Nilai kalor aktual gas alam. Bahan bakar gas

SIFAT FISIK DAN KIMIA GAS ALAM

kamu gas alam tidak ada warna, bau, rasa.

Indikator utama gas alam meliputi: komposisi, nilai kalor, kepadatan, suhu pembakaran dan penyalaan, batas ledakan dan tekanan ledakan.

Gas alam dari ladang gas murni sebagian besar terdiri dari metana (82-98%) dan hidrokarbon lainnya.

Gas yang mudah terbakar mengandung zat yang mudah terbakar dan tidak mudah terbakar. Gas yang mudah terbakar meliputi: hidrokarbon, hidrogen, hidrogen sulfida. Gas yang tidak mudah terbakar meliputi: karbon dioksida, oksigen, nitrogen, dan uap air. Komposisinya rendah yaitu 0,1-0,3% C0 2 dan 1-14% N 2. Setelah ekstraksi, gas beracun hidrogen sulfida dihilangkan dari gas, yang kandungannya tidak boleh melebihi 0,02 g/m3.

Kalor pembakaran adalah banyaknya kalor yang dilepaskan selama pembakaran sempurna 1 m3 gas. Panas pembakaran diukur dalam kkal/m3, kJ/m3 gas. Nilai kalor gas alam kering adalah 8000-8500 kkal/m3.

Nilai yang dihitung dengan perbandingan massa suatu zat dengan volumenya disebut massa jenis zat. Massa jenis diukur dalam kg/m3. Massa jenis gas alam sepenuhnya bergantung pada komposisinya dan berada pada kisaran c = 0,73-0,85 kg/m3.

Ciri terpenting dari setiap gas yang mudah terbakar adalah keluaran panasnya, mis. Suhu maksimum dicapai dengan pembakaran sempurna gas, jika jumlah yang dibutuhkan udara untuk pembakaran sama persis dengan rumus kimia pembakaran, dan suhu awal gas dan udara adalah nol.

Keluaran panas gas alam sekitar 2000 -2100 °C, metana - 2043 °C. Suhu pembakaran aktual di tungku jauh lebih rendah daripada keluaran panas dan bergantung pada kondisi pembakaran.

Temperatur penyalaan adalah temperatur campuran udara-bahan bakar dimana campuran tersebut terbakar tanpa adanya sumber penyalaan. Untuk gas alam berada pada kisaran 645-700 °C.

Semua gas yang mudah terbakar bersifat eksplosif dan dapat terbakar jika terkena api terbuka atau percikan api. Membedakan batas konsentrasi bawah dan atas perambatan api , yaitu. konsentrasi bawah dan atas di mana ledakan campuran mungkin terjadi. Batas ledakan bawah gas adalah 3 6%, batas atas adalah 12 16%.

Batas eksplosif.

Campuran gas-udara yang mengandung sejumlah gas berikut:

hingga 5% - tidak menyala;

dari 5 hingga 15% - meledak;

lebih dari 15% - terbakar saat udara disuplai.

Tekanan saat ledakan gas alam adalah 0,8-1,0 MPa.

Semua gas yang mudah terbakar dapat menyebabkan keracunan pada tubuh manusia. Zat beracun utama adalah: karbon monoksida (CO), hidrogen sulfida (H 2 S), amonia (NH 3).

Gas alam tidak berbau. Untuk mendeteksi kebocoran, gas diberi bau (yaitu diberi bau tertentu). Odorisasi dilakukan dengan menggunakan etil merkaptan. Penciuman dilakukan di stasiun distribusi gas (GDS). Ketika 1% gas alam masuk ke udara, ia mulai berbau. Praktek menunjukkan bahwa tingkat rata-rata etil merkaptan untuk bau gas alam yang masuk ke jaringan kota harus 16 g per 1.000 m3 gas.

Dibandingkan dengan padat dan bahan bakar cair Gas alam menang dalam banyak hal:

Murahnya relatif, yang bisa dijelaskan lebih lanjut cara yang mudah pertambangan dan transportasi;

Tidak ada abu atau pelepasan partikel padat ke atmosfer;

Nilai kalori tinggi;

Tidak diperlukan persiapan bahan bakar untuk pembakaran;

Pekerjaan pekerja jasa menjadi lebih mudah dan kondisi sanitasi dan higienis pekerjaan mereka ditingkatkan;

Kondisi untuk mengotomatisasi proses kerja disederhanakan.

Karena kemungkinan kebocoran melalui kebocoran pada sambungan dan fitting pipa gas, penggunaan gas alam memerlukan kehati-hatian dan kehati-hatian khusus. Penetrasi lebih dari 20% gas ke dalam ruangan dapat menyebabkan mati lemas, dan jika berada dalam volume tertutup, 5 hingga 15% dapat menyebabkan ledakan campuran gas-udara. Pembakaran tidak sempurna menghasilkan karbon monoksida CO beracun, yang bahkan pada konsentrasi rendah dapat menyebabkan keracunan pada personel yang beroperasi.

Berdasarkan asalnya, gas alam dibagi menjadi dua kelompok: kering dan berlemak.

