кг.

Большим недостатком горючих сланцев является высокое содержание в них серы (в основном колчеданной). Из-за вредного воздействия на окружающую среду выбросов оксидов серы применение сланцев в энергетике во многих странах запрещено.

Горючие сланцы имеют промышленное применение прежде всего как топливо. Кроме того, с помощью специальных технологий из сланцев получают более 60 наименований химических продуктов: сланцевая смола и получаемые из нее фенолы, топливное масло, масло для пропитки древесины, клеи, моющие средства и др.

Некоторые виды золы являются ценным сырьем для промышленности стройматериалов. Например, золы, имеющие не менее 15% оксида кальция, обладают вяжущими свойствами и пригодны для приготовления бетонов и изделий из них. Карбонатные золы находят применение в сельском хозяйстве для известкования кислых почв. Золы алюмосиликатного состава применяются в промышленности стройматериалов (кирпичи, цементы и изготавливаемые из них блоки и панели), а также в дорожном строительстве.

Искусственное твердое топливо.В домашнем и коммунальном хозяйстве применение несортированного топлива создает проблемы: мелкие частицы проваливаются через колосниковые решетки, что приводит к их потере. Поэтому мелкие фракции твердого топлива подвергают брикетированию, причем торф и бурые угли без применения связующего, а каменные угли, антрацит и отсев кокса брикетируют с использованием связующего, например нефтяных битумов. Битумы представляют собой естественные или искусственные асфальтоподобные продукты, получаемые переработкой остатков от перегонки нефти. Они содержат асфальтены – твердые нелетучие асфальтоподобные органические высокомолекулярные вещества. Битумы используют для производства рубероида, битумных мастик для гидроизоляции, асфальта.

При получении брикетов топливо измельчают, сушат и брикетируют с помощью пресса под давлением 1000 – 1200 кг/см² в виде призм или других геометрических тел различного размера.

Жидкое топливо

Нефть известна человечеству с незапамятных времен. Уже за 6000 лет до нашей эры люди использовали нефть для отопления и освещения. Наиболее древние промыслы нефти находились на берегах Евфрата и Керчи.

Существуют две теории происхождения нефти: органическая и неорганическая.

Сторонники неорганической нефти считают, что нефть образовалась из минеральных веществ. К приверженцам неорганического происхождения нефти относится и Д.И.Менделеев. Согласно этой теории нефть образуется на больших глубинах при высокой температуре вследствие взаимодействия воды с карбидами металлов. Вода проникает внутрь по трещинам-разломам во время горообразовательных процессов. Схема процесса с образованием этана иллюстрируется на примере карбида железа: 2FeC + 3H₂O = Fe₂O₃ + C₂H₆. В общем виде реакцию можно представить так: МС_m + mH₂O = MO_m + (CH₂)_m. Образующиеся в газообразном состоянии углеводороды, по мнению Менделеева, поднимаются по тем же трещинам в верхнюю холодную часть земной коры, где они конденсируются и накапливаются в пористых осадочных горных породах.

Интересно, что в момент выдвижения Менделеевым этой теории карбиды металлов в глубинных породах еще не были известны. Только в сравнительно недавнее время обнаружены карбиды железа, титана, хрома, вольфрама, кремния и других элементов. Однако они встречаются редко и не образуют крупных скоплений. Поэтому трудно объяснить крупные месторождения нефти с помощью этой теории. Кроме того, в настоящее время считается, что вода с поверхности земли не способна поступать по трещинам на большие глубины. А своей воды глубинные слои земли не содержат. Поэтому можно предполагать, что такой способ образования углеводородов возможен, но он не является основным для образования нефти.

В середине 20 века Н.А.Кудрявцев выдвинул новую гипотезу о минеральном происхождении нефти. Согласно этой гипотезе, в основе механизма образования нефти лежит глубинная высокотемпературная реакция CO и водорода с образованием метана и воды, а также другие реакции между компонентами смеси CO, CO₂, H₂O и CH₄, которая существует в глубине Земли. По мнению Кудрявцева, при высоких температурах в результате взаимодействия водорода и углерода могут образовываться различные радикалы (СН, СН₂ и СН₃), которые в результате соединения между собой образуют различные углеводороды. Образующиеся вещества при высоких температурах в глубинных слоях подвергаются деструкции и полимеризации и образуют сложную смесь углеводородов, которую представляет собой нефть.

