SEMINARSKI RAD Tehnologaija vode i goriva

[SEMINARSKI RAD Tehnologaija vode i goriva]

1. Opte o vodi 31.1.Dobivanje vode 41.2 Fizika I hemijska svojstva vode 51.2.1 Hemijski sastav vode 51.2.2 Polarnost vode 51.2.3 Specifina gustoa vode 61.2.4 Viskoznost vode 71.2.5 Povrinska napetost 71.2.6 Specifina topline 71.3 Napojna I kotlovska voda 81.4 Priprema kotlovske vode 91.4.1 Odstranjivanje mehanikih primjesa 91.4.2 Odstranjivanje koloidnih primjesa 91.4.3 Odstranjivanje rastvorenih soli 91.4.4 Omekavanje vode 91.4.5 Omekavanje vode hemijskim sredstvima 101.4.6 Odstranjivanje gasova iz vode 102. Opte o gorivima 112.1 Podjela goriva 122.2 vrsta goriva 122.2.1 Nastanak ugljena 132.2.1.1 Podjela ugljena 132.2.1.2 Hemijski sastav ugljena 142.2.1.3 Struktura I fizikalna svojstva ugljena 142.2.2 Treset 152.2.3 Mrki ugalj 152.2.4 Kameni ugalj 152.2.5 Separacija uglja 162.2.6 Ispitivanje uglja 162.3 Tekua goriva 192.4 Plinovita goriva 202.4.1 Tekui plinovi 202.4.2 Permamentni pliovi 212.5 Sagorijevanje 212.5.1 Toplotna mo 222.5.2 Koliina vazduha za sagorijevanje I dimni gasovi 232.5.3 vrsta I tena goriva 232.5.4 Gasovita goriva 232.5.5 Temperatura sagorijevanja 242.5.6 Potpuno sagorijevanje 252.5.7 Nepotpuno sagorijevanje 252.5.8 Temperatura gorenja I granice paljenja 2.6 Proizvodnja I potronja uglja u BIH 26

1. OPTE O VODI

Voda je najrasprostranjenija kapljevina (tekuina) na Zemlji (obujma ~1500 x 109 km3) i najvanije (polarno) otapalo koje otapa kapljevine, plinove i mnogobrojne krutine. Voda zbog polarnosti posjeduje izvrstan kapacitet da otapa razliite vrste tvari. Molekula vode (H2O) sastoji se od dvaju atoma vodika i atoma kisika.Voda je bitan sastojak ivih organizama (maseni udio vode do 90%) i nuna je za ivot svih ivih organizama. Znanstvenici tvrde da se iva bia najveim dijelom sastoje od vode i da ona ini tri etvrtine (vie od dvije treine) ukupne povrine Zemlje. Na snimkama Zemlje iz Svemira moe se uoiti da je velik dio Zemljine povrine pokriven vodom, oko 70%.Pod utjecajem Suneva zraenja povrinska voda neprekidno se isparuje u atmosferu (tzv. kruenje vode u prirodi), gdje se kondenzira (stvarajui kine ili snjene oblake u atmosferi) i u obliku oborina (kia, snijeg, tua, rosa, inje i magla) vraa na Zemlju, prenosei tako velike mase vode na kontinente, i to zovemo globalni hidroloki ciklus, pa u mnogome utjee na klimu.U troposferi voda ini 80% staklenikih plinova i prouzrouje zadravanje topline, te porast globalne temperature.Najjednostavnija podjela vode jest podjela na slatke (~4% na Zemlji) i slane. Veina je voda na Zemlji slana (mora, oceani). Dobro je poznata i podjela vode na tekuice rijeke i stajaice (npr. jezera, bare, movare). Ledenjaci pak zauzimaju posebno mjesto gdje je voda u krutome obliku.Rasprostranjenost vode (volumni udjel) :morska voda96,652%polarni led i ledenjaci1,702%podzemna voda1,631%povrinska voda (jezera i rijeke)0,013%voda u tlu0,001%voda u atmosferi0,001%Pri atmosferskom tlaku i temperaturi izmeu 0C (273K, kada se ledi) i 100C (373K, kada vrije) ista (destilirana) voda bezbojna je tekuina (kapljevina) bez mirisa i okusa. Voda pokazuje Amfoternost*amfotermno obiljeje.Najznaajnije svojstvo po kojem se voda istie jest da je njena gustoa u vrstom stanju manja od gustoe u tekuem stanju. Gustoa vode najvea je na 3,98C (tzv. anomalija vode) pa je led manje gustoe od tekue vode i na njoj pliva, a njegov volumen vei je za 9% od volumena jednake mase tekue vode.1.1 DOBIVANJE VODEVoda se moe dobiti izravnom sintezom iz vodika i kisika, a nastaje kao produkt u mnogim drugim kemijskim reakcijama. Moe se rastaviti na vodik i kisik elektrolizom, uz dodatak jakoga elektrolita radi poveanja vodljivosti otopine (ista voda provodi el. struju, ali je vrlo slab elektrolit), ili termikom razgradnjom na vie od 1000C (prevoenjem vodene pare preko uarene platinske ice).U istoj vodi postoji ravnotea autoionizacije vode, tj. autoprotoliza, u kojoj jedna molekula vode djeluje kao kiselina, a druga kao baza:H2O + H2O H3O+ + OH- pa je voda amfoterna.Stoga ona kemijski reagira s oksidima metala i daje baze, a s oksidima nemetala kiseline. Vana je reakcija vode i hidroliza. Voda se ugrauje u kristalnu reetku mnogih soli, dajui hidratizirane soli. ista voda slabo je ionizirana, pa je mnoinska koncentracija nastalih iona vrlo mala ([H3O+]=[OH-]=10-7 mol/dm3, pri 25C). ista voda je neutralna, tj. pH = 7. Zbog polarnoga karaktera svoje molekule, voda je odlino otapalo za mnoge ionske i polarne spojeve, tako da prirodna voda (voda u prirodi) nikada nije kemijski ista, jer otapa mineralne tvari iz tla i najee sadri kalcijeve, magnezijeve i natrijeve katione te hidrogenkarbonatne, kloridne i sulfatne anione. Takva se voda naziva tvrdom vodom, jer se prilikom njezina vrenja stvaraju netopljivi produkti (najee kalcijev karbonat, CaCO3) koji slabo prenose toplinu, pa se materijal zagrijane posude pregrijava i slabe mu mehanika svojstva.To je posebno tetno za kuanske aparate (perilice i bojlere) i visokotlane parne kotlove u industriji. Zbog toga se prirodna voda (osim kinice) za tehniku primjenu mora omekati. Karbonatna (polazna) tvrdoa vode, uzrokovana kalcijevim i magnezijevim hidrogenkarbonatima, moe se ukloniti iskuhavanjem vode ili dodatkom sode ili sode i vapna, to uzrokuje taloenje netopljivih karbonata.

Voda je homogena smjesa upravo zbog otopljenih tvari koje mogu biti kemijski spojevi (npr. magnezijev sulfat ili magnezijev klorid u moru) ili ioni metala: kationi (npr. Ca2+, Mg2+), anioni (npr. CO32-), potom molekule (npr. CO2 u mineralnoj vodi) i niz drugih tvari koje naalost u vodu dolaze kao oneiivai (npr. fosfati).

1.2 FIZIKA I HEMIJSKA SVOJSTVA VODE1.2.1 Hemijski Sastav VodeVoda ima vrlo jednostavnu kemijsku formulu: H2OMolekularna teina iznosi 18, a sastoji se od 11,111% H i 88,889% O. Vrlo bitna je graa, odnosno struktura molekule vode, iz koje proizlaze i sva njena svojstva.

Slika.1.2.1.1 ematski prikaz molekule vode

Zbog velike razlike u elektronegativnostima vodika i kisika molikula je izrazito dipolnog karaktera.Molekula vode je pozitivno nabijena na strani vodika, a negativno na strani kiseonika.Dipolni moment vode=6,24*10-30 Cm ili 1,87 D (Debey(Debaj)) i najvei je od svih ostalih tvari.Rezultat je asocijacija molekula posredstvom vodikove veze.Vodikova veza po karakteru je 90 ionska,10 kovalentna.O-H udaljenost vodikove veze je oko 1,86 A (23,3 kJ/mol),dok je u kovalentnoj vezi 0,96 A (470 kJ/mol).1.2.2 PolarnostMolekula vode posjeduje dipolni moment, tj. molekula vode je polarna (voda je polarna molekula). U kemiji vrijedi pravilo:Polarno se otapa u polarnom, to e rei da se slino otapa u slinome, tj. polarne e se molekule otapati u vodi. Voda je najee otapalo, no topljivost tvari u vodi nije jednaka, ve ovisi o grai tvari. Topljivost se tvari mijenja s promjenom tlaka i temperature pri kojoj se otapanje odvija. Ako uzmemo za primjer sam natrijev klorid koji u vodi disocira, razlae se na ione koji su hidratizirani: Na+(aq) i Cl-(aq) i taj proces opisujemo jednadbom:NaCl(s) --> Na+(aq) + Cl-(aq)

1.2.3 Specifina gustoa vode =f(T)Zbog uglavnom kohezivne prirode mree vodikove veze koje smanjuju slobodni volumen kapljevita voda ima veliku gustinu.Iz istog razloga stoji i niska kompresibilnost vode.

