Усредненный состав газов БГ и шахтного газа
Г. П. Комина
Основные свойства газообразного топлива
С примерами расчета)
Санкт-Петербург
2008
Федеральное агентство по образованию
Санкт-Петербургский государственный
архитектурно-строительный университет
Кафедра теплогазоснабжения
и охраны воздушного бассейна
Г. П. Комина
Основные свойства газообразного топлива
С примерами расчета)
Учебное пособие
Санкт-Петербург
2008
УДК 662.69.004.12
Комина Г. П.
Основные свойства газообразного топлива (с примерами расчета) / СПб. гос. архит.-строит. ун-т. – СПб., 2008. – 81 с.
В учебном пособии рассматриваются виды газообразного топлива и их физико-химические свойства. Приведены составы, ГОСТы и определения основных свойств природных, искусственных, сжиженных углеводородных газов и биогазов. Приведены формулы и методы расчета для выполнения курсовой работы с примерами расчета.
В Приложении приведены составы газов для индивидуальных заданий расчетов на практических занятиях или для заданий на курсовую работу.
Учебное пособие предназначено для студентов III и IV курсов специальности ТГВ.
Табл. . Ил. . Библиогр.: назв.
ã Г. П. Комина, 2008
ã Санкт-Петербургский государственный
архитектурно-строительный университет, 2008
Горючие газы
|
|
|
Газообразное топливо можно разделить по происхождению на природные – П , искусственные – ИГ, сжиженные углеводородные газы – СУГ и биогазы – БГ. Энергетические и физико-химические характеристики газов обусловлены составом горючих компонентов, наличием негорючих компонентов – балласта и вредных примесей. Технические требования к природным газам приведены в ГОСТ 5542–87.
Так согласно ГОСТ меркаптановой серы в природных газах должно быть не более 0,036 г в 1 м3, сероводорода не более 0,02 г, механических примесей не более 0,001 г. Объемная доля кислорода должна быть не более 1%. Интенсивность запаха должна быть не менее 3 баллов (при 5-и бальной оценке). Число Воббе не должно отклоняться от номинального значения более, чем на ±5%.
Природный газ – ПГ представляет собой смесь горючих углеводородов, в основе своей содержащих метан СН4 (80–99%). ПГ не содержит водорода, оксида углерода и кислорода. В газах некоторых конденсатных и нефтяных месторождений в незначительных количествах (3–4%) присутствует сероводород H2S.
Запасы природного газа в России оцениваются в 48 трил. м3. Основными месторождениями считаются : Ямбургское, открытое в 1986 году. Запасы газа в нем составляют 10% мировых запасов газа.
|
|
|
Еще можно назвать такие крупные месторождения как Оренбургское конденсатное месторождение открытое в 1958 году. Запасы газа -2 трил. м3, Уренгойское месторождение открытое в 1986 году, запасы газа 10 трил. м3. Протяженность магистральных газопроводов составляет 155 тыс. км.
Сжиженные углеводородные газы – СУГ представляют собой смеси тяжёлых углеводородов – пропана С3Н4 и бутана С4Н10. Их получают из ПГ нефтяных и конденсатных месторождений, содержащих значительное количество тяжелых углеводородов, или на нефтеперерабатывающих заводах. При незначительном повышении давления или понижении температуры пропан и бутан сжижаются, уменьшаясь в объеме примерно в 250 раз.
СУГ также легко регазифицируются, т. е. испаряются за счет тепла окружающей среды, увеличиваясь в объеме примерно в 250 раз.
Возможны три состояния СУГ: в виде жидкости (жидкая фаза); в виде насыщенных паров (паровая фаза), находящихся совместно в жидкой фазой в резервуарах или баллонах; в виде газа (газовая фаза). Товарный сжиженный газ состоит из углеводородов, которые при нормальных условиях (давление 760 мм рт. ст. и температуре 0 °С) являются газами, а при сравнительно небольшом повышении давления или незначительном понижении температуры при атмосферном давлении переходят из газообразного состояния в жидкое. Процентное содержание составляющих компонентов сжиженных углеводородных газов регламентируется государственными стандартами в соответствии с использованием на коммунально-бытовые нужды или химическую переработку. Состав СУГ по ГОСТ приведен в табл. 3. Состав и свойства СУГ должны соответствовать требованиям ГОСТ 20448–90* «Газы углеводородные сжиженные топливные для коммунально-бытового потребления. Технические условия». Согласно регламента СУГ выпускается следующих марок: ПТ – пропан технический, для коммунально-бытового потребления при отрицательных температурах наружного воздуха, СПБТ – смесь пропана и бутана технических для коммунально-бытового потребления и других целей при положительных температурах окружающего воздуха и БТ – бутан технический для коммунально-бытового потребления при положительных температурах или для установок с искусственным испарением.
|
|
|
По физико-химическим показателям СУГ должны соответствовать нормам, приведенным в табл. 1. В регионах с различной расчетной температурой наружного воздуха в холодный период года необходимо применять СУГ такого состава, который позволит обеспечить надежную работу баллонных установок с наружным размещением баллонов и резервуарных установок с естественным испарением. Следует учитывать, что при естественном испарении состав газа изменяется, так как происходит фракционное испарение. Сначала испаряется пропановые фракции, а затем бутановые.
