ორგანული საწვავი: ტიპები, შემადგენლობა და კლასიფიკაცია

2024 ავტორი: Howard Calhoun | [email protected]. ბოლოს შეცვლილი: 2024-01-02 13:57

ტრადიციული ენერგია იყენებს 2 ტიპის საწვავს - ორგანულ და ბირთვულ. მიუხედავად იმისა, რომ XX საუკუნის მეორე ნახევრიდან. ბირთვული ენერგია ძალიან აქტიურად ვითარდება, მთლიან სტრუქტურაში ორგანული საწვავის წილი ჭარბობს. დღეისათვის ის სითბოს და ელექტროენერგიის წარმოების მთავარი წყაროა. მთლიანობაში, მის ორასამდე სახეობას იყენებს ადამიანი, რომელთაგან თითოეულს აქვს საკუთარი მახასიათებლები და ინდიკატორები.

ნახვები

არსებობს წიაღისეული საწვავის რამდენიმე კლასიფიკაცია:

• წარმოშობის მიხედვით: ბუნებრივი (ბუნებრივი); ხელოვნური (მიღებული ბუნებრივი გადამუშავებით).
• გამოყენების სფეროს მიხედვით: ენერგია (ელექტროენერგიის და სითბოს გამომუშავებისთვის); ტექნოლოგიური (სხვადასხვა სამრეწველო პროდუქციის წარმოებისთვის).
• ნივთიერების ფიზიკური მდგომარეობის მიხედვით (ყველაზე გავრცელებული მითითებულია ფრჩხილებში): თხევადი (საწვავი); მყარი (წიაღისეული ნახშირი); აირისებრი (ბუნებრივი აირი).
• "სიცოცხლის მანძილზე": განახლებადი (ხე, მცენარეები); პირობითად განახლებადი, რომლის ვადითდედამიწის ქერქში დაგროვება რამდენიმე ათასი წელია (ტორფი); არ განახლებადი (ქვანახშირი, ფიქალი, ნავთობი, გაზი).

არაგანახლებადი საწვავის წყაროებისთვის, დაგროვების პერიოდი ბევრჯერ აღემატება სავარაუდო მოხმარების პერიოდს.

ბუნებრივი საწვავი

ბუნებრივი წიაღისეული საწვავი იყოფა შემდეგ ჯგუფებად:

• ნამარხები (გამოღებული ნაწლავებიდან): მყარი და ყავისფერი ნახშირი; ბუნებრივი აირი; ტორფი; ანტრაციტი; ზეთი; ნავთობის ფიქალი და სხვა.
• ხელოვნური: ბენზინი; ნავთი; ფიქალით ზეთი; საწვავის ბრიკეტები; ნახშირი; ჰიდროლიზური ლიგნინი; ნარჩენები კვების, სოფლის მეურნეობის და მერქნისა და ქაღალდის მრეწველობისგან; საწვავი; ნავთობის ფიქლის გადამუშავების, რკინის დნობის, პიროლიზის და სხვა ტექნოლოგიური პროცესების შედეგად მიღებული გაზის საწვავი; ხის გადამამუშავებელი ნარჩენები (მშრალი ნახერხი, ნამსხვრევები, ერთიანად ნარჩენები).

ორგანული საწვავი სოფლის მეურნეობის ნარჩენებიდან

სოფლის მეურნეობის ნარჩენებიდან ყველაზე ხშირად გამოიყენება შემდეგი:

• მზესუმზირის ქერქი;
• წიწიბურას ქერქი;
• ბრინჯის ქერქი;
• ჩალა.

რადგან ეს წყაროები მცირეა, ისინი ყველაზე ხშირად გამოიყენება როგორც საწვავი ადგილობრივი ქვაბებისთვის.

წარმოშობა

მეცნიერული კონცეფციების თანახმად, ყველა სახის წიაღისეული საწვავი წარმოიქმნება არსებული მცენარეების ნარჩენებისა და მიკროორგანიზმებისგან.500 ათასიდან 500 მილიონ წლამდე. მათი დაგროვება ხდებოდა დედამიწის ქერქის იმ ნაწილებში, რომლებიც დაცული იყო აქტიური დაჟანგვისგან (რეზერვუარების ზედაპირული სანაპირო ზონები, ჭაობები, ზღვების ფსკერი). ამ ნარჩენების ქიმიური შემადგენლობა მოიცავს 4 ძირითად ელემენტს:

• ნახშირწყლები;
• ლიგნინი (უმაღლესი მცენარეების უჯრედშორისი ნივთიერება);
• ცხიმისმაგვარი ნივთიერებები (ფისები, ცვილები, გლიცეროლის ეთერები);
• პროტეინები.