1,00Spec. gustina g/mL

0,998 0,996 0,994 0,992 0,990 0 10 20 30 40 50 60 T() Slika 1.2.3.1. Zavisnost spec. gustoe vode od temperature

Svojstvo vode da posjeduje najveu gustina na 3,89 ima brojne poslijedice u prirodi (stratifikacija vode),pa tako I na ureajima za obradu vode.Morska voda saliniteta 35 g/L posjeduje gostou od 1,0281 kg/L.s tim da promjena saliniteta od 1 g/L uzrokuje promjenu gustine od 0,0008 kg/L1.2.4 Viskoznost vode Viskoznost je unutranji otpor fluida tangencijalnim naprezanjima.Ovo svojstvo je uzrok gubicima kinetike energije prilikom strujanja te je od velikog znaaja za postrojenja za preradu i distribuciju vode.Visoka kohezivnost vode uslijed trodimenzionalne rasprostranjenosti vodikovih veza,oituje se kroz veliku viskoznost vode.Viskoznost vode opada sa poveanjem temperature.

Tempe 0 5 10 15 20 25 30 35 40

Dinamika viskoznost (mPas)1,7971,5231,3011,1381,0070,8950,8000,7320,716

Tabela 1.2.4.1. Promjena dinamike viskoznosti od temperature

1.2.5 Povrinska napetostPovrinska napetost je poslijedica kohezionih sila izmeu molekula fluida.Na kontaknoj povrsini nastaje prekid (tvari fluida) te postoje molekule na samoj povrini koje su kohezijski povezane samo s molekulama s unutranje strane fluida.Posljedino dolazi do pojaanja povezanosti s molekulama iz unutranjosti fluida pri emu nastaje tenja smanjivanja kontaktne povrine na najmanju moguu mjeru.Povinska napetost vode je zbog vodikovih veza u poreenju sa drugim tvarima visoka (73 mJ/m2 pri 20).Temper 0 10 20 30 40 50 60 70 80

Pov. NapetostmJ/m275,60 74,22 72,75 71,18 69,56 67,91 66,18 64,4 62,6

Tabela 1.2.5.1 Povrinska napetost u zavisnosti od temperature1.2.4 Specifina toplina Specifini toplinski kapacitet najvei je od svih poznatih tvari: Cp=Cv=4,18 kJ/kgKSpecifini toplinski kapacitet vode se smrzavanjem ili isparavanjem smanjuje za polovicu vrijednosti u odnosu na kapljevinu. Kapljevitu vodu karakterizira visok stupanj povezanosti molekula vode vodikovim vezama: Uslijed toga, pri dovoenju topline prvo mora doi do savijanje te pucanje vodikovih veza da bi se ostvarilo poveano kretanje molekula vode, odnosno povienje unutarnje energije (temperature). Stoga je kod vode potrebno znatno vie energije za savladavanje iste temperaturne razlike, ali se prilikom hlaenja sva energije reverzibilno oslobaa. Stoga je voda spremnik toplinske energije vrlo velikog kapaciteta, to je od iznimnog znaaja u prirodi i u tehnici.

Latentna toplina otapanja leda iznosi : 334,52 kJ/kgK 1 kg leda +334,52 kJ1 kg vode (T=273,15 K)Latentna toplina isparavanja vode (r) najvea je od svih: Q2-unutranja toplina isparavnja 2075,41 kJ/kg Q3-vanjska toplina isparavanja 769,56 kJ/kgEntalpija vodene pare kod 373,15 K Q1-osjetna toplina vode 418,684 kJ/kg =Q1+Q2+Q3=2500 kJ/kgKod kapljevine temperature 100 C jo uvijek je aktivno oko 75% vodikovih veza, to spreava molekule da se oslobode sa vodene povrine. Ovo svojstvo se oituje i kroz niski tlak para vode. Stoga jepotrebno dovesti veliku koliinu energije da bi se sve vodikove veze pokidale, tj. da bi se voda prevela u paru gdje su molekule vode efektivno razdvojene. Kod niih temperatura je uslijed veeg udjela vodikovih veza toplina isparavanja vea - 44,8 kJ/mol kod OC.

1.3 NAPOJNA I KOTLOVSKA VODANapojnom vodom zovemo vodu kojom napajamo parne kotlove. Kao napojna voda upotrebljavaju se naroito pripremljene prirodne vode: kinica, povrinske i podzemne vode, kao i povratni kondenzat.Vaeim tehnikim propisima za izradu i upotrebu parnih kotlova, parnih sudova, pregrijaa pare i zagrijaa vode, predvia se kakve uslove treba da ispunjava voda da bi se koristila u svojstvu napojne kotlovske vode. Izmeu ostalog treba da ispunjava siJedee uslove:

Voda treba da je potpuno bistra, slobodna od dispoerzoida, a po mogunosti i bezbojna

Napojna voda ne smije da sadri ni gvoe ni bakar jer ovi elementi dovode do znatne elektrolitike korozije u prisustvu vodonika i kiseonika.

Sadraj organskih materija je vrlo tetan, jer pomae pjenuanje kotlovske vode, to moe da ima za posljedicu nemogunost kontrolisanja nivoa vode u kotlu preko vodokaznih stakala, radi velike visine pjene.

Napojna voda treba da je mehka sa tvrdoom od 0,05"N za kotlove niskog pritiska, a do 0,02"N za kotlove visokog pritiska. Ne smije da sadri kiseonika vie od 0,02 mg/l, jer se on pri zagrijavanju napojne kotlovske vode izdvaja na kotlovskim zidovima izazivajui koroziju metala.

Slobodna ugljena kiselina CCT-, takoe je nepoeljna u napojnoj vodi, jer mjenja pH-vrednost i u prisustvu kiseonika je veoma agresivna.

Vrednost pH napojne kotlovske vode za kotlove niskog pritiska lei izmeu 8 i 9, dok je prema najnovijim, istraivanjima utvreno da je za kotlove visokog pritiska najpogodnije pH-9,6, jer je pri toj vrednosti za pH najmanji gubitak metala i gvoa. Napojna voda ne smije da sadri silicijumovu kiselinu jer ona stvara vrst kamenac koji se vrlo teko uklanja.Voda za napajanje kotlova ne smije da sadri ulje, jer se ono pod uticajem temperature i pritiska u obliku tankog filma prilijepi za kotlovske limove. Tanka i neporozna opna od ulja na limovima kotla vrlo je slab provodnik toplote, te limovi koji su njom prekriveni pri velikom toplotnom optereenju nedovoljno hlade, tj. pregrevaju pa se deformiu i prskaju.Kvalitet vode za napajanje parnih kotlova zavisan je od pritiska kotla, termikog optereenja grejne povrine i konstrukcije kotla.

1.4 PRIPREMA KOTLOVSKE VODE

U prirodi nema vode koja bi u potpunosti odgovarala postavljenim zahtjevima kvaliteta. Zato priprema napojne vode za napajanje kotlova predstavlja jednu od najvanijih potreba za pravilan rad parnog kotla.Priprema vode za napajanje parnih kotlova sastoji se u odstranjivanju nepoeljnih primjesa ili svoenju na prihvatljivu vrijednost. Analogno izvrenoj podijeli primjesa u vodi, pripremu vode moemo podijeliti:

Odstranjivanje mehaniki primjesa Odstranjivanje koloidnih primjesa Odstranjivanje rastvorenih soli, i Odstranjivanje rastvorenih gasova.

1.4.1 Odstranjivanje mehanikih primjesa

Odstranjivanje mehanikih primjesa neorganskog i organskog porijekla vri se taloenjem, za estice vee specifine teine od vode, a filtriranjem za plivajue i lebdee estice. Odstranjivanje mehanikih primjesa na ovaj nain naziva se jo i mehaniko bistrenje vode.

1.4.2 Odstranjivanje koloidnih primjesa

Koloidne primjese po veliini svojih estica stoje izmeu suspenzija i prvih rastvora tj. predstavljaju vezu izmeu jedne i druge krajnje oblasti disperzionih sistema. To je veliina estica od 0,1 do 0,001 mikrona na koje ne djeluje sila zemljine tee, a prolaze kroz filtar, te se za njihovo odstranjivanje mora pristupiti metodi koagulacije, ija je sutina u poveanju, slijepljivanju koloidnih estica u cilju lakeg izdvajanja i taloenja ili metodom adsorpcije tj. filtriranjem sirove vode kroz aktivan ugalj.

