Основные виды и характеристики топлив

Реферат по дисциплине основы современных технологий

на тему : «Основные виды и характеристики топлив.» 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Москва 2011г. 
 

Содержание 

Введение 

1. Понятие топлива 

2. Виды топлива  и его характеристика 

3. Уровень и структура потребления топлива 

Заключение 

Список  литературы 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение 

История развития человечества теснейшим образом  связана с получением и

 использованием  энергии. Уже в древнем мире  люди использовали тепловую

 энергию для  обогрева жилища, приготовления еды, изготовления из меди,

 бронзы, железа  и других металлов предметов  быта, инструментов и т.д. 

 С древнейших  времен известны уголь и нефть  - вещества, дающие при

 сжигании  большое количество теплоты. Сейчас  формулировка "топливо"

 включает  все вещества, которые дают при  сжигании большое количество

 теплоты,  широко распространены в природе  и (или) добываются 

 промышленным  способом. К топливу относятся  нефть и нефтепродукты

(керосин, бензин, мазут, дизельное топливо), уголь,  природный горючий

 газ, древесина  и растительные отходы (солома, лузга  и т.п.), торф,

 горючие сланцы, а в настоящее время и вещества, используемые в ядерных

 реакторах  на АЭС и ракетных двигателях. 

Таким образом, классификацию топлива можно  провести, например по его

 агрегатному  состоянию: твердое (уголь, торф, древесина, сланцы), жидкое

(нефть и нефтепродукты)  и газообразное (природный газ). Также  можно

 разделить  виды топлива и по его происхождению:  растительное,

 минеральное  и продукты промышленной переработки. 

 Свойства  топлива зависят главным образом  от его химического состава.

 Основным  элементом любого топлива природного  происхождения является

 углерод (его  содержание составляет от 30 до 85% массы). В состав

 топлива также  входят H, O, N, S, зола, вода. 

 Практическая  ценность топлива определяется  количеством теплоты,

 выделяющейся  при его полном сгорании. Так,  при сжигании 1 кг древе-сины

 выделяется  теплота, равная 10,2 МДж, каменного  угля - 22 МДж, бензина

- 44 МДж. Эта  величина прямо зависит от  содержания в топливе углерода и

 водорода  и обратно - от содержания кислорода  и азота. 

 Другая важнейшая  характеристика топлива - его  жаропроизводительность,

 оцениваемая  значением максимальной температуры,  какую теоретически

 можно получить  при полном сгорании топлива в воздухе. При сгорании

 дров, например, максимальная температура не  превышает 1600 С, каменного

 угля - 2050 С,  бензина - 2100 С. 

Доля топлива  в общей структуре энергоресурсов, потребляемых

 человечеством,  преобладает примерно с начала  нашей эры. До 1970-х гг. на

 первом месте  был уголь, сейчас это положение  заняла нефть. По-видимому,

 в обозримом  будущем ведущая роль останется  за природным топливом. 
 

1.Понятие топлива 
 

     Топливо (кроме ядерного) — смесь веществ, способная (предназначенная) посредством внешнего воздействия к экзотермическим химическим реакциям с содержащимися в самом топливе окислителем и горючим, применяемая для выделения энергии, изначально тепловой. 

     Топливо представляет из себя смесь (механическую) горючего и окислителя (как правило кислород). В широком смысле понятие топлива более общее, нежели горючее или горючее ископаемое. Например, строго говоря, древесину нельзя назвать топливом, древесина — горючее, так как для её горения нужен окислитель (кислород). В широком смысле — один из видов потенциальной энергии, энергоноситель. 

     Химическая  или ядерная энергия топлива  переводится в различные виды энергии, и чаще всего через преобразование выделяемого при реакциях тепла  тепловыми двигателями. 

     Основной  показатель топлива — теплотворная способность (теплота сгорания). Для целей сравнения видов топлива введено понятие условного топлива (теплота сгорания одного килограмма «условного топлива» (у.т.) составляет 29,3 МДж или 7000 ккал — что соответствует низшей теплотворной способности чистого антрацита. 

     Печное  бытовое топливо предназначено  для сжигания в отопительных установках небольшой мощности, расположенных  непосредственно в жилых помещениях, а также в теплогенераторах средней  мощности, используемых в сельском хозяйстве для приготовления кормов, сушки зерна, фруктов, консервирования и других целей. 

