Combustibili - Informatii generale
In cazul in care combustibilul trebuie sa alimenteze un motor propriu ca la propulsarea rachetelor, un agent oxidant trebuie adaugat in combustibil.
Reactiile chimice care au loc in timpul combustiei combustibililor obisnuiti implica combinatia oxigenului cu carbonul, hidrogenul sau sulful prezent in combustibili. In urma acestor reactii rezulta dioxidul de carbon, apa sau dioxidul de sulf. Alte substante prezente in continutul combustibililor nu contribuie la combustie; ele se evapora in timpul combustiei sub forma de vapori sau raman dupa combuatie in forma de cenusa.
Eficienta combustibililor sau valoarea de incalzire a unui combustibileste de obicei masurata prin valorile energiei termice sau caldurii (implicata cand o anumita cantitate de combustibil arde sub conditiile standard). Valorile de incalzire pentru combustilii solizi sunt masurate in J / kg, iar pentru cei lichizi si gazosi in J / m.cub.
Se fac distinctii intre valori de incalzire inalte (intreaga caldura fiind implicata in timpul combustiei) si valori de incalzire scazute (caldura neta fiind calculata tinandu-se seama de caldura pierduta prin vaporizarea apei produse in timpul combustiei).
Reactiile chimice care au loc in timpul combustiei combustibililor obisnuiti implica combinatia oxigenului cu carbonul, hidrogenul sau sulful prezent in combustibili. In urma acestor reactii rezulta dioxidul de carbon, apa sau dioxidul de sulf. Alte substante prezente in continutul combustibililor nu contribuie la combustie; ele se evapora in timpul combustiei sub forma de vapori sau raman dupa combuatie in forma de cenusa.
Eficienta combustibililor sau valoarea de incalzire a unui combustibileste de obicei masurata prin valorile energiei termice sau caldurii (implicata cand o anumita cantitate de combustibil arde sub conditiile standard). Valorile de incalzire pentru combustilii solizi sunt masurate in J / kg, iar pentru cei lichizi si gazosi in J / m.cub.
Se fac distinctii intre valori de incalzire inalte (intreaga caldura fiind implicata in timpul combustiei) si valori de incalzire scazute (caldura neta fiind calculata tinandu-se seama de caldura pierduta prin vaporizarea apei produse in timpul combustiei).
SURSA 02
Caracteristicile combustibililor
Pentru caracterizarea unui combbustibil, in afara de starea fizica si de provenienta trebuie sa i se mai cunoasca compozitia chimica, puterea calorica, cantitatea de aer necesara arderi, temperatura gazelor de ardere etc.
Compozitia combustibililor: Combusitbili solizi contin diferite combinati organice ale elementelor C,H,S(elemente combustibile),O si N,alaturi de umiditate, (Wt) si substante minerale (Al) care dau cenusa.
Carbonul este elementul principal al combustibililor solizi. Acesta se gaseste in proportie de 50-95%, in functie de natura si varsta combustibililui . Prin arderea completa a unui kilogram de carbon se obtine o energie de 33.44o kJ.
Hidrogenul se gaseste in combustibilii solizi intre 2-6 %. Acesta este, de asemenea un element care ridica valoarea termica a combustibililui, intrucat prin ardere se degaja o mare cantitate de caldura .
Sulful participa cu o pondere de 0,1 – 7 %, in compozitia diferitilor combusitbili solizi. In combusitbil , sulful se gaseste sub trei forme: in combinati organice (sulf organic), sub forma de sulfuiri metalice, in combinati anorganice oxigenate (de exemplu,
sulfati). In procesul de ardere intervin numai sulful organic si cel piritic. Cu toate ca la arderea sulfului se degajeaza o mare cantitate de caldura, acest element este daunator in
procesul de ardere a combustibilior, deoarece SO2 format corodeaza patile metalice ale
focarului si are actiune poluanta (fiind un component al ploilor acide). Pe langa acesta, sulful necesita pentru aprindere o temperatura mare (500 – 600 C).
Azotul se gaseste in general in cantitate mica, nedepasind 2%. El este un element nedorit in masa combustibilului. Acesta nu participa la ardere, dar ia caldur a pentru a se incalzi pana la temperatura cu care gazele arse parasesc instalatia de ardere si prin urmare consuma o parte din caldura degajata la arderea combustibilului.
