Combustible gazeux : description, caractéristiques, méthodes de production, application

2024 Auteur: Howard Calhoun | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-02 13:54

Le gaz combustible est connu depuis le milieu du 19ème siècle. C'est alors que le célèbre ingénieur Lenoir construit son premier moteur à combustion interne à gaz. Cet appareil était primitif et fonctionnait sans pré-compression de la chambre de combustion. Les moteurs modernes ne sont pas à la hauteur. Aujourd'hui, l'utilisation de carburants gazeux ne se limite pas aux voitures. Ce type de carburant respectueux de l'environnement, bon marché et abordable conquiert activement de plus en plus de nouvelles niches et est activement utilisé dans tous les secteurs de l'économie nationale. Cet article fournit une description, les caractéristiques du carburant. En termes généraux, il décrit comment ils sont produits et utilisés.

Informations générales

Un combustible gazeux est une substance hautement inflammable. Cette propriété de qualité et utile est utilisée dans diverses branches de la science etLa technologie. Par exemple, la population et l'industrie utilisent de plus en plus des chaudières à combustible gazeux. Dans ce carburant, des oxydes (dioxydes) de carbone, des vapeurs de dioxyde de carbone, ainsi que des éléments tels que l'azote, l'hydrogène, l'oxygène et d'autres impuretés peuvent être présents en diverses quantités. Les appareils modernes fonctionnant au combustible gazeux sont très sensibles à la composition chimique du gaz de travail. S'il ne respecte pas les normes recommandées par le fabricant, l'équipement échouera très probablement et des réparations coûteuses seront nécessaires.

Toutes les substances qui composent les gaz peuvent être divisées en combustibles et non combustibles. Les premiers, en plus du méthane, sont l'éthane, le propane et le butane. Les explosifs et, par conséquent, les combustibles sont le monoxyde de carbone et l'hydrogène. L'hydrogène est particulièrement dangereux. C'est pour cette raison qu'il est déconseillé de le stocker dans des bouteilles de gaz. La meilleure solution est d'acheter un générateur d'hydrogène. Cet appareil extrait l'hydrogène de l'eau distillée selon les besoins. Ainsi, la menace de détonation d'un grand volume de gaz est éliminée.

L'État détient le monopole du commerce de gros des combustibles liquides et gazeux. Cela indique l'importance stratégique de ce type de matière première.

Classification des carburants par origine

Comme les combustibles liquides, les combustibles gazeux peuvent être extraits en tant que minéraux ou peuvent être produits dans des conditions artificielles. Dans le premier cas, ce carburant est appelé naturel, et dans le second -artificiel.

Les spécialistes ont enregistré des différences dans la composition des combustibles liquides et gazeux extraits de différentes régions. En raison des différences de composition chimique, il existe également de légères différences dans la quantité de chaleur dégagée lors de la combustion. Le combustible gazeux naturel est presque entièrement (95-99%, selon le domaine) composé de ce qu'on appelle le méthane (formule chimique - CH_{4). Ce combustible est appelé gaz naturel. Et c'est la source d'énergie la moins chère aujourd'hui. C'est pour cette raison que ce type de ressources énergétiques est activement utilisé dans tous les secteurs de l'économie nationale. Cependant, tous les avantages sont éclipsés par le faible niveau de sécurité des appareils fonctionnant aux combustibles gazeux. Des nouvelles inquiétantes apparaissent régulièrement dans les médias concernant des accidents et des pertes humaines à la suite de violations des règles d'exploitation des installations de gaz.}

Les combustibles gazeux artificiels comprennent les substances obtenues à partir du traitement de combustibles solides ou liquides. Ses types les plus courants et les plus populaires sont les gaz de craquage de coke. L'éclairage, l'eau et les mélanges de combustibles peuvent également être inclus dans ce groupe. Selon la composition chimique d'un gaz particulier, le niveau de chaleur dégagé lors de la combustion varie dans une large gamme. Ces substances sont hautement explosives. Pour cette raison, il est recommandé de les mélanger avec du gaz naturel avant la combustion. Cette mesure augmente la sécurité de fonctionnement des appareils fonctionnant au combustible gazeux d'un ordre de grandeur. Ces manipulations sont effectuées sur des bases spécialement équipées. Alors telle gaz est fourni à l'utilisateur final en bouteilles ou autrement. Mais malgré le fait qu'un tel mélange soit moins dangereux, il doit toujours être manipulé avec une extrême prudence, dans le respect de toutes les règles et réglementations relatives au travail avec des récipients sous pression et des règles de sécurité. Et ce n'est pas le seul danger. Cette substance est toxique et son inhalation peut avoir des conséquences graves et même la mort.

