مقدمة 2

التكوين والخصائص الفيزيائية غاز طبيعي 3

التركيب الكيميائي 3

الخصائص الفيزيائية 3

مقدمة

الغاز الطبيعي هو خليط من الغازات التي تتشكل في أحشاء الأرض أثناء التحلل اللاهوائي للمواد العضوية. يعتبر الغاز الطبيعي من أهم أنواع الوقود الأحفوري ، ويحتل مناصب رئيسية في موازين الوقود والطاقة في العديد من البلدان. الغاز الطبيعي مادة خام مهمة للصناعات الكيماوية. في ظروف المكمن (ظروف الحدوث في باطن الأرض) يكون في حالة غازية - في شكل تراكمات منفصلة (رواسب غاز) أو في شكل غطاء غاز لحقول النفط والغاز ، أو في حالة مذابة في النفط أو الماء.

الطاقة و قيمة كيميائيةيتم تحديد الغاز الطبيعي من خلال محتوى الهيدروكربونات فيه. في كثير من الأحيان في الحقول المصاحبة للنفط. هناك اختلاف في تكوين الغاز الطبيعي والغاز البترولي المصاحب. في الأخير ، كقاعدة عامة ، هناك المزيد من الهيدروكربونات الثقيلة نسبيًا ، والتي يتم فصلها بالضرورة قبل استخدام الغاز.

التركيب والخصائص الفيزيائية للغاز الطبيعي

التركيب الكيميائي

الغازات الهيدروكربونية الطبيعية هي خليط من الهيدروكربونات المشبعة من النوع СnН2n + 2. الجزء الرئيسي من الغاز الطبيعي هو الميثان CH4 - ما يصل إلى 98٪.

قد يشمل تكوين الغاز الطبيعي أيضًا هيدروكربونات أثقل - متجانسات الميثان: - الإيثان (C2H6) ، - البروبان (C3H8) ، - البوتان (C4H10) ، بالإضافة إلى المواد الأخرى غير الهيدروكربونية: - الهيدروجين (H2) ، - كبريتيد الهيدروجين (H2S) ، - ثاني أكسيد الكربون (CO2) ، - النيتروجين (N2) ، - الهيليوم (He)

الغاز الطبيعي النقي عديم اللون والرائحة. من أجل التعرف على التسرب بالرائحة ، تتم إضافة كمية صغيرة من المواد ذات الرائحة الكريهة القوية إلى الغاز. أكثر أنواع الرائحة شيوعًا هي إيثيل مركابتان.

بدني ملكيات

الخصائص الفيزيائية التقريبية (حسب التركيب ؛ في ظل الظروف العادية ، ما لم يذكر خلاف ذلك):

كثافة:

من 0.68 إلى 0.85 كجم / م 3 (غازي جاف) ؛

400 كجم / م 3 (سائل).

نقطة الغليان عند الضغط الجوي: -162 درجة مئوية

درجة حرارة الاشتعال الذاتي: 650 درجة مئوية ؛

تركيزات متفجرة لمزيج من الغاز مع الهواء من 5٪ إلى 15٪ من حيث الحجم ؛

قيمة التسخين المحددة: 28-46 MJ / m³ (6.7-11.0 kcal / m³) (أي 8-12 kWh / m³) ؛

رقم الأوكتان عند استخدامه في محركات الاحتراق الداخلي: 120-130.

إنه أخف 1.8 مرة من الهواء ، لذلك عند التسرب ، لا يتجمع في الأراضي المنخفضة ، بل يرتفع.

تنقسم الغازات الطبيعية إلى المجموعات التالية:

1. الغاز المنتج من حقول الغاز البحت وهو غاز جاف خالي من الهيدروكربونات الثقيلة.

2. الغازات الناتجة مع النفط (الغازات المذابة أو الغازات المصاحبة). هذه عبارة عن مزيج فيزيائي من الغاز الجاف وجزء البروبانوبوتان (الغاز الرطب) والبنزين الطبيعي.

3. الغازات الناتجة من حقول مكثفات الغاز - خليط من الغاز الجاف ومكثفات الهيدروكربون السائل. يتكون مكثف الهيدروكربونات من عدد كبير من الهيدروكربونات الثقيلة (C5 + أعلى ، C6 + أعلى ، إلخ) ، والتي يمكن من خلالها تمييز البنزين والنفتا والكيروسين ، وأحيانًا حتى أجزاء الزيت الثقيلة.

4. غازات رواسب هيدرات الغاز.

يتم عرض تركيبة المكونات وخصائص المكونات الفردية للغاز الطبيعي في الجدول 1.

الجدول 1. الخصائص الرئيسية لمكونات الغاز الطبيعي في ظل الظروف القياسية

في كثير من الحالات ، لا يتم تحديد تركيبة غازات الهيدروكربون الطبيعية تمامًا ، ولكن فقط حتى البيوتان (C4H10) أو الهكسان (C6H14) ، ويتم دمج جميع المكونات الأخرى في بقايا (أو مكون زائف).

يسمى الغاز ، الذي لا تزيد نسبة الهيدروكربونات الثقيلة فيه عن 75 جم / م 3 ، بأنه جاف. عندما يكون محتوى الهيدروكربونات الثقيلة أكثر من 150 جم / م 3 ، يسمى الغاز دهون.

