เชื้อเพลิงอินทรีย์: ชนิด องค์ประกอบ และการจำแนก

2024 ผู้เขียน: Howard Calhoun | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-17 19:10

พลังงานดั้งเดิมใช้เชื้อเพลิง 2 ชนิด คือ อินทรีย์และนิวเคลียร์ แม้จะมีความจริงที่ว่าตั้งแต่ครึ่งหลังของศตวรรษที่ XX พลังงานนิวเคลียร์มีการพัฒนาอย่างแข็งขัน ส่วนแบ่งของเชื้อเพลิงอินทรีย์ในโครงสร้างโดยรวมมีชัย ปัจจุบันเป็นแหล่งผลิตความร้อนและไฟฟ้าหลัก โดยรวมแล้วมนุษย์ใช้ประมาณสองร้อยประเภทซึ่งแต่ละประเภทมีลักษณะและตัวบ่งชี้ของตัวเอง

ดู

เชื้อเพลิงฟอสซิลมีหลายประเภท:

• โดยกำเนิด: ธรรมชาติ (ธรรมชาติ); ประดิษฐ์ (ได้มาจากการแปรรูปโดยธรรมชาติ).
• ตามพื้นที่การใช้งาน: พลังงาน (สำหรับผลิตไฟฟ้าและความร้อน); เทคโนโลยี (สำหรับการผลิตผลิตภัณฑ์อุตสาหกรรมต่างๆ)
• ตามสภาพร่างกายของสาร (โดยทั่วไปจะระบุไว้ในวงเล็บ): ของเหลว (น้ำมันเชื้อเพลิง); ของแข็ง (ถ่านหินฟอสซิล); ก๊าซ (ก๊าซธรรมชาติ).
• โดย "อายุการใช้งาน": ทดแทน (ไม้, พืช); ต่ออายุแบบมีเงื่อนไขซึ่งมีระยะเวลาการสะสมในเปลือกโลกเป็นเวลาหลายพันปี (พีท); ไม่หมุนเวียน (ถ่านหิน หินดินดาน น้ำมัน แก๊ส)

สำหรับแหล่งเชื้อเพลิงที่ไม่หมุนเวียน ระยะเวลาสะสมนานกว่าระยะเวลาการบริโภคโดยประมาณหลายเท่า

เชื้อเพลิงธรรมชาติ

เชื้อเพลิงฟอสซิลธรรมชาติแบ่งออกเป็นกลุ่มต่อไปนี้:

• ฟอสซิล (สกัดจากลำไส้): ถ่านหินแข็งและสีน้ำตาล ก๊าซธรรมชาติ; พีท; แอนทราไซต์; น้ำมัน; หินน้ำมันและอื่น ๆ
• ประดิษฐ์: น้ำมันเบนซิน; น้ำมันก๊าด; น้ำมันจากชั้นหิน; เชื้อเพลิงก้อน; ถ่าน; ลิกนินไฮโดรไลติก; ของเสียจากอุตสาหกรรมอาหาร การเกษตร เยื่อและกระดาษ น้ำมันเตา; เชื้อเพลิงก๊าซที่ได้จากผลพลอยได้จากการแปรรูปหินน้ำมัน การถลุงเหล็ก ไพโรไลซิส และกระบวนการทางเทคโนโลยีอื่นๆ เศษไม้แปรรูป (ขี้เลื่อย ขี้เลื่อย เศษไม้)

เชื้อเพลิงอินทรีย์จากขยะเกษตร

จากขยะเกษตร มักใช้สิ่งต่อไปนี้:

• เปลือกเมล็ดทานตะวัน;
• เปลือกบัควีท;
• แกลบ;
• ฟาง

เนื่องจากแหล่งเหล่านี้มีขนาดเล็ก จึงมักใช้เป็นเชื้อเพลิงสำหรับหม้อไอน้ำในท้องถิ่น