Сторонники органического происхождения нефти считают, что она произошла вследствие воздействия высоких температур на органические вещества растительного и животного происхождения. Большое влияние на эту гипотезу оказал ученый И.М.Губкин. В пользу теории органического происхождения нефти говорит гораздо большее число фактов.

Мировые запасы нефти

В настоящее время более 15 стран являются производителями нефти. Одна из последних оценок мировых запасов нефти и прогнозов сокращения запасов сделана в 1995 г. Ниже приведены данные по сокращению запасов исходя из объемов добычи по состоянию на 1995 г (см. табл. 3).

Табл. 3

Мировые запасы нефти на 1996г и темпы их предполагаемых сокращений (млн. тонн).

Страна	Запасы, млн т, на 1995г.	Добыча в 1995г.	Запасы на 1.1.2010г.	Запасы на 1.1.2020г.	Запасы на 1.1.2030г.
Великобритания	588,1	130	0	0	0
Норвегия	1153,7	140	0	0	0
Алжир	1260,3	60	460	0	0
Россия (оценка)	10000	400	4400	400	???
Казахстан	1015	30	620	320	20
Ливия	4041,1	70	3000	2300	1600
Иран	12082,0	180	9600	7800	6000
Ирак	13698,6	?	12500	12000	11000
Кувейт	13220,2	100	11800	10800	9800
ОАЭ	13438,3	100	12000	11000	10000
Сауд. Аравия	35782,2	400	30200	26200	22200
США	3076,3	330	0	0	0
Канада	671	90	0	0	0
Нигерия	2853,2	100	1450	450	0
Мексика	6818,5	150	4700	3200	1700
Венесуэла	8832,7	140	6980	5630	4280
Китай	3287,7	150	1200	0	0

Состав нефти

Если говорить об элементном составе, то основными ее элементами являются углерод (83-87%) и водород (11-14%). Наиболее часто встречающаяся примесь — сера. Ее содержание может доходить до 7%, но во многих нефтях ее гораздо меньше или практически нет. Сера может содержаться в чистом виде, в виде сероводорода и меркаптанов. Сера усиливает коррозию металлов и обуславливает загрязнение окружающей среды, так как она окисляется в диоксид серы – один из наиболее вредных выбросов от сжигания топлива. Нефть считается малосернистой, если содержит менее 0,5% серы и высокосернистой, если содержит более 2% серы.

Азот встречается в количестве не более 1,7%.

Кислород встречается в виде соединений (кислоты, эфиры, фенолы) и его в нефти не более 3,6%.

Групповой состав нефти – это содержание в ней различных углеводородов. Нефть представляет собой очень сложную смесь различных углеводородов – несколько сотен видов. Она содержит такие группы углеводородов, как парафиновые (алканы), нафтеновые и ароматические. Ненасыщенные углеводороды (алкены) в нефти отсутствуют.

Парафиновые углеводороды. Это линейные (нормальные) насыщенные углеводороды общей формулы C_nH_2n+2. При n от 1 до 4 это газы. При n от 5 до 16 это жидкости с температурой кипения от 36 до 287°С, остальные – твердые вещества при обычных температурах. Твердые углеводороды называют парафинами. При снижении температуры они могут выделиться в кристаллическом состоянии и создать проблемы с транспортировкой нефти по нефтепроводам.

Максимальное количество углеродных атомов в алканах нефти достигает 60. Температура плавления твердых алканов равна меняется от 22°С до 102°С.

Нафтены. Кроме нормальных углеводородов в нефти содержатся циклические алканы, начиная с циклопентана С₅Н₁₀, и его гомологи. Общая формула нафтенов C_nH_2n. Это важнейшие компоненты топлив и смазочных масел (улучшают эксплуатационные свойства бензинов), а также сырье для получения ароматических углеводородов.

Ароматические углеводороды (арены). К ним относится бензол С₆Н₆ и его более высокомолекулярные гомологи, состоящие из двух колец (нафталин) и более. Ароматические углеводороды являются важнейшими компонентами моторных топлив, и их концентрация увеличивается при риформинге нефти.