تتميز مخاليط الغاز بتركيزات الكتلة أو المولية للمكونات. لتوصيف خليط الغازات ، من الضروري معرفة متوسط ​​وزنه الجزيئي ، متوسط ​​الكثافةبالكيلوغرام لكل متر مكعب أو الكثافة النسبية في الهواء.

الوزن الجزيئي M من الغاز الطبيعي:

حيث M هو الوزن الجزيئي للمكون i ؛ xi هو المحتوى الحجمي للمكون i ، وهو أجزاء من الوحدات.

بالنسبة للغازات الحقيقية ، عادة ما تكون M = 16-20.

كثافة الغاز ρg تُحسب بالصيغة التالية:

حيث Vm هو حجم 1 مول من الغاز في ظل الظروف القياسية.

عادة ميكروغرام في حدود 0.73 - 1.0 كجم / م 3.

تعتمد كثافة الغاز بشكل كبير على الضغط ودرجة الحرارة ، وبالتالي فإن هذا المؤشر غير مناسب للاستخدام العملي. في كثير من الأحيان يستخدمون الكثافة النسبية للغاز في الهواء ρg.v. ، مساوية لنسبة كثافة الغاز g إلى كثافة الهواء ρv ، المأخوذة عند نفس الضغط ودرجة الحرارة:

ρg.v. = ρg / ρv ،

إذا تم تحديد ρg و v في ظل الظروف القياسية ، فإن ρv = 1.293 kg / m3 و g.w. = ρg / 1.293.

تتراوح كثافة الغازات البترولية من 0.554 (للميثان) إلى 2.006 (للبيوتان) وأعلى.

تميز لزوجة الغاز قوى التفاعل بين جزيئات الغاز ، والتي يتم التغلب عليها أثناء حركتها. يزداد مع زيادة درجة الحرارة والضغط ومحتوى المكونات الهيدروكربونية. ومع ذلك ، عند ضغوط أعلى من 3 ميجا باسكال ، تؤدي الزيادة في درجة الحرارة إلى انخفاض لزوجة الغاز.

إن لزوجة غاز البترول لا تذكر وعند درجة حرارة 0 درجة مئوية تكون 0.000131 اتزان ؛ لزوجة الهواء عند 0 درجة مئوية هي 0.000172 pz.

تُستخدم معادلات حالة الغازات لتحديد العديد من الخصائص الفيزيائية للغازات الطبيعية. معادلة الحالة هي علاقة تحليلية بين معلمات الغاز التي تصف سلوك الغاز. هذه المعلمات هي الضغط والحجم ودرجة الحرارة.

يتم تحديد حالة الغازات المثالية تحت ظروف الضغط العالي ودرجة الحرارة بواسطة معادلة Clapeyron-Mendeleev:

حيث ف - الضغط VI هو حجم الغاز المثالي ، N هو عدد الكيلومولات من الغاز ؛ R هو ثابت الغاز العالمي؛ T هي درجة الحرارة.

الغاز المثالي هو الغاز الذي تُهمل قوى التفاعل بين الجزيئات. الغازات الهيدروكربونية الحقيقية لا تخضع لقوانين الغازات المثالية. لذلك ، تتم كتابة معادلة Clapeyron-Mendeleev للغازات الحقيقية على النحو التالي:

حيث Z هو معامل الانضغاط الفائق للغازات الحقيقية ، والذي يعتمد على الضغط ودرجة الحرارة وتكوين الغاز ويميز درجة انحراف الغاز الحقيقي عن قانون الغازات المثالية.

معامل الانضغاط الفائق Z للغازات الحقيقية هو نسبة أحجام عدد متساوٍ من مولات V الحقيقية والمثالية V والغازات تحت نفس الظروف الحرارية (أي عند نفس الضغط ودرجة الحرارة):

يمكن تحديد قيم معاملات الانضغاط الفائق بشكل موثوق على أساس الدراسات المختبرية لعينات غاز التكوين. في غياب مثل هذه الدراسات (كما هو الحال غالبًا في الممارسة) ، يلجأون إلى طريقة الحساب لتقدير Z وفقًا لرسم بياني G. Brown (الشكل 1). لاستخدام الرسم البياني ، من الضروري معرفة ما يسمى بالضغط الحرج الزائف المنخفض ودرجة الحرارة الزائفة الحرجة.

درجة الحرارة الحرجة هي درجة الحرارة التي فوقها لا يمكن تحويل الغاز إلى سائل عند أي ضغط. الضغط الحرج هو الضغط المقابل للنقطة الحرجة لانتقال الغاز إلى الحالة السائلة.

مع اقتراب قيم الضغط ودرجة الحرارة من القيم الحرجة ، تصبح خصائص المرحلتين الغازية والسائلة كما هي ، وتختفي الواجهة بينهما وتصبح كثافتها متساوية.

مع ظهور مكونين أو أكثر في النظام ، تظهر ميزات في قوانين تغيرات الطور التي تميز سلوكهم عن سلوك غاز مكون واحد. دون الخوض في التفاصيل ، تجدر الإشارة إلى أن درجة الحرارة الحرجة للخليط تقع بين درجات الحرارة الحرجة للمكونات ، وأن الضغط الحرج للخليط يكون دائمًا أعلى من الضغط الحرج لأي مكون.

