5.2. Горючие газы, их назначение и классификация.

В качестве сырья для производства сжиженного газа используются природный и нефтяной попутный газы, газовый конденсат и нефть.

Технологические особенности получения сжиженного газа определяются источниками производства: нефте- или газопереработкой, нефтехимией. При нефтепереработке (на нефтеперерабатывающих и нефтехимических предприятиях) сжиженный газ — фактически дополнительный продукт при получении бензинов и прочих продуктов. В отраслях газопереработки и частично в нефтехимии ситуация иная: производимый сжиженный газ является основным продуктом для реализации и/или последующей переработки в продукцию более высоких переделов.

Существует два вида газов:

• природные (добываются в газовых месторождениях и как попутные в нефтяных месторождениях);

• промышленные (коксовые, доменные, конверторные, получаемые с помощью газгольдеров и т.д.);

Газы могут использоваться по 3 направлениям:

1. В качестве топлива в силу дешевизны и широкого применения.

2. В качестве исходного сырья для получения ряда продуктов (химия, парфюмерия, пищевые технологии).

3. Для бытовых целей.

Природный газ широко используется в качестве топлива в основных отраслях промышленности. Промышленные газы используются в качестве ВЭРов, служат источником сырья для сопутствующих производств, а в целом ряде случаев просто выбрасываются в атмосферу.

Природные газы.

Горючие природные газы — результат биохимического и термического разложения органических остатков. Чаще месторождения природного газа сосредоточены в пористых осадочных породах (пески, песчаники, галечники), подстеленных или покрытых плотными (например, глинистыми), породами. Во многих случаях «подошвой» для них служат нефть и вода.

В сухих месторождениях газ находится преимущественно в виде чистого метана с очень малым количеством этана, пропана и бутанов. В газоконденсатных, помимо метана, в значительной доле содержатся этан, пропан, бутан и других более тяжелые углеводороды, вплоть до бензиновых и керосиновых фракций. В попутных нефтяных газах находятся легкие и тяжелые углеводороды, растворенные в нефти.

Согласно требованиям ГОСТ 5542-87, горючие свойства природных газов характеризуются числом Воббе, которое представляет собой отношение теплоты сгорания (низшей или высшей) к корню квадратному из относительной (по воздуху) плотности газа.

Пределы колебания числа Воббе весьма широки, поэтому для каждой газораспределительной системы (по согласованию между поставщиком газа и потребителем) требуется установить номинальное значение числа Воббе с отклонением от него не более ±5%, чтобы учесть неоднородность и непостоянство состава природных газов.

По этим причинам при переводе тепловых установок с одного газа на другой необходимо обращать внимание на близость не только значений чисел Воббе обоих газов, которые обеспечивают постоянство тепловой мощности всех горелок, но и всех их физико-химических характеристик. Подсчет чисел Воббе производится по ГОСТ 22667–82 (табл. 3.2), в котором приведены все необходимые для этого данные (высшая и низшая теплота сгорания газов и их относительная плотность) с учетом коэффициента сжимаемости Z различных газов и паров.

Применение природного газа в качестве топлива дает следующие преимущества:

1. Дешевизна.

2. Удобство регулирования режимов горения.

3. Уменьшение эксплуатационных расходов.

4. Компактность устройств и установок для сжигания газа.

5. Высокая экономичность и гигиеничность.

6. Экологическая чистота.

Сжиженные углеводородные газы.

К сжиженным углеводородным газам относят такие, которые при нормальных физических условиях находятся в газообразном состоянии, а при относительно небольшом повышении давления (без снижения температуры) переходят в жидкое. Это позволяет перевозить и хранить сжиженные углеводороды как жидкости, а газообразные регулировать и сжигать как природные газы.

Основные газообразные углеводороды, входящие в состав сжиженных газов, характеризуются высокой теплотой сгорания, низкими пределами воспламеняемости, высокой плотностью (значительно превосходящей плотность воздуха), высоким объемным коэффициентом расширения жидкости (значительно большим, чем у бензина и керосина), что обусловливает необходимость заполнять баллоны и резервуары не более чем на 85–90% их геометрического объема, значительной упругостью насыщенных паров, возрастающей с ростом температуры, и малой плотностью жидкости относительно воды.

Химический состав сжиженных углеводородных газов различен и зависит от источников их получения. Сжиженные газы из попутных нефтяных и газоконденсатных месторождений состоят из предельных (насыщенных) углеводородов — алканов, имеющих общую химическую формулу СnН2n+2. Основными компонентами этих углеводородов являются пропан и бутан.

Недопустимо наличие в сжиженном газе в значительных количествах этана и метана (они резко увеличивают упругость насыщенных паров), пентана и его изомеров (поскольку это влечет за собой резкое снижение упругости насыщенных паров и повышение точки росы).

Сжиженные газы, получаемые на предприятиях в процессе переработки нефти, кроме алканов содержат непредельные (ненасыщенные) углеводороды — алкены, имеющие общую химическую формулу СnН2n (начиная с n = 2). Основными компонентами этих газов, помимо пропана и бутана, являются пропилен и бутилен. Наличие в сжиженном газе в значительных количествах этилена недопустимо, так как ведет к повышению упругости насыщенных паров.

Свойства сжиженных газов для бытовых целей регламентирует ГОСТ Р 52087-2003 «Газы углеводородные сжиженные топливные».

Искусственные газы.

Эти газы делят на две группы. К первой относят газы высокотемпературной (около 1000°С) перегонки, получаемые при нагревании твердого топлива без доступа воздуха: коксохимические, коксогазовые, газосланцевые. Производство горючих газов по этому способу основано на пирогенетическом разложении жирных каменных углей и сланцев под воздействием температуры. Ко второй группе относят газы безостаточной газификации, получаемые в результате нагревания твердого топлива в токе воздуха, кислорода и их смесей с водяным паром: доменные, генераторные, подземной газификации.