Кроме углеводородов в нефти встречается большое количество кислородных, серных и азотистых соединений. К числу основных кислородных соединений относятся нафтеновые кислоты и асфальто-смолистые вещества. Нафтеновые кислоты имеют общую формулу С_nH_2n-1COOH. Они вызывают коррозию металлов. Асфальто-смолистые вещества – это сложные высокомолекулярные соединения, содержащие кроме, углерода и водорода, серу (до 7%) и азот (до 1%). При обычных температурах они представляют собой малотекущее или твердое вещество. Часть, растворимая в воде, называется смолами, а нерастворимая – асфальтами, или асфальтенами. Молекулярная масса асфальтенов находится в диапазоне 1500-3000.

Азотистые соединения представлены порфиринами, которые, как считается, образовались из хлорофилла растений и гемоглобина животных.

Переработка нефти

При переработке нефти от нее отделяют газ, очищают от механических примесей, удаляют соли, влагу и сероводород, и подвергают фракционной перегонке.

При перегонке нефть разделяется на следующие фракции:

· Бензиновая с температурой кипения углеводородов 40 — 180°С. Основные углеводороды С₅ – С₁₂.

· Керосиновая с температурой кипения углеводородов 180 -240°С. Основные углеводороды С₉ – С₁₆.

· Дизельная (газойль) с температурой кипения углеводородов 180-350°С. Основные углеводороды С₁₂ – С₂₀.

· Мазут с температурой кипения более 350°С.

Мазут также может перегоняться, но только под вакуумом. Он делится на топливный мазут (350-500°С), гудрон (более 500°С) и различные масла.

Одной перегонки нефти недостаточно для получения бензинов. Важную роль в бензинах играют ароматические углеводороды, которых в нефти мало, а также разветвленные углеводороды (алканы), и ненасыщенные углеводороды (алкены), которых в нефти нет совсем. Эти углеводороды улучшают детонационные свойства бензинов, и от их концентрации зависит октановое число (марка) бензина. Поэтому после ректификации нефтяные фракции подвергаются крекингу и риформингу.

Крекинг

Это слово означает расщепление. Крекинг является каталитическим высокотемпературным процессом. В качестве катализатора используют смесь глинозема и кремнезема, оксиды хрома и молибдена. При крекинге происходит распад углеводородов на более маленькие молекулы, при этом одновременно образуются алканы и алкены. Например, расщепление С₂₄Н₅₀:

С₂₄Н₅₀ = С₁₂Н₂₄ (алкен)+ С₁₂Н₂₆(алкан)                 

В свою очередь, образующийся алкан также распадается по аналогичной схеме:

С₁₂Н₂₆ = С₆Н₁₂(алкен)+ С₆Н₁₄(алкан)                 

Одновременно происходит изомеризация линейных углеводородов в разветвленные и дегидрогенизация насыщенных углеводородов с образованием алкенов.

Таким образом, в результате крекинга в нефтяной фракции возрастает количество разветвленных алканов и ненасыщенных углеводородов.

Основным сырьем для крекинга является мазут, но можно использовать и другие нефтяные фракции от перегонки нефти.

Риформинг

Риформинг представляет собой процесс превращения циклических и линейных углеводородов в ароматические. Ароматические углеводороды имеют высокое октановое число и должны содержаться в высокооктановых марках бензина.

Риформинг, также как и крекинг, является каталитическим процессом, протекающим при высоких температурах (до 540°С). Обычно его применяют к парафиновым фракциям, кипящих в диапазоне 95-105°С.

Наиболее широко для получения бензинов применяют платиновые катализаторы, нанесенные на алюминийоксидные или алюмосиликатные носители. Применяется также алюмомолибденовый катализатор (оксид молибдена на оксиде алюминия), а также парные катализаторы платина-иридий или платина-рений на оксиде алюминия.

Большинство установок риформинга – это установки с неподвижным слоем катализатора. Такой вариант риформинга называется платформингом.

В основе риформинга лежат три типа реакций:

1. Дегидрирование шестичленных нафтенов: С₆Н₁₂(циклогексан) = С₆Н₆(бензол)+ 3Н₂                   

2. Ароматизация (дегидроциклизация) парафинов. В этом процессе происходит отщепление водорода от насыщенных углеводородов и превращение их в ненасыщенные. При циклизации последних и продолжении дегидрирования образуются ароматические углеводороды (бензол, толуол и др.).

