Энергетическое топливо

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «ТулГУ»

Кафедра: «ТСПиПП»

Курсовая работа

по дисциплине: «Теплотехника»

на тему: "Энергетическое топливо"

Выполнил:

студент группы 621 191

Горелова А.А.

Проверил:

Гладун А.А.

Тула 2012

1. Газообразное топливо

2. Жидкое топливо

3. Твёрдое топливо Заключение Список использованной литературы

Энергетика — область хозяйственно-экономической деятельности человека, совокупность больших естественных и искусственных подсистем, служащих для преобразования, распределения и использования энергетических ресурсов всех видов. Её целью является обеспечение производства энергии путём преобразования первичной, природной, энергии во вторичную, например в электрическую или тепловую энергию. При этом производство энергии чаще всего происходит в несколько стадий:

· получение и концентрация энергетических ресурсов, примером может послужить добыча, переработка и обогащение ядерного топлива;

· передача ресурсов к энергетическим установкам, например доставка мазута на тепловую электростанцию;

· преобразование с помощью электростанцию первичной энергии во вторичную, например химической энергии угля в электрическую и тепловую энергию;

· передача вторичной энергии потребителям, например по линиям электропередачи Так как большинство из традиционных электростанций и источников теплоснабжения выделяют энергию из невозобновляемых ресурсов, вопросы добычи, переработки и доставки топлива чрезвычайно важны в энергетике. В традиционной энергетике используются два принципиально отличных друг от друга видов топлива.

В зависимости от агрегатного состояния органическое топливо делится на газообразное, жидкое и твёрдое, каждое из них в свою очередь делится на естественное и искусственное. Доля такового топлива в балансе мировой энергетики составляет около 65%, из которых 39% приходится на уголь, 16% на природный газ, 9% на жидкое топливо. В данной курсовой работе рассмотрены именно эти виды топлива.

1. Газообразное топливо

Естественным топливом является природный газ. Природный газ — смесь газов, образовавшаяся в недрах земли при анаэробном разложении органических веществ. Природный газ относится к полезным ископаемым. Природный газ в пластовых условиях (условиях залегания в земных недрах) находится в газообразном состоянии — в виде отдельных скоплений (газовые залежи) или в виде газовой шапки нефтегазовых месторождений, либо в растворённом состоянии в нефти или воде. При стандартных условиях (101,325 кПа и 20 °C) природный газ находится только в газообразном состоянии. Также природный газ может находиться в кристаллическом состоянии в виде естественных газогидратов.

Искусственным топливом является:

· Генераторный газ — газовая смесь, содержащая окись углерода СО и молекулярный водород Н₂. Получают генераторный газ путём пропускания воздуха над раскалённым каменным углём или коксом в специальных печах — газогенераторах (КПД процесса 65−70%). Выход из кокса 4,65 м?/кг. Далее окись углерода смешивается с водяным паром и получается водородная составляющая генераторного газа — СО + Н₂О = Н₂ + CO₂. Теплотворная способность генераторного газа составляет 800—1000 ккал/м?, причём замена воздуха на кислород при его получении ведёт к значительному увеличению доли монооксида углерода и, соответственно, к увеличению теплотворной способности. Генераторный газ применяется как топливо в металлургической, стекольной, керамической промышленности, для двигателей внутреннего сгорания, а также для синтеза аммиака;

· Коксовый газ — горючий газ, образующийся в процессе коксования каменного угля, то есть при нагревании его без доступа воздуха до 900—1100 ° С. Коксовый газ содержит много ценных веществ. Кроме водорода, метана, оксидов углерода в его состав входят пары каменно-угольной смолы, бензол, аммиак, сероводород и др. Парогазовая смесь выделяющихся летучих продуктов (до 25% от общей массы массы перерабатываемого угля) отводится через газосборник для улавливания и переработки. Для разделения летучие продукты охлаждают впрыскиванием воды (от 70 °C до 80 °C) — при этом из паровой фазы выделяется большая часть смол, дальнейшее охлаждение парогазовой смеси проводят в кожухотрубчатых холодильниках (до 25−35 °C). Конденсаты объединяют и отстаиванием выделяют надсмольную воду (аммиачная вода) и каменноугольную смолу. Затем сырой коксовый газ последовательно очищают от аммиака и сероводорода, промывают поглотительным маслом (для улавливания сырого бензола и фенола), серной кислотой (для улавливания пиридиновых оснований). Очищенный коксовый газ (14−15% от общей массы перерабатываемого угля) используют в качестве топлива для обогрева батареи коксовых печей и для других целей;

