![]() |
От алу мен жалындау температурасыDate: 2014-03-11; view: 2022. Отын классификациясы Астана Г. Глазырин С.А. БЕКІТЕМІН РМК ШЖҚ «Л.Н.Гумилев атыдағы Еуразия Ұлттық университеті» ЖЭ кафедрасының меңгерушісі
«Отын жағудың арнайы сұрақтары» пәні бойынша 050717, 5В071700 «Жылуэнергетика»мамандығының студенттері үшін дәрістік кешені
1 дәріс – Кіріспе – 1 сағат Жоспар: 1. Отын-энергетикалық кешеннің проблемалары 2. Отын туралы жалпы мәліметтер және оған қойылатын талаптар 3. ҚР отын балансы және оның даму перспективасы 4. Энергетикалық және технологиялық отын
Қазақстанда мұнайдың 1 млрд, табиғи газдың 2 трил. Тоннасы бар. Кейбір бағалауға қарағанда, мұнай қоры бірнеше млрд тонна, ал газ ондаған триллион м3, көмір – 150-160 млрд. Тонна. Қазақстанда мұнайдың белгіленген қоры 40 млрд барали, газ – 65 триллион 1,8 м3, көмір – 202 млрд. Тонна. Уран қоры – 600 000 тонна. Қазіргі кезде Қазақойл мәліметтері бойынша Республикада 77 кен орны жұмыс жасауда. Олардың ірілері: Карашығанақ, Кенбай, Жетібай, Жаңажол, Қаламқас, Өзен, Құмкөл және Қаражамбас.
Бақылау сұрақтары: 1. Отын-энергетикалық кешеннің проблемалары 2. Отын туралы жалпы мәліметтер және оған қойылатын талаптар
2 дәріс – Органикалық отын сипаттамасы – 1 сағат Жоспар: 1. Өндірістік отынның негізгі түрлері 2. Отын классификациясы 3. Бақылау сұрақтары
1. Өндірістік отынның негізгі түрлері Қазбалы отын сапрапельді және гумусты болып екіге бөлінеді. Сапрапельді көмір плактоннан, яғни қарапайым балдыр мен ұсақ жануар организмінен пайда болды. Тоқыраулы су қоймаларында өлі органикалық қалдықтардың биохимиялық таралуы мен шіріген лай – сапрапель пайда болады. Топырақ қабаттарымен ауамен келуінен сопрапельдің көмірленуінің ұзақ процесі нәтижесінде сопрапель көмірлері түзіледі. Бұл көмір жеңіл тұтатылып, жарық ысталатын жалынмен жанады. Сопрапель көмірінің құрамына – богхедтер, жартылайбогхедтер, кеннельдер және кеннель-богхедтер жатады. Сопрапель туындысының жанғыш қазбаларына сланецтер де жатады. Примусты көмірлер (қарашірік) – жоғары өсімдіктер - миллион жылдар бұрын өскен ағаштар мен көлемді папоротниктер қалдықтарынан түзілді. Өсімдіктер қалдықтарынан шымтезек пайда болуына қарағанда, қазбалы көмір пайда болуы пласттардың жайылу тереңдігі, температурасы, көмірпайда болу аймағында қысымға байланысты. Қазбалы көмірлердің химиялық жасы бойынша жастарының органикалық массасы өсімдіктердің органикалық массасынан көміртегінің зор құрамы мен сутегінің пайыздық құрамының салыстырмалы аз өзгеруі кезінде оттегінің аз құрамымен ерекшеленеді. Метаморфизм (айналу) дәрежесіне байланысты қазбалы көмірлер қоңыр көмір, тас көмір, жартылайантрацит және антрацит болып бөлінеді. Қазбалы отынның көміртегіленген түрі бетіне жақын жатады. Пассивті көміртегіленгендері – маңызды тереңдікте. Қоңыр көмірді КОН, NаОН ерітінділерімен қыздырғанда, сілтілік ерітінді қызылқоңыр түске боялады, ерітіндіні минералды қышқылмен өңдегенде гумин қышқылдары шығады. Қоңыр көмірге ерітілген азот қышқылымен әсер еткенде, қызылқоңыр түске боялған ерітінді пайда болады. Қоңыркөмірдің көбіне өзіндік жану ие, олар ұзақ сақтау мен ұзақ жолға тасымалдауға келмейді.