Oxigenul se gaseste in combusitbili in proportie de 2 % (antracid) pana la 44 % (lemn). Prezenta sa in combusitbil conduce la micsorarea valorii termice a acestuia, deoarece fiind combinat mai ales cu carbonul si hidrogenul, o cantitate din aceste elemente combustibile sunt deja oxidate.
Umiditatea combustibililor constituie de asemenea, un balast, prin faptul ca aceasta consuma o mare cantitate de caldura pentru a trece din starea lichida in starea de vapori. De asemsnea mareste volumul si corozivitatea gazelor de ardere.
Cenusa consituie un balast al combusitbilului, intrucat ii micsoreaza puterea calorica si uneori poate duce la dezorganizarea completa a procesului de ardere, fie prin faptul ca se acumuleaza in focar si impiedica admisia aerului, fie ca se topeste la o temperatura joasa (1150 – 1700 C), si formeaza un conglomerat plastic cu inglobarea unor cantitati de combustibil.
De aceea, in practica industriala,intotdeauna, la alegerea sistemului de ardere a combustibililor solizi se ia in consideratie cantitatea de cenusa si proprietatile ei.
Compozitia combustibilului poate fi determinata prin analiza chimica elementara, si prin analiza tehnica.
Prin analiza elementara se determina continutul procentual de C, H, N, O, S din masa organica a combustibilului, iar prin analiza tehnica se determina umiditatea, materiile volaitle, cenusa si carbunele fix.
Combustibili lichizi, cu cateva exceptii, provin din titei si sunt de trei tipuri:
- gaze lichefiate,
- combusitbili distilati,
- combustibili reziduali
Combustibilii lichizi distilati sunt:
- benzina,
- petrolul lampant
- motorina
Acestia contin in principal hidrocarburile C5 – C10, C10 – C15 si respectiv C12 – C1.
Combustibilii reziduali: sunt formati, in general, din reziduul obtinut la distilarea primara a titeiului si din reziduurile obtinute la craacarea termica a pacurilor sau a motorinelor.Acestia au o compozitie foarte complexa.
Combustibilii gazosi : au o compozitie foarte variata, ce depinde de originea acestora.Astfel, gazele naturale din tara noastra contin peste 99 % CH4, iar gazele combustibile artificiale constau dintr-un amestec de gaze combustibile si necombustibile.
Compozitia combustibililor gazosi: se exprima obisnuit in procente volumetrice. Principalele componente combustibile ale acestora sunt:CO, H2, CH4, alte hidrocarburi si H2S,iar componentele necombustibile insotitoare sunt: CO2, O2 si N2.
Puterea calorica
Puterea calorica exprima cantitatea de caldura care rezulta prin arderea completa a unei unitati de combustibil.
Puterea calorica a combustibililor solizi si lichizi se exprima in kj/kg sau kcal/kg,iar a celor gazosi in kj/m3N.
Majoritatea combustibililor contin in compozitia lor hidrogen, component care prin ardere se transforma in apa.In afara de acestea, inainte de ardere, combustibilii contin o cantitate mai mare sau mai mica de apa, care exprimata procentual reprezinta umiditatea initiala a acestora.Apa rezulta prin arderea hidrogenului si apa sub forma de umiditate poate sa se gaseasca in produsele de ardere sub forma de vapori sau sub forma lichida.
Intrucat calitatea de caldura determinata de arderea combustibililor depinde de starea de agregare a apei din produsele de ardere, in practica se deosebeste puterea calorica superioara si puterea calorica inferioara.
Puterea calorica inferioara (Qi ): reprezinta cantitatea de caldura obtinuta prin arderea
unei cantitati de combustibil, in cazul cand produsele de ardere au temperatura de 20 C;
in acest caz, apa din produsele de ardere fiind lichida, in puterea calorica determinata se include si caldura lanenta de condensare a vaporilor de apa .
Puterea calorica inferioara (Qi) reprezinta cantitatea de caldura determinata la arderea unei unitati de combustibil in conditiile in care produsele finale sunt evacuate la o temperatura mai mare de decat temperatura de condensare a vaporilor de apa.
In practica se ia in considerare numai puterea calorica inferioara, intrucat din instalatiile industriale se elimina produsele de ardere continand apa sub forma de vapori.
Arderea combustibililor
In vederea arderii unui combustibil, trebuie sa se asigure mai intai, prezenta simultana si a oxigenului si apoi sa se produca aprinderea.
