Lëndët djegëse organike: llojet, përbërja dhe klasifikimi

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. E modifikuara e fundit: 2024-01-17 19:07

Energjia tradicionale përdor 2 lloje karburantesh - organike dhe bërthamore. Përkundër faktit se që nga gjysma e dytë e shekullit XX. Energjia bërthamore po zhvillohet shumë aktivisht, pjesa e karburantit organik në strukturën e përgjithshme mbizotëron. Aktualisht, është burimi kryesor për prodhimin e nxehtësisë dhe energjisë elektrike. Në total, rreth dyqind lloje të tij përdoren nga njeriu, secila prej të cilave ka karakteristikat dhe treguesit e vet.

Shikime

Ka disa klasifikime të lëndëve djegëse fosile:

• Për nga origjina: natyrore (natyrore); artificial (i marrë nga përpunimi natyral).
• Sipas zonës së përdorimit: energjia (për prodhimin e energjisë elektrike dhe ngrohjes); teknologjike (për prodhimin e produkteve të ndryshme industriale).
• Sipas gjendjes fizike të substancës (më të zakonshmet tregohen në kllapa): të lëngët (mazutit); të ngurta (thëngjij fosile); i gaztë (gaz natyror).
• Sipas "gjatësisë": të rinovueshme (dru, bimë); me kusht të rinovueshme, periudha e së cilësakumulimi në koren e tokës është disa mijëra vjet (torfe); jo të rinovueshme (thëngjill, argjil argjilor, naftë, gaz).

Për burimet e karburantit jo të rinovueshme, periudha e akumulimit është shumë herë më e gjatë se periudha e parashikuar e konsumit.

Lëndë djegëse natyrale

Lëndët djegëse fosile natyrore ndahen në grupet e mëposhtme:

• Fosile (të nxjerra nga zorrët): qymyr i fortë dhe i murrmë; gazit natyror; torfe; antracit; vaj; shist argjilor i naftës dhe të tjerë.
• Artificial: benzinë; vajguri; vaj argjilor; briketa karburanti; qymyr druri; linjine hidrolitike; mbetje nga industria ushqimore, bujqësore dhe e pulpës dhe letrës; naftë; karburanti me gaz i marrë si nënprodukt nga përpunimi i argjilës së naftës, shkrirja e hekurit, piroliza dhe procese të tjera teknologjike; mbetjet e përpunimit të drurit (tallash i thatë, rroje, mbetje me gunga).

Lëndë djegëse organike nga mbetjet bujqësore

Nga mbetjet bujqësore përdoren më shpesh:

• lëvozhgë e farave të lulediellit;
• lëvore hikërror;
• lëvozhgë orizi;
• kashtë.

Për shkak se këto burime janë të vogla, ato përdoren më shpesh si lëndë djegëse për kaldaja lokale.

Origjina

Sipas koncepteve shkencore, të gjitha llojet e lëndëve djegëse fosile u formuan nga mbetjet bimore dhe mikroorganizmat që ekzistoninnga 500 mijë deri në 500 milionë vjet më parë. Akumulimi i tyre u zhvillua në ato pjesë të kores së tokës që ishin të mbrojtura nga oksidimi aktiv (zonat e cekëta bregdetare të rezervuarëve, kënetat, fundi i deteve). Përbërja kimike e këtyre mbetjeve përfshin 4 elementë kryesorë:

• karbohidrate;
• lignin (substancë ndërqelizore e bimëve më të larta);
• substanca të ngjashme me yndyrën (rrëshirat, dyllët, esteret e glicerinës);
• proteina.

Mbetjet e bimëve më të larta dhe myshqeve që u grumbulluan në zona kënetore të tokës u bënë baza për formimin e humoliteve (thëngjijve fosile), dhe mikroalgave dhe baktereve në fund të rezervuarëve - sapropeliteve. Nën ndikimin e presionit dhe temperaturës së lartë, lënda organike u transformua (koalifikim).

Humolitet me shkallë të ulët të koalifikimit quhen qymyr kafe. Në temperatura më të larta, acidet humike u shndërruan në humine neutrale. Ka një mungesë të plotë të acideve humike në qymyr.

