Кріогенне паливо — це паливо, яке вимагає зберігання при надзвичайно низьких температурах, щоб підтримувати його в рідкому стані. Це паливо використовується в техніці, яка працює в космосі (наприклад, ракетах і супутниках), де звичайне паливо не може використовуватися через дуже низькі температури, які часто зустрічаються в космосі, і відсутність середовища, яке підтримує горіння (на Землі кисень у великій кількості). в атмосфері, тоді як досліджуваний людиною космос — це вакуум, де кисню практично немає). Кріогенне паливо найчастіше являє собою зріджені гази, як-от рідкий водень.
Кріогенне паливо | |
Метод виготовлення | Скраплення газів |
---|
Деякі ракетні двигуни використовують регенеративне охолодження, практику циркуляції кріогенного палива навколо сопел перед закачуванням палива в камеру згоряння та запалюванням. Таку схему вперше запропонував Ойген Зенгер у 1940-х роках. Усі двигуни ракети Saturn V, яка відправляла перші місії з екіпажем на Місяць, використовували цей елемент конструкції, який досі використовується для двигунів на рідкому паливі.
Досить часто рідкий кисень помилково називають кріогенним паливом, хоча насправді він є окислювачем, а не паливом. Паливо — це будь-який матеріал, який можна змусити реагувати з іншими речовинами, щоб вивільнити енергію як теплову енергію або використовувати для роботи. Кисень відповідає цьому визначенню, але через його всюдисущість і відсутність необхідності возити його (для більшості застосувань), його все ще називають окислювачем.
Російський авіабудівник Туполєв розробив версію свого популярного Ту-154, але з кріогенною паливною системою, яка отримала назву Ту-155. Його перший політ здійснив у 1989 році, використовуючи паливо під назвою скраплений природний газ (СПГ).
Операція
Кріогенне паливо можна розділити на дві категорії: інертне та легкозаймисте або горюче. Обидва типи використовують велике співвідношення рідини до газу, яке виникає, коли рідина переходить у газову фазу. Доцільність кріогенного палива пов'язана з так званою високою масовою витратою. За допомогою регулювання енергія високої щільності кріогенного палива використовується для створення тяги в ракетах і контрольованого споживання палива. У наступних розділах надається додаткова інформація.
Згоряння двигуна
Горюче кріогенне паливо пропонує набагато більше корисності, ніж більшість інертних палив. Скраплений природний газ, як і будь-яке інше паливо, буде горіти, лише якщо належним чином змішати його з необхідною кількістю повітря. Що стосується СПГ, основна більшість ефективності залежить від метанового числа, яке є газовим еквівалентом октанового числа. Це визначається на основі вмісту метану в зрідженому паливі та будь-якому іншому розчиненому газі та змінюється в результаті експериментальних показників ефективності. Максимальне підвищення ефективності двигунів внутрішнього згоряння буде результатом визначення правильного співвідношення палива та повітря та використання інших вуглеводнів для додаткового оптимального згоряння.
Ефективність виробництва
Процеси зрідження газу вдосконалювалися протягом останніх десятиліть із появою кращого обладнання та контролю втрат тепла в системі. Типові методи використовують переваги температури газу, що різко охолоджується, коли вивільняється контрольований тиск газу. Достатнє підвищення тиску, а потім наступне зниження тиску може призвести до зрідження більшості газів, як прикладом є ефект Джоуля — Томсона.
Зріджений газ
Хоча скраплення природного газу для зберігання, транспортування та використання є економічно ефективним, під час процесу витрачається приблизно від 10 до 15 відсотків газу. Оптимальний процес містить чотири стадії охолодження пропаном і дві стадії охолодження етиленом. Можна додати додатковий ступінь холодоагенту, але додаткові витрати на обладнання економічно не виправдані. Ефективність можна пов'язати з каскадними процесами чистих компонентів, які мінімізують загальну різницю температур від джерела до поглинача, пов'язану з конденсацією холодоагенту. Оптимізований процес включає оптимізоване відновлення тепла разом із використанням чистих холодоагентів. Усі розробники процесів заводів зрідження, які використовують перевірені технології, стикаються з тим самим завданням: ефективно охолоджувати та конденсувати суміш чистим холодоагентом. В оптимізованому каскадному процесі суміш, що охолоджується та конденсується, є вихідним газом. У процесах зі змішаним холодоагентом пропану дві суміші, які вимагають охолодження та конденсації, — це вихідний газ і змішаний холодоагент. Основне джерело неефективності полягає в теплообмінній лінії під час процесу зрідження.
