Pr3

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Инженерная школа природных ресурсов

Направление 21.03.01 Нефтегазовое дело

Отделение нефтегазового дела

Специализация – Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений

ОТЧЕТ

по практической работе № 3

Определение теплоты сгорания газов

Вариант - 5

по дисциплине: Химия нефти и газа

Студент,

группы О-2Б11 В.Д. Бочкарев

(подпись, дата)

Преподаватель

к.т.н., доцент ОНД ИШПР С.Н. Джалилова

_______________

оценка

Томск – 2023

Цель работы: вычислить для проанализированной смеси газов высшую и низшую теплоту сгорания при стандартных и нормальных условиях. Изучить зависимость теплоты сгорания веществ от условий (при НУ и СУ). Изучить методы определения теплоты сгорания веществ.

Теоретическая часть.

Показатели качества газа, подаваемого потребителю, должны учитывать разные технические соображения:

• необходимость обеспечения магистрального транспорта газа в однофазном состоянии, т. е. без выделения из газа в трубопроводе углеводородной или водной жидких фаз, а также льда или твердых газовых гидратов;

• предотвращение коррозии трубопроводов, арматуры, контрольно-измерительных приборов и т. п.;

• необходимость обеспечения потребительских качеств газа как топлива или углеводородного сырья, в частности, теплотворной способности. Технические требования на качество природного газа в настоящее время нормируются тремя стандартами.

1. Отраслевым стандартом на газы горючие природные, поставляемые и транспортируемые по магистральным газопроводам, ОСТ 51.40-93.

2. Государственным стандартом 5542-87 на газы природные для промышленного и коммунально-бытового назначения.

3. Государственным стандартом 27577-2000 на газ природный топливный компримированный для двигателей внутреннего сгорания.

Нормирование показателей качества природных газов несколькими нормативно-техническими документами определяется различием требований на показатели качества газа для магистрального транспорта и для использования его в промышленности, в быту и как топлива для газобаллонных автомобилей. Для характеристики горючих газов требуется знать не только компонентный состав газовой смеси, но и ее теплотворную способность, а также плотность и влажность.

Объемной теплотой сгорания газа называется количество теплоты в ккал или МДж, которое выделяется при полном сгорании в воздухе 1 м³ сухого газа, взятого при стандартных условиях измерения. Теплота сгорания углеводорода зависит от содержания в молекуле водорода и соотношения углерод:водород. Чем больше в молекуле атомов водорода, тем выше теплота сгорания.

Методы определения теплоты сгорания природного газа подразделяют на прямые и косвенные. К прямым – относят калориметрические методы, к косвенным – расчетный метод.

Калориметрические методы основаны на измерениях количества теплоты, выделяющейся при полном сгорании известного количества газа, в приборах специальной конструкции – калориметрах.

Расчетный метод основан на определении теплоты сгорания по компонентному составу, определенному хроматографическим методом по ГОСТ 23781, и известным табличным значениям теплоты сгорания чистых компонентов по ГОСТ 22667-82.

Расчетная часть

Задача 1. По результатам работы по хроматографическому анализу газа, вычислить для проанализированной смеси газов высшую и низшую теплоту сгорания при стандартных и нормальных условиях.

Решение.

Таблица 1 – Теплота сгорания газа, МДж/м³

Таблица 2 – Исходные данные предыдущей работы.

Компоненты	Объемная доля компонента, vi	Молярная масса компонента, Mi, г/моль	Массовая доля компонента, gi, %	Массовая доля компонента, gi, %
			НУ	СУ
Метан и неуглеводородные компоненты	0,9288	16	0,79653	0,80171
Диоксид углерода	0,0000	44	0,00000	0,00000
Этан	0,0213	30	0,03451	0,03446
Пропан	0,0116	44	0,02787	0,02752
i-Бутан	0,0068	58	0,02179	0,02127
n-Бутан	0,0135	58	0,04360	0,04222
i-Пентан	0,0068	72	0,02808	0,02640
n-Пентан	0,0073	72	0,03014	0,02834
i-Гексан	0,0027	86	0,01210	0,01252
n-Гексан	0,0012	86	0,00538	0,00556
Сумма (свойство смеси)	1	–	1	1

Условимся, что расчеты будем производить в Excel.