· Доменный газ — образуется при сгорании топлива в доменной печи;

· Продукты перегонки нефти;

· Газ подземной газификации;

· Синтез-газ — смесь монооксида углерода и водорода. В промышленности получают паровой конверсией метана, парциальным окислением метана, газификацией угля. В зависимости от способа получения соотношение CO: Н₂ варьируется от 1:1 до 1:3.

2. Жидкое топливо

Естественным топливом является нефть. Нефть — это природная маслянистая горючая жидкость, состоящая из сложной смеси углеводородов и некоторых других органических соединений. По цвету нефть бывает красно-коричневого, иногда почти чёрного цвета, хотя иногда встречается и слабо окрашенная в жёлто-зелёный цвет и даже бесцветная нефть; имеет специфический запах, распространена в осадочных породах Земли. Сегодня нефть является одним из важнейших для человечества полезных ископаемых. энергия топливо нефть газообразный Искусственным топливом является:

· Бензин — горючая смесь лёгких углеводородов с температурой кипения от 30 до 200 °C. Плотность около 0,75 г/см?. Теплотворная способность примерно 10 500 ккал/кг (46 МДж/кг, 34,5 МДж/литр). Температура замерзания ниже ?60 °C в случае использования специальных присадок. В конце XIX века бензин не находил лучшего применения, чем антисептическое средство (продавался в аптеках) и топлива для примусов. Зачастую из нефти отгоняли только керосин, а все остальное, включая бензин, либо сжигали, либо просто выбрасывали. Однако с появлением двигател внутреннего сгорания, работающего по циклу Отто, бензин стал одним из главных продуктов нефтепереработки, хотя по мере распространения дизельных двигателей благодаря их более высокому КПД на первый план выходит дизельное топливо. Бензин применяется как топливо для карбюраторных и инжекторных двигателей, высокоимпульсное ракетное топливо (Синтин), при производстве парафина, как растворитель, как горючий материал, сырье для нефтехимии прямогонный бензин или бензин газовый стабильный (БГС).;

· Керосин — смеси углеводородов (от C₁₂ до C₁₅), выкипающие в интервале температур 150—250 °C, прозрачная, слегка маслянистая на ощупь, горючая жидкость, получаемая путём прямой перегонки или ректификации нефти. Керосин применяют как реактивное топливо, горючий компонент жидкого ракетного топлива, горючее при обжиге стеклянных и фарфоровых изделий, для бытовых нагревательных и осветительных приборов, в аппаратах для резки металлов, как растворитель (например для нанесения пестицидов), сырьё для нефтеперерабатывающей промышленности. Керосин может использоваться как заменитель зимнего и арктического дизтоплива для дизельных, однако необходимо добавить противоизносные и цетаноповышающие присадки; цетановое число керосина около 40, ГОСТ требует не менее 45. Для многотопливных двигателей (на основе дизеля) возможно применение чистого керосина и даже бензина АИ-80. Допускается добавление до 20% керосина в летнее дизельное топливо для снижения температуры застывания, при этом не ухудшаются эксплуатационные характеристики. Также керосин — основное топливо для проведения фаершоу (огненных представлений), из-за хорошей впитываемости и относительно низкой температуры горения. Применяется так же для промывки механизмов, для удаления ржавчины.;