უმაღლესი მცენარეებისა და ხავსების ნაშთები, რომლებიც დაგროვდა მიწის ჭაობიან ადგილებში, გახდა საფუძველი ჰუმოლიტების (წიაღისეული ნახშირის) წარმოქმნისა და წყალმცენარეების ფსკერზე მიკროწყალმცენარეებისა და ბაქტერიების - საპროპელიტების წარმოქმნისთვის. მაღალი წნევისა და ტემპერატურის გავლენით ორგანული ნივთიერებები გარდაიქმნა (კოალიფიკაცია).

ჰუმოლიტებს კოალიფიკაციის დაბალი ხარისხით უწოდებენ ყავისფერ ნახშირს. მაღალ ტემპერატურაზე ჰუმინის მჟავები გარდაიქმნება ნეიტრალურ ჰუმინებად. ნახშირში ჰუმინის მჟავების სრული ნაკლებობაა.

საპროპელიტებში რბილ პირობებში უპირატესად მიმდინარეობდა უჯერი ნახშირწყალბადების პოლიმერიზაციის პროცესები წვადი ფიქლის წარმოქმნით, რომელიც გამოხდისას იძლევა დიდი რაოდენობით ნავთობის შემადგენლობით მსგავს ფისს. საპროპელის მეტამორფოზებმა მაღალ ტემპერატურაზე და ქანების კატალიზურ მონაწილეობამ განაპირობა ნახშირწყალბადების ნარევის წარმოქმნა თხევად და აირად მდგომარეობაში (ნავთობი, ბუნებრივი, ასოცირებული აირი)..

მყარი საწვავი

მყარი წიაღისეული საწვავი არის კაპილარულ-ფოროვანი ჰეტეროგენული მასალები. მათი სტრუქტურა შეიცავსდიდი რაოდენობით ფორები და ბზარები. თბოელექტროსადგურებში წვის წინ ნედლეულის დამსხვრევა ხდება 15-25 მმ ზომით (ფენის წვა ქვაბებში) ან დაფხვიერებულ მდგომარეობაში, რათა შემცირდეს დანაკარგი დამწვრობის შედეგად..

თხევადი და მყარი წიაღისეული საწვავი დაფუძნებულია 5 წვად ქიმიურ ელემენტზე: C, H₂, O_{2, S. გარეგანი (ნაცარი ნარჩენები წვის შემდეგ, ტენიანობა) და შიდა (აზოტი და ჟანგბადი) ბალასტი ამცირებს საწვავის ხარისხს.}

მყარი საწვავის მახასიათებლები

წვადი ორგანული საწვავის ძირითადი ტიპები, მათი კლასიფიკაცია და მოკლე აღწერა წარმოდგენილია ქვემოთ მოცემულ ცხრილში.

