Κύριοι τύποι αερίων

2025 Συγγραφέας: Howard Calhoun | calhoun@techconfronts.com. Τελευταία τροποποίηση: 2025-01-24 13:14

Η φύση γνωρίζει τρεις βασικές καταστάσεις οποιασδήποτε ουσίας: στερεή, υγρή και αέρια. Σχεδόν οποιοδήποτε υγρό μπορεί να αποκτήσει καθένα από τα υπόλοιπα δύο. Πολλά στερεά, όταν λιώνουν, εξατμίζονται ή καίγονται, μπορούν να αναπληρώσουν το περιεχόμενο του αέρα. Αλλά δεν μπορεί κάθε αέριο να γίνει συστατικό στερεών υλικών ή υγρών. Είναι γνωστοί διάφοροι τύποι αερίων, οι οποίοι διαφέρουν ως προς τις ιδιότητες, την προέλευση και τα χαρακτηριστικά εφαρμογής τους.

Ορισμός και ιδιότητες

Το αέριο είναι μια ουσία που χαρακτηρίζεται από την απουσία ή την ελάχιστη τιμή διαμοριακών δεσμών, καθώς και από την ενεργό κινητικότητα των σωματιδίων. Βασικές ιδιότητες που έχουν όλοι οι τύποι αερίων:

1. Ρευστότητα, παραμόρφωση, πτητότητα, προσπάθεια για μέγιστο όγκο, αντίδραση ατόμων και μορίων σε μείωση ή αύξηση της θερμοκρασίας, η οποία εκδηλώνεται με αλλαγή της έντασης της κίνησής τους.
2. Υπάρχει σε θερμοκρασία όπου η αύξηση της πίεσης δεν υγροποιείται.
3. Εύκολοσυρρικνώνεται, μειώνεται σε όγκο. Αυτό καθιστά εύκολη τη μεταφορά και τη χρήση.
4. Τα περισσότερα υγροποιούνται με συμπίεση εντός ορισμένων ορίων πιέσεων και κρίσιμων τιμών θερμότητας.

Λόγω απρόσιτης έρευνας, περιγράφονται χρησιμοποιώντας τις ακόλουθες βασικές παραμέτρους: θερμοκρασία, πίεση, όγκος, μοριακή μάζα.

Ταξινόμηση κατά κατάθεση

Στο φυσικό περιβάλλον, όλα τα είδη αερίων βρίσκονται στον αέρα, τη γη και το νερό.

1. Συστατικά του αέρα: οξυγόνο, άζωτο, διοξείδιο του άνθρακα, αργό, μονοξείδιο του αζώτου με ακαθαρσίες νέον, κρυπτόν, υδρογόνο, μεθάνιο.
2. Στο φλοιό της γης, το άζωτο, το υδρογόνο, το μεθάνιο και άλλοι υδρογονάνθρακες, το διοξείδιο του άνθρακα, το οξείδιο του θείου_{και άλλοι βρίσκονται σε αέρια και υγρή κατάσταση. Υπάρχουν επίσης εναποθέσεις αερίου στο στερεό κλάσμα αναμεμειγμένο με στρώματα νερού σε πιέσεις περίπου 250 atm. σε σχετικά χαμηλές θερμοκρασίες (έως 20˚С).}
3. Οι δεξαμενές περιέχουν διαλυτά αέρια - υδροχλώριο, αμμωνία και κακώς διαλυτά αέρια - οξυγόνο, άζωτο, υδρογόνο, διοξείδιο του άνθρακα _κ.λπ.

Τα φυσικά αποθέματα υπερβαίνουν κατά πολύ την πιθανή ποσότητα τεχνητά δημιουργημένων.

Ταξινόμηση κατά βαθμό ευφλεκτότητας

Όλοι οι τύποι αερίων, ανάλογα με τα χαρακτηριστικά συμπεριφοράς στις διαδικασίες ανάφλεξης και καύσης, χωρίζονται σε οξειδωτικά, αδρανή και εύφλεκτα.

1. Τα οξειδωτικά προάγουν και υποστηρίζουν την καύση, αλλά δεν καίγονται: αέρας, οξυγόνο, φθόριο, χλώριο, οξείδιο του αζώτου και διοξείδιο.
2. Αδρανή μην συμμετέχετεστην καύση, ωστόσο, τείνουν να εκτοπίζουν το οξυγόνο και επηρεάζουν τη μείωση της έντασης της διαδικασίας: ήλιο, νέο, ξένο, άζωτο, αργό, διοξείδιο του άνθρακα.
3. Τα εύφλεκτα αναφλέγονται ή εκρήγνυνται όταν συνδυάζονται με οξυγόνο: μεθάνιο, αμμωνία, υδρογόνο, ακετυλένιο, προπάνιο, βουτάνιο, μονοξείδιο του άνθρακα, αιθάνιο, αιθυλένιο. Τα περισσότερα από αυτά χαρακτηρίζονται από καύση μόνο υπό συνθήκες ορισμένης σύνθεσης του μείγματος αερίων. Λόγω αυτής της ιδιότητας, το αέριο είναι ο τύπος καυσίμου, μακράν το πιο κοινό. Σε αυτή την ιδιότητα χρησιμοποιούνται μεθάνιο, προπάνιο, βουτάνιο.

