Отын- табиғи немесе жасанды түрде алынатын,жанатын қабілеті бар, энергия көзі және химиялық өндірістерге шикізат болып есептелетін зат.
Отын агрегаттық күйіне байланысты қатты, сұйық және газ тектес үш топқа бөлінеді.
Тегіне қарай: табиғи және жасанды болып екі түрге бөлінеді. Жасанды отын табиғи заттырды өңдеу нәтижесінде алынады. Болашақта сутек пен метанол, этанол, өсімдік майлары, органикалық заттар мотор және энергетикалық отын қатарына енеді. Өнеркәсіптің қай саласыда болсын, отынның маңызы зор. Отынның жану жылуы- 1кг отынды толық жаққанда бөлінетін жылу мөлшері.Отынның құрамында көміртек пен сутек неғұрлым көп болса, жылу болу қабілеті соғұрлым жоғары болады.Қатты қатты отынды химиялық өңдеудің мынадай әдістері бар пиролиз, газдандыру (газификациялау), гидрогендеу және кокстеу.
Энергетикалық отын өзінің физикалық құрамына байланысты қатты, сұйық және газ тәрізді боп бөлінеді. Отын белгілі ьір түрде ол қазандыққа түседі, және де жұмыс отыны деп атайды. Ол келесі элементтерден тұрады: көміртегі, сутегі, оттегі, азот N, күкірт Sn, күл және ылғалдан - W. SH нндексі ұшқын күкірт білдіреді. Қалған күкірт отын күлінің құрамына кіреді. Егер отындағы әрбір элементтің мөлшерін пайызбен мөлшерлесек, онда элементарлық құрамын және оның жұмыс массасы тепе-теңдік жағдайда болады.
Отынның ылғалдылығы. Ылғалдылық отын құрамын құрайтын зиянды (балластты) құраушы болып табылады, оның жылулық құндылығын төмендетеді. Осы элементтің отындық негізгі бөлігі - сыртқы ылғал, отын фракцияларының сыртқы бетін механикалық ұстау.
Отынның күлділігі. Бұл сондай-ақ балласт бөлігі. Ең көп саны (күлді немесе минералдық) қоспалары бар - қатты отындар. Бұл балшық (Al203*2Si02*2H20), еркін кремнезем (Si02), карбонаттар (CaC03, MgC03 және FeC03), сульфаттар (CaS04 және MgS04) және басқалар.
Сұйық отындардың минералды қоспалары (әр түрлі тұздары мен тотықтары) шағын пайыздық мөлшерлемені құрайды.
Жасанды газ отындарында минералды қоспалар пайызды үлестен тұрады және газ өндіру технологиясымен анықталады.
Отында "сыртқы" теңгерім (А + W) мөлшері отын табиғатына ғана байланысты емес, сонымен қатар сыртқы жағдайларға да (өндіру тәсіліне, байыту фазасының болуы, сақтау, тасымалдау) тығыз байланысты.
Қатты отын шынайы, көлемді және үйілген тығыздығы (алғашқы көлемінде саңылаусыз тығыз масса, екіншісі - саңылаумен және жарықтары бар, үшінші - саңылаумен, жарықтар және бөліктер аралықтарымен) болып ажыратылады.
Әр түрлі отындардың кейбір есептік сипаттамалары.
Толық жылу шығару мүмкіндігінен басқа, яғни отын бірлігінің толық жануы кезінде бөлінетін жылу мөлшері (1 кг, 1 м3, 1 моль), есептеулерде отын жанған кезде пайда болатын су жағдайында анықталатын төмен жылу шығаруды жиі қолданады, бу тәріздес күйде болады. Практикалық шарттарда жұмыс отынының төменгі жылыту қабілеті - Q, ккал/кг, кДж/кг; бұл негізгі көрсеткіші отынның жылу құндылығы болып табылады.
