Энергетическое топливо: Виды топлива и его состав

Содержание

Введение 3
1 Виды топлива 4
1.2 Твердое топливо 5
1.2 Жидкое топливо 6
2 Органическое топливо 7
3 Газообразное топливо 10
3.1 Природный газ 11
3.2 Сжиженный газ 14
Заключение 17
Список использованной литературы 18

Введение

Топливо считается хорошим или ценным, если оно имеет низкую температуру воспламенения и выделяет большое количество тепла, то есть его теплотворная способность высока.
С древнейших времен известны уголь и нефть - вещества, дающие при сжигании большое количество теплоты. Сейчас формулировка "топливо" включает все вещества, которые дают при сжигании большое количество теплоты, широко распространены в природе и (или) добываются промышленным способом. К топливу относятся нефть и нефтепродукты (керосин, бензин, мазут, дизельное топливо), уголь, природный горючий газ, древесина и растительные отходы (солома, лузга и т.п.), торф, горючие сланцы, а в настоящее время и вещества, используемые в ядерных реакторах на АЭС и ракетных двигателях.
Идеальное топливо должно легко храниться, после сжигания оставлять немного золы и легко сжигаться. Их сжигание не должно давать нежелательных побочных продуктов. Уголь, нефть и природный газ отвечают практически всем этим условиям. Они дешевы, легко доступны, не выделяют вредного запаха во время горения, могут легко транспортироваться и контролировать их горение.
1 Виды топлива