Қазбалы көмірлердің диагностикалық белгілері
Тас көмірлер қоңыр көмірге қарағанда метаморфталған. Олардың құрамында көптеген жағдайда гумин қышқылдары болмайды және осыған сәйкес ерітіндіні сілтімен немесе азот қышқылымен өңдегенде қызылқоңыр түске боялған сығынды бермейді. Табиғатта қазбалы көмірлердің пайда болуы бірнеше кезеңде өтеді: өлі өсімдіктер → шымтезек → қоңыр көмір → тас көмір → антрацит.
1) Қоңыр көмір пайда болу процесінде ағаштан дымқылдық, метан және СО2 бөлінеді. Қатынасы келесідей => 64Н2О+8СН4-СО2. Бұнда құрғақ ағаштың 1 тоннасына метанның (СН4) 38 м3 және 4,2 м3 СО2, қоңыр көмірдің 730 кг. Қоңыр көмірдің пайда болуы негізінен 10-60 млн жыл бұрын басталды.
2) Көмірленудің екінші кезеңі – қоңыр көмірден жас тас көмірлердің пайда болуы 1 т ағаштан СО2 ~ 145 м3 санында СО2 бөлінеді. Бастапқы ағаштың 1 т жас тас көмірлер пайда болу саны ~530 кг.
3) Көмірленудің үшінші кезеңі – жас тас көмірден жартылайантрацит пайда болуы. Түрлі қатынаста Н2О, СН4, СО2 бөлінуімен жүреді және аралық тас көмірі пайда болуымен 3 кезеңге бөлінеді.
4) Процестің төртінші кезеңі – жартылайантрациттен антрациттің пайда болуы, ол метанның СО2 және Н2О бөлінуімен жүрмейтін, зор көлемінің пайда болуымен сипатталады. Осының нәтижесінде жартылайантрацитпен салыстырғанда, антрациттің жану жылуы төмендейді. Пайда болған антрацит бастапқы ағаштың 1 т - 370 кг құрайды. Тас көмір мен антрациттің пайда болу процесі негізінен 200-250 млн. жыл бұрын жүрді. Көмірлерді зерттеу процесінде оларды бензол, спирт немесе басқа ерітініділермен өңдейді, бұнда ерітінді битумнан, яғни көміртегілер қоспасы, майлы қышқылдар, күрделі эфир мен басқа органикалық қоспалардан өтеді. Ащы сілті (NаОН) ерітіндісімен өңдеу жолында көмірден органикалық қышқылдарға тән, құрамында бірнеше карбаксильді топ – СООН бар жоғарымолекулярлы гуминді қышқылдарды, сонымен қатар карбаксильді, карбанильді, метаксильді (ОСН3) алуға болады. Аталған операциялардан кейін жай жағдайда органикалық қоспалар мен ерітінділерде ерімейтін қалдық көмір алынады.
Жасанды қатты отын. Қатты отынның термиялық өңделуі Ауа келуінен қатты отынды қыздыру инертті ортада қыздыру кезінде отынның ыстық массасының ыдырауы мен олардан СО, СО2, Н2, СН4 және басқа газтәрізді көміртегі мен шайыр буларының бөлінуі жүреді. Ұшпалы заттарды үрлетуден кейінгі қалдықтарда О2 мен Н2 аз, бастапқы отындағыдан кем, ал С (көміртегі) көп. Осындай жолмен алынатын жасанды отын жалынсыз жанады және жоғары жану жылуы мен қызуөндіруге ие. Оны домналы пештерде тұрғын отын ретінде және басқа мақсатта қолданылады. Қатты отынды термиялық өңдеу процесін басқадай атайды: - отынды құрғақ айдау; - пирогенетикалық айдау; - термиялық ыдырау. Қатты отынды термиялық өңдеуді негізінен t = 1000ºС (кокстау) немесе t = 550ºС (жартылайкокстау) арқылы жүзеге асырылады. Анықталған маркалы тас көмірді кокстау процесінде домналық пештер мен вагранка үшін тығыз кокс, шайыр және кокстық газ алады. Тас көмір, қоңыр көмір, шымтезек және ағашты жартылайкокстау процесінде онша тығыз емес жартылайкокс, бағалы бастапқы шайыр және жартылайкоксты газ алынады.