Переваги та недоліки
Переваги
- Кріогенне паливо екологічно чистіше, ніж бензин або викопне паливо. Серед іншого, кількість парникових газів потенційно можна знизити на 11–20 %, використовуючи СПГ, а не бензин під час транспортування вантажів.
- Поряд зі своєю екологічною природою вони мають потенціал для значного зниження витрат на транспортування внутрішніх продуктів через їх велику кількість порівняно з викопним паливом.
- Кріогенне паливо має вищу масову швидкість потоку, ніж викопне паливо, і тому виробляє більшу тягу та потужність при спалюванні для використання у двигуні. Це означає, що двигуни працюватимуть далі, використовуючи менше палива, ніж сучасні газові двигуни.
- Кріогенне паливо не забруднює довкілля, тому в разі розливу воно не становить небезпеки для навколишнього середовища. Не потрібно буде прибирати небезпечні відходи після розливу.
Потенційні недоліки
- Деякі види кріогенного палива, наприклад СПГ, є природними горючими. Займання розливу палива може призвести до сильного вибуху. Це можливо у разі аварії автомобіля з двигуном на СПГ.
- Кріогенні резервуари для зберігання повинні бути здатні витримувати високий тиск. Паливні баки високого тиску вимагають товстіших стінок і міцніших сплавів, що робить баки транспортних засобів важчими, тим самим знижуючи продуктивність.
- Незважаючи на нетоксичні тенденції, кріогенне паливо щільніше повітря. Таким чином, вони можуть призвести до асфіксії. У разі витоку рідина закипить у дуже щільний холодний газ, і вдихання може призвести до летального результату.
Див. також
Примітки
- Biblarz, Oscar; Sutton, George H. (2009). Rocket Propulsion Elements. New York: Wiley. с. 597. ISBN .
- Øyvind Buhaug (21 вересня 2011). Combustion characteristics of LNG (PDF). LNG Fuel Forum. (PDF) оригіналу за 22 грудня 2012. Процитовано 9 грудня 2015.
- Oil and Gas Journal (9 серпня 2002). LNG liquefaction technologies move toward greater efficiencies, lower emissions. оригіналу за 30 червня 2016. Процитовано 9 грудня 2015.
- Bill White (2 жовтня 2012). All you need to know about LNG. THe Oil Drum. оригіналу за 29 серпня 2019. Процитовано 9 грудня 2015.
- Weldon Ransbarger (2007). (PDF). LNG Industry. Архів оригіналу (PDF) за 24 червня 2016. Процитовано 9 грудня 2015.
- . 2015. Архів оригіналу за 4 грудня 2017. Процитовано 2 грудня 2015.
- Ramachandran, R. (7 лютого 2014). Cryogenic advantage. Frontline. оригіналу за 29 березня 2014. Процитовано 2 грудня 2015.
- Cryogenic Fuels, Inc. (16 грудня 1991). (PDF). Metropolitan Transit Authority. Архів оригіналу (PDF) за 9 жовтня 2018. Процитовано 2 грудня 2015.
- Asogekar, Nikhil. (2 грудня 2015). Cryogenic Liquids-Hazards. CCOHS. оригіналу за 25 вересня 2019. Процитовано 2 грудня 2015.
