6093

Состав горючих газов

Реферат

Химия и фармакология

Состав горючих газов. В состав газообразного топлива входят горючие и негорючие газы. Физико-химические и теплотехнические характеристики газового топлива обусловлены различием в составе горючих компонентов и наличием в газе негорючих газообразных к...

Русский

2012-12-28

32.23 KB

16 чел.

Состав горючих газов.

В состав газообразного топлива входят горючие и негорючие газы.

Физико-химические и теплотехнические характеристики газового топлива обусловлены различием в составе горючих компонентов и наличием в газе негорючих газообразных компонентов (балластов) и вредных примесей.

К горючим компонентам газообразного топлива относятся следующие вещества.

Метан СН4. Бесцветный нетоксичный газ без запаха и вкуса. В состав метана входит 75% углерода и 25% водорода; 1нм3 его имеет массу 0,717кг. При атмосферном давлении и температуре 111К метан сжижается и его объём уменьшается почти в 600 раз. Сжиженный метан является перспективным топливом для многих отраслей народного хозяйства. Использование и транспортирование сжиженного природного газа в ряде случаев даёт большой экономический эффект, позволяет значительно снизить металозатраты на сооружение газопроводов. И тем самым помогает решить проблемы, связанные с резервированием газоснабжения в отдельных районах страны и созданием запасов сырья для химической промышленности.

Вследствие содержания в метане 25% водорода (по массе), имеется большое различие между высшей и низшей теплотой сгорания. Высшая теплота сгорания метана Qв составляет 39820 кДж/м3, 9510 ккал/м3 и 212860 ккал/моль; низшая Qн – соответственно 35880 кДж/м3, 8570 ккал/м3 и 191820 ккал/моль.

Содержание метана в природных газах достигает до 98%, поэтому его свойства практически полностью определяют свойства природных газов.

Сгорание метана в воздухе протекает по уравнению:

CH4  + 2O2 + 7,52N2 = CO2 + 2H2O + 7,52N2.

В результате сгорания образуется 10,52нм3 продуктов горения.

Метан обладает сравнительно низкой реакционной способностью. Это объясняется тем, что на разрыв четырёх связей в молекуле метана требуется большая затрата энергии. Кроме метана в горючих газах могут содержаться этан С2Н2, пропан С3Н8, бутан С4Н10.

 Углеводороды метанового ряда имеют общую формулу:   CnH2n+2 ,   где n – углеродное число, равное 1 (для метана), 2 (для этана), 3 (для пропана).

Структура молекул:

Н                                              Н   Н                          Н    Н    Н  

 Н    С    Н                                 Н    С    С    Н          Н    С      С     С   Н

       Н                                               Н   Н                        Н     Н     Н  

   метан                           этан                      пропан

С увеличением числа атомов в молекуле тяжёлых углеводородов возрастает их плотность и теплота сгорания.

Оксид углерода СО. Бесцветный газ, без запаха и вкуса; масса 1нм3 составляет 1,25кг.; теплота сгорания 13250 кДж/м3, 3016 ккал/нм3 или 67590 ккал/моль. В высококалорийных газах, содержащих метан и другие углеводороды, увеличение процентного содержания оксида углерода понижает теплоту сгорания газа: 1нм3 оксида углерода сгорает в теоретически необходимом количестве воздуха по уравнению:

CO + 0,5O2 + 1,88N2 = CO2 + 1,88N2

и образует 2,88нм3 продуктов горения.

Вследствие малого объёма продуктов горения оксида углерода на каждый м3 их приходится тепла, чем на 1м3 продуктов горения углеводородов. Поэтому продукты горения оксида углерода нагреваются до более высокой температуры, хотя теплота сгорания оксида углерода ниже, чем у углеводородов.

Оксид углерода оказывает токсическое воздействие на организм человека, так как легко вступает в соединение с гемоглобином крови. Предельно допустимая концентрация СО в воздухе помещения при использовании газа для коммунально-бытовых нужд составляет 2мг/м3.