Топливо в целом можно классифицировать на два вида:
1. По его состоянию:
Твердое топливо
Жидкое топливо
Газообразное топливо
2. По его происхождению
Органическое топливо
Искусственное топливо
Рисунок 1. – Виды топлива
1.2 Твердое топливоТопливо, которое находится в твердом состоянии при комнатной температуре, обычно называют твердым топливом. Они были первым видом топлива, которое, как известно, использовалось человеком, в основном дровами для создания огня. Уголь был еще одним из влиятельных видов топлива, известных человеку, поскольку он прокладывает путь для промышленной революции, от топочных печей до работающих паровых двигателей.
Преимущества:
Упрощенная транспортировка и хранение;
Низкая себестоимость;
Умеренная температура воспламенения.
Недостатки:
Большая часть энергии тратится впустую;
Стоимость обработки высока, а контроль также сложен;
Содержание золы высокое и сгорает с образованием клинкера.
1.2 Жидкое топливоБольшинство жидкого топлива получают из окаменелых останков мертвых растений и животных, подвергаясь воздействию тепла и давления в земной коре. Пары жидкого топлива воспламеняются вместо жидкости.
Преимущества:
Более высокая теплотворная способность на единицу массы;
Горят без пепла, клинкеров;
Контролировать сгорание проще;
Транспортировка легче по трубам и хранится неограниченно долго без потерь;
Потеря энергии сравнительно ниже;
Требуют меньше места в печи для сжигания.
Недостатки:
Стоимость жидкого топлива намного выше по сравнению с твердым топливом;
Методы хранения стоят дороже;
Большой риск возникновения пожара;
Для более эффективного сгорания требуется специальное оборудование для сжигания.
2 Органическое топливоРазлагающиеся растения и другие организмы, похороненные под слоями отложений и горных пород, заняли тысячелетия, чтобы стать богатыми углеродом месторождениями, которые мы теперь называем органическим топливом. Это невозобновляемое топливо, которое включает в себя уголь, нефть и природный газ, обеспечивает около 80 процентов мировой энергии. Они обеспечивают электричеством, теплом и транспортом, а также обеспечивают процессы, которые делают огромный ассортимент продукции, от стали до пластмасс.
При сжигании органического топлива они выделяют углекислый газ и другие парниковые газы, которые, в свою очередь, задерживают тепло в нашей атмосфере, что делает их основными источниками глобального потепления и изменения климата.
Существует несколько основных групп органического топлива, в том числе:
1. Уголь. Черные или коричневые куски осадочных пород, которые варьируются от рассыпчатых до относительно твердых, уголь начал формироваться в течение каменноугольного периода около 300–360 миллионов лет назад, когда водоросли и обломки от растительности в болотных лесах оседали все глубже и глубже под слоями грязи. , Добываемый с помощью наземных или подземных методов, уголь обеспечивает треть всей энергии в мире, причем основными потребителями и производителями угля в 2018 году являются Китай, Индия и США. Уголь подразделяется на четыре категории - антрацит, битум, полубитум и лигнит - в зависимости от содержания углерода.
Выбросы углекислого газа от сжигания угля составляют 44 процента от общемирового объема, и это самый большой источник глобального повышения температуры над доиндустриальным уровнем. Последствия употребления угля для здоровья и окружающей среды наряду с конкуренцией со стороны дешевого природного газа способствовали его снижению в США и других странах. Но в других местах, таких как Индия, ожидается, что к 2023 году спрос вырастет.
2. Нефть. Сырая нефть, жидкость, состоящая в основном из углерода и водорода, часто бывает черной, но существует в различных цветах и вязкостях в зависимости от ее химического состава. Большая часть его образовалась в мезозойский период, между 252 и 66 миллионами лет назад, когда планктон, водоросли и другие вещества затонули на дне древних морей и в конечном итоге были захоронены.
Добываемая из наземных и морских скважин сырая нефть перерабатывается в различные нефтепродукты, включая бензин, дизельное топливо и мазут. Основными нефтедобывающими странами являются США, Саудовская Аравия и Россия, на которые в совокупности приходится почти 40 процентов мировых поставок.
На потребление нефти приходится почти половина выбросов углерода в США и около трети от общего объема выбросов в мире. Помимо загрязнения воздуха, возникающего при сжигании нефти, бурение и транспортировка привели к нескольким крупным авариям.
Тем не менее, спрос на нефть продолжает расти, обусловленный не только нашей жаждой мобильности, но и многими продуктами, включая пластмассы, производимыми с использованием нефтехимических продуктов, которые, как правило, производятся из нефти и газа.
3. Природный газ. Природный газ без запаха, состоящий в основном из метана, часто находится в отложениях, которые, как и в случае угля и нефти, образовались миллионы лет назад в результате разложения растительного вещества и организмов. За последние два десятилетия добыча, как природного газа, так и нефти в США выросла из-за достижений в технике бурения, которую большинство людей называют фрекингом.
Сочетая фрекинг или гидроразрыв пласта - с горизонтальным бурением и другими инновациями, индустрия ископаемого топлива сумела извлечь ресурсы, которые раньше были слишком дорогостоящими, чтобы их можно было получить. В результате природный газ превзошел уголь и стал главным топливом для производства электроэнергии в США, а США лидируют в мире по добыче природного газа, за которым следуют Россия и Иран.
Природный газ является более чистым, чем уголь и нефть с точки зрения выбросов, но, тем не менее, составляет пятую часть от общего объема в мире, не считая так называемых неорганизованных выбросов, которые выходят из отрасли, что может быть значительным. Не все источники природного газа в мире активно добываются. Подводные гидраты метана, например, где газ улавливается в замерзшей воде, рассматриваются как потенциальный газовый ресурс.
3 Газообразное топливо

Газообразное топливо получают либо естественным путем, либо путем обработки твердого или жидкого топлива. Среди природного газообразного топлива природный газ и сжиженный нефтяной газ являются наиболее важными. Эти газы имеют высокую теплотворную способность. Классификация газообразного топлива зависит не только от теплотворной способности газа.
Газообразное топливо имеет более низкое содержание энергии, чем жидкое топливо, такое как бензин или дизельное топливо. Тем не менее, они являются потенциально более заслуженным топливом, так как при сжигании вырабатывают очень низкий парниковый газ и, следовательно, получают преимущества в отношении качества воздуха по сравнению с обычными и бензиновыми и дизельными продуктами.
3.1 Природный газ

