GORIVAPod gorivima podrazumevamo prirodne i veštačke materije koje procesom sagorevanja oslobađaju velike količine toplotne enrgije!

Najvažnije karakteristike goriva su:

•

hemijski sastav •

toplotna moć

•

temperatura sagorevanja•

ponašanje goriva u toku procesa sagorevanja

Goriva treba da ispune sledeće zahteve:

•

da proizvode veliku količinu toplote za kratko vreme•

da se nalaze u prirodi u dovoljnim količinama

•

da u prirodnom stanju ne sadrži velike količine nesagorivih materija

•

da mogu lako i jeftino da se dopreme do korisnika •

da ne menjaju bitno svojstva i da su bezbedna tokom eksploatacije

•

da produkti njihovog sagorevanja nisu opasni po okolinu

Sastav gorivaGorivo se sastoji od : C, O, H ,N, S ,od čega su sagorivi C, H, S.

Ugljenik

je najvažnija komponenta goriva jer njegovim sagorevanjem nastaje najveći deo toplote. Ugljenik je i najviše zastupljena komponenta.

Vodonik

je druga po važnosti komponenta goriva jer se sagorevanjem 1kg vodonika oslobađa približno 140 MJ toplote.

Sumpor

se u gorivu nalazi u vidu gorive i negorive komponente.Njegovo prisustvo u gorivu je nepoželjno jer izaziva koroziju, a produkti sagorevanja su ekološki veoma štetni (kisele kiše).

Kiseonik

nije goriv element, već

se sagorevanje odvija zahvaljujući njemu.

Azot

se javlja u obliku složenih organskih jedinjenja i ima ga veoma malo (do 2 %) u čvrstim i tečnim gorivima, a u većoj meri u proizvedenim gasovitim gorivima.

Vlaga

umanjuje toplotnu moć

goriva jer se za njeno isparavanje troši deo toplote nastao sagorevanjem goriva.

Toplotna moć

gorivaToplotna moć

goriva se definiše kao odnos oslobođene

količine toplote pri potpunom sagorevanju goriva i količine goriva iz koje je toplota oslobođena:

Razlikujemo gornju i donju toplotnu moć

goriva.

Gornja toplotna moć

goriva

Gornja toplotna moć

goriva (Hg)

je količina toplote koja se oslobodi potpunim sagorevanjem jedinice mase goriva pod sledećim uslovima:

•

voda iz produkata sagorevanja, koja potiče od vlage iz goriva i od sagorelog vodonika (H2), prevedena je u tečno stanje,

•

produkti sagorevanja goriva dovedeni su na temperaturu koju je gorivo imalo na početku i

•

sumpor (S) i ugljenik (C) iz gorive materije se nalaze u obliku svojih dioksida (SO2 i CO2), dok do sagorevanja azota (N2) nije došlo.

Donja toplotna moć

gorivaDonja toplotna moć

goriva (Hd)

je količina toplote koja

se oslobodi potpunim sagorevanjem jedinice mase goriva pod sledećim uslovima:

•

voda u produktima sagorevanja ostaje u parnom stanju, •

produkti sagorevanja goriva dovedeni su na temperaturu koju je gorivo imalo na početku i

•

sumpor (S) i ugljenik (C) iz gorive materije se nalaze u obliku svojih dioksida (SO2 i CO2), dok do sagorevanja azota (N2) nije došlo.

Sagorevanje

•

Proces transformacije hemijske energije goriva u toplotnu energiju u prisustvu kiseonika naziva se sagorevanje.

•

Proces sagorevanja je proces oksidacije sjedinjavanjem elemenata ugljenika, vodonika i sumpora sa kiseonikom iz vazduha.

•

Tempertura paljenja 750-2200 oC

PODELA GORIVA

Goriva Prirodna Veštačka

Čvrsta Drvo, ugalj, bitumenski škriljci

Koks, briketi,drveni ugalj

Gasovita Zemni gasGeneratorski gas, koksarski gas,vodonik itd..

