Тема 1. Общие сведения о горючих газах

Горючие газы делятся на две большие группы: 1- природные газы, 2- искусственные газы. Горючие газы являются топливом, используются для газоснабжения городов, населенных пунктов, промышленных и сельскохозяйственных предприятий. Природные газы- ценное сырье химической промышленности и топливо для автотранспорта.

1. Природные газы

Природные газы добываются из недр земли и представляют собой смесь углеводородов метанового ряда, в которую могут входить: метан, этан, пропан, Н-бутан, изобутан, пентан. Природные газы не содержат водорода, окиси углерода и кислорода. Содержание азота и диоксида углерода обычно не высоко. Газы некоторых месторождений содержат сероводород. В таб. 1.1 приведены физические характеристики и теплота сгорания чистых горючих газов при температуре 0⁰С и давлении 101,3 кПа.

Таблица 1.1. Характеристика чистых горючих газов

Газ	Химическая формула	Плотность, кг/м3	Относительная плотность по воздуху	Теплота сгорания
				МДж/кг		МДж/м3
				высшая	низшая	высшая	низшая
Метан	СН4	0.7168	0.5545	55.59	50.08	39.86	35.84
Этан	С2Н6	1.3566	1.049	51.92	47.52	70.42	63.73
Пропан	С3Н8	2.019	1.562	50.37	46.39	101.74	93.37
Н-бутан	С4Н10	2.703	2.091	49.57	45.76	133.98	123.77
Изобутан	С4Н10	2.668	2.064	49.45	45.68	131.89	121.84
Пентан	С5Н12	3.221	2.491	49.20	45.43	158.48	146.34
Водород	Н2	0.090	0.0695	141.9	120.08	12.77	10.8

Из таблицы 1.1 следует, что пропан, Н-бутан, изобутан, пентан значительно тяжелее воздуха, поэтому их называют тяжелыми углеводородами. Плотность является важнейшей характеристикой газа, определяющей условия эксплуатации газовых систем.

Теплоту сгорания разделяют на высшую и низшую. Низшая теплота сгорания, в отличие от высшей, не учитывает тепло, теряемое с парами воды ( для углеводородов различие высшей и низшей теплоты сгорания не превышает 10%). Высшая теплота сгорания углеводородов, отнесенная к единице массы (МДж/кг) находится на уровне 50 МДж/кг. Эта величина примерно в 3 раза ниже высшей теплоты сгорания водорода, принимаемого в качестве эталона горючего газа. Высшая теплота сгорания, отнесенная к единице объема ( МДж/м³) возрастает с увеличением плотности углеводородов: метан –39.86 МДж/м³, пентан- 158.48 МДж/м³

( различие в 4 раза). По этой характеристике водород значительно уступает углеводородам: метану в 3 раза, пентану – в 12 раз. Отметим, что 1м³ метана примерно эквивалентен 1 л бензина, керосина, дизельного топлива, мазута и 1,3 кг каменного угля.

Состав природных газов зависит от месторождений. По этому признаку природные газы подразделяются на три группы:

1.Природные газы , добываемые из чисто газовых месторождений. Они состоят из метана и являются тощими и сухими. Тощие - малое содержание тяжелых углеводородов ( менее 50 г/м³); сухие – содержание влаги не превышает количества, насыщающего газа: 1 г/м³ при температуре минус 20⁰С ( зимнее время) и 50 г/м³ при температуре 35⁰С ( лето). Высшая теплота сгорания этих газов примерно 40 МДж/м³.

2. Природные газы из нефтяных месторождений ( попутные газы). Это жирные газы, т.к. помимо метана, содержат тяжелые углеводороды и газовый бензин в количестве более 150 г/м³. Высшая теплота сгорания этих газов составляет 46… 65 МДж/м³.

3.Природные газы, добываемые из конденсатных месторождений, состоят из смеси сухого газа и паров конденсата. Пары конденсата представляют собой смесь паров тяжелых углеводородов, бензина, лигроина, керосина. Конденсат находится в месторождении в парообразном состоянии по действием высокого давления и высокой температуры ( рис. 1.1). Если скважину сообщить с атмосферой ( падение давления), то в газовом пласте выпадает конденсат, потерянный для добычи. Поэтому добыча газа ведется при обеспечении высокого давления, что усложняет технологию добычи.

Р

жидкость

Р_кр

пар + жидкость пар

Т_кр Т

Рис.1.1 Диаграмма давление- температура для углеводородов: Р_кр., Т_кр- критические значения давления и температуры.

Из газов конденсаторных месторождений и попутных газов получают сжиженный углеводородный газ (СУГ), который используют для газоснабжения населения. Для перевода газа в жидкость повышают давление и снижают температуру ниже критической ( см. рис. 1.1) Критическая температура, например, пропана 96⁰С, ему соответствует высокая теплота сгорания 101 МДж/м³.