Danas mnogi domovi i industrije koriste prirodni plin. Ovaj plin kontinuirano raste u svijetu, a očekuje se da će i dalje rasti u narednim desetljećima. Koristiti prirodni plin vrlo važan parametar koristi se u svijetu kemije. Riječ je o toplinskoj vrijednosti. To je parametar koji se koristi za određivanje kvalitete prirodnog plina. Zahvaljujući tome, troškovi plina potrebni za određeno djelovanje, a time i ekonomski troškovi mogu se smanjiti.
Međutim, koja je toplinska vrijednost? U ovom postu moći ćete znati sve o toplotnoj vrijednosti, samo morate nastaviti čitati 🙂
Definicija kalorijske vrijednosti
Kalorijska vrijednost plina je količina energije po jedinici mase ili volumena koja se oslobađa potpunom oksidacijom. Ova oksidacija nije poznata za željezo. Vrlo je često kad čujete neku kemiju pomisliti na oksidaciju kao takvu. Oksidacija je koncept koji se odnosi na gubitak elektrona iz tvari. Kad se to dogodi, njegov pozitivni naboj se povećava i govori se da oksidira. Spomenuta oksidacija odvija se u procesu izgaranja.
Kada izgaramo prirodni plin dobivamo energiju za stvaranje električne energije, zagrijavanje vode itd. Stoga je važno znati količinu energije koju je plin u stanju stvoriti po jedinici mase ili volumena da bismo odredili njegovu kvalitetu. Prema što je njegova toplotna vrijednost veća, to je manja količina plina koji ćemo upotrijebiti. U tome počiva važnost kvalitete plina u odnosu na ekonomske troškove.
Za mjerenje toplinske vrijednosti koriste se razne mjerne jedinice. Kilojouli i kilokalorije koriste se i za masu i za volumen. Kao i u hrani, i ovdje u plinovima ima kilokalorija. To je ništa drugo nego energija koja se oslobađa tijekom 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 kubičnom metru (kJ / m3) ili kilokalorija po kubičnom metru (kcal / m3).
Veća ili niža ogrjevna vrijednost
Kad govorimo teoretski, ogrjevna vrijednost plina jedinstvena je i stalna. Međutim, kada je riječ o provedbi u praksi, možemo pronaći još dvije definicije. Jedan se odnosi na veću toplinsku vrijednost, a drugu na nižu. Prva smatra da je vodena para koja nastaje tijekom procesa izgaranja potpuno kondenzirana. To uzima u obzir toplinu koju plin stvara u promjeni faze.
Pod pretpostavkom da su svi elementi koji sudjeluju u izgaranju uzeti na nula stupnjeva. Da bi se izgaranje odvijalo, mora postojati zrak i taj zrak također 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. Ta vodena para dolazi iz vlage svojstvene gorivu i iz vlage koja nastaje kad oksidira vodik u gorivu.
S druge strane, niža toplinska 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, ne oslobađa energiju i nema dodatnog ulaza. U ovoj situaciji dolazi samo do unosa energije iz 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 izgaranja obično na višoj temperaturi od kondenzacije vodene pare. Stoga se ne uzima u obzir energija zbog fazne promjene plina.
Prikazujući energiju koju plin može osloboditi tijekom svoje oksidacije, možemo također znati kakvoću navedenog plina. Što plin ima veću toplinsku vrijednost, to će nam biti potrebna manja količina. U industriji je vrlo važno uzeti u obzir ove čimbenike. Što je veća kvaliteta plina, to su niži troškovi proizvodnje. Što je kalorijska vrijednost plina stabilnija, jeftiniji će biti trošak operacija.
Mjere i kontrola koje se provode u tim operacijama u potpunosti ovise o tome koja vrsta poduzeća to radi. Međutim, bez obzira na tvrtku (prirodni plin, ležište, bušotina ili bioplin), oni iscrpno kontroliraju ovaj parametar. Također se široko koristi u industrijama poput metalurgije, tvornica stakla, cementara, rafinerija, proizvođača energije i petrokemije.
Analitička mjerenja
Komentirali smo da je ogrjevna vrijednost vrlo važan parametar i da industrije imaju metode za njezino mjerenje i kontrolu. Postoje razne metode za određivanje ogrjevne vrijednosti plina. Najstarija i najpoznatija je ona kalorimetar bombe.
Ova se metoda sastoji od unošenja plina u hermetički zatvorenu posudu konstantnog volumena. Spremnik mora biti izoliran od drugih materijala ili 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 točna, na kraju troši sav plin u izgaranju. Nadalje, smatra se diskontinualnom metodom mjerenja. Stoga se ova metoda ne koristi u velikim industrijama koje troše plin.
Kontinuirano mjerenje ovog plina vrši se internetskom plinskom kromatografijom. To se sastoji od odvajanja komponenata uzorka plina unutar kromatografske kolone. Obično se radi o kapilarnoj cijevi u kojoj je stacionarna faza i mi uvodimo plin, koji je pokretna faza. Komponente plina zadržavaju se adsorpcijom stacionarne faze, mijenjajući vrijeme eluiranja ovisno o molekulskoj težini. Što je molekularna masa niža, to je vrijeme elucije kraće i obrnuto. Kako plinovi izlaze iz kolone, oni se susreću sa selektivnim detektorom ugljikovodika. Djeluju toplinskom vodljivošću.
Pri analizi rezultata, dobiva se kromatogram. Ovo nije ništa drugo do grafikon na kojem je naznačeno koliki je postotak svakog ugljikovodika u plinu koji smo analizirali. Pomoću ovih podataka ogrjevna vrijednost može se izračunati kasnije.
Već znate nešto više o toplinskoj snazi i važnosti koju ona ima prilikom stvaranja prirodnog plina ili drugih plinova.