Вікіпедія, Українська, Україна, книга, книги, бібліотека, стаття, читати, завантажити, безкоштовно, безкоштовно завантажити, mp3, відео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, малюнок, музика, пісня, фільм, книга, гра, ігри, мобільний, телефон, android, ios, apple, мобільний телефон, samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Інтернет
Kriogenne palivo ce palivo yake vimagaye zberigannya pri nadzvichajno nizkih temperaturah shob pidtrimuvati jogo v ridkomu stani Ce palivo vikoristovuyetsya v tehnici yaka pracyuye v kosmosi napriklad raketah i suputnikah de zvichajne palivo ne mozhe vikoristovuvatisya cherez duzhe nizki temperaturi yaki chasto zustrichayutsya v kosmosi i vidsutnist seredovisha yake pidtrimuye gorinnya na Zemli kisen u velikij kilkosti v atmosferi todi yak doslidzhuvanij lyudinoyu kosmos ce vakuum de kisnyu praktichno nemaye Kriogenne palivo najchastishe yavlyaye soboyu zridzheni gazi yak ot ridkij voden Kriogenne palivo Metod vigotovlennyaSkraplennya gaziv Deyaki raketni dviguni vikoristovuyut regenerativne oholodzhennya praktiku cirkulyaciyi kriogennogo paliva navkolo sopel pered zakachuvannyam paliva v kameru zgoryannya ta zapalyuvannyam Taku shemu vpershe zaproponuvav Ojgen Zenger u 1940 h rokah Usi dviguni raketi Saturn V yaka vidpravlyala pershi misiyi z ekipazhem na Misyac vikoristovuvali cej element konstrukciyi yakij dosi vikoristovuyetsya dlya dviguniv na ridkomu palivi Dosit chasto ridkij kisen pomilkovo nazivayut kriogennim palivom hocha naspravdi vin ye okislyuvachem a ne palivom Palivo ce bud yakij material yakij mozhna zmusiti reaguvati z inshimi rechovinami shob vivilniti energiyu yak teplovu energiyu abo vikoristovuvati dlya roboti Kisen vidpovidaye comu viznachennyu ale cherez jogo vsyudisushist i vidsutnist neobhidnosti voziti jogo dlya bilshosti zastosuvan jogo vse she nazivayut okislyuvachem Rosijskij aviabudivnik Tupolyev rozrobiv versiyu svogo populyarnogo Tu 154 ale z kriogennoyu palivnoyu sistemoyu yaka otrimala nazvu Tu 155 Jogo pershij polit zdijsniv u 1989 roci vikoristovuyuchi palivo pid nazvoyu skraplenij prirodnij gaz SPG OperaciyaKriogenne palivo mozhna rozdiliti na dvi kategoriyi inertne ta legkozajmiste abo goryuche Obidva tipi vikoristovuyut velike spivvidnoshennya ridini do gazu yake vinikaye koli ridina perehodit u gazovu fazu Docilnist kriogennogo paliva pov yazana z tak zvanoyu visokoyu masovoyu vitratoyu Za dopomogoyu regulyuvannya energiya visokoyi shilnosti kriogennogo paliva vikoristovuyetsya dlya stvorennya tyagi v raketah i kontrolovanogo spozhivannya paliva U nastupnih rozdilah nadayetsya dodatkova informaciya Zgoryannya dvigunaGoryuche kriogenne palivo proponuye nabagato bilshe korisnosti nizh bilshist inertnih paliv Skraplenij prirodnij gaz yak i bud yake inshe palivo bude goriti lishe yaksho nalezhnim chinom zmishati jogo z neobhidnoyu kilkistyu povitrya Sho stosuyetsya SPG osnovna bilshist efektivnosti zalezhit vid metanovogo chisla yake ye gazovim ekvivalentom oktanovogo chisla Ce viznachayetsya na osnovi vmistu metanu v zridzhenomu palivi ta bud yakomu inshomu rozchinenomu gazi ta zminyuyetsya v rezultati eksperimentalnih pokaznikiv efektivnosti Maksimalne pidvishennya efektivnosti dviguniv vnutrishnogo zgoryannya bude rezultatom viznachennya pravilnogo spivvidnoshennya paliva ta povitrya ta vikoristannya inshih vuglevodniv dlya dodatkovogo optimalnogo zgoryannya Efektivnist virobnictvaProcesi zridzhennya gazu vdoskonalyuvalisya protyagom ostannih desyatilit iz poyavoyu krashogo obladnannya ta kontrolyu vtrat tepla v sistemi Tipovi metodi vikoristovuyut perevagi temperaturi gazu sho rizko oholodzhuyetsya koli vivilnyayetsya kontrolovanij tisk gazu Dostatnye pidvishennya tisku a potim nastupne znizhennya tisku mozhe prizvesti do zridzhennya bilshosti gaziv yak prikladom ye efekt Dzhoulya Tomsona Zridzhenij gaz Hocha