Отынды жылу құндылықтары бойынша салыстыру кезінде шартты отын (ш.о.) ұғымы енгізілді, жылу шығаруы 7000 ккал/кг.т., 29310 кДж/кг.т болуы тиіс. Бұл әр түрлі есеп беру құжаттарында отын шығысы әрбір өнімнің түрі бойынша және тұтастай кәсіпорын бойынша, муниципалды білім беру және т. б. шартты отын (т.ш.о.) тоннасымен келтіріледі. Табиғи отын , әдетте, төменгі жану жылуының жұмыс жағдайының жылуға қатынасы ретінде айқындалатын, олардың нақты жылу баламдарының шарттарына сәйкес қайта есептеледі.
Көмір отыны. Барлық қазып алынатын көмір үш негізгі түрге бөлінеді: қоңыр, тас көмір және антрациттер.
Қоңыр көмірлер (Б маркасы) басқа көмірден төмен жылыту қабілетімен (QpH 2250-4000 ккал/кг) ерекшеленеді. Оларды ұшпалардың үлкен шығуымен (V. = 40-50%) сипаттайды, кокс қалдығы мен үлкен ылғалдылық жас көмірде 55-58% дейін жетеді және кәрі көмірде 30% - ға дейін болады. Олар ауадағы ылғал және механикалық беріктігін оңай жоғалтады, ұсақ-түйекке айналу кезінде, өздігінен жанудың жоғары бейімділігіне ие. Оларды төмен жану жылуы, өздігінен тұтану және жарылуы мақсатына байланысты жергілікті энергетикалық отын ретінде пайдаланады. Бірақ қазіргі жағдайда, жанармай бағасы күрт өсті,оларды өндіру көлемдерінің қысқартылуына байланысты қоңыр көмірлер жергілікті маңызы бар отын боллуын тоқтатты.
Тас көмір - ұшпа заттардың шығысы 9% артық отын. Көбінесе Жиі бұл спекающиеся көмір (кокстеу үшін шикі) қоспағанда, длиннопламенных және арық. Олар жылыту қабілетінің кең таралуымен (Qн 3200-6000 ккал/кг) және маркаларының әртүрлілігімен ерекшеленеді.
Антрациты өзінің геологиялық жасына қарай барлық көмір қазбаларының арасында ең ескі болып табылады, оларда ұшпалы заттардың шығуы кемінде 9%, бұл олардың тұтануын қиындатады. Жоғары теориялық жану температурасы (2180°С) антрациттердің қабатындағы жағу үшін қиындықтар туғызады, әсіресе механикалық масақты торларда өз қиындығын туғызады. Антрациттің жылу шығаруы 5500-6800 ккал/кг. Көмір қазбаларының арасында антрациттер механикалық беріктігі, шағын мөлшерде ылғалдылығы және күлділігі, сондай-ақ ашық-қара жылтырлығымен жоғары ауқымға ие. Көмір сондай-ақ, ірілігі бойынша да жіктеледі.
Ағаш отыны. Негізінен лигниннің жасушалық (50-70%) және жасуша аралық заттарынан (20-30%) тұрады. Ағаш отынының құндылығы аз күлділігі (1% - ға дейін), күкірт және жанғыш ұшпалардың үлкен мөлшерінің (85% - ға дейін) болмауынан тұрады. Ықтимал айтарлықтай ылғалдылығы (60%-ға дейін) оның жылу шығару қабілетін айтарлықтай төмендетеді. Тиісінше, осы ылғалдылық бойынша ағаш отыны бөлінеді: 1) ауалық-құрғақ - ылғалдылығы 25% - ға дейін; 2) жартылай - құрамында ылғал 26-дан 30% - ға дейін; 3) ылғалдылығы 50% - дан астам.