Classification des carburants par objectif

Le combustible sous forme gazeuse est utilisé aussi bien dans les installations thermiques que dans les moteurs à combustion interne. En conséquence, sur cette base, il peut être divisé en carburant moteur et en carburant de chaudière.

Le gaz naturel est traditionnellement utilisé comme combustible de chaudière et de fournaise. Dans de rares cas, du carburant artificiel est utilisé. Le même type de carburant, avec seulement quelques additifs, est également utilisé pour ravitailler les voitures.

Description du gaz naturel

Il est difficile de surestimer l'importance de ce minéral pour l'économie de notre État et le développement économique du monde dans son ensemble. De nombreuses voitures, chaudières à combustible gazeux, centrales électriques et centrales de production combinée de chaleur et d'électricité l'utilisent. Sur la base des prix projetés du carburant bleu (comme on appelle parfois le gaz naturel), les budgets des États sont établis.

Plus de 90 % de ce gaz est constitué de molécules de méthane (CH_{4). En plus du méthane, le gaz naturel contient également du butane avec du propane, de l'azote, du dioxyde de carbone, de la vapeur d'eau et d'autres impuretés (elles sont considérées comme nocives). ÀEn petites quantités, le gaz naturel contient également des gaz inertes (hélium et autres). On pense que ces derniers ont un effet bénéfique sur les machines, appareils et mécanismes fonctionnant au gaz, et améliorent également la physique des processus de combustion du carburant. L'adéquation du carburant à l'utilisation, sa qualité est jugée par le pourcentage de composants d'hydrocarbures.}

Le gaz naturel n'est pas seulement un carburant précieux, mais aussi une matière première pour un certain nombre d'industries. Ainsi, à partir du méthane qu'il contient, les grandes usines chimiques produisent de l'hydrogène. Pour que cette réaction ait lieu, il doit être oxydé. En plus de l'hydrogène, de l'acétylène en est produit. À partir de ces substances, toutes sortes d'aldéhydes, d'alcool méthylique (une substance très toxique et dangereuse), d'ammoniac, d'acétone, d'acide acétique, etc. sont produits. Cependant, il n'en demeure pas moins que le principal domaine d'application du gaz naturel est la combustion de combustibles gazeux aux fins de divers mécanismes d'entraînement (moteurs de voiture) et dispositifs de chaudière.

Propriétés de base des gaz

Tous les gaz (pas seulement le carburant) sont unis par un indice de densité relativement faible. Pour le gaz naturel considéré et ses analogues artificiels, sa valeur est maintenue aux alentours de 0,8 kilogramme par mètre cube. La densité du combustible gazeux liquéfié est légèrement supérieure et est d'environ 2,3 kilogrammes par mètre cube.

Les gaz sont principalement des substances toxiques. La toxicité augmente à mesure que la teneur en oxydes de carbone augmente etcomposés soufrés avec de l'hydrogène dans le gaz. Avec une teneur d'un ou plusieurs pour cent des gaz nocifs décrits dans l'atmosphère, une personne inhalera une dose mortelle d'une substance toxique en trois minutes.

Les gaz en question sont explosifs. De plus, avec une augmentation du pourcentage de monoxyde de carbone et d'hydrogène, le risque de détonation augmente. Une caractéristique intéressante: lorsque la teneur de ces substances est supérieure à 74 %, la probabilité de détonation du gaz est presque nulle.

Caractéristiques clés du carburant

Dans une analyse comparative d'un type particulier de combustible, les experts opèrent avec les concepts suivants: humidité du combustible, teneur en soufre, cendres (résidu), pouvoir calorifique et puissance calorifique.

La capacité de chauffage fait référence à la température suffisante pour le processus de combustion avec une teneur minimale en oxygène. Dans le même temps, ni l'air ni le mélange combustible ne sont chauffés en plus.

