Doğal gaz. Kompozisyon, özellikler, tehlikeler

Tanım
Doğal gaz gaz halindeki bir mineraldir. Yakıt olarak yaygın olarak kullanılır. Ancak doğalgazın kendisi yakıt olarak kullanılmaz, bileşenleri ayrı kullanım için ondan ayrılır.

Doğal gazın bileşimi
Doğal gazın %98'e kadarı metandır; aynı zamanda etan, propan ve bütan gibi metan homologlarını da içerir. Bazen karbondioksit, hidrojen sülfür ve helyum mevcut olabilir. Bu doğal gazın bileşimidir.

Fiziki ozellikleri
Doğal gaz renksiz ve kokusuzdur (hidrojen sülfür içermediği takdirde), havadan daha hafiftir. Yanıcı ve patlayıcı.
Aşağıda doğal gaz bileşenlerinin daha ayrıntılı özellikleri bulunmaktadır.

Doğal gazın ayrı ayrı bileşenlerinin özellikleri (doğal gazın ayrıntılı bileşimini göz önünde bulundurun)

Metan(CH4) renksiz, kokusuz, havadan hafif bir gazdır. Yanıcıdır ancak yine de oldukça kolay bir şekilde saklanabilir.

Etan(C2H6) renksiz, kokusuz ve renksiz, havadan biraz ağır bir gazdır. Ayrıca yanıcıdır ancak yakıt olarak kullanılmaz.

Propan(C3H8) renksiz, kokusuz, zehirli bir gazdır. Yararlı bir özelliği vardır: Propan düşük basınç altında sıvılaşır, bu da onu yabancı maddelerden ayırmayı ve taşımayı kolaylaştırır.

Bütan(C4H10) – özellikleri propana benzer, ancak yoğunluğu daha yüksektir. Havadan iki kat daha ağır.

Karbon dioksit(CO2) renksiz, kokusuz, asidik bir tada sahip bir gazdır. Doğal gazın diğer bileşenlerinden farklı olarak (helyum hariç) karbondioksit yanmaz. Karbondioksit en az zehirli gazlardan biridir.

Helyum(He) renksiz, çok hafif (hidrojenden sonra en hafif ikinci gaz), renksiz ve kokusuzdur. Son derece inerttir ve normal koşullar altında hiçbir maddeyle reaksiyona girmez. Yanmaz. Toksik değildir ancak yüksek basınçta diğer inert gazlar gibi narkoza neden olabilir.

Hidrojen sülfit(H2S) çürük yumurta kokusuna sahip, renksiz, ağır bir gazdır. Çok zehirlidir, çok düşük konsantrasyonlarda bile koku alma sinirinin felce uğramasına neden olur.
Doğal gazın parçası olmayan ancak doğal gaz kullanımına yakın uygulamaları olan diğer bazı gazların özellikleri

Etilen(C2H4) – Hoş kokulu, renksiz gaz. Özellikleri etana benzer, ancak daha düşük yoğunluk ve yanıcılık açısından ondan farklıdır.

Asetilen(C2H2) son derece yanıcı ve patlayıcı, renksiz bir gazdır. Güçlü sıkıştırma altında patlayabilir. Yangın veya patlama riskinin çok yüksek olması nedeniyle günlük yaşamda kullanılmaz. Ana uygulama kaynak işlerindedir.

Başvuru

Metan gaz sobalarında yakıt olarak kullanılır.

Propan ve bütan– bazı arabalarda yakıt olarak. Çakmaklar ayrıca sıvılaştırılmış propanla doldurulur.

Etan Nadiren yakıt olarak kullanılır; asıl kullanımı etilen üretmektir.

Etilen dünyada en çok üretilen organik maddelerden biridir. Polietilen üretiminin hammaddesidir.

Asetilen metalurjide (metallerin kontrol edilmesi ve kesilmesi) çok yüksek sıcaklıklar oluşturmak için kullanılır. AsetilenÇok yanıcıdır, bu nedenle arabalarda yakıt olarak kullanılmaz ve bu olmasa bile saklama koşullarına kesinlikle uyulmalıdır.

Hidrojen sülfit Toksisitesine rağmen sözde küçük miktarlarda kullanılır. hidrojen sülfür banyoları. Hidrojen sülfürün antiseptik özelliklerinden bazılarını kullanırlar.

Ana yararlı özellik helyum yoğunluğu çok düşüktür (havadan 7 kat daha hafiftir). Balonlar ve hava gemileri helyumla doludur. Hidrojen helyumdan bile daha hafiftir ancak aynı zamanda yanıcıdır. Helyumla şişirilen balonlar çocuklar arasında oldukça popülerdir.

Toksisite

Karbon dioksit. Büyük miktarlarda karbondioksitin bile insan sağlığı üzerinde hiçbir etkisi yoktur. Ancak atmosferdeki içeriğin hacimce %3 ile %10 arasında olduğu durumlarda oksijenin emilimini engeller. Böyle bir konsantrasyonda boğulma ve hatta ölüm başlar.

