Горючие газы - вещества с низким порогом теплоты сгорания. Это основной компонент которое используется для газоснабжения городов, в промышленности и других сферах жизнедеятельности. Физико-химические характеристики таких газов зависят от наличия в их составе негорючих компонентов и вредных примесей.
Виды и происхождение горючих газов
Горючие газы содержат метан, пропан, бутан, этан, водород и иногда с примесями гексана и пентана. Их получают двумя способами - из природных месторождений и искусственным путем. происхождения - топливо, результат естественного биохимического процесса разложения органики. Большинство залежей расположены на глубине менее 1,5 км и состоят преимущественно из метана с малыми примесями пропана, бутана и этана. С увеличением глубины залегания растет процентное содержание примесей. Добывается из природных залежей или в качестве сопутствующих газов нефтяных месторождений.
Чаще всего залежи природного газа сконцентрированы в осадочных породах (песчаники, галечники). Покрывающими и подстилающими слоями служат плотные глинистые породы. В качестве подошвы в основном выступают нефть и вода. Искусственные - горючие газы, получаемые вследствие термической переработки различного вида твердых топлив (кокс и др.) и производные продукты нефтепереработки.
Основным компонентом природных газов, добываемых в сухих месторождениях, является метан с небольшим количеством пропана, бутана и этана. Природный газ характеризуется постоянством состава, относится к категории сухих. Состав газа, получаемый при нефтепереработке и из смешанных газонефтяных залежей, непостоянен и зависит от величины газового фактора, природы нефти и условий раздела нефтегазовых смесей. В него входит значительное количество пропана, бутана, этана, а также другие легкие и тяжелые углеводороды, содержащиеся в нефти, вплоть до керосиновых и бензиновых фракций.
Добыча горючих природных газов заключается в извлечении его из недр, сбор, удаление лишней влаги и подготовку к транспортировке потребителю. Особенность состоит в том, что на всех стадиях от пласта до конечного потребителя весь процесс герметизирован.
Горючие газы и их свойства
Жаропроизводительность - максимальная температура, выделяемая при полном сгорании сухого газа в теоретически необходимом количестве воздуха. При этом выделяемое тепло расходуется на нагревание Для метана этот параметр в °С равен 2043, бутана - 2118, пропана - 2110.
Температура воспламенения - наименьшая температура, при которой происходит самопроизвольный процесс воспламенения без воздействия внешнего источника, искры или пламени, за счет теплоты выделяемой частицами газа. Этот параметр особенно важен для определения допустимой температуры поверхности аппаратов, используемых в опасных зонах, которая не должна превышать температуру воспламенения. Для такой аппаратуры присваивается температурный класс.
Температура вспышки - наименьшая температура, при которой выделяется достаточное количество паров (на поверхности жидкости) для воспламенения от наименьшего пламени. Это свойство не стоит обобщать с температурой воспламенения, поскольку эти параметры могут разниться в значительной степени.
Плотность газа/пара. Определяется в сравнении с воздухом, чья плотность равна 1. < 1 - растет, > 1 - падает. Например, для метана этот показатель равен 0,55.
Опасность горючих газов
Горючие газы представляют опасность тремя своими свойствами:
- Горючесть. Существует риск возникновения пожара, связанный с неконтролируемым воспламенением газа;
- Токсичность. Риск отравления газом или продуктами его горения (угарный газ);
- Удушение вследствие дефицита кислорода, который может быть замещен другим газом.
Процесс горения представляет собой химическую реакцию, в которую входит кислород. При этом выделяется энергия в виде теплоты, пламени. Воспламеняющим веществом выступает газ. Процесс горения газа возможен при наличии трех факторов:
- Источник воспламенения.
- Горючие газы.
- Кислород.
Целью противопожарной защиты является исключение как минимум одного из факторов.
Метан
Это бесцветный легкий горючий газ без запаха. Нетоксичен. Метан составляет 98% всех природных газов. Считается основным, определяющим свойства природного газа. На 75% состоит из углерода и на 25% из водорода. Масса куб. метра - 0,717 кг. Сжижается при температуре 111 К, при этом его объем уменьшается в 600 раз. Обладает низкой реакционной способностью.