skraplennya prirodnogo gazu dlya zberigannya transportuvannya ta vikoristannya ye ekonomichno efektivnim pid chas procesu vitrachayetsya priblizno vid 10 do 15 vidsotkiv gazu Optimalnij proces mistit chotiri stadiyi oholodzhennya propanom i dvi stadiyi oholodzhennya etilenom Mozhna dodati dodatkovij stupin holodoagentu ale dodatkovi vitrati na obladnannya ekonomichno ne vipravdani Efektivnist mozhna pov yazati z kaskadnimi procesami chistih komponentiv yaki minimizuyut zagalnu riznicyu temperatur vid dzherela do poglinacha pov yazanu z kondensaciyeyu holodoagentu Optimizovanij proces vklyuchaye optimizovane vidnovlennya tepla razom iz vikoristannyam chistih holodoagentiv Usi rozrobniki procesiv zavodiv zridzhennya yaki vikoristovuyut perevireni tehnologiyi stikayutsya z tim samim zavdannyam efektivno oholodzhuvati ta kondensuvati sumish chistim holodoagentom V optimizovanomu kaskadnomu procesi sumish sho oholodzhuyetsya ta kondensuyetsya ye vihidnim gazom U procesah zi zmishanim holodoagentom propanu dvi sumishi yaki vimagayut oholodzhennya ta kondensaciyi ce vihidnij gaz i zmishanij holodoagent Osnovne dzherelo neefektivnosti polyagaye v teploobminnij liniyi pid chas procesu zridzhennya Perevagi ta nedolikiPerevagi Kriogenne palivo ekologichno chistishe nizh benzin abo vikopne palivo Sered inshogo kilkist parnikovih gaziv potencijno mozhna zniziti na 11 20 vikoristovuyuchi SPG a ne benzin pid chas transportuvannya vantazhiv Poryad zi svoyeyu ekologichnoyu prirodoyu voni mayut potencial dlya znachnogo znizhennya vitrat na transportuvannya vnutrishnih produktiv cherez yih veliku kilkist porivnyano z vikopnim palivom Kriogenne palivo maye vishu masovu shvidkist potoku nizh vikopne palivo i tomu viroblyaye bilshu tyagu ta potuzhnist pri spalyuvanni dlya vikoristannya u dviguni Ce oznachaye sho dviguni pracyuvatimut dali vikoristovuyuchi menshe paliva nizh suchasni gazovi dviguni Kriogenne palivo ne zabrudnyuye dovkillya tomu v razi rozlivu vono ne stanovit nebezpeki dlya navkolishnogo seredovisha Ne potribno bude pribirati nebezpechni vidhodi pislya rozlivu Potencijni nedoliki Deyaki vidi kriogennogo paliva napriklad SPG ye prirodnimi goryuchimi Zajmannya rozlivu paliva mozhe prizvesti do silnogo vibuhu Ce mozhlivo u razi avariyi avtomobilya z dvigunom na SPG Kriogenni rezervuari dlya zberigannya povinni buti zdatni vitrimuvati visokij tisk Palivni baki visokogo tisku vimagayut tovstishih stinok i micnishih splaviv sho robit baki transportnih zasobiv vazhchimi tim samim znizhuyuchi produktivnist Nezvazhayuchi na netoksichni tendenciyi kriogenne palivo shilnishe povitrya Takim chinom voni mozhut prizvesti do asfiksiyi U razi vitoku ridina zakipit u duzhe shilnij holodnij gaz i vdihannya mozhe prizvesti do letalnogo rezultatu Div takozhPrimitkiBiblarz Oscar Sutton George H 2009 Rocket Propulsion Elements New York Wiley s 597 ISBN 978 0 470 08024 5 Oyvind Buhaug 21 veresnya 2011 Combustion characteristics of LNG PDF LNG Fuel Forum PDF originalu za 22 grudnya 2012 Procitovano 9 grudnya 2015 Oil and Gas Journal 9 serpnya 2002 LNG liquefaction technologies move toward greater efficiencies lower emissions originalu za 30 chervnya 2016 Procitovano 9 grudnya 2015 Bill White 2 zhovtnya 2012 All you need to know about LNG THe Oil Drum originalu za 29 serpnya 2019 Procitovano 9 grudnya 2015 Weldon Ransbarger 2007 PDF LNG Industry Arhiv originalu PDF za 24 chervnya 2016 Procitovano 9 grudnya 2015 2015 Arhiv originalu za 4 grudnya 2017 Procitovano 2 grudnya 2015 Ramachandran R 7 lyutogo 2014 Cryogenic advantage Frontline originalu za 29 bereznya 2014 Procitovano 2 grudnya 2015 Cryogenic Fuels Inc 16 grudnya 1991 PDF Metropolitan Transit Authority Arhiv originalu PDF za 9 zhovtnya 2018 Procitovano 2 grudnya 2015 Asogekar Nikhil 2 grudnya 2015 Cryogenic Liquids Hazards CCOHS originalu za 25 veresnya 2019 Procitovano 2 grudnya 2015