Helyum. Helyum, inertliği nedeniyle normal koşullar altında tamamen toksik değildir. Ancak kan basıncının yükselmesiyle birlikte, gülme gazı* etkilerine benzer şekilde anestezinin başlangıç ​​aşaması meydana gelir.

Hidrojen sülfit. Bu gazın toksik özellikleri mükemmeldir. Koku duyusuna uzun süre maruz kalındığında baş dönmesi ve kusma meydana gelir. Koku alma siniri de felçlidir, bu nedenle hidrojen sülfürün yokluğu yanılsaması vardır, ancak aslında vücut artık bunu algılamaz. Hidrojen sülfit zehirlenmesi 0,2-0,3 mg/m3 konsantrasyonunda meydana gelir; 1 mg/m3'ün üzerindeki konsantrasyonlar ölümcüldür.

Yanma süreci
Tüm hidrokarbonlar tamamen oksitlendiğinde (aşırı oksijen), karbondioksit ve su açığa çıkarır. Örneğin:
CH4 + 3O2 = CO2 + 2H2O
Eksik (oksijen eksikliği) - karbon monoksit ve su durumunda:
2CH4 + 6O2 = 2CO + 4H2O
Daha az oksijenle birlikte ince bir şekilde dağılmış karbon (kurum) açığa çıkar:
CH4 + O2 = C + 2H2O.
Metan mavi alevle yanar, etan neredeyse renksizdir, alkol gibi propan ve bütan sarıdır, etilen parlaktır, karbon monoksit açık mavidir. Asetilen sarımsı renktedir ve çok dumanlıdır. Evinizde gaz sobası varsa ve her zamanki gibi mavi alev yerine sarı alev görüyorsanız, metanın propanla seyreltildiğini bilin.

Notlar

Helyum diğer gazlardan farklı olarak katı halde bulunmaz.
Gülme gazı nitröz oksit N2O'nun önemsiz adıdır.

Yazıya yapılan yorumlar ve eklemeler yorumlarda yer almaktadır.

Doğal gazın sahaya bağlı olarak ortalama bileşen bileşiminden belirlenen gaz bileşimi için, gaz halindeki yakıtın özelliklerinin hesaplanması gerekmektedir. Doğal gazın özellikleri Tablo 1'de verilmiştir.

Tablo 1 – Çeşitli alanlar için hacme göre gaz bileşimi

Gazın kalorifik değeri– Normal şartlarda 1 m3 gazın tamamen yanmasından elde edilebilecek ısı miktarı.

Yakıtın daha yüksek ve daha düşük kalorifik değerleri vardır.

Gazın brüt kalorifik değeri- Yanma ürünlerinden su buharının yoğunlaşması sırasında açığa çıkan ısı dahil, 1 m3 gazın tamamen yanmasından elde edilen ısı miktarı.

Gazın daha düşük kalorifik değeri- su buharı - yanma ürünlerinin yoğunlaşma ısısı hariç, yanma işlemi sırasında elde edilen ısı miktarı.

Uygulamada gaz yakıldığında su buharı yoğunlaşmaz, diğer yanma ürünleriyle birlikte uzaklaştırılır, dolayısıyla hesaplama gazın daha düşük kalorifik değerine göre yapılır.

Kuru gaz halindeki yakıtın (gaz) kalorifik değeri (daha yüksek veya daha düşük) formülle belirlenir.

, (1)

burada Qc kuru gazın yanma ısısıdır, kJ/m3;

Q 1 , Q 2 , Q k – gaz yakıtı oluşturan bileşenlerin yanma ısısı, kJ/m3 ;

x 1 , x 2 , x 3 – gaz yakıtı oluşturan bileşenlerin hacimsel kesirleri, %.

Tablo 2 - Saf yanıcı gazların yanma ısısı

Kuru gazın yoğunluğu, gazlı yakıtı oluşturan bileşenlerin yoğunluklarının ve bunların hacim kesirlerinin çarpımlarının toplamı olarak belirlenir:

, (2)

p kuru gazın yoğunluğu, kg/m3;

p 1 , p 2 , … , p k – bileşenlerin yoğunlukları, kg/m3 .

Tablo 3 - Gazların fiziksel özellikleri

Havadaki kuru gazın bağıl yoğunluğu:

, (3)

burada p in = 1,293 - normal koşullar altında hava yoğunluğu, kg/m3.

Gaz özellikleri Tablo 4'te özetlenmiştir.

Çizelge 4 - Normal fiziksel koşullar altında gaz yakıtın özellikleri (T=273,15 K, P=101,325 kPa)

Doğal gazların fiziko-kimyasal özellikleri. Gaz karışımının hesaplanması.

Gazlar doğal ve yapay olarak ikiye ayrılır. Şu anda doğal gazlar çoğunlukla gaz temini için kullanılmaktadır. Karmaşık, çok bileşenli bir bileşime sahiptirler. Doğal gazlar kökenlerine göre üç gruba ayrılır:

1. Saf gaz alanlarından çıkarılan, %82...98 metan içeren gazlar;

2. %80...95 metan içeren gaz yoğunlaşma alanlarından gelen gazlar;

3. %30...70 metan ve önemli miktarda ağır hidrokarbon içeren, petrol sahalarından çıkan gazlar (ilişkili petrol gazları). Ağır hidrokarbon içeriği (propandan ve üzeri) 50 g/m3'ten az olan gazlara genellikle kuru veya "yağsız", yüksek hidrokarbon içeriğine sahip olanlara ise "yağ" adı verilir.