Пропан
Газ пропан - горючий газ, без цвета и запаха. Обладает большей реакционной способностью, чем метан. Содержание в природном газе 0,1-11% по массе. В попутных газах из смешанных газонефтяных месторождений до 20%, в продуктах переработки твердых топлив (бурых и каменных углей, каменноугольной смолы) до 80%. Газ пропан используется в различных реакциях для получения этилена, пропилена, низших олефинов, низших спиртов, ацетона, муравьиной и пропионовой кислоты, нитропарафинов.
Бутан
Горючий газ без цвета, со своеобразным запахом. Бутан газ легко сжимаем и летуч. Содержится в нефтяном газе до 12% по объему. Также получатся в результате крекинга нефтяных фракций и лабораторным путем по реакции Вюрца. Температура замерзания -138 о С. Как и все углеводородные газы, пожароопасен. Вреден для нервной системы, при вдыхании вызывает дисфункцию дыхательного аппарата. Бутан (газ) обладает наркотическими свойствами.
Этан
Этан - газ без цвета и запаха. Представитель углеводородов. Дегидрирование при 550-650 0 С приводит к этилену, свыше 800 0 С - к ацетилену. Содержится в природных и попутных газах до 10%. Выделяется низкотемпературной ректификацией. Значительные объемы этана выделяются при крекинге нефти. В лабораторных условиях получают по реакции Вюрца. Является основным сырьем для получения винилхлорида и этилена.
Водород
Прозрачный газ без запаха. Нетоксичен, в 14,5 раз легче воздуха. По виду водород не отличается от воздуха. Обладает высокой реакционной способностью, широкими пределами воспламенения, весьма взрывоопасен. Входит в состав едва ли не всех органических соединений. Наиболее трудно сжимаемый газ. Свободный водород в природе встречается крайне редко, но в виде соединений очень распространен.
Окись углерода
Бесцветный газ, без вкуса и запаха. Масса 1 куб. м - 1,25 кг. Содержится в высококалорийных газах наряду с метаном и другими углеводородами. Увеличение доли окиси углерода в горючем газе понижает теплоту сгорания. Оказывает токсическое влияние на человеческий организм.
Применение горючих газов
Горючие газы обладают высокой теплотой сгорания, а потому являются высокоэкономичным энергетическим топливом. Широко применяются для коммунально-бытовых нужд, на электростанциях, в металлургии, стекольной, цементной и пищевой промышленности, в качестве автомобильного топлива, при производстве строительных материалов.
Использование горючих газов в качестве сырья для производства таких органических соединений как формальдегид, метиловый спирт, уксусная кислота, ацетон, ацетальдегид, обусловлено наличием в их составе углеводородов. Метан, как основной компонент горючих природных газов, широко применяется для производства различных органических продуктов. Для получения аммиака и различного рода спиртов используется синтез-газ - продукт конверсии метана кислородом или водяным паром. Пиролизом и дегидрогенизацией метана получают ацетилен, наряду с водородом и сажей. Водород, в свою очередь, используется для синтеза аммиака. Горючие газы, и в первую очередь этан, применяют при получении этилена и пропилена, которые в дальнейшем используются в качестве сырья для производства пластмасс, искусственных волокон и синтетических каучуков.
Перспективным видом топлива для многих сфер народного хозяйства является сжиженный метан. Использование сжиженных газов во многих случаях дает большую экономическую выгоду, позволяя снизить материалозатраты на транспортировку и решить проблемы газоснабжения в отдельных районах, позволяет создавать запасы сырья для нужд химической промышленности.
Для процессов газовой сварки и резки могут быть применены различные горючие газы, при сгорании которых в смеси с техническим кислородом температура газового пламени превышает 2000 °С. По химическому составу они, за исключением водорода, представляют собой или углеводородные соединения, или смеси различных углеводородов.