Ағаш көмір Ағашты t = 550ºС құрғақ айдау кезінде пештерде газ, газ саны ~20%, отынның құрғақ массасы көлемінен, шайырдың 7%, шайырасты суы ~50%, яғни метил спиртінің (СН3ОН) сулы ерітінідісі, ацетон (СН3СОСН3) және сілті қышқылы (СН3СООН), ағаш көмірдің көміртегіден айырылған қатты қалдығының 23 %. Құрғақ айдау температурасын жоғарылату кезінде көмірде О2 мен Н2 құрамы кемиді, құрамы өседі және жану жылуы өседі. Ағаш көмірде 1-2 %, минералды заттар мен 5-6 % дымқылдық бар. Ағаш көмірде дымқылдықтың аз құрамы отын мен салыстырғанда олардың жану жылуымен ыстықөнімділігімен ерекшеленеді.
Ағаш көмір мен отынның жылутехникалық сипаттамасы
Ағаш көмір тас көмір мен антрациттен айырмашылығы күкірттің болмауы, осыған байланысты ағаш көмір жоғарысапалы металлды балқыту үшін бағалы отын болып саналады. Жоғары бұдырлылыққа байланысты (80%) оны технологиялық процестер қатарында абсорбент ретінде қолданылады.
Қоңыр-көмірлі және тас-көмірлі жартылайкокс t = 550ºС кезінде тас және қоңыр көмірді жартылайкокстау процесінде алындаы, 60-80 м3 – құрғақ массаның 1 т газ, 80-200 кг шайыр, 700-750 кг жартылайкокс. Жартылайкокстың ыстық массасының құрамына кіреді: С – 90-92 %, Н – 2-3 %, О – 3-4 %, S – 0,2-1,5 %, N - 2 %, Q – 5700-6500 ккал/кг, WБУ – 12-20 %, WКУ – 4-10 %.
Ағаш көмір мен отынның сипаттамасы
Көмір мен отынның элементарлы және агрегаттық құрамы
Күл пирамиданың қалыптары; 1 – қыздыруға дейін; 2 – деформация басталуы; 3 – балқытылған; 4 - сұйық қорытылған қалыпы.
Қыздырған кезде осындай сипаттама температуралар анықталынады: t1 –деформация басталуы; t2 – езілген (балқытылған); t3 – сұйық қорытылған қалыпы.
Бақылау сұрақтары: 1. ЖЭС қандай отын қолданылады? 2. Жасанды отынныңтүрлері қандай?
3 дәріс - Мұнай және оның пайда болуы. Жасанды сұйық отынның түрлері – 1 сағат Жоспар: 1. Оттық мазуттар. 2. Мұнайды өңдеу 3. Мазут тығыздығы 4. Табиғи газ 5. Бақылау сұрақтары 1. Оттық мазуттар. Ақ мұнай – 0,763 г/см3 Сары мұнай – 0,77-0,798 г/см3 Қызыл мұнай – 0,792-0,82 г/см3 Қоңыр мұнай – 0,798-0,967 г/см3 Мұнай көміртегі, түрлі гомологиялық қатар және көміртегілік емес (О, S, N) компоненттерден тұрады.
