2020-01-15
129
Расчет физико-химических параметров газа
Все газы подразделяются на два класса: природные и искусственные.
Природные газы подразделяются на три группы:
газы, добываемые из чисто газовых месторождений; они представляют собой газ, содержащий мало тяжелых углеводородов;
газы, добываемые из конденсатных месторождений; они представляют собой смесь газа и конденсата широкой фракции, состоящей из бензина, лигроина, керосина, а иногда и солярового масла;
газы, добываемые вместе с нефтью из нефтяных месторождений; это нефтяные газы, представляющие смесь газа с газовым бензином и пропан - бутановой фракцией.
Газ, добываемый из чисто газовых месторождений, состоит в основном из метана, содержание которого составляет 82-98%. Малое содержание тяжелых углеводородов объясняется процессом избирательной миграции углеводородного вещества через пористые породы. За длительный путь миграции в газе остаются только легкие составляющие.
Газ, добываемый из конденсатных месторождений, содержит также значительное количество метана (80-95 %), а нефтяной газ – 30-70 %.
|
|
|
Природные газы состоят преимущественно из предельных углеводородов (алканов). Но в них часто имеются компоненты (сероводород, диоксид углерода, азот и водяные пары), ухудшающие качество газа.
Искусственные газы получаются из твердых топлив в газогенераторах, тоннельных и прочих печах при высоких температурах, а иногда и при повышенных давлениях.
Газы могут находиться в различном агрегатном состоянии в зависимости от давления и температуры.
Метан, этан и этилен при обычных условиях (293-303 К и атмосферном давлении) являются реальными газами. Пропан, пропилен, бутан и бутилены при обычных условиях находятся в парообразном состоянии, при повышенных давлениях – в жидком состоянии. Эти углеводороды входят в состав так называемых сжиженных нефтяных газов. Углеводороды, начиная с изопентана и выше, при обычных условиях находятся в жидком состоянии. Они входят в состав бензиновой фракции.
Физико-химические свойства компонентов газовой смеси находятся по справочникам ([5], стр. 216-218, [41], стр. 7-8, табл. 1.6, стр. 10, табл. 1.8; [46], стр.8-9, табл.3; [12], стр. 7, табл.1; [2],стр.16,табл.1) и приведены в таблице 3
Таблица 3 – Состав газа, физико-химические свойства компонентов
| Показатели | Метан | Этан | Пропан | Изобутап | Нормальный бутан | Изолентан | Нормальный пентан | Гексан | ||
| Химическая формула | СН4 | С2Н6 | С3Н8 | i-С4H10 | n-С4Н10 | i-С5H12 | n-С5Н12 | C6H14 | ||
| Молекулярная масса | 16,043 | 30,070 | 14.097 | 58.124 | 58,124 | 72.151 | 72,151 | 86,178 | ||
| Массовая доля углерода, % | 74,87 | 79,96 | 81,80 | 82/66 | 82,66 | 83.23 | 83,23 | 83.62 | ||
