содержание      ..     13      14      15      16     ..

Руководство по энергетической статистике (МАЭ) - часть 15

Приложение 2

Характеристики различных видов топлива

Твердые виды ископаемого топлива и производные газы

Угли........................................................

Существует большое количество различных типов углей. Они могут отличаться по физическим и химическим характеристикам, которые определяют их пригодность применения для различных целей.

Уголь состоит в основном из углерода (см. Табл. П2.1.). При нагревании до температуры разложения из углей выделяются летучие вещества. Кроме того, угли содержат влагу и золообразующие минеральные вещества. В состав углей также входят углерод, водород, азот, сера и кислород. Сочетание этих элементов и соотношение долей летучих веществ, золы и воды изменяется в широких пределах в зависимости от типа угля. Именно наличие в угле связанного углерода и соответствующих летучих веществ влияет на его энергетическую ценность и коксуемость и делает его важным минеральным сырьем на мировом рынке. На запас энергии в угле влияет в основном содержание связанного углерода. Чем выше содержание связанного углерода, тем выше в угле запас энергии.

 

■ Летучее вещество - это та часть образца угля, высушенного воздухом, которая улетучивается в виде газа при стандартизованном испытании нагреванием. Наличие летучего вещества является достоинством энергетического угля, но может быть недостатком коксующегося угля.

■ Зола является осадком, остающимся после полного сгорания всего органического угольного вещества, а также разложения минерального вещества, находящегося в угле. Чем выше зольность, тем ниже качество угля. Высокая зольность означает низкую теплотворную способность (или энергоемкость тонны угля) и повышает транспортные расходы на перевозку угля. Большинство углей, поставляемых на экспорт, подвергается промывке (процесс обогащения) с тем, чтобы уменьшить зольность и обеспечить однородность качества.

■ Содержание влаги определяется по количеству воды в угле. Транспортные расходы растут пропорционально содержанию влаги. Избыточная влага может быть удалена в результате обогащения на обогатительных предприятиях, однако эта процедура также увеличивает стоимость процесса обработки.

■ Содержание серы увеличивает эксплуатационные расходы и расходы конечных потребителей на техническое обслуживание оборудования. Высокое содержание серы вызывает коррозию и выделение двуокиси серы как на заводах черной металлургии, так и на энергетических предприятиях. Использование малосернистого угля делает ненужным установку дополнительного оборудования десульфуризации для соответствия требованиям по выделению вредных веществ. Угли, залегающие в Южном полушарии, обычно имеют более низкое содержание серы по сравнению с углями Северного полушария.

В классификации, рассматриваемой ниже, более качественные угли имеют меньший показатель влажности и содержания летучих веществ. Более качественные угли также отличаются более высоким показателем содержания связанного углерода и более высоким значением энергоемкости.

Другие свойства углей, такие как размалываемость, отражательная способность витринита и индекс вспучивания в тигле также важны при оценке качества углей. Обычно более качественные угли имеют лучшую коксуемость. Коксующиеся угли менее жирны, чем энергетические и имеют более высокую стоимость.



Классификация углей

Поскольку в мире существует большое количество угольных бассейнов и уголь широко представлен на рынках, для систематизации углей предложено множество национальных классификаций. Различные национальные системы классификации оказались полезными при систематизации угольных ресурсов данной страны и для сравнения характеристик импортируемых углей одинакового геологического возраста и сорта. Сорт угля определяет степень карбонизации или изменения пород, которые претерпел минерал в процессе его формирования. Уголь подвержен непрерывному процессу последовательных превращений, начиная с лигнита (бурого угля) в полубитуминозный, битуминозный уголь и, наконец, в антрацит. Уголь последовательно проходит через эти степени сортности по мере того, как при повышении температуры и давления уменьшается содержание влаги и увеличивается содержание углерода. Полубитуминозный, битуминозный уголь и антрацит известны под общим названием "каменный уголь".

Низкосортные угли, такие как лигнит и полубитуминозные угли обычно представляют собой более мягкие и рыхлые минералы матового землистого вида. Они характеризуются высоким уровнем влажности и низким содержанием углерода, и, следовательно, низкой энергоемкостью.

