Виды топлива. Основные виды и характеристики топлив

• Название: Основные виды и характеристики топлив
• Дата: 25.02.2021
• Размер: 91.73 Kb.
• Имя файла: Виды топлива.docx
• Тип: Документы; #179446
• страница: 4 из 4

2.3. Газообразные топлива

2.3.1. Пропа́н

Состав C₃H₈ — органическое вещество класса алканов.

Обшие харастеристики

Бесцветный газ без запаха; t_пл. -187,69 °С, температура кипения -42,07 °С; 1,3378; t_крит 96,84 °С, p_крит 4,24 МПа, d_крит 220,5 кг/м³; h (жидкости, мПа·с) 1,02 (140 °С), 0,204 (-40°С), g 0,0072 Н/м (20 °С); давление пара (кПа); 0,027 (-140 °С), 13,01 (-80 °С), 472(0°С), 3775 (90 °С); 1,654 кДж/(кг·К); 18,83 кДж/моль, — 2202,0 кДж/моль, -104,6кДж/моль; - 24,267 кДж/моль; 6,133 кДж/(кг·К); теплопроводность жидкости [Вт(м·К)] 0,1947 (-140°С), 0,01159 (40 °С), 0,02024 (48,9 °С); растворяется в диэтиловом эфире, бензоле, хлороформе, растворимость в воде 6,5 мл газа в 100 мл воды (18 °C). Дает бинарные азеотропы (т. кип., % пропана по массе): с аммиаком (-44 °С, 5…10 %), ацетонитрилом (55°С при 1,9 МПа, 2,2 %) и др., с водой образует кристаллогидрат (предельная температура существования 5,5 °С при 0,48 МПа).

При термическом крекинге (750…820 °С) разлагается с образованием метана, этана, этилена и пропилена; преобладает реакция образования этилена: С₃Н₈ : СН₄ + С2Н₄. Каталитическое дегидрирование на Сr₂О₃ при 575 °С приводит к пропилену 95 %-ной чистоты. Пиролиз смеси пропана и этана с рециклом фракции С₃ при 775…900 °С и давлении 0,1 МПа используют для получения низших олефинов. При окислении пропана (250…500 °С, 0,1…10,0 МПа) образуются низшие спирты и альдегиды, ацетон, муравьиная и пропионовая кислоты; при нитровании (390…480 °С, 0,1 МПа) - смесь нитропарафинов: нитрометан – 9 %, нитроэтан – 26 %, 1 – нитропропан – 32 %, 2 – нитропропан – 33 %; последние используют как растворители и сырье в тонком органическом синтезе. Термическое хлорирование пропана (250…350 °С) приводит к трудноразделяемой смеси моно- и дихлорпропанов, при повышении температуры до 400…500 °С образуются хлорпропены; исчерпывающее хлорирование в избытке хлора при 550…600 °С - один из промышленных методов получения перхлорэтилена и СС₁₄.

Вредно влияет на центр. нервную систему, при попадании на кожу жидкий пропан может вызвать обморожение.

Происхождение

Пропан содержится в природе газе (0,1…11,0 % по массе); в попутных газах нефтедобычи и нефтепереработки, например в газах каталитического крекинга (16…20%), в газообразных продуктах гидрогенизации бурых, каменных углей и каменноугольной смолы (до 80 %); образуется при синтезе углеводородов по методу Фишера - Тропша.

Способы добычи

Из промышленных газов пропан выделяют ректификацией под давлением, адсорбцией на активированный угле или масляной адсорбцией; выход пропана достигает 98 %. Основной промышленный метод получения пропана (наряду с низшими олефинами) - пиролиз углеводородов в трубчатых печах с добавкой водяного пара.

Применение

Применяют пропан в качестве растворителя для депарафинизации при выделении твердых парафинов из нефти, при производстве сажи из газообразных парафиновых углеводородов, в промышленных холодильниках как хладагент. Широко используется как бытовой и топливный газ и бездымное моторное топливо для автомобилей. Благодаря высокой температуре пламени (1980 °С в воздухе) применяется для некоторых видов газопламенной обработки металлов. Пропан – сырье в производстве этилена и пропилена, нитрометана.

2.3.2.Бута́н

Состав C₄H₁₀ — органическое соединение класса алканов.

В химии название используется в основном для обозначения н-бутана. Такое же название имеет смесь н-бутана и его изомера изобутана CH(CH3)₃. Название происходит от корня бут- (английское название масляной кислоты — butyric acid) и суффикса -ан (принадлежность к алканам).

Общие характеристики

Бесцветный горючий газ, без запаха, легко сжижаемый (ниже 0 °С и нормальном давлении или при повышенном давлении и обычной температуре — легколетучая жидкость). Растворимость в воде — 6,1 мг в 100 мл воды (для н-бутана, при 20 °C, значительно лучше растворяется в органических растворителях). Может образовывать азеотропное соединение с водой при температуре около 100 °C и давлении 10 атм

Происхождение

Бутаны – типичные насыщенные алифатичные углеводороды. Содержатся в газовом конденсате и нефтяных газах в количествах (в зависимости от месторождения, % по массе): н-бутан - 0,12…6,54 и 0,16..12,1, изо-бутан - 0,56…0,72 и 0,27…6,01 соответственно.

