แก๊สเชื้อเพลิง

แก๊สเชื้อเพลิง เป็นหนึ่งในหลายๆ ชนิดของ เชื้อเพลิง ที่อยู่ในสภาพ แก๊ส ภายใต้สภาวะปกติ โดยส่วนใหญ่แก๊สเชื้อเพลิงประกอบด้วย ไฮโดรคาร์บอน (เช่น มีเทน และ โพรเพน), ไฮโดรเจน, คาร์บอนมอนอกไซด์ หรือส่วนผสมของสารเหล่านี้ แก๊สเหล่านี้เป็นแหล่งพลังงานที่สามารถส่งผ่านและแจกจ่ายได้ง่ายผ่านท่อ

แก๊สเชื้อเพลิงแตกต่างจาก เชื้อเพลิงเหลว และ เชื้อเพลิงแข็ง แม้ว่าแก๊สเชื้อเพลิงบางชนิดจะถูก ทำให้เป็นของเหลว เพื่อเก็บหรือขนส่ง (เช่น แก๊สออโต และ แก๊สปิโตรเลียมเหลว) แม้ว่าธรรมชาติของแก๊สจะมีข้อได้เปรียบในการหลีกเลี่ยงความยากลำบากในการขนส่งเชื้อเพลิงแข็งและความเสี่ยงในการหกรั่วไหลที่เกี่ยวข้องกับเชื้อเพลิงเหลว แต่แก๊สก็มีข้อจำกัดเช่นกัน เนื่องจากแก๊สเชื้อเพลิงอาจไม่ถูกตรวจจับและทำให้เกิด การระเบิดจากแก๊ส ได้ ด้วยเหตุนี้จึงมีการเติม สารแต่งกลิ่น ลงในแก๊สเชื้อเพลิงส่วนใหญ่ ปัจจุบันแก๊สเชื้อเพลิงที่ใช้กันทั่วไปมากที่สุดคือ แก๊สธรรมชาติ

ประเภทของแก๊สเชื้อเพลิง
แก๊สเชื้อเพลิงแบ่งออกเป็นสองประเภทหลัก โดยไม่ขึ้นกับองค์ประกอบทางเคมี แต่ขึ้นอยู่กับแหล่งที่มาและวิธีการผลิตแก๊สที่พบตามธรรมชาติ และแก๊สที่ผลิตขึ้นจากวัสดุอื่นๆ

แก๊สเชื้อเพลิงที่ผลิตขึ้น

แก๊สเชื้อเพลิงที่ผลิตขึ้นคือแก๊สที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงทางเคมีของของแข็ง ของเหลว หรือแก๊สอื่นๆ การเปลี่ยนของแข็งให้เป็นแก๊สเรียกว่า การทำให้เป็นแก๊ส และสถานที่ผลิตเรียกว่า โรงงานผลิตแก๊ส

ตัวอย่างแก๊สเชื้อเพลิงที่ผลิตขึ้น:
 ถ่านหินแก๊ส ซึ่งได้จากการไพโรไลซิสของถ่านหิน
 น้ำแก๊ส ที่ถูกผลิตโดยการผ่านไอน้ำไปบน โค้ก ร้อนๆ
 แก๊สผู้ผลิต ซึ่งถูกผลิตโดยการผ่านไอน้ำและอากาศไปบน โค้ก ร้อนๆ (ในปัจจุบันไม่ค่อยใช้แล้ว)
 ซินแก๊ส ซึ่งเป็นเทคโนโลยีปัจจุบันที่สำคัญ ผลิตจาก แก๊สธรรมชาติ
 แก๊สไม้ ซึ่งได้จาก ไม้ เคยเป็นที่นิยมและเกี่ยวข้องกับ เชื้อเพลิงชีวภาพ
 แก๊สชีวภาพ ซึ่งได้จากกองขยะ
 แก๊สเตาหลอมระเบิด
 ไฮโดรเจน ที่ได้จาก อิเล็กโทรลิซิส หรือ การรีฟอร์มมิ่งด้วยไอน้ำ
แก๊สถ่านหินที่ได้จากการไพโรไลซิสของถ่านหินมักมีสิ่งเจือปนเช่น ทาร์, แอมโมเนีย และ ไฮโดรเจนซัลไฟด์ สิ่งเหล่านี้ต้องถูกกำจัดออก และอาจต้องใช้โรงงานที่มีขนาดใหญ่เพื่อทำการนี้