Өсімдік шаруашылығының қалдықтары. Өз құрылымы бойынша және отын сипаттамаларына ағашқа жақын боп келеді. Олардың көпшілігі салыстырмалы түрде жоғары жылыту қабілетімен ерекшеленеді. Салыстыру үшін келтірілген деректер бойынша, қалалық қоқыс (өсімдік қалдықтары үшін QpH орташа мәндері), ккал/кг: сабан - 3750; зығыр діңшесі - 3860; мақта қораптары - 3410; мақта сабақтары- 3470; күнбағыс қауызы — 3685; күріш қауызы - 3180; қалалық қоқыс - 1000.
Сұйық отын. Бастапқы шикізатпен іс жүзінде кез-келген сұйық отын мұнай болып табылады. Жекелеген жағдайларда бұл (шайыр, дистиляттар) қатты отындарды термиялық өңдеу кезінде алынатын өнімдер болуы мүмкін. Кейбір мұнайды қайта өңдеу өнімдерін қарастырайық.
Оттық мазуттар. Күкірт мөлшері бойынша күкірттілігі аз (Sp 0,5 - 1,0%), күкіртті (Sp 2%) және жоғары күкіртті (Sp 3,5%) болып ажыратылады. Оттық мазуттардың бірнеше маркалары М200, М және басқа түрлері шығарылады. Мазуттар, сондай-ақ, өте тұтқыр сұйықтық, оларрдың тұтқырлығы судан кемінде 150 рет жоғары. Құбырлар бойынша және бүріккішпен тозаңдыру арқылы мазутты айдау үшін 100-140°С –қа дейін жылыту керек.
Моторлы отын. Бұл отын ішкі жану қозғалтқыштарына арналған, және де булағыштығы бойынша жіктеледі Олар үшін тән температура қайнап суалу кезінде 10, 50, 90% отын көлемі, ал бензиндер үшін қайнау соңының температурасы көрсетіледі. Қайнап суалуы бойынша отын жеңіл және ауыр болып бөлінеді. Жеңіл отындарға бензин, лигроин, керосин.Бензин маркасы оның октан санымен анықталады, мысалы, бензин А-92, А-95 жатады. Октан саны жоғары бензиннің детонацияда бейімділігі төмен болады. Детонацияны жеңілдетілген әдіспен - отынның шекті (жару) жану режимі бойынша анықтауға болады.
Ядролық отын. Атомдық электр станцияларында, жылумен қамтамасыз ету станцияларында және жылу электрлік орталықтарында ядролық отынның жаңа қуат көзін қолдану жақын арадағы он жылдықта органикалық отынның қолданылуын қысқарту мүмкін және де бірінші кезекте мұнайдың қолданылуы азаяды. Осы өндірістік саланың қыр сыры энергетикада ядролық отынның қолданылу ерекшелігімен негізделген.
Ядролық отынның жоғары колориялығының арқасында негізгі экономикалық тиімділігі органикалық отынның орнын басқан кезде тікелей АЭС-да аз көлемде және органикалық отынды тасымалдауда және өндіру саласында шығындардың азайу есебімен алынады. Бұл дегеніміз атомдық энергетиканың тиімділігі мемлекеттің барлық жылу-энергетикалық кешенінің құрамдас бөліктері ретінде анықталуы керек, яғни АЭС и ЖЭС (жылуэлектростанциялар) жеке экономикалық салыстыру жолымен емес, ал сала аралық негізде. Осыдан АЭС-ның және ядролық отынның осыған тең оларды отынмен қамтамасыздандыру ЖЭЖ-нің экономикалық сұрақтарын бірге қарастыру қажеттілігі туады.
Атомдық энергетиканың маңызды көрсеткіші болып дәстүрлі отын-энергетикалық кешенімен салыстырғандағы оның жоғары өндіру деңгейі және техникалық жабдықталуы. АЭС және АЖЭЖ-сін қосатын атом энергетикасы, сонымен қатар отындық циклдың ұжымы энергиямен қамтамасыз етудегі барлық жүйелерде жылу энергетикалық кешеннің құрамдас бөлігі ретінде қарастырылуы керек.
