Combustible gaseoso: descripción, características, métodos de producción, aplicación

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Última modificación: 2024-01-02 13:53

El combustible gas se conoce desde mediados del siglo XIX. Fue entonces cuando el famoso ingeniero Lenoir construyó su primer motor de combustión interna a gas. Este aparato era primitivo y funcionaba sin precompresión de la cámara de combustión. Los motores modernos no están a la altura. Hoy en día, el uso de combustibles gaseosos no se limita a los automóviles. Este tipo de combustible respetuoso con el medio ambiente, barato y asequible está conquistando cada vez más nichos nuevos y se utiliza activamente en todos los sectores de la economía nacional. Este artículo proporciona una descripción, características del combustible. En términos generales, describe cómo se producen y utilizan.

Información general

Un combustible gaseoso es una sustancia altamente inflamable. Esta cualidad y propiedad útil se utiliza en diversas ramas de la ciencia ytecnología. Por ejemplo, la población y la industria utilizan cada vez más calderas de combustible gaseoso. En este combustible pueden estar presentes en diversas cantidades óxidos (dióxidos) de carbono, vapores de dióxido de carbono, así como elementos como nitrógeno, hidrógeno, oxígeno y otras impurezas. Los dispositivos modernos que funcionan con combustible gaseoso son muy sensibles a la composición química del gas de trabajo. Si no cumple con los estándares recomendados por el fabricante, lo más probable es que el equipo falle y se requieran reparaciones costosas.

Todas las sustancias que componen los gases se pueden dividir en combustibles y no combustibles. Los primeros, además del metano, son el etano, el propano y el butano. Explosivos y, en consecuencia, combustibles son el monóxido de carbono y el hidrógeno. El hidrógeno es especialmente peligroso. Es por esta razón que no se recomienda almacenarlo en cilindros de gas. La mejor solución es comprar un generador de hidrógeno. Este dispositivo extrae hidrógeno del agua destilada según sea necesario. Por lo tanto, se elimina la amenaza de detonación de un gran volumen de gas.

El Estado es un monopolio en el comercio al por mayor de combustibles líquidos y gaseosos. Esto indica la importancia estratégica de este tipo de materia prima.

Clasificación del combustible por origen

Al igual que los combustibles líquidos, los gaseosos se pueden extraer como minerales o se pueden producir en condiciones artificiales. En el primer caso, dicho combustible se llama natural, y en el segundo:artificiales.

Los especialistas han registrado diferencias en la composición de los combustibles líquidos y gaseosos extraídos de diferentes regiones. Debido a las diferencias en la composición química, también existen ligeras diferencias en la cantidad de calor liberado durante la combustión. El combustible gaseoso natural está compuesto casi por completo (95-99 %, dependiendo del campo) del llamado metano (fórmula química - CH_{4). Este combustible se llama gas natural. Y esta es la fuente de energía más barata hoy en día. Es por ello que este tipo de recursos energéticos se utiliza activamente en todos los sectores de la economía nacional. Sin embargo, todas las ventajas se ven ensombrecidas por el bajo nivel de seguridad de los dispositivos que funcionan con combustibles gaseosos. Periódicamente aparecen noticias inquietantes en los medios de comunicación sobre accidentes y víctimas humanas como consecuencia de infracciones de las normas de funcionamiento de las instalaciones de gas.}

Los combustibles gaseosos artificiales incluyen sustancias obtenidas del procesamiento de combustibles sólidos o líquidos. Sus tipos más comunes y populares son los gases de craqueo de coque. El alumbrado, el agua y los combustibles combinados también pueden incluirse en este grupo. Dependiendo de la composición química de un gas en particular, el nivel de calor liberado durante la combustión varía en un amplio rango. Tales sustancias son altamente explosivas. Por este motivo, se recomienda mezclarlos con gas natural antes de la combustión. Esta medida aumenta la seguridad de funcionamiento de los dispositivos que funcionan con combustible gaseoso en un orden de magnitud. Estas manipulaciones se llevan a cabo en bases especialmente equipadas. Entonces talel gas se suministra al usuario final en cilindros o de otra manera. Pero a pesar de que dicha mezcla es menos peligrosa, aún debe manipularse con sumo cuidado, de conformidad con todas las normas y reglamentos para trabajar con recipientes a presión y las normas de seguridad. Y este no es el único peligro. Esta sustancia es tóxica y su inhalación puede causar graves consecuencias e incluso la muerte.

Clasificación de combustibles por finalidad

El combustible en forma gaseosa se utiliza tanto en instalaciones térmicas como en motores de combustión interna. En consecuencia, sobre esta base, se puede dividir en combustible para motores y combustible para calderas y hornos.

El gas natural se utiliza tradicionalmente como combustible para calderas y hornos. En casos raros, se utiliza combustible artificial. El mismo tipo de combustible, con solo algunos aditivos, también se usa para repostar automóviles.

Descripción del gas natural

Es difícil sobreestimar la importancia de este mineral para la economía de nuestro estado y el desarrollo económico del mundo en su conjunto. Muchos automóviles, calderas de combustible gaseoso, centrales eléctricas y plantas combinadas de calor y electricidad lo utilizan. Sobre la base de los precios proyectados del combustible azul (como a veces se denomina al gas natural), se elaboran los presupuestos estatales.

Más del 90% de este gas consiste en moléculas de metano (CH_{4). Además del metano, el gas natural también contiene butano con propano, nitrógeno, dióxido de carbono, vapor de agua y otras impurezas (se consideran dañinas). AEn pequeñas cantidades, el gas natural también contiene gases inertes (helio y otros). Se cree que estos últimos tienen un efecto beneficioso en las máquinas, dispositivos y mecanismos que funcionan con gas, y también mejoran la física de los procesos de combustión de combustible. La idoneidad del combustible para su uso, su calidad se juzga por el porcentaje de componentes de hidrocarburos.}

El gas natural no solo es un combustible valioso, sino también una materia prima para varias industrias. Entonces, a partir del metano que contiene, las grandes plantas químicas producen hidrógeno. Para que esta reacción tenga lugar, debe oxidarse. Además de hidrógeno, se produce acetileno a partir de él. A partir de estas sustancias se producen todo tipo de aldehídos, alcohol metílico (sustancia muy tóxica y peligrosa), amoníaco, acetona, ácido acético, etc. Sin embargo, el hecho es que el área principal de aplicación del gas natural es la combustión de combustibles gaseosos para diversos mecanismos de accionamiento (motores de automóviles) y dispositivos de calderas.

Propiedades básicas de los gases

Todos los gases (no solo el combustible) están unidos por un índice de densidad relativamente pequeño. Para el gas natural considerado y sus análogos artificiales, su valor se mantiene en la región de 0,8 kilogramos por metro cúbico. La densidad del combustible gaseoso licuado es ligeramente superior y es de aproximadamente 2,3 kilogramos por metro cúbico.

Los gases son en su mayoría sustancias tóxicas. La toxicidad aumenta a medida que aumenta el contenido de óxidos de carbono ycompuestos de azufre con hidrógeno en gas. Con un contenido de uno o más por ciento de los gases nocivos descritos en la atmósfera, una persona inhalará una dosis letal de una sustancia venenosa en tres minutos.

Los gases en cuestión son explosivos. Además, con un aumento en el porcentaje de monóxido de carbono e hidrógeno, aumenta el riesgo de detonación. Una característica interesante: cuando el contenido de estas sustancias es superior al 74%, la probabilidad de detonación del gas es casi nula.

Características clave del combustible

En un análisis comparativo de un tipo particular de combustible, los expertos operan con los siguientes conceptos: humedad del combustible, contenido de azufre, cenizas (residuos), poder calorífico y salida de calor.

La capacidad calorífica se refiere a la temperatura suficiente para el proceso de combustión con un contenido mínimo de oxígeno. Al mismo tiempo, ni el aire ni la mezcla combustible se calientan adicionalmente.

