Паливо

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до навігації Перейти до пошуку
StatfjordA(Jarvin1982).jpg
Паливо
Фізичні основи

Сонце · Сонячна радіація
Фотосинтез · Рослини · Біомаса
Гуміфікація · Скам'яніння
Горіння

Викопне паливо

Вугілля · Горючі сланці · Гідрат метану · Нафта · Природний газ · Торф

Природне невикопне паливо

Водорості · Деревина · Рослинні і тваринні жири та олії · Трава

Штучне паливо

Біопаливо · Генераторні гази · Кокс · Моторні палива

Концепції

Енергетична біосировина

Па́ливо — горючі природні або штучні тверді, рідкі або газоподібні речовини, які при спалюванні слугують джерелом теплової енергії. Основною складовою частиною яких є вуглець.

Загальний опис[ред. | ред. код]

Паливо застосовуються з метою отримання теплової енергії, що виділяється при його спалюванні.

Залежно від походження розрізняють:

Найпоширенішим є органічне паливо: вугілля викопне, нафта, торф, природний газ, бензин, генераторний газ, кокс, хімічне ракетне паливо тощо. До неорганічного палива належить, наприклад, металовмісне паливо, у складі якого є чисті метали або їх хімічні сполуки.

Розвідані запаси викопного палива, млрд т у.п.:

  • Вугілля: 799,8(Увесь світ); 72,6(Європа); 34,00(Україна)
  • Нафта: 199,4(Увесь світ); 3,8(Європа); 0,23(Україна)

Усього:

    • у світі — 1172,0
    • у Європі — 82,9
    • в Україні — 35,33

За агрегатним станом і, відповідно, способом спалювання П. класифікують на тверде грудкове, пилоподібне, газоподібне (природний газ), рідке (паливна нафта, мазут, нафтопаливо), комбіноване (водовугільне, нафтовугільне) та ін. Головна характеристика П. — ціна за МДж його теплоти згоряння, його агрегатний стан (перевага надається рідкому стану), екологічні властивості продуктів спалювання.

Таблиця  – Найважливіші теплотехнічні характеристики палив

Паливо Hdaf, % Wp, % по масі Ap, % по масі , МДж/м(газ), МДж/кг , МДж/м(газ), МДж/кг Жаропродуктивність tmax, °С Максимальна ентальпія Iг, кДж/м3 В
Водень
Природний газ
Зріджений газ
Бензин
Гас
Мазут
Дрова
Торф грудковий
Буре вугілля:
 — челябінське
 — підмосковне
 — олександрійське
Кам'яне вугілля:
Довгополуменеве
Пісне
Антрацит
Вуглець
100
25
18
15
14
11
3,6
6

5,2
5,0
6,0

5,5
4,2
1,8
0
-
-
-
-
-
3
40
40

17
33
53

13
5
5
-
-
-
-
-
-
-
0,6
7,0

25,0
23,0
14,0

20,0
15,0
13,0
-
12,8
30,8
100,6
44,0
43,2
40,6
10,2
10,7

15,8
10,5
6,9

21,5
28,3
27,7
33,9
11,7
28,6
92,2
44,0
43,2
40,6
10,2
10,7

15,8
10,5
6,9

20,3
27,4
27,2
33,9
-
2010

2080
2090
2100
1610
1630

1970
1720
1680

2050
2120
2150
-
4190
4190
4100
4060
4020
3350-3770
3350-3770

3850
3640
3560

3930
3890
3810
-
0,81

0,86
0,86
0,83
0,75
0,77

0,87
0,80
0,78

0,89
0,93
0,95

Таблиця  – Розвідані запаси викопного палива , млрд. т у.п.*

Вид палива Увесь світ Європа Україна
Вугілля 799,8 72,6 34,00
Нафта 199,4 3,8 0,23
Газ 172,8 6,5 1,10
Усього 1172 72,9 35,33

Таблиця – Екологічна значимість основних характеристик палив

Характеристика Параметри, що визначають екологічні властивості
Займистість:
октанове число

цетанове число

Повнота згоряння палива, ККД двигуна, стукіт

Повнота згоряння палива, ККД двигуна, стукіт, димність ВГ, пускові властивості
Фракційний склад:
початок кипіння

кінець кипіння


Пускові властивості, втрати при випарюванні, протильодові властивості

Повнота згоряння палива, утворення відкладень, фізична стабільність (колоїднохімічний стан)
В'язкість Ефективність сумішоутворення, витрата палива, димність ВГ
Вміст сірки Викиди SOx твердих частинок, утворення відкладення
Ароматичні вуглеводні Викиди ПЦАВ**, твердих частинок, утворення відкладень у камері згоряння
Фактичні смоли Утворення відкладень у паливній системі
Олефіни Утворення відкладень у паливній системі
Свинець Токсичність палив, викид сполук свинцю, утворення відкладень у камері згоряння
Період індукції й інші показники, що характеризують хімічну стабільність Утворення осаду при зберіганні палива й утворення відкладень на деталях двигуна і паливної апаратури
Йодне число Вміст неграничних сполук, що знижують хімічну стабільність
Тиск насиченої пари Втрати при випарі
Температура спалахування Пожежонебезпека
Діелектричні властивості Пожежонебезпека
Зольність Викиди твердих частинок, теплопередача, ККД котлів і турбін
Густина Ефективність сумішоутворення
Температури затвердіння і помутніння, гранична температура фільтрування Пускові властивості, подача палива і час прогріву двигуна
  •     ВГ — відпрацьовані гази
    •   ПЦАВ — поліциклічні ароматичні вуглеводні

Стабільність палив[ред. | ред. код]

Під фізичною стабільністю розуміють втрату маси палива від випаровування (легкі фракції) і зміну колоїднохімічного стану, що виявляється в порушенні гомогенності палива і появі окремих фаз. Спроби розробити присадки, що знижують випаровуваність бензинів шляхом створення захисного шару поверхнево-активних речовин на поверхні палива, поки що не увінчалися успіхом.

Гомогенність бензинів, які не містять води і механічних домішок (вони практично миттєво осідають на дно), особливих турбот не викликає. Проблеми виникають при використанні спиртобензинових домішок, особливо виготовлених на базі метанолу. Їх стабілізують добавками спеціальних поверхнево-активних речовин чи речовин третього компонента. Наприклад, у бензини додають метанол, змішуючи його з трет-бутиловим спиртом — така суміш називається оксинолом.

Колоїдно-хімічний стан варто враховувати вже для середньодистилятних палив, що звичайно містять невеликі кількості смолистих речовин. Крім того, при зберіганні палив і в умовах працюючого двигуна їх хімічно нестабільні компоненти утворюють високомолекулярні продукти. Проблема фізичної стабільності палив тісно пов'язана із проблемою їхньої хімічної стабільності і вирішується за допомогою антиокисних і стабілізуючих присадок. Парафіни, що є в середньодистилятних і залишкових паливах, при зниженні температури утворюють упорядковану надмолекулярну структуру. Це призводить до втрати текучості палива і його затвердіння. Поліпшення низькотемпературних властивостей дизельних палив можливе за рахунок зниження температури кінця кипіння або використання депресорних присадок. Фізична стабільність залишкових палив цілком визначається їх колоїдною природою.

Основний вплив на старіння мазутів мають температура і контакт із киснем.

Проблеми хімічної і фізичної стабільності мазутів тісно пов'язані. Тому найкращими стабілізуючими присадками до залишкових палив є композиції антиоксидантів з дисперсантами.

Пожежо- і вибухонебезпечність палив[ред. | ред. код]

Пожежонебезпечність палив визначається рядом показників, з яких найбільш часто застосовують температуру спалахування — мінімальну температуру, при якій пари нафтопродукту спалахують від відкритого полум'я. Її визначають у закритому (світлі палива) чи відкритому (залишкові палива) тиглі. Значення температур спалахування, визначених для того самого зразка різними методами, можуть дещо відрізнятися. Наприклад, для мазутів ця різниця може досягати 30оС. Тому обов'язково вказують метод визначення температур спалахування. Для авіаційних бензинів температура спалахування має негативне значення (від мінус 34 до мінус 38°С), тому її визначають рідко. Для дизельних палив вона нормується в залежності від умов застосування: літні палива для дизелів загального призначення повинні мати температуру спалахування нижче 40оС, а для суднових і тепловозних дизелів — не нижче 62оС.

Сучасні українські стандарти встановлюють межу температури спалахування 61оС, нижче якої палива відносять до легкозаймистих (ЛЗР), вище — до горючих (ГР) рідин. Це визначає категорію роботи з паливом і заходи передбачені технікою безпеки.

Крім температури спалахування, для палив визначають температуру займання (Тз) і температуру самозаймання (Тс). Дані з пожежо- і вибухонебезпечності — концентраційні межі займання (КМЗ), температурні межі вибуховості (ТМВ), а також вимоги ДСТУ 12.1010 щодо гранично допустимої вибухонебезпечної концентрації (ГДВК) парів палив у повітрі, представлені в таблиці.

Таблиця – Показники пожежо– й вибухонебезпечності палив

Паливо Тс, °С ТМВ КМЗ,% ГДВК,%
Верхній Нижній
Авіаційний
бензин
380-480 -4 -37 0,98-5,5 0,46
Автомобільний бензин 255-300 -7 - 0,75-5,2 0,53
Дизельне зимове 240 119 69 0,52-0,6 0,30

Вибухонебезпечність палив може бути усунута додаванням у пароповітряну суміш інертних газів в досить великих концентраціях щодо суміші: від 8 % — для тетрахлориду вуглецю до 43 % — для аргону.