กำเนิด

ตามแนวคิดทางวิทยาศาสตร์ เชื้อเพลิงฟอสซิลทุกประเภทเกิดจากเศษพืชและจุลินทรีย์ที่มีอยู่จาก 500,000 ถึง 500 ล้านปีก่อน การสะสมเกิดขึ้นในส่วนต่าง ๆ ของเปลือกโลกที่ได้รับการปกป้องจากการเกิดออกซิเดชัน องค์ประกอบทางเคมีของสารตกค้างเหล่านี้ประกอบด้วย 4 องค์ประกอบหลัก:

• คาร์โบไฮเดรต;
• ลิกนิน (สารระหว่างเซลล์ของพืชชั้นสูง);
• สารคล้ายไขมัน (เรซิน ขี้ผึ้ง เอสเทอร์ของกลีเซอรอล);
• โปรตีน

ซากพืชและมอสที่อยู่สูงซึ่งสะสมอยู่บนพื้นที่แอ่งน้ำกลายเป็นพื้นฐานสำหรับการก่อตัวของฮิวโมลิท (ถ่านหินฟอสซิล) และสาหร่ายขนาดเล็กและแบคทีเรียที่ด้านล่างของอ่างเก็บน้ำ - แซปโพรไพไลต์ ภายใต้อิทธิพลของความดันและอุณหภูมิสูง สารอินทรีย์ถูกเปลี่ยนรูป (การรวมตัว)

ฮิวโมไลต์ที่มีการรวมตัวในระดับต่ำเรียกว่าถ่านหินสีน้ำตาล ที่อุณหภูมิสูงขึ้น กรดฮิวมิกจะถูกแปลงเป็นฮิวมินที่เป็นกลาง ถ่านหินขาดกรดฮิวมิกอย่างสมบูรณ์

ในแซปโพรพีไลต์ภายใต้สภาวะที่ไม่รุนแรง กระบวนการโพลีเมอไรเซชันของไฮโดรคาร์บอนไม่อิ่มตัวด้วยการก่อตัวของหินดินดานที่ติดไฟได้ ซึ่งในระหว่างการกลั่นจะให้เรซินจำนวนมากซึ่งมีองค์ประกอบคล้ายกับน้ำมัน การเปลี่ยนแปลงของซาโพรเพลที่อุณหภูมิสูงและการมีส่วนร่วมของตัวเร่งปฏิกิริยาของหินทำให้เกิดส่วนผสมของไฮโดรคาร์บอนในสถานะของเหลวและก๊าซ (น้ำมัน ก๊าซธรรมชาติ ก๊าซที่เกี่ยวข้อง)

เชื้อเพลิงแข็ง

เชื้อเพลิงฟอสซิลที่เป็นของแข็งเป็นวัสดุที่มีรูพรุนและมีรูพรุนต่างกัน โครงสร้างประกอบด้วยรูขุมขนและรอยแตกจำนวนมาก ก่อนการเผาไหม้ที่โรงไฟฟ้าพลังความร้อน วัตถุดิบจะถูกบดในเครื่องย่อยให้มีขนาด 15-25 มม. (การเผาไหม้เป็นชั้นในหม้อไอน้ำ) หรือบดให้เป็นผงเพื่อลดการสูญเสียจากการเผาไหม้ใต้ผิวดิน

เชื้อเพลิงฟอสซิลที่เป็นของเหลวและของแข็งอยู่บนพื้นฐานขององค์ประกอบทางเคมีที่ติดไฟได้ 5 อย่าง: C, H₂, O_{2, S. ภายนอก (ขี้เถ้าตกค้างหลังการเผาไหม้ ความชื้น) และบัลลาสต์ภายใน (ไนโตรเจนและออกซิเจน) ทำให้คุณภาพเชื้อเพลิงลดลง}