საწვავის ტიპი	ბრენდები და ჯიშები	მახასიათებელი
ყავისფერი ქვანახშირი	1B, 2B, 3B (დამოკიდებულია ტენიანობის სიმძლავრეზე)	დაბალი კლასის საწვავი; მაღალი ჰიგიროსკოპიულობა და ტენიანობა; დაბალი მექანიკური სიმტკიცე; არასტაბილური ნაერთების მაღალი მოსავლიანობა; ნახშირბადის შემცირებული შემცველობა; სპონტანური წვისადმი მიდრეკილების გაზრდა; კალორიული ღირებულება 7-20 მჯ/კგ.
ნახშირი, ანტრაციტები	D, 1G, 2G, 1GJ, 2GJ, 1J, 2J, 1K, 2K, 1KO, 2KO, 1KS, 2KS, 1OS, 2OS, TS, 1SS, 2SS, 3SS, 1T, 2T, 1A, 2, 3A	ტრადიციული საწვავი; მაღალი კალორიული ღირებულება (25 MJ/კგ-მდე); ნახშირბადის მაღალი შემცველობა; დაბალი ჰიგიროსკოპიულობა და ტენიანობა; მაღალიძალა; არასტაბილური კომპონენტების მოსავლიანობა 3-40%.
ტორფი	ფრეზი; ერთობიან	ადგილობრივი ტიპის საწვავი; მაღალი ტენიანობა; არასტაბილური ნაერთების მაღალი მოსავლიანობა; მიდრეკილება სპონტანური წვისკენ; კალორიულობა გაშრობის შემდეგ – 8 მჯ/კგ.
ნავთობის ფიქალი	ჰუმიტი-საპროპელიტი; საპროპელიტური კუკერსიტები (კლასიფიკაცია წარმოშობის მიხედვით).	უმაღლესი არასტაბილური შინაარსი; უაღრესად რეაქტიული საწვავი; საშუალო კალორიულობა – 4,6-9 MJ/კგ; დაბალი კლასის საწვავი, რომელიც გამოიყენება ადგილობრივი საჭიროებისთვის და ასევე, როგორც ნედლეული მაღალენერგეტიკული საწვავის წარმოებისთვის (ფიქალის ზეთი, აირისებრი საწვავი).

ტენის გავლენა

მაღალი ტენიანობა ართულებს წვადი მასალების აალებას, ამცირებს ტემპერატურას ღუმელში, ზრდის სითბოს დაკარგვას. საწვავს, რომელსაც ახასიათებს ხანგრძლივი გეოლოგიური ასაკი, შეიცავს მცირე რაოდენობით წყალს (ლიგნიტი, ტორფი).

არსებობს რამდენიმე სახის ტენიანობა:

• სორბცია, დაგროვება მყარი და აირისებრი ფაზების საზღვარზე;
• კაპილარული (ფორა);
• ზედაპირული (აღმოჩენილია ნაჭრების გარე ზედაპირზე);
• ჰიდრატირებული (შედგება კრისტალური ჰიდრატებისგან).

პირველი 3 სახის ტენიანობა შეიძლება ამოიღონ მყარი წიაღისეული საწვავიდან გაშრობით105 ° C ტემპერატურაზე, ეს უკანასკნელი - მხოლოდ ქიმიური რეაქციების გზით, როდესაც თბება 700-800 ° C- მდე. ტრანსპორტირებისა და გარე შენახვის დროს, წყლის შემცველობა შეიძლება მნიშვნელოვნად გაიზარდოს, რაც აუარესებს საწვავის ხარისხს.

მინერალური მინარევები

ყველა სახის მყარი საწვავი შეიცავს მინერალურ მინარევებს, ძირითადად შედგება შემდეგი ნაერთებისგან:

• სილიკატები;
• სულფიდები;
• Ca, Mg და Fe-ის კარბონატული მარილები;
• ფოსფატები;
• ქლორიდები;
• კალციუმის და რკინის სულფატები.

წიაღისეული საწვავის წვის დროს ისინი განიცდიან მაღალტემპერატურულ ტრანსფორმაციას, რის შედეგადაც რჩება მყარი არაწვადი ფერფლი. მისი შემადგენლობა ძალიან განსხვავდება ორიგინალური ნივთიერებებისგან შემდეგი რეაქციების გამო:

• რკინის ოქსიდის მარილების გარდაქმნა ოქსიდებად;
• სილიკატური ნაერთების დეჰიდრატაცია;
• კარბონატების დაშლა, CO_{2, ოქსიდების წარმოქმნა;}
• გოგირდის ნაერთების დაჟანგვა, გოგირდის დიოქსიდის გამოყოფა;
• ტუტე ლითონის მარილების აორთქლება.

ნაცრის ნარჩენების საბოლოო შემადგენლობა დამოკიდებულია წიაღისეული საწვავის წვის პირობებზე. მაღალ ტემპერატურაზე მას შეუძლია დნება და გადაიქცეს თხევად მდგომარეობაში (წიდა). ფერფლის ნაწილი ამოღებულია ღუმელებიდან წვის აქროლად პროდუქტებთან ერთად, რაც იწვევს ღუმელის აღჭურვილობის დაბინძურებას, წიდას და კოროზიულ ცვეთას.