Для газопламенной обработки наибольшее распространение получил ацетилен (С 2 Н 2), при сгорании, в кислороде которого образуется пламя с более высокой температурой, чем при сгорании других горючих газов - заменителей ацетилена.
Ацетилен
Ацетилен представляет собой углеводород ненасыщенного ряда. Его химическая формула С 2 Н 2 , структурная формула Н-С = С-Н. При атмосферном давлении и нормальной температуре ацетилен - бесцветный газ. Технический ацетилен вследствие присутствия в нем примесей имеет резкий специфический запах. При 20 °С и 0,1 МПа плотность ацетилена р = 1,09 кг/м 3 . При атмосферном давлении ацетилен сжижается при температуре -82,4...-83,б °С.
Полное сгорание ацетилена происходит по реакции
т. е. для полного сгорания 1 объема ацетилена требуется 2,5 объема кислорода. Высшая теплота сгорания ацетилена при 0 °С и 0,1 МПа (2 В = 58660 кДж/м 3 . Теплота реакции сгорания ацетилена Q слагается из теплоты реакции распада ацетилена и суммы теплоты первичных реакций сгорания углерода и водорода.
Распад ацетилена происходит по реакции
Теплота распада Qq = 225,8 кДж/моль или Qq = 8686 кДж/кг.
Важным параметром сварочного пламени помимо его температуры является также интенсивность горения, под которой понимается произведение нормальной скорости горения на теплоту сгорания смеси. Данные об интенсивности горения ацетилена и некоторых других горючих приведены в табл. 2.1. Ацетилен обладает наибольшей интенсивностью горения по сравнению с другими газами, используемыми при газопламенной обработке.
Температура самовоспламенения ацетилена лежит в пределах 240-630 °С и зависит от давления и присутствия в ацетилене различных веществ. Повышение давления существенно снижает температуру самовоспламенения ацетилена. Присутствие в ацетилене частиц других веществ увеличивает поверхность контакта и тем понижает температуру самовоспламенения.
При сжатии ацетилена в компрессоре до давления 2,9 МПа, если температура в конце сжатия не превышает 275 °С, самовоспламенения ацетилена не происходит. Это позволяет наполнять баллоны ацетиленом с целью его длительного хранения и транспортирования. С повышением давления температурный предел начала процесса полимеризации понижается (рис. 2.1).
Практически при использовании ацетилена допустим нагрев его до следующих температур в зависимости от давления: при давлении 0,1 МПа до 300°С, придавлении 0,25 МПа до 150-180°С, при более высоких давлениях до 100 °С.
Один из важных показателей взрывоопасности горючих газов и паров - энергия зажигания. Чем меньше эта величина, тем взрывоопаснее данное вещество. Энергия зажигания кислородно-газовых смесей в 100 раз меньше, чем воздушно-газовых. Ацетилен имеет наименьшую энергию зажигания и в отношении взрывоопасности подобен водороду.
Рис. 2.1.
Таблица 2.1
Интенсивность горения газов
Присутствие паров воды сильно понижает способность ацетилена к самовоспламенению от случайных источников нагрева и взрывчатому распаду. В связи с этим в ацетиленовых генераторах, где ацетилен всегда насыщен парами воды, предельное давление действующими нормами установлено: избыточное 0,15 МПа, абсолютное 0,25 МПа.
При атмосферном давлении смесь ацетилена с воздухом взрывоопасна при содержании в ней 2,2% ацетилена и более; смесь с кислородом - 2,8% ацетилена и более. Верхнего предела взрываемости для смесей ацетилена с воздухом и кислородом не существует, так как взрываться, способен и чистый ацетилен при достаточной энергии зажигания.
Основным способом получения ацетилена является переработка карбида кальция. Этот способ довольно громоздок, дорог и требует затраты большого количества электроэнергий. Получение ацетилена из природного газа на 30-40% дешевле, чем из карбида кальция. Пиролизный ацетилен, используемый для сварки и резки, накачивают в баллоны с пористой массой, пропитанной ацетоном, по свойствам он не отличается от ацетилена, получаемого из карбида кальция.