· Соляровое масло — жидкий продукт, использующийся как топливо в дизельном двигателе внутреннего сгорания. Обычно под этим термином понимают топливо, получающееся из керосиново-газойлевых фракций прямой перегонки нефти. Основные потребители дизельного топлива — железнодорожный транспорт, грузовой автотранспорт, водный транспорт, военная техника, сельскохозяйственная техника, а также в последнее время и легковой дизельный автотранспорт. Кроме дизельных двигателей, остаточное дизельное топливо (соляровое масло) зачастую используется в качестве котельного топлива, для пропитывания кож, в смазочно-охлаждающих средствах и закалочных жидкостях, при механической и термической обработке металлов.;

· Мазут — жидкий продукт темно-коричневого цвета, остаток после выделения из нефти или продуктов ее вторичной переработки бензиновых, керосиновых и газойлевых фракций, выкипающих до 350—360°С. Мазутэто смесь углеводородов (с молекулярной массой от 400 до 1000 г/моль), нефтяных смол (с молекулярной массой 500—3000 и более г/моль), асфальтенов, карбенов, карбоидов и органических соединений, содержащих металлы (V, Ni, Fe, Mg, Na, Ca). Физико-химические свойства мазута зависят от химического состава исходной нефти и степени отгона дистиллятных фракций и характеризуются следующими данными: вязкость 8—80 мм?/с (при 100 °C), плотность 0,89—1 г/см? (при 20 °C), температура застывания 10—40°С, содержание серы 0,5—3,5%, золы до 0,3%, низшая теплота сгорания 39,4—40,7 МДж/моль. Мазуты применяются в качестве топлива для паровых котлов, котельных установок и промышленных печей (см. Котельные топлива), для производства флотского мазута, тяжелого моторного топлива для крейцкопфных дизелей и бункерного топлива. Выход мазута составляет около 50% по массе в расчете на исходную нефть. В связи с необходимостью углубления ее дальнейшей переработки мазут во все большем масштабе подвергают дальнейшей переработке, отгоняя под вакуумом дистилляты, выкипающие в пределах 350—420, 350—460, 350—500 и 420—500°С. Вакуумные дистилляты применяют как сырье для получения моторных топлив, в процессах каталитического крекинга, гидрокрекинга, и дистиллятных смазочных масел. Остаток вакуумной перегонки мазута используют для переработки на установках термического крекинга и коксования, в производстве остаточных смазочных масел и гудрона, затем перерабатываемого на битум.

3. Твердое топливо

Естественным топливом являются ископаемое и растительное топливо.

Ископаемое топливо:

· Торф — горючее полезное ископаемое; образовано скоплением остатков растений, подвергшихся неполному разложению в условиях болот. Для болота характерно отложение на поверхности почвы неполно разложившегося органического вещества, превращающегося в дальнейшем в торф. Слой торфа в болотах не менее 30 см, (если меньше, то это заболоченные земли). Торф улучшает плодородие земли. Для употребления в качестве компонента почвенных смесей для комнатных и оранжерейных растений дернины торфа выветривают в низких и широких кучах три года, поскольку в свежевыкопанных торфяных дернинах имеются вредные для большинства растений вещества (кислоты). Для ускорения выветривания и вымывания кислот производят регулярное перелопачивание. Почвенные смеси на основе торфа характеризуются значительной влагоемкостью. В смеси с песком торфяная земля применяется для посевов мелких семян и в качестве основного компонента при приготовлении земляных смесей для многих растений защищенного грунта.;

· Бурый уголь — горючее полезное ископаемое, ископаемый уголь 2-ой стадии метаморфизма (переходное звено между лигнитом и каменным углем), получается из лигнита или напрямую из торфа. Классификация ископаемых углей довольно запутана, так в Евросоюзе и Англии пользуются термином лигнит (которой считается синонимом бурого угля), а в Америке лигнит и бурый уголь выделяются отдельно, причем очень четко. В России понятие лигнит чаще всего является синонимом бурого угля (последний термин более распространен) либо понятием недействующим, реже понятие бурый уголь охватывает лигнит высокой степени углефикации (ВСУ) и не захватывает суббитуминозный уголь ВСУ, последний относят к каменному.

