Danas mnogi domovi i industrije koriste prirodni plin. Ovaj plin kontinuirano raste na globalnom nivou i očekuje se da će i dalje rasti u narednim decenijama. Koristiti prirodni gas vrlo važan parametar koristi se u svijetu hemije. Radi se o toplotnoj vrijednosti. Ovo je parametar koji se koristi za određivanje kvalitete prirodnog plina. Zahvaljujući tome, troškovi plina potrebni za određenu akciju, a time i ekonomski troškovi mogu se smanjiti.
Međutim, koja je toplotna vrijednost? U ovom postu moći ćete znati sve o toplotnoj vrijednosti, samo morate nastaviti čitati 🙂
Definicija kalorijske vrijednosti
Kalorična vrijednost plina je količina energije po jedinici mase ili zapremine koja se oslobađa nakon potpune oksidacije. Ova oksidacija nije poznata po gvožđu. Vrlo je često kada čujete neku kemiju pomisliti na oksidaciju kao takvu. Oksidacija je koncept koji se odnosi na gubitak elektrona iz supstance. Kada se to dogodi, njegov pozitivni naboj se povećava i govori se da oksidira. Ova se oksidacija odvija u procesu sagorijevanja.
Kada sagorijevamo prirodni plin dobivamo energiju za stvaranje električne energije, grijanja vode itd. Stoga je važno znati količinu energije koju gas može stvoriti po jedinici mase ili zapremine kako bi se odredio njegov kvalitet. Prema što je veća njegova kalorična vrijednost, to je manja količina plina koji ćemo koristiti. U tome leži važnost kvaliteta plina u odnosu na ekonomske troškove.
Za mjerenje toplotne vrijednosti koriste se razne mjerne jedinice. Kilojouli i kilokalorije koriste se i za masu i za zapreminu. Kao i u hrani, i ovdje u plinovima ima kilokalorija. To je ništa više od energije koja se oslobađa tokom procesa oksidacije. Što se tiče mase, izračunava se u kilodžulima po kilogramu (kJ / Kg) ili kilokalorija po kilogramu (kcal / kg). Ako se referiramo na zapreminu, govorit ćemo o kilodžulima po kubnom metru (kJ / m3) ili kilokalorija po kubnom metru (kcal / m3).
Veća ili niža kalorična vrijednost
Kada govorimo teoretski, kalorijska vrijednost plina je jedinstvena i konstantna. Međutim, kada je riječ o primjeni u praksi možemo pronaći dvije druge definicije. Jedan se odnosi na veću toplinsku vrijednost, a drugu na nižu. Prva smatra da je vodena para koja nastaje tokom procesa sagorijevanja u potpunosti kondenzirana. Ovo uzima u obzir toplinu koju plin stvara u fazi promjene.
Pod pretpostavkom da su svi elementi koji su uključeni u sagorijevanje uzeti na nula stepeni. Da bi se izgaranje odvijalo, mora postojati vazduh i taj vazduh takođe daje energiju. Stoga, ako se i reaktanti i proizvodi koji sudjeluju u izgaranju dovedu na nula stupnjeva prije i poslije, vodena para će se potpuno kondenzirati. Ova vodena para dolazi iz vlage svojstvene gorivu i iz vlage koja nastaje kada oksiduje vodonik u gorivu.
S druge strane, niža kalorična vrijednost ne uzima u obzir energiju koji se oslobađa faznom promjenom plina. Uzmite u obzir da se vodena para sadržana u plinovima ne kondenzira. Ne mijenjajući fazu, ona ne oslobađa energiju i nema dodatnog ulaza. U ovoj situaciji dolazi samo do unosa energije od oksidacije goriva.
Industrijska upotreba
Kada je riječ o stvarnosti u industrijama proizvodnje energije, najveća je zanimljivost niža kalorijska vrijednost. To je zato što su plinovi za sagorijevanje obično na višoj temperaturi od kondenzacije vodene pare. Stoga se energija uslijed fazne promjene plina ne uzima u obzir.
Predstavljajući energiju koju plin može osloboditi tijekom svoje oksidacije, možemo također znati kvalitetu navedenog plina. Što plin ima veću toplinsku vrijednost, to će nam biti potrebna manja količina. U industriji je vrlo važno uzeti u obzir ove faktore. Što je veća kvaliteta plina, to su niži troškovi proizvodnje. Što je kalorijska vrijednost plina stabilnija, jeftiniji će biti troškovi operacija.
Mjere i kontrola koje se provode na ovim operacijama u potpunosti ovise o tome koja vrsta preduzeća to radi. Međutim, bez obzira na kompaniju (prirodni plin, ležište, bunar ili bioplin), oni iscrpno kontroliraju ovaj parametar. Takođe se široko koristi u industrijama poput metalurgije, fabrika stakla, cementara, rafinerija, proizvođača energije i petrokemije.
Analitička mjerenja
Komentirali smo da je kalorijska vrijednost vrlo važan parametar i da industrije imaju metode za njezino mjerenje i kontrolu. Postoje razne metode za određivanje kalorijske vrijednosti plina. Najstariji i najpoznatiji je onaj od kalorimetar bombe.
Ova metoda sastoji se od unošenja plina u hermetički zatvorenu posudu konstantne zapremine. Spremnik mora biti izoliran od drugih materijala ili od mogućih promjena u mjerenju. Jednom kada se plin uvede, iskra se koristi za paljenje plina. Za mjerenje temperature postavlja se termometar. Ovom promjenom vrijednosti temperature izmjerit ćemo toplinu koja se oslobađa reakcijom oksidacije.
Iako je ova metoda vrlo precizna, na kraju troši sav plin u sagorijevanju. Nadalje, smatra se diskontinualnom metodom mjerenja. Stoga se ova metoda ne koristi u velikim industrijama koje troše plin.
Kontinuirano mjerenje ovog plina vrši se putem mrežne plinske hromatografije. To se sastoji od razdvajanja komponenata uzorka plina unutar hromatografske kolone. Obično se radi o kapilarnoj cijevi u kojoj postoji stacionarna faza i mi uvodimo plin, koji je mobilna faza. Komponente plina zadržavaju se adsorpcijom stacionarne faze, mijenjajući vrijeme eluiranja ovisno o molekulskoj težini. Što je niža molekularna težina, to je kraće vrijeme elucije i obrnuto. Kako plinovi izlaze iz kolone, oni se susreću sa selektivnim detektorom ugljikovodika. Oni rade toplotnom provodljivošću.
Pri analizi rezultata, dobija se hromatogram. Ovo nije ništa drugo do grafikon na kojem je naznačeno koliki je procenat svakog ugljovodonika u gasu koji smo analizirali. Pomoću ovih podataka ogrjevna vrijednost može se izračunati kasnije.
Već znate nešto više o toplotnoj snazi i važnosti koju ona ima prilikom stvaranja prirodnog plina ili drugih plinova.