ลักษณะเชื้อเพลิงแข็ง

ประเภทหลักของเชื้อเพลิงอินทรีย์ที่ติดไฟได้ เกรด และคำอธิบายสั้นๆ แสดงไว้ในตารางด้านล่าง

ประเภทน้ำมัน	ยี่ห้อและพันธุ์	ลักษณะเฉพาะ
ถ่านสีน้ำตาล	1B, 2B, 3B (ขึ้นอยู่กับความจุความชื้น)	น้ำมันเกรดต่ำ; ดูดความชื้นและความชื้นสูง ความแข็งแรงทางกลต่ำ สารระเหยที่ให้ผลผลิตสูง ลดปริมาณคาร์บอน; แนวโน้มการเผาไหม้ที่เกิดขึ้นเองเพิ่มขึ้น ค่าความร้อน 7-20 MJ/กก.
ถ่านหินแอนทราไซต์	D, 1G, 2G, 1GJ, 2GJ, 1J, 2J, 1K, 2K, 1KO, 2KO, 1KS, 2KS, 1OS, 2OS, TS, 1SS, 2SS, 3SS, 1T, 2T, 1A, 2A, 3A	เชื้อเพลิงดั้งเดิม; ค่าความร้อนสูง (สูงสุด 25 MJ/กก); เนื้อหาคาร์บอนสูง; ดูดความชื้นและความชื้นต่ำ สูงความแข็งแกร่ง ผลผลิตของส่วนประกอบที่ระเหยได้ 3-40%
พีท	โม่; ก้อน	เชื้อเพลิงท้องถิ่น; ความชื้นสูง; สารระเหยที่ให้ผลผลิตสูง แนวโน้มที่จะเกิดการเผาไหม้เอง ค่าความร้อนหลังจากการอบแห้ง – 8 MJ/กก.
ชั้นน้ำมัน	humite-sapropelite; sapropelite kukersites (จำแนกตามแหล่งกำเนิด)	เนื้อหาที่มีความผันผวนสูงสุด; เชื้อเพลิงปฏิกิริยาสูง; ค่าความร้อนเฉลี่ย – 4.6-9 MJ/กก. เชื้อเพลิงเกรดต่ำ ที่ใช้สำหรับความต้องการในท้องถิ่นและเป็นวัตถุดิบในการผลิตเชื้อเพลิงพลังงานสูง (น้ำมันจากชั้นหิน เชื้อเพลิงก๊าซ)

อิทธิพลของความชื้น

ความชื้นสูงทำให้ติดไฟได้ยาก ลดอุณหภูมิในเตาเผา เพิ่มการสูญเสียความร้อน เชื้อเพลิงที่มีลักษณะทางธรณีวิทยาที่มีอายุยาวนานจะมีน้ำอยู่ในองค์ประกอบเพียงเล็กน้อย (ลิกไนต์, พีท)

ความชื้นมีหลายประเภท:

• การดูดซับ สะสมที่ขอบเขตของสถานะของแข็งและก๊าซ
• เส้นเลือดฝอย (รูขุมขน);
• ผิวเผิน (พบที่ผิวด้านนอกของชิ้นงาน);
• ไฮเดรต (ประกอบด้วยไฮเดรตแบบผลึก)

ความชื้น 3 ประเภทแรกสามารถขจัดออกจากเชื้อเพลิงฟอสซิลที่เป็นของแข็งได้โดยการทำให้แห้งที่อุณหภูมิ 105 ° C หลัง - ผ่านปฏิกิริยาเคมีเมื่อถูกความร้อนถึง 700-800 ° C เท่านั้น ระหว่างการขนส่งและการจัดเก็บกลางแจ้ง ปริมาณน้ำอาจเพิ่มขึ้นอย่างมาก ทำให้คุณภาพของเชื้อเพลิงลดลง

แร่เจือปน

เชื้อเพลิงแข็งทุกประเภทมีแร่ธาตุเจือปน ซึ่งส่วนใหญ่ประกอบด้วยสารประกอบต่อไปนี้:

• ซิลิเกต;
• ซัลไฟด์;
• เกลือคาร์บอเนตของ Ca, Mg และ Fe;
• ฟอสเฟต;
• คลอไรด์;
• แคลเซียมและเหล็กซัลเฟต

ในระหว่างการเผาไหม้เชื้อเพลิงฟอสซิล พวกมันได้รับการเปลี่ยนแปลงที่อุณหภูมิสูง อันเป็นผลมาจากเถ้าถ่านที่ไม่ติดไฟที่เป็นของแข็ง องค์ประกอบของมันแตกต่างจากสารดั้งเดิมอย่างมากเนื่องจากปฏิกิริยาต่อไปนี้:

• เปลี่ยนเกลือไอรอนออกไซด์เป็นออกไซด์
• การคายน้ำของสารประกอบซิลิเกต;
• การสลายตัวของคาร์บอเนต การปล่อย CO_{2 การก่อตัวของออกไซด์}
• ออกซิเดชันของสารประกอบกำมะถัน ปล่อยซัลเฟอร์ไดออกไซด์
• การระเหยของเกลือโลหะอัลคาไล

องค์ประกอบสุดท้ายของขี้เถ้าขึ้นอยู่กับเงื่อนไขของการเผาไหม้เชื้อเพลิงฟอสซิล ที่อุณหภูมิสูง มันสามารถละลายและกลายเป็นสถานะของเหลว (ตะกรัน) ส่วนหนึ่งของขี้เถ้าจะถูกลบออกจากเตาเผาพร้อมกับผลิตภัณฑ์จากการเผาไหม้ที่ระเหยได้ ซึ่งนำไปสู่มลพิษ ตะกรัน และการสึกหรอของอุปกรณ์เตาหลอม

การสลายตัวทางความร้อน

เชื้อเพลิงฟอสซิลที่เป็นของแข็งผ่านการสลายตัวหลายขั้นตอนเมื่อถูกเผา:

• bertination (อุณหภูมิสูงถึง 300 °С, คาร์บอนไดออกไซด์และคาร์บอนมอนอกไซด์, ไฮโดรเจนและไฮโดรคาร์บอน, น้ำ pyrogenetic ถูกปล่อยออกมา);
• กึ่งโค้ก (400-450 °С ปริมาณก๊าซที่ติดไฟได้หลักถูกปล่อยออกมา);
• coking (700-1100 °C เสร็จสิ้นกระบวนการปล่อยสารระเหย)

ผลิตภัณฑ์จากการเผาไหม้ของเชื้อเพลิงฟอสซิลเรียกว่าเบอร์ทิเนต กึ่งโค้ก และโค้กตามลำดับ

ค่าความร้อนต่ำสุดสำหรับหินดินดานที่มีเถ้าสูง พีทเปียก และถ่านหินสีน้ำตาล และค่าสูงสุดสำหรับแอนทราไซต์ ค่าความร้อนที่ต่ำกว่าซึ่งไอน้ำไหลออกสู่ชั้นบรรยากาศและไม่ควบแน่นสำหรับเชื้อเพลิงแข็งคือ 4.6-26 MJ / kg

เชื้อเพลิงเหลว

เชื้อเพลิงฟอสซิลเหลวสำหรับอุตสาหกรรมพลังงานได้มาจากน้ำมันโดยใช้การสลายตัวทางเทอร์โมเคมี น้ำมันเชื้อเพลิงใช้ในโรงงานขนาดใหญ่ (โรงไฟฟ้าพลังความร้อน โรงต้มน้ำ) และสำหรับใช้ในบ้าน จะใช้เศษส่วนกลั่นของผลิตภัณฑ์ปิโตรเลียม (น้ำมันเบนซิน น้ำมันก๊าด น้ำมันดีเซล น้ำมันดีเซล)

น้ำมันเชื้อเพลิง ก็เหมือนน้ำมัน เป็นสารประกอบคอลลอยด์เชิงซ้อน องค์ประกอบทางเคมีของมันแตกต่างกันไปตามขีดจำกัดต่อไปนี้ (เป็นเปอร์เซ็นต์):

• คาร์บอน – 86-89;
• ไฮโดรเจน - 9, 6-12;
• กำมะถัน - 0, 3-3, 5;
• ออกซิเจนและไนโตรเจน - 0, 5-1, 7.