Kering gas adalah gas yang berasal dari mineral dan ditemukan di daerah yang terkait dengan aktivitas gunung berapi saat ini atau di masa lalu. Gas kering hampir seluruhnya terdiri dari metana dengan sedikit kandungan komponen pemberat (nitrogen, karbon dioksida) dan memiliki nilai kalor Qn = 7000±9000 kkal/nm3.

Gemuk gas menyertainya ladang minyak dan biasanya terakumulasi di lapisan atas. Berdasarkan asalnya, gas basah mirip dengan minyak dan mengandung banyak hidrokarbon yang mudah terkondensasi. Nilai kalori gas cair Qn=8000-15000 kkal/nm3

Keuntungan bahan bakar gas termasuk kemudahan transportasi dan pembakaran, tidak adanya abu dan uap air, dan kesederhanaan peralatan boiler.

Bersama gas alam gas buatan yang mudah terbakar yang diperoleh selama pemrosesan juga digunakan bahan bakar padat, atau akibat pengoperasian instalasi industri sebagai gas buang. Gas buatan terdiri dari gas yang mudah terbakar hasil pembakaran tidak sempurna bahan bakar, gas pemberat dan uap air dan dibagi menjadi kaya dan miskin, memiliki nilai kalor rata-rata masing-masing 4500 kkal/m3 dan 1300 kkal/m3. Komposisi gas: hidrogen, metana, senyawa hidrokarbon lainnya CmHn, hidrogen sulfida H 2 S, gas tidak mudah terbakar, karbon dioksida, oksigen, nitrogen dan sedikit uap air. Pemberat – nitrogen dan karbon dioksida.

Dengan demikian, komposisi bahan bakar gas kering dapat direpresentasikan sebagai campuran unsur-unsur berikut:

CO + H 2 + ∑CmHn + H 2 S + CO 2 + O 2 + N 2 =100%.

Komposisi bahan bakar gas basah dinyatakan sebagai berikut:

CO + H 2 + ∑CmHn + H 2 S + CO 2 + O 2 + N 2 + H 2 O = 100%.

Panas pembakaran kering bahan bakar gas kJ/m3 (kkal/m3) per 1 m3 gas di kondisi normal didefinisikan sebagai berikut:

Qn= 0,01,

Dimana Qi adalah panas pembakaran gas yang bersangkutan.

Nilai kalor bahan bakar gas diberikan pada Tabel 3.

Ledakan gas terbentuk selama peleburan besi tuang di tanur sembur. Hasil dan komposisi kimianya bergantung pada sifat muatan dan bahan bakar, mode pengoperasian tungku, metode intensifikasi proses, dan faktor lainnya. Output gas berkisar antara 1500-2500 m 3 per ton besi cor. Bagian komponen yang tidak mudah terbakar (N 2 dan CO 2) dalam gas tanur sembur adalah sekitar 70%, yang menentukan kinerja termalnya yang rendah ( panas yang lebih rendah pembakaran gas adalah 3-5 MJ/m 3).

Saat membakar gas tanur sembur, suhu maksimum produk pembakaran (tidak termasuk kehilangan panas dan konsumsi panas untuk disosiasi CO 2 dan H 2 O) adalah 400-1500 0 C. Jika gas dan udara dipanaskan sebelum pembakaran , suhu produk pembakaran dapat ditingkatkan secara signifikan.

Gas ferroalloy terbentuk selama peleburan ferroalloy di tungku reduksi bijih. Gas yang dikeluarkan dari tungku tertutup dapat digunakan sebagai bahan bakar SER (sekunder sumber energi). Dalam tungku terbuka, karena akses udara yang bebas, gas terbakar di bagian atas. Hasil dan komposisi gas ferroalloy tergantung pada tingkat peleburan

paduan, komposisi muatan, mode pengoperasian tungku, kekuatannya, dll. Komposisi gas: 50-90% CO, 2-8% H2, 0,3-1% CH4, O2<1%, 2-5% CO 2 , остальное N 2 . Максимальная температура продуктов сгорания равна 2080 ^0 C. Запылённость газа составляет 30-40 г/м^3 .

Konverter gas terbentuk selama peleburan baja dalam konverter oksigen. Gas ini sebagian besar terdiri dari karbon monoksida, hasil dan komposisinya sangat bervariasi selama peleburan. Setelah dimurnikan, komposisi gasnya kira-kira sebagai berikut: 70-80% CO; 15-20% CO 2 ; 0,5-0,8% O2; 3-12% N 2. Kalor pembakaran gas adalah 8,4-9,2 MJ/m 3. Suhu pembakaran maksimum mencapai 2000 0 C.

gas kokas terbentuk selama kokas campuran batubara. Dalam metalurgi besi digunakan setelah ekstraksi produk kimia. Komposisi gas oven kokas bergantung pada sifat muatan batubara dan kondisi kokas. Fraksi volume komponen dalam gas berada dalam batas berikut,%: 52-62H 2 ; 0,3-0,6 O 2; 23.5-26.5 Bab 4; 5,5-7,7 CO; 1,8-2,6 BERSAMA 2 . Panas pembakaran 17-17,6 MJ/m^3, suhu maksimum hasil pembakaran 2070 0 C.