3. Дегидроизомеризация пятичленных нафтенов. Происходит дегидрирование насыщенных циклических углеводородов и каталитическая изомеризация продуктов их дегидрирования в ароматические углеводороды (бензол, толуол и др.).

В таблице 4 приведены октановые числа некоторых углеводородов.

Т а б л и ц а 4

Битумный уголь, Геологическая служба Кентукки, Университет Кентукки

Битумный уголь черный, блестящий и в целом твердый. Это уголь среднего сорта. Битуминозные угли обычно имеют теплотворную способность выше 11500 БТЕ / фунт, а летучие вещества — ниже 14% (ASTM, Jackson, 1997). В бассейне Иллинойса (и западном Кентукки), однако, нижняя граница того, что в США называется битуминозным углем, имеет теплотворную способность от 11 100 до 11 300 БТЕ / фунт. В международной системе классификации углей для подразделения битуминозных углей используется коэффициент отражения витринита (% Ro).В этой системе битуминозный уголь имеет% Ro от 0,5 до 1,9. Что касается теплотворной способности, значения коэффициента отражения для тех углей, которые считаются битуминозными углями C и полубитуминозными углями A, в Соединенных Штатах совпадают.

В системе классификации США битуминозные угли делятся на пять подразделов. Легколетучие битуминозные угли (высоколетучие B и C) классифицируются по высшей теплотворной способности (теплоте сгорания). Высоколетучие битуминозные угли углерода имеют теплотворную способность от 11500 до 13000 БТЕ / фунт. Высоколетучие битуминозные угли категории B имеют теплотворную способность от 13 000 до 14 000 БТЕ / фунт.Однако выше высоколетучих битумных фракций теплотворная способность менее характерна для повышения ранга. Средне- и низколетучие битумные классы в системе США определяются на основе летучих веществ или связанного углерода, а не теплотворной способности. Среднелетучие битуминозные угли содержат от 22 до 31% летучих веществ в пересчете на сухую основу без минеральных веществ. Это соответствует фиксированному содержанию углерода от 69 до 78%. Битуминозные угли с низким содержанием летучих веществ содержат от 14 до 22% летучих веществ в пересчете на сухие минеральные вещества.Это соответствует фиксированному содержанию углерода от 78 до 86% (ASTM, 2014).

Битумность и определяющие характеристики.

Физические и химические изменения (битуминозный ранг)

Стадии углефикации, указанные в различных отчетах относительно их приблизительного содержания угля в США. Термин диагенез был использован Тиссо и Велте (1984) для начальных стадий углефикации, но он также использовался для всего процесса углефикации. % Ro = коэффициент отражения витринита в масле.Данные% Ro из Teichmüller and Teichmüller (1982). В системе рангов США значения коэффициента отражения витринита перекрываются между рангами суббитуминозных А и высоколетучих битумов С, что показано здесь пунктирной линией.
Битумные угли начинаются с обилия летучих веществ (высоколетучие битуминозные угли), но с увеличением ранга летучие вещества теряются, образуя битуминозные угли средней, а затем и низколетучие (например, Stach et al., 1982). Химически процесс битумизации продолжается через битумный разряд.Термин «битумный» происходит от увеличения количества битума на этом уровне. Битум — это нефтяная смола или природный асфальт. Нагревание угля до уровня высокобитуминозного угля приблизительно эквивалентно уровню созревания в богатых органическими веществами нефтематеринских породах, в которых образуется нефть (Dow, 1977; Teichmüller, 1974; 1989; Tissot and Welte, 1984; Levine, 1993; Mukhopadhyay and Хэтчер, 1993). Битум — это нефтяная смола или природный асфальт.

Углекислота из верхних высоколетучих фракций битумных через низколетучие битуминозные разряды преобладают за счет термического разложения и «растрескивания» молекулярных компонентов угля и вытеснения термогенного метана (метан выделяется при нагревании).Процесс крекинга, также называемый «реполимеризацией», по существу расщепляет сложные углеродные соединения на более простые углеродные соединения. Этот процесс является частью фазы катагенеза созревания. Генерация термогенного метана начинается на ранней стадии катагенеза, но пиковое изгнание метана из угольной матрицы происходит в середине катагенеза, в средне- и низколетучих битуминозных рядах (Dow, 1977; Hunt, 1979; Teichmüller, 1974; 1989; Tissot and Welte, 1984). Вот почему некоторые средне летучие битуминозные угли и угли более высокого ранга являются газовыми под землей.Метан легковоспламеняющийся, поэтому в подземных шахтах следует соблюдать меры предосторожности, чтобы контролировать и предотвращать накопление метана, вытекающего из угольных пластов более высокого ранга, для предотвращения взрывов в подземных шахтах.

