Post on 29-Oct-2014
GORIVAPod gorivima podrazumevamo prirodne i veštačke materije koje procesom sagorevanja oslobađaju velike količine toplotne enrgije!
Najvažnije karakteristike goriva su:
•
hemijski sastav •
toplotna moć
•
temperatura sagorevanja•
ponašanje goriva u toku procesa sagorevanja
Goriva treba da ispune sledeće zahteve:
•
da proizvode veliku količinu toplote za kratko vreme•
da se nalaze u prirodi u dovoljnim količinama
•
da u prirodnom stanju ne sadrži velike količine nesagorivih materija
•
da mogu lako i jeftino da se dopreme do korisnika •
da ne menjaju bitno svojstva i da su bezbedna tokom eksploatacije
•
da produkti njihovog sagorevanja nisu opasni po okolinu
Sastav gorivaGorivo se sastoji od : C, O, H ,N, S ,od čega su sagorivi C, H, S.
Ugljenik
je najvažnija komponenta goriva jer njegovim sagorevanjem nastaje najveći deo toplote. Ugljenik je i najviše zastupljena komponenta.
Vodonik
je druga po važnosti komponenta goriva jer se sagorevanjem 1kg vodonika oslobađa približno 140 MJ toplote.
Sumpor
se u gorivu nalazi u vidu gorive i negorive komponente.Njegovo prisustvo u gorivu je nepoželjno jer izaziva koroziju, a produkti sagorevanja su ekološki veoma štetni (kisele kiše).
Kiseonik
nije goriv element, već
se sagorevanje odvija zahvaljujući njemu.
Azot
se javlja u obliku složenih organskih jedinjenja i ima ga veoma malo (do 2 %) u čvrstim i tečnim gorivima, a u većoj meri u proizvedenim gasovitim gorivima.
Vlaga
umanjuje toplotnu moć
goriva jer se za njeno isparavanje troši deo toplote nastao sagorevanjem goriva.
Toplotna moć
gorivaToplotna moć
goriva se definiše kao odnos oslobođene
količine toplote pri potpunom sagorevanju goriva i količine goriva iz koje je toplota oslobođena:
Razlikujemo gornju i donju toplotnu moć
goriva.
Gornja toplotna moć
goriva
Gornja toplotna moć
goriva (Hg)
je količina toplote koja se oslobodi potpunim sagorevanjem jedinice mase goriva pod sledećim uslovima:
•
voda iz produkata sagorevanja, koja potiče od vlage iz goriva i od sagorelog vodonika (H2), prevedena je u tečno stanje,
•
produkti sagorevanja goriva dovedeni su na temperaturu koju je gorivo imalo na početku i
•
sumpor (S) i ugljenik (C) iz gorive materije se nalaze u obliku svojih dioksida (SO2 i CO2), dok do sagorevanja azota (N2) nije došlo.
Donja toplotna moć
gorivaDonja toplotna moć
goriva (Hd)
je količina toplote koja
se oslobodi potpunim sagorevanjem jedinice mase goriva pod sledećim uslovima:
•
voda u produktima sagorevanja ostaje u parnom stanju, •
produkti sagorevanja goriva dovedeni su na temperaturu koju je gorivo imalo na početku i
•
sumpor (S) i ugljenik (C) iz gorive materije se nalaze u obliku svojih dioksida (SO2 i CO2), dok do sagorevanja azota (N2) nije došlo.
Sagorevanje
•
Proces transformacije hemijske energije goriva u toplotnu energiju u prisustvu kiseonika naziva se sagorevanje.
•
Proces sagorevanja je proces oksidacije sjedinjavanjem elemenata ugljenika, vodonika i sumpora sa kiseonikom iz vazduha.
•
Tempertura paljenja 750-2200 oC
PODELA GORIVA
Goriva Prirodna Veštačka
Čvrsta Drvo, ugalj, bitumenski škriljci
Koks, briketi,drveni ugalj
Gasovita Zemni gasGeneratorski gas, koksarski gas,vodonik itd..