Zat yang berasal dari organik termasuk bahan bakar yang bila dibakar akan melepaskan sejumlah energi panas. Produksi panas harus ditandai dengan efisiensi tinggi dan tidak adanya efek samping, khususnya zat berbahaya bagi kesehatan manusia dan lingkungan.

Untuk memudahkan pemuatan ke dalam kotak api, material kayu dipotong menjadi elemen-elemen tersendiri sepanjang 30 cm. Untuk meningkatkan efisiensi penggunaannya, kayu bakar harus sekering mungkin dan proses pembakaran harus relatif lambat. Dalam banyak hal, kayu dari kayu keras seperti oak dan birch, hazel dan ash, dan hawthorn cocok untuk pemanas ruangan. Karena kandungan resin yang tinggi, peningkatan laju pembakaran dan nilai kalori yang rendah, pohon jenis konifera secara signifikan lebih rendah kualitasnya dalam hal ini.

Perlu dipahami bahwa nilai nilai kalor dipengaruhi oleh kepadatan kayu.

Ini adalah bahan alami yang berasal dari tumbuhan, diekstraksi dari batuan sedimen.

Bahan bakar padat jenis ini mengandung karbon dan unsur kimia lainnya. Ada pembagian bahan menjadi beberapa jenis tergantung umurnya. Batubara coklat dianggap yang termuda, diikuti oleh batubara keras, dan antrasit lebih tua dari semua jenis lainnya. Usia suatu bahan yang mudah terbakar juga menentukan kadar airnya, yang lebih banyak terdapat pada bahan yang masih muda.

Selama pembakaran batubara, terjadi pencemaran lingkungan, dan terak terbentuk di tungku boiler, yang sampai batas tertentu menghambat pembakaran normal. Kehadiran belerang dalam bahan juga merupakan faktor yang tidak menguntungkan bagi atmosfer, karena di ruang udara unsur ini diubah menjadi asam sulfat.

Namun konsumen tidak perlu khawatir akan kesehatannya. Produsen bahan ini, yang melayani pelanggan swasta, berupaya mengurangi kandungan belerang di dalamnya. Nilai kalor batubara dapat bervariasi walaupun dalam jenis yang sama. Perbedaannya bergantung pada karakteristik subspesies dan kandungan mineralnya, serta geografi produksinya. Sebagai bahan bakar padat, tidak hanya ditemukan batubara murni, tetapi juga terak batubara yang diperkaya rendah, yang dipres menjadi briket.

Pelet (butiran bahan bakar) adalah bahan bakar padat yang dibuat secara industri dari limbah kayu dan tanaman: serutan, kulit kayu, karton, jerami.

Bahan bakunya, dihancurkan menjadi debu, dikeringkan dan dituangkan ke dalam granulator, kemudian keluar dalam bentuk butiran dengan bentuk tertentu. Untuk menambah viskositas massa, polimer tumbuhan, lignin, digunakan. Kompleksitas proses produksi dan tingginya permintaan menentukan harga jual pelet. Bahan tersebut digunakan dalam boiler yang dilengkapi peralatan khusus.

Jenis bahan bakar ditentukan tergantung pada bahan dari mana bahan bakar tersebut diolah:

• kayu bulat dari pohon jenis apa pun;
• Sedotan;
• gambut;
• sekam bunga matahari.

Di antara kelebihan yang dimiliki pelet bahan bakar, perlu diperhatikan kualitas-kualitas berikut:

• keramahan lingkungan;
• ketidakmampuan untuk berubah bentuk dan ketahanan terhadap jamur;
• penyimpanan mudah bahkan di luar ruangan;
• keseragaman dan lamanya pembakaran;
• biaya yang relatif rendah;
• Kemungkinan penggunaan untuk berbagai perangkat pemanas;
• ukuran butiran yang sesuai untuk pemuatan otomatis ke dalam ketel yang dilengkapi peralatan khusus.

Briket

Briket adalah bahan bakar padat yang dalam banyak hal mirip dengan pelet. Untuk pembuatannya, bahan yang sama digunakan: serpihan kayu, serutan, gambut, sekam dan jerami. Selama proses produksi, bahan mentah dihancurkan dan dibentuk menjadi briket dengan cara kompresi. Bahan ini juga merupakan bahan bakar yang ramah lingkungan. Lebih mudah untuk menyimpannya bahkan di luar ruangan. Pembakaran bahan bakar ini secara halus, seragam dan lambat dapat diamati baik di perapian dan kompor, maupun di boiler pemanas.

Jenis bahan bakar padat ramah lingkungan yang dibahas di atas merupakan alternatif yang baik untuk menghasilkan panas. Dibandingkan dengan sumber energi panas fosil, yang berdampak negatif terhadap lingkungan jika dibakar dan juga tidak terbarukan, bahan bakar alternatif memiliki keunggulan yang jelas dan biaya yang relatif rendah, yang penting bagi kategori konsumen tertentu.