Водород Н2. Бесцветный нетоксичный газ, без вкуса и запаха. Масса 1нм3 равна 0,09кг. Он в 14,5 раз легче воздуха. Теплота сгорания водорода составляет: Qв – 12750кДж/м3, 3040ккал/м3 и 68260ккал/моль; Qн - 10790 кДж/м3, 2580 ккал/м3 и 57740 ккал/моль. 1нм3 водорода, сгорая в теоретически необходимом количестве воздуха, образует 2,88нм3 продуктов горения. Реакция горения выражается следующей формулой:

H2 + 0,5O2 + 1,88N2 = H2 + 1,88N2 

Водород отличается высокой реакционной способностью, водородно-воздушные смеси имеют широкие пределы воспламенения и весьма взрывоопасны.

В негорючую часть газообразного топлива входят азот и углекислый газ.

Азот N2. Двухатомный бесцветный газ без запаха и вкуса. Масса 1нм3 азота равна 1,25 кг. Атомы азота соединены между собой в молекуле тройной связью, на разрыв этой связи расходуется 170,2тыс. ккал/моль. Теплота разрыва связи настолько велика, что взаимодействие молекулярного азота и кислорода с образованием закиси азота сопровождается затратой большого количества тепла. Азот практически не реагирует с кислородом, поэтому при расчетах процесса горения его рассматривают как инертный газ. Содержание азота в различных газах колеблется в значительных пределах.

Углекислый газ СО2. Бесцветный газ, тяжёлый, малореакционный при низких температурах. Имеет слегка кисловатый запах и вкус. Концентрация СО2 в воздухе в пределах 4-5% приводит к сильному раздражению органов дыхания; 10%-ная концентрация СО2 в воздухе вызывает сильное  отравление. Масса 1нм3 СО2 составляет 1,98 кг. Углекислый газ тяжелее воздуха в 1,53 раз.

Углекислый газ при температуре -200С и давлении 5,8МПа превращается в жидкость, которую можно перевозить в стальных баллонах. При сильном охлаждении СО2 застывает в белую снегообразную массу. Твердый СО2 (сухой лёд) широко используется для хранения скоропортящихся продуктов.

Кислород О2. Газ без запаха, цвета и вкуса. Масса 1нм3 кислорода составляет 1,43 кг. Содержание кислорода в газе понижает его теплотворную способность и делает газ взрывоопасным.  Поэтому содержание кислорода в газе не должно быть более 1% по объёму.

К вредным примесям относится сероводород.

Сероводород H2S. Тяжёлый запах с сильным неприятным запахом, напоминающим запах тухлых яиц. Сероводород обладает высокой токсичностью. Масса 1нм3 сероводорода равна 1,54 кг. Сероводород является газообразной кислотой и, воздействуя на металлы, образует сульфиды. Поэтому сероводород сильно коррозирует  газопроводы, особенно при одновременном содержании в газе H2S, H2O и O2. При сжигании газа сероводород сгорает и образует сернистый газ, вредный для здоровья. Содержание сероводорода не должно превышать 2гр. на 100м3 газа.

Все природные газы бесцветны и в большинстве своём не имеют запаха. Поэтому в случае утечки их из газопроводов в различных помещениях и сооружениях может образоваться газовая смесь, которая остаётся незаметной.

Для того, чтобы утечки газа были своевременно обнаружены, горючие газы, направляемые в городские газопроводы, одоризируют, т.е. придают им резкий специфический запах, по которому их легко обнаружить даже при незначительных концентрациях в воздухе помещений. Наиболее часто в качестве одоранта применяют элилмеркоптан. При этом запах природных топливных газов для коммунально-бытового назначения должен ощущаться при содержании 1% в воздухе. Запах сжиженных углеводородных газов должен ощущаться при содержании их в воздухе 0,5% по объёму.

Транспортирование газа от скважины до городских потребителей.  

На рисунке 1 показана схема транспортирования газа. Газ из скважин 1 поступает в сепараторы 2, где от него отделяются различные механические и жидкие примеси. Далее по промысловым газопроводам 3 газ поступает в коллекторы и промысловые газораспределительные станции 4. Здесь газ снова очищается в масляных пылеуловителях, осушается и одорируется.

После такой подготовки газ направляют в магистральный газопровод 5. Для преодоления сил трения и местных сопротивлений в газопроводе и поддержания в нём давления на заданном уровне на трассе газопровода сооружают компрессорные станции 6. На магистральном газопроводе для облегчения ремонтных работ устанавливают запорную арматуру.