Атомдық станциялардың құрылысы мен дамуы тианақты технико-экономикалық негізді, сонымен қоса жобаның іске асырылуынан әлеуметтік және экологиялық салдарын анықтап алуды қажет етеді.
Атомдық энергетика әлі жастау. Олардың көптеген мемлекеттерде салыну көлемі жоғарылағандықтан АЭС пайдалану және жабдықтау тәжірибесін жинақтау қарқынды процесі байқалады. Сондықтан ядролық отынның қайта өңдеудің және өндірудің технологиялық прогрессі, жоюдың күрделі мәселелерін сәтті шешу, радиоактивті қалдықтарды көму және заласыздандыру әдістелген.
Ядролық отынның ерекшеліктері
Рекакторларда ядролық отынды қолдану жылу энергиясын өндіру үшін негізгі ерекшеліктер қатарына ие, ағып өтетін үрдістердің ядролық сипатымен және физикалық қасиеттерімен шартталған. Бұл ерекшеліктер атомдық энергетиканық қыр-сырын, оның техникалық сипаттамасын және пайдалану шартының ерекше технологияларын, экономикалық көрсеткіштерін және қоршаған ортаға тигізетін әсерін анықтайды. Олар сонымен қатар негізгі ғылыми-техникалық және инженерлік мәселелерді негіздейді, олар атомдық энергетиканың қауәпсіз және тиімді, сенімді кең дамуы кезінде шешілуі керек:
1. Салыстырмалы жоғары жылу шығару мүмкіндігі, яғни нуклидтар массасы бірлігіне қатысты бөлінген жылу шығару;
2. Реакторда отынның бір мәрте келіп түсуі кезінде барлық ыдырайтын нуклидтар үшін толық «жану» (қысым) мүмкін еместігі, себебі реактордын белсенді аймағында отынның сыни массасына ие болу керек және өзіндік сын туғызатын және сыни массадан асып түсетін бөлігін ғана «жағып» жіберуге болады;
Жарым-жартылай ие болу мүмкіндігі, ал анықталған шарттар жағдайында толық және тіпті бөлінетін нуклидтардың (конверсиясын) кең іске қослуы, яғни іске қосылатын ядролық материалдардан екінші ретті ядролық отынды алу;
Реакторда ядролық отынды «жандыру» тотықтырғышты қажет етпейді және «жану» өнімдері қоршаған ортада үздіксіз түсіру бір уақытта қоса жүрмейді.
Бөлу үрдісі бір уақытта ұзақ өмір сүретін бөлу өнімдерімен аз өмір сүретін радиоактивті жинақталумен қоса жүреді, ал сонымен қоса өнімнің ыдырауында ұзақ уақыт сақталатын радиоактивті жоғары деңгейімен сақталады. Осылайша, рекаторда сәулеленген және ондағы жұмысын атқарған отын төтенше жоғары риадиоактивтілікке ие және сондықтан оның қалдық жылу бөлінуі сәулеленген ядролық отынмен айналысы кезінде ерекше қиындықтар туғызады.
Ядролық отынның тізбектік бөліну реакциясы нейтрондардың жоғары ағын шығысымен қоса жүреді.Жоғары қуатты нейтрондардың әсерінен жылу тасымалдағыш реакторлардың сәулеленетін конструкциялық материалдарында және газдық ауадағы биологиялық қорғаныс материалдарында рекаторлар арасындағы кеңістікті толтыратын көптеген химиялық тұрақты (радиоативті емес) элементтер радиоактивті элементке айналады. Қашықтықтан қызмет көрсететін құралдар және қымбат тұратын қорғаныс құралдарын қажет ететін, пайдалануды қиындататын бағытталған деп аталатын радиоактивтілік пайда болады. Жалдам нейтрондардын радиациялық әсері реактордың конструкциялық материалдарында және одан бұрын оның белсенді аймағында радиациялық елеулі (ісіп кету, жоғары сызғыштық және т.б. ) зақымдануды тудырады.