Связанные темы:

Coal Marketing International

Основы угля

Что такое уголь?

Уголь — это твердый ископаемый углеводород, который представляет собой хранилище солнечной энергии из прошлого в виде консервированного растительного материала.В процессе консервации растения были разбиты на органические вещества, которые включают влагу, золу, летучие вещества (газы и жидкости, выделяемые при нагревании) и связанный углерод. И летучие вещества, и связанный углерод содержат энергию, которая выделяется при сжигании угля.

В 2008 году в мире было потреблено около 4,76 миллиарда тонн угля, что составляет около 32,53% всего мирового потребления ископаемого топлива.

Coal Рейтинг

Уголь представляет собой растительный материал, который первоначально был расщеплен бактериями и грибами в торфяном болоте, а затем подвергался воздействию температуры в течение различного времени, чтобы произвести прогрессию углей Таблица 2.При переходе от торфа к антрациту главным двигателем является тепло, которое используется в процессе углефикации. Это удаляет влагу, карбоксильные группы (диоксид углерода) и метан по мере увеличения ранга.

Рейтинг Описание

Торф	Влажный растительный материал, подвергшийся воздействию бактерий и грибков, очень низкий уровень энергии, уровень влажности ~ 60% теплотворная способность ~ 2600 ккал / кг
Бурый уголь	Торф, из которого вытеснена вода, на растениях остается видимая влажность ~ 50%, теплотворная способность 2800 ккал / кг
лигнит	Уголь твердый и массивный, черного цвета, влажность 40-50%, теплотворная способность около 4000 ккал / кг
Полубитуминозный	Уголь твердый и хрупкий, черный и блестящий, влажность 20-40%, теплотворная способность от 4000 ккал / кг до 5800 ккал / кг
Битумный	Уголь более мягкий и блестящий, влажность 8-20%, теплотворная способность от 5800 до 8000 ккал / кг, число набухания тигля от 2 до 9+ возможно для коксующихся углей, летучие вещества от 16% до 40%
Антрацит	Уголь очень блестящий, отталкивает влагу, теплотворная способность 7800 — 8000 ккал / кг, коксовых свойств не обладает.

Использование угля

Большая часть угля используется для получения энергии, содержащейся в летучих веществах и связанном углероде. Эти угли обычно называют тепловыми или паровыми углями. Эти угли в основном используются для производства электроэнергии.
Типичный австралийский энергетический уголь содержит 6080 ккал / кг полезной энергии (чистая полученная энергия) или 25.46 мегаджоулей на килограмм (25,46 МДж / кг) угля. Электрическая энергия (мощность) измеряется в ваттах, которые являются джоулями в секунду, поэтому для 1 киловатт-часа электроэнергии (1 единица), преобразованной из угля с КПД 35%, требуется 10,286 МДж энергии угля каждый час или 0,404 кг угля.
Другие виды использования энергетического угля — это кальцинирование (разложение под действием тепла) известняка для образования цемента для строительной промышленности или извести для сельскохозяйственных целей.
Больницы и другие учреждения используют уголь для технологического тепла, так же как и мясные цеха, сушки шерсти и сушки древесины.

Некоторые специальные битуминозные угли набухают при нагревании выше 350 градусов по Цельсию и выделяют летучие вещества, оставляя после себя твердый пористый углеродный остаток, называемый коксом. Эти угли называются коксующимися углями, и их распространение ограничено во всем мире. Коксующиеся угли в основном используются для производства кокса, который при высоких температурах восстанавливает оксиды металлов до металлов. Этот процесс происходит, когда кокс объединяется с оксидами металлов при повышенных температурах.Углерод кокса соединяется с кислородом оксидов металлов с образованием диоксида углерода, жидкого металла и остаточной золы (шлака).