ПРИЛОЖЕНИЕ 7. Характеристика взрывоопасных и вредных газов, наиболее часто встречающихся в резервуарах и подземных сооружениях.
В подземных сооружениях наиболее часто обнаруживаются такие взрывоопасные и вредные газы: метан, пропан, бутан, пропилен, бутилен, окись (оксид) углерода, углекислый газ, сероводород и аммиак.
Метан CH 4 (болотный газ) — бесцветный горючий газ без запаха, легче воздуха. Проникает в подземные сооружения из почвы. Образуется при медленном разложении без доступа воздуха растительных веществ: при гниении клетчатки под водой (в болотах, стоячих водах, прудах) или разложении растительных остатков в залежах каменного угля. Метан является составной частью промышленного газа и при неисправном газопроводе может проникать в подземные сооружения. Не ядовит, но его присутствие уменьшает количество кислорода в воздушной среде подземных сооружений, что приводит к нарушению нормального дыхания при работах в этих сооружениях. При содержании метана в воздухе 5-15% по объему образуется взрывоопасная смесь.
Пропан C 3 H 8 , бутан C 4 H 10 , пропилен C 3 H 6 и бутилен C 4 H 8 — бесцветные горючие газы, тяжелее воздуха, без запаха, трудно смешиваются с воздухом. Вдыхание пропана и бутана в небольших количествах не вызывает отравления; пропилен и бутилен оказывают наркотическое воздействие.
Сжиженные газы с воздухом могут образовывать взрывоопасные смеси при следующем их содержании, % по объему:
Пропан………………… 2,3 — 9,5
Бутан…………………. 1,6 — 8,5
Пропилен………………. 2,2 — 9,7
Бутилен……………….. 1,7 — 9,0
Средство защиты — шланговые противогазы ПШ-1, ПШ-2.
Окись углерода СО — бесцветный газ, без запаха, горючий и взрывоопасный, немного легче воздуха. Окись углерода чрезвычайно ядовита. Физиологическое воздействие окиси углерода на человека зависит от ее концентрации в воздухе и длительности вдыхания.
Вдыхание воздуха, содержащего окись углерода выше предельно допустимой концентрации, может привести к отравлению и даже к смерти. При содержании в воздухе 12,5-75% по объему окиси углерода образуется взрывоопасная смесь.
Средство защиты — фильтрующий противогаз марки СО.
Углекислый газ CO 2 [двуокись (диоксид) углерода] — бесцветный газ, без запаха, с кисловатым вкусом, тяжелее воздуха. Проникает в подземные сооружения из почвы. Образуется в результате разложения органических веществ. Образуется также в резервуарах (баках, бункерах и др.) при наличии в них сульфоугля или угля вследствие его медленного окисления.
Попадая в подземное сооружение, углекислый газ вытесняет воздух, заполняя со дна пространство подземного сооружения. Углекислый газ не ядовит, но обладает наркотическим действием и способен раздражать слизистые оболочки. При высоких концентрациях вызывает удушье вследствие уменьшения содержания кислорода в воздухе.
Средство защиты — шланговые противогазы ПШ-1, ПШ-2.
Сероводород H 2 S — бесцветный горючий газ, имеет запах тухлых яиц, несколько тяжелее воздуха. Ядовит, действует на нервную систему, раздражает дыхательные пути и слизистую оболочку глаз.
При содержании в воздухе сероводорода 4,3 — 45,5% по объему образуется взрывоопасная смесь.
Средство защиты — фильтрующие противогазы марок В, КД.
Аммиак NH 3 — бесцветный горючий газ с резким характерным запахом, легче воздуха, ядовит, раздражает слизистую оболочку глаз и дыхательные пути, вызывает удушье. При содержании в воздухе аммиака 15-28% по объему образуется взрывоопасная смесь.
Средство защиты — фильтрующий противогаз марки КД.