1.4.3 Odstranjivanje rastvorenih soli

Rastvorene soli u vodi su soli koje ine vodu tvrdom (soli kalcijuma i magnezijuma) i ostale. U ostale soli spadaju prvenstveno soli natrijuma (NaHCOj, NaSO., NaNOi, NaCl), gvoa (FeSO-., Fe(HC03)2, koloidni Fe(OH), organska jedinjenja gvoa), mangana (Mn(HC03)2, MnSO.) i silikati. To i odstranjivanje rastvorenih soli iz vode obuhvata:

odstranjivanje soli kalcijuma i magnezijuma omekavanje vode ostranjivanje soli gvoa i mangana

1.4.4 Omekavajne vode

Omekavanje vode za napajanje parnih kotlova ima za cilj odstranjivanje rastvorenih soli kalcijuma i magnezijuma ije prisustvo kao to je unaprijed reeno tetno djeluje na sam kotao. Danas se uglavnom primenjuju dva naina omekavanja: taloenje izvora kamenca hemijskim sredstvima, i jonska izmjena.

1.4.5 Omekavanje vode hemijskim sredstvima

Omekavanje sirove vode hemijskim sredstvima sastoji se u pretvaranju rastvorenih kalcijumovih i magnezijumovih soli u nerastvorljive, dodatkom potrebnih koliina odgovarajuih hemikalijama. Hemijska reakcija pretvaranja ovih rastvorljivih soli u nerastvorljive zavisi od Konstantnog i ravnomernog dodavanja ekvivalentnih koliina odgovarajuih hemikalija.Hemijsku reakciju obrazovanja nerastvorljivih soli izaziva poviena temperatura od minimum 80C i intenzivno mijeanje rastvora talone hemikalije i sirove vode. Fiziki proces stvaranja grubo kristalnih taloga, pogotovo kalcijum karbonata, zavisi od broja kristalnih klica i linearne brzine kristalizacije a ubrzava se upotrebom katalizatora (sitan pesak, sve talog CaCos). Odgovarajue konstrukcije i dimenzije reaktora i filtra uz primjenu potrebnih pomonih ureaja: zagrijaa, ureaja za jednako dodavanje hemikalija uz mogunost regulacije, uz potrebne regulacione mjere i kontrolne instrumente. Kod kombinovanog naina omekavanja, upotrebom dvije ili vie talonih hemikalija, zbog preglednosti hemijske reakcije i ekonominog utroka hemikalija, a vano je i potrebno svakoj talonoj hemikaliji dati poseban reakcioni prostor. Sve ovo navedeno ne daje dobar efekat ako nema svjesne stalne kontrole, uz slubu odravanja i remonta cijelog ureaja. Uopte moemo rei da se dobar efekat omekavanja dobija odravanjem maksimalnih uslova hemijske reakcije, a za dobijanje bistre omekane vode, potrebni su uslovi fizikih procesa stvaranja grubo kristalnih taloga, koje moemo lako odstraniti procesom filtracije.Omekavanje vode hemijskim sredstvima moe biti delimino i potpuno.Pri djeliminom omekavanju taloe se samo soli karbonatne tvrdoe. Takav postupak zovemo dekarbonizacija, a dobijenu vodu dekarbonizirana voda. Dekarbonizirana voda primenjuje se za rashladne svrhe i pri tehnolokim procesima u industrijama tekstila, papira, koe, prehrambenoj industriji itd.Dekarbonizaciju takoe, primjenjujemo kao prvi stupanj potpunog omekavanja vode talonim hemikalijama ili jonskim izmenjivaima, naravno ako je to mogue.Dekarbonizirana voda ne moe se upotrijebiti za direktno napajanje parnih kotlova, jer sadri nepromjenjenu nekarbonatnu tvrdou. Pri potpunom omekavanju taloe se soli ukupne tvrdoe, dakle karbonatne i nekarbonatne soli. Omekana voda ima ukupnu tvrdou 0,3 1N, viak talonih hemikalija i ekvivalentnu koliinu prateih soli, pa se moe upotrebiti za napajanje parnih kotlova koji s obzirom na konstrukciju i pritisak ne zahtijevaju kvalitetniju vodu.

1.4.6 Odstranjivanje gasova iz vode

Pored sprijeavanja izgradnje kotlovskog kamenca, sve vei znaaj pridaje se zatiti kotlovskih postrojenja od korozije usljed dejstva ugljen dioksida i kiseonika.Ugljen Dioksid je lako rastvorljiv u vodi te ga lako apsorbuje Vodena para, kinica, destilovana voda vrlo ga lako adsorbuju. Zbog toga je destilovana voda vrlo esto kiselog karaktera. U vodi se javlja kao slobodan i vezan. Vezan ugljen dioksid se javlja kao karbonatni potpuno vezan u sastavu kalcijum i magnezijum karbonata, ili bikarbonatni djelimino vezan u sastavu bikarbonata kalcijuma, magnezijuma, natrijuma i gvoa.Slobodan ugljen dioksid sastoji se iz ravnotenog i agresivnog. Ravnoteni ugljen dioksid slui za odravanje bikarbonata u rastvoru. Ako voda sadri ugljen dioksid u veoj koliini nego to je potrebno za odravanje bikarbonata u rastvoru, onda pored ravnotenog ugljen dioksida postoji i agresivan ugljen dioksid koji deluje korozivno.

2. OPTE O GORIVIMA

Pod nazivom goriva podrazumjevamo takve tvari koje prolikom sagorijevanja daju dovoljne koliine toplote koja se moe upotrijebiti za proizvodnju mehanike energije, za izazivanje, ubrzavanje i odravanje hemijskih procesa, za tehnoloke procese i za grijanje. Sagorijevanje je proces oksidacije uz pojavu svjietla i topline. Krupni komadi goriva sagorijevaju od povrine ka unutranjosti, to jest u zoni gdje se nalaze u dodiru sa vazduhom,dok fino rasprena goriva usljed velike dodirne povrine sa zrakom sagorijevaju naglo kao to je sluaj sa ugljenom prainom. Kiseonik koji je neophodan za proces sagorijevanja uzimamo iz zraka, a samo u izuzetnim sluajevima za postizanje visokih temperature uzimamo isti kiseonk. Da bi se neka goriva tvar mogla upotrijebiti u tehnikom smislu kao gorivo ona mora zadovoljavati nekoliko uslova:Gorivo se mora nalaziti u prirodi u dovoljniom koliinama i mora biti pristupano za eksploataciju.Od goriva se trai da je dosta isto, tj. da u veoj mjeri ne sadri ne sagorivih tvari.Produkti koji nastaju sagorijevanjem treba da su bezopasni za ljude, ivotinje i maine. Prilikom transporta i skladitenja gorivo treba due vrijeme da sadri svoje osobine.Sa ekonomskog gledita, gorivo treba da ima nisku cijenu.Goriva ne smiju imati suvie visoku ili suvie nisku taku zapaljivosti.Kod goriva je osnovna tvar ugljenik. Pored ugljenika, u gorivima se pojavljuje vodonik, dok neke gorive tvari sadre sumpor ali u manjoj koliini.Vrijednost nekog goriva procijenjuje se po njegovoj toplotnoj moi. Razlikujemo gornju i donju ktoplotnu mo. Gornja toplotna mo nekog goriva je ona koliina topline koja nastaje prilikom potpunog sagorijevanja 1 kg tog goriva, a da se nakon sagorijevanja voda nalazi u tenom stanju. Donja toplotna mo je ona koliina toplote koja nastaje prilikom potpunog sagorijevanja 1 kg tog goriva a da se nakon sagorijevanja voda nalazi u obliku pare.Sva goriva moemo podijeliti prema porijeklu i agregatnom stanju. Prema porijeklu goriva dijelimo na prirodna i vjetaka, a prema agregatnom stanju na vrsta, tena i gasovita. U prirodna vrasta goriva spadaju drvo, treset, lignit, mrki i kameni ugalj. U vjetaka goriva spadaju drveni ugalj, koks, briketi i ugljena praina.U prirodna tena goriva ubrajamo naftu. U vjetaka vrsta goriva spadaju derivati nafte, destilati katrana, alkoholi i ulja.Prirodno gasovito gorivo je zemni gas. Gorivo se sastoji od: gorivog dijela (izgorivi sastojci) balasta (neizgorivi sastojci)

Gorive tvari: Ugljik(C), vodik(H) i djelomino sumpor(S), praeni kisikom (O) koji ne gori ali omoguava izgaranje. Nesagorive tvari: Vlaga i mineralne tvari (pepeo) - BALAST, naroito izraen kod krutoggoriva, manje kod tekueg, te minimalno kod plinovitog goriva. Plinovita goriva kaonesagorivu tvar sadre vodenu paru (H2O) i indiferentni sastojci ugljini dioksid CO2 i duik(N).Udio gorive tvari i balasta prikazuje se u postotnom odnosu:Goriva tvar = 100% - (H2O + pepeo)%Podjela goriva prema udjelu tri glavna sastojka: ugljik(C), vodik(H) i kisik(O2)

Goriva koja sadre preteno ugljik(C): sva umjetna goriva dobivena suhomdestilacijom (koks, polukoks, drveni ugljen);

Goriva koja se sastoje od ugljika(C) i vodika(H) (ugljikovodika): sva tekua goriva i "masni plinovi" (mjeavina plinova i para sa dispergiranom tekuom fazom);

Goriva koja se sastoje od ugljika(C), vodika(H) i kisika(O2): drvo (glavni sastojakugljikohidrat - celuloza), treset, svi ugljeni (nastali pougljivanjem od drveta) i alkohol.