แก๊สเชื้อเพลิงที่สกัดจากบ่อหรือเหมือง

ในศตวรรษที่ 20 แก๊สธรรมชาติ ซึ่งประกอบด้วย มีเทน เป็นหลัก ได้กลายเป็นแหล่งแก๊สเชื้อเพลิงหลัก เพราะไม่ต้องผลิตผ่านกระบวนการต่างๆ สามารถสกัดได้จากแหล่งสะสมใต้ดิน แก๊สธรรมชาติสามารถผสมกับไฮโดรเจนเพื่อสร้างส่วนผสมที่เรียกว่า HCNG

แก๊สเชื้อเพลิงเพิ่มเติมที่ได้จากแก๊สธรรมชาติหรือ ปิโตรเลียม:
 โพรเพน
 บิวเทน
 แก๊สปิโตรเลียมเหลวที่ทำให้กลับเป็นแก๊สอีกครั้ง
องค์ประกอบของแก๊สธรรมชาติจะแตกต่างกันไปอย่างมาก แต่ตารางด้านล่างแสดงองค์ประกอบทั่วไป
+องค์ประกอบของแก๊สธรรมชาติองค์ประกอบปริมาตร %มีเทน93.63อีเทน3.25โพรเพน0.69บิวเทน0.27ไฮโดรคาร์บอนอื่นๆ0.20ไนโตรเจน1.78คาร์บอนไดออกไซด์0.13ฮีเลียม0.05

 ข้อมูลจำเพาะ 
นอกเหนือจากองค์ประกอบทางเคมีแล้ว แก๊สเชื้อเพลิงอาจต้องปฏิบัติตามพารามิเตอร์อื่นๆ เช่น ค่าความร้อนรวม, ดัชนีวอบบี้*, จุดน้ำค้าง, ฯลฯ สเปคต่อไปนี้เป็นของระบบการส่งแก๊สแห่งชาติของสหราชอาณาจักร
+สเปคของแก๊สเชื้อเพลิงเนื้อหาหรือคุณลักษณะค่าค่าความร้อนรวม37.0 – 44.5 MJ/m3ดัชนีวอบบี้*47.2 – 51.41 MJ/m3จุดน้ำค้างของน้ำ<-10 °C @ 85bargจุดน้ำค้างของไฮโดรคาร์บอน<-2 °Cปริมาณไฮโดรเจนซัลไฟด์*≤5 mg/m3ปริมาณซัลเฟอร์ทั้งหมด (รวมถึง H2S)*≤50 mg/m3ปริมาณไฮโดรเจน*≤0.1% (โมลาร์)ปริมาณออกซิเจน*≤0.2% (โมลาร์)ปริมาณคาร์บอนไดออกไซด์≤2.0% (โมลาร์)ปริมาณไนโตรเจน<5.0% (โมลาร์)ปริมาณแก๊สเฉื่อยรวม<7.0%ค่าการเผาไหม้ไม่สมบูรณ์*≤0.48ดัชนีเขม่า*≤0.60
ปัจจัยการเผาไหม้ไม่สมบูรณ์ (ICF) – เป็นดัชนีเชิงประจักษ์ที่เชื่อมโยงองค์ประกอบของแก๊สกับแนวโน้มที่จะเผาไหม้ไม่สมบูรณ์ในอุปกรณ์แก๊ส ดัทตันนิยาม ICF ว่า: ICF = 0.64 × (W − 50.73 + 0.03 × PN) โดยที่ W คือ ดัชนี Wobbe, MJ/m3; PN คือเปอร์เซ็นต์ปริมาตรของ C3H8 บวก N2 ในส่วนผสมสามองค์ประกอบ

ดัชนีเขม่า (SI) – เป็นดัชนีเชิงประจักษ์ที่เชื่อมโยงองค์ประกอบของแก๊สกับแนวโน้มที่จะเกิดเขม่าในระหว่างการเผาไหม้ในอุปกรณ์แก๊ส

