Классификация топлива

В настоящее время термин «топливо» распространяется на все материалы, служащие источником энергии.

1. По происхождению топливо подразделяют на:

● природное – уголь, торф, нефть, горючие сланцы, древесина и др.

● искусственное – генераторный газ, моторное топливо, кокс, брикеты и др.

2. По своему агрегатному состоянию топливо делят на:

– твердое, жидкое, газообразное, ядерное, органическое.

3. По своему назначению топливо при использовании подразделяют на:

– энергетическое, технологическое, бытовое.

● Твердое топливо является продуктом разложения органической массы растений. Самое молодое из них торф – он представляет собой плотную массу, которая образовалась из перегнивших остатков болотных растений.

Бурые угли – второе твердое вещество по «возрасту» – землянистая или черная однородная масса, которая при длительном хранении на воздухе может окисляться и рассыпается в порошок.

Каменный уголь обладает повышенной прочностью и малой пористостью. Он на 93% состоит из углерода. Наибольшими запасами угля располагает США и Россия. Значительные залежи его имеются в Германии, Англии, Китае, Украине, Казахстане. Запасы угля распределены весьма неравномерно. Уголь имеет много минеральных примесей, что усложняет его использование.

Древесина – является возобновляемым твердым топливом. В некоторых регионах древесина, особенно ее отходы, используются в качестве топлива. В виду того, что в Беларуси леса занимают ¹/₃ территории, то древесина занимает значительный удельный вес энергетического материала. Лес – наше богатство (А.Г. Лукашенко).

Брикеты – механическая смесь угольной пыли или торфяной мелочи со связующими веществами (битум и др.).

● Жидкое топливо – все жидкое топливо пока получают путем переработки нефти. При перегонке нефти получают ряд продуктов, имеющих важное техническое значение: бензин, керосин, смазочные масла, вазелин, который применяется в медицине и парфюмерии.

Нефть – жидкое горючее ископаемое вещество. Представляет собой бурую жидкость, содержащую в растворе газообразные и легколетучие углеводороды. Нефть имеет своеобразный смоляной запах.

Мировые геологические запасы нефти оцениваются примерно в 200 млрд. т., из которых 53 млрд. т. составляют достоверные запасы. Основное количество достоверных запасов нефти расположено в странах Среднего и Ближнего Востока. В странах Западной Европы сосредоточены относительно небольшие запасы нефти. Прирост нефти происходит в основном за счет морских шельфов. Общих запасов нефти в мире меньше, чем угля. Нефть потребителям отправляется по нефтепроводам, железной дорогой, танкерами (нефть Венесуэлы в Беларусь). Сырую нефть нагревают до 300–370°С, после чего полученные пары разгоняют на фракции, которые конденсируются при различной температуре tк:

– сжиженный газ – выход около 1%;

– бензиновая фракция – выход около 15%, tк равна 30–180°С;

– керосиновая фракция – выход около 17%, tк равна 120–135°С;

– дизельная фракция – выход около 18%, tк равна 180–350°С;

– мазут – жидкий остаток с температурой начала кипения 330–350°С.

Мазут и моторное топливо представляют собой сложную смесь углеводородов, в состав которых входят, в основном, углерод – 84–86% и водород – 10–12%.

В мазуте содержится до 4,3% серы, что осложняет защиту окружающей среды при его сжигании. Зольность мазута не должна превышать 0,14%. В состав золы мазута входят соединения железа, никеля, ванадия и других металлов. Мазут обычно сжигают в бытовых отопительных бытовых установках, печное бытовое топливо.

● Газообразное топливо. К газообразному топливу относятся:

– Природный газ – добываемый из чисто газовых месторождений. Основным компонентом его является метан СН₄, кроме того в газе разных месторождений в небольших количествах содержится: азот (N₂), высшие углеводороды (СnНm), диоксид углерода (СО₂), может быть, хотя его очищают от сернистых соединений, особенно сероводорода (Н₂S). Природный газ располагается в залежах, представляющий собой «купола» из водонепроницаемого слоя (типа глины), под которым в песчанике под давлением находится газ. Из скважины на выходе очищается газ от песчаной взвеси и других включений и подается на магистральный газопровод диаметром 0,5–1,5 м. длиной сотни километров.