Высокосортные угли обычно обладают более высокой твердостью и прочностью и зачастую имеют черную блестящую поверхность (блестящий уголь). Повышение сортности угля сопровождается увеличением содержания углерода и энергоемкости и уменьшением содержания влаги. Верхнюю позицию по шкале сортности углей занимает антрацит, который имеет, соответственно, наивысшее содержание углерода, самое высокое значение энергоемкости и самый низкий уровень влажности.

Разработка единой простой классификации углей, которая была бы однозначно применима ко всем типам углей в мире и приемлема для всей мировой угледобывающей промышленности, остается нерешенной задачей. Международная организация по стандартизации (ISO) постоянно предпринимает попытки разработать систему классификации, которая, при ее простоте, была бы основана на достаточном количестве ключевых параметров, чтобы обеспечить основу для классификации угольных ресурсов всех типов на мировом уровне.

В Табл. П2.2., аналогичной Табл. 5.1., представлены первичные угольные продукты и производные виды топлива, с твердых видов, по синтез-газы. Определения всех продуктов приведены в Глоссарии.

Таблица П2.2. • Твердые первичные угли и производные продукты переработки угля

Сырая нефть и нефтепродукты

Сырая нефть

Сырая нефть по химическому составу представляет собой, в основном, соединения водорода и углерода, называемые углеводородами.

Нефть состоит из разнообразных углеводородов, чем и объясняется большое количество различных видов сырой нефти, в зависимости от места ее обнаружения. Содержание в сырой нефти углеводородов - от самых легких до самых тяжелых, чаще всего определяет цену конкретного вида нефти.

Сырая нефть, имеющая в своем составе много тяжелых и мало легких углеводородов, называется тяжелой нефтью, а содержащая много легких и мало тяжелых углеводородов -легкой нефтью. Примером тяжелой нефти является мексиканская нефть Майя (Mexican Maya), в то время как нигерийская Бонни Лайт (Nigerian Bonny Light) - считается легкой нефтью. Поскольку состав сырой нефти зависит от места, где она была обнаружена, то конкретному виду нефти обычно дают название региона или места, где ее добывают. Более того, часто обозначают нефть, добытую из одного и того же нефтеносного пласта, нефтяного промысла или региона, как нефтяной поток.

При выходе на поверхность сырая нефть может содержать, кроме углеводородов, различные соли, некоторые из них могут оказаться коррозионно-активными, а также серу. Соли удаляются в процессе обессоливания. Сера также может оказаться нежелательной

примесью, влияющей на процессы переработки и качество, и ее приходится удалять. Концентрация серы в сырой нефти может варьироваться от 0,05% до более 5% в некоторых сортах нефти. Обычно, чем выше плотность нефти, тем выше содержание серы. Малосернистые сорта нефти часто называют несернистыми, а нефти с высоким содержанием серы - высокосернистыми. Сера может быть удалена путем десульфуризации.

Для оценки качества сырой нефти необходимо провести анализ следующих свойств:

■ Относительная плотность (см. Раздел 3 Главы 4), показывающая соотношение в нефти легких и тяжелых фракций.

■ Вязкость или сопротивление текучести.

■ Температура застывания, являющаяся низшей температурой (в градусах Фаренгейта или Цельсия), при которой жидкость еще остается текучей (т.е. ведет себя как жидкость).

■ Содержание воды.

■ Содержание серы (см. выше).

■ Содержание парафинов и асфальтенов (парафины в массовых процентах).

■ Присутствие загрязнений и тяжелых металлов.

Определение цены нефти зависит в значительной степени от указанных выше свойств, поскольку они оказывают влияние на процесс переработки и выход конечных продуктов. Таким образом, не только дебит нефти влияет на ее стоимость, но также и сложность процессов, которые сырая нефть должна пройти в процессе перегонки.



Природные газоконденсаты...........................................



Природные газоконденсаты представляют собой жидкие смеси углеводородов, которые находятся в газообразном состоянии при температуре и давлении нефтеносного слоя, но извлекаются путем конденсации и абсорбции.