· Каменный уголь — вид ископаемого топлива, образовавшийся из частей древних растений под землей без доступа кислорода. Международное название углерода происходит от лат. carbф («уголь»). Уголь был первым из используемых человеком видов ископаемого топлива. Он позволил совершить промышленную революцию, которая в свою очередь способствовала развитию угольной промышленности, обеспечив её более современной технологией.;

· Антрацит — самый древний из ископаемых углей, уголь наиболее высокой степени углефикации. Характеризуется большой плотностью и блеском. Содержит 95% углерода. Применяется как твердое высококалорийное топливо (теплотворность 6800—8350 ккал/кг). Антрацит — это самый древний ископаемый уголь. По своим характеристикам и свойствам антрацит более всего похож на каменный уголь. Их разница заключается в том, что в составе антрацита больше углерода (более 90%). По цвету он бывает как бархатным, так и железно-черным и обязательно со стальным блеском. Антрацит горит только при сильной тяге воздуха почти без пламени или вовсе без него, без запаха и без дыма. При этом он не спекается. Антрацит тверже каменного и бурого угля. Так же, как и они, он является продуктом медленного гниения растений. Можно встретить залежи антрацита рядом с залежами каменного угля или горных пород. Уголь представляет собой окаменевшие растительные останки, а у антрацита эти останки максимально преобразованы, поэтому их практически невозможно идентифицировать. Образовывался он от девона до триаса. Среди ископаемых углей его доля составляет около 3% от общего объема.

· Горючий сланец — полезное ископаемое из группы твёрдых каустобиолитов, дающее при сухой перегонке значительное количество смолы (близкой по составу к нефти). Сланцы в основном образовались 450 миллионов лет тому назад на дне моря из растительных и животных остатков. Горючий сланец состоит из преобладающих минеральных (кальциты, доломит, гидрослюды, монтмориллонит, каолинит, полевые шпаты, кварц, пирит и др.) и органических частей (кероген), последняя составляет 10—30% от массы породы и только в сланцах самого высокого качества достигает 50—70%. Органическая часть является биои геохимически преобразованным веществом простейших водорослей, сохранившим клеточное строение (талломоальгинит) или потерявшим его (коллоальгинит); в виде примеси в органической части присутствуют измененные остатки высших растений (витринит, фюзенит, липоидинит).

Растительное топливо:

· Дрова — куски дерева, предназначенные для сжигания в печи, камине, топке или костре для получения тепла и света. В соответствии с требованиями ГОСТ 3243–88 качество дров в России нормируется по породе древесины, номинальной длине и учетной градации, по площади ядровой гнили (в процентах от площади торца), по количеству дров в партии с гнилью от 30 до 65% площади торца, и по высоте остатков сучьев.

· Древесные отходы;

· Биомасса — совокупная масса растительных и животных организмов, присутствующих в биогеоценозе в момент наблюдения. Среди наземных животных организмов наибольшую по массе часть составляют насекомые, членистоногие и подобные им, обеспечивающие существование растительных организмов. (Более 80-ти процентов сухопутной биомассы). Человечество, как часть млекопитающих, представляет собой менее 1-го кубического километра, что составляет одну пренебрежимо малую, несоизмеримую со всей биомассой, часть всей биомассы Земли. Из масличных культур при помощи этерификации выделенного растительного масла производится различное дизельное топливо (Биодизель). Проводятся исследования по выращиванию высокопродуктивных плантаций масляных водорослей. Путём ферментации сахаро и крахмалсодержащих продуктов (злаки, картофель, сахарная свёкла), и с предварительным гидролизом в случае использования целлюлозосодежащего растительного сырья (древесина, солома, растительные отходы) получают этанол (биоэтанол). Этанол применяется в качестве моторного топлива в чистом виде и в смеси с бензинами, используется для производства этил-трет-бутилового эфира — качественного топлива для бензиновых двигателей, являющегося частично биотопливом в отличие от метил-трет-бутилового эфира.