Водород H 2 — бесцветный горючий газ без вкуса и запаха, значительно легче воздуха. Водород — физиологически инертный газ, но при высоких концентрациях вызывает удушье вследствие уменьшения содержания кислорода. При соприкосновении кислотосодержащих реагентов с металлическими стенками емкостей, не имеющих антикоррозийного покрытия, образуется водород. При содержании в воздухе водорода 4-75% по объему образуется взрывоопасная смесь.
Кислород O 2 — бесцветный газ, без запаха и вкуса, тяжелее воздуха. Токсическими свойствами не обладает, но при длительном вдыхании чистого кислорода (при атмосферном давлении) наступает смерть вследствие развития плеврального отека легких.
Кислород не горюч, но является основным газом, поддерживающим горение веществ. Высокоактивен, соединяется с большинством элементов. С горючими газами кислород образует взрывоопасные смеси.
Кислород - газ без цвета и запаха, соединяется с большинством элементов, кроме инертных газов, благородных металлов, а также фтора. Активно поддерживает горения. Химическая формула О 2 .Температура сжижения кислорода при нормальном атмосферном давлении -182,96°С. Температура затвердевания - 218,4 o С.
Кислород получают из атмосферного воздуха. Принцип получения заключается в следующем: воздух охлаждается и сжижается, а затем кислород выделяется вследствие разницы температур кипения кислорода (-183 o С) и азота (-195,8 o С), благодаря чему азот испаряется из воздуха раньше и быстрее, чем кислород.
Кислород поступает потребителю по трубопроводу под давлением 0,5-3,0 МПа (кгс/см 2) от кислородной станции или газификатора, от перепускных разрядных рамп или индивидуальных баллонов под давлением 15 МПа (150 кгс/см 2).
Кислород газообразный технический выпускается по ГОСТ 5583-78 трех сортов: (I, II, III) I сорт - чистота 99,7%; II сорт - чистота 99,5%; III сорт - чистота 99,2%.
На предприятиях используется в основном кислород I сорта. Для чистовой резки допускается применение кислорода II сорта, но при этом значительно возрастает его расход.
При работе с кислородом следует всегда помнить, что кислород при контакте с маслом или жиром образует взрывоопасное соединение, поэтому вся кислородная аппаратура должна подвергаться тщательному обезжириванию. В процессе работы необходимо следить, чтобы грязь, масло и жир не могли попадать на детали аппаратуры.
Ацетилен
Ацетилен - газ, ненасыщенный углеродом, легче воздуха, бесцветен, имеет сладковатый вкус и слабо эфирный запах. Химическая формула C 2 H 2 . Температура плавления при сгорании в смеси с кислородом до 3200 o С. Длительное вдыхание ацетилена вызывает головокружение и отравление. Ацетилен имеет наибольшую из всех горючих газов скорость реакции горения в кислороде. Этим объясняется его склонность к хлопкам и обратным ударам.
Смесь ацетилена с воздухом и кислородом крайне взрывоопасна в различных пропорциях (2,2 - 81% - с воздухом, и 2,8 - 93% - с кислородом), кроме того чистый ацетилен взрывоопасен в сжатом состоянии, начиная с 15 МПа (150 кгс/см 2). К потребителю ацетилен поступает по трубопроводу от газоразрядных перепускных рамп, в баллонах или его получают из карбида кальция в ацетиленовом генераторе. Использование растворенного ацетилена из баллонов предпочтительнее ацетилена, полученного в ацетиленовом генераторе: более устойчиво работает аппаратура, повышается безопасность работ и чистота рабочего места, обеспечивается лучшее использование дорогостоящего карбида кальция.
Газы - заменители ацетилена
Ввиду высокой стоимости ацетилена (С 2 Н 2 стоит приблизительно в 4 раза дороже пропанобутановой смеси и в 43 раза дороже природного газа). Кроме того газы-заменители обладают рядом преимуществ перед кислородно-ацетиленовой резкой: более высокое качество поверхности реза; отсутствует оплавление кромок; процесс резки устойчивый, отсутствуют «хлопки» пламени; расстояние между мундштуком и разрезаемым металлом может изменяться в более широких пределах; износоустойчивость мундштуков при применении природного газа в 2-3 раза больше по сравнению с кислородно-ацетиленовой резкой. Газы-заменители подразделяются на две группы: сжиженные и сжимаемые.