C (кокс) + MO (оксид металла) Металл (жидкость) + CO ₂ (газ) + шлак (жидкость)

Другие угли, используемые для восстановления оксидов металлов, включают некоксующиеся угли, которые используются в процессах прямого восстановления, которые основаны на угле с очень низким содержанием золы и высокой реакционной способностью углерода с диоксидом углерода.Эти процессы обычно ограничиваются небольшими электродуговыми печами или вращающимися печами, где от углерода не требуются прочностные свойства.

Теплотворная способность — определение теплотворной способности по The Free Dictionary

Предварительный анализ и теплотворная способность образцов угля были выполнены с использованием заявленных протоколов, а анализ следов металлов, включая Co, Cr, Ni, Pb, Zn, Cd и Cu, был проведен методом ICP с использованием стандартных процедур. Кроме того, четыре отсортированных образца с разной теплотворной способностью по плотности во флотационный резервуар были взяты с остановившейся конвейерной ленты обогатительной фабрики подземного рудника «Эстония».Обычные электронные системы управления горелкой не очень подходят для контроля био- и отходящих газов, где ключевыми характеристиками являются переменная теплотворная способность и доступность. — PEAT, AMK и SPA — это лицензии на разведку, расположенные в геологической формации Памалу и Пулау Баланг с битуминозным углем. при потенциально высокой теплотворной способности. Теплотворная способность полукокса, полученного из древесины осины, составила 25,3 МДж / кг после 5 минут нагрева; через 10 мин — 30,8 МДж / кг; после 20, 30 и 45 минут нагрева теплотворная способность была аналогичной — 33.7 МДж / кг, 33,7 МДж / кг и 33,8 МДж / кг, соответственно, включая смешивание газов с разной теплотворной способностью, чтобы получить конечную теплотворную способность 2000 ккал / нм3, что является требованием для нагревательных печей для заготовок на прокатных станах. а также для нового сталеплавильного цеха. Ищите бесплатное печенье с кофе — оно может быть бесплатным, но у него есть некоторая теплотворная способность по отношению к данным о деятельности, низшая теплотворная способность, коэффициенты выбросов, коэффициенты окисления и коэффициенты преобразования. Это очень качественный уголь с высокой теплотворной способностью », — сказал BNamericas представитель министерства.com. Наиболее распространенным калориметром является калориметр бомбы, который определяет теплоту сгорания или теплотворную способность материалов в контейнере постоянного объема-бомбе. Всего было протестировано 124 образца горючего сланца на теплотворную способность. Данные показали, что теплотворная способность образцов составляла от 1,17 до 8,24 МДж / кг при среднем значении 3,82 МДж / кг, в основном от 3 до 6 МДж / кг.

Извините! — Страница не найдена

Пока мы разбираемся, возможно, вам поможет одна из ссылок ниже.

Главная Назад

• Класс
• Онлайн-тесты
• Ускоренный онлайн-курс JEE
• Двухлетний курс JEE 2021

• Класс
• Онлайн-курс NEET
• Серия онлайн-тестов

• CA Foundation
• CA средний
• CA Финал
• Программа CS

• Класс
• Серия испытаний
• Книги и материалы
• Тренажерный зал
• Умный взломщик BBA

• Обучение в классе
• Коучинг онлайн
• Серия испытаний
• Взломщик Smart IPM
• Книги и материалы
• GD-PI

• CBSE, класс 8
• CBSE, класс 9
• CBSE, класс 10
• Класс 11 CBSE
• CBSE, класс 12

• Обучение в классе
• Онлайн-классы CAT
• Серия испытаний CAT
• MBA Жилой
• Smart CAT Взломщик
• Книги и материалы
• Онлайн-классы без CAT
• Серия испытаний без CAT
• Тренажерный зал
• GD-PI

• Обучение в классе
• Серия испытаний
• Интервью с Civils

• Класс
• Онлайн-классы
• Серия испытаний SSC
• Переписка
• Практические тесты
• Электронные книги SSC
• SSC JE Study Package

• Класс
• RBI, класс B
• Банковский тест серии
• Переписка
• Банковские электронные книги
• Банк ПДП

• Онлайн-коучинг
• Обучение в классе
• Серия испытаний
• Книги и материалы

• Класс
• Программа моста GRE

• GMAT Онлайн-коучинг
• Консультации при приеме
• Консультации по GMAT

• Стажировка
• Корпоративные программы
• Студенты колледжа
• Рабочие специалисты
• Колледжи
• школ

.