Le résidu solide du champ de combustion est appelé cendre. Elle ne peut plus brûler. Le laitier est la même cendre, seulement après la fusion. La formation de cette substance nuit au fonctionnement de l'ensemble du système, obstrue l'équipement de carburant. Par conséquent, cet indicateur est important à prendre en compte lors des travaux de conception.

Un indicateur important est l'humidité. Cela affecte négativement les caractéristiques du carburant. Sa présence provoque une augmentation des volumes d'échappement, une diminution de l'efficacité de l'installation.

Les produits de combustion du soufre et de ses composés provoquent et activent des processus de corrosion sur les surfacespièces en acier de moteurs et de systèmes d'échappement. De plus, ils ont un impact négatif sur l'environnement et la santé humaine. Par conséquent, cet indicateur est également très important à prendre en compte.

Le pouvoir calorifique est une caractéristique très importante. Il est pris en compte dans le calcul et la conception des équipements et permet de déterminer la consommation de carburant. Cette valeur est déterminée expérimentalement. À ces fins, un calorimètre spécial est utilisé. Une quantité connue (masse) de combustible est brûlée et la variation de la température de l'eau du calorimètre est enregistrée. Ensuite, il suffit de substituer les informations obtenues dans la formule et de calculer la chaleur de combustion.

Gaz associé

Si le gaz naturel est extrait des forages, le gaz associé est un sous-produit de la production de pétrole. La teneur en méthane de ce gaz est légèrement inférieure à celle du gaz naturel traditionnel. Cependant, la combustion de combustibles gazeux produit une chaleur comparable.

Les sous-produits gazeux (associés) sont également produits par les usines métallurgiques. Dans ces entreprises, du combustible est émis dans les fours. Ce sont les gaz dits de four à coke et de haut fourneau. En règle générale, ces gaz sont brûlés sur place (alimentation d'un four ou d'une chaufferie). Un sous-produit similaire est produit dans les mines profondes, ce qui conduit souvent à des catastrophes.

Production de gaz par distillation sèche

Le gaz artificiel est obtenu par traitement supplémentaire de combustible solide (liquide). De cette façon, on peut obtenir ce que l'on appelle du gaz de production et du gaz de distillation sèche.

Une fois secle carburant de distillation se décompose sous l'influence de températures élevées. Dans ce cas, il est nécessaire d'exclure l'accès d'un agent oxydant (air). Après une série d'étapes, le carburant d'origine se décompose en son propre gaz, ses composés de goudron et son coke. La composition exacte des produits formés dépend de la composition initiale du combustible et des conditions du processus (principalement de la température).

Le processus de distillation, qui se déroule à des températures élevées (de l'ordre de 1000 à 1100 degrés Celsius), s'appelle la cokéfaction. Les produits de décomposition dans ce cas sont le gaz proprement dit (coke) et le coke. La densité et la chaleur de combustion du gaz résultant sont relativement faibles (0,5 kilogramme par mètre cube et 16 000 kilojoules par mètre cube, respectivement). Une tonne de charbon lors de ce traitement est convertie en 350 mètres cubes de gaz. Cet indicateur peut varier et dépend des conditions du procédé ainsi que de la composition chimique et de l'origine de la matière première (charbon).

Il existe également une distillation sèche à basse température. Il consiste à traiter un combustible solide avec des températures de l'ordre de 500 degrés Celsius. Avec cette méthode, la quantité minimale de gaz est formée (pas plus de 30 mètres cubes par tonne de matières premières). Le produit principal dans ce cas est la résine, qui est ensuite utilisée dans la production d'huiles moteur et de carburants.

Obtenir du gaz par gazéification de combustibles solides

L'une des méthodes courantes pour obtenir des combustibles gazeux est la soi-disant gazéification. Il consiste en un traitement chimico-thermique des combustibles solides (effet combiné des hautes températureset traitement chimique). Les atomes de carbone contenus dans le combustible solide interagissent et réagissent avec l'eau et la vapeur, formant un gaz (combustible). Au cours du processus de gazéification, une distillation sèche se produit également. Un générateur de gaz est un appareil de gazéification de combustibles solides (principalement du charbon). Cet appareil produit les substances suivantes: méthane, hydrogène et monoxyde de carbone. En plus des gaz sonores, des substances non combustibles sont également produites (dioxyde de carbone, oxygène avec azote et vapeur d'eau).

