Combustível gasoso: descrição, características, métodos de produção, aplicação

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Última modificação: 2024-01-02 14:01

O combustível a gás é conhecido desde meados do século XIX. Foi então que o famoso engenheiro Lenoir construiu seu primeiro motor de combustão interna a gás. Este aparelho era primitivo e funcionava sem pré-compressão da câmara de combustão. Os motores modernos não são páreo para isso. Hoje, o uso de combustíveis gasosos não se limita aos carros. Esse tipo de combustível ecologicamente correto, barato e acessível está conquistando cada vez mais novos nichos ativamente e é utilizado ativamente em todos os setores da economia nacional. Este artigo fornece uma descrição, características do combustível. Em termos gerais, descreve como eles são produzidos e usados.

Informações gerais

Um combustível gasoso é uma substância altamente inflamável. Esta qualidade e propriedade útil é usada em vários ramos da ciência etecnologia. Por exemplo, a população e a indústria estão usando cada vez mais caldeiras de combustível gasoso. Nesse combustível, óxidos (dióxidos) de carbono, vapores de dióxido de carbono, bem como elementos como nitrogênio, hidrogênio, oxigênio e outras impurezas podem estar presentes em diversas quantidades. Os dispositivos modernos que operam com combustível gasoso são muito sensíveis à composição química do gás de trabalho. Se não atender aos padrões recomendados pelo fabricante, o equipamento provavelmente falhará e serão necessários reparos caros.

Todas as substâncias que compõem os gases podem ser divididas em combustíveis e não combustíveis. Os primeiros, além do metano, são o etano, o propano e o butano. Explosivos e, portanto, combustíveis são o monóxido de carbono e o hidrogênio. O hidrogênio é especialmente perigoso. É por esta razão que não é recomendado armazená-lo em cilindros de gás. A melhor solução é comprar um gerador de hidrogênio. Este dispositivo extrai hidrogênio da água destilada conforme necessário. Assim, a ameaça de detonação de um grande volume de gás é eliminada.

O Estado é um monopólio no comércio atacadista de combustíveis líquidos e gasosos. Isso indica a importância estratégica desse tipo de matéria-prima.

Classificação do combustível por origem

Como líquidos, combustíveis gasosos podem ser extraídos como minerais, ou podem ser produzidos em condições artificiais. No primeiro caso, esse combustível é chamado de natural e no segundo -artificiais.

Especialistas registraram diferenças na composição de combustíveis líquidos e gasosos extraídos de diferentes regiões. Devido às diferenças na composição química, também existem pequenas diferenças na quantidade de calor liberada durante a combustão. Combustível gasoso natural é quase completamente (95-99%, dependendo do campo) consiste no chamado metano (fórmula química - CH_{4). Este combustível é chamado de gás natural. E esta é a fonte de energia mais barata hoje. É por esta razão que este tipo de recursos energéticos é utilizado ativamente em todos os setores da economia nacional. No entanto, todas as vantagens são ofuscadas pelo baixo nível de segurança dos dispositivos que operam com combustíveis gasosos. Notícias perturbadoras aparecem regularmente na mídia sobre acidentes e vítimas humanas como resultado de violações das regras de operação de instalações de gás.}

Combustíveis gasosos artificiais incluem substâncias obtidas a partir do processamento de combustíveis sólidos ou líquidos. Seus tipos mais comuns e populares são os gases de craqueamento de coque. Iluminação, água e combustíveis misturados também podem ser incluídos neste grupo. Dependendo da composição química de um determinado gás, o nível de calor liberado durante a combustão varia em uma ampla faixa. Tais substâncias são altamente explosivas. Por esta razão, recomenda-se que sejam misturados com gás natural antes da combustão. Essa medida aumenta a segurança de operação de dispositivos que operam com combustível gasoso em uma ordem de grandeza. Essas manipulações são realizadas em bases especialmente equipadas. Então talo gás é fornecido ao usuário final em cilindros ou de outra forma. Mas apesar de tal mistura ser menos perigosa, ela ainda precisa ser manuseada com extremo cuidado, em conformidade com todas as regras e regulamentos para trabalhar com vasos de pressão e regulamentos de segurança. E este não é o único perigo. Essa substância é tóxica e a inalação pode causar sérias consequências e até a morte.