Искусственным твёрдым топливом являются:

· Древесный уголь — микропористый высокоуглеродистый продукт, образующийся при пиролизе древесины без доступа воздуха. Применяется в производстве кристаллического кремния, сероуглерода, чёрных и цветных металлов, активированного угля и т. д., а также как бытовое топливо (удельная теплота сгорания 31,5—34 МДж/кг). Древесный уголь классифицирован в системе стандартов — ГОСТ 7657–84 «Уголь древесный». ;

· Кокс и полукокс — твёрдый пористый продукт серого цвета, получаемый путем коксования каменного угля при температурах 950—1100°С без доступа воздуха. Кокс каменноугольный применяют для выплавки чугуна (доменный кокс) как высококачественное бездымное топливо, восстановитель железной руды, разрыхлитель шихтовых материалов. Кокс каменноугольный используют также, как ваграночное топливо в литейном производстве (литейный кокс), для бытовых целей (бытовой кокс), в химической и ферросплавной отраслях промышленности (специальные виды кокса). Доменный кокс должен иметь размеры кусков не менее 25—40 мм при ограниченном содержании кусков менее 25 мм (не более 3%) и более 80 мм. Литейный кокс по размерам кусков крупнее доменного; наиболее пригоден продукт, в котором присутствуют куски менее 60—80 мм. Главное отличие литейного кокса от доменного — малое содержание S, которое не должно превышать 1% (в доменном коксе до 2%). В промышленности ферросплавов используют мелкий кокс (например, фракцию 10—25 мм), при этом в отличие от доменного и литейного производств предпочитают применять продукт с большой реакционной способностью. Требования по прочности к бытовому коксу менее жесткие, чем к доменному и литейному. Во всех производствах лучшее сырье — наиболее прочный малозольный и малосернистый кокс, содержащий небольшое количество мелких фракций. Строение и свойства кокса каменноугольного зависят от состава угольной шихты, конечной температуры и скорости нагрева коксуемой массы. С увеличением содержания в шихте газовых и др. углей, характеризующихся малой степенью метаморфизма, понижением конечной температуры коксования и уменьшением выдержки при этой температуре, реакционная способность и горючесть получаемого кокса возрастает. При увеличении содержания газовых углей в шихте прочность и средняя крупность кусков кокса уменьшаются, а пористость его возрастает. Повышение конечной температуры коксования способствует увеличению прочности кокса каменноугольного, особенно к истиранию. При удлинении периода коксования и снижении скорости нагрева коксуемой массы средняя крупность кусков кокса увеличивается.

Заключение

Несмотря на огромное разнообразие видов топлива, основными источниками энергии остаются нефть, природный газ и уголь. Положение дел 100 лет назад было освещено Менделеевым. Первые два ископаемых топлива исчерпаемы в ближайшем будущем. Нефтяные топлива обладают особой ценностью для транспортных средств (основных потребителей энергии), в силу удобства перевозки, поэтому в настоящий момент ведутся исследования по использованию угля для выработки жидких топлив, в том числе и моторных. За последние 20 лет мировое энергоротребление возросло на 30% (и этот рост, по-видимому, продолжится в связи ростом потребности бурно развивающихся стран азиатского региона). В развитых странах за тот же период сильно изменилась структура потребления — произошло замещение части угля более экологичным газом (Европа и прежде всего Россия, где доля газа в потреблении составила до 40%), а также возросла с 4% до 10% доля атомной энергии.

Таким образом, энергетическое топливо прочно вошло в нашу жизнь и нашло широкое применение в промышленности. Не смотря на то, что в наше время активно разрабатываются концепции альтернативного топлива, современный человек не может представить себе жизнь без традиционных видов энергии

1. В. А. Веников, Е. В. Путятин /Введение в специальность: Электроэнергетика/ — М; Высшая школа, 1988 — 326с;

2. Электронный источник URL: http://ru.wikipedia.org/wiki