Природный газ обычно представляет собой смесь метана, этана, пропана, бутана, пентана и иногда небольшого количества углеводородов C5+. Основным компонентом является метан. Кроме них, сероводород иногда получается в природном газе, хотя это не очень распространено.
Природный газ, содержащий большое количество сероводорода, называют кислым газом, а содержащий небольшое количество сероводорода называют сладким газом. Обычными, но незначительными составляющими газами являются диоксид углерода и азот со средними пропорциями в диапазоне от 0,5 до 10% и от 0,5 до 5% соответственно.
В широком смысле природный газ подразделяется на три типа:
  1) Несвязанный газ, который не контактирует с нефтью в пласте.
2) Газовый колпачок попутного газа, который перекрывает нефтяную фазу в пласте.
3) Попутный газ, который растворяется в нефти в пластовом состоянии (растворенный газ).
Соотношение газ-нефть - это отношение объема газа к объему нефти при нормальных или стандартных условиях температуры и давления. Он определяет количество газа, растворенного в нефти в пласте. Соотношение 1 означает, что в сепараторе извлекается 1 м3 газа на м3 нефти, добытой при нормальной температуре и давлении. Это соотношение варьируется от нескольких фракций кубического метра до более чем 150 см3 попутного газа на м3 нефти.
Несвязанный газ также может быть «влажным газом», что означает, что он содержит значительное количество этана, пропана, бутана и некоторых высших углеводородов. Кроме метана, другие углеводороды конденсируются с образованием «конденсата». Этот конденсат можно смешать с фракцией нафты.
Природный газ имеет теплотворную способность в диапазоне от 8400 до 9100 ккал / нм3. Следовательно, это газ с высокой теплотворной способностью. Сжатый природный газ и СПГ (сжиженный природный газ) являются формами природного газа или метана.
Хотя эти две разновидности часто путают, ключевое отличие состоит в том, что сжатый природный газ хранится в виде газа под высоким давлением, тогда как СПГ охлаждается до -1600 °С, что приводит к его превращению в жидкость. Оба топлива используются в легких пассажирских транспортных средствах.
Гидрат природного газа представляет собой клетчатую структуру природного газа и воды, замерзших вместе в твердое вещество, которое в основном встречается в арктических районах вечной мерзлоты и в донных отложениях дна океана.
В настоящее время ведутся исследования, чтобы лучше понять этот большой топливный ресурс, как образуются гидраты природного газа, где они находятся и как их можно использовать в качестве будущего источника природного газа. Потенциал этого огромного ресурса может быть больше, чем общий запас нефти, природного газа и угля по всему миру.
Исследуется несколько возможных методов извлечения природного газа из его гидратов, так как это большое количество природного газа может удовлетворить растущие мировые потребности в энергии. Гидраты также могут обеспечить новый способ хранения природного газа для транспортировки. В настоящее время природный газ перемещается в основном по трубопроводу. Например, отвержденные газовые гидраты могут перевозиться специально спроектированными судами.
3.2 Сжиженный газ