2.1 PODJELA GORIVA

Podjela prema porijeklu: organska nuklearnaPodjela prema agregatnom stanju: kruta tekua plinovita Prema postanku: prirodna vjetaka goriva Osnovni zahtjevi koje gorivo mora zadovoljavati sa stanovita praktine primjene su: dovoljna raspoloivost goriva omoguena eksploatacija prihvatljiva, odnosno to nia cijena

2.2 VRSTA GORIVA

Najvanije kruto gorivo je ugljen. Smatra se da je proces nastajanja ugljena zapoeo prije mnogo milijuna godina u movarnim podrujima kada je organska materija biljnog porijekla dospjela ispod povrine vode. U nedostatku zraka prvo se poinje stvarati treset. Poveanjem tlaka i temperature (tektonske promjene, vulkanska aktivnost) proces pougljivanja tokom vremena napreduje uz smanjenje udjela vlage i lako ishlapljivih sastojaka. U zavisnosti od podruja nastanka i geoloke starosti ugljeni se mogu podijeliti u etiri osnovne grupe: ligniti, smei ugljeni, kameni ugljeni i antraciti.Osim ugljena koriste se jo od krutih fosilnih goriva uljni kriljci iji je glavni sastojak organska materija slina nafti. Organska je materija zarobljena u vapnenakoj strukturi koja predstavlja balast, tako da je Ogrjevna vrijednost uljnih kriljaca znatno nia od naftne.Kao gorivo jo se moe koristiti otpadni materijal drvne industrije (piljevina, drvni otpaci) ili biomasa iz poljoprivrede. Ugljen, kao vrsta fosilnog goriva, je crna ili crno-smea, sedimentna stijena, sa sadrajem ugljika od 30% (lignit) do 98% (antracit), pomijeanog s malim koliinama sumpornih i duikovih spojeva. Nastao je raspadanjem i kompakcijom biljne tvari u movarama tijekom milijuna godina. Ugljen se vadi u ugljenokopima, a primarno se upotrebljava kao gorivo

2.2.1 Nastanak Ugljena

Ugljen je organskog porijekla, uglavnom biljnog, a u manjoj mjeri ivotinjskog.Obzirom na poloaj, ugljena serija moe biti otkrivena, poluotkrivena i pokrivena.Unutar cijele serije moe biti jedno ili vie leita. Dijelovi leita koji su istraeni, ogranieni i odreeni za otkopavanje oznauju se kao polja.

Slika 2.2.1 Ugljen

2.2.1.1 Podijela ugljenaUgljen moemo podijeliti na prirodni i umjetni. Prirodni ugljen nastaje milijunima godina procesom koji se zove karbonizacija ili pougljenjivanje. Posebnim postupkom moe se proizvesti i umjetni ugljen tako da se organska materija zagrijava bez prisustva zraka. Taj proces se zove suha destilacija. Pri suhoj destilaciji uz umjetni ugljen kao vrsti proizvod nastaju jo i plinoviti i tekui prizvodi koji se koriste kao sirovine za kemijsku industriju. Koks je najpoznatija vrsta umjetnog ugljena. Ima veliku primjenu u industriji jer je zbog visokog sadraja ugljika kvalitetno gorivo i dobro redukcijsko sredstvo. Drugi esti primjer, koji se ranije puno upotrebljavao u kuanstvima, je drveni ugljenRazlike meu pojedinim vrstama ugljena potjeu od razliite ishodine tvari, ali nastaju i tijekom niza biokemijskih, geokemijskih i geolokih pretvorbi te tvari.S obzirom na sastav ishodine tvari ugljen moe biti humusni, sapropelitni ili liptobiolitni. Na Zemlji ima najvie humusnog ugljena, dok su sapropelitni i liptobiolitni rjei. Humusni ugljen nastaje od ligninsko-celuloznog tkiva viih biljaka. To je ogrjevni ugljen, slojevit, trakaste teksture i ne sadri mnogo bitumena. Sapropelitni ugljen potjee od sapropela, ostataka niih organizama, fitoplanktona i zooplanktona. Ishodine su tvari bile bjelanevine i masti, a nastali proizvod bitumen. Razlikuju se pravi sapropeliti i saprokoliti. U sapropelite spadaju ugljeni kenel i boghed. Liptobiolitni ugljen nastao je od otpornih ostataka viih biljaka. On ne sadri dijelove lingninsko-celuloznih tkiva. Obino je homogen u cijeloj svojoj masi. Postoje smolni i kutikulski liptobioti. Glavni su predstavnici disodil, piropisit i rabdopisitS obzirom na stupanj karbonizacije razlikuju se dvije velike skupine: kameni ugljen (plameni, plinski, kovaki, koksni, polumasni, mravi, antracit) i smei ugljen (lignit, zemljasti, obini, sjajni) te treset koji se ne smatra pravim ugljenom. Ugljen se moe razlikovati po geolokoj starosti i po primjeni (energetski i tehnoloki). Najmlai je treset, pa smei ugljen. Kameni ugljen je stariji, a antracit je najstarija vrsta ugljena.2.2.1.2 Hemijski sastav ugljenaUgljen je sloena smjesa tvari koja se sastoji od razliitih ugljikovih i drugih spojeva. Organski spojevi su gorivi dio, a mineralne primjese i voda (vlaga) negorivi dio ugljena koji mu smanjuje toplinsku vrijednost. Ugljik je glavni sastavni element i nosilac toplinske vrijednosti ugljena. Maseni udio ugljika se poveava sa starou. Vodik u ugljenu moe biti vezan s ugljikom u ugljikovodicima (slobodni vodik) ili vezan s vodom (vezani vodik). Slobodni vodik moe goriti uz oslobaanje topline dok vezani ne moe. to je vei stupanj pougljenjenja, udio vodika je manji. Koks je praktiki bez vodika pa izgara bez plamena, dok ugljeni s veim udjelom vodika imaju vei plamen i vie dima pri izgaranju. Kisik i duik u ugljenu smanjuju toplinsku vrijednost, ali duik, za razliku od kisika, poboljava kvalitetu ugljena namjenjenog kemijskoj preradi jer daje vie amonijaka. Sumpor u ugljenu moe biti organski i anorganski. Organski potjee od biljne protoplazme koja sadri bjelanevine. Prilikom izgaranja ugljena izgara i organski i anorganski dio. Anorganski dio se spaja s kisikom u plin sumporni dioksid. Fosfor je u ugljenu zastupljen vrlo malo i pri izgaranju ostaje u pepelu.2.2.1.3 Struktura i fizikalna svojstva ugljenaUgljen nije jednostavna i homogena masa, nego sloena i heterogena tvorevina. Za ocjenu kvalitete ugljena odreuju se njegova fizikalna svojstva, a pod mikroskopom i graa te meusobni odnosi glavnih sastojaka. Glavni sastojci ugljena su durit, fuzit, klarit, vitrit. Durit (lat. durus = tvrd) je heterogeni tamni sastojak. Na uglaanoj povrini je mutan, tvrd i ne raspada. Fuzit (lat. fusus = istegnut) je homogen i tvrd poput ae, prlja prste pri opipu i pri gorenju jako ai. Mekan je i lako se raspada. Klarit (lat. clarus = svijetao) je polusjajni sloeni sastojak ugljena. Pojavljuje se u proslojcima ili u debelim slojevima, a naziva se i svijetli ugljen. Vitrit (lat. vitreus = staklast) je sasvim svijetao, sjajan, proziran, krhak i sloen sastojak.