Природные газоконденсаты могут быть классифицированы в соответствии со значением давления испарения, которое создается выделяющимися из жидкости парами. Это давление количественно характеризует склонность молекул переходить в газообразное состояние. Природный газоконденсат с низким давлением испарения является конденсатом, со средним давлением - газовым бензином, а с высоким давлением -сжиженным нефтяным газом. Таким образом, сжиженный нефтяной газ (СНГ) находится в газообразном состоянии при температуре и давлении окружающей среды и состоит из пропана и бутана. Газовый бензин включает пентаны и более тяжелые углеводороды. При температуре и давлении окружающей среды он является жидкостью.

Природный газоконденсат включает пропан, бутан, пентан, гексан и гептан, но не содержит метана и этана, поскольку эти углеводороды для сжижения необходимо охладить. Сокращенное название природного газоконденсата обозначается латинскими буквами как NGL.

 

Прочее поставки для перерабатывающей промышленности.........................................................

Для производства нефтепродуктов, кроме сырой нефти и природного газоконденсата, поставляются и другие вещества. В поставки сырья для нефтеперерабатывающих заводов входят необработанная нефть, прошедшая процесс перегонки, синтетическая сырая нефть, полученная, например, из горючих сланцев или путем сжижения угля, а также другие смесевые компоненты, добавляемые в основном в бензин для улучшения свойств горючего.

Поставки продуктов для нефтеперерабатывающих заводов осуществляются из различных источников и их качественные характеристики могут существенно отличаться друг от друга.

Нефтепродукты..........................................................

Важнейшей функцией нефтеперерабатывающего завода является производство требуемых на рынке нефтепродуктов с наибольшей экономической эффективностью. Таким образом, нефтепродукты являются вторичной формой сырой нефти.

Таблица П2.3. • Первичные и вторичные нефтепродукты

Первым этапом переработки, которому подвергается сырая нефть, является процесс перегонки, цель которого - разделить сырую нефть на несколько фракций. В перегонной установке происходит нагревание сырой нефти, в результате чего при различных температурных режимах получают и извлекают различные продукты. Наиболее легкие продукты, такие как сжиженный нефтяной газ, нафта и бензин, могут быть регенерированы при самых низких температурах, тогда как топливо для реактивных двигателей, керосин, газойль/дизельное топливо рекуперируются при средних значениях температуры. Вот почему эта последняя группа называется среднедистиллятными фракциями. Более тяжелые фракции, такие как топочный мазут, требуют очень высоких температур.

Различные фракции, получаемые на выходе перегонной установки, обычно нуждаются в дальнейшей переработке не только потому, что они не обладают требуемыми свойствами, но также и потому, что дальнейшая переработка повышает экономические показатели конечного производства. На рынке во все возрастающих количествах требуются высококачественные легкие продукты. В связи с этим некоторые процессы переработки направлены на увеличение выхода легких продуктов, например, такие процессы преобразования, как каталитический крекинг.

Ниже представлено несколько основных категорий нефтепродуктов и их назначение.

■ Сжиженные нефтяные газы (СНГ) используются как для энергетических, так и для неэнергетических целей. В случаях применения СНГ в качестве топлива для выработки энергии они часто используются для отопления жилых и нежилых помещений, приготовления пищи, в сельском хозяйстве и, во все возрастающих количествах, в автотранспортном секторе в двигателях внутреннего сгорания. При неэнергетическом применении СНГ используются как сырье для нефтехимических процессов, таких как паровой крекинг.

■ Автомобильный бензин используется, в первую очередь, как топливо для легковых автомобилей и грузовиков малой грузоподъемности. Потребность в автомобильном бензине в последние десятилетия быстро возрастала в соответствии со спросом на автомобили. Однако забота об окружающей среде вызвала необходимость внесения улучшений в состав бензинов. Например, во многих странах повсеместно исключено применение свинца, использовавшегося для повышения октанового числа бензина. Вместо него используются присадки и оксигенаты, способствующие более полному сгоранию топлива. Такими присадками и оксигенатами являются бутан, ароматические соединения, спирты и эфиры. Более того, для дальнейшего уменьшения загрязнения окружающей среды разрабатываются разные виды биотоплива (например, метанол, получаемый из биомассы или этанол, производимый из сельскохозяйственных растений), которые будут либо смешиваться с бензином, либо полностью его заменят.