لتحديد معامل الانضغاط الفائق Z للغازات الحقيقية ، وهي خليط متعدد المكونات ، تم العثور على القيم المتوسطة للضغوط الحرجة ودرجات الحرارة لكل مكون. تسمى هذه المتوسطات بالضغط الحرج الكاذب pp.cr. ودرجة الحرارة الكاذبة Tp.cr. هم مصممون من العلاقات:

تكوين غاز الميثان الطبيعي

أين rkr. وتكر. هي الضغوط ودرجات الحرارة الحرجة للمكون i ؛ xi هي حصة المكون i في حجم الخليط (في أجزاء من الوحدة).

إن الضغوط ودرجات الحرارة الزائفة الحرجة المعطاة لاستخدام مخطط براون هي القيم الزائفة الحرجة التي تم ضبطها على ضغط ودرجة حرارة معينين (الخزان ، المعيار ، أو بعض الحالات الأخرى):

Rpr. = p / rp.cr. ،

Tpr. = T / Tp.cr. ،

حيث p و T ضغوط ودرجات حرارة محددة يتم تحديد Z لها.

يتم استخدام عامل الانضغاط الفائق Z بالضرورة عند حساب احتياطيات الغاز لتحديد التغير في حجم الغاز بشكل صحيح أثناء الانتقال من ظروف الخزان إلى ظروف السطح ، وعند التنبؤ بتغيرات الضغط في ترسب الغاز ، وعند حل المشكلات الأخرى.

طلبيستخدم الميثان كوقود في مواقد الغاز ، ويستخدم البروبان والبيوتان كوقود في بعض السيارات. تمتلئ الولاعات أيضًا بالبروبان المسال ، ونادرًا ما يستخدم الإيثان كوقود ، واستخدامه الرئيسي هو إنتاج الإيثيلين ، ويعتبر الإيثيلين من أكثر المواد العضوية إنتاجًا في العالم. وهو مادة خام لإنتاج البولي إيثيلين ، ويستخدم الأسيتيلين لخلق درجات حرارة عالية جدًا في علم المعادن (التوفيق بين المعادن وقطعها). الأسيتيلين شديد الاشتعال ، لذلك لا يستخدم كوقود في السيارات ، وحتى بدون ذلك ، يجب مراعاة شروط تخزينه بدقة.كبريتيد الهيدروجين ، على الرغم من سميته ، يستخدم بكميات صغيرة في ما يسمى. حمامات الكبريتيد. يستخدمون بعض الخصائص المطهرة لكبريتيد الهيدروجين ، الخاصية المفيدة الرئيسية للهيليوم هي كثافته المنخفضة جدًا (7 مرات أخف من الهواء). هيليوم ملء البالونات والمناطيد. الهيدروجين أخف من الهيليوم ، لكنه في نفس الوقت قابل للاشتعال. البالونات المنفوخة بالهيليوم تحظى بشعبية كبيرة بين الأطفال السمية ثاني أكسيد الكربون. حتى الكميات الكبيرة من ثاني أكسيد الكربون لا تؤثر على صحة الإنسان بأي شكل من الأشكال. ومع ذلك ، فإنه يمنع امتصاص الأكسجين عندما يكون المحتوى في الغلاف الجوي من 3٪ إلى 10٪ من حيث الحجم. في مثل هذا التركيز يبدأ الاختناق وحتى الموت .. الهيليوم. الهليوم غير سام تمامًا في ظل الظروف العادية بسبب خموله. ولكن عند الضغط المرتفع ، تحدث المرحلة الأولية من التخدير ، على غرار تأثير غاز الضحك كبريتيد الهيدروجين. الخصائص السامة لهذا الغاز كبيرة. مع التعرض الطويل لحاسة الشم ، يحدث دوار وقيء. كما أن العصب الشمي مشلول ، لذلك هناك وهم بغياب كبريتيد الهيدروجين ، لكن في الواقع لم يعد الجسم يشعر به بعد الآن. يحدث التسمم بكبريتيد الهيدروجين بتركيز 0.2-0.3 مجم / م 3 ، ويكون التركيز فوق 1 مجم / م 3 مميتًا عملية الاحتراق جميع الهيدروكربونات ، عندما تتأكسد تمامًا (الأكسجين الزائد) ، تطلق ثاني أكسيد الكربون والماء. على سبيل المثال: CH4 + 3O2 = CO2 + 2H2O في حالة عدم اكتمال (نقص الأكسجين) - أول أكسيد الكربون والماء: 2CH4 + 6O2 = 2CO + 4H2O مع كمية أقل من الأكسجين ، يتم إطلاق الكربون الناعم (السخام): CH4 + O2 = C + 2H2O. يحترق الميثان بلهب أزرق ، والإيثان - عديم اللون تقريبًا ، مثل الكحول والبروبان والبيوتان - أصفر ، والإيثيلين - مضيء ، أول أكسيد الكربون- أزرق فاتح. الأسيتيلين - مصفر ، يدخن بقوة. إذا كان لديك موقد غاز في المنزل وبدلاً من اللهب الأزرق المعتاد الذي يظهر باللون الأصفر ، يجب أن تعلم أن غاز الميثان مخفف بالبروبان.