| Газовая постоянная, Дж/(кг∙К) | 521 | 278 | 189 | 143 | 143 | 115 | 115 | 96 | ||
| Температура плавления при 0,1013 МПа, °С
| -182,5 | - 172,5 | - 187,5 | - 145,0 | - 135.0 | - 160,6 | - 129,7 | - 95.5 | ||
| Температура кипения при 0,1013 МПа, °С | -161,3 | -88,6 | -42,2. | - 10,1 | -0,5 | + 28 | + 36.2 | + 69,0 | ||
| Критические параметры: | ||||||||||
| температура, К | 190,7 | 306,2 | 369,8 | 407,2 | 425,2 | 461,0 | 470,4 | 508,0 | ||
| давление абсолютное, МПа | 4,7 | 4,9 | 4,3 | 3,7 | 3,8 | 3,3 | 3,4 | 3,9 | ||
| плотность, кг/м3 | 162,0 | 210,0 | 225,5 | 232,5 | 225,2 | — | 232,0 | — | ||
| удельный объем, м3/кг | 0, 0062 | 0,0047 | 0,004 1 | 0,0043 | 0,0044 | — | 0.0043 | — | ||
| Плотность газа при 0,1013 МПа и 0°С, кг/м5 | 0,717 | 1,344 | 1,967 | 2.598 | 2,598 | 3.220 | 3,220 | 3.880 | ||
| Относительная плотность газа по воздуху | 0,5545 | 1,038 | 1.523 | 2,007 | 2,007 | 2,488 | 2.488 | 2,972 | ||
| Удельный объем газа при 0,1013МПа и 0° С, м3/кг | 1,400 | 0,746 | 0,510 | 0,385 | 0,385 | 0,321 | 0,321 | 0,258 | ||
| Плотность в жидком состоянии при температуре кипения, и 0,1013 МПа, кг/м
| 416 | 54 6 | 585 | 582 | 600 | 625 | 637 | 564 | ||
| Удельная теплоемкость при 0,1013 МПа и 273 К, Дж/(кг·К): | ||||||||||
| газа при постоянном давлении Cр | 2220 | 1729 | 1560 | 1490 | 14 90 | 1450 | 1450 | 1410 | ||
| газа при постоянном объеме Су | 1690 | 1430 | 1350 | 1315 | 1315 | 1290 | 1290 | 1272 | ||
| Отношение теплоемкостей газа Cр/Су, при 273К(0°С) МПа, кДж/кг Теплота испарения при 0,1013
| 1,310 | 1,198 | 1.161 | 1,144 | 1,144 | 1,121 | 1,121 | 1,113 | ||
| Теплота испарения при 0,1013МПа, кДж/кг | 570 | 490 | 427 | 352 | 394 | 357 | 341 | 341 | ||
| Теплота плавления при 0,1013МПа, кДж/кг | 60,8 | 95,2 | 80,1 | 77,6 | 75,5 | 70,9 | 46,3 | 151,5 | ||
| Теплопроводность при 273К (0°С), Вт/(м∙К) | 0,299 | 0,0181 | 0,0118 | 0,0135 | 0.0133 | 0,0128 | 0,0128 | - | ||
| Октановое число | 125 | 125 | 125 | 99 | 91 | - | - | - | ||
| Теплота сгорания при 0,1013 | ||||||||||
| МПа и 288 К, МДж/кг: | ||||||||||
| высшая | 55,7 | 52,0 | 49,9 | 49,5 | 49,5 | 49,3 | 49,3 | 48,7 | ||
| низшая Теплота сгорания при 0,1013 | 50,2 | 47,4 | 46,4 | 45,7 | 45,7 | 45,4 | 45,4 | 45.2 | ||
| Теплота сгорания при МПа и 288 К. МДж/м3: | ||||||||||
| высшая | 37,3 | 66,2 | 93.9 | 121,7 | 121,7 | 150,0 | 150,0 | 178.2 | ||
| низшая | 33,6 | 60,4 | 86,3 | 108,6 | 108,6 | 134,0 | 134,0 | 158,5 | ||
| Количество воздуха для сжигания | ||||||||||
| 1 м3 газа, м3/м3 | 9.54 | 16,67 | 23,82 | 30,97 | 30,97 | 38,11 | 38,11 | 45.20 | ||
| 1 кг газа, кг/кг | 17,22 | 16,10 | 15.65 | 15,43 | 15.43 | 15,30 | 15,30 | 15,21 | ||
