Gazu ziemnego. Skład, właściwości, zagrożenia

Definicja
Gazu ziemnego jest minerałem w stanie gazowym. Jest szeroko stosowany jako paliwo. Jednak sam gaz ziemny nie jest wykorzystywany jako paliwo; jego składniki są od niego oddzielane w celu osobnego wykorzystania.

Skład gazu ziemnego
Aż 98% gazu ziemnego stanowi metan, w jego skład wchodzą także homologi metanu – etan, propan i butan. Czasami może być obecny dwutlenek węgla, siarkowodór i hel. Taki jest skład gazu ziemnego.

Właściwości fizyczne
Gaz ziemny jest bezbarwny i bezwonny (jeśli nie zawiera siarkowodoru), jest lżejszy od powietrza. Łatwopalny i wybuchowy.
Poniżej przedstawiono bardziej szczegółowe właściwości składników gazu ziemnego.

Właściwości poszczególnych składników gazu ziemnego (uwzględnij szczegółowy skład gazu ziemnego)

Metan(CH4) to bezbarwny, bezwonny gaz, lżejszy od powietrza. Jest łatwopalny, ale nadal można go dość łatwo przechowywać.

Etan(C2H6) to bezbarwny, bezwonny i bezbarwny gaz, nieco cięższy od powietrza. Również łatwopalny, ale nie używany jako paliwo.

Propan(C3H8) to bezbarwny, bezwonny gaz, trujący. Ma użyteczną właściwość: propan ulega skropleniu pod niskim ciśnieniem, co ułatwia oddzielenie go od zanieczyszczeń i transport.

Butan(C4H10) – ma właściwości podobne do propanu, ale ma większą gęstość. Dwa razy cięższy od powietrza.

Dwutlenek węgla(CO2) to bezbarwny, bezwonny gaz o kwaśnym smaku. W przeciwieństwie do innych składników gazu ziemnego (z wyjątkiem helu), dwutlenek węgla nie pali się. Dwutlenek węgla jest jednym z najmniej toksycznych gazów.

Hel(On) jest bezbarwny, bardzo lekki (drugi najlżejszy gaz po wodorze), bezbarwny i bezwonny. Jest wyjątkowo obojętny i w normalnych warunkach nie reaguje z żadną substancją. Nie pali się. Nie jest toksyczny, ale pod podwyższonym ciśnieniem może powodować narkozę, podobnie jak inne gazy obojętne.

Siarkowodór(H2S) to bezbarwny, ciężki gaz o zapachu zgniłych jaj. Bardzo trujący, już w bardzo małych stężeniach powoduje paraliż nerwu węchowego.
Właściwości niektórych innych gazów, które nie są częścią gazu ziemnego, ale mają zastosowania zbliżone do stosowania gazu ziemnego

Etylen(C2H4) – Bezbarwny gaz o przyjemnym zapachu. Jego właściwości są podobne do etanu, ale różnią się od niego mniejszą gęstością i palnością.

Acetylen(C2H2) jest skrajnie łatwopalnym i wybuchowym, bezbarwnym gazem. Może eksplodować pod wpływem silnego ściskania. Nie jest stosowany w życiu codziennym ze względu na bardzo duże ryzyko pożaru lub eksplozji. Główne zastosowanie to prace spawalnicze.

Aplikacja

Metan stosowany jako paliwo w kuchenkach gazowych.

Propan i butan– jako paliwo w niektórych samochodach. Zapalniczki są również napełniane skroplonym propanem.

Etan Jest rzadko stosowany jako paliwo; jego głównym zastosowaniem jest produkcja etylenu.

Etylen jest jedną z najczęściej produkowanych substancji organicznych na świecie. Jest surowcem do produkcji polietylenu.

Acetylen stosowany do wytwarzania bardzo wysokich temperatur w metalurgii (sprawdzanie i cięcie metali). Acetylen Jest bardzo łatwopalny, dlatego nie jest stosowany jako paliwo w samochodach, a nawet bez tego należy ściśle przestrzegać warunków jego przechowywania.

Siarkowodór, pomimo swojej toksyczności, stosowany jest w małych ilościach w tzw. kąpiele siarkowodorowe. Wykorzystują niektóre antyseptyczne właściwości siarkowodoru.

Główna przydatna właściwość hel jest jego bardzo mała gęstość (7 razy lżejsza od powietrza). Balony i sterowce napełniane są helem. Wodór jest jeszcze lżejszy od helu, ale jednocześnie jest łatwopalny. Balony napompowane helem cieszą się dużą popularnością wśród dzieci.

Toksyczność

Dwutlenek węgla. Nawet duże ilości dwutlenku węgla nie mają wpływu na zdrowie człowieka. Uniemożliwia jednak absorpcję tlenu, gdy jego zawartość w atmosferze wynosi od 3% do 10% objętościowych. Przy takim stężeniu rozpoczyna się uduszenie, a nawet śmierć.

Hel. Hel jest całkowicie nietoksyczny w normalnych warunkach ze względu na swoją obojętność. Jednak przy podwyższonym ciśnieniu krwi następuje początkowy etap znieczulenia, podobny do działania gazu rozweselającego*.