Son zamanlarda insanlar genellikle dördüncü doğal gaz grubu olan kaya gazı ve kömür yatağı metan hakkında konuşmaya başladılar. Kaya gazı, kayadan üretilen ve esas olarak metandan oluşan doğal gazdır. Şeyl gazı, bitümlü şistte bulunan kerojenin bozunması sonucu oluşur; Mikro çatlaklarda gaz var. Büyük ölçekli endüstriyel kaya gazı üretimi 2000'li yılların başında Amerika Birleşik Devletleri'nde Barnett Shale sahasında başladı. Medyada “gaz devrimi” olarak adlandırılan üretimdeki keskin artış sayesinde, 2009 yılında Amerika Birleşik Devletleri, %40'tan fazlası geleneksel olmayan kaynaklardan (kömür yatağı metan ve kaya gazı) gelen gaz üretiminde dünya lideri oldu. Kömür yatağı metan, kömür içeren çökeltilerde bulunur. Kömür madenlerinde patlamalara neden olur. Kömür yatağı metanı kömürden daha temiz ve daha verimli bir yakıttır.

Doğal gazlar renksiz, kokusuzdur ve normal hallerinde farklı toplanma hallerinde bulunurlar. Metan, etan ve etilen gazları, propan, bütan, butilen ve propilen - sıvı buhar formunda ve yüksek basınç altında - sıvı maddeler. İzopentanla başlayan ağır hidrokarbonlar normal hallerinde sıvıdır; benzin fraksiyonunun bir parçasıdır. Doğal gazların güvenlik amacıyla kokuya sahip olması için içerisine özel olarak özel maddeler - koku vericiler - eklenir.

Gazlar genellikle iki koşul altında değerlendirilir:

1. Normal durum - R n =0,1013 MPa (normal atmosfer basıncı), T n =273,16K (0 0°C);

2. Standart koşul - R st =0,1013 MPa (normal atmosfer basıncı), T st =293,16K (20 0 C – oda sıcaklığı).

Gaz boru hatlarının hidrolik ve termal hesaplamalarını yapmak ve kompresör istasyonlarının çalışma modlarını hesaplamak için doğal gazların temel özelliklerini bilmek gerekir: yoğunluk, viskozite, gaz sabiti, sıcaklık ve basıncın sözde kritik değerleri, ısı kapasitesi, termal iletkenlik katsayısı, sıkıştırılabilirlik ve Joule - Thomson katsayıları.

Gazın molar kütlesi ( M), 1 mol gazın kütlesidir. Bir maddenin 1 molü yaklaşık 6 milyar trilyondan oluşur. herhangi bir molekülün sayısı (Avogadro sayısına eşit: N A =6,02·10 23). Onun boyutu [ M]= kg/mol veya [ M]= g/mol. Bir gazın molar kütlesi, moleküler kütlesi aracılığıyla bulunur. Örneğin hidrojenin moleküler kütlesi yaklaşık 2'dir, bu durumda molar kütlesi şu şekildedir: M≈2g/mol=2·10 -3 kg/mol. Oksijen için M≈32g/mol, nitrojen için M≈28g/mol, propan için (C3H8) M≈12·3+1·8=44g/mol, vb. Bir gazın yoğunluğu birim hacmin kütlesidir:

Havadaki gazın bağıl yoğunluğu Δ, gaz yoğunluğunun hava yoğunluğuna oranıdır. Tüm gaz halleri için ifade geçerlidir:

Burada [ M]= g/mol, 28,96 g/mol – havanın molar kütlesi. Standart durum için

burada ρ standart koşullar altında gaz yoğunluğudur (standart koşullar altında hava yoğunluğu 1,205 kg/m3, normal koşullar için 1,29 kg/m3'tür).

Normal durumda 1 mol miktarındaki herhangi bir gaz yaklaşık 22,4 · 10 -3 m3 hacim kaplar, dolayısıyla normal koşullar altında gazın yoğunluğu şöyledir:

Burada [ M]= g/mol, ancak bu ifade standart durum için geçerli değildir.