Tečna NaftaBenzin, dizel, lož
ulja, metanol
Ugalj –
čvrsto gorivoNastanak i podela:
Ugalj je gorivi sediment. Sastoji se pretežno od ostataka, odnosno produkta raspada biljaka, a nastao je od tresetišta iz daleke prošlosti. Proces pougljenjivanja ostvaruje se postepenim povećavanjem relativnog sadržaja ugljenika(C) uz istovremeno smanjivanje relativnog sadržaja kiseonika (O2), azota (N2), vodonika (H2). Imamo niz sukcesivnih pretvaranja:
biljni ostaci i drvo → treset → lignit → mrki ugalj → kameni ugalj.
Taj
proces je trajao stotinama miliona godina.
Vrste uglja
•
Lignit
50% vode sirov 25% suv, 9.500-16.000 KJ•
Mrki ugalj
nastao u tercijaru 50-60% ugljenika,
3-5% vodonika, 0,5% sumpora, 5-25% pepela i vlage 10-25%, 20.000 KJ
•
Kameni ugalj, starosti oko 300 miliona godina, sadrži 1-5% vlage i pepela 3-10%, 27.000 KJ
•
Antracit
nastao u paleozoiku nema primesa vlage i pepela, 93-96% ugljenika, 35.000 KJ
Upotreba uglja
•
Neposredna (kotlarnice, termo elektrane)•
Mehanička prerada (ugljeni prah,briketi)
•
Hemijska prerada (rafinacija, suva destilacija, gasifikacija)
DrvoDrvo tokom sagorevanja prolazi kroz 3 faze:
1. Isušivanje: sve do temperature od oko 220ºC nestaje još
uveka prisutna voda u drvetu. Što je drvo vlažnije, biće potrebna i veća energija da bi se drvo isušilo.
2. Piroliza: između 220 ºC i 270 ºC
3. Gasifikacija i sagorevanje: Počev od 500 ºC startuje finalna oksidacija proizvoda namenjenih za sagorevanje uz oslobađanje toplote.
DrvoDa bi shvatili kolika je tačno toplotna moć
drveta, može
se smatrati da otprilike 3 kg drveta daju istu količinu toplote kao 1 kg lož-ulja.
Tečna gorivaOsnovne prednosti
tečnih goriva u odnosu na čvrsta goriva su:
•
visoka toplotna moć,•
mali sadržaj balasta,
•
mali toplotni gubici pri sagorevanju,•
jednostavno regulisanje procesa sagorevanja,
•
jednostavan transport cevovodima.
Osnovne mane
tečnih goriva su:
•
velika zapaljivost i eksplozivnost,•
otrovnost nekih goriva,
•
teško odstranjivanje emulgovane vode,•
stvaranje elektrostatičkog napona.
NaftaOsnova svih goriva je nafta.Toplotna moć
nafte je 42-43 MJ/kg.
Sastav nafte čine ugljenik (83-87%), vodonik (11-14%), kiseonik (0,1-1%), azot (0,05-
1,5%) i sumpor (0,1-5%).
Kiseonok, azot i sumpor se najčešće nalaze u vezanom stanju. Vlage i mineralnih materija ima malo. Gustina nafte je 820-920 kg/m3. Osnovnu masu nafte čine tri ugljovodonika:
–
parafinski,
opšte formule Sn
N2n+
2,–
naftenski,
opšte formule Sn
H2n
i–
aromatični,
opšte formule Sn
H2n-6
Dobijanje nafte
Kako se nafta nalazina dubini i do 5000 m,prva faza u procesu njenog dobijanja je bušenje .
Nafta najčešće ističe iz bušotine na površinu pod pritiskom, a ukoliko pritisak ili protok nisu dovoljni, koriste se pumpe ili gas pod pritiskom
Vrste nafte
•
Parafinska •
Naftenska nafta (visok procenat cikloparafina)
•
Aromatska nafta –
kerozinska nafta•
Asfaltna nafta –
visok oktanski broj
Struktura nafte
•
Ugljenik 81-87%•
Vodonik 10-14%
•
Kiseonik 7%•
Azot 1,2%
•
Sumpor 6%
Tehnologija dobijanja nafte•
Bušenje
•
Sabiranje nafte•
Prečišćavanje
•
Odvajanje benzinskih para i zemnog gasa (degazolinaža)
•
Stabilizovana nafta za rafineriju
Na troškove bušenja i pripremu otpada preko 60% investicije!
