ENERGETIKA I ENERGETSKI IZVORI Energetika je nauna disciplina

ENERGETIKA I ENERGETSKI IZVORI Energetika je nau~na disciplina koja prou~ava: izvore energije pretvaranje jednog oblika energije u drugi prenos i distribuciju energije upotrebu energije u njenim korisnim oblicima posledice proizvodnje i upotrebe energije Svojstvo svake materije je istovremena manifestacija mase i energije. Ova dva faktora dejstvom u kretanju izazivaju promenu, tj. vr{e rad. Svojstvo materije da mo`e vr{iti neki rad naziva se energija. Gr~ki: en (u) ergio (dejstvo)

Savremeni svet postao je veoma zavisan od ukupne raspolo`ive energije koju koristi za: Proizvodnju dobara, industrija (40 do 50% ) Podmirenje potreba {iroke potro{nje (30 do 40%) Transport (20) OBLICI ENERGIJE Na sada{njem stepenu razvoja energetike, najadekvatnija klasifikacija energije je aspekt njenog pojavljivanja u prirodi i mogu}nost primene, pa se zato raspravlja o: 1. Primarna 2. Sekundarna 3. Korisna energija

Primarna energija se nalazi u prirodi i to kao: Unutra{nja energija nuklearnih i fosilnih goriva (uran, ugalj, nafta, zemnoi gas), predstavlja osnovnu termogenstku sirovinu sa visokom koncentracijom akomulirane energije u jedinici mase. Kineti~ka i potencijalna energija vode (energija vodenih padova i tokova), energija plime i oseke mora i okeana, energija talasa, a tako|e energija temperaturne razlike dubljih i pli}ih voda, pre svega u tropskim morima. Morske struje! Sun~eva energija: predstavlja ogromnu koli~inu energije koju sunce prenosi na zemlju posredstvom zra~enja. Ekvivalent je oko 1 700 000 milijardi tona kamenog uglja. Energija koju sunce preda zemlji u toku dva sata jednaka je jednogodi{njim potrebama energije u svetu. U posebnim sun~anim pe}ima (sa velikim brojem konkavnih ogledala) u `i`i mo`e se razviti temperatura od oko 6000 C).

Energija vetra: kori{ten od davnina, vetrenja~e, a u saobra}aju pokretanje brodova na jedra (preplovljeni i Atlanski i Tihi okean). Poslednjih godina izgra|en je veliki broj postrojenja za pretvaranje kineti~ke energije vazduha u elektri~nu energiju. Energija unutra{njosti zemlje: Zemlja vi{e toplote zra~i, nego {to je prima od sunca Ova energija vi{estruko prevazilazi ukupne svetske energetske potrebe. Na sada{njem nivou upotrebljava se samo, i u retkim slu~ajevima geotermalna energija. U unutra{nju energiju zemlje ubraja se i energija vulkana (Rusija Kam~atka, Italija, Japan, Indonezija) Primarni oblik energije se uglavnom pretvara u druge oblike energije potrebne industriji, {irokoj potro{nji i transportu i naziva se sekundama ili transformisana energija.

Primarni oblici energije mogu biti konvencionalni i nekonvencijalni. Pored toga, primarni oblici energije mogu biti obnovljivi i neobnovljivi! Konvencionalni oblici energije su: UGALJ (neobnovljiv oblik hemijske ener. ) NAFTA (neobnovljiv oblik hemijske ener. ) ZEMNI GAS (neobnovljiv oblik hemijske ener. ) NUKLEARNE MATERIJE (neobnovljiv oblik nuklearne ener. ) TOPLI IZVORI (neobnovljiv izvor unutra{nje termi~ke ener. ) VODENI TOKOVI (obnovljivi izvor potencijelne/kineti~ke ener. ) BILJNI MATERIJALI (obnovljivi izvori hemijske energije)

Nekonvencionalni oblici energije su: ULJA ULNJIH [KRILJACA I BITUMENOZNOG PESKA (neobnovljivi oblici hemijske energije) GEOTERMI^KA ENERGIJE ZEMLJINE UNUTRA[NJOSTI (neobnovljivi oblik unutra{nje energije zemlje) SVI OBLICI ENERGIJE MORA: plima i oseka, talasa, morskih struja (obnovljivi oblivi kineti~ke i potencijalne energije) SUN^EVA ENERGIJA (“obnovljivi” oblik energije zra~enja) ENERGIJA VETRA (obnovljivi oblik kineti~ke energija) VODONIK I ALKOHOL KAO GORIVO !!! TRANSFORMACIJA ENERGIJE, STEPEN KORISNOSTI. . . Je koli~nik koli~ine energije u tra`enom obliku i koli~ine dovedene energije. Mo`e biti od 0 do 1. Dana{nje ma{ine i preko 0, 98, ili 98% stepena korisnog dejstva.

GORIVA Pod gorivom se podrazumevaju prirodne i ve{ta~ke materije koje u procesu sagorevanja osloba|aju velike koli~ine toplotne energije. Toplotna energija se dobija kao rezultat razli~itih hemijskih, odnosno termohemijskih procesa, zasnovan na promeni sastava ili strukture goriva. Od osnovnog zna~aja je proces sagorevanja, oksidacija kiseonikom iz vazduha, mada se proces oksidacije mo`e realizovati i iz drugih medijuma. Brzini oksidacije se u praksi postavljaju ograni~enja. Ako ovaj proces traje jako kratko, tj. ako se u kratkom vremenskom periodu oslobodi velika koli~Ina toplote, EKSPLOZIJA. Goriva su i danas najva`niji primarni izvor energije i podmiruju 90% potrebne energije u svetu. Procenjene rezerve svih vrsta goriva su na oko 50 do 60 godina na sada{njem nivou potro{nje. Statistike uglavnom neprecizne zbog otkrivanja novih nalazi{ta, i manipulisanja tr`i{tem energije.

Kako je proces transformacije goriva uglavnom povezan sa emisijom toplote (egzotermi~ki procesi), nuklearne materije se tako|e svrstavaju u goriva, mada u u`em smislu ona ne spadaju u njih jer ne zahtevaju kiseonik (oksidaciju) za proces transformacije energije (nuklearna goriva mogu razviti temperaturu od nekoliko miliona stepeni). PODELA GORIVA, ANALIZA SASTAVA Osnovna podela goriva je na ~vrsta, te~na i gasovita, kao i prirodna i ve{ta~ka goriva Prirodna ~vrsta goriva su drvo, lignit, mrki i kameni ugalj, uljni i bitumenski {kriljci. Ve{ta~ka ~vrsta goriva su koks, polukoks, drveni ugalj, briketi. Prirodno te~no gorivo je nafta. Ve{ta~ko te~no gorivo je benzin, dizel, lo` ulje, mazut, . . . metanol i etanol prirodni ili ve{ta~ki? Prirodno gasovito gorivo je zemni gas, barski gas, truli gas. Ve{ta~ko gasovito gorivo je generatorski, vodoni~ni i rafinerijski gas, vodonik.

Za utvr|ivanje kvaliteta goriva neophodno je poznavanje sastava. Bez obzira na agregatno stanje, glavni sastavni delovi goriva su: Ugljenik, {to je sadr`aj ugljenika u gorivu vi{i ono je kvalitetnije. Sagorevanjem prelazi u ugljen-monoksid, nepotpunim sagorevanjem, a zatim u ugljen-dioksid, potpunim sagorevanjem). Ugljenik ~ini 98% materije ~vrstih goriva i do 87% materije te~nih goriva. U gasovitim gorivima ~ini njen prete`ni deo. Procesu sagorevanja daje najve}u koli~inu toplote. Toplotna mo} ugljenika je 33829 k. J/kg. U gorivima mo`e biti u elementarnom stanju ili u jedinjenjima sa vodonikom (gasovita), vodonikom i kiseonikom (alkoholi) Vodonik poseban sastojak goriva koji se nalazi u raznim jedinjenjima u vezanom ili nevezanom obliku. Sagoreva i u vodi pri cemu se odloba|a 142014 k. J/kg toplotne energije (vi{e od 4 puta u odnosu na ugljenik). U ~vrstim gorivima je ukupna koli~ina vodonika 5 -6% u te~nom od 8 -12%, a u gasovitim mo`e dosti}i i do 50%. ^ist vodonik se koristi za pokretanje raketnih goriva. Vodonik pove}ava toplotnu mo}, ubrzava sagorevanje, izdu`uje plamen ali pove}ava ~a|ivost.

Kiseonik nije po`eljan u gorivu jer mu sni`ava toplotnu vrednost ali ujedno smanjuje koli~inu kiseonika koju je potrebno preuzeti iz vazduha. U sastavu ugljeva ga ima oko 20%, ulazi u sastav nekih homogenih goriva (alkoholi). U procesu sagorevanja izdu`uje plamen i smanjuje ~a|avost. Azot nije pozeljan u gorivu jer je neaktivan, pa tu svoju neaktivnost prenosi i na jedinjenja u kojima u~estvuje. Nalazi se u sastavu organskih jedinjenja, uglavnom iz belan~evina. U~estvuje u sastavu goriva do max. 1, 3%. Sumpor se nalazi u gorivima u sagorljivom i nesagorljivom obliku. Sagorljivi deo sumpora u gorivu (sulfidni oblik) nije po`eljan jer pri sagorevanju stvara sumpor-dioksid SO 2 koji nagriza metalne delove opreme, o{te}uje biljni i `ivotinjski svet. Nesagorljivi deo sumpora stvara {ljaku koja izaziva oste}enja re{etki lo`i{ta (proizvodnja sumporne kiseline. . . Produkti pirita u vodi!!!