Gazın viskozitesi (dinamik) μ , A [ μ ]=Pa·s. Bir gazın viskozitesi, bir gaz molekülünün bir akış katmanından diğerine geçişi sırasında momentumunun (bir katmandan diğerine) aktarılmasıyla belirlenir. Bu nedenle, gaz viskozitesi büyük ölçüde sıcaklığa bağlıdır ve neredeyse gaz basıncından bağımsızdır (4 MPa'ya kadar). Dinamik μ ve kinematik ν Gazın gaz viskozitesi şu ilişkiyle ilişkilidir:

Sabit basınçta gazın özgül ısı kapasitesi İle, A [ İle]=J/(kg·K). Sabit basınçta 1 kg gazın 1K kadar ısıtılması için gereken ısı miktarına eşittir. Gaz basıncı R gaz moleküllerinden bir damarın duvarının birim alanına normal etki eden kuvveti gösterir. [ R]= atm, [ R]=Pa veya [ M]=MPa. 1 MPa= 10 6 Pa≈10 Atm. Gaz sıcaklığı Kelvin ve Celsius ölçeklerinde belirlenir ve oranlarla ilişkilendirilir:

Çoğu durumda sıkıştırma, gazı sıvıya dönüştürebilir. Ancak gaz sıcaklığı kritik değerin altında olmalıdır ( T cr). Kritik sıcaklığa eşit veya bu sıcaklıktan yüksekse gaz hiçbir basınçta sıvıya dönüşmez. Ayrıca gaz basıncı kritik basınca eşit veya ondan yüksekse ( R cr), daha sonra hiçbir sıcaklıkta gaz sıvıya dönüşmez.

Ana gaz taşıma türleri arasında demiryolu taşımacılığı, deniz taşımacılığı ve boru hattı taşımacılığı bulunmaktadır. Her ulaşım modunun güçlü ve zayıf yönleri vardır.

Gaz karışımını hesaplamak için gazın durum denklemini bilmek gerekir. Bir gazın durum denklemi, bir gazın miktarı, hacmi, basıncı ve sıcaklığı gibi temel parametreleriyle ilgilidir. Okul ve yüksek fizik derslerinden Mendeleev-Clapeyron, van der Waals durum denklemlerini biliyorsunuz ve gaz boru hatları için gaz sıkıştırılabilirliği cinsinden yazılmış bir gazın durum denklemi uygundur:

Nerede R- Belirli bir gaz veya gaz karışımı için tanımlanan gaz sabiti. Evrensel gaz sabiti (8,314 J/(mol K)) aracılığıyla bulunur:

ifadedeki (8) ölçü birimleri: [ M]=kg, [ M]= kg/mol, ([ R]= Pa). z ifadede (128), belirli bir gaz veya gaz karışımı için gaz sıkıştırılabilirliği (sıkıştırılabilirlik katsayısı) olarak adlandırılır. Sıkıştırılabilirlik katsayısı gazın durumuna bağlıdır. Genellikle verilen sıcaklık ve basınçlara bağlı olarak özel nomogramlar kullanılarak veya endüstri tasarım standartlarının önerdiği bir formül kullanılarak analitik biçimde belirlenir. Bu miktarlara azaltılmış gaz parametreleri denir:

. (129)

Sıkıştırılabilirlik katsayısı, doğal gazın özelliklerinin ideal gaz yasalarından sapmasını dikkate alır. Sıkıştırılabilirlik faktörü için endüstri tasarım kuralları tarafından önerilen 2 formül vardır. Ancak her ikisi de yaklaşık değerlerdir ve ana gaz boru hattının gerçek parametreleri için neredeyse aynı sonuçları verir. Formüllerden ilki:

Ve diğer formül:

. (131)

Ana gaz boru hattına yönelik bu formüllerde ortalama basınç ve sıcaklık değerleri alınır:

. (132)

İlk formül hesaplama için uygundur.

Tipik olarak, gaz karışımının (veya gazın) miktarı hacmi boyunca aktarılır. Ancak hacim, gazın gerçek durumuna bağlıdır, yani belirli bir durum için gazın çalışma hacmi biliniyorsa V, o zaman diğer eyaletlerde karşılık gelen gaz hacimleri farklı olacaktır. Netlik sağlamak amacıyla hacimler normal ve standart koşullar için alınmıştır. Teknik hesaplamalarda, gaz depolama ve taşıma hesaplamalarında ve ticari hesaplamalarda gazın hacmi standart bir duruma düşürülür.

Gazın çalışma hacmini normal koşullara (normal hacim) getirme formülü aşağıdaki gibidir:

. (133)

Gazın çalışma hacmini standart koşullara (ticari hacim) düşürmek için formül:

. (134)

Burada [ R]=MPa.

Gaz karışımının gerekli fiziksel ve kimyasal özellikleri aşağıdaki parametreleri içerir: molar kütle M, psödokritik sıcaklık T kr, sözde kritik basınç R kr, sözde kritik hacim V kr, sabit basınçta gazın özgül ısı kapasitesi, dinamik viskozite ve ısıl iletkenlik katsayısı λ . Karışımın her bir bileşeninin özelliklerine göre belirlenirler.

Gaz karışımının bileşimi, her bir bileşenin kütlesi, hacmi veya mol kesirleri ile karakterize edilir. Karışımın her bir bileşeninin hacim kesirleri karşılık gelen mol kesirlerine eşittir ve hesaplanması daha kolaydır. Karışımın her bir bileşeninin hacim kesirleri olsun en 1 , en 2 , en 3 vb. O halde aşağıdaki formül her zaman gaz karışımının tamamı için geçerlidir:

Karışımın geri kalan parametreleri farklı kaynaklarda farklı şekilde tanımlanmaktadır. En basit yöntem, toplama kuralına (orantılı toplama) göre belirleme yöntemidir. Bu yöntemin kullanımı kolaydır ancak çok doğru değildir. Yaklaşık hesaplamalar için kullanılır ve karışımdaki metan oranı en az %96 olduğunda (özellikle viskozite hesaplanırken) çok iyi sonuç verir. Bu yüzden.