Prerada nafte
Frakcionisanje sirove nafte (frakciona destilacija)
Derivati pod normalnim pritiskom:
–
Benzin–
Petrolej
–
Dizel gorivo–
Lož
ulje
–
Mazut
Goriva prerađena iz nafteProces prerade nafte se odvija u dve faze: primarnoj i sekundarnoj.
Posle primarne
faze dobijaju se:-
gasovita goriva,
-
benzinske frakcije,-
petrolejske frakcije,
-
dizel-frakcije i lož-ulje,-
frakcije maziva i
-
ostatak (bitumen).
U sekundarnoj
fazi odvijaju se hemijski procesi:-
krekovanje,
-
izgradnja ugljovodonika,-
konverzija ugljovodonika,
-
ugradnja vodonika u ugljovodonike.
BenzinBenzin se koristi za pokretanje oto-motora sa unutrašnjim sagorevanjem.
Oktanski broj
predstavlja udeo izooktana u benzinu. Stoga benzin,koji se ponaša kao čist izooktan,
ima
oktanski broj 100,
a benzin koji se ponaša kao normalni heptan ima oktanski broj 0.
Određivanje oktanskog broja
se sastoji u ispitivanju benzina na otpornost prema detonaciji u specijalnom jednocilindričnom motoru.
Oktanski broj nije jedinstvena veličina, već
zavisi od načina određivanja.
Važna karakteristika benzina je
gustina, koja se kreće u granicama 720-750 kg/m3 .
Dizel gorivoU odnosu na benzin, dizel-goriva imaju bar dve bitne razlike:
prva je otežani protok goriva na sniženim
temperaturama, a druga način obrazovanja smeše sa vazduhom.Pokazatelj upaljivosti dizel-goriva je cetanski broj,
koji
se određuje pomoću specijalnog motora poređenjem upaljivosti ispitivanog goriva i smeše dva ugljovodonika.
Cetanski broj definisan kao procentualni udeo cetana u onoj smeši sa α-metilnaftalinom koja ima ekvivalentnu upaljivost sa ispitivanim gorivom.
Opšte je pravilo da što
je lanac ugljenikovih atoma duži , to je cetanski broj veći. Cetanski broj se određuje eksperimentalno ili računski.
Gasovita goriva
Mogućnosti dobijanja gasa:
•
Zemni gas•
Gas iz uglja
•
Gas iz nafte
Prirodni gasPredstavlja gas bez boje, mirisa, koji je providan u svojoj čistoj formi, izuzetno zapaljiv i pri tome daje veliku količinu energije. Sagorevanje prirodnog gasa je čisto i u atmosferu emituje niske količine potencijalno štetnih nusprodukata po okolinu. Podzemna nalazišta prirodnog gasa utvrđena su i do 5 hiljada metara pod pritiskom od 300 bara i više i temperaturama višim od 180°C zavisno od dubine nalazišta. Obično se nalazi kao gasna kapa u naftnim nalazištima iako nije retko pronaći ga i bez prisustva nafte.Prirodni gas je zapaljiva mešavina ugljovodoničnih gasova. Sastav prirodnog gasa je većinom metan ali sadrži i druge gasove: etan, propan, butan i pentan.
U svojoj najčistijoj formi, kakav je prirodni gas, on je skoro čist metan.
Predstavlja izuzetno vrednu energetsku i hemijsku sirovinu koja poseduje značajne tehnološko-ekonomske i ekološke prednosti u odnosu na ostala goriva. To je gotovo idealno gorivo koje se lako meša sa vazduhom, ima izuzetnu brzinu sagorevanja bez dima, čađi i čvrstih ostataka i prema tome ne zagađuje okolinu. Iskustvo zemalja sa dugom tradicijom korišćenja prirodnog gasa pokazuje da je on jedan od najbezbednijih energenata.