Pada saat yang sama, bahaya kebakaran dari bahan bakar tersebut jauh lebih tinggi. Oleh karena itu, perlu dilakukan beberapa tindakan pengamanan terkait penyimpanannya dan penggunaan bahan tahan api untuk dinding.

Bahan bakar cair dan gas

Sedangkan untuk bahan mudah terbakar berbentuk cair dan gas, keadaannya sebagai berikut.

Apa itu bahan bakar?

Ini adalah salah satu komponen atau campuran zat yang mampu melakukan transformasi kimia terkait dengan pelepasan panas. Berbagai jenis bahan bakar berbeda dalam kandungan kuantitatif oksidator yang digunakan untuk melepaskan energi panas.

Dalam arti luas, bahan bakar merupakan pembawa energi, yaitu suatu jenis energi potensial.

Klasifikasi

Saat ini, jenis bahan bakar dibagi menurut keadaan agregasinya menjadi cair, padat, dan gas.

Bahan keras alami antara lain batu, kayu bakar, dan antrasit. Briket, kokas, termoantrasit adalah jenis bahan bakar padat buatan.

Cairan termasuk zat yang mengandung zat asal organik. Komponen utamanya adalah: oksigen, karbon, nitrogen, hidrogen, belerang. Bahan bakar cair buatan akan berupa berbagai resin dan bahan bakar minyak.

Ini adalah campuran berbagai gas: etilen, metana, propana, butana. Selain itu, bahan bakar gas mengandung karbon dioksida dan karbon monoksida, hidrogen sulfida, nitrogen, uap air, dan oksigen.

Indikator bahan bakar

Indikator utama pembakaran. Rumus untuk menentukan nilai kalor dibahas dalam termokimia. mengeluarkan “bahan bakar standar”, yang menyiratkan nilai kalor 1 kilogram antrasit.

Minyak pemanas rumah tangga dimaksudkan untuk pembakaran pada alat pemanas berdaya rendah, yang terletak di tempat tinggal, generator panas yang digunakan di bidang pertanian untuk mengeringkan pakan, pengalengan.

Kalor jenis pembakaran suatu bahan bakar adalah suatu besaran yang menunjukkan banyaknya kalor yang dihasilkan selama pembakaran sempurna suatu bahan bakar dengan volume 1 m 3 atau massa satu kilogram.

Untuk mengukur nilai ini digunakan J/kg, J/m3, kalori/m3. Untuk menentukan kalor pembakaran digunakan metode kalorimetri.

Dengan peningkatan panas spesifik pembakaran bahan bakar, konsumsi bahan bakar spesifik menurun, dan efisiensinya tetap tidak berubah.

Kalor pembakaran suatu zat adalah jumlah energi yang dilepaskan selama oksidasi suatu zat padat, cair, atau gas.

Hal ini ditentukan oleh komposisi kimia, serta keadaan agregasi zat yang mudah terbakar.

Fitur produk pembakaran

Semakin tinggi dan rendahnya nilai kalor berhubungan dengan keadaan agregasi air dalam zat yang diperoleh setelah pembakaran bahan bakar.

Nilai kalor yang lebih tinggi adalah jumlah panas yang dilepaskan selama pembakaran sempurna suatu zat. Nilai ini juga termasuk panas kondensasi uap air.

Kalor kerja pembakaran terendah adalah nilai yang sesuai dengan pelepasan kalor selama pembakaran tanpa memperhitungkan kalor kondensasi uap air.

Panas laten kondensasi adalah jumlah energi kondensasi uap air.

Hubungan matematis

Nilai kalor yang lebih tinggi dan lebih rendah dihubungkan oleh hubungan berikut:

QB = QH + k(W + 9H)

dimana W adalah jumlah berat (dalam %) air dalam bahan yang mudah terbakar;

H adalah jumlah hidrogen (% massa) dalam zat yang mudah terbakar;

k - koefisien sama dengan 6 kkal/kg

Metode untuk melakukan perhitungan

Nilai kalor yang lebih tinggi dan lebih rendah ditentukan dengan dua metode utama: perhitungan dan eksperimental.

Kalorimeter digunakan untuk melakukan perhitungan eksperimental. Pertama, sampel bahan bakar dibakar di dalamnya. Panas yang akan dikeluarkan diserap seluruhnya oleh air. Memiliki gambaran tentang massa air, Anda dapat menentukan nilai kalor pembakarannya dengan mengubah suhunya.

Teknik ini dinilai sederhana dan efektif, hanya membutuhkan pengetahuan teknis analisis data.

Dalam metode perhitungannya, nilai kalor tinggi dan rendah dihitung menggunakan rumus Mendeleev.

Q p H = 339C p +1030H p -109(O p -S p) - 25 W p (kJ/kg)

Ini memperhitungkan kandungan karbon, oksigen, hidrogen, uap air, belerang dalam komposisi kerja (dalam persen). Jumlah panas selama pembakaran ditentukan dengan mempertimbangkan bahan bakar yang setara.

Panas pembakaran gas memungkinkan dilakukannya perhitungan awal dan ditentukan efektivitas penggunaan jenis bahan bakar tertentu.