Giriş 2

Doğal gazın bileşimi ve fiziksel özellikleri 3

Kimyasal bileşim 3

Fiziksel özellikler 3

giriiş

Doğal gaz, organik maddelerin anaerobik ayrışması sırasında dünyanın bağırsaklarında oluşan gazların bir karışımıdır. Doğal gaz, en önemli fosil yakıtlardan biri olan ve birçok ülkenin yakıt ve enerji dengelerinde kilit konumlarda yer alan bir mineraldir. Doğal gaz kimya endüstrisi için önemli bir hammaddedir. Rezervuar koşullarında (yeryüzünün bağırsaklarında oluşma koşulları), gaz halindedir - ayrı birikimler (gaz yatakları) şeklinde veya petrol ve gaz sahalarının gaz kapağı şeklinde veya çözünmüş haldedir. yağda veya suda.

Doğal gazın enerji ve kimyasal değeri hidrokarbon içeriğine göre belirlenir. Çoğu zaman birikintilerde petrole eşlik eder. Doğal ve ilişkili petrol gazının bileşiminde bir fark vardır. İkincisi, kural olarak, gazı kullanmadan önce zorunlu olarak ayrılan nispeten daha ağır hidrokarbonlar içerir.

Doğal gazın bileşimi ve fiziksel özellikleri

Kimyasal bileşim

Doğal hidrokarbon gazları, СnН2n+2 tipi doymuş hidrokarbonların bir karışımıdır. Doğal gazın ana kısmı metan CH4'tür - %98'e kadar.

Doğal gazın bileşimi ayrıca daha ağır hidrokarbonları da içerebilir - metan homologları: - etan (C2H6), - propan (C3H8), - bütan (C4H10) ve diğer hidrokarbon olmayan maddeler: - hidrojen (H2), - hidrojen sülfür (H2S), - karbondioksit (CO2), - nitrojen (N2), - helyum (He)

Saf doğalgaz renksiz ve kokusuzdur. Bir sızıntının koku yoluyla tespit edilebilmesi için, gaza koku maddeleri adı verilen, güçlü ve hoş olmayan bir kokuya sahip az miktarda madde eklenir. Etil merkaptan çoğunlukla koku verici olarak kullanılır.

Fiziksel özellikler

Yaklaşık fiziksel özellikler (bileşime bağlı olarak; aksi belirtilmedikçe normal koşullar altında):

Yoğunluk:

0,68 ila 0,85 kg/m³ (kuru gaz halinde);

400 kg/m³ (sıvı).

Atmosfer basıncında kaynama noktası: –162°C

Kendiliğinden tutuşma sıcaklığı: 650 °C;

Hacimce %5 ila %15 arasında gaz ve hava karışımının patlayıcı konsantrasyonları;

Özgül yanma ısısı: 28-46 MJ/m³ (6,7-11,0 kcal/m³) (yani 8-12 kWh/m³);

İçten yanmalı motorlarda kullanıldığında oktan sayısı: 120-130.

Havadan 1,8 kat daha hafiftir, bu nedenle bir sızıntı olduğunda ovalarda birikmez, yukarı doğru yükselir.

Doğal gazlar aşağıdaki gruplara ayrılır:

1. Saf gaz alanlarından üretilen ve ağır hidrokarbonlardan arındırılmış kuru bir gazı temsil eden gaz.

2. Petrolle birlikte üretilen gazlar (çözünmüş veya ilişkili gazlar). Bunlar kuru gaz, propan-bütan fraksiyonu (ıslak gaz) ve gaz benzinin fiziksel karışımlarıdır.

3. Gaz yoğunlaşma alanlarından çıkarılan gazlar - kuru gaz ve sıvı hidrokarbon yoğunlaşmasının bir karışımı. Hidrokarbon yoğuşması, benzin, nafta, kerosen ve bazen daha ağır yağ fraksiyonlarının ayırt edilebildiği çok sayıda ağır hidrokarbondan (C5 + daha yüksek, C6 + daha yüksek vb.) oluşur.

4. Gaz hidrat birikintilerinin gazları.

Doğal gazın ayrı ayrı bileşenlerinin bileşimi ve özellikleri Tablo 1'de verilmiştir.

Tablo 1. Doğal gaz bileşenlerinin standart koşullar altında temel özellikleri

Çoğu durumda, doğal hidrokarbon gazlarının bileşimi tamamen belirlenmez, yalnızca bütan (C4H10) veya heksan (C6H14) dahil olmak üzere tüm diğer bileşenler bir kalıntı (veya sözde bileşen) halinde birleştirilir.

75 g/m3'ten fazla ağır hidrokarbon içermeyen gaza kuru denir. Ağır hidrokarbonların içeriği 150 g/m3'ten fazla olduğunda ortaya çıkan gaza yağlı denir.