Pepeo (oznaka A) predstavlja nesagorljivi ostatak, mineralne materije u obliku karbonata, silikata, sulfata, fosfata. Sni`ava toplotnu mo} goriva pa je gorivo sa manjim sadr`ajem pepela kvalitetnije. Najve}e u ~vrstim gorivima, i do 30% (treset i do 80%) a kod {kriljaca i do 75%. Vlaga (oznaka W) sadr`aj vlage varira u gorivu zavisno od izvora eksploatacije. Ve}i sadr`aj vlage uti~e na sni`avanje toplotne mo}i goriva, ote`ava paljenje, ote`ava manipulaciju (naro~ito zimi) uti~e na cenu goriva jer pove}ava transportne tro{kove. U ~vrstim gorivima vlaga se pojavljuje kao gruba (spoljna, povr{inska), higroskopna (u kapilarnim porama materije goriva) i konstituciona (kristalna voda u sastavu minerala). U te~nim gorivima se pojavljuje u rastopljenom ili raspr{enom obliku, a kod gasovitih goriva se javlja kao isparljiva komponenta. Najve}i deo vlage se elimini{e zagrevanjem do 50 C. W+C+H+O+N+S+A= 100% materije goriva

Dalja podela goriva se mo`e izvr{iti na elementarna (ugljenik ili vodonik), homogena (metan, propan, butan metanol), me{avina elemenata i jedinjenja kao i me{avina vi{e jedinjenja (nafta), koloidni rastvori (suspenzije metaloida i metala) kao i organska jedinjenja metala (aluminijum, berilijum). Po na~inu postanka goriva se dele na fosilna, mineralna i ve{ta~ka. Ve{ta~ke termogene materije se dobijaju iz prirodnih. Imaju ve}u toplotnu mo}, podesnije su za transport i manipulisanje. Po postojanosti na toploti se dele na termostabilna i termonestabilna goriva. Termostabilna goriva do temperature samozapaljenja ne menjaju agregatno stanje, dok termonestabilna menjaju agregatno stanje. Po zapaljivost se dele na samozapaljive i nesamozapaljive.

Sagorevanje i toplotna vrednost goriva Proces sagorevanja je proces oksidacije odnosno sjedinjavanje elemenata ugljenika, vodonika, pa i sumpora, koji se nalaze u gorivima, sa kiseonikom iz vazduha. Oksidacija (sagorevanje) goriva kod sobne temperature je veoma spora i da bi se ubrzala mora se gorivo na jednom mestu zagrejati do temperature paljenja, da bi se tek u tom slu~aju proces oksidacije odvijao ve}om brzinom. Brza oksidacija goriva naziva se sagorevanje. Me|utim, brzini oksidacije u praksi se postavlja izvesna granica. Ako bi brzina oksidacije bila tako velika da dode do trenutnog oslobadanja velike koli~ine toplotne energije i gasova, do{lo bi do pojave koja se naziva eksplozija. Temperatura paljenja karakteristi~na je za svaku vrstu goriva a kre}e se 750 -2200 C.

Analizom dimnih gasova kontroli{e se sagorevanje, {to je od izuzetnog zna~aja, jer bi u suprotnorn imali velike toplotne gubitke, koji su posledica nepotpunog sagorevanja, gubitak toplote u dimnim gasovima, zatim gubitke `arenjem i mehani~ke gubitke. Toplota koja nastaje pri potpunom sagorevanju 1 kg ~vrstog ili te~nog goriva ili 1 m 3 gasovitog goriva, naziva se toplotna vrednost ili toplotna mo} goriva. Gornja toplotna vrednost goriva je ukupna toplota sadr`ana u 1 kg ili 1 m 3 goriva, a donja (tehni~ka) toplotna vrednost se izra~unava iz razlike gornje toplotne vrednosti toplote potrebne za isparavanje vode koja se nalazi u gorivu i vode nastale u procesu sagorevanja.

DTM = GTM 25, 14 (9 H 2+V(%)) DTM - donja toplotna mo} GTM - gornja toplotna mo} H 2 - % sadr`aja vodonika u gorivu V - % sadr`aja vlage u gorivu (na 20°C, 25, 14 J/1 g. H 2 O)

FOSILNA GORIVA

Spu{tanje biolo{kog materijala u ni`e geolo{ke slojeve. . .

^vrsta goriva To su goriva ~vrstog agregatnog stanja i u obezbe|enju energije danas je najzastupljeniji ugalj. Otkri}e uglja, njegove velike toplotne mo} i izum parne ma{ine predstavlja jedan od “ uglova civilizacije” ^vrsta goriva se dele na primarna (drvo, `etveni ostaci), koji se neprestano stvaraju i njihova rezerva je neiscrpna, i sekundarna koja su nastala transformacijom primarnih, sa iscrpnom rezervom. Upotreba treseta, drveta i drugih biljnih materijala (`etveni ostaci) je neznatna. Zbog naglog tehnolo{kog progresa drvo se danas za ogrev koristi u neznatnim koli~inama. DRVO NIJE EKOLO[KO GORIVO. . Upotreba drveta u drvnoj industrija, brodogradnji, gra|evinarstvu, kao i za hemijsku preradu (industrija celuloze i papira, hemijska tekstilna vlakna itd. ).

DRVO Osnovnu drvne materije ~ini celuloza, (C 6 H 10 O 5)n, ugljeni hidrati i LIGNIN (jedinjenja C, H i O aromati~nog karaktera, jo{ uvek nepoznatog ta~nog sastava), sa primasama voskova i smola, minerala, i 40 do 60% vode. Su{enjem, sadr`aj vode se mo`e svesti na 10 do 25%. Se~a drveta se obavlja dva puta godi{nje: - zimska se~a (od decembra do marta) - letanja se~a (od aprila do avgusta) Procenat vode varira u zavisnosti od vrste drveta, vremena se~e, podneblja gde je se~a vr{ena. Oboreno drvo se su{i od 6 meseci do 2 godine. Ako je procenat vlage ve}i od 35%, drvo je sirovo, od 25 do 35% vlage je polusuvo, a ispod 25% vlage drvo je suvo.

UGALJ Spada u fosilno gorivo. Nastao je biohemijskim procesom, pritiskom, toplotom i geolo{kim, odnosno geohemijskim procesom na biljne ostatke (manjim delom ostatkom `ivotinja) bez prisustva vazduha. Biljna materija je trulila, dolazilo je do procesa razaranja celuloze koja se pretvarala u humus, zatim treset koji predstavlja pravu sirovinu za karbonifikaciju. KARBONIFIKACIJA predstavlja pove}anje procenta ugljenika u materiji. . . Pri procesu karbonifikacije osloba|ao se metan, ugljendioksid i voda. Pojava eksplozija zbog metana u rudnicima ukazuje da proces karbonifikacije jos traje. Kona~ni proizvod karbonifikacije je antracit.

Prema starosti, odnosno stepenu ugljenisanja u prometu se razlikuju slede}e vrste uglja (JUS H. HO. OOl): 1. Treset (Diluvijum) oko milijon godina 2. Lignit (kraj perioda Krede), nekoloko miliona godina 3. Mrki ugalj (Kreda) do 60 milijona godina 4. Kameni ugalj (Perma, Trijas, Jura, Kreda) od 80 do 230 milijona godina, nastajanje 5. Kameni ugalj (Karbon), po~etak nastajanja i do 380 milijona godina 6. Antracit (Devon), do 450 miliona godina Tresetovanje je proces ugljenisanja na povr{ini zemljine kore, bez prisustva vazduha, naj~e{}e ispod vodenih povr{ina…(staja}e vode) Karbonifikacija bez kiseonika, uz povi{enu temperaturu, pod pove}anim pritiskom…

TRESET Predstavlja menjuproizvod izme|u primarnih i sekundarnih goriva. Vrsta treseta zavisi od biljaka od kojih nastaju i od vode pod kojom se proces dobija. Postoje niska, srednja i visoka treseti{ta. Niska nastaju od {evara, srednja od breza i borova, a visoka od tresetne mahovine. Treset se nalazi na relativno malim dubinama, do 7 metara. Pre po~etka treseti{ta se moraju odvodnjavati sistemom kanala. Sve` treset sadr`i do 90% vode, a osu{eni do 25% vode. Donja toplotna vrednost treseta je 14000 k. J/kg

LIGNIT Lignit ili fosilno drvo je najmla|i ugalj. Ima izrazito drvenastu strukturu pa je po tome dobio ime (lignum drvo). Lak je skoro kao tvrdo drvo i 1 m 3 je te`ak izmedu 600 do 700 kg. Boje je od svetle do tamno mrke. Sirov sadr`i do 50% vode, a su{en izmedu 15 i 25%. Donja toplotna vrednost je izme|u 9500 -16. 000 k. J/kg. Pepela sadr`i od 7 -12%, a sumpora od 0, 2 -10%. Sadr`aj: C (do 60%), H 2 (do 5%), O 2 (do 35 %) U Srbiji postoje tri velika nalazi{ta lignita i to: Kostolac, Kolubara i Kosovo. Nestabilan je, mora se posebno skladi{titi (debljina do 1, 5 m, gomile do 500 t), posebna kontrola, oksidi{e, zagreva se !!! Povr{inski kopovi. . . Mlevenje, termo elektrane Odlikuje ga nerentabilan transport !!!