Ciri-ciri asal

Untuk memahami berapa banyak panas yang dilepaskan ketika suatu bahan bakar tertentu dibakar, perlu diketahui asal usulnya.

Di alam, terdapat berbagai versi bahan bakar padat, yang berbeda dalam komposisi dan sifatnya.

Pembentukannya terjadi melalui beberapa tahap. Mula-mula terbentuk gambut, kemudian diperoleh batubara coklat dan keras, kemudian terbentuk antrasit. Sumber utama pembentukan bahan bakar padat adalah daun, kayu, dan daun pinus. Bagian tanaman yang mati dan terkena udara akan dimusnahkan oleh jamur dan membentuk gambut. Akumulasinya berubah menjadi massa berwarna coklat, kemudian diperoleh gas coklat.

Pada tekanan dan temperatur tinggi, gas coklat berubah menjadi batubara, kemudian bahan bakar terakumulasi dalam bentuk antrasit.

Selain bahan organik, bahan bakarnya mengandung pemberat tambahan. Organik dianggap sebagai bagian yang terbentuk dari zat organik: hidrogen, karbon, nitrogen, oksigen. Selain unsur kimia ini, mengandung pemberat: uap air, abu.

Teknologi pembakaran melibatkan pemisahan massa bahan bakar yang terbakar, kering, dan mudah terbakar. Massa kerja adalah bahan bakar dalam bentuk aslinya yang dipasok ke konsumen. Massa kering adalah komposisi yang tidak mengandung air.

Menggabungkan

Komponen yang paling berharga adalah karbon dan hidrogen.

Unsur-unsur ini terkandung dalam semua jenis bahan bakar. Pada gambut dan kayu, persentase karbon mencapai 58 persen, pada batubara keras dan coklat - 80%, dan pada antrasit mencapai 95 persen beratnya. Tergantung pada indikator ini, jumlah panas yang dilepaskan selama pembakaran bahan bakar berubah. Hidrogen adalah elemen terpenting kedua dari bahan bakar apa pun. Ketika berikatan dengan oksigen, ia membentuk uap air, yang secara signifikan mengurangi nilai termal bahan bakar apa pun.

Persentasenya berkisar dari 3,8 dalam serpih minyak hingga 11 dalam bahan bakar minyak. Oksigen yang terkandung dalam bahan bakar bertindak sebagai pemberat.

Ini bukan unsur kimia yang menghasilkan panas, oleh karena itu berdampak negatif terhadap nilai panas pembakarannya. Pembakaran nitrogen, yang terkandung dalam bentuk bebas atau terikat dalam produk pembakaran, dianggap pengotor berbahaya, oleh karena itu jumlahnya sangat dibatasi.

Belerang termasuk dalam bahan bakar dalam bentuk sulfat, sulfida, dan juga gas sulfur dioksida. Ketika terhidrasi, oksida belerang membentuk asam sulfat, yang merusak peralatan boiler dan berdampak buruk pada tumbuhan dan organisme hidup.

Itulah sebabnya belerang merupakan unsur kimia yang keberadaannya dalam bahan bakar alami sangat tidak diinginkan. Jika senyawa belerang masuk ke dalam area kerja, akan menyebabkan keracunan parah pada personel operasional.

Ada tiga jenis abu tergantung asalnya:

• utama;
• sekunder;
• tersier

Spesies primer terbentuk dari mineral yang ditemukan pada tumbuhan. Abu sekunder terbentuk akibat sisa-sisa tanaman yang masuk ke pasir dan tanah selama pembentukan.

Abu tersier muncul dalam komposisi bahan bakar selama ekstraksi, penyimpanan, dan transportasi. Dengan pengendapan abu yang signifikan, terjadi penurunan perpindahan panas pada permukaan pemanas unit boiler, sehingga mengurangi jumlah perpindahan panas ke air dari gas. Sejumlah besar abu berdampak negatif terhadap pengoperasian boiler.

Akhirnya

Zat yang mudah menguap mempunyai pengaruh yang signifikan terhadap proses pembakaran semua jenis bahan bakar. Semakin besar keluarannya, semakin besar volume bagian depan apinya. Misalnya batu bara dan gambut mudah terbakar, prosesnya hanya disertai sedikit kehilangan panas. Kokas yang tersisa setelah penghilangan pengotor yang mudah menguap hanya mengandung senyawa mineral dan karbon. Tergantung pada karakteristik bahan bakar, jumlah panasnya bervariasi.

Tergantung pada komposisi kimianya, ada tiga tahap pembentukan bahan bakar padat: gambut, lignit, dan batubara.

Kayu alami digunakan dalam instalasi boiler kecil. Mereka terutama menggunakan serpihan kayu, serbuk gergaji, lempengan, kulit kayu, dan kayu bakarnya sendiri digunakan dalam jumlah kecil. Tergantung pada jenis kayunya, jumlah panas yang dihasilkan sangat bervariasi.

Ketika panas pembakaran berkurang, kayu bakar memperoleh keuntungan tertentu: cepat terbakar, kandungan abu minimal, dan tidak adanya jejak belerang.