В сжиженном нефтяном газе или сжиженном нефтяном газе, короче говоря, это бесцветный и летучий углеводородный газ, который получают из очищающего газа или природного газа (включая попутный газ на нефтяных месторождениях) путем повышения давления, охлаждения и сжижения.
Компоненты сжиженного нефтяного газа из очищенного газа в основном представляют собой пропан, пропилен, бутан, бутилен с небольшим количеством пентана и пентилена, а также небольшое количество сульфидных примесей. Сжиженный природный газ почти не содержит олефинов. Сжиженный нефтяной газ имеет основное применение в качестве промышленного и бытового топлива, а также топлива для двигателей внутреннего сгорания.
Сжиженный газ является легковоспламеняющимся газом и взрывается, когда его концентрация в воздухе достигает определенного значения. Сжиженный газ остается в газообразном состоянии при атмосферном давлении и нормальной температуре окружающей среды, но его можно сжижать, когда применяется умеренное давление или когда температура достаточно снижена, и таким образом он хранится в баллонах.
По сравнению с другими видами топлива сжиженный нефтяной газ обладает следующими особыми преимуществами: меньше загрязнений, более высокая выработка тепла из-за его очень высокой теплотворной способности, простоты транспортировки по автомобильным дорогам (танкерам) и водным путям (судам).
Хранение сжиженного нефтяного газа также очень удобно. Он может храниться в резервуарах и может быть заполнен в баллонах для использования клиентом. Сжиженный газ также может поставляться через газораспределительную станцию и трубопроводы. Кроме того, он не содержит дыма, пыли и углеродных остатков. Благодаря вышеперечисленным преимуществам СПГ, он широко используется в качестве промышленного, коммерческого и бытового топлива. В дополнение к этому, СПГ является полезным сырьем для химической промышленности.
Пиролизный газ, полученный в результате процессов термического крекинга и каталитического крекинга, является основным источником сжиженного нефтяного газа. Основными компонентами пиролизного газа являются водород, метан, этан, этилен, пропан, пропилен, бутан, бутилен и C5+.
Эти углеводороды могут быть отделены в процессе холодного разделения, а сжиженный нефтяной газ может быть получен путем сжижения газов C4 и C5, которые могут храниться в баллонах. При открытии клапана баллонов с СПГ легковоспламеняющиеся газообразные углеводороды проходят через трубы в горелку.
При воспламенении сжиженный газ образует синее пламя, выделяя большое количество тепла во время сгорания (со значением тепловыделения 92 100 кДж/м3 – 121400 кДж/м3). Составляющие сжиженного нефтяного газа могут быть разделены и использованы для производства синтетического пластика, синтетического каучука, синтетического волокна, фармацевтических препаратов, взрывчатых веществ, красителей и т.д.
Хотя сжиженный нефтяной газ является удобным топливом, но он также опасен. Если трубопровод протекает или клапан не плотно закрыт, СПГ распространяется в помещение. Когда его содержание достигает предела взрыва, СПГ взорвется, если он вступит в контакт с любыми искрами.
Из-за этой природы этого газа заводы по переработке сжиженного нефтяного газа часто смешивают небольшое количество вредных производных меркаптана или тиоэфира с сжиженным нефтяным газом, чтобы обнаружить его утечку. При утечке сжиженного нефтяного газа его можно почувствовать мгновенно и принять соответствующие меры.
Заключение

Несмотря на огромное разнообразие видов топлива, основными источниками энергии остаются нефть, природный газ и уголь. Положение дел 100 лет назад было освещено Менделеевым.
Первые два ископаемых топлива исчерпаемы в ближайшем будущем. Нефтяные топлива обладают особой ценностью для транспортных средств (основных потребителей энергии), в силу удобства перевозки, поэтому в настоящий момент ведутся исследования по использованию угля для выработки жидких топлив, в том числе и моторных.
За последние 20 лет мировое энергоротребление возросло на 30 % (и этот рост, по-видимому, продолжится в связи ростом потребности бурно развивающихся стран азиатского региона). 
Таким образом, энергетическое топливо прочно вошло в нашу жизнь и нашло широкое применение в промышленности. Не смотря на то, что в наше время активно разрабатываются концепции альтернативного топлива, современный человек не может представить себе жизнь без традиционных видов энергии
Список использованной литературы

Энергетическая стратегия России на период до 2030 г. (Утверждена распоряжением Правительства РФ от 13 ноября 2009 г., № 1715-р) URL: minenergo.gov.ru/aboutminen/energostrategy/
Ахмедов Р. Б., Цирульников Л. М. Технология сжигания горючих газов и жидких топлив. Л.: НЕДРА, 1984. 238 с.
Синяк Ю. В., Некрасов А. С., Воронина С. А. и др. Топливноэнергетический комплекс России: возможности и перспективы // Проблемы прогнозирования. 2013. № 1. С. 4-21.
Перспективы энергетических технологий. В поддержку плана действий G8. Стратегии и сценарии до 2050 г. – Международное энергетическое агентство, 2008. – URL: http://www.iea.org/techno/etp/ETP_2008_Exec_Sum_ russian.pdf
Комплексное предотвращение и контроль загрязнения окружающей среды. Справочный документ по наилучшим доступным технологиям. Экономические аспекты и вопросы воздействия на различные компоненты окружающей среды URL: 14000.ru/