Classificação de combustível por finalidade

O combustível na forma gasosa é utilizado tanto em instalações térmicas quanto em motores de combustão interna. Assim, com base nisso, pode ser dividido em combustível para motores e combustível para caldeiras.

O gás natural é tradicionalmente usado como combustível para caldeiras e fornalhas. Em casos raros, é usado combustível artificial. O mesmo tipo de combustível, com apenas alguns aditivos, também é usado para reabastecer carros.

Descrição do gás natural

É difícil superestimar a importância desse mineral para a economia do nosso estado e para o desenvolvimento econômico do mundo como um todo. Muitos carros, caldeiras de combustível gasoso, usinas de energia e usinas combinadas de calor e energia o utilizam. Com base nos preços projetados para o combustível azul (como o gás natural às vezes é chamado), os orçamentos estaduais são elaborados.

Mais de 90% deste gás consiste em moléculas de metano (CH_{4). Além do metano, o gás natural também contém butano com propano, nitrogênio, dióxido de carbono, vapor de água e outras impurezas (são consideradas nocivas). NOEm pequenas quantidades, o gás natural também contém gases inertes (hélio e outros). Acredita-se que estes últimos tenham um efeito benéfico em máquinas, dispositivos e mecanismos que operam com gás, além de melhorar a física dos processos de combustão de combustível. A adequação do combustível para uso, sua qualidade é julgada pela porcentagem de componentes de hidrocarbonetos.}

O gás natural não é apenas um combustível valioso, mas também uma matéria-prima para várias indústrias. Assim, a partir do metano que contém, grandes fábricas químicas produzem hidrogênio. Para que essa reação ocorra, ela deve ser oxidada. Além do hidrogênio, o acetileno é produzido a partir dele. Com base nessas substâncias, são produzidos todos os tipos de aldeídos, álcool metílico (uma substância muito tóxica e perigosa), amônia, acetona, ácido acético e assim por diante. No entanto, permanece o fato de que a principal área de aplicação do gás natural é a combustão de combustíveis gasosos para fins de vários mecanismos de acionamento (motores de automóveis) e dispositivos de caldeira.

Propriedades básicas dos gases

Todos os gases (não apenas o combustível) são unidos por um índice de densidade relativamente pequeno. Para o gás natural considerado e seus análogos artificiais, seu valor é mantido em torno de 0,8 quilogramas por metro cúbico. A densidade do combustível gasoso liquefeito é ligeiramente maior e é de aproximadamente 2,3 quilos por metro cúbico.

Os gases são principalmente substâncias tóxicas. A toxicidade aumenta à medida que o teor de óxidos de carbono aumenta ecompostos de enxofre com hidrogênio no gás. Com um teor de um ou mais por cento dos gases nocivos descritos na atmosfera, uma pessoa inalará uma dose letal de uma substância venenosa em três minutos.

Os gases em questão são explosivos. Além disso, com o aumento da porcentagem de monóxido de carbono e hidrogênio, o risco de detonação aumenta. Uma característica interessante: quando o teor dessas substâncias é superior a 74%, a probabilidade de detonação de gás é quase zero.

Principais características do combustível

Em uma análise comparativa de um determinado tipo de combustível, os especialistas operam com os seguintes conceitos: umidade do combustível, teor de enxofre, cinzas (resíduos), poder calorífico e potência térmica.

A capacidade de aquecimento refere-se à temperatura suficiente para o processo de combustão com um teor mínimo de oxigênio. Ao mesmo tempo, nem o ar nem a mistura combustível são aquecidos adicionalmente.