Në sapropelitët në kushte të buta, kanë vazhduar kryesisht proceset e polimerizimit të hidrokarbureve të pangopura me formimin e argjilës së djegshme, të cilat gjatë distilimit japin një sasi të madhe rrëshirë, të ngjashme në përbërje me vajin. Metamorfozat e sapropelit në temperatura të larta dhe pjesëmarrja katalitike e shkëmbinjve çuan në formimin e një përzierjeje hidrokarburesh në gjendje të lëngët dhe të gaztë (naftë, natyror, gaz i lidhur).

Lëndë djegëse e ngurtë

Lëndët djegëse fosile të ngurta janë materiale heterogjene kapilar-poroze. Struktura e tyre përmbannjë numër i madh poresh dhe çarjesh. Përpara djegies në termocentralet, lëndët e para grimcohen në thërrmues në një madhësi prej 15-25 mm (djegia e shtresave në kaldaja) ose në një gjendje pluhuri për të reduktuar humbjet nga djegia nën djegie.

Lëndët djegëse fosile të lëngëta dhe të ngurta bazohen në 5 elementë kimikë të djegshëm: C, H₂, O_{2, S. E jashtme (Mbetjet e hirit pas djegies, lagështisë) dhe çakëllit të brendshëm (azoti dhe oksigjeni) degradojnë cilësinë e karburantit.}

Karakteristikat e karburantit të ngurtë

Llojet kryesore të lëndëve djegëse organike të djegshme, klasat e tyre dhe një përshkrim i shkurtër janë paraqitur në tabelën më poshtë.

Lloji i karburantit	Markat dhe varietetet	Karakteristike
Qymyri i murrmë	1B, 2B, 3B (në varësi të kapacitetit të lagështisë)	karburant i klasës së ulët; higroskopia dhe lagështia e lartë; fortësi e ulët mekanike; rendiment i lartë i përbërjeve të paqëndrueshme; përmbajtje e reduktuar e karbonit; prirje në rritje ndaj djegies spontane; vlera kalorifike 7-20 MJ/kg.
Qymyri, antraciti	D, 1G, 2G, 1GJ, 2GJ, 1J, 2J, 1K, 2K, 1KO, 2KO, 1KS, 2KS, 1OS, 2OS, TS, 1SS, 2SS, 3SS, 1T, 2T, 1A, 2, 3A	karburant tradicional; vlerë e lartë kalorifike (deri në 25 MJ/kg); përmbajtje e lartë karboni; higroskopia dhe lagështia e ulët; i lartëforca; rendimenti i komponentëve të paqëndrueshëm 3-40%.
torfe	frezë; gungë	lloji lokal i karburantit; lagështia e lartë; rendiment i lartë i përbërjeve të paqëndrueshme; prirje për djegie spontane; vlera kalorifike pas tharjes – 8 MJ/kg.
Shale nafte	humite-sapropelite; sapropelite kukersites (klasifikimi sipas origjinës).	përmbajtja më e lartë e paqëndrueshme; karburant shumë reaktiv; vlera mesatare kalorifike – 4,6-9 MJ/kg; karburant i cilësisë së ulët, që përdoret për nevoja lokale dhe gjithashtu si lëndë e parë për prodhimin e lëndëve djegëse me energji të lartë (naftë argjilor, lëndë djegëse të gaztë).

Ndikimi i lagështirës

Përmbajtja e lartë e lagështisë e bën të vështirë ndezjen e materialeve të djegshme, ul temperaturën në furrë, rrit humbjen e nxehtësisë. Lëndët djegëse që karakterizohen nga një epokë e gjatë gjeologjike kanë pak ujë në përbërjen e tyre (linjit, torfe).

Ka disa lloje lagështie:

• sorbimi, i grumbulluar në kufirin e fazës së ngurtë dhe të gaztë;
• kapilar (pore);
• sipërfaqësore (që gjendet në sipërfaqen e jashtme të copave);
• hidratuar (i përbërë nga hidrate kristalore).

3 llojet e para të lagështisë mund të hiqen nga lëndët djegëse të ngurta fosile duke u tharënë një temperaturë prej 105 ° C, kjo e fundit - vetëm përmes reaksioneve kimike kur nxehet në 700-800 ° C. Gjatë transportit dhe ruajtjes në natyrë, përmbajtja e ujit mund të rritet ndjeshëm, duke degraduar cilësinë e karburantit.