Siarkowodór. Toksyczne właściwości tego gazu są ogromne. Przy długotrwałym narażeniu na węch występują zawroty głowy i wymioty. Nerw węchowy również jest sparaliżowany, więc istnieje iluzja braku siarkowodoru, ale w rzeczywistości organizm po prostu już tego nie wyczuwa. Zatrucie siarkowodorem występuje już przy stężeniu 0,2–0,3 mg/m3, a stężenie powyżej 1 mg/m3 jest śmiertelne.

Proces spalania
Wszystkie węglowodory po całkowitym utlenieniu (nadmiar tlenu) uwalniają dwutlenek węgla i wodę. Na przykład:
CH4 + 3O2 = CO2 + 2H2O
W przypadku niepełnego (braku tlenu) - tlenku węgla i wody:
2CH4 + 6O2 = 2CO + 4H2O
Przy jeszcze mniejszej zawartości tlenu uwalniany jest drobno rozproszony węgiel (sadza):
CH4 + O2 = C + 2H2O.
Metan pali się niebieskim płomieniem, etan jest prawie bezbarwny, podobnie jak alkohol, propan i butan są żółte, etylen jest świecący, tlenek węgla jest jasnoniebieski. Acetylen jest żółtawy i mocno dymi. Jeśli masz w domu kuchenkę gazową i zamiast zwykłego niebieskiego płomienia widzisz żółty, wiedz, że metan rozcieńcza się propanem.

Notatki

Hel w przeciwieństwie do innych gazów, nie występuje w stanie stałym.
Gaz rozweselający to trywialna nazwa podtlenku azotu N2O.

Komentarze i uzupełnienia do artykułu znajdują się w komentarzach.

Dla składu gazu, wyznaczonego ze średniego składu składników gazu ziemnego w zależności od pola, należy obliczyć charakterystykę paliwa gazowego. Charakterystykę gazu ziemnego podano w tabeli 1.

Tabela 1 – Objętościowy skład gazu dla różnych złóż

Wartość opałowa gazu– ilość ciepła, jaką można uzyskać w wyniku całkowitego spalenia 1 m3 gazu w normalnych warunkach.

Istnieją wyższe i niższe wartości opałowe paliwa.

Wartość opałowa brutto gazu– ilość ciepła uzyskana w wyniku całkowitego spalenia 1 m3 gazu, łącznie z ciepłem powstającym podczas kondensacji pary wodnej z produktów spalania.

Niższa wartość opałowa gazu- ilość ciepła uzyskanego w procesie spalania, z wyłączeniem ciepła kondensacji pary wodnej - produktów spalania.

W praktyce podczas spalania gazu para wodna nie ulega kondensacji, lecz jest usuwana wraz z innymi produktami spalania, dlatego w obliczeniach uwzględnia się niższą wartość opałową gazu.

Wartość opałową (wyższą lub niższą) suchego paliwa gazowego (gazu) określa się ze wzoru

, (1)

gdzie Q c jest ciepłem spalania suchego gazu, kJ/m 3 ;

Q 1 , Q 2 , Q k – ciepło spalania składników paliwa gazowego, kJ/m 3 ;

x 1 , x 2 , x 3 – udziały objętościowe składników wchodzących w skład paliwa gazowego, %.

Tabela 2 – Ciepło spalania czystych gazów palnych

Gęstość gazu suchego wyznacza się jako sumę iloczynów gęstości składników wchodzących w skład paliwa gazowego i ich udziałów objętościowych:

, (2)

gdzie p jest gęstością suchego gazu, kg/m3;

p 1 , p 2 , … , p k – gęstości składników, kg/m 3 .

Tabela 3 - Właściwości fizyczne gazów

Gęstość względna suchego gazu w powietrzu wynosi:

, (3)

gdzie p in = 1,293 - gęstość powietrza w normalnych warunkach, kg/m 3.

Charakterystykę gazu podsumowano w tabeli 4.

Tabela 4 - Charakterystyka paliwa gazowego w normalnych warunkach fizycznych (T=273,15 K, P=101,325 kPa)

Właściwości fizykochemiczne gazów ziemnych. Obliczanie mieszaniny gazów.

Gazy dzielą się na naturalne i sztuczne. Obecnie do dostaw gazu wykorzystywane są głównie gazy ziemne. Mają złożony, wieloskładnikowy skład. W zależności od pochodzenia gazy ziemne dzielą się na trzy grupy:

1. Gazy wydobywane ze złóż czystego gazu, zawierające 82...98% metanu;

2. Gazy ze złóż kondensatu gazowego zawierające 80...95% metanu;

3. Gazy z pól naftowych (gazy towarzyszące), zawierające 30...70% metanu i znaczną ilość ciężkich węglowodorów. Gazy o zawartości węglowodorów ciężkich (od propanu i wyższych) poniżej 50 g/m 3 nazywane są zwykle gazami suchymi lub „ubogimi”, a te o dużej zawartości węglowodorów – „tłuszczowymi”.