Gaz karışımları, bileşenlerin kütle veya molar konsantrasyonları ile karakterize edilir. Bir gaz karışımını karakterize etmek için ortalama moleküler ağırlığını, metreküp başına kilogram cinsinden ortalama yoğunluğunu veya havadaki bağıl yoğunluğunu bilmek gerekir.

Doğal gazın moleküler kütlesi M:

burada M, i'inci bileşenin moleküler ağırlığıdır; xi - i'inci bileşenin hacimsel içeriği, birimlerin kesirleri.

Gerçek gazlar için genellikle M = 16 - 20.

Gaz yoğunluğu ρg aşağıdaki formül kullanılarak hesaplanır:

burada Vm, standart koşullar altında 1 mol gazın hacmidir.

Tipik olarak ρg 0,73 – 1,0 kg/m3 aralığındadır.

Bir gazın yoğunluğu büyük ölçüde basınca ve sıcaklığa bağlıdır ve bu nedenle bu gösterge pratik kullanım için uygun değildir. Daha sıklıkla, aynı basınç ve sıcaklıkta alınan, gaz yoğunluğunun (ρg) hava yoğunluğuna (ρv) oranına eşit olan, havadaki bağıl gaz yoğunluğunu (ρg.v.) kullanırlar:

ρg.v. = ρg / ρv,

ρg ve ρw standart koşullar altında belirlenirse ρb = 1,293 kg/m3 ve ρg.w olur. = ρg / 1,293.

Petrol gazlarının yoğunluğu 0,554 (metan için) ila 2,006 (bütan için) ve daha yüksek arasında değişir.

Bir gazın viskozitesi, hareketi sırasında üstesinden gelinen gaz molekülleri arasındaki etkileşim kuvvetlerini karakterize eder. Sıcaklık, basınç ve hidrokarbon bileşenlerinin içeriği arttıkça artar. Ancak 3 MPa'nın üzerindeki basınçlarda sıcaklığın artması gaz viskozitesinin azalmasına neden olur.

Petrol gazının viskozitesi önemsizdir ve 0°C'de 0,000131 poz'dur; 0°C'de havanın viskozitesi 0,000172 pos.

Doğal gazların birçok fiziksel özelliğini belirlemek için gaz hal denklemleri kullanılır. Durum denklemi, gazın davranışını tanımlayan gaz parametreleri arasındaki analitik bir ilişkidir. Bu parametreler basınç, hacim ve sıcaklıktır.

İdeal gazların yüksek basınç ve sıcaklık koşulları altındaki durumu Clapeyron-Mendeleev denklemi ile belirlenir:

burada p basınçtır; Vi ideal bir gazın hacmidir, N ise gazın kilomol sayısıdır; R evrensel gaz sabitidir; T - sıcaklık.

İdeal bir gaz, molekülleri arasındaki etkileşim kuvvetlerinin ihmal edildiği gazdır. Gerçek hidrokarbon gazları ideal gaz kanunlarına uymaz. Bu nedenle gerçek gazlar için Clapeyron-Mendeleev denklemi şu şekilde yazılır:

burada Z, gazın basıncına, sıcaklığına ve bileşimine bağlı olan ve gerçek gazın ideal gazlar kanunundan sapma derecesini karakterize eden gerçek gazların süper sıkıştırılabilirlik katsayısıdır.

Gerçek gazların süper sıkıştırılabilirlik katsayısı Z, eşit sayıda gerçek V ve ideal V mollerinin ve aynı termobarik koşullar altındaki (yani aynı basınç ve sıcaklıkta) gazların hacimlerinin oranıdır:

Süper sıkıştırılabilirlik katsayılarının değerleri en güvenilir şekilde rezervuar gazı numunelerinin laboratuvar çalışmaları temelinde belirlenebilir. Bu tür çalışmaların yokluğunda (pratikte çoğu zaman olduğu gibi), G. Brown grafiğine göre Z'yi tahmin etmeye yönelik hesaplama yöntemine başvururlar (Şekil 1). Grafiği kullanmak için indirgenmiş psödokritik basınç ve psödokritik sıcaklığı bilmeniz gerekir.

Kritik sıcaklık, bir gazın herhangi bir basınç altında sıvıya dönüşemeyeceği sıcaklıktır. Kritik basınç, bir gazın sıvı duruma geçtiği kritik noktaya karşılık gelen basınçtır.

Basınç ve sıcaklık değerleri kritik değerlere yaklaştıkça gaz ve sıvı fazların özellikleri aynılaşır, aralarındaki arayüz kaybolur ve yoğunlukları eşitlenir.

Sistemde iki veya daha fazla bileşenin ortaya çıkmasıyla birlikte, bunların davranışlarını tek bileşenli bir gazın davranışından ayıran faz değişim modellerinde özellikler ortaya çıkar. Detaya girmeden, karışımın kritik sıcaklığının bileşenlerin kritik sıcaklıkları arasında olduğunu ve karışımın kritik basıncının her zaman herhangi bir bileşenin kritik basıncından daha yüksek olduğunu belirtmek gerekir.