MRKI UGALJ Mrki ugalj spada u mlade vrste fosilnog uglja. Donja toplotna vrednost mrkih ugljeva se kre}e od 14. 000 do 20. 000 KJ/kg. Sadr`i 5 do 25% pepela i 0, 5 do 8% sumpora Sadr`aj: C (60 do 80%), H 2 (3 do 5%), O 2 (do 28%), Ova vrsta uglja najvi{e se upotrebljava kao gorivo u toplanama, termo elektranama i generatorima za proizvodnju generatorskog gasa. Koriste se za dobijanje ve{ta~ke gume, ve{ta~ke nafte U me{avini sa kamenim ugljem upotrebljava se za dobijanje koksa. Najve}a nalazista u Srbiji su okolina Aleksinca i resavski rudnici. . .

KAMENI UGALJ Kameni ugalj spada u najstarija fosilna goriva. Smatra se da je u to doba bila izuzetno bujna vegetacija, a da je atmosfera bila bogatija ugljen-dioksidom. Naziv kameni ugalj nosi zato sto je po spolja{njem izgledu sli~an kamenu. Boja mu je smolasto crna, sa prelazima u sivkastu ili mrku boju. Dosta je gust, sabijen i ne pokazuje tragove biljne strukture. Po hemijskim osobinama kameni ugalj se razlikuje od mrkog, jer proizvodi njegove suve destilacije reaguju alkalno (zbog prisustva amonijaka i drugih baza), dok proizvodi iz mrkog uglja reaguju kiselo zbog huminskih i drugih kiselina. Donja toplotna mo} kamenog uglja je izmedu 25000 do 27000 KJ/kg.

Sadr`i 3 do 10% pepela Sadr`aj: C (80 do 91%), H 2 (do 5%), O 2 (do 15%), Podela kamenog uglja Plameni (za metalur{ke pe}i) Gasni (primesa koksu, staklarske, ciglarske pe}i) Masni kratkoplameni (za parne kotlove) Masni dugolameni (kova~ki) Posni (za grejanje) Mr{avi (tamo gde se tra`i sporo sagorevanje, kre~njak. . u pe}ima sa jakom promajom) U na{oj zemlji, ibarski rudnici. . .

Antracit je geolo{ki najstarija vrsta uglja, nastao u paleozoiku, a crne je boje. Izrazito su humusni ugljevi. Te{ko se pale, gore bez plamena ili sasvim kratkim plamenom, bez dima. Jedini postajan na skladi{tu. . . Sadr`aj: C (91 do 96%), H 2 (do 4, 5%), O 2 (do 4%), Ukoliko je ~ist, tj. bez mnogo pepela i sumpora, mo`e se koristiti u metalurgiji umesto koksa. Donja toplotna mo} mu je oko 35. 000 KJ/kg.

GORIVI [KRILJCI. . Uljni parafinski ili bitumenozni {kriljci. . Su glinovito laporaste ili kre~nja~ke stene pro`ete organskom materijom, KEROGEN. Pramaterija gorivih {kriljaca je jednaka kao i kod zemnog ulja. Nastala je talo`enjem sitnih i krupnijih `ivih organizama, koji su `iveli u vodama (naj~e{}e planktoni). Materija je pro{la proces bitumenizacije, koji zbog plitkosti slojeva i odsustva povi{enih temperatura i pritisaka nije sa stepenom potpunosti kao kod zemnog ulja. . Organske supstance mogu ~initi najvi{e do 30% materije. Suvom destilacijom mo`e se dobiti do 15% ulja, sli~no nafti srednjeg kvaliteta, (12% benzina, 23% dizela, 27% petroleja…)

MOGU]NOST UPOTREBE UGLJA Osnovni pravci i mogu}nosti upotrebe uglja su slede}i: - neposredna upotreba uglja u prirodnom obliku u svim procesima i oblicima sagorevanja (industrijske kotlarnice i termoelektrane), -mehani~ka prerada uglja (ugljeni prah, briketi, koloidno gorivo), -- hemijska prerada uglja (rafinacija, suva destilacija, gasifikacija, ute~njavanje ili likvefakcija). Prva mnogu}nost koja stoji na raspolaganju je upotreba uglja u njegovom nepromenjenom obliku. Me|utim, postoji mogu}nost i {ireg asortimana kori{}enja uglja koji se dobija njegovim sortiranjem po veli~ini ~estica (zrna), a da se pri tom sarmo neznatno ili uop{te ne menja sastav uglja.

Tre}a mogu}nost upotrebe je pretvaranje njegovih sagorljivih delova u druge hemijske oblike. Pri ovom na~inu upotrebe, koji se naziva konverzijom uglja, menja se njegovo agregatno stanje, pri ~emu sagorljivi sastojci uglja delimi~no ili potpuno prelaze u gasovito ili te~no agregatno stanje. Racionalnost ovog postupka je u sledecem: - pove}ava se energetska vrednost sagorljivih delova uglja zbog njihovog prevodenja, drugacije hemijske oblike; - nastaju te~na i gasovita goriva, koja imaju odre|ene prednosti u odnosu na ~vrsta goriva; - potpuno ili delimi~no se odvajaju sagorljive supstance u uglju (pepeo i voda), a {to direktno uti~e na energetsku vrednost dobijenih vesta~kih goriva.

Postupci hemijske prerade (konverzije) uglja su: Rafinacija (rastvori, hidroginezovanje) Piroliza uglja (koks, polukoks, koksni gas) Gasifikacija uglja s vazduhom, s kiseonikom, s vodenom parom, pri normalnom i povi{enom pritisku (nisko, srednje ili visoko energetski gas, vodonik, razni te~ni ugljovodonici) Ute~njavanje ili likvefakcija (motorna goriva, ulje za lo`enje i ostali substituenti naftnih derivata)

Briketi se proizvode fizi~kim postupcima briketiranja pomocu presa pod pritiskom (do 500 bara) i vezivnim sredstvom (obicno do 10% katrana). Kao materijal za briketiranje slu`e sve vrste uglja, treset, usitnjeni otpaci od drveta, usitnjeni biljni `etveni ostaci itd. Briketi imaju odre|ene prednosti u odnosu na ve}inu ~vrstih goriva a to su ve}a toplotna vrednost, sporije sagorevanje, nema opasnosti za samozapaljenje kod uskladi{tenja, rukovanje je jednostavnije i ne stvaraju pra{inu. Oni mogu biti razli~itih dimenzija i formi. Uvo|enjem novih tehni~kih re{enja kod sagorevanja ugljenog praha, briketi gube na zna~aju.

Koloidno gorivo se dobija od ugljenog praha koji se melje ispod jednog mikrona (0, 001 mm). Ovakav se prah me{a sa te`im frakcijama nafte, uz dodatak sredstava za stabilizaciju emulzije, kao {to su tutkalo i dekstrin, da bi se spre~ilo razdvajanje ulja od ugljenog praha. Ovo gorivo ima osobine te~nih goriva i mo`e se, kao i ono, ubrizgavati u lo`i{ta pomo}u komprimovanog vazduha. Primenom ovih goriva {tede se derivati nafte i zna~ajna su naro~ito za zemlje koje nemaju dovoljno nafte. Koks je najva`nije vesta~ko ~vrsto gorivo. Dobija se procesom suve destilacije (pirolize) kamenog uglja na visokoj temperaturi bez prisustva vazduha. Koks se uglavnom tro{i u metalur{ke svrhe (95%).

Za proizvodnju koksa ugalj se priprema usitnjavanjem (cestica oko 5 mm) uz prethodno uklanjanje jalovine. Sadrzaj pepela ne sme pre}i 6%, a vlage mo`e biti maksimalno 12%. Destilacija se obavlja u koksanim baterijama na temperaturi 1000 -1200°C kroz 20 sati. Prosecno iskori{}enje koksa iznosi oko 75% od upotrebljene koli~ine uglja (kamenog), 15 -18% gasa (300350 m 3/t), 3 do 4% katrana i oko 1% amonijaka. Energetska vrednost koksa je oko 33 MJ/kg, a gasa 18 -19 MJ/m 3. Na{a zemlja ve}inom uvozi kvalitetan kameni ugalj za proizvodnju koksa.

……… Pred Drugi svetski rat proizvodnja ug 1 ja u Jugoslaviji se kretala izmedu 5 i 7 miliona tona godi{nje. Zastoj je nastao izmedu 1965. i 1970. godine kada po novo po~inje pove}ana eksploatacija, {to se dovodi u vezu sa svetskom energetskom krizom. Uzrok zastoja bili su ote`ani uslovi eksploatacije, otpu{tanje radnika, smanjene rezerve i relativno jeftina nafta na svetskom tr`istu. Za smanjenje eksploatacije lignita pojavio se jo{ i problem plasmana udaljenim potro{a~ima. Me|utim, nagli skok cena nafte na svetskom tr`i{tu uslovio je da se vrate intenzivnijoj eksploataciji uglja, pre svega lignita. Osnovna potro{nja uglja u Jugoslaviji je vezana za industriju i {iroku potro{nju. Me|u velike potro{a~e uglja spadaju: elektroprivreda, industrija nemetala, crna metalurgija, hemijska industrija i drugi.