■ Газойль и дизельное топливо включают дизельное топливо для транспортных средств, печное топливо и прочие газойли. Автомобильное дизельное топливо используется как топливо для дизельных двигателей автобусов, грузовиков, локомотивов и других промышленных механизмов. Печное топливо используется для отопления жилых и нежилых помещений, торговых комплексов, а также в промышленных котельных установках. Газойль также используется для производства электроэнергии, хотя и в значительно меньших масштабах, чем мазут. Основным отличием между дизельным топливом и печным топливом является содержание серы. Для целей охраны окружающей среды содержание серы в дизельном топливе для транспорта должно быть значительно ниже, чем в печном топливе.

■ Мазут используется в энергоустановках для производства электроэнергии и тепла, в промышленности для производства тепла и в коммерческом секторе для отопления зданий. Объемы потребления мазута для выработки электроэнергии за последние 30 лет достаточно быстро снизились в связи с тем, что интересы охраны окружающей среды стали приобретать особую важность и назрела необходимость отхода от использования нефти. Мазут все еще остается наиболее важным видом топлива в международной морской бункеровке в качестве топлива для судовых двигателей.

Неэнергетические нефтепродукты

Нефтепродукты используются не только для топливных или энергетических целей, но также многие продукты могут применяться как сырье в различных секторах. Некоторыми примерами применения нефтепродуктов для неэнергетических целей являются:

■ Использование сжиженного нефтяного газа (СНГ) и автомобильного бензина в нефтехимической промышленности.

■ Использование уайт-спирита как разбавителя для красок и лаков.

■ Использование смазочных материалов для двигателей и механизмов.

■ Использование битума для дорожного строительства.

■ Использование парафинов для изготовления свечей, полировочных материалов, спичек

■ Использование нефтяного кокса для производства электродов, получения углерода, графита и химических веществ.

В Табл. П2.3., аналогичной Табл. 4.1., представлен подробный перечень нефтепродуктов, разделенных на первичные и вторичные продукты. Определения всех продуктов приведены в Глоссарии.

 

Природный газ

Природный газ состоит в основном из метана (СН4) или простейшей углеводородной цепочки. Он не имеет цвета, запаха и вкуса и легче воздуха. Он находится в газообразном состоянии при температурах выше -107,2°С и его удельный вес равен 0,6 , что меньше, чем у воздуха. Качество и состав природного газа сильно варьируются в зависимости от газоносного пласта, месторождения и геологической формации, где он добывается. В момент добычи природный газ содержит некоторое количество других компонентов, таких как углекислый газ (СО2), гелий, сероводород, азот, водяной пар и другие загрязнения, которые могут быть коррозионно-активными или токсичными.

Перед коммерческим использованием природный газ необходимо подвергнуть обработке с целью удаления нежелательных компонентов. Однако процесс очистки не всегда позволяет удалить все примеси, но их остаточное количество в газе очень мало.

Стоимость природного газа определяется значением энергоемкости, которое, в основном, зависит от чистоты газа и количества атомов углерода в единице объема. Примером природного газа с высокой теплотворной способностью является газ, добываемый на самом крупном алжирском месторождении Хасси-Р'Мел (около 42 000 кДж/м3), тогда как газ из месторождения Гронинген в Нидерландах имеет самую низкую теплотворную способность (около 35 000 кДж/м3).

При охлаждении природного газа до температуры ниже -160°С при атмосферном давлении, он конденсируется в жидкость, называемую сжиженным природным газом (СПГ). Основным преимуществом СПГ перед природным газом является то, что его объем более чем в 600 раз меньше, чем у газа. Более того, вес СНГ составляет только 45% от веса эквивалентного объема воды. Преимущества СПГ в объеме и весе делают удобным его хранение и транспортировку от мест добычи в районы потребления.

Природный газ считается чистым топливом, поскольку чистый метан является легко воспламеняющимся веществом, он сгорает почти полностью и выделяет малое количество веществ, загрязняющих атмосферу. Кроме того, он не содержит серы, поэтому при сгорании не образуется диоксид серы (SO2). Что касается выброса окислов азота (NOX) и СО2, то они ниже, чем у других видов ископаемого топлива.

