GORIVA

1. GORIVA Pripremio: Varga Ištvan HEMIJSKO-PREHRAMBENA SREDNJA ŠKOLA ČOKA varga.i@neobee.net

2. Definicija goriva Goriva su materije koje sagorevanjem oslobađaju veliku količinu toplote. Podela goriva Prema agregatnom stanju razlikujemo: čvrsta;  tečna i  gasovita goriva

3. Prema poreklu razlikujemo: Prirodna Veštačka Briketirani ugalj Drvo Drveni ugalj Ugalj Koks, polukoks Sirova nafta Dest. proizvodi nafte Generatorski gas Prirodni gas Vodeni gas Gas iz koksne peći

4. Toplotna vrednost goriva • Označava onu količinu toplote (Q) koja se oslobađa pri potpunom sagorevanju 1kgčvrstog i tečnog goriva ili 1 m3 gasovitog goriva. • Toplotna vrednost je merilo kvaliteta goriva i zavisi od hemijskog sastava goriva.

5. Razlikujemo: - Gornju (Qg) i - Donju toplotnu vrednost (Qd). Empirijska formula Dilonga c, h, o, n, s, w- maseni % u gorivu prisutnih: C, H, O, N, S i H2O.

6. Kod gasovitih goriva toplotna vrednost se izračunava tako što se pojedinačne toplotne vrednosti komponenata gasa saberu: Y- maseni ili zapreminski udeo komponenata gasa.

7. Toplotne vrednosti se ispituju pri konstantnoj zapremini (kalorimetarskoj bombi), tako što se vrši sagorevanje jedinice mase ili zapremine goriva u čistom kiseoniku. • Pri potpunom sagorevanju goriva nastaju sledeći produkti: • CO2 • H2O • SO2 ili SO3.

9. Hemijski sastav goriva • Goriva se sastoje od: • Sagorljivih (C, CH4, CO i H2) i • Nesagorljivih sastojaka (vlaga, karbonati, silikati i fosfati). Odnos i sastav ovih sastojaka je različit u pojedinim vrstama goriva.

11. Prirodna goriva • Od čvrstih goriva najznačajni su: • Drvo i • Ugalj. Drvo se u industriji ne koristi, izuzev za potpalu u kotlovima za proizvodnju vodene pare, koji se lože ugljem.

12. Ugalj Nastanak uglja objašnjava se procesima ugljenisanja organskih supstanci pod dejstvom velikog pritiska, temperature bez prisustva vazduha. Prema petrografskoj klasifikaciji, ugalj se deli na dve grupe: -mrki ugalj (treset i lignit)i - kameni ugalj (plameni ugalj, gasni kameni ugalj, masni kameni ugalj, posni kameni ugalj i antracit).

14. Kameni ugalj

15. Termoelektrana na čvrsto gorivo (ugalj)

16. Dobijanje veštačkih goriva Postupcima mehaničke i hemijske prerade od prirodnih goriva možemo dobiti veštačka goriva boljeg kvaliteta. Pored veštačkog goriva nastaju i drugi, vrlo vredni sporedni proizvodi. Najznačajnija veštačka goriva su:  Briketirani ugalj;  Drveni ugalj;  Koks i polukoks.

17. Briketiranje uglja • Predstavlja mehaničku operaciju dobijanja većih komada uglja u obliku geometrijskih tela, presovanjem sitnijih čestica uglja kojima je dodato vezivo. • Pre briketiranja ugalj se suši u rotacionim sušarama (bubnjevima) na temperaturi iznad 200 °C. Sušenje se odvija protivstrujno, radi boljeg iskorišćenja toplote u procesu sušenja.

18. Uzdužni presek rotacione sušare Vlažan ugalj Osušeni ugalj Bubanj je dužine do 14 m i ima prečnik oko 4 m.

19. 1- levak za nasipanje uglja 2-briket 3- klip 4-elektromotor ekscentrične prese • Presovanje se vrši na pritisku od 150 bara. • Kao vezivo koristi se katran kamenog uglja u procesu suve destilacije.

20. Hemijska prerada čvrstih goriva Obuhvata procese: - gasifikacije i - karbonizacije. Gasifikacija predstavlja prevođenje čvrstog u gasovito gorivo. Karbonizacija je suva destilacija uglja, tj. destilacija bez prisustva vazduha.

21. Gasifikacija Gasifikaciji se uglavnom izlažu ugalj i koks. • Ostvaruje se pomoću vazduha, vodene pare, kiseonika ili smeše ovih gasova. • Izvodi se u generatorima.

22. Zona sušenja Zona destilacije Redukciona zona Oksidaciona zona  Gasifikacija se izvodi u prisustvu nedovoljne količine kiseonika i viška čvrstog goriva.