خاتمة

يستخدم الغاز الطبيعي على نطاق واسع كوقود في المباني السكنية والخاصة ومتعددة الشقق للتدفئة وتسخين المياه والطهي ؛ كوقود للسيارات (معدات بالون الغاز للسيارة ، محرك الغاز) ، غرف الغلايات ، محطات الطاقة الحرارية ، إلخ. الآن يتم استخدامه في الصناعة الكيميائية كمادة وسيطة لإنتاج المواد العضوية المختلفة ، على سبيل المثال ، بلاستيك.

من الناحية البيئية ، الغاز الطبيعي هو الأكثر منظر نظيفوقود عضوي. عندما يتم حرقها ، تتشكل كمية أقل بكثير من المواد الضارة مقارنة بأنواع الوقود الأخرى. ومع ذلك ، أدى حرق البشرية لكمية هائلة من أنواع الوقود المختلفة ، بما في ذلك الغاز الطبيعي ، على مدى نصف القرن الماضي ، إلى زيادة محتوى ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي ، وهو أحد غازات الدفيئة.

قائمة الأدب المستخدم

1. Korshak A.A.، Shammazov A.M. ، أساسيات أعمال النفط والغاز. إد. "UGNTU. أوفا. 2005

2. Gimatudinov Sh.K. ، Shirkovsky A.I. فيزياء مكامن النفط والغاز. إد. "حضن". م 1982

استضافت على Allbest.ru

الخصائص الفيزيائية والكيميائية للغازات الطبيعية. حساب خليط الغازات.

تنقسم الغازات إلى طبيعية ومصطنعة. في الوقت الحاضر ، يستخدم الغاز الطبيعي بشكل أساسي لتزويد الغاز. لديهم تركيبة معقدة متعددة المكونات. اعتمادًا على الأصل ، تنقسم الغازات الطبيعية إلى ثلاث مجموعات:

1. الغازات المستخرجة من حقول الغاز البحت ، 82 ... 98٪ تتكون من غاز الميثان ؛

2. غازات حقول مكثفات الغاز تحتوي على 80 .. 95٪ ميثان.

3. غازات حقول النفط (الغازات البترولية المصاحبة) التي تحتوي على 30 ... 70٪ ميثان و كمية كبيرةالهيدروكربونات الثقيلة. الغازات التي تحتوي على هيدروكربونات ثقيلة (من البروبان وما فوق) أقل من 50 جم / م 3 تسمى عادةً جافة أو "خفيفة الوزن" ، ومع محتوى رائعالهيدروكربونات - "الدهون".

في مؤخراغالبًا ما بدأ الحديث عن المجموعة الرابعة من الغازات الطبيعية - الغاز الصخري وميثان طبقة الفحم. الغاز الصخري هو غاز طبيعي مستخرج من الصخر الزيتي ، ويتكون في الغالب من الميثان. يتشكل الغاز الصخري نتيجة تحلل مادة الكيروجين الموجودة في الصخر الزيتي ؛ الغاز موجود في microcracks. حجم الإنتاج الصناعيتم إطلاق الغاز الصخري في الولايات المتحدة في أوائل العقد الأول من القرن الحادي والعشرين في حقل بارنيت شيل. بفضل الزيادة الحادة في إنتاجها ، والتي يطلق عليها "ثورة الغاز" في وسائل الإعلام ، أصبحت الولايات المتحدة في عام 2009 رائدة العالم في إنتاج الغاز ، حيث يأتي أكثر من 40 ٪ من مصادر غير تقليدية (ميثان طبقة الفحم والغاز الصخري) . يوجد ميثان طبقة الفحم في الرواسب الحاملة للفحم. يسبب انفجارات في مناجم الفحم. ميثان طبقة الفحم أنظف من الفحم ووقود فعال.

الغازات الطبيعية عديمة اللون والرائحة حالة طبيعيةهم في حالات تجميع مختلفة. الميثان والإيثان والإيثيلين الغازي والبروبان والبيوتان والبيوتيلين والبروبيلين - في شكل أبخرة سائلة وتحت ضغوط عالية- مواد سائلة. الهيدروكربونات الثقيلة ، بدءًا من الأيزوبنتان في الحالة الطبيعية - السوائل ، فهي جزء من جزء البنزين. من أجل الحصول على رائحة للغازات الطبيعية لأغراض السلامة ، تمت إضافة مواد خاصة - روائح - إليها بشكل خاص.

عادة ما يتم النظر في الغازات بشرطين:

1. حالة طبيعية - ص n \ u003d 0.1013 ميجا باسكال (عادي الضغط الجوي), تي n \ u003d 273.16 ك (0 0 ج) ؛

2. الحالة القياسية - ص st \ u003d 0.1013 MPa (الضغط الجوي العادي) ، تي st \ u003d 293.16K (20 0 درجة مئوية - درجة حرارة الغرفة).

لإجراء الحساب الهيدروليكي والحراري لأنابيب الغاز وحساب أوضاع التشغيل محطات الضواغطمن الضروري معرفة الخصائص الأساسية للغازات الطبيعية: الكثافة ، اللزوجة ، ثابت الغاز ، القيم الحرجة الزائفة لدرجة الحرارة والضغط ، السعة الحرارية ، التوصيل الحراري ، الانضغاطية ومعاملات جول-طومسون.