O resíduo sólido do campo de combustão é chamado de cinza. Ela não pode mais queimar. A escória é a mesma cinza, somente após a fusão. A formação desta substância afeta negativamente a operação de todo o sistema, obstruindo o equipamento de combustível. Portanto, é importante levar em consideração este indicador durante o trabalho de design.

Um indicador importante é a umidade. Afeta negativamente as características do combustível. Sua presença causa um aumento nos volumes de exaustão, uma diminuição na eficiência da instalação.

Produtos de combustão de enxofre e seus compostos causam e ativam processos de corrosão em superfíciespeças de aço de motores e sistemas de escape. Além disso, eles têm um impacto negativo sobre o meio ambiente e a saúde humana. Portanto, esse indicador também é muito importante a ser considerado.

O poder calorífico é uma característica muito importante. É levado em consideração no cálculo e projeto do equipamento e permite determinar o consumo de combustível. Este valor é determinado experimentalmente. Para esses fins, um calorímetro especial é usado. Uma quantidade conhecida (massa) de combustível é queimada e a mudança na temperatura da água do calorímetro é registrada. Então basta substituir as informações obtidas na fórmula e calcular o calor de combustão.

Gás associado

Se o gás natural é extraído de poços, o gás associado é um subproduto da produção de petróleo. O teor de metano nesse gás é um pouco menor do que no gás natural tradicional. No entanto, a combustão de combustíveis gasosos produz calor comparável.

Gás subproduto (associado) também é produzido por usinas metalúrgicas. Nesses empreendimentos, o combustível é emitido em fornos. São os chamados gases de coqueria e de alto-forno. Como regra, esses gases são queimados no local (alimentados em uma fornalha ou estação de caldeira). Um subproduto semelhante é produzido em minas profundas, o que muitas vezes leva a desastres.

Produção de gás por destilação seca

Gás artificial é obtido por processamento adicional de combustível sólido (líquido). Desta forma, pode-se obter o chamado gás de produção e gás de destilação seco.

Quando secocombustível de destilação se decompõe sob a influência de altas temperaturas. Neste caso, é necessário excluir o acesso de um agente oxidante (ar). Após uma série de etapas, o combustível original se decompõe em seu próprio gás, compostos de alcatrão e coque. A composição exata dos produtos formados depende da composição inicial do combustível e das condições do processo (principalmente da temperatura).

O processo de destilação, que ocorre em altas temperaturas (na região de 1000 - 1100 graus Celsius), é chamado de coqueificação. Os produtos de decomposição neste caso são o próprio gás (coque) e coque. A densidade e o calor de combustão do gás resultante são relativamente baixos (0,5 quilogramas por metro cúbico e 16.000 quilojoules por metro cúbico, respectivamente). Uma tonelada de carvão durante este tratamento é convertida em 350 metros cúbicos de gás. Este indicador pode variar e depende das condições do processo e da composição química e origem da matéria-prima (carvão).

Há também destilação seca a baixa temperatura. Consiste no processamento de combustível sólido com temperaturas em torno de 500 graus Celsius. Com este método, a quantidade mínima de gás é formada (não mais de 30 metros cúbicos por tonelada de matéria-prima). O principal produto neste caso é a resina, que é utilizada posteriormente na produção de óleos e combustíveis para motores.

Obtenção de gás através da gaseificação de combustíveis sólidos

Um dos métodos comuns para obtenção de combustíveis gasosos é a chamada gaseificação. Consiste no tratamento químico-térmico de combustíveis sólidos (o efeito combinado de altas temperaturase tratamento químico). Os átomos de carbono contidos no combustível sólido interagem e reagem com água e vapor, formando um gás (combustível). Durante o processo de gaseificação ocorre também a destilação a seco. Um gerador de gás é um dispositivo para a gaseificação de combustíveis sólidos (principalmente carvão). Este dispositivo produz as seguintes substâncias: metano, hidrogênio e monóxido de carbono. Além dos gases sonoros, também são produzidas substâncias não combustíveis (dióxido de carbono, oxigênio com nitrogênio e vapor de água).