Tečna NaftaBenzin, dizel, lož

ulja, metanol

Ugalj –

čvrsto gorivoNastanak i podela:

Ugalj je gorivi sediment. Sastoji se pretežno od ostataka, odnosno produkta raspada biljaka, a nastao je od tresetišta iz daleke prošlosti. Proces pougljenjivanja ostvaruje se postepenim povećavanjem relativnog sadržaja ugljenika(C) uz istovremeno smanjivanje relativnog sadržaja kiseonika (O2), azota (N2), vodonika (H2). Imamo niz sukcesivnih pretvaranja:

biljni ostaci i drvo → treset → lignit → mrki ugalj → kameni ugalj.

Taj

proces je trajao stotinama miliona godina.

Vrste uglja

•

Lignit

50% vode sirov 25% suv, 9.500-16.000 KJ•

Mrki ugalj

nastao u tercijaru 50-60% ugljenika,

3-5% vodonika, 0,5% sumpora, 5-25% pepela i vlage 10-25%, 20.000 KJ

•

Kameni ugalj, starosti oko 300 miliona godina, sadrži 1-5% vlage i pepela 3-10%, 27.000 KJ

•

Antracit

nastao u paleozoiku nema primesa vlage i pepela, 93-96% ugljenika, 35.000 KJ

Upotreba uglja

•

Neposredna (kotlarnice, termo elektrane)•

Mehanička prerada (ugljeni prah,briketi)

•

Hemijska prerada (rafinacija, suva destilacija, gasifikacija)

DrvoDrvo tokom sagorevanja prolazi kroz 3 faze:

1. Isušivanje: sve do temperature od oko 220ºC nestaje još

uveka prisutna voda u drvetu. Što je drvo vlažnije, biće potrebna i veća energija da bi se drvo isušilo.

2. Piroliza: između 220 ºC i 270 ºC

3. Gasifikacija i sagorevanje: Počev od 500 ºC startuje finalna oksidacija proizvoda namenjenih za sagorevanje uz oslobađanje toplote.

DrvoDa bi shvatili kolika je tačno toplotna moć

drveta, može

se smatrati da otprilike 3 kg drveta daju istu količinu toplote kao 1 kg lož-ulja.

Tečna gorivaOsnovne prednosti

tečnih goriva u odnosu na čvrsta goriva su:

•

visoka toplotna moć,•

mali sadržaj balasta,

•

mali toplotni gubici pri sagorevanju,•

jednostavno regulisanje procesa sagorevanja,

•

jednostavan transport cevovodima.

Osnovne mane

tečnih goriva su:

•

velika zapaljivost i eksplozivnost,•

otrovnost nekih goriva,

•

teško odstranjivanje emulgovane vode,•

stvaranje elektrostatičkog napona.

NaftaOsnova svih goriva je nafta.Toplotna moć

nafte je 42-43 MJ/kg.

Sastav nafte čine ugljenik (83-87%), vodonik (11-14%), kiseonik (0,1-1%), azot (0,05-

1,5%) i sumpor (0,1-5%).

Kiseonok, azot i sumpor se najčešće nalaze u vezanom stanju. Vlage i mineralnih materija ima malo. Gustina nafte je 820-920 kg/m3. Osnovnu masu nafte čine tri ugljovodonika:

–

parafinski,

opšte formule Sn

N2n+

2,–

naftenski,

opšte formule Sn

H2n

i–

aromatični,

opšte formule Sn

H2n-6

Dobijanje nafte

Kako se nafta nalazina dubini i do 5000 m,prva faza u procesu njenog dobijanja je bušenje .

Nafta najčešće ističe iz bušotine na površinu pod pritiskom, a ukoliko pritisak ili protok nisu dovoljni, koriste se pumpe ili gas pod pritiskom

Vrste nafte

•

Parafinska •

Naftenska nafta (visok procenat cikloparafina)

•

Aromatska nafta –

kerozinska nafta•

Asfaltna nafta –

visok oktanski broj

Struktura nafte

•

Ugljenik 81-87%•

Vodonik 10-14%

•

Kiseonik 7%•

Azot 1,2%

•

Sumpor 6%

Tehnologija dobijanja nafte•

Bušenje

•

Sabiranje nafte•

Prečišćavanje

•

Odvajanje benzinskih para i zemnog gasa (degazolinaža)

•

Stabilizovana nafta za rafineriju

Na troškove bušenja i pripremu otpada preko 60% investicije!

Prerada nafte

Frakcionisanje sirove nafte (frakciona destilacija)

Derivati pod normalnim pritiskom:

–

Benzin–

Petrolej

–

Dizel gorivo–

Lož

ulje

–

Mazut

Goriva prerađena iz nafteProces prerade nafte se odvija u dve faze: primarnoj i sekundarnoj.

Posle primarne

faze dobijaju se:-

gasovita goriva,

-

benzinske frakcije,-

petrolejske frakcije,

-

dizel-frakcije i lož-ulje,-

frakcije maziva i

-

ostatak (bitumen).

U sekundarnoj

fazi odvijaju se hemijski procesi:-

krekovanje,

-

izgradnja ugljovodonika,-

konverzija ugljovodonika,

-

ugradnja vodonika u ugljovodonike.

BenzinBenzin se koristi za pokretanje oto-motora sa unutrašnjim sagorevanjem.

Oktanski broj

predstavlja udeo izooktana u benzinu. Stoga benzin,koji se ponaša kao čist izooktan,

ima

oktanski broj 100,

a benzin koji se ponaša kao normalni heptan ima oktanski broj 0.

Određivanje oktanskog broja

se sastoji u ispitivanju benzina na otpornost prema detonaciji u specijalnom jednocilindričnom motoru.

Oktanski broj nije jedinstvena veličina, već

zavisi od načina određivanja.

Važna karakteristika benzina je

gustina, koja se kreće u granicama 720-750 kg/m3 .

Dizel gorivoU odnosu na benzin, dizel-goriva imaju bar dve bitne razlike:

prva je otežani protok goriva na sniženim

temperaturama, a druga način obrazovanja smeše sa vazduhom.Pokazatelj upaljivosti dizel-goriva je cetanski broj,

koji

se određuje pomoću specijalnog motora poređenjem upaljivosti ispitivanog goriva i smeše dva ugljovodonika.

Cetanski broj definisan kao procentualni udeo cetana u onoj smeši sa α-metilnaftalinom koja ima ekvivalentnu upaljivost sa ispitivanim gorivom.

Opšte je pravilo da što

je lanac ugljenikovih atoma duži , to je cetanski broj veći. Cetanski broj se određuje eksperimentalno ili računski.

Gasovita goriva

Mogućnosti dobijanja gasa:

•

Zemni gas•

Gas iz uglja

•

Gas iz nafte

Prirodni gasPredstavlja gas bez boje, mirisa, koji je providan u svojoj čistoj formi, izuzetno zapaljiv i pri tome daje veliku količinu energije. Sagorevanje prirodnog gasa je čisto i u atmosferu emituje niske količine potencijalno štetnih nusprodukata po okolinu. Podzemna nalazišta prirodnog gasa utvrđena su i do 5 hiljada metara pod pritiskom od 300 bara i više i temperaturama višim od 180°C zavisno od dubine nalazišta. Obično se nalazi kao gasna kapa u naftnim nalazištima iako nije retko pronaći ga i bez prisustva nafte.Prirodni gas je zapaljiva mešavina ugljovodoničnih gasova. Sastav prirodnog gasa je većinom metan ali sadrži i druge gasove: etan, propan, butan i pentan.

U svojoj najčistijoj formi, kakav je prirodni gas, on je skoro čist metan.

Predstavlja izuzetno vrednu energetsku i hemijsku sirovinu koja poseduje značajne tehnološko-ekonomske i ekološke prednosti u odnosu na ostala goriva. To je gotovo idealno gorivo koje se lako meša sa vazduhom, ima izuzetnu brzinu sagorevanja bez dima, čađi i čvrstih ostataka i prema tome ne zagađuje okolinu. Iskustvo zemalja sa dugom tradicijom korišćenja prirodnog gasa pokazuje da je on jedan od najbezbednijih energenata.