الكتلة المولية للغاز ( م) ، إنها كتلة مول واحد من الغاز. يتكون مول واحد من مادة ما يقرب من 6 مليارات تريليون. عدد الجزيئات ( يساوي الرقمأفوجادرو: نأ = 6.02 10 23). بعده هو [ م] = كجم / مول ، أو [ م] = جم / مول. يتم حساب الكتلة المولية للغاز من حيث الوزن الجزيئي. على سبيل المثال ، الوزن الجزيئي للهيدروجين حوالي 2 ، ثم وزنه الكتلة المولية م≈2 جم / مول = 2 10 -3 كجم / مول. للأكسجين م≈32 جم / مول ، للنيتروجين م≈28 جم / مول للبروبان (C 3 H 8) م≈12 3 + 1 8 = 44 جم / مول ، إلخ. كثافة الغاز هي كتلة وحدة الحجم:

الكثافة النسبية للغاز في الهواء Δ هي نسبة كثافة الغاز إلى كثافة الهواء. بالنسبة لجميع حالات الغاز ، يحدث التعبير:

هنا [ م] = جم / مول ، 28.96 جم / مول هي الكتلة المولية للهواء. للحالة القياسية

هنا ρ هي كثافة الغاز في ظل الظروف القياسية (كثافة الهواء في ظل الظروف القياسية 1.205 كجم / م 3 ، للظروف العادية 1.29 كجم / م 3).

أي غاز بكمية 1 مول في الحالة العادية يشغل حجمًا يقارب 22.4 10 -3 م 3 ، وبالتالي فإن كثافة الغاز في الظروف العادية

هنا [ م] = g / mol ، لكن هذا التعبير غير صالح للحالة القياسية.

لزوجة (ديناميكية) الغاز μ ، أ [ μ ] = Pa · s. يتم تحديد لزوجة الغاز عن طريق نقل الزخم (من طبقة إلى أخرى) بواسطة جزيء غاز أثناء انتقاله من طبقة تدفق إلى أخرى. لذلك ، تعتمد لزوجة الغاز بشدة على درجة الحرارة وهي مستقلة تقريبًا عن ضغط الغاز (حتى 4 ميجا باسكال). متحرك μ والحركية ν ترتبط لزوجة غاز الغاز بالعلاقة:

السعة الحرارية النوعية للغاز في ضغط متواصل مع، أ [ مع] = J / (كجم · K). إنها تساوي كمية الحرارة المطلوبة لتسخين 1 كجم من الغاز بمقدار 1 كلفن عند ضغط ثابت. ضغط الغاز صيُظهر القوة المؤثرة على طول المعدل الطبيعي لمساحة الوحدة لجدار الوعاء من جزيئات الغاز. [ ص] = أجهزة الصراف الآلي ، [ ص] = Pa ، أو [ م] = الآلام والكروب الذهنية. 1 ميجا باسكال = 10 6 باسكال≈10 أجهزة الصراف الآلي. يتم تحديد درجة حرارة الغاز على مقياس كلفن وسلسيوس ، وهما مرتبطان بالعلاقات:

في كثير من الحالات ، عن طريق الضغط ، يمكن تحويل الغاز إلى سائل. ومع ذلك ، يجب أن تكون درجة حرارة الغاز أقل من الحرجة ( تيسجل تجاري). إذا كانت معادلة لدرجة الحرارة الحرجة أو أعلى منها ، فعند عدم وجود ضغط يتحول الغاز إلى سائل. وأيضًا ، إذا كان ضغط الغاز يساوي أو أعلى من الضغط الحرج ( ص cr) ، ثم في المستقبل ، عند عدم وجود درجة حرارة ، لا يتحول الغاز إلى سائل.

الأنواع الرئيسية لنقل الغاز هي النقل بالسكك الحديدية ، النقل البحريوالنقل عبر خطوط الأنابيب. كل وسيلة نقل لها نقاط قوة وضعف.

لحساب خليط الغازات ، من الضروري معرفة معادلة حالة الغاز. تتعلق معادلة حالة الغاز بالمعلمات الأساسية للغاز ، مثل كميته وحجمه وضغطه ودرجة حرارته. من المدرسة والمسار العالي للفيزياء ، تعرف معادلات حالة منديليف-كلابيرون ، فان دير فال ، وبالنسبة لخطوط أنابيب الغاز ، فإن معادلة حالة الغاز ، المكتوبة من حيث انضغاط الغاز ، ملائمة:

أين ص-ثابت الغاز المحدد لخليط غاز أو غاز معين. يوجد من خلال ثابت الغاز العام (8.314J / (mol K)):

وحدات القياس في التعبير (8): [ م] = كجم ، [ م] = كجم / مول ، ([ ص] = باسكال). ضفي التعبير (128) يسمى انضغاطية الغاز (عامل الانضغاط) لخليط غاز أو غاز معين. يعتمد عامل الانضغاطية على حالة الغاز. يتم تحديده عادةً بواسطة مخططات بيانات خاصة بناءً على درجات الحرارة والضغوط المحددة ، أو في شكل تحليليوفقًا للصيغة التي أوصت بها معايير تصميم الصناعة. تسمى القيم معلمات الغاز المخفض:

. (129)

يأخذ عامل الانضغاط في الاعتبار انحراف خصائص الغاز الطبيعي عن قوانين الغاز المثالي. هناك صيغتان موصى بهما بواسطة أكواد التصميم الصناعي لعامل الانضغاط. لكن كلاهما تقريبي ويعطيان نفس النتائج تقريبًا للمعلمات الحقيقية لخط أنابيب الغاز الرئيسي. أول الصيغ:

والصيغة الأخرى هي:

. (131)

في هذه الصيغ الخاصة بخط أنابيب الغاز الرئيسي ، يتم أخذ متوسط ​​قيم الضغط ودرجة الحرارة:

. (132)

الصيغة الأولى مناسبة للحساب.