Давление газа в газопроводе поддерживается на уровне 5 МПа при помощи компрессоров, устанавливаемых через каждые 100–150 м. Компрессоры вращаются турбинами, потребляющими газ. Транспорт газа обходится, 10–12% расхода транспортируемого газа на поддержание его давления и перекачку:

– Попутный газ нефтяных месторождений. При добыче нефти, выделяется так называемый попутный газ, содержащий меньше метана, чем природный газ, но больше высших углеводородов (СnНm). При сгорании дает больше теплоты;

– Сжиженный газ получают при первичной переработке нефти и попутных нефтяных газов. Заполняют им обычно баллоны для бытового использования;

– Технический пропан (не менее 93% С₃Н₈ + С₃Н₆) и технический бутан (не менее 93% С₄Н₁₀ + С₄Н₈) и их смеси, которыми обычно заправляют автомобили, работающие на газообразном топливе;

– Биогаз – продукт анаэробной ферментации (сбраживание органических отходов (навоз, растительных остатков, мусора, сточных вод и т.д.)).

Получение газа в результате анаэробного сбраживания свалок, предварительно отсортированного бытового мусора, отходы крупных животноводческих комплексов позволяют решить проблемы:

– обеспечение комплексов электроэнергией;

– решить проблему загрязнения окружающей среды жидкими отходами;

– получение высокоорганических удобрений.

В Китае, Японии и других странах широко используется биогаз.

– Водород – является перспективным топливом, обладающим в три раза большей удельной энергоемкостью по сравнению с нефтью. Водород в связаном состоянии содержится в малекулах воды. При его сжигании образуется вода, не загрязняющая окружающую среду. Водород без больших затрат сохраняется, транспортируется.

Получают сейчас водород путем электролиза, из природного газа. В настоящее время ведутся во всех странах мира экономические способы получения водорода. Конечно, водородное топливо решит глобальные проблемы энергетики, экологии и экономики.

● Ядерное топливо. Тяжелые ядра урана и тория являются единственными природными видами ядерного топлива. Энергия в виде теплоты высвобождается под действием медленных нейтронов при делении изотопа U²³⁵, который составляет в природном уране ¹/₁₄₀ часть. В качестве сырья могут использоваться U²³⁸ и Тh²³²которые при облучении нейтронами превращаются в новое ядерное топливо соответственно Рu²³⁹ и U²³⁹.

При делении всех ядер, содержащихся в 1 кг.урана выделяется энергия 2 · 10⁷ кВт. ч, что эквивалентно 2,5 тыс. т. высококачественного каменного угля с теплотой сгорания 35 МДж/кг (8373 ккал/кг).

Условное топливо

Все виды топлива обладают разной энергоемкостью. Удельной энергоемкостью называется количество энергии, приходящейся на единицу массы физического тела энергоресурса. С целью сопоставления различных видов топлива принята единица измерения – условного топлива, позволяющего установить:

– суммарный учет его запасов;

– оценку эффективности использования энергетических ресурсов;

– сравнения показателей теплоиспользующих устройств.

Условное топливо – это такое топливо, при сгорании 1 кг.которого выделяется 29309 кДж, или 7000 ккал энергии. Для сравнительного анализа используется 1 т. условного топлива.

1 т. у.т. = 29309 кДж = 7000 ккал = 8120 кВт ч.

Этот показатель соответствует хорошему малозольному углю.

Для анализа за рубежом используется условное топливо с теплотой сгорания 41900 кДж/кг (10000 ккал/кг). Этот показатель называется нефтяным эквивалентном. В табл. 12.1. дана удельная энергоемкость некоторых энергетических ресурсов в сравнении с условным топливом.

Таблица 12.1.