Uz spomenute glavne sastojke esti su i prijelazni oblici: duroklarit, klarodurit, vitrofuzit, fuzosilit. Na fizikalna svojstva pojedinih vrsta ugljena utjee njihov petrografski sastav, stupanj pougljenjenja, udio i vrste anorganskih primjesa te stupanj oksidacije. Neka od svojstava slue za razlikovanje pojedinih vrsta ugljena: sjaj, boja, crt, prijelom, struktura. Prava gustoa ugljena odnosi se na gustou iste gorive tvari pri 0 C, dakle bez mineralnih primjesa i vlage. Praktina gustoa pokazuje gustou ugljena kakav dolazi izravno iz rudnika. Najmanju pravu gustou imaju treseti, a zatim se poveava od lignita i smeeg ugljena do kamenog ugljena i antracita. Praktina gustoa je redovito vea od prave jer su anorganske primjese vee gustoe od organskih ugljenih tvari. Elektrina otpornost ugljena ispituje se prilikom geofizikih istraivanja ugljenih leita. Ona je najmanja u antracitu, a najvea u mravom i masnom kamenom ugljenu.2.2.2 TresetTreseti se meusobno razlikuju po starosti kao i vrsti bilja iz koga nastaju. On se obino nalazi na dubinama 1 do 7 m. Eksploataciji se pristupa ako je sloj debeo 2 do 5 m. Nisko tresetite nije ekonomino eksploatisati jer sadri znatne koliine pepela. Specifina teina treseta varira u granicama od 0,213 do 1,039, to zavisi od mnogo faktora: starosti, sadraju pepela i strukture. Tek izvaen treset sadri do 90% vode a presovanjem se moe samo ukloniti mali dio. Suenjem na zraku koliina vode padne na 20-30%. Kalorina mo treseta suenog na zraku iznosi 12 560 kJ/kg.2.2.3 Mrki Ugalj

Pod nazivom mrki ugljevi podrazumjevamo vie vrsta ugljeva koj se razlikuju po starosti i stepenu ugljenisanja. LIGNIT je najmlai mrku ugalj koji ima drvenastu strukturu. Svje iskopan lignit sadri do 50 % vlage ali suenjem na zraku vlaga pada na 12-25%.Kalorina vrijednost lignita zavisi od koliine pepela i vlage. U prosjeku , kalorina mo kree se od 9 211 do 17 585 kJ/kg. Lignit se upotrebljava kao gorivo u domainstvima i industriji, a obino se blizu rudnika podiu termoelektrane. Oplemenjeni ligniti se mogu koristiti u mjeavini sa kamenim ugljevima za proizvodnju metalurkog koksa. Kod nas su izgaene neke elektrine centrale koje koriste lignite kao gorivo, a koksara u Lukavcu mjea jedan dio oplemenjenog lignita sa uvoznim kamenim ugljem za proizvodnju metalurkog koksa. Kavalitet lignita moe se suenjem i koksovanjem na niem temepraturama tzv. velovanjem poboljati. Obini mrki ugalj po postanku je najmlai. On je male vrstoe i lako se drobi. Ovaj ugalj se moe oplemeniti procesom briketiranja tako da se predhodno drobi, sui, melje, prosijava i onda presuje bez dodatka sredstava za vezivanje. Zemljasti mrki ugalj je zemljaste strukture, troan, tako da se lako mrvi u prainu. Smolasti mrki ugalj ili sjajni mrki ugalj sadri preko 15% bituminoznih supstanci i ovo je najbolja vrsta mrkog uglja. Prilino je tvrd.Sadraj vlage kod mlaih mrkih ugljeva iznosi 50-60% dok kod starijih ona varira od 18-36%. Hemijski sastav mrkog uglja iznosi : ugljenika 50-77%, kiseonika 27-37%, vodonika 3-5%, azota 0-2%. Mrki ugljevi koji sadre oko 10 % pepela i 15% vlage imaju kalorinu mo od 20 097 kJ/kg do 23 027 kJ/kg. Relativna specifina teina mrkih ugljeva iznosi 0,8-1,5. 2.2.4 Kameni UgaljSve kamene ugljeve dijelimo na slijedee:Humusni kameni ugljevi ili humiti nastali su iz biljne prasupstance i tu spada velka veina kamenih ugljeva. Sapropeliti su nastali preobraajima iz ostataka sitnih ivotinja.Sapropelitno-humusni kameni ugljevi su nastali mjesanjem gore navedenih ugljeva.Najvanija je podjela kamenih ugljeva prema koliini isparljivih supstanci: Antracit sadri 4-8% isparljivih supstanci Poluantracit sadri 8-12% Mravi kameni ugalj sadri 12-18% Masni kameni ugalj sadri 18-33% Gasni kameni ugalj sadri 33-37% Plameni kameni ugalj sadri 37-40%to ugalj sadri vee koliine isparljivih supstanci to pripada i mlaim geolokim periodima.Tvrdoa kamenih ugljeva je veoma velika i iznosi 2,0-2,5 , a specifina teina 1,16-1,6. Vlaga u kamenim ugljevima iznosi 2-5% a pepela 2-15%. Kalorina mo kamenog uglja je 27 214 31 401 kJ/kg.

2.2.5 Separacija ugljaZa izdvajanje jalovine iz uglja najvie se primjenjuje gravitaciona metoda koncentracije. Gravitaciona metoda koncentracije zahtijeva predhodno drobljenje rude i klasiranje usitnjenje sirovine po krupnoi.Ugalj se moe preraivati mokrim gravitacijonim metodama do klase krupnoe 120 mm.Za separaciju uglja najee su u primjeni hidrauiki klasifikatori. Hidrauliki klasifikatori graeni su u obliku cilindrinog suda sa konusnim dnom i mjealicom. Voda pod pritiskom iznosi na povrinu ugalj koji je laki od jalovine, a jalovina, koja je specifiki tea, pada na dno.Kvalitet uglja koji dolazi u trgovinu odren je standardima, kako po vrsti, tako i po krupnoi. Prema nam propisima, ugalj dolazi u promet kao: Rovni ugalj koji se oznaava sa R. Klasirani ugalj je ugalj po veliini zrna, runim ili mehanikim putem, razvrstan u sljedee sortimane Separisani ugalj oznaava se sa S, prani ugalj sa P, a separisan i pran sa SP Sueni ugalj je lignit suen u sudovima pod pritiskom Briketirani ugalj ima skraenu oznaku BU.

2.2.6 Ispitivanje ugljaIspitivanje kavaliteta uglja utvruje se na uzetim uzorcima. Za ispravnost svakog ispitivanja vrlo vaan moment je pravilno i struno uzimanje uzoraka. Uzorak mora biti prosjean, to znai da mora predstavljati prosjenu vrijednost i po svemu treba da odgovara isporuenoj koliini uglja.U jednoj isporuci uglja uzima se najmanje iz jedne treine svih prevoznih sredstava za koje se dogovore proizvoa i predstavnik potroaa. Kod rovnog, ravnoreetanog, mijeanog, komadnog i kocke uzorak je od 150 do 500 kg, a kod oraha, graha, sitnog, girza i praha od 50 do 150 kg.Masa uzoraka koji se uzimaju za kontrolu sortimana prilikoma isporuke iznosi 500 do 3000 kg, to zavisi od koliine isporuke od koje se uzima uzorak.Uzorak se mora odmah obraditi jer bi duim stajanjem gubio vodu i time mjenjao kvalitet. Obraivanje uzoraka obavlja se na taj nain da se cijelokupan uzorak rasprostre na limenu plou veliine 2000 X 3000 mm i krupni komadi usitne laganim tucanem pomou tuka. Ovako isitnjeni ugalj izmijea se sa lopatama i rasprostre u sloju debljine najvie do 100 mm.Po pravilu uzimaju se tri kutije: jedna za potroaa, jedna za proizvoaa, jedna za potrebe u sluaju spora. Jedna oznaka z augalj stavlja se na kutiju, a druga u kutiju. Kutija mora sadravati sljedee podatke:

Naziv rudnika, Vrsta i asortiman uglja Datum uzimanja uzorka Masa uglja na koju se uzorak odnosi, Broj vagona, lepa, broda ili drugog saobraajnog sredstva odakle je uzet uzorak, ta treba u uzorku odrediti Vremenske prilike pri uzimanju uzorka, Ko je uzimao uzorak, tj. predstavnik proizvoaa, kupac ili komisija

Fiziko hemijsko ispitivanje uglja obuhvata odreivanje: veliine zrna, vlage, pepela, sagorivih i isparivih tvari, koksa, sumpora i kalorine vrijednosti.Kontrola veliine zrna, tj. sortimana uglja obavlja se probnim reetanjem na sitima iji otvori imaju prenik koji odgovara velini zrna.Gruba, tj. uoljiva jalovina, npr. kamen i zemlja, odreuje se na taj nain da se sa raznih strana gomila uglja ili iz prevoznog sredstva iz raznih dubina uzima uzorak uglja koji zajedno sa jalovinom iznosi 1000 do 3000 kg i tano odvae. Iz izdvojenog uzorka runo se odabira gruba jalovina i tano odvae na vagi. Procenat grube jalovine odreuje se prema formuli:

N sadraj jalovine u %,K masa jalovine odmjerena na vagi,M masa uzorka.Oderivanje vlage obavlja se na taj nain da se uzme 1 gram ugalja iz uzorka za ispitivanje, stavi se u posudu za odmjeravanje sa bruenim poklopcem i ui se u sunici na 105C u trajanu od 90 min. Nakon toga staklena posuda se zatvara i stavlja u eksikator da se ohladi, a zatim se vae. Razlika u odvazi je masa vlage, a obraunava se u procentima. Odreivanje pepela obavljamo na taj nain da se iz pripremljenog uzorka odmjeri jedan gram uglja u kvarcnom, porculanskom ili platinskom sudu i ari u pei. arenje se vri postepeno do 200C dok se ne ispari vlaga, zatim se temperatura kod kamenog, mrkog uglja i lignita povisi na 700C.Sagorljive tvari izraunavaju se iz pepela i vlage po sljedeoj formuli:

St sagorljive tvari u %,P pepeo u %,V utovarena vlaga u %

Sumpor koji se nalazi u ugljevima, kao to smo ve vidjeli, dijelom potie iz organskih tvari od kojih je nastao, a dijelom infiltracijom spolja iz anorganskih spojeva.Sumpor moe biti u obliku sulfida ili sulfata.sumpor koji je vezan u obliku sulfida sagorijevanjem prelazi u SO2 i pri tome razvija 10 676 kJ/kg. Zbog toga ovaj sumpor nazivamo slobodnim sumporom. Sumpor koji je vezan u obliku sulfata ne sagorijeva pa ga zovemo vezanim sumporom.Koks se odreuje po amerikoj metodi, u platinskom loniu od 25 grama i tano odreenih dimenzija, sa poklopcem koji se dobro zatvara. Cfix., tj. nevezani ugljenik obraunava se po formuli:

Cfix. nevezani ugljenik u %,K koks u %,P pepeo u %.Odreivanje isparljivih tvari obavlja se raunskim putem po sljedeoj formuli:

V isparljive tvari,St sagorljive tvari,Cfix. nevezani ugljik.

Za praktine svrhe najvei znaaj predstavlja odreivanje kalorine vijednosti. Za odreivanje kalorine vrijednosti u praksi se najvie primjenjuje eksperimetalni postupak, tj. potpuno sagorijevanje uglja u kalorimetrijskoj bombi.Prema naim propisima , a na osnovu navedenih podataka, izraunava se gornja kalorina vrijednost prema sljedeoj formuli:

Qg gornji toplotni efekat u kJ,C konstanta kalorimetra,t proitana razlika temperature u stepenima,t1 korektura zbog zraenja toplote za vrijeme opita,z korektura za icu i azotnu kiselinu ( 83.74 kJ),Ss sagorijevanje sumpora,G masa odmjerenog uglja.

Donju kalorinu mo izraunavamo iz gornje kalorine moi po sljedeoj formuli:

Qd donja kalorina mo,V - % ukupne vlage uzorka uglja,H - % vodonikaZa odreivanje kalorine vrijednosti iz elementarne analize predloene su mnoge formule, ali se danas najvie primjenjuje sljedea:

gdje C,H,O,S,W predstavjaju % ugljika, vodonika, kiseonika, sumpora i vode. Ako elimo izraunati gornju kalorinu vrijednost, onda se izostavlja iz gornje formule 6 W.2.3. TEKUA GORIVA

Osnova skoro svih tekuih goriva je sirova nafta. Vjeruje se da je sirova nafta nastala raspadanjem organskih tvari prvenstveno ivotinjskog, ali i biljnog porijekla koje su se istaloile na dnu pliih dijelova bivih mora i oceana. Sastoji se od razliitih ugljikovodika s dodatkom neto spojeva kisika, duika i sumpora. U zavisnosti od vrste ugljikovodikovih spojeva razlikuje se nafta metanske, naftenske i aromatske osnove te njihove mjeavine.Prerada sirove nafte vri se na taj nain da se - Sirova nafta ulazi u zagrejanu pe I zagreva se na temperaturi od 380 stepeni I pritisku od 100 kpa, zatim ulazi u frakcionu kolonu tako zagrejana, jedan deo u vidu pare, I deo u tenosti. to se penje ka vrhu frakcione kolone temperatura je nia, najvia je na dnu. Na vrhu se nalazi otvor gde izlazi para nafte. Tu se nalazi rafinerijski gas, temperatura 35 stepeni(propan I butan). Sledea frakcija se destiluje, izlazi benzin, temperatura od 35-200 stepeni. Benzin moe biti laki od 35-150 I teki od 150-200 stepeni, laki se koristi za motorne benzine, pogone, sirovina za petrohemijsku industriju, a teki kao rastvara nafte, ulazi u sastav dizel goriva. Sledea frakcija se destiluje na temperaturi od 150-280 stepeni I tu izlazi petroleon, ulazi u sastav dizel goriva, koristi se za pogon automobila, traktora. Sledea gasna ulja mogu biti laka (220-350 stepeni), to su D1 I D2, I teka (350-380 stepeni) D3 I D4. Na dnu ostaje atmosferski ostatak, nakon frakcione destilacije. Koristi se kao ulje za loenje, mazut. Kao sirovina za vakuum I kao sirovina za krekovanje. Atmosferki ostatak ulazi u pe pod 380 stepeni I pritiskom manjim od atmosferskog, I opet ulazi u frakcionu kolonu, kao proizvod nastaju razne vrste ulja. Mainsko, cilindrino, ne mogu se koristiti zbog sumpora, smole, katran, ona se preiavaju, pa nastaju motorna, hidraulina ulja, koja mogu da slue sada za podmazivanje. Ostatak na kraju je tenost, bitumen/asfalt, koristi se za krovove, puteve. vrsti ugljovodonici, prave se parafinske svee, za premazivanje obue, podova. Parafinsko ulje, vazelin po sastavu. Nafta transportirana u rafinerijama sadrava vodu, soli, sumporne spojeve, kiseline i neke neistoe. Kako ovi elementi izazivaju koroziju i ostale negativne efekte na postrojenje, nastoje se ukloniti. Voda se uklanja na nain da se s dna spremnika u kojem se nalazi nafta, isputa voda, jer se nafta, poto je laka od vode, nataloila na povrini. Drugi nain je dodavanja emulgatora. Soli se uklanjaju dodavanjem visoko zagrijane vode u tok nafte. Zagrijana voda otapa soli koji se taloe na dnu.Postoji nekoliko vrsta procesa koji se odvijaju u rafinerijama nafte:Destilacijaje prvi korak u postupku prerade nafte. Svrha procesa je izluivanje (separacija) ugljikovodika iz sirove nafte u frakcije nafte koje se baziraju na njihovoj toki vrelita. Separacija se odvija u velikim tornjevima pod djelovanjem atmosferskog pritiska, ti tornjevi sadre velik broj plitkih posuda gdje se ugljikovodini plinovi i tekuine mijeaju i poslije toga tekuina iscuri iz tornja, a plinovi ostaju. Lake tvari poput butana i nafte se uklanjaju u gornjem dijelu tornja, a tee tvari kao ostaci tekuina se isputaju iz donjeg dijela tornja.Alkilacija je sekundarni proces prerade nafte kojim se dobiva najkvalitetniji benzin. Proces se zasniva na katalitikoj reakciji izobutana s laganima olefinima (propanom, butanom). Alkilat je najkvalitetnija komponenta koja se koristi za proizvodnju benzina.Hidrodesulfurizacija poveava kemijska stabilnost kreking benzina. Vodik za ovaj proces dobiva se s postrojenja katalitikog reforminga. Faktori koji utjeu na kvalitetu procesa: temperatura, tlak, udio vodika i prostorna brzina.Izomerizacija se koristi ukoliko je potrebno poveati oktanski broj benzina. Osim za spomenutu namjenu koristi se i za pripremu sirovine za proces alkilacije. Postupak se zasniva na promjeni strukture molekula ugljika, a da pri tome molekularna masa ostaje konstantna.U naftne derivate spadaju tekui plin,benzin se koristi kao pogonsko gorivo u veini motornih vozila. Proizvodi se u dvije gradacije: normal benzin koji ima od 86-88 oktana i super sa 95-100 oktana. Oktanski broj je mjera za antidetonatorsko svojstvo benzina. Za poveanje oktanskog spoja dodaju se olovni spojevi, TEO, TMO, odnosno tetraetil olovo i tetrametil olovo,dizel gorivo Za proizvodnju dizelskog goriva koristi se petrolej i dijelovi lakog plinskog ulja, ti elementi destiliraju na 170 do 360 C. Osim temperaturne filtrabilnosti vaan je i maseni udio ukupnog sumpora koji ne smije biti vei od 1,0% zbog korozivnog djelovanja. Cetanski broj i dizel indeks su mjere za sposobnost paljenja dizelskog goriva,mlazno gorivo je smjesa tekog benzina i petroleja, odnosno spojevi nafte koji destiliraju na 145 do 225 C. Kako tu vrstu goriva koriste mlanjaci koji lete na velikim visinama gdje vladaju izrazito niske temperature, potrebno je osigurati temperature zamrzavanja ispod -55 C,motorno Ulja se koriste u razliite svrhe, osnovna im je funkcija podmazivanje motora, tednja goriva, hlaenje i brtvljenje motora, spreavanje korozije. Indeks viskoznost im je vrlo visok zbog specifinih uvjeta rada, ujedno indeks viskoznosti je i mjera po kojoj se ulja klasificiraju.

