Природные, искусственные и сжиженные углеводородные газы

Газообразное топливо – это смесь горючих и негорючих газов, содержащая некоторое количество примесей.

Горючими газами наз-ся естеств. и искусств. газы, способные гореть. Это углеводороды, водород и окись углерода СО.

Негорючие компоненты (баласт) – это азот, кислород, углекислый газ. Примеси: водяные пары, сероводород, пыль, аммиак, цианистые соединения, смолы и др.

Различают горючие газы естественные и искусственные. Природные газы добывают из недр Земли. Они представляют собой смеси газообразных предельных углеводородов метанового ряда (метан, этан, пропан, бутан, пентан, гексан и т.д.).

В природных газах преобладающий - метан. Тяжѐлые гомологи метана (пентан и выше) содержатся в них в незначит. кол-вах. Природные газы не содержат оксид углерода СО ,водород, кислород. Содержание азота и углекислого газа обычно невысокое. Газы некоторых месторождений содержат незначит. кол-во сероводорода.

Газ может быть влажным и сухим. При транспортировке на большие расстояния его предварительно осушают. Прир. газ не имеет запаха. До подачи в сеть его предварительно одорируют (придают ему резкий неприятный запах, кот. должен ощущаться при концентрации в воздухе = 1 процент)

Естеств. газы заключены в земной коре в пустотах и порах остаточных горных пород и в складках земной коры, обращѐнных выпуклостями к верху, т.е. купола. Природные газы образуются в результате бактериального разложения органических остатков.

Природные газы бывают:

1)Из чисто газовых месторождений. Состоят в основном из метана и являются тощими или сухими. Содержание тяжѐлых углеводородов от пропана и выше -менее 50 г/м3. Основные балластные компоненты- азот. Содержание сероводородоа аммиака незначительное. Они легче воздуха. Низшая теплота сгорания от 34000 до 38000 кДж/м3.

2)Из скважин нефтяных месторождений, получаемой совместно с нефтью. Это попутные газы. Помимо метана содержится значительное количество более тяжѐлых углеводородов (более 150 г/м3) и являются жирными. Относительная плотность их по воздуху близка к 1. Имеют более высокую низшую теплоту сгорания от 38000 до 63000 кДж/м3.

3)Из конденсатных месторождений. Это смесь сухого газа и паров тяжѐлых углеводородов начиная с пентана и выше. Содержание тяжѐлых углеводородов- 100-150 г/м3 и они являются жирными. Теплота сгорания у них от 38000 до 42000 кДж/м3, относительная плотность может быть больше или меньше 1 в зав-ти от содержания тяжелых УВ. Для газоснабжения нас. пунктов сухие газы подают без существенной обработки, а из жирных извлекают тяжѐлые углеводороды, которые используют для производства сжиженного газа и моторного топлива. Физико-химические свойства сухих и обезжиренных газов примерно одиноковы. Теплота сгорания 35500 кДж/м3, они легче воздуха,не имеют цвета, запаха,не токсичны,но при скоплении в помещении за счѐт вытеснения воздуха могут вызвать удушье. В определѐнных соотношениях с воздухом образуют взрывоопасную смесь.

Искусственные газыможно разделить на 2 группы:

1)Высокотемпературные (от 900 до 1100 градусов) и среднетемпературные (от 500 до 550 градусов) сухой перегонки твѐрдых и жидких топлив (это нагревание без доступа в-ха). Так получают коксовальный газ и швельгаз.

Основные горючие компоненты коксового газа: -водород – 59%; -метан – 24%; -СО -8%. Низшая теплота сгорания Qн от 16000 до 18000 кДж/м3. ρ=0,45-0,5 кг/м3.

2) Газы без остаточной газификации твѐрдого топлива (частичное сжигание в потоке воздуха,кислорода или смеси их с водяным паром). В результате реакции углерода топлива с кислородом и водяным паром образуются горючие газы, а именно- СО и Н2. Генераторный газ в зависимости от типа дутья может быть воздушный, водяной, смешанный, парокислородный. Состав смешенного газа: Н2-14%; СО-28%; СН4-1%; N2-50%; Qн=5500 кДж/м3; ρ=1,15 кг/м3.

Существенный недостаток искусственных газов - высокая токсичность (из-за СО) и малая теплота сгорания (из-за большого содержания балластных компонентов).