Для транспортирования больших количеств газа по магистральным газопроводам используют трубы диаметром 1220 и 1420мм., повышают рабочее давление до 7,5МПа (75кгс/см2), прокладывают газопроводы в две нити и более.

Режим работы магистрального газопровода предусматривает равномерную подачу газа от газовых промыслов до потребителей газа. Однако потребность в газовом топливе для многих потребителей неравномерна: летом потребность в газе уменьшается, а зимой – возрастает. Для выравнивания сезонной неравномерности потребления газа строят подземные хранилища газа или подключают к газопроводу потребителей, которым в летнее время можно подавать излишки газа, например электростанции. Таких потребителей называют буферными.

На подходе к городу сооружают газораспределительные станции (ГРС), из которых газ после замера его количества и сжижения давления подаётся в распределительные сети города. Газораспределительная станция – конечный участок магистрального газопровода и является как бы границей между городскими и магистральными газопроводами.

Сущность коррозийных процессов.

Разрушение металлических поверхностей под влиянием химического или электрохимического воздействия окружающей среды называется коррозией металлов.

Коррозии могут подвергаться наружные и внутренние поверхности труб. Коррозия внутренних поверхностей происходит в результате воздействия металла в присутствии влаги с такими агрессивными компонентами, как сероводород и кислород.

Очистка газа от сероводорода и кислорода практически устраняет коррозию внутренних поверхностей труб.

Наибольшую опасность представляет коррозия внешних поверхностей подземных газопроводов. В зависимости от коррозийных факторов различают почвенную коррозию и коррозию блуждающими токами. Почвенная коррозия – электрохимическое разрушение стальных газопроводов, вызванное действием почвы, грунтов и грунтовых вод. Коррозия блуждающими токами – электрохимическое разрушение подземных газопроводов, вызванное действием постоянного и переменного токов, источники которых – электрифицированный рельсовый транспорт (магистральный, пригородный, городской и промышленный).

Почвенной коррозии подвергаются незащищённые наружные поверхности стальных труб. Скорость коррозии металла зависит от свойств грунта: влажности, температуры, электропроводности, воздухопроницаемости, наличия солей. Чем больше влажность и проницаемость воздуха, тем быстрее протекает процесс коррозии. При пониженной температуре грунта и замерзании его во влажном состоянии процесс коррозии замедляется.

Электрохимическая коррозия в почве обусловлена взаимодействием металла труб с агрессивными растворами грунта. При этом металл выполняет роль электродов, а агрессивные растворы – электролитов. Вблизи участков газопровода, где происходит процесс растворения металла с выходом ионов, образуются анодные зоны, а там, где процесс растворения менее интенсивно – катодные зоны.

Таким образом, на поверхности трубы образуется гальваническая пара, в которой ток по металлу трубы течёт от катодной к анодной зоне, а в электролите (грунте) – от анодной к катодной. В местах выхода тока (анодная зона) будет происходить растворение металла, т.е. разрушение газопровода. В теле трубы образуются каверны и сквозные отверстия.

Для питания электрифицированного транспорта применяется постоянный ток, причём в качестве второго провода служат рельсы. Хотя рельсы – хороший проводник, но часть тока, особенно в местах соединений рельс, попадает в грунт. Двигаясь в грунте, эти токи возвращаются к своим источникам по различным путям наименьшего сопротивления. Один из таких путей – газопроводы, имеющие поврежденную изоляцию.

В местах повреждения изоляции блуждающие токи попадают на газопровод и выходят из него вблизи тяговой подстанции. Участки входа тока в газопровод называют катодными, а участки выхода – анодными.

Анодные зоны опаснее, так как точки выходят из газопровода в виде положительных ионов, что сопровождается интенсивным выносом частичек металла и образованием сквозных отверстий. В анодной зоне происходит интенсивная коррозия газопроводов, причём эта коррозия во много раз опаснее почвенной. В крупных городах это наиболее распространенный вид коррозии.

Электрические методы защиты.

Основные методы электрической защиты – электрический дренаж, катодная и проекторная защита.

   4                                                                                                                   5                                             4

                        3

                             2                                                                                                                                     6

                              1

                                    Схема катодной защиты: 1-место повреждения изоляции газопровода; 2-газопровод;

                                    3-точка присоединения дренажного кабеля; 4-дренажные кабели; 5-источник

                                                                  постоянного тока; 6-заземление из старых труб.