Ostatnio coraz częściej mówi się o czwartej grupie gazów ziemnych – gazie łupkowym i metanie z pokładów węgla. Gaz łupkowy to gaz ziemny wydobywany z łupków, składający się głównie z metanu. Gaz łupkowy powstaje w wyniku rozkładu kerogenu zawartego w łupkach bitumicznych; gaz znajduje się w mikropęknięciach. Przemysłową produkcję gazu łupkowego na dużą skalę rozpoczęto w Stanach Zjednoczonych na początku XXI wieku na złożu Barnett Shale. Dzięki gwałtownemu wzrostowi jego wydobycia, zwanemu w mediach „rewolucją gazową”, w 2009 roku Stany Zjednoczone stały się światowym liderem w wydobyciu gazu, którego ponad 40% pochodziło ze źródeł niekonwencjonalnych (metan z pokładów węgla i gaz łupkowy). Metan z pokładów węgla występuje w osadach węglonośnych. Powoduje eksplozje w kopalniach węgla. Metan z pokładów węgla jest czystszym i wydajniejszym paliwem niż węgiel.

Gazy ziemne są bezbarwne, bezwonne i w swoim normalnym stanie występują w różnych stanach skupienia. Gazy metan, etan i etylen, propan, butan, butylen i propylen – w postaci ciekłych par, a pod wysokim ciśnieniem – substancji ciekłych. Ciężkie węglowodory, począwszy od izopentanu, w swoim normalnym stanie są cieczami; wchodzą w skład frakcji benzyny. Aby gazy ziemne miały zapach ze względów bezpieczeństwa, specjalnie dodaje się do nich specjalne substancje - substancje zapachowe.

Gazy są zwykle rozpatrywane pod dwoma warunkami:

1. Stan normalny - R n =0,1013 MPa (normalne ciśnienie atmosferyczne), T n =273,16 K (0 0 C);

2. Stan standardowy - R st =0,1013 MPa (normalne ciśnienie atmosferyczne), T st =293,16K (20 0 C – temperatura pokojowa).

Do wykonywania obliczeń hydraulicznych i cieplnych gazociągów oraz obliczania trybów pracy tłoczni konieczna jest znajomość podstawowych właściwości gazów ziemnych: gęstości, lepkości, stałej gazowej, wartości pseudokrytycznych temperatury i ciśnienia, pojemności cieplnej, przewodności cieplnej współczynnik, ściśliwość i współczynniki Joule'a-Thomsona.

Masa molowa gazu ( M), jest to masa 1 mola gazu. Jeden mol substancji składa się z około 6 miliardów bilionów. liczba dowolnych cząsteczek (równa liczbie Avogadra: N A =6,02·10 23). Jego wymiar [ M]= kg/mol lub [ M]= g/mol. Masę molową gazu określa się poprzez jego masę cząsteczkową. Na przykład masa cząsteczkowa wodoru wynosi około 2, a następnie jego masa molowa M≈2g/mol=2·10 -3 kg/mol. Dla tlenu M≈32 g/mol dla azotu M≈28g/mol, dla propanu (C 3 H 8) M≈12·3+1·8=44g/mol itd. Gęstość gazu to masa jednostki objętości:

Gęstość względna gazu w powietrzu Δ jest stosunkiem gęstości gazu do gęstości powietrza. Dla wszystkich stanów gazowych zachodzi następujące wyrażenie:

Tutaj [ M]= g/mol, 28,96 g/mol – masa molowa powietrza. Dla stanu standardowego

gdzie ρ jest gęstością gazu w warunkach normalnych (gęstość powietrza w warunkach normalnych wynosi 1,205 kg/m 3, w warunkach normalnych 1,29 kg/m 3).

Każdy gaz w ilości 1 mola w stanie normalnym zajmuje objętość około 22,4 × 10 -3 m3, zatem gęstość gazu w normalnych warunkach wynosi

Tutaj [ M]= g/mol, ale to wyrażenie nie dotyczy stanu standardowego.

Lepkość (dynamiczna) gazu μ , A [ μ ]=Pa·s. Lepkość gazu zależy od przeniesienia pędu (z jednej warstwy do drugiej) przez cząsteczkę gazu podczas jej przejścia z jednej warstwy przepływu do drugiej. Dlatego lepkość gazu silnie zależy od temperatury i jest prawie niezależna od ciśnienia gazu (do 4 MPa). Dynamiczny μ i kinematyczny ν Lepkość gazu jest powiązana zależnością:

Ciepło właściwe gazu przy stałym ciśnieniu Z, A [ Z]=J/(kg·K). Jest równa ilości ciepła potrzebnej do ogrzania 1 kg gazu o 1 K pod stałym ciśnieniem. Ciśnienie gazu R pokazuje siłę działającą normalnie na jednostkę powierzchni ściany naczynia z cząsteczek gazu. [ R]= bankomat, [ R]=Pa lub [ M]= MPa. 1 MPa= 10 6 Pa≈10 Atm. Temperaturę gazu określa się w skalach Kelvina i Celsjusza, są one powiązane stosunkami:

W wielu przypadkach kompresja może zamienić gaz w ciecz. Jednakże temperatura gazu musi być niższa od krytycznej ( T kr). Jeśli jest ona równa lub wyższa od temperatury krytycznej, wówczas gaz nie przechodzi w ciecz pod żadnym ciśnieniem. A także, jeśli ciśnienie gazu jest równe lub wyższe od ciśnienia krytycznego ( R cr), następnie w żadnej temperaturze gaz nie przechodzi w ciecz.