عادةً ما تمر كمية خليط الغازات (أو الغازات) عبر حجمها. لكن الحجم يعتمد على الحالة الحقيقية للغاز ، أي إذا كان حجم العمل للغاز معروفًا بحالة معينة الخامس، ثم في حالات أخرى ، ستكون أحجام الغاز المقابلة مختلفة. من أجل الوضوح ، يتم أخذ الأحجام للظروف العادية والقياسية. في الحسابات التقنية وحسابات تخزين ونقل الغاز ، وكذلك في الحسابات التجارية ، يتم إحضار حجم الغاز إلى الحالة القياسية.

الصيغة الخاصة بجلب حجم العمل للغاز حالة طبيعية(الحجم العادي) مثل هذا:

. (133)

صيغة جلب حجم العمل للغاز إلى الحالة القياسية (الحجم التجاري):

. (134)

هنا [ ص] = الآلام والكروب الذهنية.

مطلوب الخصائص الفيزيائية والكيميائيةيشمل خليط الغاز المعلمات التالية: الكتلة المولية م، درجة الحرارة الزائفة تيكر ، الضغط السياسي الزائف صكر ، حجم pseudocritical الخامس kr ، السعة الحرارية النوعية للغاز عند ضغط ثابت ، اللزوجة الديناميكية ومعامل التوصيل الحراري λ . يتم تحديدها من خلال خصائص كل مكون من مكونات الخليط.

يتميز تكوين خليط الغاز بالكتلة أو الحجم أو الكسور الجزيئية لكل مكون. الكسور الحجمية لكل مكون من الخليط تساوي الكسور الجزيئية المقابلة ومن السهل حسابها. دع الكسور الحجمية لكل مكون من مكونات الخليط في 1 , في 2 , في 3 ، إلخ. ثم تكون الصيغة التالية صحيحة دائمًا لمزيج الغاز بأكمله:

يتم تحديد المعلمات المتبقية للخليط في مصادر مختلفة بشكل مختلف. أسهل طريقة هي طريقة التحديد وفقًا لقاعدة الجمع (الجمع النسبي). هذه الطريقة سهلة الاستخدام ولكنها ليست دقيقة للغاية. يتم استخدامه في حسابات تقريبية ويعطي نتيجة جيدة جدًا عندما تكون نسبة الميثان في الخليط 96٪ على الأقل (خاصة عند حساب اللزوجة). لذا.

الغاز الطبيعي هو الوقود الأكثر استخدامًا اليوم. يُطلق على الغاز الطبيعي اسم الغاز الطبيعي لأنه يُستخرج من أحشاء الأرض.

عملية احتراق الغاز هي تفاعل كيميائي، حيث يتم تفاعل الغاز الطبيعي مع الأكسجين الموجود في الهواء.

يوجد في الوقود الغازي جزء قابل للاحتراق وجزء غير قابل للاحتراق.

المكون الرئيسي القابل للاحتراق للغاز الطبيعي هو الميثان - CH4. يصل محتواها من الغاز الطبيعي إلى 98٪. الميثان عديم الرائحة والطعم وغير سام. حد قابليته للاشتعال من 5 إلى 15٪. هذه هي الصفات التي جعلت من الممكن استخدام الغاز الطبيعي كأحد الأنواع الرئيسية للوقود. يشكل تركيز الميثان أكثر من 10٪ خطورة على الحياة ، لذلك يمكن أن يحدث الاختناق بسبب نقص الأكسجين.

لاكتشاف تسرب الغاز ، يتعرض الغاز للرائحة ، بمعنى آخر ، يتم إضافة مادة قوية الرائحة (إيثيل مركابتان). في هذه الحالة ، يمكن اكتشاف الغاز بالفعل بتركيز 1٪.

بالإضافة إلى الميثان ، قد توجد غازات قابلة للاحتراق مثل البروبان والبيوتان والإيثان في الغاز الطبيعي.

لضمان احتراق الغاز عالي الجودة ، من الضروري إدخال الهواء إلى منطقة الاحتراق بكميات كافية وتحقيق خلط جيد للغاز مع الهواء. تعتبر النسبة 1: 10 هي النسبة المثلى ، أي أن عشرة أجزاء من الهواء تسقط على جزء واحد من الغاز. بالإضافة إلى ذلك ، من الضروري إنشاء ما يلزم نظام درجة الحرارة. من أجل اشتعال الغاز ، يجب تسخينه إلى درجة حرارة الاشتعال ، ويجب ألا تنخفض درجة الحرارة في المستقبل عن درجة حرارة الاشتعال.

من الضروري تنظيم إزالة منتجات الاحتراق في الغلاف الجوي.

يتحقق الاحتراق الكامل في حالة عدم وجود مواد قابلة للاحتراق في نواتج الاحتراق المنبعثة في الغلاف الجوي. في هذه الحالة ، يتحد الكربون والهيدروجين معًا ويشكلان ثاني أكسيد الكربون وبخار الماء.

بصريًا ، مع الاحتراق الكامل ، يكون اللهب أزرق فاتح أو بنفسجي مزرق.

