Гас: властивості та основні галузі застосування
Що таке гас?
Різних визначень цього поняття існує чимало. Ось лише кілька з них. Гас – це:
- горюча сукупність рідких вуглеводнів (С8-С16) з t кипіння 150-250 °C;
- прозора рідка речовина (нафтофракція) дещо маслянистої консистенції, що не має забарвлення або з незначним жовтим відтінком;
- рідина, що добре піддається випаровуванню і має специфічний запах аренів;
- продукт, отримання якого полягає в прямому відгоні нафти, її ректифікації або вторпереробці (якщо необхідно, додатково піддається гідроочищенню);
- найлегше і найбільш летке з рідких палив;
- авіаційне паливо, нефрас, пальне, яке використовується для випалу виробів зі скла та порцеляни, засіб, що популярний у народній медицині, (керосинолікування) і матеріал з активним застосуванням у деяких інших сферах, напрямках, процесах.
Склад цього продукту залежить від його хімічної структури і способу, який був використаний для нафтопереробки з метою отримання гасу. Серед основних складників такі:
- насичені аліфатичні вуглеводні (20-60 %);
- циклоалкани (20-50 %);
- біциклічні арени (5-25 %);
- ненасичені вуглеводні (не більше 2 %);
- сірчисті/азотисті/кисневі домішки.
Якщо важкі фракції будуть присутні в значному обсязі, гас буде гірше горіти. Щоб уникнути подібного при його відгоні здійснюють гідроочищення. Після цього матеріал стає придатним для застосування з лікувальною метою. Найчистіший гас – це авіагас, оскільки саме до нього висуваються найвищі вимоги. Що стосується гасу, застосовуваного для освітлювальних завдань, в ньому – мінімальна кількість аренів, оскільки це забезпечує максимальну яскравість та інтенсивність горіння. За обсягом ароматичних вуглеводнів гас ділиться на 3 марки, кожна – зі своїм призначенням.
Працюючи з гасом, важливо дотримуватися техніки безпеки. Він належить до досить займистих речовин, може спалахнути при t всього 57 °С, а самозайнятися навіть при 216 °С. Крім того, йому характерне інтенсивне випаровування, що може призвести до інтоксикацій парами. Кількість гасу в повітряному середовищі не повинна бути більшою, ніж 300 мг/м3. Показники вище зазначеного – причина гарантовано згубного впливу на людей. Обов’язково врахуйте цю інформацію, якщо робота з гасом передбачається в закритому приміщенні.
Властивості гасу
Гас є вуглеводневою сумішшю з кількістю атомів вуглецю 8-16. Позаяк фракціонування нафти можливе різними способами, закономірне і різноманіття фізичних та хімічних властивостей.
Серед основних цифр, які важливо знати, маючи справу з гасом: густина – 0,78-0,85 г/см³, в’язкість – 1,2-4,5 мм²/с. Показники вказані при звичайній кімнатній температурі, тобто при 20 °C.
В’язкість сильно залежить від температури. Коли t збільшується, в’язкість стає меншою, і навпаки, при зниженні температури, в’язкість більшає. В’язкість гасу – дуже важливий параметр, оскільки він сильно впливає на найважливіші експлуатаційні якості системи палива літака, а також на формування сумішей і згоряння в двигуні.
Густина – ще одна з надважливих характеристик нафтових продуктів, загалом, і гасу, зокрема. Спочатку вона була чи не єдиним параметром, за яким визначали якість гасу. Визначення густини відбувається як обчислення маси одиниці об’єму рідкого складу при встановленій t. Хоча практичне надання цього параметра виглядає, як подача безрозмірної величини, яка дорівнює відношенню дійсної густини продукту нафти і дійсної густини дистиляту, взятих знову ж при встановленій t.
Термовластивості: t спалаху – 28-72 °C, t самозаймання – 300-400 °С, теплота згоряння – приблизно 43 МДж/кг.
Температура спалаху – параметр, який вимагає особливої уваги, адже він визначає, наскільки рідина пожежо небезпечна/безпечна. Він підлягає найсуворішому контролю стандартами, задля запобігання проникненню бензину, що моментально підвищує вогненебезпеку. Необхідність визначати t спалаху гасу прописана в стандартах всіх країн.
Займання рідкого матеріалу – це мається на увазі займання його пароповітряної сукупності, яке виступає передумовою сталого горіння. Зверніть увагу, що займання не у всіх випадках до цього стійкого горіння призводить. Що стосується самозаймання, то це найменша t, при якій пари нафтових продуктів, поєднуючись з повітрям, спалахують без зовнішнього впливу на них. Ця властивість лежить в основі функціонування дизельних ДВЗ.
Під теплотою згоряння мається на увазі обсяг теплоти, яка виділяється при абсолютному згорянні масової одиниці гасу. Орієнтовна цифра вказана вище, на загал діапазон виглядає так: 42,9-43,1 МДж/кг.