Сжимаемые газы - метан и многокомпонентные газы, такие, как природный, городской, нефтяной и коксовый. К ним же относится и водород. Природные газы состоят в основном из метана и подаются, как правило, по трубопроводу или (реже) в баллонах под давлением 15 МПа (150 кгс/см 2). Городской газ по своему составу непостоянен и содержит от 70 до 98% метана. К заводскому потребителю газ поступает по трубопроводу под давлением 0,3 МПа (3 кгс/см 2).
Сжиженные газы - пропан, бутан и их смеси. Крупные потребители получают их в железнодорожных и автомобильных цистернах, из которых их переливают в заводские стационарные емкости (хранилища). Далее газ подается в газификатор или отбирается в паровой фазе. В таком виде он поступает в заводской газорегуляторный пункт и далее в межцеховые газопроводы под давлением не менее 0,01 МПа (0,1 кгс/см 2).
Техника кислородной резки с использованием газов - заменителей ацетилена принципиально такая же, как при резке ацетилено-кислородным пламенем. К особенностям кислородной резки на газах - заменителях ацетилена можно отнести следующее: максимальная температура пламени находится на расстоянии от ядра в 2-3 раза большем, чем у ацетилено-кислородного пламени. Это позволяет изменять расстояние между мундштуком резака и разрезаемым металлом в более широких пределах. Время начального подогрева металла при резке примерно вдвое больше, чем при нагреве ацетилено-кислородным пламенем, что несколько снижает производительность процесса резки.
В целом, кислородная резка с использованием газов-заменителей ацетилена (особенно природного газа) имеет ряд преимуществ перед ацетилено-кислородной: более низкая себестоимость процесса за счет низкой стоимости пропан-бутановой смеси и природного газа по сравнению со стоимостью ацетилена (в 3,5 и 43 раза соответственно!); более высокое качество поверхности реза (отсутствует оплавление кромок); процесс резки устойчивый, отсутствуют «хлопки» и обратные удары, что в свою очередь увеличивает безопасность и долговечность резака; износоустойчивость мундштуков в 2-3 раза больше у резаков с использованием газов-заменителей, чем у ацетиленовых; расстояние между мундштуком резака и разрезаемым металлом изменяется в более широких пределах.
Помимо газов также следует уделять внимание нефтепродуктам. Бензин, керосин, мазут и битум востребованные на нефтяном рынке. Оптом купить дизельное топливо летнее можно в компании Евро Групп Ойл по недорогим ценам.
Основные свойства горючих газов и жидкостей
| Наименование | Низшая удельная теплота, МДж/м 3 (ккал/м) | Температура пламени в смеси с кислородом, о C | Коэффициент замены | Количество кислорода, подаваемого на 1 м 3 горючего, м 3 | Предел взрываемости в смеси с кислородом, % |
|---|---|---|---|---|---|
| Ацетилен | 52,8 (12600) | 3100-3200 | 1,0 | 0,8-1,3 | 2,3-93,0 |
| Природный газ | 31-38 (7500-9000) | 2000-2200 | 1,8 | 1,6-1,8 | 5-61 (по метану) |
| Городской газ | 17-21 (4100-5000) | 2000-2200 | 3,0 | 1,3-1,5 | 5-61 (по метану) |
| Пропан-бутан | 9,1 (22000) | 2500-2700 | 0,6 | 3,4-4,2 | 2,3-57 (по пропану) |
| Керосин (пары) | 4,2-5 (1000-1200) | 2400-2450 | 1-1,3 | 1,7-2,4 (м 3 /кг) |
Жидкое горючее
Жидкое горючее - керосин, бензин - поступает к потребителю только из специальных бачков (передвижных и стационарных) под давлением до 0,3 МПа (3 кгс/см 2). Бензин и керосин перед применением следует очистить от механических примесей фильтрованием через войлок. Бензин следует использовать в смеси с керосином в соответствии 1/1.