Informasi yang dapat dipercaya tentang komposisi bahan bakar alami atau sintetis, nilai kalornya, merupakan cara terbaik untuk melakukan perhitungan termokimia.

Saat ini, terdapat peluang nyata untuk mengidentifikasi opsi utama bahan bakar padat, gas, cair yang paling efektif dan murah untuk digunakan dalam situasi tertentu.

Bahan bakar gas dibagi menjadi alami dan buatan dan merupakan campuran gas yang mudah terbakar dan tidak mudah terbakar yang mengandung sejumlah uap air dan terkadang debu dan tar. Jumlah bahan bakar gas dinyatakan dalam meter kubik dalam kondisi normal (760 mm Hg dan 0 °C), dan komposisinya dinyatakan dalam persentase volume. Komposisi bahan bakar dipahami sebagai komposisi bagian gas keringnya.

Bahan bakar gas alam

Bahan bakar gas yang paling umum adalah gas alam, yang memiliki nilai kalor tinggi. Bahan dasar gas alam adalah metana yang kandungannya 76,7-98%. Senyawa hidrokarbon gas lainnya terdiri dari gas alam dari 0,1 hingga 4,5%.

Gas cair adalah produk penyulingan minyak bumi - sebagian besar terdiri dari campuran propana dan butana.

Gas alam (CNG, NG): metana CH4 lebih dari 90%, etana C2 H5 kurang dari 4%, propana C3 H8 kurang dari 1%

Gas cair (LPG): propana C3 H8 lebih dari 65%, butana C4 H10 kurang dari 35%

Komposisi gas yang mudah terbakar meliputi: hidrogen H2, metana CH4, senyawa hidrokarbon lainnya CmHn, hidrogen sulfida H2S dan gas tidak mudah terbakar, karbon dioksida CO2, oksigen O2, nitrogen N2 dan sejumlah kecil uap air H2O. M Dan P pada C dan H mencirikan senyawa berbagai hidrokarbon, misalnya metana CH 4 t = 1 dan N= 4, untuk etana C 2 N b t = 2 Dan N= b, dst.

Komposisi bahan bakar gas kering (persentase berdasarkan volume):

CO + H 2 + 2 C m H n + H 2 S + CO 2 + O 2 + N 2 = 100%.

Bagian bahan bakar gas kering yang tidak mudah terbakar - pemberat - terdiri dari nitrogen N dan karbon dioksida CO 2.

Komposisi bahan bakar gas basah dinyatakan sebagai berikut:

CO + H 2 + Σ C m H n + H 2 S + CO 2 + O 2 + N 2 + H 2 O = 100%.

Kalor pembakaran, kJ/m (kkal/m3), 1 m3 gas kering murni pada kondisi normal ditentukan sebagai berikut:

Q n s = 0,01,

dimana Qso, Q n 2, Q c m n n Q n 2 S. - panas pembakaran masing-masing gas yang termasuk dalam campuran, kJ/m 3 (kkal/m 3); BERSAMA, H2, Cm H n, H 2 S - komponen penyusun campuran gas, % volume.

Nilai kalor 1 m3 gas alam kering pada kondisi normal untuk sebagian besar lapangan domestik adalah 33,29 - 35,87 MJ/m3 (7946 - 8560 kkal/m3). Karakteristik bahan bakar gas diberikan pada Tabel 1.

Contoh. Tentukan nilai kalor yang lebih rendah dari gas alam (dalam kondisi normal) dengan komposisi berikut:

H 2 S = 1%; CH 4 = 76,7%; C 2 H 6 = 4,5%; C 3 H 8 = 1,7%; C 4 H 10 = 0,8%; C 5 H 12 = 0,6%.

Mengganti sifat-sifat gas dari Tabel 1 ke dalam rumus (26), kita memperoleh:

Q ns = 0,01 = 33981 kJ/m 3 atau

Q ns = 0,01 (5585,1 + 8555 76,7 + 15 226 4,5 + 21 795 1,7 + 28 338 0,8 + 34 890 0,6) = 8109 kkal/m3.

Tabel 1. Karakteristik bahan bakar gas

Gas	Penamaan	Panas pembakaran Tanya jawab
		KJ/m3	Kkal/m3
Hidrogen	N,	10820	2579
Karbon monoksida	BERSAMA	12640	3018
Hidrogen sulfida	H 2 S	23450	5585
metana	bab 4	35850	8555
Etana	C 2 H 6	63 850	15226
propana	dari 3 jam 8	91300	21795
Butana	dari 4 jam 10	118700	22338
pentana	dari 5 jam 12	146200	34890
Etilen	C 2 H 4	59200	14107
propilena	C 3 H 6	85980	20541
butilena	dari 4 jam 8	113 400	27111
benzena	dari 6 jam 6	140400	33528

Boiler tipe DE mengkonsumsi 71 hingga 75 m3 gas alam untuk menghasilkan satu ton uap. Biaya gas di Rusia pada September 2008. adalah 2,44 rubel per meter kubik. Oleh karena itu, satu ton uap akan berharga 71 × 2,44 = 173 rubel 24 kopek. Biaya riil satu ton uap di pabrik untuk boiler DE tidak kurang dari 189 rubel per ton uap.