Arderea oricarui combustibil este precedata de aprindere. Pentru aprinderea unui combustibil trebuie se existe o anumita proportie locala intre combustibil si oxigen si sa existe o sursa de energie pentru incalzirea combustibilului pana la temperatura de aprindere. Temperatura de aprindere de natura combustibilului si reprezinta cea mai joasa temperatura la care incepe arderea interna. Aprinderea combustibilului este precedata intotdeauna de o perioada de timp, numita perioada de inductie, pe durata careia, sub influenta temperaturii inalte si a altor factori, combustibilul sufera procese de descompunere si oxidare, cu formare de combinatii mai simple, produse intermediare active ca radicali, atomi sau molecule semi-stabile, cu o energie de activare mica, care participa la propagarea reactiilor de ardere.
Pentru caracterizarea unui combbustibil, in afara de starea fizica si de provenienta trebuie sa i se mai cunoasca compozitia chimica, puterea calorica, cantitatea de aer necesara arderi, temperatura gazelor de ardere etc.
Compozitia combustibililor: Combusitbili solizi contin diferite combinati organice ale elementelor C,H,S(elemente combustibile),O si N,alaturi de umiditate, (Wt) si substante minerale (Al) care dau cenusa.
Carbonul este elementul principal al combustibililor solizi. Acesta se gaseste in proportie de 50-95%, in functie de natura si varsta combustibililui . Prin arderea completa a unui kilogram de carbon se obtine o energie de 33.44o kJ.
Hidrogenul se gaseste in combustibilii solizi intre 2-6 %. Acesta este, de asemenea un element care ridica valoarea termica a combustibililui, intrucat prin ardere se degaja o mare cantitate de caldura .
Sulful participa cu o pondere de 0,1 – 7 %, in compozitia diferitilor combusitbili solizi. In combusitbil , sulful se gaseste sub trei forme: in combinati organice (sulf organic), sub forma de sulfuiri metalice, in combinati anorganice oxigenate (de exemplu,
sulfati). In procesul de ardere intervin numai sulful organic si cel piritic. Cu toate ca la arderea sulfului se degajeaza o mare cantitate de caldura, acest element este daunator in
procesul de ardere a combustibilior, deoarece SO2 format corodeaza patile metalice ale
focarului si are actiune poluanta (fiind un component al ploilor acide). Pe langa acesta, sulful necesita pentru aprindere o temperatura mare (500 – 600 C).
Azotul se gaseste in general in cantitate mica, nedepasind 2%. El este un element nedorit in masa combustibilului. Acesta nu participa la ardere, dar ia caldur a pentru a se incalzi pana la temperatura cu care gazele arse parasesc instalatia de ardere si prin urmare consuma o parte din caldura degajata la arderea combustibilului.
Oxigenul se gaseste in combusitbili in proportie de 2 % (antracid) pana la 44 % (lemn). Prezenta sa in combusitbil conduce la micsorarea valorii termice a acestuia, deoarece fiind combinat mai ales cu carbonul si hidrogenul, o cantitate din aceste elemente combustibile sunt deja oxidate.
Umiditatea combustibililor constituie de asemenea, un balast, prin faptul ca aceasta consuma o mare cantitate de caldura pentru a trece din starea lichida in starea de vapori. De asemsnea mareste volumul si corozivitatea gazelor de ardere.
Cenusa consituie un balast al combusitbilului, intrucat ii micsoreaza puterea calorica si uneori poate duce la dezorganizarea completa a procesului de ardere, fie prin faptul ca se acumuleaza in focar si impiedica admisia aerului, fie ca se topeste la o temperatura joasa (1150 – 1700 C), si formeaza un conglomerat plastic cu inglobarea unor cantitati de combustibil.
De aceea, in practica industriala,intotdeauna, la alegerea sistemului de ardere a combustibililor solizi se ia in consideratie cantitatea de cenusa si proprietatile ei.
Compozitia combustibilului poate fi determinata prin analiza chimica elementara, si prin analiza tehnica.
Prin analiza elementara se determina continutul procentual de C, H, N, O, S din masa organica a combustibilului, iar prin analiza tehnica se determina umiditatea, materiile volaitle, cenusa si carbunele fix.
Combustibili lichizi, cu cateva exceptii, provin din titei si sunt de trei tipuri:
- gaze lichefiate,
- combusitbili distilati,
- combustibili reziduali
Combustibilii lichizi distilati sunt:
- benzina,
- petrolul lampant
- motorina
Acestia contin in principal hidrocarburile C5 – C10, C10 – C15 si respectiv C12 – C1.