23. Reakcije koje se odvijaju u procesu gasifikacije su: Poželjne su samo one reakcije u kojima nastaje CO (ugljenik (II)-oksid) jer predstavlja gas koji gori, tj. gorivo. Podešavanjem uslova rada generatora (atmosferski pritisak i temperatura iznad 1000 °C) moguće je izvesti gasifikaciju tako da nastaje samo CO i N2.

24. Hemijske reakcije pri proizvodnji vodenog gasa su: Pri gasifikaciji se vrši naizmenično uduvavanje vazduha i vodene pare, pošto su reakcije koje se odvijaju endotermne. Ako se gasoviti produkti odvode odvojeno, dobija se vazdušni i vodeni gas. Ako se gasni produkti odvode zajedno gas je mešani gas.

25. Karbonizacija • To je proces suve destilacije (pirolize) čvrstih goriva u kojem dolazi do povećanja sadržaja ugljenika. • Pri karbonizaciji pored promene hemijskog sastava dolazi i do promene fizičkih osobina goriva (izgled, gustina, tvrdoća itd.). • Karbonizacija se odvija na visokim temperaturama, jer reakcije koje se dešavaju uglavnom su endotermne.

26. Karbonizacija se odvija u reaktorima koji se posredno zagrevaju preko zida. • Karbonizacija uglja može da bude: Polukoksovanje i Koksovanje. • Polukoksovanje se odvija na temperaturi od 500 – 700 °C. Proizvod se naziva polukoks. • Koksovanje se vrši na temperaturi od 700 – 1050 °C. Proizvod se naziva koks.

27. Šema peći za koksovanje uglja 1- Bunker za ugalj; 2- komora za koksovanje; 3- regeneratori toplote; 4- Uređaj za istiskivanje koksa; 5- Uređaj za prihvatanje koksa.

28. Pri zagrevanju uglja u pećima na različitim temperaturama se dešavaju sledeće promene: - do 250 °C isparava voda i oslobađaju se CO i CO2; - na 300 °C dolazi do stvaranja katrana; - na 350 °C ugalj postaje plastičan; - od 500 – 550 °C počinje da nastaje polukoks gasni produkti i katran; - iznad 700 °C počinje nastajanje koksa.

29. Glavni produkti koksovanju su:  koks;  gas iz koksne peći i  katran kamenog uglja. Iz 1 t suvog uglja dobija se: • 650 -750 kg koksa, • 310 – 340 m3 gasa i • 30 – 40 kg katrana.

30. Koks: Veštački ugalj crne boje velike poroznosti i tvrdoće. Toplotna vrednost je od 31400-33500 kJ/kg. • Koristi se u metalurgiji kao gorivo u procesu proizvodnje metala iz rude i kao osnovno redukciono sredstvo.

31. Gas iz koksne peći: Sastoji se od smeše različitih gasova. • Prosečan sastav gasa je: • 52 % H2 • 25 % CH4 • 6,5 % CO • 12 % N2 • 2,5 % CO2 i • Oko 2 % viši ugljovodonici.

32. Katran kamenog uglja: Viskozna tečnost karakterističnog mirisa i tamnosmeđe boje. • Sadrži oko 300 različitih supstanci, od kojih su najvažniji: • Benzol,toluol, • ksilen,fenol, • krezol,naftalin, • antracen,fenantren i • piridin.

33. Nuklearna goriva • Nuklearne reakcije mogu biti: FISIJA (deljenje teških jezgara) i FUZIJA (spajanje lakih jezgara. • U oba slučaja produkti reakcije imaju veći sadržaj energije u odnosu na polazna jezgra. • Ta razlika u energijama se javlja kao KINETIČKA ENERGIJA jezgra koja su produkti nuklearne reakcije.  Pri usporavanju jezgara kinetička energija se pretvara u TOPLOTNU ENERGIJU.

34. Od svih poznatih izotopa urana u prirodi samo je U (235) sposoban da se deli pod dejstvom neutrona. • 1g U (235) oslobađa istu količinu toplote kao 2,7 tona uglja. Reakcije cepanja jezgara U (235) vrši se u nuklearnom reaktoru.

35. Nuklearne reakcije se u reaktoru odvijaju kontrolisano. Višak neutrona se apsorbuje pomoću kontrolnih šipki izrađenih od čelika legiranog borom ili su izrađene od kadmijuma.

36. Aktivna zona reaktora (presek): • Da bi se sprečilo izletanje neutrona iz aktivne zone, ona je obložena materijalom koji odbija neutrone. • Izvan reaktora nalazi se zaštitna obloga za zaštitu okoline od zračenja, kao i sistem za cirkulaciju vode.