Энергетикада ядролық отынды қолдану белгілі бір қауіптілікпен байланысты, оларды елемеуге немесе толық бағаламауға болмайды, әсіресе құралдарды және қауіпсіздікті сенімді қамтамасыз ету жолдары белгілі және тәжірибеде зерттелген. Радиоактивті өнімдердің бөліну жиынтығы төтенше жоғары және осымен айтарлықтай ұзақ уақытты қалдық жылу бөлінуі реактордың белсенді бөлігінде байланысты, ол тоқтағаннан кейін жылу тасымалдағыштар және жоғары бағытталған радиоактивті материалдар – осының барлығы АЭС пайдалану және қондырғыларды жобалауға ерекше талаптарды ұсынады, оның негізгі құрылғылары сонымен қатар бақылау жүйелері, басқару және қорғау, радиациялық қауіпсіздіктің және ядролық қамтамасыз ету кепілденген жүйесі.
2 Қайта қалпына келтірілмейтін энергетикалық табиғи қорларды (көмір қорлары мысалында) оңтайлы пайдалану
Заманауи өркениеттің маңызды мәселелердің бірі болып пайдалы қазбалардың таусылуы болып табылады, бірінші кезекте қуат көздері.
Осы мәселелерді шешу үшін қазіргі таңда биотехнологиялық өңдеулер және әртүрлі өңдеулер қатары жұмылдырылған.
Өндірудегі биотехнологияның қосымшасы пайдалы қазбаларды байыту және қайта өндеу биогеотехнологияның аймағына жатады.
Осы үрдісте жердің қойнауында тұратын және сонда химиялық айналымдар жасай алатын микроорганизмдер үлкен рөл атқарады.
Газ тәрізді отын. Бұл табиғи немесе жасанды газдар. Бірінші - жер асты суларын ұңғымаларынан газ кен орындарын немесе ілеспе мұнай өндіру кезінде. Жасанды газдарды, сондай-ақ қатты немесе сұйық отындарды термиялық ыдырату процесінде арнайы зауыттарда немесе ілеспе, мұнай өндіру кезінде алады. Екінші тәсіл - қатты немесе сұйық отындарды термиялық ыдырату процесінде арнайы зауыттарда немесе ілеспе, көмірді кокстеу немесе биогаз қондырғыларда органикалық қалдықтарды және сарқынды суларды (тұрмыстық, мал шаруашылығы және т. б.) өңдеу кезінде алады. Табиғи газдар көміртек оксидінің толық болмауымен ерекшеленеді. Газ түріндегі отынның басты артықшылығы оны құбыр арқылы алыс қашықтықтарға тасымалдау ыңғайлылығы және жағу қарапайымдылығы болып табылады. Мұнай-газ кен орындарының ілеспе газдарының құрамында улы және коррозиялық-белсенді күкіртті сутек бар.
Өнеркәсіпте, әсіресе тұрмыста мұнай және ілеспе мұнай газдарды бастапқы қайта өңдеу кезінде алынатын сұйытылған газ пайдаланылады. Атмосфералық қысымда бұл газдың конденсация температурасы әдетте, төмен 0°С, тиісінше 20°С кезінде бу қысымында бұл газдар0,2-ден 0,8 МПа құрайды, сондықтан бұл газдарды баллондарда аз қысыммен сұйық түрде тасымалдайды, қысым - кемінде 2,0 МПа болады.
Энергетикалық ресурстардың меншікті энергия сыйымдылығы энергия ресурстардың физикалық денесінің массасының бірлігіне келетін энергия мөлшері. Әр түрлі энергетикалық ресурстар мен барлық отын түрінің шығынын есептеу мүмкіндігін салыстыруға ыңғайлы болу үшін шартты отын ұғымы енгізілетінін айтып өттік. Шартты отын үшін, мұндай1 кг отын жанған кезде 29,3*10 6 Дж жылу бөлінеді, немесе 7000 ккал энергия.