Биотопливо

Древесное топливо.......................................................

Древесным топливом обычно считают круглый лесоматериал, распиливаемый на чурбаны, которые перед употреблением обычно раскалывают на поленья. Другие виды древесного топлива рассмотрены ниже в отдельности и включают щепу, опилки и гранулированную древесину.

Любая древесина содержит около 50% углерода, 44% кислорода и 6% водорода при измерении в сухом беззольном состоянии. Древесина содержит обычно 1% золы и это значение не зависит от породы дерева. Таким образом, поскольку именно наличие в древесине углерода и водорода определяет присущую ей теплотворную способность, то один килограмм сухой древесины любого вида выделяет при сжигании приблизительно одинаковое количество тепла.

Значение теплосодержания или теплотворной способности древесины выражается тремя наиболее известными способами в расчете на:

■ а) килограмм древесины.

■ б) плотный кубический метр.

■ в) складочный кубический метр (стер).

Показатель а) является основной мерой, в то время как показатели б) и в) связаны с показателем а) через плотность древесины и плотность штабелирования.

Рис. П21. • Теплотворная способность древесины

Присутствие влаги в древесине оказывает двойное влияние на теплотворную способность. При увеличении влажности и сохранении постоянной массы, равной 1 кг, уменьшается количество наличных древесных волокон и, следовательно, источника тепла. Кроме того, вода забирает на себя и уносит из огня тепло, уменьшая количество полезного тепла. Таким образом, на теплотворную способность оказывает влияние содержание влаги. Зеленая свежесрубленная древесина имеет теплотворную способность около 8,2 МДж/кг, тогда как древесина, высушенная на воздухе (с содержанием влаги от 10 до 20%), имеет теплотворную способность около 16 МДж/кг. Абсолютно сухая древесина (древесина печной сушки] обладает теплотворной способностью около 18 МДж/кг.

Существует два способа для выражения содержания влаги, причем оба способа обычно выражают ее в процентах:

■ Содержание влаги, сухая основа = значение влажного веса минус значение сухого веса, поделенное на значение сухого веса.

■ Содержание влаги, влажная основа = значение влажного веса минус значение сухого веса, поделенное на значение влажного веса.

На Рис. П2.1. показаны значения теплотворных способностей в зависимости от содержания влаги, приведенные для сухой и влажной основы.

При содержании влаги выше 15% отличия между двумя основами измерений становятся существенными. Поэтому при выборе теплотворной способности для древесины важно знать не только содержание влаги, но и основу, на которой она выражена.

Когда теплотворная способность вычисляется в расчете на плотный кубометр или на стер, то должна быть указана также плотность древесины и содержание влаги.



Другие виды древесного топлива и древесные отходы

Щепа и гранулированная древесина все шире начинает использоваться в больших котельных установках, поскольку они обеспечивают более однородные и легко управляемые условия горения. Оборудование для расщепления дерева может также использоваться для подготовки древесины к процессу газификации и распределению газифицированного топлива. Гранулированное топливо производится из опилок с добавлением лигнина как связующего вещества. В процессе производства оно имеет низкое содержание влаги (=10%). Содержание влаги и теплотворная способность щепы и гранулированной древесины обычно указываются поставщиком.

Отходы древесины могут образовываться во многих процессах в промышленности и в торговле. Но они редко предлагаются на продажу, а чаще используются на месте. Отчитывающееся предприятие может установить или оценить количество использованных отходов или установить количество выработанной при их сжигании тепловой энергии. Особым случаем древесных отходов является производство и использование черного щелочного раствора.

Отходы в виде остатков зерновых культур также являются важным источником топлива и могут использоваться в специально разработанных установках, как, например, бойлеры, в которых сжигается солома.



Жидкие виды биотоплива

Жидкие виды биотоплива подробно рассмотрены в Глоссарии.



Газообразные виды биотоплива

Газообразные виды биотоплива подробно рассмотрены в Глоссарии.

содержание      ..     13      14      15      16     ..