Do głównych rodzajów transportu gazu zalicza się transport kolejowy, transport morski oraz transport rurociągami. Każdy rodzaj transportu ma swoje mocne i słabe strony.

Aby obliczyć mieszaninę gazów, należy znać równanie stanu gazu. Równanie stanu gazu dotyczy podstawowych parametrów gazu, takich jak jego ilość, objętość, ciśnienie i temperatura. Ze szkolnych i wyższych kursów fizyki znasz równania stanu Mendelejewa-Clapeyrona, van der Waalsa, a dla gazociągów wygodne jest równanie stanu gazu zapisane w kategoriach ściśliwości gazu:

Gdzie R- stała gazowa zdefiniowana dla konkretnego gazu lub mieszaniny gazów. Można go znaleźć za pomocą uniwersalnej stałej gazowej (8,314 J/(mol · K)):

jednostki miary w wyrażeniu (8): [ M]= kg, [ M]= kg/mol, ([ R]= Pa). z w wyrażeniu (128) nazywa się ściśliwością gazu (współczynnikiem ściśliwości) dla określonego gazu lub mieszaniny gazów. Współczynnik ściśliwości zależy od stanu gazu. Zwykle wyznacza się go za pomocą specjalnych nomogramów w zależności od zadanych temperatur i ciśnień lub w formie analitycznej za pomocą wzoru zalecanego przez branżowe standardy projektowania. Wielkości te nazywane są zredukowanymi parametrami gazu:

. (129)

Współczynnik ściśliwości uwzględnia odchylenie właściwości gazu ziemnego od praw gazu doskonałego. Istnieją 2 wzory zalecane przez przepisy branżowe dotyczące współczynnika ściśliwości. Obydwa są jednak przybliżone i dają niemal identyczne wyniki dla rzeczywistych parametrów głównego gazociągu. Pierwsza z formuł:

A druga formuła to:

. (131)

We wzorach dla głównego gazociągu przyjmuje się średnie wartości ciśnienia i temperatury:

. (132)

Pierwsza formuła jest wygodna do obliczeń.

Zazwyczaj ilość mieszaniny gazów (lub gazu) jest przenoszona przez jej objętość. Ale objętość zależy od rzeczywistego stanu gazu, to znaczy, jeśli dla danego stanu znana jest objętość robocza gazu V, wówczas w innych stanach odpowiednie objętości gazu będą inne. Dla przejrzystości objętości są pobierane dla warunków normalnych i standardowych. W obliczeniach technicznych oraz w obliczeniach dotyczących magazynowania i transportu gazu, a także w obliczeniach komercyjnych objętość gazu zmniejsza się do stanu standardowego.

Wzór na doprowadzenie objętości roboczej gazu do warunków normalnych (objętość normalna) jest następujący:

. (133)

Wzór na zmniejszenie roboczej objętości gazu do warunków standardowych (objętość handlowa):

. (134)

Tutaj [ R]= MPa.

Do niezbędnych właściwości fizykochemicznych mieszaniny gazów zaliczają się następujące parametry: masa molowa M, temperatura pseudokrytyczna T kr, ciśnienie pseudokrytyczne R kr, objętość pseudokrytyczna V kr, pojemność cieplna właściwa gazu pod stałym ciśnieniem, lepkość dynamiczna i współczynnik przewodności cieplnej λ . Są one określane na podstawie właściwości każdego składnika mieszaniny.

Skład mieszaniny gazów charakteryzuje się masą, objętością lub ułamkami molowymi każdego składnika. Ułamki objętościowe każdego składnika mieszaniny są równe odpowiednim ułamkom molowym i są łatwiejsze do obliczenia. Niech frakcje objętościowe każdego składnika mieszaniny Na 1 , Na 2 , Na 3 itd. Wówczas dla całej mieszaniny gazów obowiązuje zawsze następujący wzór:

Pozostałe parametry mieszaniny są różnie definiowane w różnych źródłach. Najprostszą metodą jest metoda oznaczania zgodnie z zasadą addytywności (dodawanie proporcjonalne). Ta metoda jest łatwa w użyciu, ale niezbyt dokładna. Służy do obliczeń przybliżonych i daje bardzo dobry wynik, gdy udział metanu w mieszaninie wynosi co najmniej 96% (szczególnie przy obliczaniu lepkości). Więc.

Wprowadzenie 2

Skład i właściwości fizyczne gazu ziemnego 3

Skład chemiczny 3

Właściwości fizyczne 3

Wstęp

Gaz ziemny to mieszanina gazów powstająca w wnętrznościach ziemi podczas beztlenowego rozkładu substancji organicznych. Gaz ziemny jest minerałem, jednym z najważniejszych paliw kopalnych, zajmującym kluczowe pozycje w bilansach paliwowo-energetycznych wielu krajów. Gaz ziemny jest ważnym surowcem dla przemysłu chemicznego. W warunkach złożowych (warunki występowania w trzewiach ziemi) występuje w stanie gazowym - w postaci oddzielnych nagromadzeń (złóż gazu) lub w postaci czapy gazowej złóż ropy i gazu, lub w stanie rozpuszczonym w oleju lub wodzie.