Çok bileşenli bir karışım olan gerçek gazların süper sıkıştırılabilirlik katsayısı Z'yi belirlemek için her bileşenin kritik basınç ve sıcaklıklarının ortalaması bulunur. Bu ortalamalara sözde kritik basınç pp.cr adı verilir. ve sözde kritik sıcaklık Tp.cr. İlişkilerden belirlenirler:

doğal gaz metan bileşimi

nerede rkr. ve Tkr. - i'inci bileşenin kritik basıncı ve sıcaklığı; xi, karışımın hacmindeki i-inci bileşenin payıdır (bir birimin kesirleri cinsinden).

Brown grafiğini kullanmak için gereken verilen sözde kritik basınç ve sıcaklık, belirli basınç ve sıcaklığa (rezervuar, standart veya diğer bazı koşullara) göre normalleştirilmiş sözde kritik değerlerdir:

Rpr. = r/rp.cr.,

Vesaire. = T/Tp.cr.,

burada p ve T, Z'nin belirlendiği spesifik basınç ve sıcaklıklardır.

Süper sıkıştırılabilirlik katsayısı Z, bir gaz rezervuarındaki basınç değişikliklerini tahmin ederken ve diğer problemleri çözerken, rezervuardan yüzey koşullarına geçiş sırasında gaz hacmindeki değişikliği doğru bir şekilde belirlemek için gaz rezervlerini hesaplarken mutlaka kullanılır.

Başvuru Gaz sobalarında yakıt olarak metan kullanılır ve bazı arabalarda yakıt olarak propan ve bütan kullanılır. Çakmaklar ayrıca sıvılaştırılmış propanla da doldurulur. Etan, yakıt olarak nadiren kullanılır; etilen, dünyada en çok üretilen organik maddelerden biridir. Asetilen, metalurjide (metallerin kontrol edilmesi ve kesilmesi) çok yüksek sıcaklıklar oluşturmak için kullanılan bir polietilen üretimi hammaddesidir. Asetilen çok yanıcıdır, bu nedenle arabalarda yakıt olarak kullanılmaz ve bu olmasa bile depolama koşullarına kesinlikle uyulmalıdır Hidrojen sülfit, toksisitesine rağmen sözde küçük miktarlarda kullanılır. hidrojen sülfür banyoları. Hidrojen sülfürün antiseptik özelliklerinden bazılarını kullanırlar. Helyumun temel yararlı özelliği çok düşük yoğunluğudur (havadan 7 kat daha hafiftir). Balonlar ve hava gemileri helyumla doludur. Hidrojen helyumdan bile daha hafiftir ancak aynı zamanda yanıcıdır. Helyumla şişirilen balonlar çocuklar arasında çok popülerdir. Büyük miktarlarda karbondioksitin bile insan sağlığı üzerinde hiçbir etkisi yoktur. Ancak atmosferdeki içeriğin hacimce %3 ile %10 arasında olduğu durumlarda oksijenin emilimini engeller. Böyle bir konsantrasyonda boğulma ve hatta ölüm başlar. Helyum, inertliği nedeniyle normal koşullar altında tamamen toksik değildir. Ancak artan basınçla, hidrojen sülfürün etkilerine benzer şekilde anestezinin ilk aşaması meydana gelir. Bu gazın toksik özellikleri mükemmeldir. Koku duyusuna uzun süre maruz kalındığında baş dönmesi ve kusma meydana gelir. Koku alma siniri de felçlidir, bu nedenle hidrojen sülfürün yokluğu yanılsaması vardır, ancak aslında vücut artık bunu algılamaz. Hidrojen sülfit zehirlenmesi 0,2–0,3 mg/m3 konsantrasyonunda meydana gelir, 1 mg/m3'ün üzerindeki konsantrasyonlar ölümcüldür. Yanma süreci Tüm hidrokarbonlar, tamamen oksitlendiğinde (aşırı oksijen), karbondioksit ve su açığa çıkarır. Örneğin: CH4 + 3O2 = CO2 + 2H2O Eksik olduğunda (oksijen eksikliği) - karbon monoksit ve su: 2CH4 + 6O2 = 2CO + 4H2O Daha da az oksijenle, ince bir şekilde dağılmış karbon (kurum) açığa çıkar: CH4 + O2 = C + 2H2O. Metan mavi alevle yanar, etan neredeyse renksizdir, alkol gibi, propan ve bütan sarıdır, etilen parlaktır, karbon monoksit açık mavidir. Asetilen sarımsı renktedir ve çok dumanlıdır. Evinizde gaz sobası varsa ve her zamanki gibi mavi alev yerine sarı alev görüyorsanız, metanın propanla seyreltildiğini bilin.

Çözüm

Doğal gaz, konutlarda, özel binalarda ve apartmanlarda ısıtma, su ısıtma ve yemek pişirme amacıyla yaygın olarak yakıt olarak kullanılmaktadır; arabalar için yakıt olarak (otomobil gaz ekipmanı, gaz motorları), kazan daireleri, termik santraller vb. Artık kimya endüstrisinde, örneğin plastik gibi çeşitli organik maddelerin üretimi için hammadde olarak kullanılıyor.

