Топливный газ

Топливо, которое в обычных условиях является газообразным

Голубое пламя газовых горелок

Топливный газ — одно из многих видов топлива , которые в обычных условиях являются газообразными . Большинство топливных газов состоят из углеводородов (таких как метан и пропан ), водорода , оксида углерода или их смесей. Такие газы являются источниками энергии , которую можно легко передавать и распределять по трубам.

Топливный газ контрастирует с жидким топливом и твердым топливом , хотя некоторые топливные газы сжижаются для хранения или транспортировки (например, автомобильный газ и сжиженный нефтяной газ ). Хотя их газообразная природа имеет преимущества, позволяющие избежать трудностей транспортировки твердого топлива и опасности разлива, свойственной жидкому топливу, она также имеет ограничения. Топливный газ может остаться незамеченным и вызвать взрыв газа . По этой причине в большинство топливных газов добавляют одорификаторы . Наиболее распространенным типом топливного газа, используемым в настоящее время, является природный газ .

Виды топливного газа

Газовые фонари в стиле XIX века в Новом Орлеане

Существует два широких класса топливных газов, основанных не на их химическом составе, а на их источнике и способе производства: те, которые встречаются в природе, и те, которые производятся из других материалов.

Промышленный топливный газ

Промышленные топливные газы — это газы, получаемые в результате химических превращений твердых веществ, жидкостей или других газов. При получении из твердых веществ конверсия называется газификацией , а предприятие называется газовым заводом .

Промышленные топливные газы включают: ^{[1] [2]}

• Угольный газ , получаемый при пиролизе угля.
• Водяной газ , в значительной степени устаревший, полученный пропусканием пара над горячим коксом.
• Генераторный газ , в значительной степени устаревший, полученный пропусканием пара и воздуха над горячим коксом.
• Сингаз — основная современная технология, получаемая в основном из природного газа.
• Древесный газ , получаемый в основном из древесины , когда-то был популярен и имел отношение к биотопливу.
• Биогаз , получаемый на свалках
• Доменный газ

Угольный газ, полученный пиролизом угля, содержит примеси, такие как смола, аммиак и сероводород . Их необходимо удалить, и для этого может потребоваться значительное количество растений. ^[3]

Добываемые из скважины или шахты топливные газы

В 20 веке природный газ , состоящий в основном из метана , стал доминирующим источником топливного газа, поскольку вместо того, чтобы производить его с помощью различных процессов, его можно было добывать из месторождений на земле. Природный газ можно объединить с водородом с образованием смеси, известной как HCNG .

Дополнительные топливные газы, полученные из природного газа или нефти :

• Пропан
• Бутан
• Регазифицированный сжиженный нефтяной газ

Состав природного газа широко варьируется, но в таблице показан типичный состав. ^[4]

Природный газ добывается из воды и газового конденсата. Эти жидкости необходимо удалить, прежде чем газ можно будет использовать в качестве топлива. Даже после очистки газ будет насыщенным и может конденсироваться в виде жидкости в трубопроводах. Это можно уменьшить путем перегрева топливного газа. ^[5]

Спецификация

В дополнение к химическому составу топливный газ, возможно, должен соответствовать таким параметрам, как теплотворная способность , индекс Воббе, точка росы и т. д. Следующая спецификация предназначена для Британской национальной системы передачи. ^[6]

Коэффициент неполного сгорания (ICF) – эмпирический показатель, который связывает состав газа с его тенденцией к неполному сгоранию в газовом приборе. ^[7] Даттон определил ИКФ как: ИКФ = 0,64 × (W − 50,73 + 0,03 × PN), где W – индекс Воббе, МДж/м ³ ; ПН – объемное процентное содержание C ₃ H ₈ плюс N ₂ в трехкомпонентной смеси. ^[8]

Индекс сажи (SI) – эмпирический индекс, который связывает состав газа с его склонностью к образованию сажи во время сгорания в газовом приборе. ^[7]

Теплотворная способность промышленного газа составляет около 500 БТЕ на кубический фут (18 629 кДж/м ³ ). Принимая во внимание, что теплотворная способность природного газа вдвое выше и составляет около 1000 БТЕ на кубический фут (37 259 кДж/м ³ ). ^[3] Для данного количества тепла требуется только половина объема природного газа.  

Использование топливного газа

Одним из первых применений было газовое освещение , которое позволило широко использовать уличные фонари и освещать здания в городах. Топливный газ также использовался в газовых горелках , в частности в горелке Бунзена , используемой в лабораториях. Его также можно использовать в газовых обогревателях , походных плитах и ​​даже в транспортных средствах, поскольку они имеют высокую теплотворную способность.

Топливный газ широко используется промышленными, коммерческими и бытовыми потребителями. Промышленность использует топливный газ для отопления печей, печей, котлов и духовок, а также для обогрева и сушки помещений. Электроэнергетическая промышленность использует топливный газ для питания газовых турбин для выработки электроэнергии. Спецификация топливного газа для газовых турбин может быть весьма строгой. ^[5] Топливный газ также может использоваться в качестве сырья для химических процессов.

Топливный газ в коммерческом секторе используется для отопления, приготовления пищи, выпечки и сушки, а в бытовом секторе — для отопления и приготовления пищи.

В настоящее время топливные газы, особенно синтез-газ, широко используются для производства аммиака для удобрений, а также для приготовления многих моющих средств и специальных химикатов. ^[1]

На промышленном предприятии топливный газ может использоваться для продувки трубопроводов и сосудов во избежание проникновения воздуха. Избыток топливного газа по отношению к потребностям может быть утилизирован путем сжигания в факельной системе заводского газа .

Для пользователей, которые сжигают газ напрямую, топливный газ подается под давлением около 15 фунтов на квадратный дюйм (1 бар изб.). Газовым турбинам требуется давление питания 250–350 фунтов на квадратный дюйм (17–24 бар изб.).

Рекомендации

1. Хиллер, Хайнц; Раймерт, Райнер; Стоннер, Ханс-Мартин (2011). «Добыча газа, 1. Введение». Энциклопедия промышленной химии Ульмана . дои : 10.1002/14356007.a12_169.pub3. ISBN 978-3527306732.
2. Скотт Уилсон, Д. (1969). Современная газовая промышленность . Лондон: Эдвард Арнольд. стр. 6, 11–35.
3. Уильямс, Тревор (1981). История британской газовой промышленности . Оксфорд: Издательство Оксфордского университета. стр. 15–18, 182. ISBN. 0198581572.
4. Кэссиди, Ричард (1979). Газ: Природная энергия . Лондон: Фредерик Мюллер Лимитед. п. 14.
5. Ассоциация поставщиков переработчиков газа (2004). Инженерный справочник . Талса: GPSA. стр. 18–9.
6. «Правила газовой безопасности (управления) 1996 г.» .
7. «Компараторы материалов для принятия решений по прекращению отходов. Топливо: природный газ» (PDF) . Проверено 15 ноября 2023 г.
8. Дуань (2019). «Экспериментальное исследование влияния компонентов природного газа на выбросы CO из китайской газовой плиты». Энергии . 12 (20): 3997. doi : 10.3390/en12203997 .