Інші властивості гасу, які мають значення при роботі з ним:
- висота полум’я, що не коптить (ВНП). Таким чином, встановлюється, чи здатний продукт горіти в класичній ґнотовій лампі, створюючи рівномірне біле полум’я і не продукуючи нагар та кіптяву. ВНП залежить, в основному, від фракційного і хімічного складу гасу;
- концентраційна межа загоряння (КМЗ). Визначає, як співвідносяться ділянки загоряння пари/газу з інтервалом концентрації пального продукту, рівномірно розміщеного в певному окислювачі, в межах якого можливе займання гасу від джерела вогню і самостійне розповсюдження горіння по сукупності. КМЗ гасу = 1,2-8 % за обсягом;
- t помутніння. Її можна зрозуміти при візуальному огляді і за допомогою оптичних методів, під час визначення того, як змінюється пропуск гасом променів світла. Температура помутніння гасу – менше 12 °C;
- кислотність. Те, що в складі гасу присутні кислотні компоненти, відомо давно. Застосовуваний раніше з метою освітлення гас мав у своєму складі багато органічних кислот. Це служило поясненням його низькопробності і вимагало лужного очищення, наприклад, за допомогою гідроксиду калію. Оскільки кислотність цього палива ретельно контролюється і не повинна перевищувати 0,7 мг КОН/100 мл, зворотне розчинення мил нафтенових кислот при очисних заходах не рекомендоване. З метою мінімізації такого процесу на 2-му етапі очищення роблять робочу t 40 °С.
Гас: застосування
Розглядаючи цей продукт, можна виділити кілька основних напрямків його застосування, про які й піде мова далі.
Авіація. Авіагас служить моторним пальним для газотурбінних двигунів різних авіаапаратів. Це керосинофракціії прямого нафтовідгону. Нерідко тут має місце гідроочищення й компонування з низкою присадок, що поліпшують характеристики застосування.
Також цей вид гасу може використовуватися як холодоагент в теплообмінниках, служити змазкою для рухомих компонентів паливної і двигунної систем.
Закономірно, що матеріал для згаданих завдань повинен мати бездоганні протизносні та низькотемпературні якості, а термічна окислювальна стабільність, як і питома теплота згоряння, мають бути значними.
Ракетобудування. Гас – екологічне вуглеводневе пальне для ракет, що виступає разом з тим і робочим тілом гідравлічних машин. Крім того, задіюється в техобслуговуванні, під час ручних і механічних очисних заходів.
Автотракторний напрямок. Раніше гас був дуже популярним пальним для дизельних і карбюраторних ДВЗ. Але у зв’язку з невеликим октановим числом матеріалу, моторам було характерне мале стиснення – до 4,5.
Поступається гас бензину і в плані випаровуваності, відповідно, запуск двигуна в холодну пору з ним ускладнюється. Проблему вирішували таким чином, що трактор мав 2 паливних баки: основний гасовий і додатковий бензиновий. Запуск холодного двигуна відбувався на бензині, а потім йшло перемикання на гас.
Промисловість. Тут без технічного гасу іноді не обходиться створення етилену, пропену та аренів. Він служить паливом у процесі випалу скла та порцеляни, виступає добрим розчинним матеріалом, коли потрібно промити якийсь механізм, позбутися іржі, і використовується як розчинник при виготовленні ПВХ. Його задіюють у машинах для миття посуду, щоб запобігти скупченню електростатичних зарядів, до нього додають магній- і хромовмісні присадки. Знаходить цей продукт застосування і в якості сировини для нафтопереробки.
Освітлення, обігрівання та інші побутові застосування. Найпоширеніше побутове застосування, яке також вже залишилося в минулому – введення в гасові лампи. Та й інші освітлювальні прилади часто адаптували саме під гас. Це паливо використовували і для функціонування різних застарілих типів плит для кухні. Воно застосовувалось в опаленні, служило розчинником. Якісний рівень визначався, головним чином, за висотою полум’я, що не коптить.
Народна медицина. Основна мета, що ставиться в цьому напрямку – лікування педикульозу та дифтерії.
Дезінсекція. Багато років гас служив засобом для боротьби з вошами. Окрім того, ним протирали різні предмети меблів, щоб винищити клопів.
З дуже цікавих застосувань:
- як приманка для лову риби;
- як розчинник при нанесенні пестицидів;
- як чудовий варіант палива, використовуваного на фаєр-шоу, завдяки доброму всмоктуванню і порівняно невеликій t горіння.
Гас – дивовижний матеріал з різноплановим застосуванням. Але для якого із завдань ви б не вирішили його використовувати, не забувайте про необхідність дотримуватися техніки безпеки. Тоді результат буде бажаним, а ризики зведені до мінімуму.