     Стандарт  на котельное топливо — ГОСТ 10585-99 предусматривает выпуск четырёх  его марок: флотских мазутов Ф-5 и  Ф-12, которые по вязкости классифицируются как лёгкие топлива, топочных мазутов марки 40 — как среднее и марки 100 — тяжёлое топливо. Цифры указывают ориентировочную вязкость соответствующих марок мазутов при 50 °C. 

     Печное  топливо тёмное вырабатывается из дизельных  фракций прямой перегонки и вторичного происхождения — дистиллятов термического, каталитического крекинга и коксования. 

     По  фракционному составу печное топливо  может быть несколько тяжелее  дизельного топлива по ГОСТ 305-82 (до 360 °C перегоняется до 90 процентов вместо 96 процентов, вязкость печного топлива  до 8,0 мм2/с при 20 °C против 3,0-6,0 мм2/с дизельного). 

     При изготовлении печного топлива не нормируются цетановое и йодное числа, температура помутнения. При  переработке сернистых нефтей массовая доля серы в топливе — до 1,1 процента. 

     Для улучшения низкотемпературных свойств печного топлива в промышленности применяют депрессорные присадки, синтезированные на основе сополимера этилена с винилацетатом. 
 
 

2. Виды топлива и его характеристика 
 

Все существующие виды топлива разделяются на твердые, жидкие и газообразные.

Для нагрева  используется также тепловое действие электрического тока и пылевидное топливо. Некоторые группы топлива, в свою очередь, делятся на две подгруппы, из которых одна представляет собой  топливо в том виде, в каком  оно добывается, и это топливо  называется естественным; другая подгруппа — топливо, которое получается путем переработки естественного топлива; это топливо называется искусственным. 

Твердое топливо: а) естественное — дрова, каменный уголь, антрацит и торф; б) искусственное — древесный уголь, кокс и пылевидное, которое получается из измельченных углей. 

Жидкое  топливо: а) естественное — нефть; б) искусственное — бензин, керосин, мазут и смола. 

Газообразное  топливо: а) естественное — природный газ; б) искусственное — генераторный газ, получаемый при газификации различных видов твердого топлива (торфа, дров, каменного угля и др.), коксовальный, доменный, светильный и другие газы. 

Все виды топлива  состоят из одних и тех же элементов. Разница между видами топлива  заключается в том, что эти  элементы содержатся в топливе в различных количествах. Элементы, из которых состоит топливо, делятся на две группы. 

 К первой  группе относятся те элементы, которые горят сами или поддерживают  горение. К таким элементам  относятся углерод, водород и  кислород. 

 Ко второй  группе элементов принадлежат  те, которые сами не горят и  не способствуют горению; к  ним относятся азот и вода. Особо от названных элементов  стоит сера. Она является горючим  веществом и при горении выделяет  тепло, но ее присутствие в  топливе нежелательно, так как при горении серы выделяется сернистый газ, который переходит в нагреваемый металл и ухудшает его механические свойства. 

Выше было сказано, что количество тепла, выделяемое топливом при сгорании, измеряется калориями. Каждое топливо при горении выделяет неодинаковое количество тепла. Количество тепла (калорий), которое выделяется при полном сгорании 1 кг твердого или жидкого топлива или при сгорании 1 м3 газообразного, называется теплотворной способностью. Теплотворная способность различных видов топлива имеет широкие пределы. Например, для мазута теплотворная способность составляет около 10000 ккал/кг, для качественного каменного угля — 7000 ккал/кг и т. д. Чем выше теплотворная способность топлива, тем оно ценнее, так как для получения одного и того же количества тепла его потребуется меньше. Для сравнения тепловой ценности топлива применяется общая единица измерения. В качестве такой единицы принято топливо, имеющее теплотворную способность 7000 ккал/кг. Эта единица называется условным топливом. 

В зависимости  от происхождения топливо разделяется  на природное и искусственное. 

Природным называют топливо в том виде, в  котором оно было получено при  добыче: каменный уголь, древесина, торф, сырая нефть, природный газ и  др. 

Искусственное топливо - это продукт, полученный при технологической переработке природного топлива. Например: кокс, брикеты, дизельное топливо, мазут, генераторный газ и др. 

Наибольшее распространение  для сжигания в кузнечных печах  находят следующие виды естественного  топлива: бурый уголь, каменный уголь и газообразное топливо. Дрова и торф, обладая низкой теплотворной способностью, почти не пригодны для нагрева металла. 

