Углеродное топливо

Топливо – горючие вещества, в основе состава которых лежит элемент углерод. Кроме углерода в топливе, как правило, присутствует водород, кислород, азот, сера и некоторые другие элементы. Топливо служит для получения тепловой энергии и как химическое сырье. В настоящее время за счет топлива получается около 90% энергии потребляемой человеком и более 80% различных химических продуктов, в том числе почти все синтетические материалы (пластмассы, каучук, волокна и т.д.).

Кроме углеродистых топлив в последнее время некоторое значение по объему потребления приобрело топливо термоядерное (тепло выделяется за счет синтеза ядер или распаде ядер тяжелых элементов).

Основным показателем достоинств любого топлива при его использовании является теплота сгорания (Q) (теплотворная способность), т.е. количество тепла, которое можно получить при сгорании единицы массы или объема топлива. Различают высшую теплоту сгорания (Qв), которая учитывает теплоту конденсации водяных и низшую теплоту сгорания (Qн), когда это тепло не учитывается.

Теплота сгорания измеряется в джоулях или калориях (1 Кал. = 4,19 Дж). Обычно теплота сгорания выражается в калориях или Джоулях на единицу топлива (удельная теплота сгорания). Для твердого или жидкого топлива единицей является килограмм (кДж/кг, ккал/кг), для газообразного – кубический метр: (кДж/м³, ккал/м³).

Теплота сгорания определяется сжиганием навески топлива с кислородом в специальных приборах (калориметрическая бомба, проточный калориметр). Определенная таким образом теплота сгорания обозначается, как теплота сгорания в бомбе (Qб). Эта величина служит обычно для практической оценки топлива и с соответствующими поправками для всякого рода теплотехнических расчетов.

Все виды ископаемого топлива значительно разнятся друг от друга по теплоте сгорания, в то же время расчеты энергетических установок требуют применения единой системы оценки качества топлива с этой точки зрения.

Уже давно введена такая условная единица – так называемое условное топливо. Условное топливо (т.у.т.) определяет не теплоту сгорания 1 кг топлива, а количество топлива, способное дать при сгорании 7000 ккал. Введение такой единицы позволяет вести теплотехнические и технохимические расчеты и, прежде всего, составлять топливные балансы предприятий и районов на одной основе.

Общие запасы углеродного топлива на земле достаточны, чтобы обеспечить энергетику и химическое их использование в течение многих столетий развития человеческого общества.

Оценка запасов топлива может определяться в различных единицах, например, в тоннах, калориях, киловаттчасах. Определение в тоннах мало показательно из-за различия в качестве топлива, а в калориях из-за разных КПД топочных устройств.

Более правильно будет считать запасы в киловаттчасах электроэнергии, так как величина уже конкретна и в то же время получение ее из каждого вида топлива учитывает КПД сжигания и другие особенности использования топлива.

Энергетическая ценность источников энергии определяется количеством энергии (в кВт-ч), которая может быть получена при сжигании 1 кг или 1 м³ топлива. Энергетическая ценность некоторых видов топлива приведена ниже (для природного газа – в кВт-ч/м³, для остальных – в кВт-ч/кг):

Каменный уголь	8,0
Кокс	7,2
Торф	4,0
Коксовый газ	4,8
Природный газ	10,8
Уран	22,5·106

Целесообразность применения некоторых источников энергии определяется не только их энергетической ценностью, но и запасами их в природе, географическим положением, доступностью и некоторыми другими факторами.

Следует иметь ввиду, что количественное выражение запасов топлива в виде возможной для получения энергии в кВт-ч или Джоулях не отражает полностью их истинную ценность, так как необходимо учитывать также ценность их как сырья для химических производств. В этом отношении нефть и газ в настоящее время значительно превосходят все другие виды топлива. Следует сказать также, что потенциально все топлива одинаково ценны.

Исключительно важным обстоятельством для оценки топлива является его агрегатное состояние. Топлива делятся на твердые, жидкие и газообразные. Твердые топлива – угли, горючие сланцы, торф, древесина исторически первыми выступили в человеческой практике. Появление двигателей внутреннего сгорания вызвало необходимость производства жидких или газообразных топлив. Решающее значение среди топлив стала играть нефть, а также природный газ.

Эти оба топлива, наряду с самой высокой теплотой сгорания, обладают также и другими преимуществами. Для их добычи нет необходимости строить шахты, специальные машины для их извлечения, дробления и обогащения. Дальний транспорт нефти и газа осуществляется по трубопроводам, что также в очень большой степени увеличивает экономическую эффективность их применения. В то же время возможность добычи и транспорта нефти и газа стало возможно только при наличии высокой техники бурения, мощных компрессоров и насосов, больших количеств высококачественных сталей и других условий, которые характерны для современного уровня развития промышленности. Экономические показатели добычи и применения нефти и газа значительно превосходят все другие виды топлива.

В настоящее время нефть и газ занимают ведущее положение в мировом топливно-энергетическом балансе.

Мировые достоверные запасы нефти оцениваются в 159 млрд. м³ (136 млрд. т). При существующих объемах добычи нефти равных 3,9 млрд. м³ (3,3 млрд.т) они будут исчерпаны за 41 год. Мировые запасы ископаемых углей оцениваются величиной более 1,12×1013 тонн. При существующих объемах добычи они будут исчерпаны через более чем полтора тысячелетия.

Суммарные разведанные запасы природного газа не Земле оцениваются в 150×1012 м³. Россия является крупнейшей мировой державой по запасам природного газа, которые составляют до 30% мировых разведанных запасов.

В народном хозяйстве РФ расход топлива распределяется следующим образом:

производственные тепловые процессы	40-45%
выработка электроэнергии	25-27%
жилищно-коммунальное хозяйство	15-23%
транспорт	8-10%

По отдельным отраслям потребление топлива составляет:

в черной металлургии	13,7%
в стройматериалах	12,3%
нефтехимпромышленности	10,7%
машиностроении	3,7%

В так называемых огнетехнических цехах предприятий доля топлива составляет:

в металлургии	60-70%
в других	35-50%

Контрольные вопросы к теме V

«Топливо и энергия в химической промышленности»

1. Какие виды энергии и с какой целью используются в химической промышленности?

2. Что такое энергоемкость химического производства и на какие классы она делится? Приведите примеры.

3. Перечислите основные источники энергии и классифицируйте их.

4. Чем характеризуемся энергетическая ценность химического топ­лива?

5. На чем основано использование водорода в энергетике?

6. В чем особенности и преимущества использования новых видов энергии в химическом производстве?

7. Перечислите основные пути рационального использования энер­гии в химической промышленности.

8. Что такое вторичные энергетические ресурсы (ВЭР)? Приведите пример.

9. Для каких целей используются в химической промышленности плазмохимические процессы?

Раздел 2. Технология органических и неорганических веществ

Дата добавления: 2014-01-04