2. Мұнайды өңдеу Шикі мұнайды қарапайым өңдеуді, көміртегі мен оларға сәйкес түрлі молекулярлы салмақты органикалық қосылыстардан тұратын фракциялар қатарына бөлу жолымен жүзеге асырылады. Процесс, көміртегінің молекулярлы салмағының ұлғаюымен олардың қайнау температурасы өседі. Қазіргі мұнай өңдеудің мәнісі: шикі мұнай және оны өңдеу өнімдерін құбырлы пештерде немесе басқа қондырғыларда қыздырылады: 1) мұнайды дымқылдықтан бөлу процесінде; 2) шикі мұнайды фракцияға бөлу кезінде; 3) мазутты бөлу кезінде; 4) крекинг процесінде (creking – бөлу, ыдырату). Қазіргі құбырлы мұнайөңдеу қондырғыларында қыздырылатын мұнайөнімдері буын айдап әкету жүзеге асырылады, ал айдап фракцияларға бөлу қайнау температурасы бойынша әкетілетін буларды ректификациялық колонкаларда жүреді. Мұнайды айдауды бірсатылы және екісатылы қондырғыларда жүзеге асырылады. Атмосфералық қысым астында екісатылы қондырғыларда шикі жансыздырылған мұнайдан жеңіл фракциялар – бензин, лигроин, керосин, газойл айдайды. Берілген дистилляттарды айдаудан шығатын қалдықтар – мазут – вакуум астында жұмыс істейтін екісатылы қондырғыға беріледі. Мазуттан вакуумды қондырғыларда майлау майлары ретінде және басқа мақсаттарға қолданылатын фракциялар қолданылады. Крекинг шикі мұнайды айдағанда 20-30 % бензин, 30-45 % лигроин, керосин, газойль, 25-50 % мазут алынады. Мұнайөнімдерін жақсарту процестері – рифор-минг (платформинг), алкилирлеу, изомерзация. Бұл процестер мұнайөнімдерінің сапасын жақсартады. Рифор-минг. Жоғарыоктанды бензинді алу үшін жеңіл дистилляттарды риформинг процесінен өткізеді – нафтенді және парофинді көміртегіні жоғары детакациялы тұрақтылыққа ие ароматикалыққа жоғарытемпературалы түрлендіру. Рифор-минг процесі катализатор болуымен t = 550ºС мен 20-40 атм қысым кезінде жүзеге асырылады. Катализатор ретінде алюминий қышқылына енгізілген молибден қышқылы немес алюминий қышқылына енгізілген платина қолданылады.
Мазуттың ыстық массасының элементарлы құрамы, % - max
3. Мазут тығыздығы Стандартта мазутқа t = 20ºС тығыздық белгіленеді. Мұнайды тура өңдеу кезінде алынатын мазут тығыздығы 0,88-0,95 г/см3 шегінде болады. Тауар - оттық мазут, негізінен жоғарытұтқырлы тығыздықтан жоғары. Мазут тығыздығы 0,94-1,02 г/см3 құрайды. Мазут тығыздығы құрамындағы суды тұндыру арқылы анықтау процесінің жүрісін анықтайды. Мазут пен басқа мұнайөнімдерінің тығыздығын ареометр, гидростатикалық таразы және пикнометр арқылы анықталады.
Мазут тұтқырлығы Стандартта нормаланған шартты тұтқырлық мазут пен дизель отынына отынның 200 мл дистиллерленген судың берілген көлеміне 20ºС ағып өтуі беріледі. Мазутты жағу мен айдау кезінде қолданылатын форсунка мен басқа шарттарға байланысты оның тұтқырлығын 1,5-3,0ШТ (шартты тұтқырлық) ұстап тұру қажет. Сондықтан мазутты қайта жылытып отыру қажет.
Қатып қалу температурасы
Жоғары температурада қатып қалатын және жоғары тұтқырлыққа ие мазутты тасымалдау мен қолдану кезінде қыздырылуды талап етеді. Бұнда өрт қауіпіздігін сақтау үшін от алу мен жалындау температурасын бақылаған жөн. От алу температурасы дегеніміз қыздырылатын мұнайөнімдерінің булары айналадағы ауамен қосылып, оған от алдырғанда жалын тудыратынын айтамыз. От алу температурасы мұнайөнімдеріне түскенде кемиді, от алудың төмен температурасы бар жеңіл көміртегілер көлемінде де. От алу температурасын стандартты әдіспен ашық және жабық тигельде анықтайды. Ашық және жабық тигельде анықталған температура айырмашылығы 20-60 %. Мұнайөнімдерінің от алудың төмен температурасында оны жабық, ал жоғары температурасында ашық тигельдерде анықтайды. ГОСТ сәйкес түрлі маркалы мазуттың от алу температурасы 80-140ºС температурадан кем болмаған жөн. Жалындау температурасы дегеніміз стандартты ережеде қыздырылатын мұнайөнімі оған от жақындатқанда, 5 секунд жанады.