Карбид кальция
Карбид кальция - твердое вещество темно-серого или коричневатого цвета и представляет собой продукт плавления извести с углеродом. Ацетилен получается в результате разложения карбида кальция водой по формуле: СаС 2 +2Н 2 0 = С 2 Н 2 + Са(ОН) 2 . Карбид кальция получается в больших кусках, которые дробятся. Количество мелочи и пыли, во избежание взрыва генератора, не должно превышать 5%. Транспортируется и хранится карбид кальция в специальных герметических закрытых барабанах. Масса в наполненном состоянии от 50 до 130 кг. Вскрываться барабаны должны специальными искробезопасными ключами.
Во многих городах нашей страны газ широко вошел в быт людей.
Кислород играет решающую роль при его горении. Прикройте на минутку воздушную заслонку у горелки газовой плиты. Пламя газовой горелки станет белым, коптящим и недостаточно горячим. Это потому, что газ сгорает не полностью, ему не хватает того кислорода, который он встречает в воздухе при выходе из горелки.
Чтобы полнее использовать теплотворную способность газа, горелка устроена так, что при входе в нее газ подсасывает воздух и, смешиваясь с ним, подходит к пламени с таким количеством кислорода, которого достаточно для его полного сгорания. Пламя при этом получается синеватое, короткое и очень горячее. Прикрывая кран газовой горелки, вы уменьшаете приток газа и тем самым уменьшаете подсос воздуха.
Газ, которым пользуются в быту, чаще всего добывается из недр земли и называется природным газом.
Большинство природных газов - это смесь органических соединений, главным образом углеводородов, то есть соединений, в состав которых входят углерод и водород. Оба эти элемента при соединении с кислородом выделяют огромное количество тепла.
В настоящее время открыто очень много крупных месторождений природного газа. Особенно богата природными газами Саратовская область.
По специальному газопроводу Саратов - Москва газ поступает в столицу нашей Родины, где широко используется в промышленности и для бытовых нужд населения.
Преимущества газообразного топлива перед твердым огромны. К ним прежде всего относятся удобства потребления, легкость подачи топлива в топку или газовую горелку, чрезвычайная простота управления пламенем и большая гигиеничность.
Но самым важным преимуществом газообразного топлива является его высокая теплотворная способность. Температура пламени горящего газа значительно выше температуры пламени твердого топлива и в некоторых случаях достигает 3000°.
Как же проходит процесс горения твердого и газообразного топлива?
При горении твердое топливо вначале подсушивается, а затем наступает так называемая сухая перегонка. Образуются газообразные вещества, содержащие углерод. Углерод этих горючих веществ соединяется с кислородом воздуха.
Сгорая, углерод образует углекислый газ (СO 2). При этом выделяется тепло. Часть этого тепла расходуется на осушку и перегонку новых частей твердого топлива; часть тепла забирает азот, который поступает в топку вместе с кислородом.
Нагреваясь до высокой температуры, азот покидает топку, бесцельно унося с собой тепло в атмосферу. Кроме того, из-за плохого «перемешивания» воздуха с твердым топливом не весь кислород, поступающий в топку, участвует в горении; часть его, нагреваясь вместе с азотом, также уходит в атмосферу. Большое количество тепла уходит бесполезно, и вместе с ним уносится много мелких частиц угля в виде дыма.
При использовании газообразного топлива часть этик недостатков устраняется. Горючий газ еще до подхода к пламени хорошо перемешивается с кислородом воздуха. Подачу воздуха в топку можно отрегулировать так, чтобы его было достаточно для полного сгорания газа и не было лишней потери тепла.
При подаче в топку подогретого газа и горячего воздуха потери тепла почти полностью устраняются. На подогревание воздуха и газа обычно используется тепло газов, выходящих из топки. Газообразное топливо экономичнее и удобнее твердого.
Газообразное топливо можно получить и искусственным путем. Для этой цели служат так называемые газогенераторные установки.