ประเภทน้ำมันเชื้อเพลิง

จำแนกน้ำมันเตาดังนี้:

• ตามปริมาณกำมะถัน: กำมะถันต่ำ (<0, 5%); กำมะถันต่ำ (0.5-1%); กำมะถัน (1-2%) กำมะถันสูง (2-3.5%).
• ตามความหนืด (ในวงเล็บคือแบรนด์): เบาหรือกองทัพเรือ (F5, F12); ปานกลาง (40V, 40); หนัก (100, 200 และ 100V); ถ่านหินและหินดินดาน (เกิดขึ้นระหว่างการประมวลผลของหินดินดานและถ่านหิน)

ค่าความร้อนของเชื้อเพลิงเหลวจะอยู่ระหว่าง 39-41 MJ/กก.

เชื้อเพลิงแก๊ส

องค์ประกอบของเชื้อเพลิงก๊าซประกอบด้วยสารต่อไปนี้:

• ไวไฟ (ไฮโดรคาร์บอนอิ่มตัว, H₂, CO, H_{2S) และไม่ติดไฟ (คาร์บอนไดออกไซด์และกำมะถัน, ไนโตรเจน, ออกซิเจน, อากาศในบรรยากาศ) ก๊าซ;}
• ไอน้ำ;
• เรซิน;
• ฝุ่น

เชื้อเพลิงฟอสซิลประเภทต่อไปนี้มีการใช้กันอย่างแพร่หลายมากที่สุด:

• ก๊าซธรรมชาติ. ส่วนประกอบหลักคือมีเทน ก่อนบริโภค ก๊าซจะถูกทำให้แห้ง ขจัดฝุ่น และขจัดสิ่งสกปรกที่เป็นอันตรายของไฮโดรเจนซัลไฟด์ออก
• ก๊าซที่เกี่ยวข้องที่ปล่อยออกมาระหว่างการผลิตน้ำมัน การแยกไฮโดรคาร์บอนออกจากเฟสของเหลวจะดำเนินการในตัวแยก สัดส่วนปริมาตรของมีเทนน้อยกว่าในก๊าซธรรมชาติ และไฮโดรคาร์บอนหนักจะสูงกว่า ในเรื่องนี้จะเกิดความร้อนมากขึ้นในระหว่างการเผาไหม้เชื้อเพลิงฟอสซิล
• แก๊สเหลว. ส่วนประกอบหลักคือโพรเพนและบิวเทน รวมถึงสิ่งเจือปนของไฮโดรคาร์บอนหนัก ที่อุณหภูมิ 20 ° C และความกดอากาศจะอยู่ในสถานะก๊าซ เมื่อความดันเพิ่มขึ้นหรืออุณหภูมิลดลง ก๊าซจะผ่านเข้าสู่สถานะของเหลวซึ่งใช้สำหรับการขนส่ง วัตถุดิบสำหรับเชื้อเพลิงประเภทนี้คือก๊าซและก๊าซที่มาจากการกลั่นน้ำมัน
• แก๊สเตาอบโค้ก. เป็นผลพลอยได้ที่เกิดขึ้นระหว่างโค้กถ่านหิน ผลิตภัณฑ์เริ่มต้นถูกทำให้บริสุทธิ์จากสิ่งสกปรกที่เป็นอันตราย แอมโมเนีย อะโรมาติกไฮโดรคาร์บอน ผลผลิตสูงถึง 3000 ลูกบาศก์เมตรจากถ่านหิน 1 ตัน
• แก๊สเตาหลอม. มันเกิดขึ้นจากการทำงานร่วมกันของโค้กและแร่เหล็กในระหว่างการเป่าในเตาหลอม ผลผลิต – 2200-3200 m3 ต่อเหล็กหล่อ 1 ตัน