احتراق كامل للغاز.

الميثان + الأكسجين = ثاني أكسيد الكربون + الماء

CH 4 + 2O 2 \ u003d CO 2 + 2H 2 O

بالإضافة إلى هذه الغازات ، يدخل النيتروجين والأكسجين المتبقي إلى الغلاف الجوي بغازات قابلة للاحتراق. N 2 + O 2

إذا لم يكتمل احتراق الغاز ، فإن المواد القابلة للاحتراق تنبعث في الغلاف الجوي - أول أكسيد الكربون ، والهيدروجين ، والسخام.

يحدث الاحتراق غير الكامل للغاز بسبب عدم كفاية الهواء. في الوقت نفسه ، تظهر ألسنة السخام بصريًا في اللهب.

يكمن خطر الاحتراق غير الكامل للغاز في أن أول أكسيد الكربون يمكن أن يتسبب في تسمم أفراد غرفة الغلاية. يمكن أن يسبب محتوى ثاني أكسيد الكربون في الهواء 0.01-0.02٪ تسمم خفيف. يمكن أن تؤدي التركيزات العالية إلى التسمم الحاد والوفاة.

يستقر السخام الناتج على جدران الغلايات ، مما يؤدي إلى تفاقم انتقال الحرارة إلى المبرد ، مما يقلل من كفاءة غرفة الغلاية. ينقل السخام حرارة أسوأ 200 مرة من غاز الميثان.

من الناحية النظرية ، هناك حاجة إلى 9 م 3 من الهواء لحرق 1 م 3 من الغاز. في الظروف الحقيقية ، هناك حاجة إلى مزيد من الهواء.

وهذا يعني أن هناك حاجة إلى كمية زائدة من الهواء. تُظهر هذه القيمة ، المشار إليها بـ alpha ، عدد المرات التي يتم فيها استهلاك الهواء أكثر مما هو ضروري من الناحية النظرية.

يعتمد معامل ألفا على نوع موقد معين وعادة ما يتم وصفه في جواز سفر الموقد أو وفقًا لتوصيات منظمة التكليف.

مع زيادة كمية الهواء الزائد عن الكمية الموصى بها ، يزداد فقد الحرارة. مع زيادة كبيرة في كمية الهواء ، يمكن أن يحدث فصل اللهب ، مما يؤدي إلى خلق طارئ. إذا كانت كمية الهواء أقل من الموصى به ، فسيكون الاحتراق غير مكتمل ، مما يؤدي إلى خطر تسمم موظفي غرفة الغلاية.

لمزيد من التحكم الدقيق في جودة احتراق الوقود ، توجد أجهزة - أجهزة تحليل الغازات التي تقيس المحتوى بعض الموادفي غازات العادم.

يمكن تزويد أجهزة تحليل الغاز بالغلايات. إذا لم تكن متوفرة ، يتم إجراء القياسات ذات الصلة من قبل المنظمة المكلفة باستخدام أجهزة تحليل الغاز المحمولة. يتم تجميع خريطة النظام التي يتم فيها تحديد معلمات التحكم الضرورية. من خلال التمسك بها ، يمكنك ضمان الاحتراق الكامل الطبيعي للوقود.

المعلمات الرئيسية للتحكم في احتراق الوقود هي:

• نسبة الغاز والهواء التي يتم توفيرها للشعلات.

• نسبة الهواء الزائد.

• صدع في الفرن.

• معامل في الرياضيات او درجة عمل مفيدسخان مياه.

في الوقت نفسه ، تعني كفاءة الغلاية نسبة الحرارة المفيدة إلى قيمة إجمالي الحرارة المنفقة.

تكوين الهواء

1.1.1. البيانات الأولية:

التركيب الكيميائي للغاز الجاف (٪ بالحجم):

1.1.3. القيمة الحرارية للغاز:

Q p n \ u003d 385.18CH wl 4 + 637.48C 2 H wl 6 + 912.3C 3 H wl 8 + 1186.46C 4 H wl 1 0 + 1460.77C 5 H wl 1 2، kJ / nm 3

Q p n \ u003d 385.18 ⋅ 97.0 + 637.48 ⋅ 0.5 + 912.3 ⋅ 0.3 + 1186.46 ⋅ 0.1 + 1460.77 ⋅ 0.2 = 35746.69 ، كيلوجول / نانومتر 3

Q p n \ u003d 85.55CH wl 4 + 152.26C 2 H wl 6 + 217.9C 3 H wl 8 + 283.38C 4 H wl 1 0 + 348.9C 5 H wl 1 2، kcal / nm 3

Q p n \ u003d 85.55 ⋅ 97.0 + 152.26 ⋅ 0.5 + 217.9 ⋅ 0.3 + 283.38 ⋅ 0.1 + 348.9 ⋅ 0.2 \ u003d 8538 ، كيلو كالوري / نانومتر 3.

1.1.4. الكمية المطلوبة نظريًا من الهواء الجاف:

V تقريبًا في \ u003d 4.762 (2CH 4 + 3.5C 2 H 6 + 5C 3 H 8 + 6.5C 4 H 10 + 8C 5 H 12) / 100 ، نانومتر 3 / نانومتر 3

V تقريبًا = 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 نانومتر 3 / نانومتر 3.