El residuo sólido del campo de combustión se llama ceniza. Ya no puede arder. La escoria es la misma ceniza, solo después de derretirse. La formación de esta sustancia afecta negativamente el funcionamiento de todo el sistema, obstruye el equipo de combustible. Por lo tanto, es importante tener en cuenta este indicador durante el trabajo de diseño.

Un indicador importante es la humedad. Afecta negativamente a las características del combustible. Su presencia provoca un aumento de los volúmenes de escape, una disminución de la eficiencia de la instalación.

Los productos de combustión del azufre y sus compuestos provocan y activan procesos de corrosión en las superficiespiezas de acero de motores y sistemas de escape. Además, tienen un impacto negativo en el medio ambiente y la salud humana. Por lo tanto, este indicador también es muy importante de considerar.

El poder calorífico es una característica muy importante. Se tiene en cuenta en el cálculo y diseño de equipos y permite determinar el consumo de combustible. Este valor se determina experimentalmente. Para estos fines, se utiliza un calorímetro especial. Se quema una cantidad conocida (masa) de combustible y se registra el cambio en la temperatura del agua del calorímetro. Luego basta con sustituir la información obtenida en la fórmula y calcular el calor de combustión.

Gas asociado

Si el gas natural se extrae de pozos, el gas asociado es un subproducto de la producción de petróleo. El contenido de metano en dicho gas es algo menor que en el gas natural tradicional. Sin embargo, la combustión de combustibles gaseosos produce un calor comparable.

El gas de subproducto (asociado) también se produce en las plantas metalúrgicas. En estas empresas, el combustible se emite en hornos. Son los llamados gases de coquería y de alto horno. Por regla general, estos gases se queman en el sitio (se alimentan a un horno oa una estación de calderas). Un subproducto similar se produce en las minas profundas, lo que a menudo conduce a desastres.

Producción de gas por destilación seca

El gas artificial se obtiene mediante el procesamiento adicional de combustible sólido (líquido). De esta forma, se pueden obtener los llamados gas productor y gas de destilación seca.

Cuando se secaEl combustible de destilación se descompone bajo la influencia de altas temperaturas. En este caso, es necesario excluir el acceso de un agente oxidante (aire). Después de una serie de pasos, el combustible original se descompone en su propio gas, compuestos de alquitrán y coque. La composición exacta de los productos formados depende de la composición inicial del combustible y de las condiciones del proceso (principalmente de la temperatura).

El proceso de destilación, que tiene lugar a altas temperaturas (en la región de 1000 - 1100 grados Celsius), se denomina coquización. Los productos de descomposición en este caso son el gas real (coque) y el coque. La densidad y el calor de combustión del gas resultante son relativamente bajos (0,5 kilogramos por metro cúbico y 16.000 kilojulios por metro cúbico, respectivamente). Una tonelada de carbón durante este tratamiento se convierte en 350 metros cúbicos de gas. Este indicador puede variar y depende de las condiciones del proceso y de la composición química y origen de la materia prima (carbón).

También existe la destilación seca a baja temperatura. Consiste en procesar combustible sólido con temperaturas en la región de los 500 grados centígrados. Con este método, se forma la cantidad mínima de gas (no más de 30 metros cúbicos por tonelada de materia prima). El producto principal en este caso es la resina, que se utiliza además en la producción de aceites de motor y combustibles.

Obtención de gas mediante gasificación de combustibles sólidos

Uno de los métodos comunes para la obtención de combustibles gaseosos es la denominada gasificación. Consiste en el tratamiento químico-térmico de combustibles sólidos (efecto combinado de altas temperaturasy tratamiento químico). Los átomos de carbono contenidos en el combustible sólido interactúan y reaccionan con el agua y el vapor, formando un gas (combustible). Durante el proceso de gasificación, también se produce la destilación seca. Un generador de gas es un dispositivo para la gasificación de combustibles sólidos (principalmente carbón). Este dispositivo produce las siguientes sustancias: metano, hidrógeno y monóxido de carbono. Además de los gases sondeados, también se producen sustancias no combustibles (dióxido de carbono, oxígeno con nitrógeno y vapor de agua).

Diseños de generadores de gas: una gran variedad. El esquema y la lista de nodos depende principalmente del tipo de materia prima. En general, es un cilindro con paredes metálicas. Tiene aberturas para la ventilación (entrada de aire) y para la salida del gas generado. El suministro de aire es forzado, utilizando potentes ventiladores. El diseño debe proporcionar una escotilla para el operador. El combustible se carga por el techo. Por lo tanto, exteriormente, esta unidad se parece dolorosamente a la conocida "estufa de barriga". Sin embargo, hay una diferencia: la ausencia de chimenea.

El generador de gas es solo la base de toda la instalación, el núcleo, por así decirlo. Si observa los diagramas de dichos equipos, queda claro que todos los demás componentes y dispositivos están diseñados para llevar el gas a un estado normal (limpieza, enfriamiento, etc.).

Ventajas de usar y usar gas

La composición del combustible gaseoso permite que se utilice eficazmente como alternativa a la gasolina tradicional, al fuel oil ydiesel. Las reservas de petróleo se agotan. Según los expertos, durará varias décadas. Hay muchas más reservas de gas. Por lo tanto, la introducción activa y el uso de equipos de gas en todos los sectores de la economía nacional, si no resolverán, al menos pospondrán el grave problema de la escasez de materias primas de hidrocarburos.

La segunda y muy importante ventaja es la pureza relativa de los productos de la combustión del gas en comparación con los escapes de los motores de gasolina. En otras palabras, las máquinas y mecanismos que funcionan con combustibles gaseosos son más respetuosos con el medio ambiente y no contaminan tanto el medio ambiente. En áreas metropolitanas y grandes ciudades, este problema es especialmente agudo. Por ello, las autoridades se esfuerzan por trasladar toda la flota de transporte público urbano a nuevos estándares medioambientales.

La tercera ventaja es la capacidad de ajustar el motor a las necesidades y preferencias personales ajustando la composición de la mezcla. En el futuro, esto le permitirá no pagar de más.

El cuarto beneficio es aumentar la vida útil del motor y aumentar el tiempo entre cambios completos de aceite del motor. Después de todo, el gas, a diferencia de los productos derivados del petróleo, no elimina la grasa (aceite) de las superficies de las partes en fricción del mecanismo (motor).

Quinto - la mezcla de gases tiene una capacidad de detonación mucho mayor en comparación con el combustible tradicional. Esto le permite aumentar significativamente la potencia del motor del vehículo.

Sexto: a diferencia de los combustibles sólidos y líquidos, los combustibles gaseosos no necesitan calentarse antes de la inyección. es positivoafecta tanto la confiabilidad de todo el sistema como todos los indicadores de desempeño sin excepción.

Séptima ventaja: con el uso de inyección de gas en los cilindros se vuelve más uniforme. Por lo tanto, aumenta la suavidad del curso y el funcionamiento de los mecanismos de accionamiento, disminuye el desgaste de las piezas sometidas a grandes cargas.

Desafortunadamente, no siempre se logran todos los beneficios descritos. Muy a menudo, los propietarios de vehículos convierten los motores de gasolina en combustible de gas para ahorrar dinero en la diferencia en los costos de combustible. Sin embargo, el motor fue diseñado para gasolina o diésel. De ahí el trabajo no muy bien coordinado de todas las partes. Los ingenieros han calculado que cuando un automóvil cambia de gasolina a gas, el motor pierde alrededor del 20 por ciento de su potencia. Para compensar la pérdida, muchos propietarios aumentan la relación de compresión del espacio de la cámara de combustión. Esto reduce en gran medida la vida útil del motor. Otra medida es la instalación de un sistema de turboalimentación. Pero este evento tendrá que invertir mucho dinero. El funcionamiento de una sala de máquinas o calderas con combustibles líquidos y gaseosos demuestra indicadores de rendimiento completamente diferentes. Además, la ventaja está lejos de estar del lado de los combustibles sólidos.