2.3.3 Нефть

Нефть – маслянистая горючая жидкость, представляющая сложную смесь углеводородов (C_nH_2n+2, C_nH_2n, C_nH_n). Углеводороды до C₄H₁₀ – газообразные, до C₁₆H₃₄ – жидкие, а затем твердые вещества. Обычно в нефти имеются и другие органические вещества, содержащие кроме углерода и водорода, кислород, азот, серу и другие элементы. Всего нефть включает сотни различных веществ. В ней содержится в среднем 83–85% углерода, 11–14% водорода, 0,3–0,5% серы и около 1% азотистых и кислородных соединений.

Теплота сгорания нефти 40000-46000 кДж/кг. Мировые запасы нефти оценивались в 1995 г. в 137 млрд. т., что при современных темпах добычи обеспеченны ими на 42 года. Россия занимает первое место в мире по запасам и 3-е место по добыче (301 млн. т в 1996 г.) после Саудовской Аравии (420 млн. т) и США (411 млн. т)

Себестоимость добычи нефти в пересчете на условное топливо в 3–4 раза ниже, чем угля. Нефть используется как топливо и сырье для глубокой переработки, продукты которой применяют во всех отраслях народного хозяйства.

2.3.4 Природный газ

Природный газ содержит в основном метан (CH₄), этан (C₂H₆), бутан (C₃H₈), и H₂S, CO₂, гелий и аргон. Теплота его сгорания 24000–42000 кДж/кг, а плотность 0,7–1,0 кг/м³.

Природный газ – высококалорийное топливо, удобное для транспортировки на большое расстояние, полностью сгорает при использовании.

Себестоимость его добычи более чем в 10 раз ниже себестоимости угля. Мировые запасы природного газа в 1995 г. оценивались в 148 трлн. м³, что при современных темпах добычи обеспечивается на 65 лет. Россия занимает 1-е место по разведанным запасам природного газа.

Попутный нефтяной газ – может присутствовать в нефтяных залежах (150-300 м³ на 1т нефти). Раньше он не находил применения и сжигался, но возможность его использования шире, чем природного газа, т.к. состав его разнообразнее и при химической переработке можно получить большой спектр химических продуктов. Теплота сгорания попутного газа составляет 21000–61000 кДж/м³, плотность – 1,16–1,38 кг/м³.

Природный и попутный газы являются топливом и сырьем промышленности органического синтеза. Из них получают сажу, метиловый спирт, ацетилен, формальдегид и другие продукты, производство которых обходится дешевле и проще, чем из другого сырья.

Суммарная добыча газа равна 600 млрд. м³/год.

2.3.5 Сжигание топлива

Назначение топлива – обеспечить при сгорании выделение тепла, достаточного для достижения температуры технологического процесса. В современных технологиях в основном используют природное топливо трех агрегатных состояний. В ряде случаев применяют и продукты его частичной или полной переработки (мазут, кокс), а также отходящие газы ряда производств (доменный, коксовый и др.).

В качестве твердого топлива сжигают обычно кокс и тонкоизмельченную угольную пыль. Кокс обеспечивает процесс горения и поддерживает хорошую газопроницаемость столба шихтовых материалов в доменных и шахтных печах, а также является сильным восстановителем оксидов металла при высоких температурах.

Жидкое топливо имеет преимущество перед твердым, так как может быть диспергировано на очень мелкие частицы, обеспечивает полноту горения, практически не содержит золы. Нефть дефицитна, поэтому используют главным образом мазут – один из продуктов переработки нефти.

Высокая стоимость, дефицитность мазута и нефти заставляет переводить технологические агрегаты на более дешевое газообразное топливо, которое наиболее технологично, так как легко смешивается с воздухом, обеспечивает точное регулирование и полноту процесса сжигания.

Сжигание топлива – это физико-химический процесс соединения его горючих составляющих с окислителем (кислородом), сопровождаемый интенсивным выделением тепла и быстрым повышением температуры продуктов горения. В зависимости от вида топлива и типа печей сжигание реализуется в форме факельного, вихревого или слоевого горения.

Факельное горение – осуществляют вдуванием смеси газообразного, жидкого или пылевидного топлива с воздухом в рабочее пространство печей, где она сгорает в ограниченной зоне (факеле). В этом процессе топливо сжигают при помощи горелочных устройств. Пламя представляет собой светящийся объем движущихся газов, в котором совершается процесс горения.

Вихревое горение применяется для смеси измельченного твердого топлива и воздуха, которая совершает вихреобразное движение по спирали в камере горения.

Слоевое горение имеет место при сжигании кускового топлива в слое, продуваемом воздухом, которое реализуется в шахтных печах, включая доменные, в газогенераторах и колосниковых топках.

Образующаяся при сгорании топлива газовая атмосфера является окислительной, если в ней содержится 3–5% и более кислорода, нейтральной (при концентрации кислорода не превышает 1–2%) и восстановительной (кислорода нет, но имеется водород, углерод и другие соединения с восстановительным потенциалом). В окислительной атмосфере углеводороды, водород и углерод топлива образуют воду и углекислый газ; в восстановительной среде продукты сжигания содержат окись углерода (СО) и водород, т.е. топливо сгорает не полностью, при этом выделяется меньшее количество тепла.