1.1.5. كمية الهواء المطلوبة نظريًا مع مراعاة رطوبتها:

V حول v.vl \ u003d (1 + 0.0016d) ⋅ V حوالي in ، نانومتر 3 / نانومتر 3

الخامس حول v.vl \ u003d (1 + 0.0016 ⋅ 10) ⋅ 9.5 \ u003d 9.65 نانومتر 3 / نانومتر 3 ،

حيث: 0.0016 \ u003d 1.293 / (0.804 ⋅ 1000) هو عامل التحويل لوحدات وزن رطوبة الهواء ، معبرًا عنها بالجرام / كجم من الهواء الجاف ، إلى وحدات الحجم - نانومتر 3 من بخار الماء الموجود في 1 نانومتر 3 من الهواء الجاف.

1.1.6. المقدار الفعلي للهواء الجاف بمعامل هواء زائد α = 1.2:

V α \ u003d α ⋅ V تقريبًا في \ u003d 1.2 ⋅ 9.5 \ u003d 11.4 نانومتر 3 / نانومتر 3

1.1.7. الكمية الفعلية الهواء الجويمع المعامل الزائد α = 1.2:

V ′ α \ u003d α ⋅ V حول v.vl \ u003d 1.2 ⋅ 9.65 \ u003d 11.58 نانومتر 3 / نانومتر 3

1.1.8. عدد نواتج الاحتراق عند α = 1.2:

V CO 2 \ u003d 0.01 (CO 2 + CH 4 + 2C 2 H 6 + 3C 3 H 8 + 4C 4 H 10 + 5C 5 H 12) ، نانومتر 3 / نانومتر 3

V CO 2 \ u003d 0.01 (0.1 + 97 + 2 ⋅ 0.5 + 3 ⋅ 0.3 + 4 ⋅ 0.1 + 5 ⋅ 0.2) \ u003d 1.004 نانومتر 3 / نانومتر 3

V H2 O \ u003d 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 а) ، نانومتر 3 / نانومتر 3

V H2 O = 0.01 \ u003d 2.176 نانومتر 3 / نانومتر 3

V N 2 \ u003d 0.01N 2 + 0.79V а ، نانومتر 3 / نانومتر 3

V N 2 \ u003d 0.01 ⋅ 0.8 + 0.79 ⋅ 11.4 \ u003d 9.014 نانومتر 3 / نانومتر 3

V O 2 \ u003d 0.21 (α - 1) V حوالي بوصة ، نانومتر 3 / نانومتر 3

V O 2 \ u003d 0.21 ⋅ (1.2 - 1) ⋅ 9.5 \ u003d 0.399 نانومتر 3 / نانومتر 3

الكمية الإجمالية لمنتجات الاحتراق:

V DG \ u003d V CO 2 + V H2 O + V N 2 + V O 2، nm 3 / nm 3

V DG \ u003d 1.004 + 2.176 + 9.014 + 0.399 = 12.593 نانومتر 3 / نانومتر 3

1.1.9. التركيب النسبي لمنتجات الاحتراق:

ثاني أكسيد الكربون \ u003d 1.004 ⋅ 100 / 12.593 ≅ 7.973٪

H 2 O \ u003d 2.176 ⋅ 100 / 12.593 ≅ 17.279٪

العدد 2 \ u003d 9.014 ⋅ 100 / 12.593 ≅ 71.579٪

O 2 \ u003d 0.399 ⋅ 100 / 12.593 ≅ 3.168٪

الإجمالي: 99.999٪ أو بدقة منزلتين عشريتين - 100٪.

1.1.10 التوازن المادي لعملية الاحتراق لكل 100 نانومتر 3 من الغاز (يتم تحويل نانومتر 3 من كل غاز إلى كجم عن طريق الضرب في كثافته - س ، كجم / نانومتر 3).

1.1.11. المحتوى الحراري الإجمالي لمنتجات الاحتراق عند t in \ u003d 20 ° C و á in \ u003d 1.2:

أنا مجموع = Q p n / V DG + V ′ á ⋅ i ′ in / V DG، kJ / nm 3 (kcal / nm 3)

أنا المجموع \ u003d 35746.69 / 12.593 + 11.58 ⋅ 26.38 / 12.593 = 2862.9 كيلوجول / نانومتر 3 أو

أنا المجموع \ u003d 8538 / 12.593 + 11.58 ⋅ 6.3 / 12.593 = 683.8 كيلو كالوري / نانومتر 3 ،

أين: أنا′ في = مع في⋅ تي في = 1,319 ⋅ 20 \ u003d 26.38 كيلو جول / نانومتر 3 أو

أنا′ في = مع في⋅ تي في = 0,315 ⋅ 20 \ u003d 6.3 كيلو كالوري / نانومتر 3

يمكن أيضًا تحديد i ′ in من مخطط i-tأرز. 7.1

1.1.12. درجة حرارة الاحتراق النظرية عند α = 1.2

t theor \ u003d 1775 ° C ، وفقًا لمخطط i-t في الشكل. 7.2

1.1.13 معامل الحفاظ على الحرارة في الفرن:

ϕ \ u003d 1 - س 5/100 \ u003d 1 - 0.5 / 100 \ u003d 0.995

حيث: q 5 - فقدان الحرارة في بيئة، تعتمد على ميزات تصميم الفرن ، في المثال q 5 نأخذ ما يعادل 0.5٪.