2.4. PLINOVITA GORIVA

Kao vrste goriva danas se koriste: tekui plinovi; permanentni plinovi.U svjetskoj trgovini prirodnim plinom (iji je osnovni sastojak metan) uobiajena jenjegova isporuka u prirodnom plinovitom agregatnome stanju sustavom plinovoda,te u ukapljenom stanju.

2.4.1. Tekui plinovi

To su smjese plinovitih: parafinskih ugljikovodika propan, butan, izobutan olefinskih ugljikovodika propilen, butinel, izobutinelOvi plinovi su kod atmosferskog tlaka su plinoviti, ali kod okolinje temperature srazmjerno niskih tlakova (2 - 8 bar) mogu se ukapljiti (zato se zovu "tekui plinovi").U trgovini se najee koriste kao mjeavine iz propana i butana. Ukapljeni plinovi su, dakle, ugljikovodici kojima je kritina temperatura nia od 50C ili im je pri 50C tlak para vii od 3 bara (300 kPa) LPG-plinovi (iji su osnovni sastojci propan i butan) za ukapljivanje zahtijevaju temperaturu od -42,6C pri atmosferskom tlaku. Kritina toka je na +96,8C pri tlaku od 43,3 bara. Tekue stanje LPG-plina postie se tlaenjem plina na temperaturi okoline u granicama 1,7 bara za butan i 7,5 bara za propan, odnosno do tlaka ovisno o mjeavini tih plinova. Ukapljivanje se postie i hlaenjem plina ispod temperatureukapljivanja (kljuanja) na atmosferskom tlaku, a u pojedinim sluajevima mogu se upotrebljavati i kombinacije tih metoda. Ukapljeni naftni plin smjesa je zasienih ugljikovodika propana i butana te primjesa propena, butena, etana i etena. Pri normnom je stanju plinovit i tei je od zraka. Proizvodi se tijekom prerade sirovoga prirodnog plina i prerade nafte. Prevozi se u kapljevitom stanju, nije otrovan, bez boje je i mirisa pa se zbog toga dodaje miris kako bi se otkrio u sluaju proputanja. Budui da je gui od zraka, pri proputanju se skuplja na dnu prostorija. Zbog mogueg istjecanja i sakupljanja u podrumskim prostorijama, motorna vozila s opremom za uporabu LPG-a ne smiju se parkirati u podzemnim garaamaTemperatura samozapaljivosti iznosi:- za komercijalni LPG od 480C do 520C (za butan 480C, za propan 520C).Temperatura rosita plinova izgaranja iznosi 50 do 65C.Ako se LPG upotrebljava za pogon motornih vozila, u spremniku se tlai na 6 do 8bara, ali se u spremnicima za prodaju mora tlaiti na tlak od 14 bara.

2.4.2. Permanentni plinovi

Za pogon motornih vozila se od permanentnih plinova najee koriste motorni metan, prirodni plin i gradski plin. Ako se prirodni plin koristi za pogon motornih vozila, tlai se na 200 bara (20 MPa), a oktanski broj (RON) iznosi oko 105. Kritini kompresijski omjer poinje pri 12,6:1.Prirodni plin ukapljuje se hlaenjem na oko -163C,ime se njegov obujam smanjuje za priblino 580 puta, to omoguuje ekonomian prijevoz brodovima, ali istodobno namee visoke zahtjeve u pogledu vrste materijala od kojega se izgrauju spremnici (tankovi) broda i obalni ureaji. Kritina toka je na temperaturi -83C i pri tlaku od 47,2 bara. Za ove plinove potreban je, dakle, tlak od cca 200 bara da bi se u spremnikenormalne veliine mogu smjestiti koliine dovoljne za izvjesne duine vonje.Kada se prirodni plin prevozi brodovima kao teret, esto se koristi i kao pogonskogorivo za plinsku turbine

Priblini sastav prirodnog/ zemnog plina :

N2 ................................ 1.6CO2 .............................. 3.0metan CH4 .................... 88etan C2H6 ..................... 4.5propan C3H8 ................. 1.5butan C4H10 .....................12.5. SAGORIJEVANJE

Sagorijevanje je hemijsko vezivanje (oksidacija) sagorljivih sastojaka goriva sa kiseonikom iz vazduha , u stvaranje toplote. Skoro sva tehnicki koriena toplota, izuzev elektrine struje, proizvodi se sagorijevanjem goriva, iji su sagorljivi sastojci uglavnom ugljenik C i vodonik H, koji sagorijevaju u ugljen-dioksid CO2 i vodenu paru H2O.Sagorijevanje vrstih goriva poinje zagrijavanjem, a kod tenih i gasovitih goriva usljed momentalnog prekoraenja granice paljenja pomou varnice za paljenje.

2.5.1. Toplotna mo

Koliina toplote koja se oslobaa pri potpunom sagorijevanju goriva naziva se toplotna mo (kJ/kg ili kJ/m2). Pojmovi su sadrani u DIN 5499:1972-01.Kod goriva, koja sadre vodonik i zato u produktima sagorijevanja sadre i vodenu paru, razllikuje se sagorljiva mo, H0 (ranije nazvana gornja toplotna mo) i grijna vrijednost Hu (ranije nazvana donja toplotna mo), zavisno od toga da li se uzima u obzir toplota isparavanja vode u gasovima sagorijevanja ili ne.Sagorljiva mo je vea od donje toplote moi za iznos toplote isparavanja vode, sadrane u odvodnim gasovima. Kod svih tehnikih loita, odvodni gasovi sadre vodu u parnom stanju, tako da se prilikom prorauna sagorijevanja uopte rauna sa donjom toplotnom moi.H0 = Hu + r u kJ/kg odnosno kJ/m3r entalpija isparavanja vode = 2500 kJ/kg odnosno 2000 kJ/m3 na 0Cw sadrzaj vode u gorivu u %h sadrzaj vodonika u gorivu u %Tana vrijednost toplotne moi vrstih i tenih goriva, zbog mogih mogunosti vezivanja elemenata, moe da se ustanovi samo pomou kalorimetra. Kod poznatog sastava goriva empirijski ustanovljena toplotna mo je priblino :H0 = 34,8c + 93,9h +10,5e + 6,3n 10,8o 2,5w u MJ/kgc sadraj ugljenika u kg/kgh sadraj vodonika u kg/kgn sadraj azota u kg/kgo sadraj kiseonika u kg/kgs sadraj sumpora u kg/kgw sadraj vode u kg/kg

Za smjese gasovitih goriva toplotna mo se izraunava iz zbira toplotnih moci pojedinanih gasova:Hu = 10,78H2 + 12,62 CO + 35,87CH4 + 59,48C2H4 + 56,51C2H2 MJ/m3H0 = 12,75H2 + 12,62 CO + 39,81CH4 + 63,42C2H4 + 58,48C2H2 MJ/m3Pri tome je: H2 sadraj vodonika u m3/m3 CO sadraj ugljen-monoksida u m3/m3

2.5.2. Koliina vazduha za sagorijevanje i dimni gasovi

Koliina vazduha koja je teoretski potrebna za potpuno sagorijevanje goriva je Lmin. Da bi se postiglo potpuno sagorijevanje, treba kod svih tehnikih loita dovoditi vie vazduha nego to je teoretski potrebno. Odnos stvarno dovedene koliine vazduha L prema Lmin naziva se koeficjent vika vazduha (koef.odnosa vazduha) .L = LminGlavne jednaine pri potpunom sagorijevanju su: C + O2 = CO2 12 kg C + 32 kg O2 (22,4m3) = 44 kg CO2 2H2 + O2 = 2H2O 4 kg H2 + 32 kg O2 (22,4m3) = 36 kg H2O S + O2 = SO2 12 kg S + 32 kg O2 (22,4m3) = 64 kg SO2