Projetos de geradores a gás - uma enorme variedade. O esquema e a lista de nós dependem principalmente do tipo de matéria-prima. Em geral, é um cilindro com paredes metálicas. Possui aberturas para ventilação (entrada de ar) e para saída do gás gerado. O suprimento de ar é forçado, usando ventiladores potentes. O projeto deve fornecer uma escotilha para o operador. O combustível é carregado pelo teto. Assim, externamente, esta unidade se assemelha dolorosamente ao conhecido "fogão de barriga". No entanto, há uma diferença - a ausência de uma chaminé.

O gerador de gás é apenas a base de toda a instalação, o núcleo, por assim dizer. Se você observar os diagramas desses equipamentos, fica claro que todos os outros componentes e dispositivos são projetados para levar o gás a um estado normal (limpeza, resfriamento e assim por diante).

Vantagens do uso e uso do gás

A composição do combustível gasoso permite que ele seja efetivamente utilizado como alternativa à gasolina tradicional, óleo combustível ediesel. As reservas de petróleo estão esgotadas. Segundo os especialistas, durará várias décadas. Há muito mais reservas de gás. Assim, a introdução e utilização activa de equipamentos a gás em todos os sectores da economia nacional irá, se não resolver, pelo menos adiar o grave problema da escassez de matérias-primas de hidrocarbonetos.

A segunda e muito importante vantagem é a pureza relativa dos produtos de combustão de gás em comparação com os escapamentos de motores a gasolina. Em outras palavras, máquinas e mecanismos que operam com combustíveis gasosos são mais ecologicamente corretos e não poluem tanto o meio ambiente. Nas áreas metropolitanas e grandes cidades, este problema é especialmente agudo. Portanto, as autoridades estão se esforçando para transferir toda a frota de transporte público urbano para novos padrões ambientais.

A terceira vantagem é a capacidade de ajustar o motor às necessidades e preferências pessoais, ajustando a composição da mistura. No futuro, isso permitirá que você não pague mais dinheiro extra.

O quarto benefício é aumentar a vida útil do motor e aumentar o tempo entre as trocas completas de óleo do motor. Afinal, o gás, ao contrário dos derivados do petróleo, não remove a graxa (óleo) das superfícies das partes de atrito do mecanismo (motor).

Quinto - a mistura de gases tem uma capacidade de detonação muito maior em comparação com o combustível tradicional. Isso permite aumentar significativamente a potência do motor do veículo.

Sexto - ao contrário dos combustíveis sólidos e líquidos, os combustíveis gasosos não precisam ser aquecidos antes da injeção. é positivoafeta a confiabilidade de todo o sistema e todos os indicadores de desempenho sem exceção.

Sétima vantagem: com o uso da injeção de gás nos cilindros fica mais uniforme. Assim, a suavidade do curso e a operação dos mecanismos de acionamento aumentam, o desgaste das peças altamente carregadas diminui.

Infelizmente, nem sempre todos os benefícios descritos são alcançados. Na maioria das vezes, os proprietários de veículos convertem motores a gasolina em combustível a gás para economizar dinheiro com a diferença nos custos de combustível. No entanto, o motor foi projetado para gasolina ou diesel. Daí o trabalho não muito bem coordenado de todas as partes. Os engenheiros calcularam que, quando um carro é trocado de gasolina por gasolina, o motor perde cerca de 20% de sua potência. Para compensar a perda, muitos proprietários aumentam a taxa de compressão do espaço da câmara de combustão. Isso reduz muito a vida útil do motor. Outra medida é a instalação de um sistema de turboalimentação. Mas este evento terá que investir muito dinheiro. A operação de um motor ou casa de caldeira em combustíveis líquidos e gasosos demonstra indicadores de desempenho completamente diferentes. Além disso, a vantagem está longe de estar do lado dos combustíveis sólidos.