Combustibilii reziduali: sunt formati, in general, din reziduul obtinut la distilarea primara a titeiului si din reziduurile obtinute la craacarea termica a pacurilor sau a motorinelor.Acestia au o compozitie foarte complexa.
Combustibilii gazosi : au o compozitie foarte variata, ce depinde de originea acestora.Astfel, gazele naturale din tara noastra contin peste 99 % CH4, iar gazele combustibile artificiale constau dintr-un amestec de gaze combustibile si necombustibile.
Compozitia combustibililor gazosi: se exprima obisnuit in procente volumetrice. Principalele componente combustibile ale acestora sunt:CO, H2, CH4, alte hidrocarburi si H2S,iar componentele necombustibile insotitoare sunt: CO2, O2 si N2.
Puterea calorica
Puterea calorica exprima cantitatea de caldura care rezulta prin arderea completa a unei unitati de combustibil.
Puterea calorica a combustibililor solizi si lichizi se exprima in kj/kg sau kcal/kg,iar a celor gazosi in kj/m3N.
Majoritatea combustibililor contin in compozitia lor hidrogen, component care prin ardere se transforma in apa.In afara de acestea, inainte de ardere, combustibilii contin o cantitate mai mare sau mai mica de apa, care exprimata procentual reprezinta umiditatea initiala a acestora.Apa rezulta prin arderea hidrogenului si apa sub forma de umiditate poate sa se gaseasca in produsele de ardere sub forma de vapori sau sub forma lichida.
Intrucat calitatea de caldura determinata de arderea combustibililor depinde de starea de agregare a apei din produsele de ardere, in practica se deosebeste puterea calorica superioara si puterea calorica inferioara.
Puterea calorica inferioara (Qi ): reprezinta cantitatea de caldura obtinuta prin arderea
unei cantitati de combustibil, in cazul cand produsele de ardere au temperatura de 20 C;
in acest caz, apa din produsele de ardere fiind lichida, in puterea calorica determinata se include si caldura lanenta de condensare a vaporilor de apa .
Puterea calorica inferioara (Qi) reprezinta cantitatea de caldura determinata la arderea unei unitati de combustibil in conditiile in care produsele finale sunt evacuate la o temperatura mai mare de decat temperatura de condensare a vaporilor de apa.
In practica se ia in considerare numai puterea calorica inferioara, intrucat din instalatiile industriale se elimina produsele de ardere continand apa sub forma de vapori.
Arderea combustibililor
In vederea arderii unui combustibil, trebuie sa se asigure mai intai, prezenta simultana si a oxigenului si apoi sa se produca aprinderea.
Arderea oricarui combustibil este precedata de aprindere. Pentru aprinderea unui combustibil trebuie se existe o anumita proportie locala intre combustibil si oxigen si sa existe o sursa de energie pentru incalzirea combustibilului pana la temperatura de aprindere. Temperatura de aprindere de natura combustibilului si reprezinta cea mai joasa temperatura la care incepe arderea interna. Aprinderea combustibilului este precedata intotdeauna de o perioada de timp, numita perioada de inductie, pe durata careia, sub influenta temperaturii inalte si a altor factori, combustibilul sufera procese de descompunere si oxidare, cu formare de combinatii mai simple, produse intermediare active ca radicali, atomi sau molecule semi-stabile, cu o energie de activare mica, care participa la propagarea reactiilor de ardere.
SURSA 03
Combustibilii fosili sunt hidrocarburi, cărbune, petrol sau gaze naturale, formate din rămăşiţele fosilizate ale plantelor şi animalelor moarte. Teoria organică a formării hidrocarburilor din aceste resturi organice a fost emisă de către Mikhail Lomonosov în 1757. Există şi o teorie anorganică a formării ţiţeiului formulată în 1929 de chimistul român Ludovic Mrazek.
În vorbirea curentă, termenul „combustibil fosil” include şi resursele naturale cu conţinut de hidrocarburi, dar care nu provin din surse animale sau vegetale. Acestea sunt denumite mai corect combustibili minerali.
Combustibilii fosili au făcut posibilă dezvoltarea impresionantă a industriei din ultimele secole şi înlocuirea utilizării pe scară largă a lemnului şi turbei pentru încălzire.
„Combustibil fosil” este termenul folosit pentru depozite geologice subterane de materii organice formate din plante şi animale putrezite care s-au transformat în ţiţei, cărbune, sau gaze naturale, sub acţiunea căldurii şi a presiunii din scoarţa terestră, de-a lungul sutelor de milioane de ani. Pentru a genera electricitate, energia degajată de arderea combustibililor fosili este adesea folosită pentru a pune în mişcare o turbină. Generatoarele mai vechi foloseau adesea aburul obţinut prin arderea combustibililor pentru a pune în mişcare turbina, dar în generatoarele moderne, se folosesc direct gazele de ardere ale combustibililor.