Мазуттағы күкірт құрамы Мазутта бастапқы шикі мұнаймен салыстырғанда 25-50% кем күкірт болады. Отттық мазут азкүкіртті (0,5% дейін), күкіртті (0,5-2,0%), жоғарыкүкіртті (2,0-3,5%) болады. Жеке жағдайларда жоғарыкүкіртті мұнайды өңдеуден кейін электр станцияларға күкіртті 4,3% мазут әкелінеді. Отынды жағу кезінде күкірт SO2 пайда болуымен жанады. Бірақ жану өнімдерінде артық оттегі болғанда, СО2 бір бөлігі СО3 дейін қышқылданады, ал Н2О әрекеттесіп, Н2SО4 түзеді (SO2→SO3+Н2O= Н2SO4). Мұнайдың минералды массасындағы ванадий қышқылдану процесіне католитикалық әсер етеді SO2→SO3. Қышқыл күкірт SO3 металлды қатты кародирлейді, сондықтан мартен пештеріндегі отында ГОСТ 10585-63 сәйкес күкірт құрамы 0,5% аспау керек. Қазандық қондырғыларда мазутты қолдану кезінде кетуші газ температурасы шық нүктесінен жоғары болғаны жөн, бұл қазанның құйрықтық беттерінің корродирлеуші конденсатты болдырмау үшін. Азкүкіртті мазутты жағу кезінде шық нүктесі, парциалды қысымды ескерумен жану өнімдерінің құрамындағы сулы бу конденсациясы температурасымен анықталады. 4. Табиғи газ Табиғи газдың негізгі техникалық сипаттамасы: тығыздық, жарылғыштық және улылық. Тығыздық Газды отынның барлық түрлері ауадан жеңіл. Сондықтан бөлмеге енген газ арқалыққа енеді, сондықтан қауіпсіздік мақсатында бугенераторын жіберу алдында мүмкін жинақталу орындарында газ болуы-болмауын тексереді. Тәжірибеде газ тығыздығының ауа тығыздығына қатынасын білдіретін газ тығыздығы ұғымын қолданады:
осында,
Жарқ ету (вспышка) және тұтану (воспламения) температурасы Жарқ ету (вспышка) және тұтану (воспламения) температурасы деп, сұйық отынның (немесе басқадай мұнай өнімдерінің, мысалы, жанармайдың) нақтылы жағдайда қыздырылғанда бөлінетін будың мөлшерінің қоршаған ауамен қоспасының жалынды жақындатқанда тұтану температурасын айтады. Бұл жағдайда отынның өзі әлі жанбайды. Егер отынға жалынды жақындатқан кезде будың тұтануынан кейін (5 сек кем емес) отынның өзі жанса, ол температура тұтану (воспламения) температурасыдеп аталынады. Бір мұнай өнімдері үшін екі температуралық айырмасы аса үлкен болмайды, әдетте 60-70°С аспайды. Отынның жарқ етужәне тұтану (жалындау) температурасы қайнау температурасының қысымы азайған кезде артады. Ыстық газ бен ауаның қоспасы от болған жерде жарылуға әкелу мүмкін. Ауадағы ыстық газдың қауіпті концентрациясы газдың химиялық құрамы мен қасиеттеріне байланысты. Жалындатудың төменгі шегінен төмен концентрациясы кезінде газауалық қоспа жарылмайды. Жалындатудың шегінен жоғары концентрация кезінде қоспа жалындайды, бірақ баяу жанады.
20ºС мен 1 МПа қысым кезінде газауалық қоспа жалындануының шегі
Улылық Улылық дегеніміз газды отынның улануға әкелу мүмкіндігі. Аса қауіпті компоненттер: көміртегі қышқылы (СО) мен күкіртті сутегі (Н2S). СО ауадағы мүмкін шектеулі концентрациясы 0,03 мг/л немесе 0,0024% айн. Өмір үшін көміртегі қышқылының 0,4% айн. саналады. Адамға 5-6 минут әсер еткенде. Ауада әлсіз 0,02% айн. СО бары да улануға әкеледі. Табиғи газдарда күкіртті қоспалар болмайды. Аралық газдарда күкіртті сутегінің (25% дейін) құрамы бар. Ол өте улы. Ауада күкіртті сутегінің мүмкін шектеулі концентрациясы 0,01 мг/л. Күкіртті сутегінің қышқылдану өнімдері түтіндік газдарда қазанның қыздырылу бетінің коррозиясына және атмосфералық ауаның ластануына әкеледі. Бақылау сұрақтары: 1. От алу мен жалындау температурасы 2. Мазуттағы күкірт құрамы? 3. Улылық дегеніміз не?
