Курс общей химии. Мингулина, Масленникова, Коровин_1990 -446с (996867), страница 95
Текст из файла (страница 95)
При обработке раскаленного угля водяным паром (пароводяной конверсии) образуется водяной газ, состоящий главным образом из водорода и оксида углерода: С + НьО = СО+ Нг, ЛН(и = )3(,3 кДж/моль. Так как оба компонента водяного газа являются горючими, то его теплота сгорания достаточно высока — до 12 МДж/м'. Как видна, при образовании воздушного газа выделяется теплота, а при образовании водяного газа она поглощается. При одновременной обработке угля воздухом и водяным парам получают смешанный (городской) газ, при этом процесс можно провести без подвода теплоты. Из газообразных продуктов частичного окисления угля можно получить жидкое топливо по одной из следующих каталитических реакций: лСО+ 2лН1= (СНь). + лНьО 2лСО + лН, = (СНь). + лСО, СО+ 2Нь = СНзОН При гидрогенизации измельченное твердое топливо реагирует с водородом в присутствии катализаторов при температуре около 500 'С и высоком давлении.
В результате реакции образуются жидкие и газообразные продукты: бензин, минеральные масла, метан и др. Таким образом, при химической обработке твердого топлива получают ценные газообразные продукты. Такую газификацию топлива можно провести н под землей, на месте залегания угля. Идея о подземной газификации угля, высказанная еще Д. И. Менделеевым, пока не нашла практической реализации из-за экономических и других причин. Однако можно полагать, что по мере развития науки и техники это в принципе весьма перспективное направление извлечения полезных ископаемых найдет практическое применение.
Жидкое топливо. Естественным жидким топливом является нефть. Она состоит в основном из смеси различных углеводородов. В состав ее входят также другие органические соединения. Основные элементы нефти: углерод и водород (93 — 96 оо), а 383 также кислород, азот и сера. Нефть обычно сбдержит небольшие количества влаги и неорганических примесей. Теплота сгорания нефти достаточно высокая и составляет 40 — 46 МДж/кг.
Нефть обычно подвергают обработке — перегонке или крекингу, а также очишают от серы. При перегонке нефть разделяют на фракции: бензин, керосин, газойль (дизельная фракция) и мазут. После отгонки на вакуумных установках остается густое черное вешество, называемое нефтяным гудроном.
Для увеличения выхода низкокипяших фракций расщепляют (крекннг) углеводороды нефти н продукты ее перегонки. Этот процесс проводят при высокой температуре (выше 400 'С) без катализаторов или с применением катализаторов, например хлорнда алюминия или алюмосиликатов. Эффективность процесса с применением катализаторов значительно выше. Газовое топливо. Природное газовое топливо состоит в основном из метана (до 9б — 98 о'). Кроме того, в него входят этан, пропан, бутан, азот, диоксид углерода и другие газы. Природный газ некоторых месторождений содержит в небольших количествах сероводород и пары воды. Удельная теплота сгорания природного газа 31 — 38 МДж/и'. Применение топлива. Практически нет ни одной отрасли наодного хозяйства, в которой бы ни использовалось топливо.
аибольшее количество топлива расходуется электростанциями, транспортом, промышленными печами и аппаратами. На тепловых электростанциях используется твердое (уголь, сланцы и др.), жидкое и газовое топливо. Основным видом жидкого топлива, применяемого на электростанциях и в промышленности, является мазут. На новых тепловых электростанциях в нашей стране нефтепродукты в качестве топлива практически уже не используются. Коэффициент использования топлива в промышленных печах и аппаратах, как правило, невелик. Поэтому важнейшей задачей, стояшей перед инженерами, является снижение расхода топлива путем создания новых технологических процессов, новых аппаратов и печей, устранения потерь топлива.
Примером экономичных аппаратов могут служить каталитические генераторы теплоты, разработанные в СССР под руководством академика Г. К. Борескова. Процесс сжигания топлива происходит в присутствии катализаторов по схеме С,Нг+ КО [С Нг — ОК] 'г '.гСОг+ у/2НгО+ К К + '/гОг - КО где КΠ— оксидный катализатор. Катализатор в результате реакции превращается в восстановленную форму К, окнсляемую затем кислородом в исходное состояние КО. Применение каталитических генераторов теплоты для сушки угля, зерна и различных продуктов приводит к значительной экономии топлива. Кроме того, в каталитических генераторах теплоты резко снижается выброс таких вредных газов', как оксиды углерода и азота.
384 В двигателях внутреннего сгорания автотранспорта, локомотивов, самолетов и кораблей используется бензин и некоторые более тяжелые фракции (соляровое масло). Энергия горения топлива в двигателях внутреннего сгорания превращается в механическую энергию. Мощность двигателя возрастает с увеличением степени сжатия топливно-воздушной смеси в цилиндрах двигателя. Однако при высоких степенях сжатия происходит детонация, т. е.
горение принимает взрывной характер. Это отрицательно сказывается на работе двигателя. Верхний допустимый предел сжатия зависит от октанового числа топлива, которое характеризует его антидетонациоиную стойкость. Наличие в топливе ароматических углеводородов или предельных углеводородов разветвленного строения, имеющих большое число коротких боковых цепей, снижает детонационную способность топливно- воздушной смеси. Предложена условная шкала октановых чисел, в которой за 100 принимается октановое число изооктана (СНз)з — С вЂ” СНг — СН вЂ” (СНз)м смесь которого с воздухом детонирует при высоких степенях сжатия, за нуль принимается октановое число н-гептана С Нз — С Н1 — С Нг — С Ну — С Нт — С Ну — С Нз смесь которого с воздухом легко детонирует.