2.5.3. vrsta i tena goriva

Proraun teoretske koliine vazduha za sagorijevanje Lmin kao i dimnih gasova Va sa svojim sastavom.Produkti sagorijevanja su ugljen-dioksid i vodena para. Osim toga dimni gasovi sadrze azot, a pri > 1 sadre i kiseonik. Teoretska koliina vazduha za sagorijevanje je :Lmin = ( + + - ) = 8,88c + 26,44h + 3,32s 3,33o { m3/kg }22,4 = molska zapremina gasova u m3/kg0,21 = udio kiseonika u vazduhu

Koliina sivih produkata sagorijevanja je:Vatr = 1,85c + 0,68s + 0,8n + ( 0,21)Lmin {m3/kg}Koliina vlanih produkata sagorijevanja Vaf je vea za iznos vodene pare u dimnim gasovima. Pri tome treba obratiti panju da se vodena para stvara ne samo usljed sadraja vodonika u gorivu, ve i usljed sadraja vode x u vazduhu za sagorijevanje. 2.5.4. Gasovita gorivaTeorijska koliina vazduha:Lmin = [( ) + (n + m/4) CnHm O2] m3/m3

Stvarna koliina vazduha:L = Lmin m3/m3Koliina vlanih produkata sagorijevanja (bez vlage vazduha):Vaf = Lmin + (CO + H2) + m/4 CnHm + CO2 + O2 +N2 == kolicina gasa + Lmin 0,5 (CO + H2) (1 m/4) CnHm m3/m3Koliina vodene pare u dimnim gasovima:H2 = m/2 (CnHm) m3/m3Smanjenje zapremine izmeu ukupne koliine gasa i vazduha i konane koliine dimnih gasova:V = 0,5 (CO + H2) + (1 m/4) CnHm m3/m3 (dilatacija)2.5.5 Temperatura sagorijevanjaTemperatura sagorijevanja t, je ona temperatura, koju bi gasovi sagorijevanja teoretski imali kada se ne bi vrilo odavanje toplote napolje (adijabatsko sagorijevanje). Njena vrijednost moe da se izrauna iz toplotne moi goriva Hu i srednje vrijednosti specificnog toplotnog kapaciteta Cpm gasova sagorijevanja. Iz toga se dobija sa koliinom dimnih gasova VA teorijska temperatura sagorijevanja:tv = Hu / (Cpm VA) u {C}Taan proraun je otean zbog toga sto se na temperaturama iznad 1500 C, CO2 i H2O razlau uz utroak toplote, pa se temperatura sniava (disocijacija).Za praktine proraune sa dimnim gasovima esto je dovoljno da se predpostavi srednji sastav odvodnih gasova, iji specifini toplotni kapacitet tada zavisi samo od temperature i sadraja vazduha. Na tome se zasniva konstrukcija h-t dijagrama gdje se sadraj toplote po m3 dimnih gasova daje u zavisnosti od temperature i koliine vazduha. Najprije treba odredit sadraj topline u odvodnim gasovima prema formuli:h = = kJ/m3 i sadraj vazduha u odvodnim gasovima:l = = i zatim moe odmah iz dijagrama da se proita teorijska temperatura sagorijevanja. Obrnuto, i pri odreenoj temperaturi moe da se ustanovi entalpija dimnih gasova u kJ/m3. U stvarnosti, kod loita je temperatura plamena, usljed zraenja plamena i gubitka toplote, nia od teorijske vrijednosti i osim toga veoma razliita. Disocijacija je ve uzeta u obzir u dijagramu.

2.5.6. Potpuno sagorjevanjePri potpunom sagorijevanju suhi produkti sagorijevanja sadre samo CO2, SO2 i N2. Kod vrstih i tenih goriva, kod kojih sadraj sumpor-dioksida i azota praktino moe da se zanemari,koeficijent vika vazduha se izraunava iz sadraja CO2 (ugljen-dioksida) u dimnim gasovima prema sledeoj jednaini: = 1 + ( - 1) CO2 sadraj ugljen dioksida u dimnim gasovima CO2max maksimalan sadraj ugljen-dioksida u gasovima Vtrmin teorijska zapremina suhih produkata sagorijevanja m3/kg Lmin teorijska koliina vazduha m3/kg

Posto je kod vrstih goriva VAmin = Lmin to je: = Kod lonog ulja EL : = 1 + ( - 1) 0,93 ... 0,97Maksimalni sadraj CO2 u dimnim gasovima kod razliitih goriva dobija se prema:CO2max = =

2.5.7 Nepotpuno sagorjevanjePri nepotpunom sagorijevanju, koje moe da se javi usljed nedostatka vazduha ili zbog loeg mjeanja gorivnih gasova sa vazduhom ili usljed pothladjivanja gorivih gasova, dimni gasovi sadre jo i nesagorljive sastojke, naroito ugljen-monoksid CO i H2. Zbog velike toplotne moi CO, ve samo mali sadraj CO u gasovima predstavlja znatan gubitaktoplote. Mjerenje CO kao i H2 u dimnim gasovima kod lozista je zbog toga vazno za pogonsku kontrolu. Jednacina za koeficjent viska vazduha glasi:

= 1 + Pri potpunom sagorijevanju ova jednaina prelazi u jednainu koja vai za potpuno sagorijevanje.

2.5.8 Temperatura gorenja i granice paljenja Paljenje smjese goriva i vazduha vri se samo iznad izvjesne temperature koja se naziva temperaturom paljenja (taka samopaljenja). Ona zavisi od broja spoljnih i unutrasnjih faktora i zbog toga nije konstantna vrijednost. Kod gasova i para razlikuje se gornja i donja granica paljenja (granica eksplozije). Brzina paljenja je brzina kojom se sagorijevanje u smjesi prosiruje. Ona je promjenljiva u zavisnosti od sastava smjese i ima maksimum unutar granica paljenja. U smjesi sa kiseonikom brzina paljenja je 5 do 12 puta vea nego u smjesi sa vazduhom. Pri velikoj brzini paljenja lako moe doi do povratnog plamena, npr. kod daljinskog gasa sa velikim sadrzajem H2. Pri maloj brzini paljenja lako moe doci do odvajanja plamena od gorionika. Izmeu ovih granica nalazi se stabilni proces sagorijevanja.Zemni gas ne sadri slobodni vodonik i zato ima znatno manju brzinu paljenja od gradskog ili daljinskog gasa. Taka paljenja tenosti je najnia temperatura na kojoj se pomou plamena mogu zapalit pare koje se nalaze iznad povrine tenosti sadraj pare u vazduhu iznad tenosti mora, dakle, da dostigne donju granicu paljenja. Izmjerene vrijednosti su veoma razliite prema uslovima ispitivanja. Tena goriva su prema svojoj zapaljivosti podjeljena na 3 stepena opasnosti,prema odgovarajucoj taki paljenja:

2.6. PROIZVODNJA/POTRONJA UGLJA U BIHZalihe ugljena u bih iznose oko 3,9 milijardi tona sto je dostatno za 150-200 godUgalj se koristi za proizvodnju: Elekrine energije u termo-elektranama Industrujske pare i vrele vode u toplanama i kotlovnicama Za potrebe domainstava u grijanju Za potrebe ostalih potrosaa

Kod sagorijevanja uglja oslobaa se sumpor koji utie na nastanak kiselih kia. Koliina sumpora u ugljenu jako ovisi o nalazitu. U nekim nalazitima sadraj sumpora je izmeu 0,5-10%,kako je prikazano za ugljenkope na tuzlanskom kantonu.

Ugalj% SKalorina mo( MJ/t)Energija(kWh/t)

Kreka0,512 7503 542

Banovii1,117 4504 847

urevik1,920 9005 805

Graanica2,511 2003 111

Ugljevik511 3503 153

Tabela 2.6.1 Karakteristike za pojedine ugljeve u BIH Ugljevi koje TE "Tuzla" troi su lignit iz RL "Kreka" i mrki ugalj iz "Banovia" i "urevika".U Bosni i Hercegovini se najvei dio uglja, oko 78% u 2001. godini, koristi se za proizvodnju elektrine energije Popis slikaSlika 1.2.1.1 ematski prikaz molecule vodeSlika 1.2.3.1 Zavisnost specifine gustoe od temperatureSlika 2.2.1 UgljenPopis tabela Tabela 1.2.4.1 Promjena dinamike viskoznosti od temperatureTabela 1.2.5.1 Povrinska napetost u zavisnosti od vodeTabela 2.6 Karakteristike za pojedine ugljeve u BIH

Literatura [1] Internet: http://bs.wikipedia.org/wiki/Gorivo[2] Internet: http://hr.wikipedia.org/wiki/Voda

27