Sačinjavaju ga metan (CH4) 97%, etan (C2H6) 0,91%, propan (C3H8) 0,36%, butan (C4H10) 0,16%, pentan (C5H12), ugljen -dioksid 0,52%, kiseonik 0,08%, azot 0,93% i drugi gasovi u manjim tragovima. Termoenergetske karakteristike kreću se za Vobe indeks do 54 MJ/m3, gornja toplotna moć

do 47,2 MJ/m3, donja

toplotna moć

do 42,5 MJ/m3, relativna gustina 0,75kg/m3 i temperatura paljenja do 640°C. Eksplozivna moć

prirodnog gasa se kreće u granicama od 5 do 15 % količine gasa u vazduhu. Prirodnom gasu se dodaje odorant sredstvo jakog, neprijatnog i karakterističnog mirisa da bi prirodni gas, koji je bez mirisa, dobio specifičan miris kako bi se lakše otkrilo curenje gasa iz gasnih instalacija, a sam proces dodavanja odoranta prirodnom gasu zove se odorizacija. Odorant sagoreva zajedno sa prirodnim gasom, a produkti sagorevanja nemaju neprijatan miris. Uređaj, kojim se odorant ubacuje u struju gasa, naziva se odorizator.

Prirodni gasU zavisnosti od njegovog kvaliteta, osnovne termoenergetske karakteristike prirodnog gasa se kreću u sledećim granicama:

•

Vobe indeks W= 44,6 do 54,0 [MJ/m3]

•

Gornja toplotna moć

Hg = 30,2 do 47,2 [MJ/m3]

•

Donja toplotna moć

Hg = Hd = 27,2 do 42,5 [MJ/m3]

•

Relativna gustina d= 0,55 do 0,75 [kg/Sm3

•

Temperatura paljenja T= 595 do 640 [°C]

Prirodni gas spada u najčistije, najsigurnije i najkorisnije fosilno gorivo. Sagoreva bez čađi i pepela, sa malim emitovanjem ugljen-dioksida i sumpor-dioksida i zbog toga spada u najčistija goriva. Međutim, i korišćenjem prirodnog gasa i njegovim sagorevanjem u atmosferu se oslobađa određena količina štetnih materija koja takođe dovodi do zagađenja životne sredine. Sagorevanjem prirodnog gasa oslobađa se približno jedna polovina ugljen-dioksida koja se oslobađa spaljivanjem uglja. Ugljen-dioksid prouzrokuje pojačanje efekta staklene bašte i globalnog porasta temperature. Sumpor-dioksid se oslobađa spaljivanjem uglja i tečnih goriva prouzrokujući tako zakišeljenje okoline. Prirodni gas prilikom sagorevanja praktično ne proizvodi sumpor-

dioksid. Azotni oksidi se u većoj meri oslobađaju u atmosferu i životnu sredinu nego prilikom sagorevanja nekih drugih energenata.

Zemni gas

•

Nalazi se na 3000-5000 metara dubine•

Metan

•

Etan•

Propan

•

Butan

Gasovita goriva

Načini dobijanja gasa

•

Prirodni gas -

100-200 bara pritiska•

Kaptažni gas –

izbija sa naftom ima 40%

metana, 30% etana, 15% propana i 5% butana

•

Rafinerijski gas -

krekovanje

Veštačka gasovita goriva

•

Generatorski gas 5.000 KJ (industrijke peći, keramika, čelik...)

•

Vodeni gas 11.700 KJ (varenje)•

Koksarski gas 19.300 KJ (koksare)

•

Gas podzemne gasifikacije uglja

Manipulacija gasom•

Gasovodima

•

Manipulacija gasom cisternama•

Čeličnim bocama

Oznake pri transportu•

Gorivi gasovi –

crvena

•

Acetlen –

žuta•

Kiseonik –

plava

•

Nezapaljivi gas -

siva