Zalihe uglja su uglavnom locirane u nekoliko vecih bazena {to je ekonomski vrlo zna~ajna okolnost. Oko 92% eksploatacionih rezervi se nalazi u sastavu 19 bazena. To su za lignit: kosovsko-metohijski bazen, Kolubara, Kostolac. Mrki ugalj se eksploati{e u Zasavskom i Resavskom basenu. Prema podacima ukupne rezerve uglja u Jugoslaviji su oko 22 milijarde tona. Od toga je oko 14 milijardi bilansnih rezervi (rezerve koje se bez problema pri sada{njoj tehnici mogu privesti eksploataciji) pri prose~nim gubicima kod proizvodnje od 30%. S gledi{ta geolo{ke starosti, rezerve uglja Jugoslavije nisu ba{ povoljne, jer na lignit otpada oko 90%, 9% na mrki ugalj i 1 % na kameni ugalj. Na{e vrste uglja ne spadaju me|u kvalitetne ni po me|unarodnim ni po doma}im merilima. Kameni ugalj ima velike koli~ine sumpora i pepela, mrki ugalj sadr`i 1 -5% sumpora, a lignit ima preko 50% vlage i 8 -17% pepela.

Struktura jugoslovenskog uglja, takode, ne odgovara za kvalitetnu proizvodnju koksa, zato se uvozi oko 80% uglja za koksiranje. Ugalj predstavlja najva`niji izvor primarne energije u svetskoj privredi. Svetske rezerve su prema pouzdanim podacima oko 10. 000 milijardi tona, a sa sada{njom tehnikom mogu}e je iskoristiti oko 10%, ili 1000 milijardi tona. Prema dana{njoj prose~noj godi{njoj potro{nji, raspolo`ivi izvori uglja dovoljni su za jo{ 200 -300 godina. Na{a zemlja bi morala mnogo vi{e da se orijenti{e ovom velikom plirodnom izvoru energije, tim pre {to su nalazi{ta nafte vi{e nego skromna, pa se zato sve vi{e govori o preporodu ugljenokopa. Posebno treba naglasiti da je ugalj sa gledi{ta za{tite ~ovekove okoline, kao izvor energije, vrlo nepodoban.

Du`im i nepravilnim skladi{tenjem ugalj gubi mnogo od svoje toplotne mo}i a mo`e do}i i do zapaljenja (tzv. samozapaljenje). Mrki ugalj mo`e da izgubi 15 -20% toplotne mo}i, a kameni 5 -10%. Lagerovati se sme samo suv i krupan ugalj. Ugljena pra{ina nije za skladi{tenje. Gomila lignita i mrkog uglja mo`e da se sla`e najvi{e do 2, 5 m visine a kamenog do 3 m. Da bi se izbeglo samozapaljenje uglja treba kod ve}ih koli~ina stavljati cevi koje imaju na strani otvore pa se time osigurava promaja. Temperaturu uglja treba stalno kontrolisati. Ako dostigne 40 C, treba izvr{iti prelopatanje. Ako se ugalj zapali, treba gasiti vla`nim peskom, zemljom ili specijalnim preparatima na bazi ugljene kiseline. Skladi{ta u kojima se ~uva ugalj treba povremeno provetravati. Na samozagrevanje i samozapaljenje uglja uti~e vi{e ~inioca. Povi{ena temperatura pogoduje samozapaljenju uglja. Kriticna temperatura iznad koje po~inje izrazita oksidacija u direktnoj je vezi sa krupno}om uglja – {to su komadi uglja manji, to }e, usled ve}e povr{ine, oksidacija biti br`a.

Ukoliko ugalj ima pove}anu vlagu na lageru br`e }e se zapaliti nego suvi. Ugalj sa primesama pirita (sumporno jedinjenje) posebno je sklon samozapaljenju. Prisustvo pirita, koji je fino raspore|en u strukturi uglja, bezuslovno potpoma`e zagrevanje uglja, ali se ugalj mo`e zagrejati i zapaliti i bez prisustva pirita. Pod uticajem vlage i prisutnog kiseonika iz vazduha pirit prelazi u gvo`|eoksid, a sumpor iz njega oksidise u sumpordioksid ili trioksid, koji s vlagom stvara sumpornu kiselinu. Ova opet deluje na ugalj uz razvijanje temperature. U dodiru sa vla`nim vazduhom pirit se razla`e ve} pri temperaturi 15 -20 C, kad ugalj slabo oksidi{e. Raspucani i razdrobljeni ugalj, a posebno ugljena pra{ina, intenzivnije naginju zagrevanju nego kompaktan ugalj ili veliki komadi, o ~emu kod lagerovanja svakako treba voditi ra~una.

Te~na goriva Prema poreklu, te~na goriva mogu biti prirodna ili vesta~ka. Jedino prirodno te~no gorivo je nafta (persijska re~ "nafata" tj. znojenje). Industrijskom preradom nafte dobijaju se vesta~ka te~na goriva. Osim iz nafte ona se mogu dobiti i hemijskom preradom uglja i uljanih {kriljaca, odnosno bituminoznih {kriljaca, kao i preradom zemnog i drugih gasovitih goriva. Uveliko se vr{e istra`ivanja dobijanja ve{ta~kih te~nih goriva na osnovu BIOLO[KIH materijala. . . Razni postupci, tehnologije…

Zemno ulje, ~ovek poznaje preko 5000 godina… Asfalt, kao prirodni proizvod kori{}en je za grejanje i rasvetu, u gra|evinarstvu. . . Stari zavet: Noje je svoju barku premazao zemnim uljem da bi se za{titio od prodiranja vode. Egip}ani koriste naftu za balzamovanje pre 5000 godina. Prva dokumentovanja bu{enja vr{ena su pre 18 vekova u Kini. Kavkaz, paganski kultovi, Kavkaz, svetkovine “svete vatre” Za vreme krsta{kih ratova (1096 do 1200) nafta je upotrebljavanja kao ratno sredstvo (specijalna katapultna |ulad, tzv. Gr~ka vatra) Marko polo (1271 -1295) opisuje prevoz nafte iz Jermenije do Bagdada, LEKOVITO sredstvo. 15 vek, Nema~ka, LEKOVITO sredstvo, ulje sv. Kirinusa

1527. Spominjano je nalazi{e asfalta u Peruu (konkvistadori), Inke koriste asfalt za puteve, {panci za za{titu brodova. Oko 1620 u dr`avi New York (USA) na|ena nafta. Prva prerada zemnog ulja, obavljena je 1735 u Rusiji (18 vek) NASTANAK ZEMNOG ULJA Me|u mnogim teorijama o postanku nafte danas preovladuje organska (biolo{ka) teorija (postavio Engler, potvrdio Hofer) po kojoj je nafta nastala iz planktona, ostataka sitnih, jedno}elijskih morskih `ivotinja i biljaka, masnih algi, rakova, riba i drugih organizama koji `ive u vodi. U toplim plitkim morima davnih geolo{kih perioda ovi organizmi, u prvom redu planktoni, `iveli su pod povoljnim uslovima, mno`ili se u punoj meri i izumirali.

Njihovi ostaci su se talo`ili na dno gde su, u prvom redu belan~evine, i druge materije koje se lako raspadaju, prelazile u gasove, dok su se otpornije masti i voskovi sakupljali u ve}oj koli~ini, stvarali masni mulj nazvan saprofel. Usled nanosa i poreme}aja slojeva zemljine kore ovaj mulj dospevao je pod povi{eni pritisak i temperaturu u dugim nizom godina, uz te uslove prelazio u zemno ulje. Proces preobra`aja materije u zemno ulje naziva se proces BITUMENIZACIJE. . . Od kraja Devona pa do danas. . . Engler je razlaganje, cepanje masti uspeo da izvede eksperimentalno, na pritisku do 10 atm i povi{enoj temperaturi iz ribljeg ulja dobio sinteti~ko zemno ulje !!!

SASTAV I KLASIFIKACIJA ZEMNOG ULJA Zemno ulje je me{avina velikog broja razli~itih ugljovodonika (preko 100 vrsta). Gasoviti i ~vrsti su RASTVORENI u te~nim ugljovodonicima. Fizi~ki , zemno ulje je gusta, uljasta, svetlo do tamno mrka nekad i zelenkasto-mrka, ponekad vrlo gusta, skoro nete~ljiva na sobnoj temperaturi. ^istu materiju zemnog ulja i osnova njegovih derivata ~ine homologi nizovi u~ljovodonika. PARAFINI (Cn. H 2 n+2). Zasi}eni su. Gasoviti su metan, propan, butan. Te~ni su od pentana (n=5) do ugljovodonika sa n=15 Za n>15 su ~vrsti (heptakontan C 70 H 142) ali retko kad se nalaze parafini sa n>30. Zbog svoje zasi}enosti otporni su prema agensima, ne polimerizuju. Samo substitucija!!!