Wartość energetyczną i chemiczną gazu ziemnego określa zawartość węglowodorów. Bardzo często w złożach towarzyszy ropie. Istnieje różnica w składzie gazu naturalnego i towarzyszącego. Ten ostatni z reguły zawiera więcej stosunkowo ciężkich węglowodorów, które koniecznie oddziela się przed użyciem gazu.

Skład i właściwości fizyczne gazu ziemnego

Skład chemiczny

Naturalne gazy węglowodorowe są mieszaniną węglowodorów nasyconych typu СnН2n+2. Główną część gazu ziemnego stanowi metan CH4 – do 98%.

W skład gazu ziemnego mogą wchodzić także cięższe węglowodory – homologi metanu: – etan (C2H6), – propan (C3H8), – butan (C4H10), a także inne substancje niewęglowodorowe: – wodór (H2), – wodór siarczek (H2S), - dwutlenek węgla (CO2), - azot (N2), - hel (He)

Czysty gaz ziemny jest bezbarwny i bezwonny. Aby móc wykryć wyciek na podstawie zapachu, do gazu dodaje się niewielką ilość substancji o silnym nieprzyjemnym zapachu, tzw. nawaniaczy. Jako środek zapachowy najczęściej stosuje się merkaptan etylowy.

Fizyczny nieruchomości

Przybliżone właściwości fizyczne (w zależności od składu; w normalnych warunkach, chyba że zaznaczono inaczej):

Gęstość:

od 0,68 do 0,85 kg/m3 (gaz suchy);

400 kg/m3 (ciecz).

Temperatura wrzenia pod ciśnieniem atmosferycznym: –162°C

Temperatura samozapłonu: 650 °C;

Wybuchowe stężenia mieszaniny gazu i powietrza od 5% do 15% objętościowych;

Właściwe ciepło spalania: 28-46 MJ/m3 (6,7-11,0 kcal/m3) (tj. 8-12 kWh/m3);

Liczba oktanowa w przypadku stosowania w silnikach spalinowych: 120-130.

Jest 1,8 razy lżejszy od powietrza, więc w przypadku wycieku nie gromadzi się na nizinach, ale unosi się.

Gazy ziemne dzielą się na następujące grupy:

1. Gaz wydobywany ze złóż czystego gazu i będący gazem suchym, niezawierającym ciężkich węglowodorów.

2. Gazy powstające razem z ropą naftową (gazy rozpuszczone lub towarzyszące). Są to fizyczne mieszaniny gazu suchego, frakcji propan-butan (gaz mokry) i benzyny gazowej.

3. Gazy wydobywane ze złóż kondensatu gazowego – mieszanina gazu suchego i ciekłego kondensatu węglowodorowego. Kondensat węglowodorów składa się z dużej liczby ciężkich węglowodorów (C5 + wyższe, C6 + wyższe itp.), Z których można wyróżnić benzynę, benzynę ciężką, naftę, a czasem cięższe frakcje ropy.

4. Gazy ze złóż hydratów gazu.

Skład i właściwości poszczególnych składników gazu ziemnego podano w tabeli 1.

Tabela 1. Podstawowe właściwości składników gazu ziemnego w warunkach normalnych

W wielu przypadkach skład naturalnych gazów węglowodorowych nie jest całkowicie określony, a jedynie do butanu (C4H10) lub heksanu (C6H14) włącznie, a wszystkie inne składniki łączy się w pozostałość (lub pseudoskładnik).

Gaz zawierający nie więcej niż 75 g/m3 ciężkich węglowodorów nazywa się suchym. Gdy zawartość ciężkich węglowodorów przekracza 150 g/m3, gaz nazywany jest tłuszczowym.

Mieszanki gazowe charakteryzują się masowymi lub molowymi stężeniami składników. Aby scharakteryzować mieszaninę gazów, należy znać jej średnią masę cząsteczkową, średnią gęstość w kilogramach na metr sześcienny lub gęstość względną powietrza.

Masa cząsteczkowa M gazu ziemnego:

gdzie M jest masą cząsteczkową i-tego składnika; xi – zawartość objętościowa i-tego składnika, ułamki jednostek.

Dla gazów rzeczywistych zwykle M = 16 - 20.

Gęstość gazu ρg oblicza się ze wzoru:

gdzie Vm jest objętością 1 mola gazu w warunkach normalnych.

Zazwyczaj ρg mieści się w zakresie 0,73 – 1,0 kg/m3.

Gęstość gazu zależy w dużej mierze od ciśnienia i temperatury, dlatego wskaźnik ten jest niewygodny w praktycznym zastosowaniu. Częściej posługują się gęstością względną gazu w powietrzu ρg.v., równą stosunkowi gęstości gazu ρg do gęstości powietrza ρv, przyjętej przy tym samym ciśnieniu i temperaturze:

ρg.v. = ρg / ρv,

Jeśli w warunkach normalnych zostaną wyznaczone ρg i ρw, wówczas ρb = 1,293 kg/m3 i ρg.w. = ρg / 1,293.

Gęstość gazów ropopochodnych waha się od 0,554 (dla metanu) do 2,006 (dla butanu) i więcej.

Lepkość gazu charakteryzuje siły oddziaływania pomiędzy cząsteczkami gazu, które są pokonywane podczas jego ruchu. Rośnie wraz ze wzrostem temperatury, ciśnienia i zawartości składników węglowodorowych. Natomiast przy ciśnieniach powyżej 3 MPa wzrost temperatury powoduje spadek lepkości gazu.

Lepkość gazu ziemnego jest niewielka i w temperaturze 0°C wynosi 0,000131 poz; Lepkość powietrza w temperaturze 0°C wynosi 0,000172 poz.

Równania stanu gazu służą do określenia wielu właściwości fizycznych gazów ziemnych. Równanie stanu to analityczna zależność między parametrami gazu, która opisuje zachowanie gazu. Parametry te to ciśnienie, objętość i temperatura.

Stan gazów doskonałych w warunkach wysokiego ciśnienia i temperatury określa równanie Clapeyrona-Mendelejewa:

gdzie p to ciśnienie; Vi to objętość gazu doskonałego, N to liczba kilomoli gazu; R jest uniwersalną stałą gazową; T - temperatura.

Gaz doskonały to taki, w którym zaniedbuje się siły oddziaływania pomiędzy jego cząsteczkami. Prawdziwe gazy węglowodorowe nie podlegają prawom gazów doskonałych. Dlatego równanie Clapeyrona-Mendelejewa dla gazów rzeczywistych zapisuje się jako:

gdzie Z jest współczynnikiem superściśliwości gazów rzeczywistych, który zależy od ciśnienia, temperatury i składu gazu i charakteryzuje stopień odchylenia gazu rzeczywistego od prawa dla gazów doskonałych.

Współczynnik superściśliwości Z gazów rzeczywistych to stosunek objętości równej liczby moli rzeczywistego V i idealnego V oraz gazów w tych samych warunkach termobarycznych (tj. przy tym samym ciśnieniu i temperaturze):

Wartości współczynników superściśliwości najpewniej można wyznaczyć na podstawie badań laboratoryjnych próbek gazu złożowego. Wobec braku takich badań (co najczęściej ma miejsce w praktyce) uciekają się do metody obliczeniowej szacowania Z według wykresu G. Browna (rys. 1). Aby skorzystać z wykresu należy znać tzw. obniżone ciśnienie pseudokrytyczne i temperaturę pseudokrytyczną.

Temperatura krytyczna to temperatura, powyżej której gaz nie może przekształcić się w ciecz pod żadnym ciśnieniem. Ciśnienie krytyczne to ciśnienie odpowiadające punktowi krytycznemu przejścia gazu w stan ciekły.

Gdy wartości ciśnienia i temperatury zbliżają się do wartości krytycznych, właściwości fazy gazowej i ciekłej stają się identyczne, granica międzyfazowa między nimi zanika, a ich gęstości stają się równe.

Wraz z pojawieniem się w układzie dwóch lub więcej składników, we wzorach zmian fazowych pojawiają się cechy, które odróżniają ich zachowanie od zachowania gazu jednoskładnikowego. Nie wchodząc w szczegóły, należy zauważyć, że temperatura krytyczna mieszaniny mieści się pomiędzy temperaturami krytycznymi składników, a ciśnienie krytyczne mieszaniny jest zawsze wyższe niż ciśnienie krytyczne któregokolwiek składnika.

Aby wyznaczyć współczynnik superściśliwości Z gazów rzeczywistych, które są mieszaniną wieloskładnikową, wyznacza się średnią ciśnień krytycznych i temperatur każdego składnika. Te średnie nazywane są ciśnieniem pseudokrytycznym pp.cr. i temperatura pseudokrytyczna Tp.cr. Wyznacza się je z zależności:

skład metanu gazu ziemnego

gdzie rkr. i Tkr. – ciśnienie krytyczne i temperatura i-tego składnika; xi to udział i-tego składnika w objętości mieszaniny (w ułamkach jednostki).

Podane ciśnienie i temperatura pseudokrytyczna wymagane do wykorzystania wykresu Browna są wartościami pseudokrytycznymi znormalizowanymi do określonego ciśnienia i temperatury (zbiornik, standard lub inne warunki):

RP = r/rp.cr.,

Itp. = T/Tp.kr.,

gdzie p i T są konkretnymi ciśnieniami i temperaturami, dla których wyznacza się Z.

Współczynnik superściśliwości Z jest koniecznie stosowany przy obliczaniu zapasów gazu, aby poprawnie określić zmianę objętości gazu podczas przejścia ze zbiornika do warunków powierzchniowych, przewidywać zmiany ciśnienia w zbiorniku gazu i rozwiązywać inne problemy.

Aplikacja Metan jest używany jako paliwo w kuchenkach gazowych. Propan i butan są wykorzystywane jako paliwo w niektórych samochodach. Zapalniczki są również napełniane skroplonym propanem. Etan jest rzadko używany jako paliwo; jego głównym zastosowaniem jest produkcja etylenu, który jest jedną z najczęściej produkowanych substancji organicznych na świecie. Jest surowcem do produkcji polietylenu. Acetylen wykorzystywany jest do wytwarzania bardzo wysokich temperatur w hutnictwie (sprawdzanie i cięcie metali). Acetylen jest materiałem bardzo łatwopalnym, dlatego nie stosuje się go jako paliwa w samochodach i nawet bez tego należy ściśle przestrzegać warunków jego przechowywania. Siarkowodór, pomimo swojej toksyczności, stosowany jest w niewielkich ilościach w tzw. kąpiele siarkowodorowe. Wykorzystują niektóre antyseptyczne właściwości siarkowodoru. Główną użyteczną właściwością helu jest jego bardzo niska gęstość (7 razy lżejsza od powietrza). Balony i sterowce napełniane są helem. Wodór jest jeszcze lżejszy od helu, ale jednocześnie jest łatwopalny. Balony napompowane helem są bardzo popularne wśród dzieci. Toksyczność Dwutlenek węgla. Nawet duże ilości dwutlenku węgla nie mają wpływu na zdrowie człowieka. Uniemożliwia jednak absorpcję tlenu, gdy jego zawartość w atmosferze wynosi od 3% do 10% objętościowych. Przy takim stężeniu zaczyna się uduszenie, a nawet śmierć helu. Hel jest całkowicie nietoksyczny w normalnych warunkach ze względu na swoją obojętność. Ale przy zwiększonym ciśnieniu następuje początkowy etap znieczulenia, podobny do działania gazu rozweselającego. Toksyczne właściwości tego gazu są ogromne. Przy długotrwałym narażeniu na węch występują zawroty głowy i wymioty. Nerw węchowy również jest sparaliżowany, więc istnieje iluzja braku siarkowodoru, ale w rzeczywistości organizm po prostu już tego nie wyczuwa. Zatrucie siarkowodorem następuje już przy stężeniu 0,2–0,3 mg/m3, stężenia powyżej 1 mg/m3 są śmiertelne. Proces spalania Wszystkie węglowodory po całkowitym utlenieniu (nadmiar tlenu) wydzielają dwutlenek węgla i wodę. Na przykład: CH4 + 3O2 = CO2 + 2H2O Gdy niekompletny (brak tlenu) - tlenek węgla i woda: 2CH4 + 6O2 = 2CO + 4H2O Przy jeszcze mniejszej zawartości tlenu uwalnia się drobno zdyspergowany węgiel (sadza): CH4 + O2 = C + 2H2O Metan pali się niebieskim płomieniem, etan jest prawie bezbarwny, podobnie jak alkohol, propan i butan są żółte, etylen jest świecący, tlenek węgla jest jasnoniebieski. Acetylen jest żółtawy i mocno dymi. Jeśli masz w domu kuchenkę gazową i zamiast zwykłego niebieskiego płomienia widzisz żółty, wiedz, że metan rozcieńcza się propanem.

Wniosek

Gaz ziemny jest szeroko stosowany jako paliwo w budynkach mieszkalnych, prywatnych i apartamentowcach do ogrzewania, podgrzewania wody i gotowania; jako paliwo do samochodów (samochodowe urządzenia gazowe, silniki gazowe), kotłowni, elektrociepłowni itp. Obecnie wykorzystuje się go w przemyśle chemicznym jako surowiec do produkcji różnych substancji organicznych, na przykład tworzyw sztucznych.

Z ekologicznego punktu widzenia gaz ziemny jest najczystszym rodzajem paliwa kopalnego. Podczas spalania powstaje znacznie mniejsza ilość szkodliwych substancji w porównaniu do innych rodzajów paliw. Jednak spalanie przez ludzkość na przestrzeni ostatniego półwiecza ogromnych ilości różnego rodzaju paliw, w tym gazu ziemnego, doprowadziło do wzrostu zawartości dwutlenku węgla w atmosferze, będącego gazem cieplarnianym.

Wykaz używanej literatury

1. Korshak A.A., Shammazov A.M., Podstawy działalności naftowo-gazowej. wyd. „UGNTU. Ufa. 2005

2. Gimatudinov Sh.K., Shirkovsky A.I. Fizyka złóż ropy i gazu. wyd. "Biust". M. 1982

Opublikowano na Allbest.ru

1.1.1. Wstępne dane:

Skład chemiczny suchego gazu (% obj.):

1.1.3. Ciepło spalania gazu:

Q p n = 385,18CH vl 4 + 637,48C 2 H vl 6 + 912,3C 3 H vl 8 + 1186,46C 4 H vl 1 0 + 1460,77C 5 H vl 1 2, kJ/nm 3

Q p n = 385,18 ⋅ 97,0 + 637,48 ⋅ 0,5 + 912,3 ⋅ 0,3 + 1186,46 ⋅ 0,1 + 1460,77 ⋅ 0,2 = 35746,69, kJ/ nm 3

Q p n = 85,55CH vl 4 + 152,26C 2 H vl 6 + 217,9C 3 H vl 8 + 283,38C 4 H vl 1 0 + 348,9C 5 H vl 1 2, kcal/nm 3

Q p n = 85,55 ⋅ 97,0 + 152,26 ⋅ 0,5 + 217,9 ⋅ 0,3 + 283,38 ⋅ 0,1 + 348,9 ⋅ 0,2 = 8538, kcal/nm 3 .

1.1.4.Teoretycznie wymagana ilość suchego powietrza:

V o b = 4,762 (2CH 4 + 3,5C 2 H 6 + 5C 3 H 8 + 6,5 C 4 H 10 + 8C 5 H 12)/100, nm 3 / nm 3

V o in = 4,762 (2 ⋅ 97 + 3,5 ⋅ 0,5+ 5 ⋅ 0,3+ 6,5 ⋅ 0,1+ 8 ⋅ 0,2)/100 = 4,762 ⋅ 199,5/100 = 9,5 nm 3 /nm 3 .

1.1.5 Teoretycznie wymagana ilość powietrza, biorąc pod uwagę jego wilgotność:

V o v.vl = (1+0,0016d) ⋅ V o v, nm 3 / nm 3

V około v.vl = (1+0,0016 ⋅ 10) ⋅ 9,5 = 9,65 nm 3 / nm 3,

gdzie: 0,0016 = 1,293/(0,804 ⋅ 1000) to współczynnik przeliczeniowy jednostek wagowych wilgotności powietrza, wyrażonych w g/kg suchego powietrza, na jednostki objętości - nm 3 pary wodnej zawartej w 1 nm 3 suchego powietrza.

1.1.6. Rzeczywista ilość suchego powietrza o współczynniku nadmiaru powietrza α=1,2:

V α = α ⋅ V о в = 1,2 ⋅ 9,5 = 11,4 nm 3 /nm 3

1.1.7 Rzeczywista ilość powietrza atmosferycznego o współczynniku nadmiaru α=1,2:

V ′ α = α ⋅ V o v.vl = 1,2 ⋅ 9,65 = 11,58 nm 3 / nm 3

1.1.8. Ilość produktów spalania przy α=1,2:

V CO 2 = 0,01 (CO 2 + CH 4 + 2C 2 H 6 + 3C 3 H 8 + 4C 4 H 10 + 5C 5 H 12), nm 3 / nm 3

V CO 2 = 0,01 (0,1 + 97 + 2 ⋅ 0,5 + 3 ⋅ 0,3 + 4 ⋅ 0,1 + 5 ⋅ 0,2) = 1,004 nm 3 / nm 3

V H2 O = 0,01(2CH 4 + 3C 2 H 6 + 4C 3 H 8 + 5C 4 H 10 + 6C 5 H 12 + H 2 O + 0,16d ⋅ V b), nm 3 / nm 3

V H2 O = 0,01(2 ⋅ 97 + 3 ⋅ 0,5 + 4 ⋅ 0,3 + 5 ⋅ 0,1 + 6 ⋅ 0,2 + 1,0 + 0,16 ⋅ 10 ⋅ 11,4) = 2,176 nm 3 /nm 3

V N 2 = 0,01 N 2 + 0,79 V b, nm 3 / nm 3

V N 2 = 0,01 ⋅ 0,8 + 0,79 ⋅ 11,4 = 9,014 nm 3 / nm 3

V O 2 = 0,21 (α - 1) V o b, nm 3 / nm 3

V O 2 = 0,21 ⋅ (1,2 - 1) ⋅ 9,5 = 0,399 nm 3 / nm 3

Całkowita ilość produktów spalania:

V DG = V CO 2 + V H2 O + V N 2 + V O 2, nm 3 / nm 3

V DG = 1,004 + 2,176 + 9,014 + 0,399 = 12,593 nm 3 / nm 3

1.1.9. Procentowy skład produktów spalania:

CO 2 = 1,004 ⋅ 100/12,593 ≅ 7,973%

H 2 O = 2,176 ⋅ 100/12,593 ≅ 17,279%

N 2 = 9,014 ⋅ 100/12,593 ≅ 71,579%

O 2 = 0,399 ⋅ 100/12,593 ≅ 3,168%

Razem: 99,999% lub z dokładnością do dwóch miejsc po przecinku – 100%.

1.1.10. Bilans materiałowy procesu spalania na 100 nm 3 gazu (przeliczenie nm 3 każdego gazu na kg odbywa się poprzez pomnożenie przez jego gęstość – o, kg/nm 3).

1.1.11.Całkowita entalpia produktów spalania w temperaturze t = 20 °C i á = 1,2:

w sumie = Q p n /V DG + V ′ á ⋅ i ′ in /V DG, kJ/nm 3 (kcal/nm 3)

i łącznie = 35746,69/12,593 + 11,58 ⋅ 26,38/12,593 = 2862,9 kJ/nm 3 lub

i ogółem = 8538/12,593 + 11,58 ⋅ 6,3/12,593 = 683,8 kcal/nm 3,

Gdzie: I′ w = od wewnątrz⋅ cyna = 1,319 ⋅ 20 = 26,38 kJ/nm 3 lub

I′ w = od wewnątrz⋅ cyna = 0,315 ⋅ 20 = 6,3 kcal/nm 3

i ′ in można również wyznaczyć na podstawie diagramu i-t na ryc. 7.1.

1.1.12.Teoretyczna temperatura spalania przy α=1,2

t teoretyczny =1775 °C, zgodnie z wykresem i-t na ryc. 7.2.

1.1.13. Współczynnik zatrzymywania ciepła w palenisku:

ϕ = 1 – q 5 /100= 1 – 0,5/100 = 0,995

gdzie: q 5 – straty ciepła do otoczenia, zależą od cech konstrukcyjnych paleniska, w przykładzie q 5 przyjmuje się jako równe 0,5%.