В высокую колонку, снабженную внизу колосниковой решеткой, загружают уголь. Загрузка угля производится через верхнее загрузочное отверстие. Когда колонка заполнена, отверстие закрывают, оставляя только узкий выход для газов. Снизу колонки под решетку подают воздух с определенным содержанием кислорода и поджигают уголь. Нижние слои угля, сгорая в присутствии кислорода, образуют углекислый газ и выделяют тепло. Это тепло поднимается вверх по колонке и накаляет верхние слои угля. Углекислый газ, полученный при горении нижних слоев, проходит через раскаленные до 700° верхние слои угля, отдает им часть своего кислорода и образует окись углерода. Окись углерода вместе с азотом воздуха проходит через выходное отверстие и собирается в газохранилищах.
Газ, получаемый в генераторных установках, называют генераторным газом.
Если в генератор вместе с воздухом пустить водяной пар, то одновременно с окисью углерода образуется и водород. Смесь этих газов носит название водяного газа и также используется как газообразное топливо. При горении водяного газа окись углерода соединяется с кислородом и образует углекислый газ. А водород, соединяясь с кислородом, дает воду.
Как генераторный, так и водяной газ содержит окись углерода. Окись углерода - бесцветный газ, не имеющий запаха, немного легче воздуха. Она ядовита и вызывает угар, откуда и происходит другое ее название - угарный газ. В общежитии мы часто подразумеваем под «угаром» запах несгоревшего топлива. Однако запах этот принадлежит не окиси углерода, а другим продуктам горения, также содержащим углерод.
Если продолжительное время (3-4 часа) находиться в помещении, где на каждые 100 тысяч частей воздуха приходится только одна часть окиси углерода, можно угореть. Примесь одной части окиси углерода к 800 частям воздуха уже крайне опасна для жизни человека и за полчаса может вызвать смерть.
Лучшим средством для пострадавшего является чистый воздух, а при сильном отравлении - чистый кислород.
Окись углерода обладает большой калорийностью. При сгорании 1 граммолекулы окиси углерода (28 граммов) выделяется 67 500 калорий; это на 29 500 калорий меньше тепла, выделяемого при сгорании 1 грамматома углерода (12 граммов):
(С + O 2 = СO 2 + 97 000 кал.)
(СО + V2O2 = СO 2 + 67 500 кал.)
Казалось бы, что при таком соотношении тепловых эффектов нецелесообразно уголь переводить в окись углерода, с тем чтобы, в конечном итоге, при сжигании ее получить меньше тепла. В действительности же это не так. Если подсчитать все потери тепла при сгорании твердого топлива, в том числе и потери на золу, которая составляет 5-30 процентов, то использование генераторного газа окажется выгодным.
Еще более целесообразным является получение окиси углерода на месте залегания угля без добычи его на поверхность. Такой способ получения газообразного топлива носит название подземной газификации угля.
Идея подземной газификации угля впервые родилась у великого русского химика Менделеева. В 80-х годах прошлого столетия он писал: «Настанет, вероятно, со временем даже такая эпоха, что угля из земли вынимать не будут, а там, в земле, сумеют превращать в горючие газы и их по трубам будут распределять на далекие расстояния».
Эта смелая для того времени мысль была подхвачена многими учеными. Начало осуществления идеи подземной газификации было оценено В. И. Лениным в статье «Одна из величайших побед в технике», опубликованной в «Правде» в 1913 году. В. И. Ленин охарактеризовал подземную газификацию как переворот в промышленности, равносильный гигантской технической революции едва ли не самой важной отрасли производства.
Однако в условиях царской России не удалось развить подземную газификацию. Это стало возможным только при советской власти.
В 1931 году Центральный Комитет Всесоюзной Коммунистической партии принял решение по реализации проблем подземной газификации угля. С тех пор в нашей стране идет непрерывная работа по широкому внедрению этого передового метода добычи топлива из недр земли.
Преимущества этого метода огромны.
Подземная газификация значительно упрощает и удешевляет разработку каменноугольных месторождений и облегчает труд горняков. Транспорт освобождается от перевозок большого количества твердого топлива.
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter .