Gasförmiger Brennstoff: Beschreibung, Eigenschaften, Herstellungsverfahren, Anwendung

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-02 13:52

Gaskraftstoff ist seit Mitte des 19. Jahrhunderts bekannt. Damals baute der berühmte Ingenieur Lenoir seinen ersten Gas-Verbrennungsmotor. Diese Apparatur war primitiv und funktionierte ohne Vorverdichtung der Brennkammer. Moderne Motoren sind dem nicht gewachsen. Die Nutzung gasförmiger Kraftstoffe ist heute nicht mehr auf Autos beschränkt. Dieser umweltfreundliche, billige und erschwingliche Kraftstofftyp erobert aktiv immer mehr neue Nischen und wird in allen Bereichen der Volkswirtschaft aktiv eingesetzt. Dieser Artikel enthält eine Beschreibung und Eigenschaften des Kraftstoffs. Im Allgemeinen beschreibt es, wie sie hergestellt und verwendet werden.

Allgemeine Informationen

Ein gasförmiger Brennstoff ist eine leicht entzündliche Substanz. Diese Qualität und nützliche Eigenschaft wird in verschiedenen Wissenschaftszweigen genutztTechnologie. So setzen Bevölkerung und Industrie zunehmend Gaskessel ein. In diesem Kraftstoff können Oxide (Dioxide) von Kohlenstoff, Kohlendioxiddämpfe sowie Elemente wie Stickstoff, Wasserstoff, Sauerstoff und andere Verunreinigungen in verschiedenen Mengen vorhanden sein. Moderne Geräte, die mit gasförmigem Brennstoff betrieben werden, reagieren sehr empfindlich auf die chemische Zusammensetzung des Arbeitsgases. Wenn es nicht den vom Hersteller empfohlenen Standards entspricht, wird das Gerät höchstwahrscheinlich ausfallen und kostspielige Reparaturen sind erforderlich.

Alle Stoffe, die Gase bilden, lassen sich in brennbar und nicht brennbar einteilen. Die ersten sind neben Methan Ethan, Propan und Butan. Explosiv und dementsprechend brennbar sind Kohlenmonoxid und Wasserstoff. Wasserstoff ist besonders gefährlich. Aus diesem Grund wird es nicht empfohlen, es in Gasflaschen zu lagern. Die beste Lösung ist die Anschaffung eines Wasserstoffgenerators. Dieses Gerät extrahiert bei Bedarf Wasserstoff aus destilliertem Wasser. Somit wird die Gefahr der Detonation eines großen Gasvolumens beseitigt.

Der Staat ist Monopol im Großhandel mit flüssigen und gasförmigen Brennstoffen. Dies weist auf die strategische Bedeutung dieser Art von Rohstoffen hin.

Kraftstoffklassifizierung nach Herkunft

Gasbrennstoffe können wie flüssige Brennstoffe als Mineral abgebaut oder unter künstlichen Bedingungen hergestellt werden. Im ersten Fall wird ein solcher Kraftstoff als natürlich bezeichnet, und im zweiten -künstlich.

Spezialisten haben Unterschiede in der Zusammensetzung flüssiger und gasförmiger Brennstoffe aus verschiedenen Regionen festgestellt. Aufgrund von Unterschieden in der chemischen Zusammensetzung gibt es auch geringfügige Unterschiede in der bei der Verbrennung freigesetzten Wärmemenge. Erdgasbrennstoff besteht fast vollständig (95-99 %, je nach Bereich) aus dem sogenannten Methan (chemische Formel - CH_{4). Dieser Brennstoff wird Erdgas genannt. Und das ist heute die billigste Energiequelle. Aus diesem Grund wird diese Art von Energieressourcen in allen Sektoren der Volkswirtschaft aktiv genutzt. Alle Vorteile werden jedoch durch die geringe Sicherheit von Geräten überschattet, die mit gasförmigen Brennstoffen betrieben werden. In den Medien erscheinen regelmäßig beunruhigende Meldungen über Unfälle und Menschenopfer infolge von Verstößen gegen die Vorschriften zum Betrieb von Gasanlagen.}

Künstliche gasförmige Brennstoffe umfassen Stoffe, die bei der Verarbeitung von festen oder flüssigen Brennstoffen gewonnen werden. Seine gebräuchlichsten und beliebtesten Typen sind Kokssp altgase. Beleuchtung, Wasser und Mischbrennstoffe können ebenfalls in diese Gruppe aufgenommen werden. Abhängig von der chemischen Zusammensetzung eines bestimmten Gases variiert die bei der Verbrennung freigesetzte Wärmemenge über einen weiten Bereich. Solche Stoffe sind hochexplosiv. Aus diesem Grund wird empfohlen, sie vor der Verbrennung mit Erdgas zu mischen. Diese Maßnahme erhöht die Betriebssicherheit von mit gasförmigem Brennstoff betriebenen Geräten um eine Größenordnung. Diese Manipulationen werden auf speziell ausgestatteten Basen durchgeführt. Dann soGas wird dem Endverbraucher in Flaschen oder auf andere Weise geliefert. Aber trotz der Tatsache, dass ein solches Gemisch weniger gefährlich ist, muss es dennoch mit äußerster Sorgf alt gehandhabt werden, unter Einh altung aller Regeln und Vorschriften für den Umgang mit Druckbehältern und Sicherheitsvorschriften. Und das ist nicht die einzige Gefahr. Diese Substanz ist giftig und das Einatmen kann schwerwiegende Folgen haben und sogar zum Tod führen.

Kraftstoffklassifizierung nach Verwendungszweck

Gasförmiger Kraftstoff wird sowohl in thermischen Anlagen als auch in Verbrennungsmotoren verwendet. Dementsprechend kann er auf dieser Grundlage in Kraftstoffe und Heizöle unterteilt werden.

Erdgas wird traditionell als Brennstoff für Heizkessel und Hochöfen verwendet. In seltenen Fällen wird künstlicher Brennstoff verwendet. Die gleiche Art von Kraftstoff, mit nur einigen Zusätzen, wird auch zum Betanken von Autos verwendet.

Beschreibung von Erdgas

Es ist schwer, die Bedeutung dieses Minerals für die Wirtschaft unseres Staates und die wirtschaftliche Entwicklung der Welt insgesamt zu überschätzen. Viele Autos, Gaskessel, Kraftwerke und Blockheizkraftwerke nutzen es. Auf der Grundlage der prognostizierten Preise für blauen Kraftstoff (wie Erdgas manchmal genannt wird) werden Staatshaush alte erstellt.

Mehr als 90 % dieses Gases besteht aus Methanmolekülen (CH_{4). Erdgas enthält neben Methan auch Butan mit Propan, Stickstoff, Kohlendioxid, Wasserdampf und anderen Verunreinigungen (sie gelten als schädlich). BEIErdgas enthält in geringen Mengen auch Inertgase (Helium und andere). Es wird angenommen, dass letztere sich positiv auf mit Gas betriebene Maschinen, Geräte und Mechanismen auswirken und auch die Physik von Kraftstoffverbrennungsprozessen verbessern. Die Eignung des Kraftstoffs für den Gebrauch, seine Qualität wird anhand des Prozentsatzes der Kohlenwasserstoffkomponenten beurteilt.}

Erdgas ist nicht nur ein wertvoller Brennstoff, sondern auch ein Rohstoff für zahlreiche Industrien. Große Chemieanlagen produzieren also aus dem darin enth altenen Methan Wasserstoff. Damit diese Reaktion stattfinden kann, muss es oxidiert werden. Neben Wasserstoff wird daraus Acetylen hergestellt. Auf der Grundlage dieser Substanzen werden alle Arten von Aldehyden, Methylalkohol (eine sehr giftige und gefährliche Substanz), Ammoniak, Aceton, Essigsäure usw. hergestellt. Tatsache bleibt jedoch, dass das Hauptanwendungsgebiet von Erdgas die Verbrennung gasförmiger Brennstoffe zum Zweck verschiedener Antriebsmechanismen (Automotoren) und Kesselgeräte ist.

Grundlegende Eigenschaften von Gasen

Alle Gase (nicht nur Kraftstoff) werden durch einen relativ kleinen Dichteindex vereint. Für das betrachtete Erdgas und seine künstlichen Analoga wird sein Wert im Bereich von 0,8 Kilogramm pro Kubikmeter geh alten. Die Dichte von verflüssigtem gasförmigem Brennstoff ist etwas höher und beträgt etwa 2,3 Kilogramm pro Kubikmeter.

Gase sind meist Giftstoffe. Die Toxizität nimmt zu, wenn der Geh alt an Kohlenoxiden zunimmt undSchwefelverbindungen mit Wasserstoff in Gas. Bei einem Geh alt von einem oder mehreren Prozent der beschriebenen Schadgase in der Atmosphäre atmet ein Mensch in drei Minuten eine tödliche Dosis einer giftigen Substanz ein.

Die fraglichen Gase sind explosiv. Darüber hinaus steigt mit zunehmendem Anteil an Kohlenmonoxid und Wasserstoff die Detonationsgefahr. Ein interessantes Merkmal: Wenn der Geh alt dieser Substanzen mehr als 74 % beträgt, ist die Wahrscheinlichkeit einer Gasexplosion fast null.

Schlüsseleigenschaften des Kraftstoffs

Bei einer vergleichenden Analyse einer bestimmten Brennstoffart operieren Experten mit folgenden Begriffen: Brennstofffeuchte, Schwefelgeh alt, Asche (Rückstand), Heizwert und Heizleistung.

Heizleistung bezeichnet die für den Verbrennungsprozess ausreichende Temperatur bei minimalem Sauerstoffgeh alt. Gleichzeitig wird weder Luft noch brennbares Gemisch zusätzlich erhitzt.

Der feste Rückstand aus dem Verbrennungsfeld wird als Asche bezeichnet. Sie kann nicht mehr brennen. Schlacke ist die gleiche Asche, nur nach dem Schmelzen. Die Bildung dieser Substanz beeinträchtigt den Betrieb des gesamten Systems und verstopft die Kraftstoffausrüstung. Daher ist es wichtig, diesen Indikator bei der Konstruktionsarbeit zu berücksichtigen.

Ein wichtiger Indikator ist Feuchtigkeit. Es wirkt sich negativ auf die Eigenschaften des Kraftstoffs aus. Seine Anwesenheit verursacht eine Erhöhung des Abgasvolumens, eine Verringerung der Effizienz der Anlage.

Verbrennungsprodukte von Schwefel und seinen Verbindungen verursachen und aktivieren Korrosionsprozesse auf OberflächenStahlteile von Motoren und Auspuffanlagen. Darüber hinaus haben sie negative Auswirkungen auf die Umwelt und die menschliche Gesundheit. Daher ist es auch sehr wichtig, diesen Indikator zu berücksichtigen.

Der Brennwert ist eine sehr wichtige Eigenschaft. Es wird bei der Berechnung und Auslegung von Geräten berücksichtigt und ermöglicht die Bestimmung des Kraftstoffverbrauchs. Dieser Wert wird experimentell ermittelt. Für diese Zwecke wird ein spezielles Kalorimeter verwendet. Eine bekannte Menge (Masse) Brennstoff wird verbrannt und die Änderung der Wassertemperatur des Kalorimeters aufgezeichnet. Dann genügt es, die erh altenen Informationen in die Formel einzusetzen und die Verbrennungswärme zu berechnen.

Begleitgas

Wenn Erdgas aus Bohrlöchern gefördert wird, fällt Begleitgas als Nebenprodukt der Erdölförderung an. Der Methangeh alt in einem solchen Gas ist etwas geringer als in herkömmlichem Erdgas. Die Verbrennung gasförmiger Brennstoffe erzeugt jedoch vergleichbare Wärme.

Nebenproduktgas (Begleitgas) wird auch von Hüttenwerken produziert. Bei diesen Unternehmen wird Brennstoff in Öfen emittiert. Dies sind die sogenannten Kokerei- und Hochofengase. In der Regel werden diese Gase vor Ort verbrannt (einer Feuerung oder Kesselstation zugeführt). Ein ähnliches Nebenprodukt entsteht in tiefen Minen, was oft zu Katastrophen führt.

Gasherstellung durch Trockendestillation

Kunstgas wird durch zusätzliche Verarbeitung von festen (flüssigen) Brennstoffen gewonnen. Auf diese Weise kann sogenanntes Produktgas und trockenes Destillationsgas gewonnen werden.

Wenn trockenDestillationsbrennstoff zersetzt sich unter dem Einfluss hoher Temperaturen. In diesem Fall muss der Zutritt eines Oxidationsmittels (Luft) ausgeschlossen werden. Nach einer Reihe von Schritten zerfällt der ursprüngliche Brennstoff in sein eigenes Gas, Teerverbindungen und Koks. Die genaue Zusammensetzung der gebildeten Produkte hängt von der Ausgangszusammensetzung des Brennstoffs und den Prozessbedingungen (vor allem von der Temperatur) ab.

Der Destillationsprozess, der bei hohen Temperaturen (im Bereich von 1000 - 1100 Grad Celsius) stattfindet, wird als Verkoken bezeichnet. Die Zersetzungsprodukte sind in diesem Fall das eigentliche Gas (Koks) und Koks. Dichte und Verbrennungswärme des entstehenden Gases sind relativ gering (0,5 Kilogramm pro Kubikmeter bzw. 16.000 Kilojoule pro Kubikmeter). Eine Tonne Kohle wird bei dieser Behandlung in 350 Kubikmeter Gas umgewandelt. Dieser Indikator kann variieren und hängt von den Prozessbedingungen sowie der chemischen Zusammensetzung und Herkunft des Ausgangsmaterials (Kohle) ab.

Es gibt auch Niedertemperatur-Trockendestillation. Es besteht darin, feste Brennstoffe mit Temperaturen um die 500 Grad Celsius zu verarbeiten. Bei dieser Methode wird die minimale Gasmenge gebildet (nicht mehr als 30 Kubikmeter pro Tonne Rohstoffe). Das Hauptprodukt in diesem Fall ist Harz, das bei der Herstellung von Motorenölen und Kraftstoffen weiterverwendet wird.

Gasgewinnung durch Vergasung fester Brennstoffe

Eine der gängigen Methoden zur Gewinnung gasförmiger Brennstoffe ist die sogenannte Vergasung. Es besteht in der chemisch-thermischen Behandlung fester Brennstoffe (die kombinierte Wirkung hoher Temperaturenund chemische Behandlung). Die in festen Brennstoffen enth altenen Kohlenstoffatome interagieren und reagieren mit Wasser und Dampf und bilden ein Gas (Brennstoff). Während des Vergasungsprozesses findet auch eine Trockendestillation statt. Ein Gasgenerator ist ein Gerät zur Vergasung fester Brennstoffe (hauptsächlich Kohle). Dieses Gerät produziert die folgenden Stoffe: Methan, Wasserstoff und Kohlenmonoxid. Neben beschallten Gasen entstehen auch nicht brennbare Stoffe (Kohlendioxid, Sauerstoff mit Stickstoff und Wasserdampf).

Designs von Gasgeneratoren - eine riesige Vielf alt. Das Schema und die Liste der Knoten hängt in erster Linie von der Art des Ausgangsmaterials ab. Im Allgemeinen ist es ein Zylinder mit Metallwänden. Es hat Öffnungen zur Belüftung (Lufteinlass) und zum Austritt des erzeugten Gases. Die Luftzufuhr erfolgt über leistungsstarke Ventilatoren. Das Design muss eine Luke für den Bediener bieten. Kraftstoff wird durch das Dach geladen. Somit ähnelt dieses Gerät äußerlich schmerzhaft dem bekannten "Bauchbauchofen". Es gibt jedoch einen Unterschied - das Fehlen eines Schornsteins.

Der Gasgenerator ist nur die Basis der gesamten Anlage, sozusagen das Herzstück. Wenn Sie sich die Diagramme solcher Geräte ansehen, wird deutlich, dass alle anderen Komponenten und Geräte darauf ausgelegt sind, das Gas in einen normalen Zustand zu bringen (Reinigung, Kühlung usw.).

Vorteile der Verwendung und Verwendung von Gas

Die Zusammensetzung des gasförmigen Kraftstoffs ermöglicht es, ihn effektiv als Alternative zu herkömmlichem Benzin, Heizöl und zu verwendenDiesel. Die Ölreserven sind erschöpft. Laut Experten wird es mehrere Jahrzehnte dauern. Es gibt viel mehr Gasreserven. Daher wird die aktive Einführung und Nutzung von Gasanlagen in allen Bereichen der Volkswirtschaft das akute Problem der Verknappung von Kohlenwasserstoff-Rohstoffen, wenn nicht lösen, so doch zumindest hinauszögern.

Der zweite und sehr wichtige Vorteil ist die relative Reinheit der Gasverbrennungsprodukte im Vergleich zu Benzinmotorabgasen. Mit anderen Worten, Maschinen und Mechanismen, die mit gasförmigen Brennstoffen betrieben werden, sind umweltfreundlicher und belasten die Umwelt nicht so stark. In Ballungsgebieten und Großstädten ist dieses Problem besonders akut. Daher streben die Behörden an, die gesamte Flotte des öffentlichen Nahverkehrs auf neue Umweltstandards umzustellen.

Der dritte Vorteil ist die Möglichkeit, den Motor durch Anpassung der Gemischzusammensetzung an die persönlichen Bedürfnisse und Vorlieben anzupassen. In Zukunft können Sie so nicht zu viel zusätzliches Geld bezahlen.

Der vierte Vorteil besteht darin, die Lebensdauer des Motors zu verlängern und die Zeit zwischen vollständigen Motorölwechseln zu verlängern. Schließlich entfernt Gas im Gegensatz zu Erdölprodukten kein Fett (Öl) von den Oberflächen der reibenden Teile des Mechanismus (Motor).

Fünftens - das Gasgemisch hat eine viel größere Detonationsfähigkeit im Vergleich zu herkömmlichem Kraftstoff. Dadurch können Sie die Leistung des Fahrzeugmotors deutlich steigern.

Sechstens - im Gegensatz zu festen und flüssigen Brennstoffen müssen gasförmige Brennstoffe vor der Einspritzung nicht erhitzt werden. Es ist positivbeeinflusst sowohl die Zuverlässigkeit des gesamten Systems als auch alle Leistungsindikatoren ausnahmslos.

Siebter Vorteil: Mit der Verwendung von Gaseinspritzung in die Zylinder wird es gleichmäßiger. Dadurch wird die Laufruhe und der Betrieb der Antriebsmechanismen erhöht, der Verschleiß hochbelasteter Teile verringert.

Leider werden nicht immer alle beschriebenen Vorteile erzielt. Meistens rüsten Fahrzeugbesitzer Benzinmotoren auf Gaskraftstoff um, um Geld für die Differenz der Kraftstoffkosten zu sparen. Der Motor war jedoch für Benzin oder Diesel ausgelegt. Daher die nicht sehr gut koordinierte Arbeit aller Teile. Ingenieure haben berechnet, dass beim Umsch alten eines Autos von Benzin auf Gas der Motor etwa 20 Prozent seiner Leistung verliert. Um den Verlust auszugleichen, erhöhen viele Besitzer das Verdichtungsverhältnis des Brennraums. Dadurch wird die Lebensdauer des Motors erheblich verkürzt. Eine weitere Maßnahme ist der Einbau eines Turboladersystems. Aber diese Veranst altung wird viel Geld investieren müssen. Der Betrieb eines Maschinen- oder Kesselhauses mit flüssigen und gasförmigen Brennstoffen weist völlig unterschiedliche Leistungskennzahlen auf. Außerdem liegt der Vorteil bei weitem nicht auf der Seite der festen Brennstoffe.