Способы добычи

В промышленности бутаны выделяют из указанных природных источников и из продуктов каталитического крекинга и гидрокрекинга нефтяных фракций с последней ректификацией. В промышленности изо-бутан получают также из н-бутана; основной способ - каталитическая изомеризация: н-бутан изо-бутан [k1 1,27 (400 К) и 0,84 (500 К)]. Реакцию осуществляют в газовой фазе (150..200 °С, 1,4…2,8 МПа; кат. - Pt на носителе; выход 58…60 % по объему за проход) или в жидкой фазе (50…130 °С, 2,1 МПа; кат. - А1С1₃; выход 60 %). В наиболее распространенном процессе из бутановой фракции выделяют изо-бутан, а н-бутан смешивают с Н₂, нагревают и подвергают изомеризации в газовой фазе. Из продуктов реакции извлекают изо-бутан после охлаждения и отделения фракции, содержащей Н₂, которрую возвращают в реактор. В отечественном процессе изомеризацию н-бутана осуществляют в жидкой фазе при 180…220 °С, давлении 3,5…4,0 МПа, мольном соотношении Н₂: н-бутан = 1:1; выход изо-бутана за проход 49 % (по массе). На производство 1 т изо-бутана расходуется 1,109 т бутановой фракции, 0,0105 т Н₂.

Применение

При свободнорадикальном хлорировании образует смесь 1-хлор- и 2-хлорбутана. Их соотношение хорошо объясняется разницей в прочности С-Н связей в позиции 1 и 2 (425 и 411 кДж/моль). При полном сгорании на воздухе образует углекислый газ и воду. Бутан применяется в смеси с пропаном в зажигалках, в газовых баллонах в сжиженном состоянии, где он имеет запах, так как содержит специально добавленные одоранты. При этом используются «зимние» и «летние» смеси с различным составом. Теплота сгорания 1 кг — 45,7 МДж (12,72 кВт·ч).

Бутан высокой чистоты и особенно изобутан может быть использован в качестве хладагента в холодильных установках. Производительность таких систем немного ниже, чем фреоновых. Бутан безопасен для окружающей среды, в отличие от фреоновых хладагентов. В пищевой промышленности бутан зарегистрирован в качестве пищевой добавки E943a, а изобутан — E943b, как пропеллент, например, в дезодорантах. Также применяется в рекреационных целях, так как вызывает галлюцинации.

Заключение

История развития человечества теснейшим образом связана с получением и использованием энергии. Уже в древнем мире люди использовали тепловую энергию для обогрева жилища, приготовления еды, изготовления из меди, бронзы, железа и других металлов предметов быта, инструментов и т.д.С древнейших времен известны уголь и нефть - вещества, дающие при сжигании большое количество теплоты. Сейчас формулировка «топливо» включает все вещества, которые дают при сжигании большое количество теплоты, широко распространены в природе и (или) добываются промышленным способом. К топливу относятся нефть и нефтепродукты (керосин, бензин, мазут, дизельное топливо), уголь, природный горючий газ, древесина и растительные отходы (солома, лузга и т.п.), торф, горючие сланцы, а в настоящее время и вещества, используемые в ядерных реакторах на АЭС и ракетных двигателях.

Таким образом, классификацию топлива можно провести, например по его агрегатному состоянию: твердое (уголь, торф, древесина, сланцы), жидкое (нефть и нефтепродукты) и газообразное (природный газ). Также можно разделить виды топлива и по его происхождению: растительное, минеральное и продукты промышленной переработки. Свойства топлива зависят главным образом от его химического состава. Основным элементом любого топлива природного происхождения является углерод (его содержание составляет от 30 до 85 % массы). В состав топлива также входят H, O, N, S, зола, вода.

Практическая ценность топлива определяется количеством теплоты, выделяющейся при его полном сгорании.

Другая важнейшая характеристика топлива - его жаропроизводительность, оцениваемая значением максимальной температуры, какую теоретически можно получить при полном сгорании топлива в воздухе.

Для сопоставления запасов различных видов топлива и уровня его использования применяют так называемое условное топливо, удельная теплота сгорания которого равна 7000 ккал/кг (29,3 МДж/кг). По существу все добываемое топливо сжигается, лишь около 10 % нефти и газа перерабатываются химической промышленностью. Наибольшее количество топлива расходуется на тепловых электростанциях (ТЭС), в различного рода тепловых двигателях, на технологические нужды (Например, при выплавке металла, для нагрева заготовок в кузнечных и прокатных цехах), а также на отопление жилых, общественных и производственных помещений. Основной недостаток природного топлива - его крайне медленная восполняемость. Существующие ныне запасы были образованы десятки и сотни миллионов лет назад.

Все отрасли ТЭК взаимосвязаны. Чтобы учитывать пропорции в добыче различных видов топлива, его распределении и использовании в стране, применяют топливные балансы - таблицы, выражающие соотношения добычи различных видов топлива и их использованием в хозяйстве. Топливные балансы составляются, как правило, на основе единицы условного топлива.

Список литературы

1. 
   Федоров М.П. Вторичные ресурсы // Известия РАН. Энергетика. 2002. №6. С 7-11
   
2. 
   Шамонина А.В, Макаров В.В. Спирты как добавки к бензинам // Автомобильная промышленность. 2005. №8. С 11-12.
   
3. 
   Гуреев А.А., Серегин Е.П., Азев B.C. Квалификационные методы испытаний нефтяных топлив. М, Химия, 1984.- 200 с.; ил.