Papastërtitë minerale

Të gjitha llojet e lëndëve djegëse të ngurta përmbajnë papastërti minerale, kryesisht të përbëra nga komponimet e mëposhtme:

• silikate;
• sulfide;
• kripëra karbonate të Ca, Mg dhe Fe;
• fosfate;
• kloride;
• sulfatet e kalciumit dhe hekurit.

Gjatë djegies së lëndëve djegëse fosile, ato pësojnë transformim në temperaturë të lartë, si rezultat i të cilit mbetet hiri i ngurtë jo i djegshëm. Përbërja e tij është shumë e ndryshme nga substancat origjinale për shkak të reagimeve të mëposhtme:

• transformimi i kripërave të oksidit të hekurit në okside;
• dehidratim i komponimeve silikate;
• zbërthimi i karbonateve, çlirimi i CO_{2, formimi i oksideve;}
• oksidimi i komponimeve të squfurit, çlirimi i dioksidit të squfurit;
• avullim i kripërave të metaleve alkali.

Përbërja përfundimtare e mbetjes së hirit varet nga kushtet e djegies së lëndëve djegëse fosile. Në temperatura të larta, mund të shkrihet dhe të kthehet në gjendje të lëngshme (skorje). Një pjesë e hirit hiqet nga furrat së bashku me produktet e paqëndrueshme të djegies, gjë që çon në ndotje, skorje dhe konsumim gërryes të pajisjeve të furrës.

Zbërthimi termik

Lëndët djegëse fosile të ngurta i nënshtrohen disa fazave të dekompozimit kur digjen:

• bertination (temperatura deri në 300 °C, dioksidi i karbonit dhe monoksidi i karbonit, hidrogjeni dhe hidrokarburet, uji pirogjenetik çlirohen);
• gjysmë-koksim (400-450 °С, vëllimi kryesor i gazit të djegshëm lirohet);
• koksim (700-1100 °C, përfundimi i procesit të çlirimit të përbërjeve të paqëndrueshme).

Produktet e djegies së lëndëve djegëse fosile quhen përkatësisht bertinate, gjysmëkoks, koks.

Vlera më e ulët kalorifike është për shist argjilor me përmbajtje të lartë hiri, torfe të lagësht dhe qymyr kafe, dhe më e larta është për antracitet. Vlera më e ulët kalorifike, në të cilën avulli i ujit del në atmosferë dhe nuk kondensohet, për lëndët djegëse të ngurta është 4,6-26 MJ / kg.

Lëndë djegëse të lëngshme

Lëndët djegëse fosile të lëngëta për industrinë e energjisë merren nga nafta duke përdorur dekompozimin e saj termokimik. Nafta përdoret në objekte të mëdha (centralet termocentrale, shtëpitë e kaldajave), dhe për qëllime shtëpiake përdoren fraksione të distiluara të produkteve të naftës (benzinë, vajguri, karburant dizel, karburant dizel).

Nafta, si vaji, është një përbërje komplekse koloidale. Përbërja e tij kimike ndryshon brenda kufijve të mëposhtëm (në përqindje):

• karbon – 86-89;
• hidrogjen - 9, 6-12;
• squfur - 0, 3-3, 5;
• oksigjen dhe nitrogjen - 0, 5-1, 7.

Llojet e karburantit

Klasifikimi i karburantit është si më poshtë:

• Sipas përmbajtjes së squfurit: squfur i ulët (<0, 5%); me squfur të ulët (0,5-1%); squfur (1-2%); squfur i lartë (2-3,5%).
• Sipas viskozitetit (në kllapa janëmarkat): të lehta ose detare (F5, F12); mesatare (40V, 40); të rënda (100, 200 dhe 100 V); qymyr dhe argjilor (i formuar gjatë përpunimit të argjilës dhe qymyrit).

Vlera kalorifike e karburantit të lëngshëm varion midis 39-41 MJ/kg.

Karburantet me gaz

Përbërja e karburantit të gaztë përfshin substancat e mëposhtme:

• të ndezshme (hidrokarburet e ngopura, H₂, CO, H_{2S) dhe jo të djegshme (dioksid karboni dhe squfuri, azoti, oksigjen, ajri atmosferik) gazra;}
• avull uji;
• rrëshirë;
• pluhur.