Parafini imaju osobinu da menjaju strukturu grananjem svojih lanaca, tj. formiraju IZOMERE. Izomerni ugljovodonik ima isti broj atoma, molekulsku masu, a potpuno druga~ije osobine. Na primer, parafin C 20 H 42 ima 366319 izomera. Mogu}nost izomerizacije ugljovodonika ukazuje na vanrednu slo`enost zemnog ulja. NAFTENI Cn. H 2 n. Zasi}eni cikloparafini, hidroaromati. . Prvi u ovoj grupi je ciklopropan C 3 H 6. Nafteni tako|e izomeri{u. U sirovom zemnom ulju uglavnom se nalaze cikloheksani i ciklopentani (jedna metil grupa) AROMATI Cn. H 2 n-6. Cikli~ni ugljovodonici. . Prvi ugljovodonik u ovoj gtupi je benzol C 6 H 6. Ostali ugljovodonici dobijaju se grananjem osnovnog prstena, metil, propil, etil grupom… ima ga u lak{im frakcijama. . .

MONOOLEFINI Cn. H 2 n. (alkeni) Nezasi}eni ugljovodonici Isti broj ugljenikovih i vodonikovih atoma ali u nizu, sa jednom dvoguba veza. Prvi u ovoj grupi je etilen C 2 H 4, a poslednji ceten C 16 H 32, Dupla veza mo`e da se nalazi na razli~itim mestima u nizu pa se tako dobijaju razli~ite vrste monoolefina. Tako|e, izomeruju! DIOLEFINI Cn. H 2 n-2. (alkadieni) Nezasi}eni ugljovodonici Prvi u nizu je propadien (alen) C 3 H 4, a poslednji C 22 H 42. Olefini su nezasi}eni ugljovodonici i lako se jedine sa drugim aktivnim elementima, naro~ito kiseonikom i daju slo`ena jedinjenja, asfaltne baze i smole.

Sastav zemnog ulja uglavnom ~ine parafinski, naftenski i aromatski ugljovodonici (preko 80%) dok je u~e{}e olefina znatno manje. Me|utim, u produktima prerade zmenog ulja ima daleko vi{e olefina (i preko 25%). Treba naglasiti da zemno ulje prati prirodni zemni gas, me{avina najlak{ih parafinskih ugljovodonika. Od kiseoni~nih jedinjenja kojih mo`e biti do 2% u zemnom ulju se mogu na}i karboksilne kiseline. Koli~ina sumpornih jedinjenja se kre}e od 0, 1 do 2% Azotna jedinjenja nalaze se u sadr`aju od 0, 05 do 0, 4% Asfaltne i smolaste materije, malo poznate gra|e su posebna primesa zemnog ulja. To su slo`ena kiseoni~no organska jedinjenja.

OSNOVNA KLASIFIKACIJA ZEMNIH ULJA PARAFINSKA (preko 75% parafinskih ugljovodonika) NAFTENSKA (preko 75% naftenskih ugljovodonika) AROMATSKA (preko 50% aromatskih ugljovodonika) Po ostatku destilacije zemna ulja se dele na: = zemna ulja parafinske baze gde je ostatak parafin (Pensilvanija, Irak, Meksiko) = zemna ulja asfaltne baze gde je ostatak crn sjajan asfalt (kavkaske i kalifornijske nafte) = zemna ulja me{ovite baze Asfal je ~vrsti ostatak destilacije zemnog ulja, uvek sa dosta sumpora (5%), azota i kiseonika, topi se iznad 100 C, lako se zapali, gori svetlim plamenom, u vodi ne nerastvoran, u alkoholu delimi~no, u benzolu potpuno…

HEMIJSKE I FIZI^KE OSOBINE ZEMNOG ULJA Gustina: ozna~ava se brojnim odnosom gustine nafte na 15 C i gustine vode na 4 C. . . Ovaj odnos se kre}E od 0, 75 pa do 1. Ako je ovaj odnos ispod 0, 9 nafta je lak{a, a preko 0, 9 te{ka nafta. Viskoznost: je karakteristika zemnog ulja, unutra{njeg trenja njegovih ~estica i izra`ava se na tri na~ina (dinami~ka, kinematska, i relativna). Viskoznost opada sa temperaturom a raste sa pove}anjem pritiska i gustine. Temperature paljenja, gorenja i samozapaljenja. Prema temperaturi samozapaljenja zemna ulja se dele na: = veoma vatroopasne, koje se pale na ispod 25°C, = vatroopasne, koje se pale na 25 -60°C, = manje vatroopasne, koje se pale iznad 60°C. Toplotna mo} raznih vrsta nafte kre}e se od 39. 800 -48. 200 KJ/kg.

Temperatura stinjavanja: je temperatura na kojoj nafta u potpunosti izgubi svoju te~ljivost. Ova temperatura je proporcionalna sadr`aju te`ih ugljovodonika, naro~ito parafina (zna~ajna za pretovar. . . ) Karakteristike klju~anja i isparavanja… To su temperature po~etka isparavanja frakcija, na kojima ispare odre|ene koli~ine i na kojima se zavr{ava proces isparavanja. Po~etak isparavanja je ponekad i ispod 35°C a kraj na 410 do 420 °C u vakumu. Karakteristika isparljivosti je i napon zasi}enih para koje se iz zemnog ulja izdvajaju pod odre|enim uslovima (tako|e bitno za transporta)

VE[TA^KA TE^NA GORIVA. . . Zemno ulje nije jedina sirovina iz koje se dobijaju ve{ta~ka te~na goriva! Zemno ulje mo`e da se frakcioni{e, derivati zemnog ulja mogu da se krekuju (termi~ko, kataliti~ko i hidrokrekovanje), gasoviti produkti prerade zmenog ulja mogu da se polimerizuju, te~na goriva mogu da se aromatizuju, izomerizuju. . . Te~na goriva mogu da se rafini{u (pre~i{}avaju), osloba|aju od sumpora (desulfurizacija) Ugalj mo`e da se hidrogenizuje. . . Sinteti~ki postupak dobijanja te~nih goriva iz ugljene materije (naj~e{}e koksa) Postupci za dobijanje neugljovodoni~nih te~nih goriva (alkohola). Itd…

FRAKCIONA DESTILACIJA/KONDENZACIJA Va`no je razlikovati obi~nu destilaciju od frakcione destilacije (rektifikacije). Pri obi~noj destilacili te~nost se prevodi u parno stanje da bi se u hla|enjem pare na drugom mestu prevela ponovo u te~no stanje. Postepenim zagrevanjem zemnog uljaisparavaju pojedini ugljevodonici kad temperatura te~nosti dostigne onu u kojoj oni prelaze u parno stanje. Ugljovodonici koji ispare u pojedinim temperaturnim intervalima nazivaju se FRAKCIJE. TEMPERAURA ISPARAVANJA=TEMPERATURA KONDENZOVANJA Ako je masa te~nog zemnog ulja prevedena u parno stanje, hla|enjem u odre|enim temperaturnim intervalima dobijamo kondenzacione frakcije. .

U praksi, FRAKCIONA KONDENZACIJA MONOFAZNI POSTUPAK (na atmosferskom pritisku) Izdvajanje primesa (vode, mulja, soli, itd. ). Iz zemnog ulja se izdvajaju rafinerijski gasovi sa malo benzinskih para, koje se hvataju, dobija se gasni benzin, a gasovi se koriste u procesima prerade. Zatim se vr{i frakciona kondenzacija: a) Sirovo zemno ulje se propu{ta kroz razmenjiva~e toplote (toplota koja se uzima od kona~nih produkata) i zagreva do 175 °C. b) Tako zagrejano zemno ulje se u cevnoj pe}i zagreva od 315 do 330 °C (i do 380 °C) i najve}im delom isparava c) Zbog nepotpunog isparavanja me{avina parne i te~ne faze se uvodi u ispariva~ gde se nastavlja isparavanje i odvajanje te~ne faze. d) Pare prolaze kroz rektifikacioni stub i postepeno se hlade, na pojedinim odeljcima, koji se nalaze na definisanim temperaturnim intervalima pare se kondenzuju. Izdvojene, (kondenzovane) te~ne frakcije se izvode iz stuba.

1) Gasoviti ugljovodonici (gasni benzin) 2) Benzinske frakcije (a – lake frakcije, b – srednje frakcije, c – te{ki benzini) 2 a 1) petrol etar (30 do 70 C) 2 a 2) medicinski i ekstrakcioni benzin (60 do 100 C) 2 a 3) benzin za rastvaranje gume (60 do 120 C) 2 b 1) avionski benzin (50 do 200 C) 2 b 2) Automobilski benzin (50 do 220 C) 2 c 1) benzin za lakove (95 do 220 C) 3) Petroleumske i kerozinske frakcije (200 do 315 C) 4) Dizel motorne frakcije (200 do 350 C) 5) Ulje za lo`enje, mazut je ostatak atmosferske destilacije

U drugoj fazi prera|uje se mazut kao ostatak atmosferske frakcione kondenzacije. Mazut se prera|uje u VAKUMU! Isparavanje i frakcionisanje se vr{i pod sni`enim pritiskom, kako bi snizila temperatura isparavanja najte`ih ugljovodonika na atmosferskom pritisku. U vakum koloni (stubu te{kih frakcija) dobija se: 1. Te{ka dizel motorna goriva 2. Laka maziva ulja (vretenska ) 3. Srednja maziva ulja (motorska, turbinska) 4. Te{ka maziva ulja (ma{inska) 5. Najte`a ma{inska ulja (cilindarska) 6. Ostatak (bitumen, parafin) Temperatura isparavanja mazivih ulja je iznad 300 C. U sastav ovih ugljovodina ulaze molekuli sa preko 20 atoma ugljenika u molekulu.