Массовую долю найдем через следующее соотношение:

Теплоту сгорания найдем расчетным методом по формуле:

Результаты расчета занесем в таблицы 3 и 4.

Таблица 3 – Таблица для записи результатов расчета теплоты сгорания компонента при стандартных и нормальных условиях.

Компоненты	Теплота сгорания компонента при НУ Qi, МДж/м3		Теплота сгорания компонента при СУ Qi, МДж/м3		Вклад компонента в QH смеси при НУ		Вклад компонента в QH смеси при СУ
	высшая	низшая	высшая	низшая	высшая	низшая	высшая	низшая
Метан и неуглеводородные компоненты	39,82	35,88	37,1	33,41	0,0331	0,0323	0,0333	0,0324
Диоксид углерода	12,64	12,64	11,78	11,78	0,0105	0,0114	0,0106	0,0114
Этан	70,31	64,36	65,38	59,85	0,0584	0,0579	0,0586	0,0581
Пропан	101,21	93,18	93,98	86,53	0,0841	0,0838	0,0842	0,0840
i-Бутан	132,96	122,78	123,25	113,81	0,1104	0,1104	0,1105	0,1105
n-Бутан	133,8	123,57	123,72	114,27	0,1111	0,1111	0,1109	0,1109
i-Пентан	169,27	156,63	155,65	144,02	0,1406	0,1409	0,1395	0,1398
n-Пентан	169,27	156,63	155,65	144,02	0,1406	0,1409	0,1395	0,1398
i-Гексан	187,4	173,17	174,62	161,36	0,1556	0,1557	0,1565	0,1566
n-Гексан	187,4	173,17	174,62	161,36	0,1556	0,1557	0,1565	0,1566
Сумма (свойство смеси)	-	-	-	-	1	1	1	1

Таблица 4 – Таблица для записи результатов расчета теплоты сгорания газов при стандартных и нормальных условиях.

Компоненты	Теплота сгорания газов при НУ, Q, МДж/м3	Теплота сгорания газов при НУ, Q, МДж/м3	Теплота сгорания газов при СУ Q, МДж/м3	Теплота сгорания газов при СУ Q, МДж/м3
	QВi * vi	QНi * vi	QВi * vi	QНi * vi
Метан и неуглеводородные компоненты	36,984816	33,325344	34,45848	31,031208
Диоксид углерода	0	0	0	0
Этан	1,497603	1,370868	1,392594	1,274805
Пропан	1,174036	1,080888	1,090168	1,003748
i-Бутан	0,904128	0,834904	0,8381	0,773908
n-Бутан	1,8063	1,668195	1,67022	1,542645
i-Пентан	1,151036	1,065084	1,05842	0,979336
n-Пентан	1,235671	1,143399	1,136245	1,051346
i-Гексан	0,50598	0,467559	0,471474	0,435672
n-Гексан	0,22488	0,207804	0,209544	0,193632
Сумма (свойство смеси)	45,48445	41,164045	42,325245	38,2863

Аналитическая часть

При исследовании теплоты сгорания смеси, анализируемой в прошлой работе, мы воспользовались расчетным методом. Суть метода состоит в том, что теплота сгорания смеси находится из теплоты сгорания каждого компонента. В нашем случае мы взяли высшую и низшую теплоту сгорания для СУ и НУ каждого компонента (таблица 3), определили вклад значений в общую теплоту сгорания смеси как отношение теплоты сгорания компонента к теплоте сгорания смеси, а затем все это вычислили в соотношении к долям компонентов смеси (таблица 4, формулы в столбцах). Логично получили зависимость, которая повторяет зависимость теплоты сгорания однокомпонентных газов – с увеличением температуры (в нашем рассматриваемом эксперименте давление было неизменным) теплота сгорания понижается. Данный эффект обусловлен тем, что при повышении температуры топлива продукты ближе к температуре конденсации влаги, при которой теплота от конденсации будет переходить к калориферу.

Вывод

Изучены методы определения теплоты сгорания газов. В качестве анализируемого был выбран многокомпонентный газ из предыдущей работы. Произведено определение теплоты сгорания расчетным методом на основе значений компонентов смеси. Отмечена зависимость теплоты сгорания (как высшей, так и низшей) от температуры смеси – при повышении температуры теплота сгорания становится ниже.