Boiler tipe DKVR mengkonsumsi 103 hingga 118 m3 gas alam untuk menghasilkan satu ton uap. Perkiraan biaya minimum satu ton uap untuk boiler ini adalah 103 × 2,44 = 251 rubel 32 kopeck. Biaya riil uap di pabrik tidak kurang dari 290 rubel per ton.

Bagaimana cara menghitung konsumsi gas alam maksimum untuk ketel uap DE-25? Ini adalah karakteristik teknis dari boiler. 1840 kubus per jam. Tapi Anda juga bisa menghitung. 25 ton (25 ribu kg) harus dikalikan dengan selisih entalpi uap dan air (666,9-105) dan semuanya dibagi dengan efisiensi boiler sebesar 92,8% dan panas pembakaran gas. 8300. dan hanya itu

Bahan bakar gas buatan

Gas buatan yang mudah terbakar merupakan bahan bakar yang memiliki kepentingan lokal karena memiliki nilai kalor yang jauh lebih rendah. Unsur utama yang mudah terbakar adalah karbon monoksida CO dan hidrogen H2. Gas-gas ini digunakan di dalam area produksi, di mana gas-gas tersebut diperoleh sebagai bahan bakar untuk teknologi dan pembangkit listrik.

Semua gas alam dan buatan yang mudah terbakar bersifat eksplosif dan dapat terbakar jika terjadi nyala api terbuka atau percikan api. Ada batas ledakan gas yang lebih rendah dan atas, yaitu. persentase konsentrasi tertinggi dan terendah di udara. Batas ledakan bawah gas alam berkisar antara 3% hingga 6%, dan batas atas - dari 12% hingga 16%. Semua gas yang mudah terbakar dapat menyebabkan keracunan pada tubuh manusia. Zat beracun utama dari gas yang mudah terbakar adalah: karbon monoksida CO, hidrogen sulfida H2S, amonia NH3.

Gas alam yang mudah terbakar dan gas buatan tidak berwarna (tidak terlihat) dan tidak berbau, sehingga berbahaya jika menembus bagian dalam ruang ketel melalui kebocoran pada sambungan pipa gas. Untuk menghindari keracunan, gas yang mudah terbakar harus diolah dengan bahan pewangi - zat dengan bau yang tidak sedap.

Produksi karbon monoksida CO di industri melalui gasifikasi bahan bakar padat

Untuk keperluan industri, karbon monoksida diperoleh dengan gasifikasi bahan bakar padat, yaitu mengubahnya menjadi bahan bakar gas. Dengan cara ini Anda bisa mendapatkan karbon monoksida dari bahan bakar padat apa pun - batu bara fosil, gambut, kayu bakar, dll.

Proses gasifikasi bahan bakar padat ditunjukkan dalam percobaan laboratorium (Gbr. 1). Setelah mengisi tabung tahan api dengan potongan arang, kami memanaskannya dengan kuat dan membiarkan oksigen lewat dari gasometer. Mari kita lewati gas yang keluar dari tabung melalui mesin cuci dengan air kapur dan kemudian membakarnya. Air kapur menjadi keruh dan gas terbakar dengan nyala api kebiruan. Hal ini menunjukkan adanya CO2 dioksida dan karbon monoksida CO dalam produk reaksi.

Pembentukan zat-zat ini dapat dijelaskan oleh fakta bahwa ketika oksigen bersentuhan dengan batu bara panas, batu bara panas pertama kali dioksidasi menjadi karbon dioksida: C + O 2 = CO 2

Kemudian, melewati batu bara panas, sebagian karbon dioksida direduksi menjadi karbon monoksida: CO 2 + C = 2CO

Beras. 1. Produksi karbon monoksida (percobaan laboratorium).

Dalam kondisi industri, gasifikasi bahan bakar padat dilakukan dalam tungku yang disebut generator gas.

Campuran gas yang dihasilkan disebut gas generator.

Perangkat pembangkit gas ditunjukkan pada gambar. Ini adalah silinder baja dengan tinggi sekitar 5 M dan diameter sekitar 3,5 M, dilapisi di dalam dengan batu bata tahan api. Generator gas diisi dengan bahan bakar dari atas; Dari bawah, udara atau uap air disuplai oleh kipas melalui jeruji.

Oksigen di udara bereaksi dengan karbon dalam bahan bakar untuk membentuk karbon dioksida, yang naik melalui lapisan bahan bakar panas, direduksi oleh karbon menjadi karbon monoksida.

Jika hanya udara yang dihembuskan ke generator, hasilnya adalah gas yang mengandung karbon monoksida dan nitrogen udara (serta sejumlah CO2 dan pengotor lainnya). Gas generator ini disebut gas udara.