Designs de générateurs de gaz - une grande variété. Le schéma et la liste des nœuds dépendent principalement du type de matière première. En général, il s'agit d'un cylindre à parois métalliques. Il a des ouvertures pour la ventilation (entrée d'air) et pour la sortie du gaz généré. L'alimentation en air est forcée, à l'aide de puissants ventilateurs. La conception doit prévoir une trappe pour l'opérateur. Le carburant est chargé par le toit. Ainsi, extérieurement, cette unité ressemble douloureusement au "poêle à ventre" bien connu. Cependant, il y a une différence - l'absence de cheminée.

Le générateur de gaz n'est que la base de toute l'installation, le noyau, pour ainsi dire. Si vous regardez les schémas de ces équipements, il devient clair que tous les autres composants et dispositifs sont conçus pour amener le gaz à un état normal (nettoyage, refroidissement, etc.).

Avantages d'utiliser et d'utiliser du gaz

La composition du carburant gazeux lui permet d'être utilisé efficacement comme alternative à l'essence traditionnelle, au mazout etdiesel. Les réserves de pétrole sont épuisées. Selon les experts, il durera plusieurs décennies. Il y a beaucoup plus de réserves de gaz. Ainsi, l'introduction et l'utilisation actives d'équipements à gaz dans tous les secteurs de l'économie nationale, sinon résoudront, du moins retarderont le problème aigu de la pénurie de matières premières d'hydrocarbures.

Le deuxième avantage, très important, est la pureté relative des produits de combustion des gaz par rapport aux gaz d'échappement des moteurs à essence. En d'autres termes, les machines et mécanismes fonctionnant aux combustibles gazeux sont plus respectueux de l'environnement et ne polluent pas autant l'environnement. Dans les zones métropolitaines et les grandes villes, ce problème est particulièrement aigu. Dès lors, les autorités s'efforcent de faire passer l'ensemble du parc de transports publics urbains aux nouvelles normes environnementales.

Le troisième avantage est la possibilité d'adapter le moteur aux besoins et préférences personnels en ajustant la composition du mélange. À l'avenir, cela vous permettra de ne pas trop payer d'argent supplémentaire.

Le quatrième avantage est d'augmenter la durée de vie utile du moteur et d'augmenter le temps entre les vidanges complètes d'huile moteur. Après tout, le gaz, contrairement aux produits pétroliers, n'enlève pas la graisse (huile) des surfaces des pièces frottantes du mécanisme (moteur).

Cinquième - le mélange de gaz a une capacité de détonation bien supérieure à celle du carburant traditionnel. Cela vous permet d'augmenter considérablement la puissance du moteur du véhicule.

Sixième - contrairement aux combustibles solides et liquides, les combustibles gazeux n'ont pas besoin d'être chauffés avant l'injection. C'est positifaffecte à la fois la fiabilité de l'ensemble du système et tous les indicateurs de performance sans exception.

Septième avantage: avec l'utilisation de l'injection de gaz dans les cylindres devient plus uniforme. Ainsi, la fluidité du parcours et le fonctionnement des mécanismes d'entraînement augmentent, l'usure des pièces fortement chargées diminue.

Malheureusement, tous les avantages décrits ne sont pas toujours atteints. Le plus souvent, les propriétaires de véhicules convertissent les moteurs à essence en carburant à essence afin d'économiser de l'argent sur la différence des coûts de carburant. Cependant, le moteur a été conçu pour l'essence ou le diesel. D'où le travail pas très bien coordonné de toutes les parties. Les ingénieurs ont calculé que lorsqu'une voiture passe de l'essence au gaz, le moteur perd environ 20 % de sa puissance. Pour compenser la perte, de nombreux propriétaires augmentent le taux de compression de l'espace de la chambre de combustion. Cela réduit considérablement la durée de vie du moteur. Une autre mesure est l'installation d'un système de suralimentation. Mais cet événement devra investir beaucoup d'argent. Le fonctionnement d'un moteur ou d'une chaufferie sur des combustibles liquides et gazeux présente des indicateurs de performance complètement différents. De plus, l'avantage est loin d'être du côté des combustibles solides.