Llojet e mëposhtme të lëndëve djegëse fosile përdoren më gjerësisht:

• Gazi natyror. Komponenti kryesor është metani. Para konsumimit, gazi thahet, hiqet pluhuri dhe hiqen papastërtitë e dëmshme të sulfurit të hidrogjenit.
• Gaz i lidhur i çliruar gjatë prodhimit të naftës. Ndarja e hidrokarbureve nga faza e lëngët kryhet në ndarës. Pjesa vëllimore e metanit është më e vogël se në gazin natyror, dhe hidrokarburet e rënda janë më të larta. Në këtë drejtim, më shumë nxehtësi lirohet gjatë djegies së lëndëve djegëse fosile.
• Gaz i lëngshëm. Përbërësit kryesorë janë propani dhe butani, si dhe papastërtitë e hidrokarbureve të rënda. Në një temperaturë prej 20 ° C dhe presion atmosferik, ai merr një gjendje të gaztë. Kur presioni rritet ose temperatura ulet, gazi kalon në fazën e lëngshme, e cila përdoret për transportin e tij. Lënda e parë për këtë lloj karburanti është gazi i lidhur dhe gazi i marrë gjatë rafinimit të naftës.
• Gaz i furrës së koksit. Është një nënprodukt i formuar gjatëkoksimi i qymyrit. Produkti fillestar pastrohet nga papastërtitë e dëmshme, amoniaku, hidrokarburet aromatike. Prodhimi është deri në 3000 metra kub nga 1 ton qymyr.
• Gaz i furrës së shpërthimit. Formohet si rezultat i ndërveprimit të koksit dhe xeheve të hekurit gjatë fryrjes së tyre në furrat e shpërthimit. Rendimenti – 2200-3200 m3 për 1 ton gize.

Vlera kalorifike e karburantit të gazit varet nga përbërja e tij kimike dhe është në intervalin 4-47 MJ/m3. Pothuajse të gjitha llojet e gazeve të djegshme janë më të lehta se ajri dhe grumbullohen nën tavane kur rrjedhin. Përqendrimi më i ulët në një përzierje me ajrin që kërkohet për ndezjen është pentani (1,4% në vëllim).

Specifikimet e dhëna

Për një analizë krahasuese të vetive të llojeve të ndryshme të karburantit, përdoren karakteristikat e dhëna, të përcaktuara si raporti i indeksit të cilësisë së karburantit të punës me vlerën e tij specifike kalorifike më të ulët.

Treguesit kryesorë të llogaritur janë:

• lagështia;
• përmbajtja e hirit;
• përmbajtja e squfurit dhe azotit.

Në industrinë e karburantit dhe energjisë, koncepti i karburantit referencë përdoret gjithashtu për të krahasuar efikasitetin e karburantit të përdorur. Është një lëndë djegëse, nxehtësia specifike më e ulët e djegies në gjendje pune është 7000 kcal/kg. Për çdo lloj karburanti, është e mundur të llogaritet koeficienti termik pa dimension si raporti i nxehtësisë specifike të brendshme të djegies me këtë vlerë për karburantin referencë.

Kur lëndët djegëse fosile digjen plotësisht, formohen gaze triatomike (dioksid karboni dhe dioksid squfuri)gaz) dhe ujë. Konsumi i substancave (për 1 mol karburant) të përfshirë në djegie llogaritet me formula bazuar në kushtin që i gjithë oksigjeni i furnizuar me ajër të reagojë. Ekuacione të tilla quhen bilanci material i djegies.

Në kushte reale, vlerat e llogaritura korrigjohen duke përdorur koeficientët, pasi kërkohet gjithmonë më shumë ajër për djegie të plotë. Për të përcaktuar temperaturën e produkteve të djegies, përpilohet bilanci i nxehtësisë i reaksionit të oksidimit (për 1 kg lëndë djegëse fosile të lëngët ose të ngurtë ose për 1 m3 për lëndë djegëse të gaztë). Nga pikëpamja e fizikës, ekuacioni i bilancit të nxehtësisë nuk është gjë tjetër veçse një formë e shkrimit të ligjit të ruajtjes së energjisë.