Рис.2

Катодная защита. Катодной защитой (рис.2) называется способ защиты газопроводов от коррозии за счёт их катодной поляризации с помощью тока от внешнего источника. На газопровод 2 от специального источника постоянного тока 5 накладывают отрицательный потенциал. Таким образом защищаемый участок газопровода искусственно превращают в катодную зону. Анодную зону создают закопанные вокруг газопровода металлические предметы (старые трубы, рельсы), которые подключают к положительному полюсу источника постоянного тока через кабели 4. В этом случае движение тока идёт от положительного полюса источника питания по кабелю 4 на анодное заземление 6, а от него в грунт и через повреждённые участки 1 газопровода на защищаемый газопровод. От газопровода ток течет по кабелю 4 на отрицательный полюс источника питания. В результате происходит постепенное разрушение не газопровода, а вкопанных в землю старых труб и рельс.  


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

78334. Теории химической кинетики. Теория активных столкновений (ТАС) 230 KB
  Тогда доля активных столкновений составит: Рассмотрим бимолекулярную газовую реакцию типа: 2А где Р – продукты реакции. Поэтому количество прореагировавших молекул в единице объема будет равна удвоенному количеству активных столкновений в то же время и в том же объеме: или Отсюда видно что скорость реакции зависит от квадрата концентрации. Тогда уравнение Аррениуса с точки зрения ТАС запишется следующим образом...
78335. КИНЕТИКА РЕАКЦИЙ В РАСТВОРАХ 293 KB
  Таким образом, по ТАС скорость реакции зависит от свойств растворителя в том случае, если скорость определяющей является 1 стадия, т. е. стадия подвода молекул друг к другу.
78336. ФОТОХИМИЧЕКИЕ РЕАКЦИИ 302 KB
  Фотохимическими называются реакции протекающие под действием света а также невидимых лучей близких по длине волны к видимому свету. Несмотря на это во всех случаях можно выделить первичные процессы непосредственно вызываемые действием света и вторичные реакции не требующие освещения для своего протекания и поэтому называемые темновыми. Фотохимические реакции первичные вторичные световые темновые Типы фотохимических реакций.
78337. АДСОРБЦИЯ. ОСОБЕННОСТИ АДСОРБЦИИ НА ТВЕРДОМ КАТАЛИЗАТОРЕ 131.84 KB
  Адсорбция — это самопроизвольное концентрирования вещества на поверхности раздела фаз. Вещество, на котором происходит адсорбция, называется адсорбентом. Вещество, которое адсорбируется, называется адсорбатом или адсорбтивом.
78338. Строение атома. Квантовые числа 357.98 KB
  Положительный заряд атома равномерно распределен по всему объему шара, а отрицательно заряженные электроны находятся внутри него. Для объяснения линейчатых спектров испускания атомов Томсон пытался определить расположение электронов в атоме и рассчитать частоты их колебаний около положений равновеси
78339. Периодический закон 35.06 KB
  Опирающаяся на периодический закон классификация химических элементов которую Менделеев выразил в форме периодической системы сыграла очень важную роль в изучении свойств химических элементов и дальнейшем развитии учения о строении вещества. В отличие от своих предшественников Менделеев был глубоко убежден что между всеми химическими элементами должна существовать закономерная связь объединяющая их в единое целое и пришел к заключению что в основу систематики элементов должна Эта замечательная закономерность получила свое выражение в...
78340. Теория химического строения 94.09 KB
  При взаимодействии атомов между ними может возникать химическая связь, приводящая к образованию устойчивой многоатомной системы — молекулы, молекулярного нона, кристалла. Чем прочнее химическая связь, тем больше энергии нужно затратить для ее разрыва; поэтому энергия разрыва связи служит мерой ее прочности.
78342. Термохимия. Превращение энергии при химических реакциях 69.35 KB
  Химические реакции протекают с выделением или с поглощением энергии. Наоборот такие реакции как разложение карбоната кальция образование оксида азота II из азота и кислорода требуют для своего протекания непрерывного притока теплоты извне и тотчас же приостанавливаются если нагревание прекращается. Ясно что эти реакции протекают с поглощением теплоты. Выделение теплоты при взаимодействии различных веществ за ставляет признать что эти вещества еще до реакции в скрытой форме обладали определенной энергией.