Отдельно рассматривают сжиженные углеводородные газы СУГ. Под СУГпонимают такие индивидуальные углеводороды или их смеси, которые при нормальных условиях находятся в газообразном состоянии, а при незначительном повышении давления без изменении темп-ры или незначит. понижении температуры при атм. давлении переходят в жидкое состояние. Поэтому их называют сжиженными. Сжигаются в виде газа. Основные источники получения СУГ явл. попутные газы и газы конденсатных

месторождений. Основные компоненты - пропан и бутан. СУГ имеют более высокую теплоту сгорания по сравнению с природными газами. В газообразном виде они тяжелее воздуха, а в жидком - легче воды. СУГ не токсичны, но имеют низкие пределы взрываемости в воздухе. И медленную диффузию в атмосферу. Это в сочетании с отсутствием цвета, запаха и вкуса диктует необходимость тщательной их одоризации.

Газонаполнительные станции

ГНС-базы снабжения СУГ,предназначенные для приема,хранения и поставки потребителям СУГ ,поступающего с газобензиновых заводов.

На ГНС выполняются следующие работы:

- прием СУГ от поставщика

- слив СУГ в хранилища

- хранение СУГ в наземных,подземных и изотермических резервуарах,в баллонах и подземных пустотах

- слив неиспарившихся остатков из баллонов и из баллонов,имеющих неисправности

- розлив СУГ в баллоны,передвижные резервуары и автоцистерны

- прием пустых и выдача наполненных баллонов

- транспортировка СУГ по внутренней сети трубопроводов и в баллонах

- ремонт баллонов и их переосвидетельствование

- технологическое обслуживание оборудования на станции

В ряде случаев на ГНС также производится:

- заправку автомобилей,работающих на СУГ

- регазификация СУГ

- смешение паров СУГ с воздухом или низкокалорийными газами

- выдача паров газовоздушной или газовой смеси в городские распределительные системы

Для выполнения этих операций на ГНС есть следующие отделения и цеха:

- сливная эстакада с ж/д веткой или ввод трубопроводов жидкой фазы СУГ

- база хранения СУГ,состоящая из наземного или подземного резервуара,работающих под давлением,изотермического хранилища или подземных хранилищ в пустотах

- насосно-компрессорный цех для слива СУГ из ж/д цистерн в хранилища и подачи его для наполнения баллонов и автоцистерн

- цех для наполнения баллонов и слива неиспарившихся тяжелых остатков. В этот цех может входить отделение по регазификации СУГ и смешению его с воздухом

- склад суточного запаса пустых и заправленных баллонов

- колонки для наполнения автоцистерн

- коммуникации жидкой и паровой фаз,связывающие все отделения и цеха,и обеспечивающие перемещение потоков жидкости и пара

ГНС размещают вне населенных пунктов с подветренной стороны.Расстояние от ГНС до зданий и сооружений 40-200м. По периметру они ограждаются ж/б забором высотой 2,4м.

При емкости резервуаров хранилища больше 200 м3 ГНС разделяется легкой оградой на 2 зоны: рабочую и вспомогательную (адм-хоз,гаражи и т.п)

5. Горение газа. Реакции горения газообразного топлива

Горение газа –процесс быстрого окисления углерода и водорода топлива, сопровождающееся выделением тепла, света и продуктов сгорания. Реакции горения описываются стехеометрическими уравнениями, характеризующими качеств. и количеств. стороны реакции до начала ее и после ее завершения:

Н2+0,5О2=Н2О+Q; СО+0,5О2=СО2+Q;

СН4+2О2=СО2+2Н2О+Q – реакция горения метана

При горении в воздухе учитываем, что соотношение м/у азотом и кислородом: N2/О2=79/21=3,76, тогда реакция горения будет выглядеть так:

Н2+0,5О2+0,5∙3,76N2=Н2О+0,5∙3,76N2+Q

СН4+2О2+2*3,76N2=СО2+2Н2О+2*3,76N2+Q

Теоретически для сжигания 1м3 газа необходимо 9м3 воздуха. В реальных условиях воздуха требуется больше.

СnHm+(n+m/4)O2+3.76(n+m/4)N2 = nCO2+(m/2)H2O+3.76(n+m/4)N2+Q.

Из этого выражения следует, что для сжигания 1м3 СnHm надо (n+m/4) м3 кислорода и 4,76 (n+m/4) м3 в-ха

Если сгорание газа происходит не полностью, то в атмосферу выбрасываются горючие вещества – угарный газ, водород, сажа.