Оскільки палива є діелектриками, на їхній поверхні може накопичуватися статична електрика, розряди якої приводять до утворення іскри. Особливо це істотно при роботі з реактивними паливами: їх заправлення в баки літаків супроводжується інтенсивним тертям. Тому стежать за питомою електричною провідністю реактивних палив. Електризації палив сприяють такі атмосферні умови, при яких провідність повітря невелика: низькі температури і мала вологість повітря. Для гарантування пожежної безпеки при перекачуванні палив з високими швидкостями (заправлення літаків, завантаження танкерів) у палива вводять антистатичні присадки, що забезпечують інтенсивне розсіювання електростатичних зарядів з маси палива.

Токсичність палива[ред. | ред. код]

За токсичністю нафтові палива становлять меншу небезпеку, ніж продукти згоряння. Вуглеводні, що складають їх основну масу, для людини порівняно нешкідливі. Найбільш токсичні ароматичні, ненасичені і, нарешті, насичені вуглеводні. Особливо токсичний бензол, тому його вміст у бензинах нормується. У залишкових паливах присутні значні кількості конденсованих ароматичних сполук, багато з яких канцерогенні.

Гранично допустимі концентрації пари палив встановлені в перерахуванні на вуглець і коливаються від 100 (реактивне паливо) до 300 мг/м3 (бензин і дизельне паливо). Вміст пари палив у повітрі визначається леткістю і температурою навколишнього середовища. Леткість розраховують за формулою:

L=16•PM/(273+t), де L — леткість, мг/л; Р — тиск насиченої пари, мм. рт. ст.; М — молекулярна маса речовини; t — температура навколишнього середовища оС.

На практиці визначають тиск насиченої пари. Цей показник нормується для палив, що легко випаровуються. Його наближене значення може бути обчислене в такий спосіб:

Lg=2,763-0,019•tкип+0,024•t, де Р — тиск насиченої пари, мм. рт. ст.; t — температура навколишнього середовища; tкип — температура кипіння речовини, оС.

Нафта і залишкові паливні фракції містять істотні кількості поліциклічних ароматичних вуглеводнів, частина з яких виявляє канцерогенну активність. Наприклад, вміст бенз-α-пірену в російських нафтах коливається від 250 (Ладушкинська) до 3 500 мкг/кг (грозненська). Палива можуть містити токсичні гетероатомні сполуки, концентрація яких збільшується з підвищенням температури кипіння палив. Ці сполуки становлять небезпеку, наприклад, при розігріванні мазутів у процесі паливопідготовки. Проблему зниження токсичності палив не можна вирішити за допомогою присадок, однак у деяких випадках присадки корисні. Застосування депресорів і диспергуючих присадок, наприклад, дозволяє знизити температуру нагрівання залишкових палив.

Нерідко присадки, що вводяться в паливо, самі мають підвищену токсичність. Такі, наприклад, як тетраетилсвинець і ароматичні аміни, використовувані для підвищення октанового числа автомобільних бензинів.

Присадки до палива[ред. | ред. код]

Див. також Присадки

Асортимент присадок до палива нараховує більше 20 основних типів, а кількість композицій, використовуваних на практиці, складає сотні. Здебільшого вони призначені для поліпшення процесів горіння палива і тим самим сприяють зниженню токсичності продуктів згоряння. Принциповий асортимент присадок, які прямо чи опосередковано поліпшують екологічні характеристики палив, представлений нижче:

  • Антиоксиданти, антидетонатори і промотори запалення вводять у палива на нафтопереробних заводах для забезпечення нормованих показників якості продукції.
  • Антидетонатори на основі тетраетилсвинцю і промотори запалення, що містять алкілнітрати, отруйні і окремо не продаються.
  • Мийні присадки до бензинів і дизельних палив застосовують у різних варіантах. Заводи випускають спеціальні марки палив із присадками, при цьому нормується показник, що гарантує наявність і ефективність присадки в паливі. Мийні присадки в дрібній розфасовці надходять у роздрібний продаж і використовуються на розсуд споживача. У цьому випадку на споживача лягає відповідальність за регулярне і правильне застосування присадок.

З технічної точки зору вдалим варіантом є введення присадок у паливо на великих нафтобазах, якщо там є необхідні для цього умови.

Присадки не повинні погіршувати фізико-хімічні й експлуатаційні властивості палив. Але при цьому допустимі відхилення від нормативних показників, що непрямим чином характеризують якість нафтопродукту.

Див. також[ред. | ред. код]

Література[ред. | ред. код]