Jika uap air ditiupkan ke generator dengan batu bara panas, reaksinya menghasilkan pembentukan karbon monoksida dan hidrogen: C + H 2 O = CO + H 2

Campuran gas ini disebut gas air. Gas air memiliki nilai kalor yang lebih tinggi dibandingkan gas udara, karena komposisinya, bersama dengan karbon monoksida, juga mencakup gas kedua yang mudah terbakar - hidrogen. Gas air (gas sintesis), salah satu produk gasifikasi bahan bakar. Gas air sebagian besar terdiri dari CO (40%) dan H2 (50%). Gas air merupakan bahan bakar (panas pembakaran 10.500 kJ/m3 atau 2730 kkal/mg) dan sekaligus bahan baku sintesis metil alkohol. Namun gas air tidak dapat diproduksi dalam waktu lama, karena reaksi pembentukannya bersifat endotermik (dengan penyerapan panas), sehingga bahan bakar di dalam generator menjadi dingin. Untuk menjaga batubara tetap panas, injeksi uap air ke dalam generator diselingi dengan injeksi udara, yang oksigennya diketahui bereaksi dengan bahan bakar untuk melepaskan panas.

Baru-baru ini, ledakan uap-oksigen telah banyak digunakan untuk gasifikasi bahan bakar. Hembusan uap air dan oksigen secara bersamaan melalui lapisan bahan bakar memungkinkan proses berjalan terus menerus, meningkatkan produktivitas generator secara signifikan dan menghasilkan gas dengan kandungan hidrogen dan karbon monoksida yang tinggi.

Generator gas modern adalah perangkat yang kuat untuk operasi berkelanjutan.

Untuk mencegah masuknya gas yang mudah terbakar dan beracun ke atmosfer ketika bahan bakar disuplai ke generator gas, drum pemuatan dibuat ganda. Saat bahan bakar memasuki satu kompartemen drum, bahan bakar dialirkan ke generator dari kompartemen lain; ketika drum berputar, proses ini berulang, tetapi generator tetap terisolasi dari atmosfer sepanjang waktu. Distribusi bahan bakar yang merata di generator dilakukan dengan menggunakan kerucut, yang dapat dipasang pada ketinggian berbeda. Jika diturunkan maka batubara akan jatuh mendekati bagian tengah generator, jika kerucut dinaikkan maka batubara akan terlempar mendekati dinding generator.

Penghapusan abu dari generator gas dilakukan secara mekanis. Parut berbentuk kerucut diputar perlahan dengan motor listrik. Dalam hal ini, abu dipindahkan ke dinding generator dan, dengan menggunakan perangkat khusus, dibuang ke kotak abu, kemudian dibuang secara berkala.

Lampu gas pertama dinyalakan di St. Petersburg di Pulau Aptekarsky pada tahun 1819. Gas yang digunakan diperoleh dengan gasifikasi batubara. Itu disebut gas penerangan.

Ilmuwan besar Rusia D.I.Mendeleev (1834-1907) pertama kali mengungkapkan gagasan bahwa gasifikasi batubara dapat dilakukan langsung di bawah tanah, tanpa mengangkatnya keluar. Pemerintah Tsar tidak menghargai usulan Mendeleev ini.

Gagasan gasifikasi bawah tanah didukung hangat oleh V.I.Lenin. Dia menyebutnya sebagai “salah satu kemenangan besar teknologi.” Gasifikasi bawah tanah dilakukan pertama kali oleh negara Soviet. Sebelum Perang Patriotik Hebat, generator bawah tanah telah beroperasi di cekungan batu bara Wilayah Donetsk dan Moskow di Uni Soviet.

Gagasan tentang salah satu metode gasifikasi bawah tanah diberikan pada Gambar 3. Dua sumur diletakkan di lapisan batubara, yang dihubungkan di bawahnya melalui sebuah saluran. Batubara dinyalakan di saluran dekat salah satu sumur dan ledakan disuplai ke sana. Produk pembakaran yang bergerak sepanjang saluran berinteraksi dengan batubara panas sehingga terbentuk gas yang mudah terbakar seperti pada generator konvensional. Gas muncul ke permukaan melalui sumur kedua.

Gas produsen banyak digunakan untuk memanaskan tungku industri - metalurgi, oven kokas dan sebagai bahan bakar mobil (Gbr. 4).

Beras. 3. Skema gasifikasi batubara bawah tanah.

Sejumlah produk organik, seperti bahan bakar cair, disintesis dari hidrogen dan karbon monoksida dalam gas air. Bahan bakar cair sintetis adalah bahan bakar (terutama bensin) yang diperoleh melalui sintesis dari karbon monoksida dan hidrogen pada suhu 150-170 derajat Celcius dan tekanan 0,7 - 20 MN/m2 (200 kgf/cm2), dengan adanya katalis (nikel, besi, kobalt). Produksi pertama bahan bakar cair sintetis diselenggarakan di Jerman selama Perang Dunia ke-2 karena kekurangan minyak. Bahan bakar cair sintetis tidak banyak digunakan karena harganya yang mahal. Gas air digunakan untuk menghasilkan hidrogen. Untuk melakukan ini, gas air yang dicampur dengan uap air dipanaskan dengan adanya katalis dan sebagai hasilnya, hidrogen diperoleh selain hidrogen yang sudah ada dalam gas air: CO + H 2 O = CO 2 + H 2