4 дәріс – Жану теориясының жалпы сұрақтары – 1 сағат 1 Отындардың құрамдары. 2 Жану жылуы. 3 Жануға қажетті ауаның саны. 4 Ауа артықтығының коэффиценті 5 Жану өнемінің есебі 6 Бақылау сұрақтары 1. Отындардың құрамдары Отындардың барлық түрлері өздерінің агрегаттық жағдайларына сәйкес қатты, сұйық және газды болып бөлінеді. Кез келген жоғар май үшін оның құрамы жану өнімінің шығуы мен қышқылдардың шығуындағы жану барысының көрсеткішін анықтауға мүмкіндік беретін маңызды бастау болып табылады. Қатты және сұйық органикалық отың жанатын және жанбайтын элементердің күрделі химиялық қосынды сияқты. Химиялық сораптаулардың әдістерімен осы отындардың элементтік құрамдары, яғни осы немесе басқа химиялық элементердің органикалық отың пайыздың бөлшегі. Кез - келген қатты немесе сұйық отындардың құрамына енетін негізгі химиялық элементтер мыналар: С көміртегі, Н сутегі, О оттегі және аз ғана мөлшердегі S күкірт және N азот. Аталған элементерден басқа қатты (сұйық) отындардың құрамында отынды жаққан кезде күлге А, W ылғал айналатын жанбайтын минералды заттар болады. Ылғал мен күл отынның ішкі пішіні деп те атайды. Аталған химиялық элементердің пайыздық құрамы мен бірге отынның жалпы салмағындағы ішкі пішінің құрайтындар отынның жұмыстық массасының әдеттегі құрамы деп аталады. Отынның жұмыстық массасының әдеттегідей құрамы мына түрде көрсетіледі
«р» индексі осы құрамының отынның жұмыстық массасының құрамына жанатындығын көрсетеді. Осы отың үшін минералды қоспалардың саны мен ылғал осы алу, тасмалдау, сақталудың жағдайна қарай қажеттілігінше өзгертіледі. Осымен байланысты жанармайдың әр түріне жылу химиялық ерешелігіне салыстырмалы баға берудің ыңғайлы үшін құрғақ, отың және органикалық масса деген шартты ұғымдар еңгізілген. Отынның осы есептік массасың құрайтындар «р» индексінің орнына «с», «г», және «о» индекстері қолданылады. Отынның құрғақ массасының әдеттегі құрамы
ал жанатын массасы
Отынның жоғары да келтірілген есептік салмағының әдеттегі құрамына күкірт енеді, ал нақты отынның үш түрінде кездеседі және осыған сәйкес органикалық бар, колчеданның Sк және сульфаттық Sс деп аталады. Органикалык күкірт отынның жоғары молекулалық, органикалық қосындысының құрамына енеді, колчеданның метталдық сульфатын көрсетеді (негізінен Fe Si ), сульфатты кальций мен темір сульфатын көрсетеді немесе отынның минералды бөлігіне енеді. Органикалық және колчеданның күкіртер отынның жаңған кезде қышқыл бөлінумен қышқылданады, ал сульфатық күкірт қышқылданбайды.
Газды отын дегеніміз жанатын және жанбайтын газдардың қоспасы. Мұндай отынның құрамы ондағы газдардың пайыздық құрамымен анықталады, және құрғақ отын үшін жалпы мына түрде көрсетіледі. жанатын бөлігі (пішіні) жанбайтын бөлігі
онда СтНп кез – келген газқұрайтын көмірқышқылы (СН4 басқасы) ол газды отынның құрамына енеді. Газ құрайтын отын үшін құрғақ массаның жұмыстыққа қарай есептелуі мына формула бойынша жүзеге асырылады
«К» мағынасы газ құрайтын отын үшін көрсеткішінен анықталады
W – 100 нм3 газ көлеміндегі су болады (газдағы Н2О пайыздық құрамына сәйкес болады) d, г/м3 газдыотынның ылғалдық құрамы 0,1013 МПа (760мм. рт. ст.) қысымен 279 К (0С) температура дұрыс қалыпқа келтірілген 1 м3 құрғақ газды отын су буының санына қатысты аңықталады. /№ 2 мысалы/
|