Бурые угли. Бурые угли представляют собой наиболее молодые сорта каменных углей. Золы в бурых углях содержится от 9 до 45%. Теплотворная способность от 2500 до 5000 ккал/кг. Только что добытый бурый уголь отличается большим содержанием влаги (до 60%). На воздухе бурый уголь теряет влагу, и содержание ее понижается до 30%. Под влиянием атмосферных условий эти угли быстро выветриваются и превращаются в мелочь. При длительном хранении бурые угли самозагораются. В чистом виде бурые угли лишь некоторых месторождений (карагандинское и др.) используются для кузнечных печей с полугазовыми топками, так как они не могут нагревать металл до необходимой температуры. 

Каменный  уголь. Каменный уголь—один из основных видов топлива для кузнечных печей. Образуется каменный уголь отложением растений в течение длительного времени. Образующиеся отложения со временем покрываются толстым слоем земли. Под большим давлением, при полном отсутствии воздуха, происходит разложение древесины и образование каменного угля.

Процесс образования  угля идет очень медленно и длится тысячелетия. В зависимости от длительности образования получаются разные сорта  каменного угля с различной теплотворной способностью. Для кузнечных печей наиболее приемлемым является уголь с большим содержанием летучих, т. е. длиннопламенный и газовый. При длинном пламени создается возможность получения более равномерного нагрева металла в печи. 

Газообразное  топливо. Единственным естественным (природным) газом является «горючий газ», который выделяется из земли через естественные выходы или буровые скважины. Теплотворная способность нефтяного (природного) газа около 8000— 8500 ккал/м3 и может доходить до 15000 ккал/м3.

В настоящее  время естественный газ находит  широкое применение в промышленности и в быту, особенно в районах  его образования.

Среди искусственных  видов топлива особое значение для  кузнечного производства имеют кокс, древесный уголь, жидкое, газообразное и пылевидное топливо. 

Кокс. Кокс получается из каменного угля обработкой в специальных коксовых печах без доступа воздуха. При этом выделяются летучие, образуя богатый по калорийности газ, называемый коксовым, который, в свою очередь, является хорошим топливом.

Кокс содержит 87% углерода, 4% летучих веществ, 8% золы и 1—2% серы. Теплотворная способность  кокса 5600—7000 ккал/кг. В кузнечном  производстве кокс употребляется главным  образом в горнах. 

Древесный уголь. Древесный уголь выжигается из дров в специальных углевыжигательных печах и является лучшим топливом для кузнечных горнов. В древесном угле содержится очень мало золы и практически совсем не содержится серы. Однако ввиду дороговизны он употребляется редко. Древесный уголь содержит 84 % углерода, 14 % летучих и 2% золы. Теплотворная способность его 7000—8000 ккал/кг. 

Жидкое  топливо. Единственным жидким топливом естественного происхождения, имеющим промышленное значение, является нефть. Сырую нефть как топливо в печах не применяют, а применяют продукт ее переработки — мазут, т. е. остатки, получаемые после отгонки из нефти керосина и бензина. Мазут по составу не постоянен, чаще всего содержит углерода 84—86%, водорода 12,4%, кислорода + азота + серы 1,3%, золы 0,3 %, воды 1—2%. Теплотворная способность мазута 9500—10000 ккал/кг. 

Газообразное  топливо. Искусственное газообразное топливо получается путем газификации топлива в газогенераторах или как побочный продукт при других процессах, например, при коксовании — коксовальный газ, в доменном процессе—доменный газ. На металлургических заводах в специальных коксовальных печах вырабатывается кокс, который служит топливом для доменных печей. При этом как побочный продукт получается газ, который называется коксовальным. Теплотворная способность этого газа изменяется в пределах от 4000 до 5000 ккал/м3. 

Для лучшего  и более удобного использования  твердого топлива его превращают в газ в специальных устройствах, которые называются газогенераторами. Например, из торфа получают торфяной генераторный газ, из каменного угля — каменноугольный генераторный газ и т. д.

Теплотворная  способность генераторного газа зависит от вида топлива, из которого получен газ, и от способа газификации. Например, торфяной генераторный газ  имеет теплотворную способность  от 1500 до 1600 ккал/м3, каменноугольный генераторный газ — от 1200 до 1400 ккал/м3. 

Пылеугольное  топливо. Уголь для сжигания в нагревательных печах в виде пыли предварительно размалывается в специальных мельницах до частиц 0,07—0,05 мм. Сжиганием угольной пыли в печах достигается высокая температура нагрева металла. 