Çevre açısından bakıldığında doğalgaz en temiz fosil yakıt türüdür. Yandığında diğer yakıt türlerine göre çok daha az miktarda zararlı madde oluşur. Ancak son yarım yüzyılda insanlığın, başta doğalgaz olmak üzere çok büyük miktarda farklı yakıt türlerini yakması, atmosferdeki sera gazı olan karbondioksit miktarının artmasına neden oldu.

Kullanılmış literatür listesi

1. Korshak A.A., Shammazov A.M., Petrol ve gaz işinin temelleri. Ed. "UGNTU. Ufa. 2005

2. Gimatudinov Sh.K., Shirkovsky A.I. Petrol ve gaz rezervuarlarının fiziği. Ed. "Kucak". M.1982

Allbest.ru'da yayınlandı

1.1.1. İlk veri:

Kuru gazın kimyasal bileşimi (% hacimce):

1.1.3 Gazın yanma ısısı:

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/nm3

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/nm3 .

1.1.4.Teorik olarak gerekli kuru hava miktarı:

V o b = 4,762 (2CH4 + 3,5C2H6 + 5C3H8 + 6,5 C4H10 + 8C5H12)/100, nm3 / nm3

Vo 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 nm3/nm3.

1.1.5 Nemi dikkate alınarak teorik olarak gerekli hava miktarı:

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

V yaklaşık v.vl = (1+0,0016 ⋅ 10) ⋅ 9,5 = 9,65 nm3 / nm3,

burada: 0,0016 = 1,293/(0,804 ⋅ 1000), g/kg kuru hava cinsinden ifade edilen hava nemi ağırlık birimlerinin, 1 nm3 kuru havada bulunan su buharının nm3 hacim birimlerine dönüştürülme faktörüdür.

1.1.6. Aşırı hava katsayısı α=1,2 ile gerçek kuru hava miktarı:

V α = α ⋅ V о в = 1,2 ⋅ 9,5 = 11,4 nm3 / nm3

1.1.7 Fazlalık katsayısı α=1.2 olan gerçek atmosferik hava miktarı:

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

1.1.8 α=1.2'deki yanma ürünlerinin miktarı:

VCO2 = 0,01 (CO2 + CH4 + 2C2H6 + 3C3H8 + 4C4H10 + 5C5H12), nm 3 / nm 3

V CO2 = 0,01(0,1 + 97 + 2 ⋅ 0,5 + 3 ⋅ 0,3 + 4 ⋅ 0,1 + 5 ⋅ 0,2) = 1,004 nm3 / nm3

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

V H2 Ö = 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 nm3 / nm3

VN2 = 0,01N2 + 0,79Vb, nm3 / nm3

V N 2 = 0,01 ⋅ 0,8 + 0,79 ⋅ 11,4 = 9,014 nm3 / nm3

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

V Ö 2 = 0,21 ⋅ (1,2 - 1) ⋅ 9,5 = 0,399 nm3 / nm3

Yanma ürünlerinin toplam miktarı:

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 nm3 / nm3

1.1.9. Yanma ürünlerinin yüzde bileşimi:

CO2 = 1,004 ⋅ 100/12,593 ≅ %7,973

H 2 Ö = 2,176 ⋅ 100/12,593 ≅ %17,279

N 2 = 9,014 ⋅ 100/12,593 ≅ %71,579

O2 = 0,399 ⋅ 100/12,593 ≅ %3,168

Toplam: %99,999 veya iki ondalık basamağa kadar doğru – %100.

1.1.10. 100 nm3 gaz başına yanma işleminin malzeme dengesi (her gazın nm3'ünün kg'a dönüştürülmesi, yoğunluğu ño, kg/nm3 ile çarpılarak gerçekleştirilir).

1.1.11.T = 20 °C ve á = 1.2'de yanma ürünlerinin toplam entalpisi:

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

i toplam = 35746,69/12,593 + 11,58 ⋅ 26,38/12,593 = 2862,9 kJ/Nm3 veya

i toplam = 8538/12,593 + 11,58 ⋅ 6,3/12,593 = 683,8 kcal/Nm3,

Nerede: Ben′ içinde = içeriden⋅ teneke = 1,319 ⋅ 20 = 26,38 kJ/Nm3 veya

Ben′ içinde = içeriden⋅ teneke = 0,315 ⋅ 20 = 6,3 kcal/Nm3

i'in aynı zamanda Şekil 2'deki i-t diyagramından da belirlenebilir. 7.1.

1.1.12. α=1.2'de teorik yanma sıcaklığı

t teorik =1775 °C, Şekil 2'deki i-t diyagramına göre. 7.2.

1.1.13. Ocaktaki ısı tutma katsayısı:

ϕ = 1 – q 5 /100= 1 – 0,5/100 = 0,995

burada: q 5 – çevreye ısı kaybı, yanma odasının tasarım özelliklerine bağlıdır, örnekte q 5, %0,5'e eşit olarak alınmıştır.