ค่าความร้อนของแก๊สที่ผลิตอยู่ที่ประมาณ 500 บีทียูต่อคิวบิกฟุต (18,629 kJ/m3) ขณะที่ค่าความร้อนของแก๊สธรรมชาติสูงเป็นสองเท่าที่ประมาณ 1000 บีทียูต่อคิวบิกฟุต (37,259 kJ/m3) สำหรับความร้อนในปริมาณที่กำหนด จะใช้ปริมาตรแก๊สธรรมชาติเพียงครึ่งเดียว

 การใช้งานของแก๊สเชื้อเพลิง 
หนึ่งในรูปแบบการใช้งานที่เก่าแก่ที่สุดของแก๊สเชื้อเพลิงคือ การให้แสงสว่างด้วยแก๊ส ซึ่งช่วยให้เกิดการใช้ไฟถนนและการให้แสงสว่างในอาคารตามเมืองต่างๆ ได้อย่างแพร่หลาย แก๊สเชื้อเพลิงยังถูกนำมาใช้ในหัวเผาแก๊ส โดยเฉพาะอย่างยิ่งตะเกียงบุนเซินที่ใช้ในห้องปฏิบัติการ นอกจากนี้ แก๊สเชื้อเพลิงยังสามารถนำมาใช้ในเครื่องทำความร้อนด้วยแก๊ส, เตาแคมป์ปิ้ง และแม้กระทั่งเพื่อขับเคลื่อนยานพาหนะ เนื่องจากมีค่าความร้อนสูง

แก๊สเชื้อเพลิงถูกใช้กันอย่างแพร่หลายโดยผู้ใช้ในอุตสาหกรรม พาณิชย์ และครัวเรือน อุตสาหกรรมใช้แก๊สเชื้อเพลิงสำหรับการทำความร้อนเตาเผา, เตาหลอม, หม้อต้ม และเตาอบ รวมถึงการทำความร้อนในพื้นที่และการอบแห้ง อุตสาหกรรมไฟฟ้าใช้แก๊สเชื้อเพลิงเพื่อขับเคลื่อนกังหันแก๊สเพื่อผลิตไฟฟ้า โดยที่สเปคของแก๊สเชื้อเพลิงสำหรับกังหันแก๊สอาจมีความเข้มงวดอย่างมาก แก๊สเชื้อเพลิงยังสามารถใช้เป็นวัตถุดิบในกระบวนการทางเคมีได้ด้วย

ในภาคพาณิชย์ แก๊สเชื้อเพลิงถูกใช้สำหรับการทำความร้อน, การปรุงอาหาร, การอบ และการอบแห้ง ส่วนในภาคครัวเรือน แก๊สเชื้อเพลิงถูกใช้สำหรับการทำความร้อนและการปรุงอาหาร

ปัจจุบัน แก๊สเชื้อเพลิง โดยเฉพาะอย่างยิ่งซินแก๊ส ถูกใช้เป็นอย่างมากในการผลิตแอมโมเนียสำหรับปุ๋ย และในการเตรียมสารทำความสะอาดและเคมีภัณฑ์เฉพาะอื่นๆ

ในโรงงานอุตสาหกรรม แก๊สเชื้อเพลิงอาจถูกใช้ในการชะล้างท่อและภาชนะต่างๆ เพื่อป้องกันการแทรกซึมของอากาศ แก๊สเชื้อเพลิงที่เหลือใช้เกินความต้องการอาจถูกกำจัดด้วยการเผาในระบบแก๊สแฟลร์ของโรงงาน

สำหรับผู้ใช้ที่เผาแก๊สโดยตรง แก๊สเชื้อเพลิงจะถูกจ่ายที่ความดันประมาณ 15 psi (1 barg) ในขณะที่กังหันแก๊สต้องการแรงดันแก๊สที่ 250-350 psi (17-24 barg)

อ้างอิง


หมวดหมู่:แก๊สอุตสาหกรรม
หมวดหมู่:เทคโนโลยีเชื้อเพลิงสังเคราะห์
หมวดหมู่:การเผาไหม้