Sačinjavaju ga metan (CH4) 97%, etan (C2H6) 0,91%, propan (C3H8) 0,36%, butan (C4H10) 0,16%, pentan (C5H12), ugljen -dioksid 0,52%, kiseonik 0,08%, azot 0,93% i drugi gasovi u manjim tragovima. Termoenergetske karakteristike kreću se za Vobe indeks do 54 MJ/m3, gornja toplotna moć
do 47,2 MJ/m3, donja
toplotna moć
do 42,5 MJ/m3, relativna gustina 0,75kg/m3 i temperatura paljenja do 640°C. Eksplozivna moć
prirodnog gasa se kreće u granicama od 5 do 15 % količine gasa u vazduhu. Prirodnom gasu se dodaje odorant sredstvo jakog, neprijatnog i karakterističnog mirisa da bi prirodni gas, koji je bez mirisa, dobio specifičan miris kako bi se lakše otkrilo curenje gasa iz gasnih instalacija, a sam proces dodavanja odoranta prirodnom gasu zove se odorizacija. Odorant sagoreva zajedno sa prirodnim gasom, a produkti sagorevanja nemaju neprijatan miris. Uređaj, kojim se odorant ubacuje u struju gasa, naziva se odorizator.
Prirodni gasU zavisnosti od njegovog kvaliteta, osnovne termoenergetske karakteristike prirodnog gasa se kreću u sledećim granicama:
•
Vobe indeks W= 44,6 do 54,0 [MJ/m3]
•
Gornja toplotna moć
Hg = 30,2 do 47,2 [MJ/m3]
•
Donja toplotna moć
Hg = Hd = 27,2 do 42,5 [MJ/m3]
•
Relativna gustina d= 0,55 do 0,75 [kg/Sm3
•
Temperatura paljenja T= 595 do 640 [°C]
Prirodni gas spada u najčistije, najsigurnije i najkorisnije fosilno gorivo. Sagoreva bez čađi i pepela, sa malim emitovanjem ugljen-dioksida i sumpor-dioksida i zbog toga spada u najčistija goriva. Međutim, i korišćenjem prirodnog gasa i njegovim sagorevanjem u atmosferu se oslobađa određena količina štetnih materija koja takođe dovodi do zagađenja životne sredine. Sagorevanjem prirodnog gasa oslobađa se približno jedna polovina ugljen-dioksida koja se oslobađa spaljivanjem uglja. Ugljen-dioksid prouzrokuje pojačanje efekta staklene bašte i globalnog porasta temperature. Sumpor-dioksid se oslobađa spaljivanjem uglja i tečnih goriva prouzrokujući tako zakišeljenje okoline. Prirodni gas prilikom sagorevanja praktično ne proizvodi sumpor-
dioksid. Azotni oksidi se u većoj meri oslobađaju u atmosferu i životnu sredinu nego prilikom sagorevanja nekih drugih energenata.
Zemni gas
•
Nalazi se na 3000-5000 metara dubine•
Metan
•
Etan•
Propan
•
Butan
Gasovita goriva
Načini dobijanja gasa
•
Prirodni gas -
100-200 bara pritiska•
Kaptažni gas –
izbija sa naftom ima 40%
metana, 30% etana, 15% propana i 5% butana
•
Rafinerijski gas -
krekovanje
Veštačka gasovita goriva
•
Generatorski gas 5.000 KJ (industrijke peći, keramika, čelik...)
•
Vodeni gas 11.700 KJ (varenje)•
Koksarski gas 19.300 KJ (koksare)
•
Gas podzemne gasifikacije uglja
Manipulacija gasom•
Gasovodima
•
Manipulacija gasom cisternama•
Čeličnim bocama
Oznake pri transportu•
Gorivi gasovi –
crvena
•
Acetlen –
žuta•
Kiseonik –
plava
•
Nezapaljivi gas -
siva