διοξείδιο του άνθρακα και ο ρόλος του

Είναι ένα από τα πιο κοινά αέρια στην ατμόσφαιρα (0,04%). Σε κανονική θερμοκρασία και ατμοσφαιρική πίεση, έχει πυκνότητα 1,98 kg/m³. Μπορεί να είναι σε στερεή ή υγρή κατάσταση. Η στερεά φάση εμφανίζεται σε αρνητική θερμότητα και σταθερή ατμοσφαιρική πίεση, ονομάζεται «ξηρός πάγος». Η υγρή φάση CO_{2 είναι δυνατή με αυξανόμενη πίεση. Αυτή η ιδιοκτησία χρησιμοποιείται για αποθήκευση, μεταφορά και τεχνολογικές εφαρμογές. Η εξάχνωση (μετάβαση σε αέρια κατάσταση από στερεό, χωρίς ενδιάμεση υγρή φάση) είναι δυνατή στους -77 - -79˚С. Η διαλυτότητα στο νερό σε αναλογία 1:1 επιτυγχάνεται σε t=14-16˚С.}

Οι τύποι διοξειδίου του άνθρακα διακρίνονται ανάλογα με την προέλευση:

1. Τα απόβλητα φυτών και ζώων, εκπομπές από ηφαίστεια, εκπομπές αερίων από τα έγκατα της γης, εξάτμιση από την επιφάνεια των υδάτινων σωμάτων.
2. Ανθρώπινη παραγωγή, συμπεριλαμβανομένων των εκπομπών από την καύση κάθε είδουςκαύσιμο.

Ως χρήσιμη ουσία, χρησιμοποιείται:

1. Σε πυροσβεστήρες διοξειδίου του άνθρακα.
2. Σε κυλίνδρους για συγκόλληση τόξου στο κατάλληλο περιβάλλον CO_2.
3. Στη βιομηχανία τροφίμων ως συντηρητικό και για την ενανθράκωση του νερού.
4. Ως ψυκτικό για προσωρινή ψύξη.
5. Στη χημική βιομηχανία.
6. Στη μεταλλουργία.

Όντας απαραίτητο συστατικό της ζωής του πλανήτη, του ανθρώπου, της λειτουργίας μηχανών και ολόκληρων εργοστασίων, το διοξείδιο του άνθρακα συσσωρεύεται στα κατώτερα και ανώτερα στρώματα της ατμόσφαιρας, καθυστερώντας την απελευθέρωση θερμότητας και δημιουργώντας ένα «φαινόμενο θερμοκηπίου.

Υγροποιημένο αέριο και ο ρόλος του

Μεταξύ των ουσιών φυσικής προέλευσης και τεχνολογικών σκοπών, υπάρχουν και εκείνες που έχουν υψηλό βαθμό ευφλεκτότητας και θερμιδικής αξίας. Οι ακόλουθοι τύποι υγροποιημένου αερίου χρησιμοποιούνται για αποθήκευση, μεταφορά και χρήση: μεθάνιο, προπάνιο, βουτάνιο, καθώς και μείγματα προπανίου-βουτανίου.

βουτάνιο (C₄H₁₀₎ και το προπάνιο είναι συστατικά των αερίων πετρελαίου. Το πρώτο υγροποιείται στους -1 - -0, 5˚С. Η μεταφορά και η χρήση καθαρού βουτανίου σε παγωμένο καιρό δεν πραγματοποιείται λόγω του παγώματος του. Θερμοκρασία υγροποίησης για προπάνιο (С₃Н_{8) -41 – -42˚С, κρίσιμη πίεση – 4,27 MPa.}

Μεθάνιο (CH_{4) είναι το κύριο συστατικό του φυσικού αερίου. Τύποι πηγής αερίου - κοιτάσματα πετρελαίου, προϊόντα βιογενών διεργασιών. Η υγροποίηση λαμβάνει χώρα μέσω βαθμιαίας συμπίεσης και μείωσης της θερμότητας στους -160 - -161˚С. Σε καθεΤο στάδιο συμπιέζεται 5-10 φορές.}

Η υγροποίηση πραγματοποιείται σε ειδικές εγκαταστάσεις. Το προπάνιο, το βουτάνιο, καθώς και το μείγμα τους για οικιακή και βιομηχανική χρήση παράγονται χωριστά. Το μεθάνιο χρησιμοποιείται στη βιομηχανία και ως καύσιμο για τις μεταφορές. Το τελευταίο μπορεί να εκδοθεί και σε συμπιεσμένη μορφή.

Πιεσμένο αέριο και ο ρόλος του

Πρόσφατα, το συμπιεσμένο φυσικό αέριο έχει αποκτήσει δημοτικότητα. Εάν χρησιμοποιείται μόνο υγροποίηση για προπάνιο και βουτάνιο, τότε το μεθάνιο μπορεί να παραχθεί τόσο σε υγροποιημένη όσο και σε συμπιεσμένη κατάσταση. Το αέριο σε φιάλες υπό υψηλή πίεση 20 MPa έχει μια σειρά από πλεονεκτήματα σε σχέση με το γνωστό υγροποιημένο αέριο.

1. Υψηλός ρυθμός εξάτμισης, συμπεριλαμβανομένων των αρνητικών θερμοκρασιών αέρα, χωρίς αρνητικά φαινόμενα συσσώρευσης.
2. Χαμηλότερη τοξικότητα.
3. Πλήρης καύση, υψηλή απόδοση, χωρίς αρνητικές επιπτώσεις στον εξοπλισμό και την ατμόσφαιρα.

Βρίσκει όλο και μεγαλύτερη εφαρμογή όχι μόνο για φορτηγά, αλλά και για αυτοκίνητα, καθώς και για εξοπλισμό λέβητα.

Το αέριο είναι μια δυσδιάκριτη αλλά απαραίτητη ουσία για την ανθρώπινη ζωή. Η υψηλή θερμογόνος δύναμη ορισμένων εξ αυτών δικαιολογεί την ευρεία χρήση διαφόρων συστατικών του φυσικού αερίου ως καύσιμο για τη βιομηχανία και τις μεταφορές.