Классификация газовых топлив

Для снабжения потребителей топливом используют различные горючие газы, свойства которых изменяются в широких пределах. Газовые топлива в зависимости от их происхождения могут быть разделены на две основные категории:

а) природные газы (иногда их называют также естественными газами), добываемые из недр земли;

б) искусственные горючие газы, получаемые термической переработкой, т. е. разложением в результате нагревания твердых и жидких топлив.

Природные газы в свою очередь подразделяются на два вида:

а) собственно природные газы, добываемые из чисто газовых или газоконденсатных месторождений;

б) попутные нефтяные газы, добываемые одновременно с нефтью.

Искусственные горючие газы также подразделяются на два основных вида:

а) газы, получаемые путем термической переработки твердых и жидких топлив нагревом без доступа воздуха;

б) газы, получаемые путем газификации твердых и жидких топлив с подводом воздуха или кислорода, а часто и водяного пара. Иногда искусственные горючие газы получают также путем переработки (реформирования) высококалорийных природных и попутных газов.

Отдельно следует рассматривать применяемые в газоснабжении углеводородные газы: пропан, нормальный бутан и изобутан. Эти газы транспортируют и хранят в сжиженном виде, поэтому их обычно называют жидкими или, правильнее, сжиженными газами. Сжиженные газы могут быть получены из некоторых попутных нефтяных газов или из газов, образующихся при переработке нефти и нефтяных продуктов. Таким образом, сжиженные газы могут быть как природного, так и искусственного происхождения. Наконец, используют, особенно в сельском хозяйстве, так называемый биологический газ (биогаз), состоящий преимущественно из метана и углекислоты и получающийся в результате брожения органических отходов сельского хозяйства: навоза, ботвы растений, соломы и т. п.

В природных газах из газовых и газоконденсатных месторождений, во-первых, преобладает простейший из предельных углеводородов метан (до 98 % об.), а содержание других углеводородов весьма невелико. Во-вторых, они обычно содержат малое количество негорючих компонентов (азот и углекислота). В-третьих, в них практически полностью отсутствует окись углерода, и в этой связи нет опасности отравления.

Нефтяные попутные газы имеют более сложный состав. Метан, входящий в его состав играет меньшую роль, чем в природном газе, поскольку в большинстве случаев в оценке их свойств преобладающее значение имеют более сложные и тяжелые углеводороды.

Небольшое содержание балластной части в природных углеводородах обуславливает их большую теплоту сгорания (7500 – 9000 ккал/м³ значения приведены для низшей теплоты сгорания), а для попутных газов ввиду присутствия тяжелых углеводородов ещё выше (10000 – 1500 ккал/м³).

Искусственные горючие газы, получаемые различными процессами термической переработки без доступа воздуха твердых топлив (каменного и бурого углей, сланцев и торфа), имеют разнообразные свойства, определяемые как видом топливного сырья, так и характером процесса, применяемого для производства газа. Как правило, эти горючие газы содержат значительное количество балласта в виде углекислоты и азота. Содержание балласта в газе зависит от содержания кислорода и азота в исходном топливе.

С теплотехнической точки зрения благоприятной особенностью искусственных горючих газов является высокое содержание водорода, которое обычно бывает тем более значительным, чем выше температура процесса переработки топлива. Важная особенность таких газов – присутствие в их составе окиси углерода, определяющей их токсические (ядовитые) свойства. Из-за наличия водорода и окиси углерода, а также содержания в них балласта они имеют более низкую теплоту сгорания, чем газы первой группы, обычно в пределах 3500 - 4500 ккал/м³.

При термической переработке топлива без доступа воздуха в газ и жидкие продукты переходит лишь летучая часть топливного сырья, а нелетучая остается в виде твердого остатка, называемого полукоксом или коксом, в зависимости от способа переработки исходного твердого топлива.

Искусственные горючие газы, получаемые путем газификации в газогенераторах твердых топлив воздухом или кислородом и водяным паром, как правило, имеют менее сложный состав, чем газы сухой перегонки. Они имеют высокое содержание окиси углерода, что делает их токсичными и опасными для использования в системах городского газоснабжения.

Горючие газ, получаемые при газификации воздухом имеют низшую теплоту сгорания от 900 до 1700 ккал/м³ (повышенное содержание азота и углекислого газа). При газификациитвердого топлива воздухом, обогащенного кислородом, или же чистым кислородом теплота сгорания повышается до 2500 - 3500 ккал/м³ (более меньшее содержание азота).

По теплоте сгорания горючие газы условно подразделяют на три категории:

1) высококалорийные с теплотой сгорания 7500 ккал/м³. К ним относятся природные и попутные газы, газы пиролиза и нефтепереработки, сжиженные газы. Они не токсичные или малотоксичные, с малым содержанием балластных примесей.

2) среднекалорийные газы с теплотой сгорания в пределах от 3000 до 7500 ккал/м³. К ним относятся газы коксования или полукоксования, газы, получаемые переработкой горючих сланцев в камерных печах и т.п. Они токсичны, со значительным содержанием водорода и окиси углерода, повышенным количеством балласта.

3) низкокалорийные газы с теплотой сгорания от 3000 ккал/м³ и ниже. К ним относятся искусственные газы, получаемые при газификации твердых топлив воздухом, кислородом или водяным паром. К этой категории относятся доменный газ, газы подземной газификации углей, генераторные газы, водяной газ. Они высокотоксичные, с высоким содержанием окиси углерода. Могут использоваться в качестве добавки к высококалорийным газам для их разбавления и регулирования теплоты сгорания на необходимом уровне.

В таблице 2 приведены основные параметры, характеризующие состав, теплоту сгорания и плотность базовых газовых топлив.

Таблица 2. Примерные характеристики типичных газовых топлив

Газ	Содержание в сухом газе, % объемный						Низшая теплота сгорания, ккал/м^3	Относительная плотность
	СН4	Сm Нn	Н2	СО	СО2	02+N2
Природный	92 - 98	0,8 - 5,5	-	-	-	0,4 - 3,5	8500 - 8800	0,56- 0,60
Попутный нефтяной	40 - 70	15 - 50	-	-	-	10 - 12	10000 - 15000	0,90- 1,10
Сжиженный углеводо- родный	-	100	-	-	-	-	22000 - 28000	1,55 - 2,00
Коксовый *	23,5 - 26,5	1,9 - 2,7	56 - 62	5.5 - 7,7	1,8 - 2,6	2,3 - 6,6	4150 - 4400	0,35
Доменный *	-	-	1 - 10	23 - 28	10 - 21	40 - 60	725 - 1100	1,00
Сланцевый (бытовой)	5 16,5	4,9	24,8	9,5	16,2	28,1	3200	0,76