Топливо, которое по техническим и экономическим  соображениям невыгодно перевозить на большие расстояния из-за его  низкого качества, как правило, используют вблизи места добычи или получения, называется местным. 

К высококачественному  топливу относятся жидкое топливо  и природный газ. 

Все виды топлива состоят из горючей и  негорючей частей.

К горючей  части относятся: углерод, водород, углеводороды, а также сера, которая  вредна для котлов и окружающего  воздуха. 

К негорючей  части относятся кислород О2, азот N2, влага Н2О, и зола А. Влага и  зола составляют внешний балласт  топлива, а кислород и азот – внутренний. Топливо характеризуется рабочей, сухой и горючей массами. Условия  сжигания твёрдого топлива зависят от количества и свойств имеющихся в нём золы, влаги, количества летучих горючих веществ. При сжигании жидкого топлива (мазута), имеющего высокую вязкость, одна из основных задач - распыление его на мелкие капельки. Газовое топливо наиболее пригодное для смешивания его с воздухом, который необходим для горения, поскольку топливо и воздух находятся в одном агрегатном состоянии.  

Не каждое вещество способное гореть может  быть использовано в качестве топлива. Топливо представляет собой вещество, умышленно сжигаемое для получения теплоты и должно отвечать следующим требованиям: 

1. При сгорании выделять как можно больше теплоты; 

2. Сравнительно легко загораться и давать высокую температуру; 

3. Быть достаточно распространенным в природе; 

4. Его количество и нахождение должно быть рентабельным при добыче; 

5. Дешевым при использовании; 

6. Сохранять свои свойства при хранении и транспортировке. 

Этим  требованиям наиболее полно отвечают вещества органического происхождения: такие как нефть, ископаемый уголь, горючие сланцы, торф.  

По агрегатному  состоянию все виды топлива могут  быть разделены на газообразные, жидкие и твердые, а по происхождению  на естественные и искусственные. 
 
 

3.Уровень  и структура потребления  топлива 
 

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. Также огромны запасы ядерного топлива, однако его использование накладывает высокие требования к безопасности, высокие затраты на подготовку, эксплуатацию и утилизацию топлива и попутных материалов. 

Мировое потребление  ископаемых топлив составляет около 12 млрд т. у.т. в год. По данным BP Statistical review of World Energy 2003, за 2002 год потребление ископаемого топлива составило: 

• В Европейском  союзе (EU-15) — 1396 млн тонн нефтяного  эквивалента (2,1 млрд т. у.т.)

• 45 % — нефть, 25 % — газ (природный), 16 % — уголь, 14 % — ядерное топливо

• В США — 2235 млн тонн нефтяного эквивалента (3,4 млрд т. у.т.)

• 40 % — нефть, 27 % — газ (природный), 26 % — уголь, 8 % — ядерное топливо

Доля возобновимых источников энергии в энергобалансах 

• Европы  — 5 %
• США — 2 %

По приблизительным  оценкам энергопотребление России составляет 1,3 млрд т. у.т. в год. 

• 6 % — ядерное  топливо
• 4 % — возобновимые источники

Заключение 
 

За последние 20 лет мировое энергопотребление  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. 

После приведения цифр стоит указать пример Австралии, в балансе которой солнечная  энергетика занимает около 30 %. Эту долю потребляет солевая промышленность, вырабатывающая продукцию естественным испарением на солнце. 

Все процессы добычи, переработки и транспортировки топлива охватывает топливная промышленность, которая является составной частью топливно-энергетического комплекса (ТЭК). Все отрасли ТЭК взаимосвязаны. 

 Чтобы учитывать  пропорции в добыче различных  видов топлива, его

 распределении  и использовании в стране, применяют  топливные балансы -таблицы, выражающие  соотношения добычи различных  видов топлива и их использованием  в хозяйстве. Топливные балансы  составляются, как правило, на  основе единицы условного топлива. В топливном балансе СССР до 1990 г. лидировала нефть, с 1990 г. на первое место вышел газ. Эта ситуация сохраняется до сих пор, а газ является основным экспортным продуктом России. Топливная промышленность нашей страны имеет редкую возможность опираться исключительно на собственные запасы. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Список  литературы 

1.Википедия-свободная энциклопедия http://ru.wikipedia.org 

2. http://www.yandex.ru