თერმული დაშლა

მყარი წიაღისეული საწვავი წვის დროს გადის დაშლის რამდენიმე ეტაპს:

• ბერტინაცია (ტემპერატურა 300 °С-მდე, გამოიყოფა ნახშირორჟანგი და ნახშირორჟანგი, წყალბადი და ნახშირწყალბადები, პიროგენეტიკური წყალი);
• ნახევრად კოკირება (400-450 °С, გამოიყოფა წვადი აირის ძირითადი მოცულობა);
• კოკინგი (700-1100 °C, აქროლადი ნაერთების გამოთავისუფლების პროცესის დასრულება).

წიაღისეული საწვავის წვის პროდუქტებს შესაბამისად უწოდებენ ბერტინატებს, ნახევრად კოკებს, კოკებს.

ყველაზე დაბალი კალორიულობა არის მაღალი ნაცარი ფიქალი, სველი ტორფი და ყავისფერი ქვანახშირი, ხოლო ყველაზე მაღალი არის ანტრაციტები. დაბალი კალორიული ღირებულება, რომლის დროსაც წყლის ორთქლი ატმოსფეროში გადის და არ კონდენსდება, მყარი საწვავისთვის არის 4,6-26 მჯ/კგ.

თხევადი საწვავი

თხევადი წიაღისეული საწვავი ენერგეტიკული ინდუსტრიისთვის მიიღება ნავთობისგან მისი თერმოქიმიური დაშლის გამოყენებით. საწვავის ზეთი გამოიყენება დიდ ობიექტებში (თბოელექტროსადგურები, საქვაბე სახლები), ხოლო საყოფაცხოვრებო მიზნებისთვის გამოიყენება ნავთობპროდუქტების დისტილაციური ფრაქციები (ბენზინი, ნავთი, დიზელის საწვავი, დიზელის საწვავი)..

საწვავი, ზეთის მსგავსად, რთული კოლოიდური ნაერთია. მისი ქიმიური შემადგენლობა მერყეობს შემდეგ საზღვრებში (პროცენტულად):

• ნახშირბადი – 86-89;
• წყალბადი - 9, 6-12;
• გოგირდი - 0, 3-3, 5;
• ჟანგბადი და აზოტი - 0, 5-1, 7.

მაზუთის სახეობები

მაზუთის კლასიფიკაცია შემდეგია:

• გოგირდის შემცველობის მიხედვით: დაბალი გოგირდი (<0, 5%); დაბალი გოგირდის შემცველობა (0,5-1%); გოგირდოვანი (1-2%); მაღალი გოგირდის შემცველობა (2-3,5%).
• სიბლანტის მიხედვით (ფრჩხილებში არისბრენდები: მსუბუქი ან საზღვაო (F5, F12); საშუალო (40V, 40); მძიმე (100, 200 და 100 ვ); ქვანახშირი და ფიქალი (წარმოიქმნება ფიქალისა და ქვანახშირის გადამუშავების დროს).

თხევადი საწვავის კალორიული ღირებულება მერყეობს 39-41 MJ/კგ.

გაზის საწვავი

აიროვანი საწვავის შემადგენლობა მოიცავს შემდეგ ნივთიერებებს:

• აალებადი (გაჯერებული ნახშირწყალბადები, H₂, CO, H_{2S) და არაწვადი (ნახშირორჟანგი და გოგირდი, აზოტი ჟანგბადი, ატმოსფერული ჰაერი) აირები;}
• წყლის ორთქლი;
• ფისოვანი;
• მტვერი.

წიაღისეული საწვავის შემდეგი სახეობები ყველაზე ფართოდ გამოიყენება:

• ბუნებრივი აირი. მთავარი კომპონენტია მეთანი. მოხმარებამდე გაზს აშრობენ, ასუფთავებენ და ასუფთავებენ წყალბადის სულფიდის მავნე მინარევებს.
• ასოცირებული გაზი, რომელიც გამოიყოფა ნავთობის წარმოების დროს. ნახშირწყალბადების გამოყოფა თხევადი ფაზიდან ხდება სეპარატორებში. მეთანის მოცულობითი წილი ბუნებრივ აირზე ნაკლებია, ხოლო მძიმე ნახშირწყალბადები უფრო მაღალია. ამასთან დაკავშირებით, მეტი სითბო გამოიყოფა წიაღისეული საწვავის წვის დროს.
• თხევადი გაზი. ძირითადი კომპონენტებია პროპანი და ბუტანი, ასევე მძიმე ნახშირწყალბადების მინარევები. 20 ° C ტემპერატურაზე და ატმოსფერულ წნევაზე იღებს აირისებრ მდგომარეობას. როდესაც წნევა იზრდება ან ტემპერატურა იკლებს, გაზი გადადის თხევად ფაზაში, რომელიც გამოიყენება მისი ტრანსპორტირებისთვის. ამ ტიპის საწვავის ნედლეული არის ასოცირებული გაზი და ნავთობის გადამუშავების დროს მიღებული გაზი.
• კოქსის გაზი. ეს არის ქვეპროდუქტი, რომელიც წარმოიქმნება დროსნახშირის კოქსირება. საწყისი პროდუქტი გაწმენდილია მავნე მინარევებისაგან, ამიაკის, არომატული ნახშირწყალბადებისგან. გამომავალი არის 3000 კუბურ მეტრამდე 1 ტონა ნახშირიდან.
• აფეთქებული ღუმელის გაზი. იგი წარმოიქმნება კოქსისა და რკინის მადნების ურთიერთქმედების შედეგად მათი აფეთქებისას აფეთქების დროს. მოსავლიანობა – 2200-3200 მ3 1 ტონა თუჯის.

გაზის საწვავის კალორიულობა დამოკიდებულია მის ქიმიურ შემადგენლობაზე და არის 4-47 MJ/m3 დიაპაზონში. თითქმის ყველა სახის აალებადი აირები ჰაერზე მსუბუქია და გაჟონვისას გროვდება ჭერის ქვეშ. ყველაზე დაბალი კონცენტრაცია ჰაერთან ნარევში, რომელიც საჭიროა ანთებისთვის არის პენტანი (1,4% მოცულობით).

მოცემულია სპეციფიკაციები

სხვადასხვა ტიპის საწვავის თვისებების შედარებითი ანალიზისთვის გამოიყენება მოცემული მახასიათებლები, რომლებიც განისაზღვრება, როგორც სამუშაო საწვავის ხარისხის ინდექსის თანაფარდობა მის სპეციფიკურ დაბალ კალორიულობასთან.

მთავარი გამოთვლილი ინდიკატორებია:

• ტენიანობა;
• ნაცრის შემცველობა;
• გოგირდისა და აზოტის შემცველობა.

საწვავის და ენერგეტიკის ინდუსტრიაში, საცნობარო საწვავის კონცეფცია ასევე გამოიყენება გამოყენებული საწვავის ეფექტურობის შესადარებლად. ეს არის საწვავი, რომლის წვის ყველაზე დაბალი სპეციფიკური სითბო სამუშაო მდგომარეობაშია 7000 კკალ/კგ. საწვავის თითოეული ტიპისთვის, შესაძლებელია გამოვთვალოთ უგანზომილებიანი თერმული კოეფიციენტი, როგორც წვის შინაგანი სპეციფიკური სითბოს თანაფარდობა ამ მნიშვნელობასთან საცნობარო საწვავისთვის.

როდესაც წიაღისეული საწვავი მთლიანად იწვის, წარმოიქმნება ტრიატომური აირები (ნახშირორჟანგი და გოგირდის დიოქსიდი).გაზი) და წყალი. წვის პროცესში ჩართული ნივთიერებების მოხმარება (1 მოლი საწვავისთვის) გამოითვლება ფორმულებით იმ პირობით, რომ ჰაერით მიწოდებული ყველა ჟანგბადი რეაგირებს. ასეთ განტოლებებს უწოდებენ წვის მატერიალურ ბალანსს.

რეალურ პირობებში, გამოთვლილი მნიშვნელობები გამოსწორებულია კოეფიციენტების გამოყენებით, რადგან სრული წვისთვის ყოველთვის მეტი ჰაერია საჭირო. წვის პროდუქტების ტემპერატურის დასადგენად დგება ჟანგვის რეაქციის სითბური ბალანსი (1 კგ თხევად ან მყარ წიაღისეულ საწვავზე ან 1 მ3 აირისებრი საწვავისთვის). ფიზიკის თვალსაზრისით, სითბოს ბალანსის განტოლება სხვა არაფერია, თუ არა ენერგიის შენარჩუნების კანონის დაწერის ფორმა.