French
DeutschКріогенне паливо — Вікіпедія
| Кріогенне паливо | |
 | |
| Метод виготовлення | Скраплення газів |
|---|---|
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.
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).
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[1]. За допомогою регулювання енергія високої щільності кріогенного палива використовується для створення тяги в ракетах і контрольованого споживання палива. У наступних розділах надається додаткова інформація.
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[2]. Це визначається на основі вмісту метану в зрідженому паливі та будь-якому іншому розчиненому газі та змінюється в результаті експериментальних показників ефективності[2]. Максимальне підвищення ефективності двигунів внутрішнього згоряння буде результатом визначення правильного співвідношення палива та повітря та використання інших вуглеводнів для додаткового оптимального згоряння.
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[3].
Хоча скраплення природного газу для зберігання, транспортування та використання є економічно ефективним, під час процесу витрачається приблизно від 10 до 15 відсотків газу[4]. 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[5].
- 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[6].
- Поряд зі своєю екологічною природою вони мають потенціал для значного зниження витрат на транспортування внутрішніх продуктів через їх велику кількість порівняно з викопним паливом[6].
- 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[7].
- Кріогенне паливо не забруднює довкілля, тому в разі розливу воно не становить небезпеки для навколишнього середовища. Не потрібно буде прибирати небезпечні відходи після розливу[8].
- 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[8].
- 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[9].
- ↑ Biblarz, Oscar; Sutton, George H. (2009). Rocket Propulsion Elements. New York: Wiley. с. 597. ISBN 978-0-470-08024-5.
- ↑ а б Øyvind Buhaug (21 вересня 2011). Combustion characteristics of LNG (PDF). LNG Fuel Forum. Архів (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. Архів оригіналу за 30 червня 2016. Процитовано 9 грудня 2015.
- ↑ Bill White (2 жовтня 2012). All you need to know about LNG. THe Oil Drum. Архів оригіналу за 29 серпня 2019. Процитовано 9 грудня 2015.
- ↑ Weldon Ransbarger (2007). A Fresh look at LNG Process Efficiency (PDF). LNG Industry. Архів оригіналу (PDF) за 24 червня 2016. Процитовано 9 грудня 2015.
- ↑ а б What are the Benefits of LNG. 2015. Архів оригіналу за 4 грудня 2017. Процитовано 2 грудня 2015.
- ↑ Ramachandran, R. (7 лютого 2014). Cryogenic advantage. Frontline. Архів оригіналу за 29 березня 2014. Процитовано 2 грудня 2015.
- ↑ а б Cryogenic Fuels, Inc. (16 грудня 1991). Liquid Methane Fuel Characterization and Safety Assessment Report (PDF). Metropolitan Transit Authority. Архів оригіналу (PDF) за 9 жовтня 2018. Процитовано 2 грудня 2015.
- ↑ Asogekar, Nikhil. (2 грудня 2015). Cryogenic Liquids-Hazards. CCOHS. Архів оригіналу за 25 вересня 2019. Процитовано 2 грудня 2015.