Смешением язооктана и и-гептана можно получить жидкости с любым октановым числом, которые могут быть эталонами для определения октанового числа топлива. Детонацию можно предотвратить введением в топливо антидетонаторов, способствующих обрыву цепей в цепных реакциях горения. В качестве антидетонаторов обычно используется тетраэтилсвинец РЬ(СЕНЕ)4.
Однако свинец и его соединения токсичны, поэтому ведется изыскание новых антидетонационных добавок, в качестве которых предложены карбонилы марганца Мп,(СО),0 и СГНЕМп(СО)з. Специальные виды топлива применяются для реактивных двигателей. В таких двигателях химическая энергия топлива превращается в механическую энергию. В воздушно-реактивных двигателях самолетов горючим служит керосин, а окислителем— кислород воздуха. В ракетных двигателях кроме керосина горючим служат спирты, амины, гидразин и диметилгидразин, водород, аммиак, а также твердые бор, алюминий, литий и др. В ка.
честве окислителей используются жидкие кислород и фтор, азотная кислота, пероксид водорода, перхлораты аммония и калия и др. 5 МУЛ. ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЕЛЕМЫ ОВЩЕСТВА Загрязнение окружающей среды. Научно-техническая революция коренным образом изменяет жизнь человека. Однако научнотехнический прогресс может породить и определенные проблемы, к одной из которых относится экологическая проблема.
Деятель- 385 ность человека в настоящее время заметно влияет на литосферу, атмосферу и гидросферу. Высокими темпами расходуются сырьевые ресурсы. Так, например, в 1980 г. в мире потреблялось (в миллионах тонн условного топлива)* нефти — 4600, угля — 3200 и газа — 2550. Ежегодно на поверхности Земли возрастает количество различных веществ, в том числе токсичных, например: фосфора — на 7,4 млн. т, свинца — на 5,7 млн. т, урана — на 230 тыс.
т, мышьяка — на 190 тыс. т, и ртути — на 79 тыс. т. Электростанциями, транспортом и предприятиями выбрасывается в атмосферу огромное количество вредных веществ, причем выброс этих веществ непрерывно возрастает. Поступающие в атмосферу вещества взаимодействуют с окружающей средой не только на месте их выброса, но и в районах, куда они переносятся в виде газа, капелек жидкости и твердых частиц воздушными течениями. За последние годы во многих районах земного шара выпадают дожди, у которых рН значительно ниже 7 («кислотные дождив). Эти дожди не только оказывают вредное воздействие на животный и растительный мнр, но и разрушают металлы, здания и сооружения. Большое количество вредных компонентов сбрасывается в водные бассейны.
Основными причинами загрязнения гидросферы является сброс неочищенных или недостаточно очищенных сточных вод промышленными, коммунальными и сельскохозяйственными предприятиями. Реки и- моря загрязняются токсичными металлами, поверхностно-активными веществами, нефтепродуктами и т. д. Расход чистой воды на Земле составляет около 40 оо речных стоков. Если сохранятся существующие темпы загрязнения водных бассейнов и роста потребления воды, то к 2000 г. все мировые ресурсы чистых пресных вод могут оказаться исчерпанными. Ущерб, наносимый загрязнением окружающей среды, огромен.
Поэтому экологические проблемы находятся в центре внимания человечества. Этот вопрос рассматривался на совещании по безопасности и сотрудничеству в Европе, проходившем в Хельсинки. В Советском Союзе уделяется большое внимание экологическим проблемам. Проблема охраны окружающей среды нашла отражение в постановлениях Правительства ССР, союзном и республиканских законодательствах, закреплена в Конституции СССР.
На охрану окружающей среды расходуются значительные средства. Роль химии в решении экологических проблем. Химические процессы играют важнейшую роль в экологической проблеме. Подавляющее большинство вредных выбросов электростанций, транспорта, промышленных и сельскохозяйственных предприятий * Условным называется топливо, имеюогее улельиую теплоту сгорания 29 3! О нднс/нг. ззб являются продуктами различных химических реакций; окисления (горения), восстановления, разложения н т.
п. Понимание инженерами этих реакций способствует принятию правильных решений по снижению ущерба или полному устранению вредных последствий. Источником вредных воздействий на природу является и химическая промышленность. К настоящему времени в окружаю. щую среду выброшено около 3 млн. новых химических соединений, к которым природа не приспособлена. Следует, однако, отметить, что использование достижений химии является важным условием решения экологических проблем. Химическая промышленность производит ряд реагентов, адсорбентов, ионообменных смол и других веществ, без которых невозможна очистка сточных вод и газовых выбросов.
Неотъемлемой чертой химической промышленности является повышение степени комплексного использования исходного сырья. Об этом говорил еще К. Маркс: «Прогресс химии научает также вводить отходы производства н потребления обратно в кругооборот воспроизводства». На базе использования законов химии удается решить многие экологические задачи не только в химической, но и других отраслях промышленности. Наиболее перспективный метод решения экологических проблем заключается в создании безвредных и безотходных технологических процессов. ! хгчл. охрлнл воздьшного влссвянл Продукты горения топлива.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