KREKOVANJE Frakcionisanjem zemnog ulja dobija se ograni~ena koli~ina benzina i dizel goriva, a potrebe tr`i{ta zahtevaju daleko ve}e koli~ine! Proces krekovanja je uveden 1919 godine i do danas su ravijeni procesi termi~kog krekovanja, termokataliti~kog i hidrokrekovanja. Krekovanje se zasniva na specifi~noj osobini ugljovodonika da se zagrejani na visokoj temperaturi molekuli ugljovodonika vi{eg reda cepaju na vi{e molekula ugljovodonika ni`eg reda. Izlaganjem sirovine koja se krekuje istovremeno i pritisku, proces krekovanja je potpuniji. . Na primer: Cn. H 2 n+2 Cn-x. H 2(n-x)+2 + Cx. H 2 x Dakle, krekovanjem jednog parafina dobija se parafin ni`eg reda i olefin.

Sa pove}anjem temperature proces cepanja je intenzivniji. Od visine temperature zavisi mesto cepanja ugljovodoni~nog lanca. [to je temperatura ve}a cepanje je vi{e nesimetri~no (bli`e kraju lanca) Sa pove}anjem pritiska, cepanje je simetri~no, tj. bli`e sredini. Parafinski ugljovodonici najlak{e krekuju, dok su aromati najotporniji na krekovanje. . .

Razlikujemo: Niskotemperaturno krekovanje (do 490 C), sirovine mazut, i drugi te{ki ostatci. Produkti su goriva {iroke frakcije (me{avina petroleumskih i dizel motornih goriva, laka ulja) {to su sirovine za duboko krekovanje. Visokotemperaturno (duboko) krekovanje. . . (iznad 510 C). Dobija se benzin visoke otpornosti prema samodetonaciji od niskokvalitetnih benzina. Ovako nastaje preko 60% benzina. Piroliza (iznad 700 C), cilj dobijanje gasovitih i aromatskih ugljovodonika (za avio benzine). Dobijaju se olefini koji se koriste u petrohemiji.

Termokataliti~ko krekovanje je proces temi~kog razlaganja ugljovodonika u prisustvu katalizatora koji izazivaju, vode i ubrzavaju tok reakcija. Katalizatori sni`avaju temperaturu cepanja, (maksimalno do 500 C), reakzcije se odvijaju pri znatno manjim pritiscima. Katalizatori su: aluminijum-silikati (gline) sa dodatkom oksida nikla, kobalta, bora, mangana. . . Razlikuju se procesi: - procesi sa nepokretnim katalizatorom (prevazi|en) - proces sa pokretnim katalizatorom (problem ~i{}enja katalizatora) - procesi sa spra{enim katalizatorom (mogu}e ~i{}enje i regenerisanje katalizatora) Dobijaju se izuzetno kvalitetni benzini, bogati aromatima.

Hidrokrekovanje je prvi put primenjen u Badishe Anilin und Soda Fabrik, poznatije kao BASF. Ovo je proces uvo|enja vodonika pod visokim pritiskom i na povi{enim temperaturama u materiju bogatu ugljenikom (ugalj, zemno ulje, ter). Na taj na~in, nezasi}eni ugljovodonici se prevode u zasi}ene. Hidrokrekovanjem se dobijaju motorna goriva visokog kvaliteta, pre svega avionski benzini i gasnoturbinska goriva izuztno niske ta~ke mr`njenja (-50 C). Hidrokrekovanjem se mo`e vr{iti desulfurizacija lakih destilata.

ALKOHOLNA GORIVA Etil alkohol CH 3 CH 2 OH, se mo`e upotrebiti za pogon motora, ~ist ili u me{avini sa benzinom. Etil alkohol se dobija fermentacijom {e}era i {kroba iz biljaka ili plodova, saharizacijom drveta ili treseta… Industrijski etil alkohol se dobija iz gasova (ugljen monoksid, ugljen dioksid, vodonika), procesima sinteze, itd. Alkohol spre~ava stvaranje ~a|i, bilo da se upotrebljava sam ili u me{avini sa benzinom. Dodatkom 10% alkohola u benzin spre~ava se za~epljenje karburatora, etil alkohol ima antidetonatorske sposobnosti, izduvni gasovi su manje otrovni. . . Kad je hladno, te`e se stavlja motor u pogon, zahteva podmazivanje naro~itim uljima (su{i motor), korodira ventile, daje ve}u viskoznost (treba pre{telovati dizne). Koli~ine u benzinu mogu biti do 50%, mada je optimalno 25 do 30%…

Merenje otpornosti prema detoniranju goriva vr{i se metodom oktanskih brojeva. . . Koriste se dva etalon goriva: normalni heptan C 7 H 16 i izomer oktana (izooktan) C 8 H 18 (2, 2, 4 trimetil pentan). Heptan je izuzetno neotporan, a izooktan je izuzetno otporan. Me{Avina ova dva goriva u odre|enoj srazmeri (procenat broja oktana u gorivu 98 -100) daje oktansku vrednost goriva. Za ispitivanje oktanske vrednosti se koriste specijalno konstruisani motori (CFRC, komitet za ispitivanje goriva, USA) kojem mo`e da se menja stepen kompresije. Stepen kompresije se pove}ava sve dok se ne ustanovi prva pojava detonativnog sagorevanja. Zatim se za dobijeni stepen sabijanja u isti motor ubaci ~ist izooktan. Postepeno se delovi izooktana smanjuju na ra~un pove}ana broja heptana. Kada se ustnaovi prva pojava detonativnog sagorevanja izmeri se broj jedinica OKTANA, {to daje oktanski broj!!!!

Da bi se pove}ao oktanski broj u benzin se dodavao tetra metil olovo Pb(CH 3)4 koje daje za 500 puta ja~e antidetonativne sposobnosti od izooktana. Izuzetno je otrovan i zbog toga se benzin bojio u zeleno, crveno. . . Veoma nepogodan za motor, pogor{ava hla|enje, talo`i se u motoru… specijalne etil komponente talo`e ovo olovo u izduvnoj grani. . . Bezolovni benzin se dobija unapre|enim postupcima proizvodnje benzina. Npr: * Frakcionisanje (IOB 42 do 78) * Termi~ko krekovanj (IOB 71 do 78) * Kataliti~ko krekovanje (IOB 84 do 87) * Polimerizacijom (IOB 95 do 98)

Kod dizel motornih goriva: Vrlo upaljivi cetan C 16 H 32 (ranije ceten C 16 H 34) sa pokazateljem upaljivosti 100 i te{ko upaljivi alfa metil naftalin C 11 H 10 sa usvojenim pokazateljem upaljivosti ). Ispitni motor mo`e da menja ugao paljenja i stepen kompresije od 7 do 23.

GASOVITA GORIVA Prva upotreba gasa, Kina, oko 900 -te godine. . . Pomo}u bambusovih cevi dovodili su zemni gas do naselja i koristili ga za rasvetu. Goriva svojstva gasa koja nastaju zagrevanjem uglja, odavno su poznata. Po~etkom 19 -tog veka, prva upotreba gasa iz uglja za rasvetu u Evropi (ulica st. Margaret, 1814, London) Gasovita goriva zadovoljavaju preko 17% ukupnih energetskih potreba u svetu, a u na{oj zemlji svega 3%. Treba imati u vidu da organske materije pod dejstvom toplote svog plamena razlaganjem daju gasovite produkte, a ovi gasoviti produkti gore svetle}im plamenom!

Prema sastavu gasovita goriva mogu biti: - Elementarna (vodonik) - Homogena jedinjenja (metan, ugljen monoksid, acetilen) - Me{avine elemenata i jedinjenja (drstilacionih gasovi) - Me{avine gasovitih goriva sa vazduhom Prema poreklu gasovita goriva se dele na: - Prirodna gasovita goriva koja nastaju prirodnim preobra`avanjem organiskih materija i obi~no je prisutan kod nalazi{ta zemnog ulja, u rudnicima, barski gas i truli gas, - Ve{ta~ka gasovita goriva, koja se dobijaju preradom te~nih i ~vrstih goriva

Po dejstvu pritiska, gasovi se dele na: Lako kondenzive (propan, butan, propilen, butilen) koji se pri malim pritiscima, na sobnoj temperaturi prevode u te~no stanje Permanentni (trajni) gasovi, koji se ni pod veoma visokim pritiscima na sobnoj temperaturi ne mogu prevesti u te~no stanje (za prevo|enje u te~no stanje zahtevaju niske temperature) Upijeni, koji zbog eksplozivnih svojstava mog upodneti visoke pritiske samo ako se upijaju u posrednu materiju (acetilen u zaetonu podnosi pritisak 15 do 16 atm, ina~e je eksplozivan na 1, 5 atm)

Po sastavu zemni, prirodni gas je ma{avina metana sa dugim ugljovodonicima (Metan od 60 do 90%, a gorivih ugljovodonika do 95%), uglavnom parafinskog niza primesama vodonika i negorivih gasova (ugljen dioksida, kiseonika, azota) Po vrstu ugljovodonika od kojih je prirodni gas sastavljen, razlikuju se: Suvi (siroma{ni) prirodni gasovi koji pored metana sadr`e etan i male koli~ine propana i butana Vla`ni (masni, bogati) koji pored metana i etana u zna~ajnim koli~inama sadr`e lako isparljive propan, butan, pentan, heksan i heptan.