În lumea modernă a secolelor 20 şi 21, setea de energie provenită din combustibili fosili, mai ales pentru benzină, provenită din petrol, este una din cauzele majore ale conflictelor globale şi regionale. S-a născut astfel o mişcare globală spre generarea de energie regenerabilă, pentru a ajuta la satisfacerea nevoilor crescânde de energie.
Arderea combustibililor fosili de către omenire este cea mai importantă sursă a emisiilor de dioxid de carbon, care este unul din gazele cauzatoare ale efectului de seră, care împiedică dispersarea radiaţiilor şi contribuie la încălzirea globală. Concentraţia de CO2 din atmosferă este în creştere, producând îngrijorare cu privire la gradul de reţinere a radiaţiei solare, care va avea ca rezultat creşterea temperaturii medii a suprafeţei terestre.
Doar o mică cantitate a combustibililor pe bază de hidrocarburi sunt biocombustibili, adică derivaţi din dioxidul de carbon din atmosferă, deci care nu contribuie, prin ardere, la creşterea cantităţii globale de dioxid de carbon.
Limite şi alternative
Principiul cererii şi ofertei sugerează că diminuarea rezervelor de hidrocarburi duce la creşterea preţurilor acestora. Ca rezultat, exploatarea surselor de energie alternativă, considerate ineficiente economic să devină eficiente. Benzina artificială şi alte surse de energie regenerabilă necesită tehnologii de producţie şi procesare mai scumpe decât exploatarea rezervelor convenţionale de petrol, dar pot deveni economic viabile în viitorul apropiat. Vezi Energiile viitorului.
Efecte asupra mediului
În Statele Unite, peste 90% din emisiile de gazele cu efect de seră provin din arderea combustibililor fosili.În plus, prin ardere se produc şi alţi poluanţi, ca oxizi de azot, dioxid de sulf, componente organice volatile şi metale grele.
Arderea combustibililor fosili generează acid sulfuric şi azotic, care cade pe Pământ ca ploaie acidă, având un impact atât asupra mediului natural cât şi asupra mediului artificial. Sculpturi şi monumente construite din marmură sunt în mod deosebit vulnerabile, deoarece acizii reacţionează cu carbonatul de calciu.
Combustibilii fosili conţin şi materiale radioactive, mai ales uraniu şi toriu, care este emanat în atmosferă. În anul 2000 au fost emise în atmosferă circa 12.000 de tone de toriu şi 5000 de tone de uraniu prin arderea cărbunelui. Se estimează că în cursul anului 1982, cărbunele ars în SUA a eliberat în atmosferă de 155 de ori mai multă radiaţie decât incidentul Three Mile Island. Arderea cărbunelor generează şi imense cantităţi de zgură şi funingine.
Exploatarea, procesarea şi distribuţia de combustibili fosili poate crea şi alte probleme mediului. Metodele de exploatarea cărbunelui, îndeosebi exploatarea în cariere de suprafaţă creează multe probleme, în timp ce forajele maritime sunt un pericol pentru organismele acvatice. Rafinăriile de petrol constituie reale ameninţări asupra mediului. Transportul cărbunelui necesită locomotive diesel, iar petrolul este transportat de către petroliere, toate acestea arzând combustibili fosili.
Reglementările de mediu încearcă o varietate de abordări, cum ar fi controlul cantităţilor de poluanţi şi a tehnologiei folosite, subvenţii economice sau programe voluntare pentru a limita aceste emisii.
Subvenţii pentru combustibili fosili
În termeni economici, poluarea provenită din combustibilii fosili este privită ca o externalitate negativă şi trebuie taxată. Acest lucru internalizează costul poluării şi face arderea acestor combustibili mai scumpă, reducând astfel utilizarea lor şi deci şi poluarea asociată cu aceştia. Cu toate că ţările europene impun taxe pe poluare, aceste taxe se întorc deseori ca subvenţii tocmai la industriile direct legate de combustibilii fosili, prin amânări şi scutiri de taxe.
Cu toate că taxarea este o variantă de reducere a utilizării acestora, încă nu s-a dovedit cu adevărat eficientă.
sursa:ipedia.ro
0 comments: