Природный газ. Состав, свойства, опасности

Определение
Природный газ – это полезное ископаемое в газообразном состоянии. Оно используется в очень широких пределах в качестве топлива. Но сам природный газ как таковой не используется как топливо, из него выделяют его составляющие для отдельного использования.

Состав природного газа
До 98% природного газа составляет метан, также в его состав входят гомологи метана - этан, пропан и бутан. Иногда могут присутствовать углекислый газ, сероводород и гелий. Таков состав природного газа.

Физические свойства
Природный газ бесцветен и не имеет запаха (в том случае, если не имеет в своём составе сероводорода), он легче воздуха. Горюч и взрывоопасен.
Ниже приведены более подробные свойства компонентов природного газа.

Свойства отдельных составляющих природного газа (рассмотрим подробный состав природного газа)

Метан (CH4) – это бесцветный газ без запаха, легче воздуха. Горюч, но всё же его можно хранить с достаточной лёгкостью.

Этан (C2H6) – бесцветный газ без запаха и цвета, чуть тяжелее воздуха. Также горюч, но не используется как топливо.

Пропан (C3H8) – бесцветный газ без запаха, ядовит. У него имеется полезное свойство: пропан сжижается при небольшом давлении, что позволяет легко отделять его от примесей и транспортировать.

Бутан (C4H10) – по свойствам близок к пропану, но имеет более высокую плотность. Вдвое тяжелее воздуха.

Углекислый газ (CO2) – бесцветный газ без запаха, но с кислым вкусом. В отличие от других компонентов природного газа (за исключением гелия), углекислый газ не горит. Углекислый газ – один из самых малотоксичных газов.

Гелий (He) – бесцветный, очень лёгкий (второй из самых лёгкий газов, после водорода) без цвета и запаха. Крайне инертен, при нормальных условиях не реагирует ни с одним из веществ. Не горит. Не токсичен, но при повышенном давлении может вызывать наркоз, как и другие инертные газы.

Сероводород (H2S) – бесцветный тяжелый газ с запахом тухлых яиц. Очень ядовит, даже при очень маленькой концентрации вызывает паралич обонятельного нерва.
Свойства некоторых других газов, не входящих в состав природного газа, но имеющих применение, близкое к применению природного газа

Этилен (C2H4) – Бесцветный газ с приятным запахом. По свойствам близок к этану, но отличается от него меньшей плотностью и горючестью.

Ацетилен (C2H2) – чрезвычайно горючий и взрывоопасный бесцветный газ. При сильном сжатии способен взрываться. Он не используется в быту из-за очень большого риска пожара или взрыва. Основное применение – в сварочных работах.

Применение

Метан используется как горючее в газовых плитах.

Пропан и бутан – в качестве топлива в некоторых автомобилях. Также сжиженным пропаном заполняют зажигалки.

Этан в качестве горючего используют редко, основное его применение – получение этилена.

Этилен является одним из самых производимых органических веществ в мире. Он является сырьём для получения полиэтилена.

Ацетилен используется для создания очень высокой температуры в металлургии (сверка и резка металлов). Ацетилен очень горюч, поэтому в качестве топлива в автомобилях не используется, да и без этого условия его хранения должны строго соблюдаться.

Сероводород , несмотря на его токсичность, в малых количествах применяется в т.н. сероводородных ваннах. В них используются некоторые антисептические свойства сероводорода.

Основным полезным свойством гелия является его очень маленькая плотность (в 7 раз легче воздуха). Гелием заполняют аэростаты и дирижабли. Водород ещё более лёгок, чем гелий, но в то же время горюч. Большую популярность среди детей имеют воздушные шарики, надуваемые гелием.

Токсичность

Углекислый газ. Даже большие количества углекислого газа никак не влияют на здоровье человека. Однако он препятствует поглощению кислорода при содержании в атмосфере от 3% до 10% по объёму. При такой концентрации начинается удушье и даже смерть.

Гелий. Гелий абсолютно нетоксичен при нормальных условиях из-за его инертности. Но при повышенном давлении возникает начальная стадия наркоза, похожая на воздействие веселящего газа*.

Сероводород . Токсичные свойства этого газа велики. При длительном воздействии на обоняние возникает головокружение, рвота. Также парализуется обонятельный нерв, поэтому возникает иллюзия отсутствия сероводорода, а на самом деле организм его уже просто не ощущает. Отравление сероводородом наступает при концентрации 0,2–0,3 мг/м3, концентрация выше 1 мг/м3 - смертельна.

Процесс горения
Все углеводороды при полном окислении (избыток кислорода) выделяют углекислый газ и воду. Например:
CH4 + 3O2 = CO2 + 2H2O
При неполном (недостаток кислорода) - угарный газ и воду:
2CH4 + 6O2 = 2CO + 4H2O
При ещё меньшем количестве кислорода выделяется мелкодисперсный углерод (сажа):
CH4 + O2 = C + 2H2O.
Метан горит голубым пламенем, этан - почти бесцветным, как спирт, пропан и бутан - жёлтым, этилен - светящимся, угарный газ - светло-голубым. Ацетилен - желтоватым, сильно коптит. Если у Вас дома стоит газовая плита и вместо обычного голубого пламени вы видите жёлтое - знайте, это метан разбавляют пропаном.

Примечания

Гелий , в отличие от любого другого газа, не существует в твёрдом состоянии.
Веселящий газ – это тривиальное название закиси азота N2O.

Замечания и дополнения к статье - в комментарии.

Для состава газа, определяемого из среднего компонентного состава природного газа в зависимости от месторождения, необходимо рассчитать характеристики газообразного топлива. Характеристики природного газа приводятся в таблице 1.

Таблица 1 – Состав газа по объему для различных месторождений

Теплотворная способность газа – количество теплоты, которое может быть получено при полном сгорании 1 м3 газа при нормальных условиях.

Различают высшую и низшую теплотворность топлива.

Высшая теплотворная способность газа – количество теплоты, полученное при полном сгорании 1м3 газа, включающее в себя теплоту, выделяющуюся при конденсации водяных паров продуктов сгорания.

Низшая теплотворность газа - количество теплоты, полученное в процессе горения, без учета теплоты конденсации водяных паров – продуктов сгорания.

Практически при сжигании газа водяные пары не конденсируются, а удаляются с другими продуктами сгорания, поэтому расчет ведем по низшей теплотворной способности газа.

Теплота сгорания (высшая или низшая) сухого газообразного топлива (газа) определяется по формуле

, (1)

где Q c – теплота сгорания сухого газа, кДж/м 3 ;

Q 1 , Q 2 , Q k – теплота сгорания компонентов, составляющих газообразное топливо, кДж/м 3 ;

x 1 , x 2 , x 3 – объемные доли компонентов, составляющих газообразное топливо, %.

Таблица 2 – Теплота сгорания чистых горючих газов

Плотность сухого газа определяют как сумму произведений плотностей компонентов, составляющих газообразное топливо, на их объемные доли:

, (2)

где p - плотность сухого газа, кг/м 3 ;

p 1 , p 2 , … , p k – плотности компонентов, кг/м 3 .

Таблица 3 – Физические характеристики газов

Относительная плотность сухого газа по воздуху равна:

, (3)

где p в = 1,293 - плотность воздуха при нормальных условиях, кг/м 3 .

Характеристики газа сводят в таблицу 4.

Таблица 4 – Характеристики газообразного топлива при нормальных физических условиях (Т=273,15 К, Р=101,325 кПа)

Физико-химические свойства природных газов. Расчет газовой смеси.

Газы делятся на природные и искусственные. В настоящее время для газоснабжения используются в основном природ­ные газы. Они имеют сложный многокомпонентный состав. В зависимости от происхождения природные газы подразделяют на три группы:

1. Газы, добываемые из чисто газовых месторождений, на 82. ..98 % состоя­щие из метана;

2. Газы газоконденсатных месторождений, содержащие 80.. .95 % метана;

3. Газы нефтяных месторождений (попутные нефтяные газы), содержащие 30...70 % метана и значительное количество тяжелых углеводородов. Газы с содержанием тяжелых углеводородов (от пропана и выше) менее 50 г/м 3 принято называть сухими или «тощими», а с большим содержанием углеводородов - «жирными».

В последнее время часто начали говорить о четвертой группе природных газов – о сланцевом газе и о метане из угольных пластов. Сланцевый газ - природный газ, добываемый из сланца, состоящий преимущественно из метана. Сланцевый газ образуется в результате деградации керогена, который содержится в горючих сланцах; газ находится там в микротрещинах. Масштабное промышленное производство сланцевого газа было начато в США в начале 2000-х на месторождении Barnett Shale. Благодаря резкому росту его добычи, названному в СМИ «газовой революцией», в 2009 году США стали мировым лидером добычи газа, Причём более 40 % приходилось на нетрадиционные источники (метан из угольных пластов и сланцевый газ). Метан угольных пластов содержится в угленосных отложениях. Является причиной взрывов в угольных шахтах. Метан угольных пластов - экологически более чистое, чем уголь, и эффективное топливо.

Природные газы без цвета, без запаха и в нормальном состоянии они бывают в разных агрегатных состояниях. Метан, этан и этилен-газообразные, пропан, бутан, бутилен және пропилен - в виде паров жидкости, а под высоким давлениях - жидкие вещества. Тяжелые углеводороды, начиная с изопентана в нормальном состоянии - жидкости, они входят в состав бензиновой фракции. Для того, чтобы природные газы в целях безопастности имели запах, к ним специально добавляет специальные вещества – одоранты.

Обычно рассматривают газов в двух условиях:

1. Нормальное условие - Р н =0,1013 МПа (нормальное атмосферное давление), T н =273,16K (0 0 C);

2. Стандартное условие - Р ст =0,1013 МПа (нормальное атмосферное давление), T ст =293,16K (20 0 C – комнатная температура).

Для выполнения гидравлического и теплового расчета газопроводов и рас­чета режимов работы компрессорных станций необходимо знать основные свойства природных газов: плотность, вязкость, газовую постоянную, псевдо­критические значения температуры и давления, теплоемкость, коэффициент теплопроводности, коэффициенты сжимаемости и Джоуля - Томсона.

Молярная масса газа (M ), она есть масса 1 моля газа. Один моль вещества состоит примерно из 6 млрд. трлн. числа любых молекул (равной числу Авогадро: N A =6,02·10 23). Ее размерность [M ]= кг/моль, или [M ]= г/моль. Молярная масса газа находится через его молекулярную массу. Например, молекулярная масса водорода приблизительно равна 2, тогда его молярная масса M ≈2г/моль=2·10 -3 кг/моль. Для кислорода M ≈32г/моль, для азота M ≈28г/моль, для пропана (C 3 H 8) M ≈12·3+1·8=44г/моль, и т.д. Плотность газа есть масса единичного объема:

Относительная плотность газа по воздуху Δ есть отношение плотности газа к плотности воздуха. Для всех состояний газа имеет место выражение:

здесь [M ]= г/моль, 28,96 г/моль – молярная масса воздуха. Для стандартного состояния

здесь ρ- плотность газа в стандартных условиях (плотность воздуха в стандартных условиях 1,205кг/м 3 , для нормальных условии 1,29кг/м 3).

Любой газ в количестве 1 моль в нормальном состоянии занимает объем примерно 22,4·10 -3 м3 , поэтому плотность газа в нормальных условиях

Здесь [M ]= г/моль, но это выражение неверно для стандартного состояния.

Вязкость (динамическая) газа μ , а [μ ]=Па·с. Вязкость газа определяется передачей импульса (из одного слоя в другой) молекулой газа при ее переходе из одного слоя течения в другой. Поэтому вязкость газа сильно зависит от температуры и почти не зависит от давления газа (до 4 МПа). Динамическая μ и кинематическая ν вязкости газа газа связана соотношением:

Удельная теплоемкость газа при постоянном давлении с , а [с ]=Дж/(кг·К). Она равна количеству теплоты, необходимому для нагревания 1 кг газа на 1К при постоянном давлении. Давление газа Р показывает силу, действующей по нормали к единице площади стенки сосуда со стороны молекул газа. [Р ]= атм, [Р ]=Па, или [M ]= МПа. 1 МПа= 10 6 Па≈10 Атм. Температура газа определяется по шкале Кельвин и Цельсий, они связаны соотношениями:

Во многих случаях при помощи сжатия газ можно превратить в жидкость. Однако температура газа должна быть ниже критической (Т кр). Если она равна или выше критической температуры, то ни в какой давлений газ не превращается в жидкость. А также, если давление газа равно или выше критического давления (Р кр), то в дальнейшем, ни в какой температуре газ не превращается в жидкость.

К основным видам транспорта газа принадлежат железнодорожный транспорт, морской транспорт и трубопроводный транспорт. Каждый вид транспорта имеет сильную и слабую сторону.

Для расчета газовой смеси необходимо знать уравнению состояния газа. Уравнение состояние газа связывает основные параметры газа, как его количество, объем, давление и температуру. Из школьного и высшего курса физики вам известны уравнения состояния Менделеева-Клапейрона, Ван-дер-Ваальса, а для газопроводов удобно уравнение состояние газа, записанное через сжимаемости газа:

где R- постоянная газа, определенная для конкретного газа, или газовой смеси. Она находится через универсальную газовую постоянную (8,314Дж/(моль·К)):

единицы измерения в выражении (8): [m ]= кг, [M ]= кг/моль, ([Р ]= Па). z в выражении (128) называется сжимаемостью газа (коэффициент сжимаемости) для конкретного газа, или газовой смеси. Коэффициент сжимаемости зависит от состоянии газа. Он обычно определяется по специальным номограммам в зависимости от приведенных температур и давлений, либо в аналитическом виде по формуле, рекомендованной отраслевыми нормами про­ектирования . Величины называются приведенными параметрами газа:

. (129)

Коэффициент сжимаемости учитывает отклонение свойства природного газа от законов идеального газа. Есть 2 формулы, рекомендованной отраслевыми нормами про­ектирования для коэффициента сжимаемости. Но обе они приближенные и дают почти одинаковые результаты при реальных параметрах магистрального газопровода. Первая из формул:

А другая формула такая:

. (131)

В этих формулах для магистрального газопровода берутся средние значения давлении и температуры:

. (132)

Для расчета удобна первая формула.

Обычно количество газовой смеси (или газа) передает через его объем. Но объем зависит от реального состояния газа, то есть, если для заданного состояния известно рабочий объем газа V , то в других состояниях соответствующие объемы газа будут другими. Для ясности объемы берутся для нормального и для стандартного условия. В технических расчетах, а в расчетах по хранению и транспортировке газа, а также в коммерческих расчетах объем газа приводится к стандартному условию.

Формула приведения рабочего объема газа к нормальному условию (нормальный объем) такая:

. (133)

Формула приведения рабочего объема газа к стандартному условию (коммерческий объем):

. (134)

здесь [Р ]= МПа.

Необходимые физико-химические свойства газовой смеси включают следующих параметров: молярная масса M , псевдокритическая температура Т кр, псевдокритическое давление Р кр, псевдокритический объем V кр, удельная теплоемкость газа при постоянном давлении, динамическая вязкость и коэффициент теплопроводности λ . Их определяют через свойств каждых компонентов смеси.

Состав газовой смеси характеризуется массовыми, или объемными, или молярными долями каждого компонента. Объемные доли каждого компонента смеси равны соответствующим молярным долям и с ними проще вести расчет. Пусть объемные доли каждого компонента смеси у 1 , у 2 , у 3 , и т.д. Тогда для всей газовой смеси всегда справедлива следующая формула:

Остальные параметры смеси в различных источниках определяются по разному. Самый простой способ - способ определения по правилу аддитивности (пропорционального сложения). Этот способ просто в использовании, но не очень точный. Он используется при ориентировочных расчетах и дает очень неплохой результат, когда доля метана в составе смеси не менее 96% (особенно при расчете вязкости). И так.

Введение 2

Состав и физические свойства природного газа 3

Химический состав 3

Физические свойства 3

Введение

Приро́дный газ - смесь газов, образовавшаяся в недрах земли при анаэробном разложении органических веществ. Природный газ относится к полезным ископаемым, одно из важнейших горючих ископаемых, занимающее ключевые позиции в топливно-энергетических балансах многих государств. Природный газ является важным сырьем для химической промышленности. В пластовых условиях (условиях залегания в земных недрах) находится в газообразном состоянии - в виде отдельных скоплений (газовые залежи) или в виде газовой шапки нефтегазовых месторождений, либо в растворённом состоянии в нефти или воде.

Энергетическая и химическая ценность природного газа определяется содержанием в нём углеводородов. Очень часто в месторождениях он сопутствует нефти. Разница в составе природного и попутного нефтяного газа имеется. В последнем, как правило, больше сравнительно тяжёлых углеводородов, которые обязательно отделяются, прежде чем использовать газ.

Состав и физические свойства природного газа

Химический состав

Природные углеводородные газы представляют собой смесь предельных углеводородов вида СnН2n+2. Основную часть природного газа составляет метан CH4 - до 98 %.

В состав природного газа могут также входить более тяжёлые углеводороды - гомологи метана: - этан (C2H6), - пропан (C3H8), - бутан (C4H10), а также другие неуглеводородные вещества: - водород (H2), - сероводород (H2S), - диоксид углерода (СО2), - азот (N2), - гелий (Не)

Чистый природный газ не имеет цвета и запаха. Чтобы можно было определить утечку по запаху, в газ добавляют небольшое количество веществ, имеющих сильный неприятный запах, так называемых одорантов. Чаще всего в качестве одоранта применяется этилмеркаптан.

Физические свойства

Ориентировочные физические характеристики (зависят от состава; при нормальных условиях, если не указано иное):

Плотность:

от 0,68 до 0,85 кг/м³ (сухой газообразный);

400 кг/м³ (жидкий).

Температура кипения при атмосферном давлении: –162°C

Температура самовозгорания: 650 °C;

Взрывоопасные концентрации смеси газа с воздухом от 5 % до 15 % объёмных;

Удельная теплота сгорания: 28-46 МДж/м³ (6,7-11,0 ккал/м³) (то есть 8-12 квт·ч/м³);

Октановое число при использовании в двигателях внутреннего сгорания: 120-130.

Легче воздуха в 1,8 раз, поэтому при утечке не собирается в низинах, а поднимается вверх.

Природные газы подразделяют на следующие группы:

1. Газ, добываемый из чисто газовых месторождений и представляющий собой сухой газ, свободный от тяжелых углеводородов.

2. Газы, добываемые вместе с нефтью (растворенные или попутные газы). Это физические смеси сухого газа, пропанобутановой фракции (жирного газа) и газового бензина.

3. Газы, добываемые из газоконденсатных месторождений - смесь сухого газа и жидкого углеводородного конденсата. Углеводородный конденсат состоит из большого числа тяжелых углеводородов (С5 + высш., С6 + высш. и т.д.), из которых можно выделить бензиновые, лигроиновые, керосиновые, а иногда и более тяжелые масляные фракции.

4. Газы газогидратных залежей.

Компонентный состав и свойства отдельных компонентов природного газа приведены в таблице 1.

Таблица 1. Основные свойства компонентов природных газов в стандартных условиях

Во многих случаях состав природных углеводородных газов определяется не полностью, а лишь до бутана (С4Н10) или гексана (С6Н14) включительно, а все остальные компоненты объединяются в остаток (или псевдокомпонент).

Газ, в составе которого тяжелые углеводороды составляют не более 75 г/м3, называют сухим. При содержании тяжелых углеводородов более 150 г/м3 газ называют жирным.

Газовые смеси характеризуются массовыми или молярными концентрациями компонентов. Для характеристики газовой смеси необходимо знать ее среднюю молекулярную массу, среднюю плотность в килограммах на кубический метр или относительную плотность по воздуху.

Молекулярная масса М природного газа:

где М – молекулярная масса i-го компонента; xi – объемное содержание i-го компонента, доли ед.

Для реальных газов обычно М=16 – 20.

Плотность газа ρг рассчитывается по формуле:

где Vм – объем 1 моля газа при стандартных условиях.

Обычно ρг находится в пределах 0,73 – 1,0 кг/м3.

Плотность газа в значительной степени зависит от давления и температуры, и поэтому для практического применения этот показатель неудобен. Чаще пользуются относительной плотностью газа по воздуху ρг.в., равной отношению плотности газа ρг к плотности воздуха ρв, взятой при тех же давлении и температуре:

ρг.в. = ρг / ρв,

Если ρг и ρв определяются при стандартных условиях, то ρв = 1,293 кг/м3 и ρг.в. = ρг / 1,293.

Плотность нефтяных газов колеблется от 0,554 (для метана) до 2,006 (для бутана) и выше.

Вязкость газа характеризует силы взаимодействия между молекулами газа, которые преодолеваются при его движении. Она увеличивается при повышении температуры, давления и содержания углеводородных компонентов. Однако при давлениях выше 3МПа увеличение температуры вызывает понижение вязкости газа.

Вязкость нефтяного газа незначительна и при 0оС составляет 0,000131 пз; вязкость воздуха при 0оС равна 0,000172 пз.

Уравнения состояния газов используются для определения многих физических свойств природных газов. Уравнением состояния называется аналитическая зависимость между параметрами газа, описывающая поведение газа. Такими параметрами являются давление, объем и температура.

Состояние идеальных газов в условиях высоких давления и температуры определяется уравнением Клапейрона - Менделеева:

где р - давление; Vи - объем идеального газа, N- число киломолей газа; R- универсальная газовая постоянная; Т - температура.

Идеальным называется газ, силами взаимодействия между молекулами которого пренебрегают. Реальные углеводородные газы не подчиняются законам идеальных газов. Поэтому уравнение Клапейрона-Менделеева для реальных газов записывается в виде:

где Z - коэффициент сверхсжимаемости реальных газов, зависящий от давления, температуры и состава газа и характеризующий степень отклонения реального газа от закона для идеальных газов.

Коэффициент сверхсжимаемости Z реальных газов - это отношение объемов равного числа молей реального V и идеального Vи газов при одинаковых термобарических условиях (т. е. при одинаковых давлении и температуре):

Значения коэффициентов сверхсжимаемости наиболее надежно могут быть определены на основе лабораторных исследований пластовых проб газов. При отсутствии таких исследований (как это чаще всего бывает на практике) прибегают к расчетному методу оценки Z по графику Г. Брауна (рис.1). Для пользования графиком, необходимо знать, так называемые, приведенные псевдокритическое давление и псевдокритическую температуру.

Критической называется такая температура, выше которой газ не может быть превращен в жидкость ни при каком давлении. Критическим давлением называется давление, соответствующее критической точке перехода газа в жидкое состояние.

С приближением значений давления и температуры к критическим свойства газовой и жидкой фаз становятся одинаковыми, поверхность раздела между ними исчезает и плотности их уравниваются.

С появлением в системе двух и более компонентов в закономерностях фазовых изменений возникают особенности, отличающие их поведение от поведения однокомпонентного газа. Не останавливаясь на подробностях, следует отметить, что критическая температура смеси находится между критическими температурами компонентов, а критическое давление смеси всегда выше, чем критическое давление любого компонента.

Для определения коэффициента сверхсжимаемости Z реальных газов, представляющих собой многокомпонентную смесь, находят средние из значений критических давлений и температур каждого компонента. Эти средние называются псевдокритическим давлением pп.кр. и псевдокритической температурой Тп.кр. Они определяются из соотношений:

природный газ метан состав

где ркр. и Ткр. – критические давления и температура i-го компонента; xi – доля i-го компонента в объеме смеси (в долях единицы).

Приведенные псевдокритические давление и температура, необходимые для пользования графиком Брауна, представляют собой псевдокритические значения, приведенные к конкретным давлению и температуре (к пластовым, стандартным или каким-либо другим условиям):

Рпр. = р/рп.кр.,

Тпр. = Т/Тп.кр.,

где р и Т – конкретные давления и температура, для которых определяется Z.

Коэффициент сверхсжимаемости Z обязательно используется при подсчете запасов газа для правильного определения изменения объема газа при переходе от пластовых условий к поверхностным, при прогнозировании изменения давления в газовой залежи и при решении других задач.

Применение Метан используется как горючее в газовых плитах.Пропан и бутан – в качестве топлива в некоторых автомобилях. Также сжиженным пропаном заполняют зажигалки.Этан в качестве горючего используют редко, основное его применение – получение этилена.Этилен является одним из самых производимых органических веществ в мире. Он является сырьём для получения полиэтилена.Ацетилен используется для создания очень высокой температуры в металлургии (сверка и резка металлов). Ацетилен очень горюч, поэтому в качестве топлива в автомобилях не используется, да и без этого условия его хранения должны строго соблюдаться.Сероводород, несмотря на его токсичность, в малых количествах применяется в т.н. сероводородных ваннах. В них используются некоторые антисептические свойства сероводорода.Основным полезным свойством гелия является его очень маленькая плотность (в 7 раз легче воздуха). Гелием заполняют аэростаты и дирижабли. Водород ещё более лёгок, чем гелий, но в то же время горюч. Большую популярность среди детей имеют воздушные шарики, надуваемые гелием.ТоксичностьУглекислый газ. Даже большие количества углекислого газа никак не влияют на здоровье человека. Однако он препятствует поглощению кислорода при содержании в атмосфере от 3% до 10% по объёму. При такой концентрации начинается удушье и даже смерть.Гелий. Гелий абсолютно нетоксичен при нормальных условиях из-за его инертности. Но при повышенном давлении возникает начальная стадия наркоза, похожая на воздействие веселящего газа.Сероводород. Токсичные свойства этого газа велики. При длительном воздействии на обоняние возникает головокружение, рвота. Также парализуется обонятельный нерв, поэтому возникает иллюзия отсутствия сероводорода, а на самом деле организм его уже просто не ощущает. Отравление сероводородом наступает при концентрации 0,2–0,3 мг/м3, концентрация выше 1 мг/м3 - смертельна.Процесс горенияВсе углеводороды при полном окислении (избыток кислорода) выделяют углекислый газ и воду. Например:CH4 + 3O2 = CO2 + 2H2OПри неполном (недостаток кислорода) - угарный газ и воду:2CH4 + 6O2 = 2CO + 4H2OПри ещё меньшем количестве кислорода выделяется мелкодисперсный углерод (сажа):CH4 + O2 = C + 2H2O.Метан горит голубым пламенем, этан - почти бесцветным, как спирт, пропан и бутан - жёлтым, этилен - светящимся, угарный газ - светло-голубым. Ацетилен - желтоватым, сильно коптит. Если у Вас дома стоит газовая плита и вместо обычного голубого пламени вы видите жёлтое - знайте, это метан разбавляют пропаном.

Заключение

Природный газ широко применяется в качестве горючего в жилых, частных и многоквартирных домах для отопления, подогрева воды и приготовления пищи; как топливо для машин (газобаллонное оборудование автомобиля, газовый двигатель), котельных, ТЭЦ и др. Сейчас он используется в химической промышленности как исходное сырьё для получения различных органических веществ, например, пластмасс.

В экологическом отношении природный газ является самым чистым видом органического топлива. При его сгорании образуется значительно меньшее количество вредных веществ по сравнению с другими видами топлива. Однако сжигание человечеством огромного количества различных видов топлива, в том числе природного газа, за последние полвека привело к увеличению содержания углекислого газа в атмосфере, который является парниковым газом.

Список использованной литературы

1. Коршак А.А., Шаммазов А.М., Основы нефтегазового дела. Изд. «УГНТУ. Уфа. 2005г.

2. Гиматудинов Ш.К., Ширковский А.И. Физика нефтяного и газового пласта. Изд. «Недра». М. 1982г.

Размещено на Allbest.ru

1.1.1. Исходные данные:

Химический состав сухого газа (в % по объему):

1.1.3.Теплота сгорания газа:

Q p н = 385,18CH вл 4 + 637,48C 2 H вл 6 + 912,3C 3 H вл 8 + 1186,46C 4 H вл 1 0 + 1460,77C 5 H вл 1 2 , кДж/нм 3

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

Q p н = 85,55CH вл 4 + 152,26C 2 H вл 6 + 217,9C 3 H вл 8 + 283,38C 4 H вл 1 0 + 348,9C 5 H вл 1 2 , ккал/нм 3

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

1.1.4.Теоретически необходимое количество сухого воздуха:

V о в = 4,762 (2CH 4 + 3,5C 2 H 6 + 5C 3 H 8 + 6,5C 4 H 10 + 8C 5 H 12)/100 , нм 3 /нм 3

V о в = 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 нм 3 /нм 3 .

1.1.5.Теоретически необходимое количество воздуха с учетом его влажности:

V о в.вл = (1+0,0016d) ⋅ V о в, нм 3 /нм 3

V о в.вл = (1+0,0016 ⋅ 10) ⋅ 9,5 = 9,65 нм 3 /нм 3 ,

где: 0,0016 = 1,293/(0,804 ⋅ 1000) представляет собой коэффициент пересчета весовых единиц влаги воздуха, выраженных в г/кг сухого воздуха, в объемные единицы – нм 3 водяных паров, содержащихся в 1 нм 3 сухого воздуха.

1.1.6. Действительное количество сухого воздуха при коэффициенте избытка воздуха α=1,2:

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

1.1.7.Действительное количество атмосферного воздуха при коэффициенте избытка α=1,2:

V ′ α = α ⋅ V о в.вл = 1,2 ⋅ 9,65 = 11,58 нм 3 /нм 3

1.1.8.Количество продуктов горения при α=1,2:

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

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

V N 2 = 0,01N 2 + 0,79V á , нм 3 /нм 3

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

V O 2 = 0,21(α - 1)V о в, нм 3 /нм 3

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

Общее количество продуктов горения:

V ДГ = V CO 2 + V H2 O + V N 2 + V O 2 , нм 3 /нм 3

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

1.1.9. Процентный состав продуктов горения:

СО 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%

Итого: 99,999% или с точностью до двух знаков после запятой – 100%.

1.1.10.Материальный баланс процесса горения на 100 нм 3 газа (перевод нм 3 каждого газа в кг производят путем умножения на его плотность ñ o , кг/нм 3).

1.1.11.Общая энтальпия продуктов горения при t в =20 °C и á в =1,2:

i общ = Q p н /V ДГ + V ′ á ⋅ i ′ в /V ДГ, кДж/нм 3 (ккал/нм 3)

i общ = 35746,69/12,593 + 11,58 ⋅ 26,38/12,593 = 2862,9 кДж/нм 3 или

i общ = 8538/12,593 + 11,58 ⋅ 6,3/12,593 = 683,8 ккал/нм 3 ,

где: i ′ в = с в ⋅ t в = 1,319 ⋅ 20 = 26,38 кДж/нм 3 или

i ′ в = с в ⋅ t в = 0,315 ⋅ 20 = 6,3 ккал/нм 3

i ′ в может быть определена также по i-t диаграмме рис. 7.1.

1.1.12.Теоретическая температура горения при α=1,2

t теор =1775 °С, по i-t диаграмме рис. 7.2.

1.1.13.Коэффициент сохранения тепла в топке:

ϕ = 1 – q 5 /100= 1 – 0,5/100 = 0,995

где: q 5 – потери тепла в окружающую среду, зависят от конструктивных особенностей топки, в примере q 5 принимаем равными 0,5%.