| Температура воспламенения с воздухом, °С | 680-750 | 530-605 | 510-580 | 475-550 | 475-550 | |||||
| Теоретическая температура горения, °С | 1830 | 2020 | 2043 | 2057 | 2057 | 2080 | 2090 | 2090 | ||
| Предел взрываемостн, об. %: | ||||||||||
| низший | 5,35 | 3,20 | 2,30 | 1,80 | 1.90 | 1,32 | 1,40 | 1,25 | ||
| высший | 14,9 | 12,5 | 9,5 | 8.4 | 8.5 | — | 7.8 | 6,9 | ||
| Объем газа после испарения жидкости, приведенный к 0.1013 МПа и 273 К, м3/м3 | 442,1 | 311,1 | 272,9 | 229,-1 | 237,5 | 204,6 | 206,6 | 182,0 | ||
| Коэффициент динамической вязкости при 273 К и 0,1013 МПа·10-4Па∙с | 10,3 | 8,3 | 7.5 | 6,9 | 6,9 | 6,2 | 6,2 | 5,9 | ||
| Критический коэффициент сжимаемости
| 0,290 | 0,285 | 0,277 | 0.283 | 0,274 | 0,268 | 0,269 | 0,264 | ||
| Критический молярный объем V кр. см3/моль | 99,5 | 148.0 | 200.0 | 263,0 | 255,0 | 308,0 | 311,0 | 368,0 | ||
| Ацентрический фактор w | 0,013 | 0,105 | 0.152 | 0.192 | 0.20! | 0.208 | 0.252 | 0.290 |
Таблица 4. Средний состав природных газов некоторых газовых месторождений
|
|
|
|
Месторождения |
Состав природных газов, % (мольн.) | ||||||
| Метан (СН4) | Этан (С2Н6) | Пропан (С3Н8) | Бутан (С4Н10) | Пентан (С5Н12) | Углекислый газ (СО2) | Азот и редкие газы | |
| Оренбургское | 82,03 | 4,45 | 1,50 | 0,68 | 1,83 | 3,10 | 1,74 |
| Вуктылское | 74,80 | 8,70 | 3,90 | 1,80 | 6,40 | 0,10 | 4,30 |
| Уренгойское (Валанжин) | 86,12 | 5,91 | 2,44 | 1,00 | 3,18 | 0,23 | 1,12 |
| Шатлыкское | 93,16 | 1,76 | 0,20 | 0,08 | 0,50 | 2,50 | 1,80 |
| Наппское (мел) | 93,45 | 3,46 | 1,05 | 0,41 | 0,53 | 0,82 | 0,82 |
| Крестыщенское | 91,44 | 3,87 | 1,07 | 0,38 | 1,39 | 0,22 | 1,59 |
| Соленинское | 95,30 | 2,95 | 0,05 | 0,22 | 0,73 | 0,50 | 0,25 |
| Пеляткинское | 89,52 | 4,05 | 1,82 | 0,77 | 2,48 | 0,40 | 0,96 |
| Уренгойское | 97.8 | 0.10 | 0.03 | 0.002 | 0.01 | 0. 3 | 1.7 |
| Угерское | 98.0 | 0.45 | 0.25 | 0.30 | 0.10 | 0.1 | 0.8 |
| Шебелинское | 92.0 | 4.0 | 1.10 | 0.52 | 0.26 | 0.12 | 2.0 |
| Медвежье | 98.8 | 0.1 | 0.02 | 0.002 | - | 0.1 | 1.0 |
| Заполярное | 98.6 | 0.07 | 0.02 | 0.013 | 0.01 | 0.18 | 1.1 |
| Степновское | 93.1 | 2.3 | 1.1 | 0.4 | 0.8 | 0.2 | 2.1 |
| Канчуринское | 85.5 | 4.5 | 2.8 | 1.2 | 0.2 | 0.6 | 5.2 |
| Березовское | 95.1 | 1.1 | 0.3 | 0.07 | 0.03 | 0.4 | 3.0 |
| Северо-Став ропольское | 98.3 | 0.34 | 0.17 | 0.04 | 0.02 | 0.13 | 1.0 |
| Каневское | 89.2 | 4.6 | 1.8 | 0.7 | 0.2 | 0.6 | 2.9 |
| Ленинградское | 86.9 | 6.0 | 1.6 | 1.0 | 0.5 | 1.2 | 2.8 |
| Газлинское | 92.7 | 3.2 | 0.9 | 0.47 | 0.13 | 0.1 | 2.5 |
| Карадагское | 93.2 | 2.1 | 1.2 | 1.0 | 1.2 | 0.80 | 0.5 |
| Нибельское | 84.8 | 3.6 | 1.0 | 0.5 | 0.05 | 0.05 | 10 |