Toplotna mo} zavisi o d sadr`aja azota i ugljendioksida koji posebno usporava i ote`ava proces sagorevanja. Pove}ana koncentracija ugljendioksida zbog ote`avanja gorenja proizvodi ve}e koli~ine ugljen monoksida. Ugljen monoksidje otrovan, a predstavlja i gubitak toplote jer je goriv gas. Od {tetnih gasova koji mo`e sadr`ati prirodni gas, najva`niji je sumporvodonik (H 2 S) koji je te`i od vazduha, imam miris pokvarenih jaja, veoma je otrovan i agresivan. Pri sagorevanju prirodnog gasa sagoreva i sumporvodonik i obrazuje sumpordoksid koji je tako|e otrovan i deluje korozivno na metalne delove. Prirodni gas ne sadr`i pepeo, ostale primese a sadr`aj vlage je prakti~no zanemarljiv.

Najva`nije prednosti prirodnog gasa su: Znatno ve}a produktivnost rada pri dobijanju prirodnog gasa u odnosu na ugalj i naftu (vadi se sa dubina od 3000 do 5000 metara, naj~e{}e izbija pod pritiskom, mala koli~Ina ulo`ene energije za ukupnu dobijenu koli~inu energije) Tro{kovi dobijanja i transporta prirodnog gasa su znatno manji nego kod drugih goriva. Prirodni gas ne zahteva skupu i slo`enu preradu kao {to je slu~aj sa te~nim gorivima. Pri sagorevanju, prirodni gas daje visoke temperature tako da se mo`e koristiti i kao energetsko gorivo Odsustvo sumpora i njegovih jedinjenja daje prirodnom gasu posebnu vrednost, naro~ito pri njegovoj upotrebi u komunalne svrhe Zbog odsustva ugljenmonoksida, nema opasnosti od trovanja

Visoka toplotna mo} prirodnog gasa omogu}ava transport na velike udaljenosti Pri kori{}enju prirodnog gasa mogu}a je primena potpuno automatizovanih procesa sagorevanja uz visoku produktivnost, ekonomi~nost, pouzdanost i prijatne uslove rada (nema lo`enja) Kori{}enje prirodnog gasa obezbe|uje visok koeficijent iskori{}enja radnih lo`i{ta. Primenom prirodnog gasa ne zaga|uje se okolina ~vrsti i gasovitim ostacima sagorevanja. Potro{a~i prirodnog gasa imaju retke zastoje u radu, du`i su periodi izme|u pregleda, jednostavne su konstrukcije i obezbe|uju du`i radni vek Prirodni gas se koristi i kao sirovina u industriji Prirodni gas se pla}a po potro{nji Mre`a za prirodni gas je jednostavna i zna~ajno jeftinija od mre`e za snadbevanje ~vrstim ili te~nim gorivima.

Toplotna mo} prirodnog gasa se kre}e od 31200 (nasiroma{niji) tj. 33000 (prose~no) do 38000 k. J/m 3 (propan 94000 a butan 123000 k. J/m 3) Treba razlikovati prirodni gas (koji na zemljinu povr{inu izbija spontano) kapta`ni gas koji izbija iz zemlje zajedno sa naftom. Kapta`ni gas ima ne{to druga~iji sastav ov prirodnog gasa i to: Metan do 40% Etan do 30% Propan do 20% Butan do 6% Vi{i ugljovodonici do 4%

Nedostatci prirodnog gasa: Eksplozivnost koja se javlja pri formiranju sme{e sa vazduhom (eksplo`ivno opasne sme{e od 5 do 15% prirodnog gasa). Posebnim aparatima sa lako}om se signalizira 1% sme{a prirodnog gasa i vazduha. U slu~aju lo{e pode{enosti le`i{ta, produkti nepotpunog sagorevanja (ugljen monoksid, vodonik i metan) mogu se otkriti samo pomo}u aparata za analizu produkata sagorevanja, nema organolepti~kog i vizuelnog otkrivanja. Ugljen monoksid pri koncentraciji od 0, 04% do 0, 065% izaziva umor i nesvesticu, a pri koncentraciji od 0, 4% je smrtonosan. Ugljen dioksid je smrtonosan na 15% (indirektno dejstvo, zbog smanjenja procenta kiseonika ) U slu~aju nekih mre`a, neophodno je izgraditi skupa podzemna skladi{ta za izravnjavanje potre{nje

Prirodni gas nema karakteristi~an miris. Kako bi se upozorilo na nepo`eljno i nekontrolisano isticanje prirodnog gasa iz mre`e, vr{i se odorizacija prirodnog gasa sulfidima i tiolima izuzetno karakteristi~nog mirisa. Tioli imaju karakteristi~niji miris (merkaptan), me|utim, oni nisu hemijski postojani, pa se zbog toga ~e{}e koriste sulfidi. Jamski gasovi (rudarski) nisu nai{li na komercijalnu upotrebu. Barski gas nastaje truljenjem biljnih i drugih organskih materija u mo~varama i prete`no se sastoji od metana. Ni ova vrsta goriva se ne koristi u komercijalnoj upotrebi. Truli gas nastaje raspadanjem organskih materija u kanalizacionim mre`ama i ima metan za glavni sastojak. Toplotna sposobnost mu je kao i kod prirodnog gasa. Zbog toga se kaptira (hvata) pre~i{}ava i koristi kao gorivo (mo`e i gorivo iz stajskog |ubriva)

VE[TA^KA GASOVITA GORIVA Generatorski gas, nastaje procesu gasifikacije kod nepoptunog sagorevanja ugljenika sa kiseonikom. Gasigikacija se odvija u velikim ~eli~nim oknima koja se nazivaju generatori. . . Samleveni i osu{eni ugalj se uvodi u generator i trenutno sagori. Ove pe}i su izuzetno velikog kapaciteta, a generatorski gas je toplotnog kapaciteta do 5000 k. J/m 3. Osnova generatorskog gasa je ugljen monoksid i vodonik, dok se kao balast pojavljuju azot i ugljen dioksid. Vodeni gas nastaje gasifikacijom uglja uv uvo|enje vazduha i vodene pare. Sadr`i 40% ugljen monoksida i 50% vodonika, sa toplotnom mo}i od 10500 do 11700 k. J/m 3. Veoma cenjeni gas gde se zahtevaju visoke temperature (bez obzira na nominalnu malu toplotnu mo}, u pitanju je visok sadr`aj vodonika!!!). Koksarski gas je proizvod suve destilacije uglja. Njegovi sastojci su vodonik (do 50%) i metan (30%). Cenjena je sirovina u proizvodnji vodonika, amonijaka, metanola. . .

Gas dobijen podzemnom gasifikacijom uglja dobija se iz uglja lo{Eg kvaliteta do kojeg je prilaz za eksploataciju ote`an. Do nalazi{ta uglja se polo`e cevi kojima se dovodi vazduh a odvodi gas. Potom se ugalj zapali. Gasni produkti nastaju nepotpunim sagorevanjem (ugljen monoksid) i vodonik (sli~no generatorskim gasovima) Rezerve svetskog gasa su velike. . . Procenjeno do 90000 milijardi kubnih metara, od ~ega je najve}i deo u isto~noj evropi (preko 30%)

NUKLEARNA GORIVA I ENERGIJA Hijerarhija Energija: 1. Gravitaciona (u nukleusu, jezgru, protoni i neutroni) 2. Elektri~na, Elektrostati~ka, Magnetna (jezgro i omota~ atoma) 3. Hemijska (valentne veze u orbiti atoma, elektroni) 4. Toplotana 5. Mehani~ka (kineti~ka i potencijalna) Nuklearna energija se zasniva na gravitacionoj energiji jezgra (protona i neutrona). U jezgru stabilnih atoma, gravitaciona energija izme|u protona i neutrona je ve}a od odbojnih elektrostati~kih sila istopolnih naelektrisanja protona. Uvo|enjem vi{e neutrona smanjuje se gravitaciona stabilnost jezgra.

Nestabilna atomska jezgra se spontano raspadaju, pri ~emu se njihova unutra{nja gra|a menja tako da se unutra{nja energija smanjuje. Nestabilno jezgro se raspadom menja u stabilno, emituju}i razliku energije. Nestabilna jezgra su radioaktivna, i zra~e energiju, pa pojavu zovemo radioaktivno zra~enje. Ova se energija mo`e prevesti u elektri~nu, mada je specifi~na snaga koja se mo`e dobiti vrlo mala. Sva klasi~na, do sada opisana goriva, osloba|aju toplotnu energiju procesom njihove burne oksidacije, tj. sagorevanjem. Me|utim, nuklearna goriva osloba|aju energiju pri procesima cepanja jezgra njihovih atoma. Nuklearna energija oslobada se nuklearnim procesima tj. procesima koji se odvijaju u atomskim jezgrima. Upotrebom tih reakcija, kao energetskih izvora, bavi se nuklearna energija, a materijali koji sadr`e atomska jezgra elemenata, koji omogu}avaju ostvarivanje nuklearnih reakcija u nuklearnim reaktorima, nazivaju se nuklearna goriva.