ค่าความร้อนของเชื้อเพลิงก๊าซขึ้นอยู่กับองค์ประกอบทางเคมีและอยู่ในช่วง 4-47 MJ/m3 ก๊าซที่ติดไฟได้เกือบทุกประเภทมีน้ำหนักเบากว่าอากาศและสะสมอยู่ใต้เพดานเมื่อรั่วไหล ความเข้มข้นต่ำสุดในส่วนผสมของอากาศที่จำเป็นสำหรับการจุดไฟคือเพนเทน (1.4% โดยปริมาตร)

ข้อกำหนดที่กำหนด

สำหรับการวิเคราะห์เปรียบเทียบคุณสมบัติของเชื้อเพลิงประเภทต่างๆ จะใช้คุณลักษณะที่กำหนด ซึ่งกำหนดเป็นอัตราส่วนของดัชนีคุณภาพของเชื้อเพลิงที่ใช้งานได้ต่อค่าความร้อนเฉพาะที่ต่ำกว่า

ตัวชี้วัดที่คำนวณได้หลักคือ:

• ความชื้น;
• เนื้อหาเถ้า;
• ปริมาณกำมะถันและไนโตรเจน

ในอุตสาหกรรมเชื้อเพลิงและพลังงาน แนวคิดของเชื้อเพลิงอ้างอิงยังใช้เพื่อเปรียบเทียบประสิทธิภาพของเชื้อเพลิงที่ใช้ เป็นเชื้อเพลิงที่มีความร้อนจำเพาะต่ำสุดในสภาพการทำงาน 7000 kcal/kg สำหรับเชื้อเพลิงแต่ละประเภท เป็นไปได้ที่จะคำนวณค่าสัมประสิทธิ์ความร้อนไร้มิติเป็นอัตราส่วนของความร้อนจำเพาะที่แท้จริงของการเผาไหม้ต่อค่านี้สำหรับเชื้อเพลิงอ้างอิง

เมื่อเชื้อเพลิงฟอสซิลถูกเผาจนหมด จะเกิดก๊าซไตรอะตอม (คาร์บอนไดออกไซด์และซัลเฟอร์ไดออกไซด์)แก๊ส) และน้ำ ปริมาณการใช้สาร (สำหรับเชื้อเพลิง 1 โมล) ที่เกี่ยวข้องกับการเผาไหม้คำนวณโดยสูตรตามเงื่อนไขที่ออกซิเจนทั้งหมดที่จ่ายให้กับอากาศจะทำปฏิกิริยา สมการดังกล่าวเรียกว่าสมดุลวัสดุของการเผาไหม้

ในสภาพจริง ค่าที่คำนวณได้จะได้รับการแก้ไขโดยใช้สัมประสิทธิ์ เนื่องจากจำเป็นต้องมีอากาศมากขึ้นสำหรับการเผาไหม้ที่สมบูรณ์ เพื่อตรวจสอบอุณหภูมิของผลิตภัณฑ์การเผาไหม้ รวบรวมสมดุลความร้อนของปฏิกิริยาออกซิเดชัน (ต่อ 1 กิโลกรัมของเชื้อเพลิงฟอสซิลที่เป็นของเหลวหรือของแข็ง หรือต่อ 1 ม.3 สำหรับเชื้อเพลิงก๊าซ) จากมุมมองของฟิสิกส์ สมการสมดุลความร้อนเป็นเพียงรูปแบบหนึ่งของการเขียนกฎการอนุรักษ์พลังงาน