Od mnogih nuklearnih procesa u kojima se osloba|a energija, kao nuklearni energetski izvori koriste se nuklearna fisija, nuklearna fuzija i radioaktivnost. Fisija je hemijska reakcija gde se jezgra te{kih izotopa (urana i plutonijuma) cepaju na dva dela. Pri tome nastaju dva jezgra, me|u kojima se sasvim slu~ajno dele neutroni i protoni prvobitnog jezgra, oslobadaju}i istovremeno i ne{to neutrona. Pri takvim reakcijama osloba|a se velika energija. Za prakti~no dobijanje nuklearne energije, oslobo|ene pri fisiji od presudnog je zna~aja da vesta~ki, bilo pobu|ivanjem ili zra~enjem, prouzrokujemo cepanje jezgra. Fuzija je hemijska reakcija, pri kojoj se spajaju laka atomska jezgra u te`a atomska jezgra, uz osloba|anje velike koli~ine energije.

FISIJA, cepanje jezgra

FUZIJA. . .

Fisiona i fuziona bomba. . .

Osnova dana{njeg dobijanja energije u nuklearnim termoelektranama je na principu fisije (fisija-raspad) a kao nuklearno gorivo upotrebljavaju se samo atomska jezgra: Uran 235, Plutonijum 239 i Uran 233. Jedino prirodno nuklearmo gorivo je Uranov izotop 235, kojeg ima u uranovoj rudi u koli~ini oko 0, 7%. (Izotopi su isti hemijski elementi, koji imaju isti redni broj, a razli~itu atomsku te`inu). Ostala dva izotopa Pu-239 i U-233 dobijaju se vesta~ki, iniciranjem atomskih fisijskih reakcija, i zato spadaju u vesta~ka nuklearna goriva. Uran-233 i Plutonijum-239 se proizvode iz uranovog izotopa Urana 238 i Torijuma 232, te proizilazi da su Uran i Torijum dva glavna izvora nuklearnih goriva. Uran-238 je srazmemo rasprostranjen elemenat, pa ipak se u prirodi ne nalazi u ~istom stanju, nego samo u obliku siroma{nih ruda - uranijumovih oksida (UO 2, UO 3, U 3 O 8), Najpoznatiji minerali su: karnolit, tobeznit, artinit, kofinit i drugi. Iz ovih ruda se dobija uran dosta komplikovanim postupcima.

Proizvedeni Uran-238 sadr`i samo 0, 7% uranovog izotopa Uran-235, koji ima sposobnost cepanja. Po{to je to slabo prirodno nuklearno gorivo za reaktore, posebnim postupkom se oplemenjuje i proizvodi oboga}eni uran (do 90% U-235). Dobijanje vesta~kih nuklearnih goriva bazira se na procesu nastajanja fisijskog materijala iz nefisijskog i naziva se procesom konverzije. Uran-233 i Plutonijum-239 se ne nalaze u prirodi, nego su produkti nuklearnih reakcija apsorpcije neutrona u Torijumu-232 i Uranu-233. lzotop urana (U-235) posle apsorpcije neutrona prelazi u U-239, a Torijum-232 u T 233, koji su nestabilni i dvostrukim beta-raspadom se stabilizuju prelaze}i u Plutonijum-239 (za oko 3 meseca) i Uran-233 (za oko mesec dana). T-232 T-233 U-233 ; U-235 U-239 Pu-239 Za dobijanje vesta~kih nuklearnih goriva koriste se tzv. oplodni reaktori.

Nuklearni reaktori su ure|aji za iskori{}avanje nuklearne energije, koja se osloba|a cepanjem atomskih jezgara reakcijom fisije. Zovu se jos atomske ili uranove pe}i. U njima se nuklearna energija pretvara u toplotnu, osiguranim uslovima za iniciranje, odvijanje i upravljanje nuklearnim lan~anim reakcijama, koja se i odvodi u sistem u kojem se pretvara u elektri~nu energiju. Nuklearne reaktore delimo uglavnom na osnovu na~ina iskori{}avanja goriva i to na: - oplodne reaktore (breeder), koji su poslednja generacija nuklearnih elektrana i - konvertere, u koje spadaju svi tipovi savremenih komercijalnih nuklearnih reaktora. Osnovni elementi nuklearnog reaktora su: gorivo, moderator, hladnjak s toplotnim izmenjiva~em, kontrolni sistem ({ipke), reflektor i za{titni oklop.

Gorivo sadr`i fisijski izotop, ve}inom U-235, koji je obi~no plo~astog ili stapi}astog oblika povezanih me|usobno u mre`u. Fisijom uranskog jezgra oslobada se neutron i toplota. Ostaci nuklearnog cepanja su razli~iti radioaktivni izotopi koji se skupljaju u gorivim plo~ama ili stapi}ima, pa je plo~e ili stapi}e U-235 potrebno zamenjivati jo{ pre nego {to se sam Uran-235 ne potro{i. Gorive {ipke su izvor toplote i radioaktivnog zra~enja. Moderator je sredstvo za usporavanje neutrona u reaktorima, i obi~no se u ove svrhe koristi voda, te{ka voda, grafit, a re|e berilijum i organske te~nosti. Pojedini reaktori se me|usobno razlikuju po upotrebljenom moderatoru, kao i raspodeli nuklearnog goriva i moderatora. Sistem za rashla|ivanje proti~e pored gorivih {tapova, odnose}i toplotu koju predaju toploizmenjiva~u. Kontrolni sistem regulise lan~anu reakciju fisije, raspada U-235, zadr`ava izotope i sna`no apsorbuje neutrone.

Retlektor sa svih strana okru`uje reaktorsko jezgro (prostor u kome se odvija lan~ana reakcija fisije) i ima ulogu vra}anja neutrona koji napuste jezgro, kao i da spre~i prodor radioaktivnog zra~enja van sistema. Za{titni oklop ili biolo{ki {tit je obloga koja se stavlja oko reaktora, iz ra|uje se od ~eli~nog lima debljine 20 -30 cm i jos oko njega dolazi betonski oklop od najmanje 1 m debljine, i osnovna mu je uloga za{tita okoline od zra~enja. S obzirom na upotrebljeni materijal iz ~ega su izra|eni, snagu i konstrukciju izrade, reaktore delimo na: grafitne, lakovodne i te{kovodne. Zna~ajna osobina svih nuklearnih rektora, kao izvora energije (toplote) je da se po~etno moraju puniti gorivom. Izgradnja nuklearne elektrane zahteva velika investiciona ulaganja i udeo goriva predstavlja zna~ajnu stavku.

Od ukupno proizvedene elektri~ne energije u svetu, danas na nuklear ne elektrane raspodeljeno oko 15%. U celom svetu u radu je oko 380 nukleamih reaktora. Iako }e nafta, zemni gas i ugalj i dalje ostati glavni primarni izvor energije, ra~una se da bi ve} 2020 -te godine nuklearna energija podmirivala oko 30% potrebne energije. Iako nuklearna fisija na osnovu cepanja urana ima najve}e mogu}nosti zamene fosilnih goriva, ipak je ovaj izvor energije pod neprestanom proverom, pre svega zbog negativnih ekolo{kih efekata, mogu}nosti {irenja nuklearnog oru`ja itd.

Najve}a stvama ekolo{ka primedba, s obzirom na dobijanje i iskori{}a vanje urana i plutonijuma, proizilazi iz nekontrolisanog vojnog sprovodenja nuklearnih eksplozija. Mirnodopska upotreba nuklearne energije zbog toga pre`ivljava krizu i zao{trili su se uslovi za dobijanje urana kao i njegove primene kod nuklearnih elektrana. Ovo se naro~ito odnosi na sigurnost u radu, za{titu `ivotne sredine i sigurnost nuklearnih elektrana. U poslednje vreme se takode o{tro postavlja i pitanje uskladi{tenja istro{enog nuklearnog goriva i radioaktivnog otpada {to mo`e imati presudan uticaj na budu}i razvoj nukle arne energije u svetu i kod nas. Vi{e od 60% rezervi urana se nalazi u Severnoj Americi i u Africi, ju`no od Sahare. U Evropi je 75% rezervi urana u [vedskoj.

Najve}i proizvoda~i urana u svetu su SAD, Kanada i Juznoafri~ka Republika i one dr`e oko 80% svetske proizvodnje, dok je u Evropi vode}i proizvodja~ urana Francuska. Iz jedne tone rude dobija se oko 1 kg U 3 O 8 , koji je poluproizvod za pripremu nuklearnog goriva. Treba naglasiti da se ekonomi~no mo`e dobiti uran iz uranovih ruda s najmanje 0, 5 -1, 0% U 3 O 8, odnosno 0, 04 -0, 09% urana, a torijuma iz rude koja ga sadr`i ne manje od 0, 1%. Lokacija namenjena gradnji nukleamih elektrana mora biti obezbe|ena od prirodnih katastrofa, prevashodno od zemljotresa, i u njenoj blizini ne bi smela biti ve}a naselja.