|
|
|
К искусственным газам – ИГ относят газы, получаемые путём термической переработки некоторых видов твёрдого топлива – коксующих углей, сланцев. По способу получения эти газы можно разделить на две группы: газы высокотемпературной перегонки, получаемые при нагревании твердого топлива до 1000 °С без доступа воздуха и газы, получаемые в результате нагревания твердого топлива в потоке воздуха, кислорода и их смесей с водяным паром. Горючей частью искусственных газов являются: водород Н2, оксид углерода СО, метан СН4 и другие углеводороды. Для искусственных газов характерны высокое содержание балластных примесей и незначительная теплота сгорания, что делает экономически нецелесообразным передавать их на большие расстояния. Искусственные газы, получаемые путем тепловой обработке твердого топлива, в России широко использовались до развития газовой промышленности на базе природного газа. Из 1 тонны каменного угля можно получить 300-350 м3 коксового газа. Примерный состав кокосового газа, % : Н2 -59, СН4 -24, СmНn -2, СО-8, СО2 – 2,4, О2 – 0,6, N2 - 4 . Из 1 тонны сланцев можно получить 350-400 м3 сланцевого газа.
Генераторные газы % : Н2 -14, СН4 -1, СmНn -0,05, СО-28, СО2 – 6, О2 – 0,2, N2 – 50,6 . На искусственные горючие газы, используемые в городах и населенных пунктах, был разработан ГОСТ 5542–50.
Таблица 1
Требования к составу сжиженных газов (по ГОСТ 20448–90*)
Относительно новые для России альтернативные газы: это метан угольных пластов – шахтный газ (ШГ) и биогазы (БГ), получаемые из различных органических отходов
· Биогазы можно разделить по месту образования на три группы:
· ШГ, который выделяется из угольных пластов или угольный метан;
· БГТБО, выделяющиеся из твердых бытовых отходов (ТБО) на городских свалках;
· БГКОС, которые образуются при обезвреживании городских канализационных стоков в метантенках;
· БГСХП, которые образуются при обезвреживании отходов сельскохозяйственных предприятий в биореакторах.
Источником ШГ являются угольные пласты, выделяющие метан - шахтный газ. Эти газы широко используются за рубежом. В России только начинают изучать и разрабатывать способы извлечения и использования их. Особенностью ШГ является то, что это смесь метана с воздухом. Максимальное содержание метана составляет 60%. метана и Ресурсы ШГ гигантские. По данным ОАО «Газпром» запасы метана в угольных бассейнах России оценивается в 49 трлн м3. По прогнозам Госкомэкологии в 2005 году в городах и поселках городского типа накоплено 35 млн т ТБО на закрытых свалках и полигонах. По данным Госстроя России, площадь закрытых свалок составляет около 50 тыс. га. Свалочные массы бытовых отходов в течении 20–25 лет генерируют газ, содержащий 50–65% метана. Производство БГ не требует специальных установок. Свалочные отложения генерируют БГ самопроизвольно. Основные затраты приходятся на сбор, очистку и транспортировку газа. В этом отношении свалки можно считать аналогами месторождений природного газа. Масштабы образования газа и дешевизна добычи делают свалки ТБО одним из перспективных источником энергии. По существующим нормам в городах и поселках РФ в течение года образуется около 45 млн т ТБО. Около 85–90% этих отходов вывозится на свалки. Из одной тонны ТБО может быть получено от 100 до 240 м3 БГ с теплотой сгорания 18–25 МДж/м3.
Рассмотрим возможность использования газов, образующихся при обезвреживании отходов сельскохозяйственных производств – БГ СХП.
Количество БГ СХП определить достаточно сложно, т.к. оно зависит от вида животных, от его поголовья и других факторов. Ежегодное количество отходов сельскохозяйственных производств России при обработке их в биореакторах с метановым процессом сбраживания позволит получить примерно 6000 млн м3 газа, в котором содержание метана может находиться в пределах от 55 до 75 %. Низшая теплота сгорания будет меняться в пределах от 19,66 до 26,82 МДж/м3.
Еще один источник БГ это метантенки городских канализационных сооружений. Рассмотрим теоретический потенциал выхода БГ КОС.
Выделение метана при обработке сточных вод на городских канализационных очистных сооружениях может быть только в случае использования метантенков. (К сожалению, на многих очистных станциях метантенки заменили аэротенками.) Экономически выгодно получать БГ КОС только на очистных сооружениях городов с населением не менее 100 тыс. человек. Исходя из нормированного суммарного количества сточных вод городов можно, получить около 1600 млн. м3 газа в год. Содержание метана в БГ КОС находится в пределах от 60 до 65 %.
Основным горючим компонентом у всех выше рассматриваемы энергоносителей является метан – СН4, содержание которого может изменяться в пределах от 35 до 75 %. В их состав входит большое количество балластных примесей в виде азота, кислорода и углекислого газа. В них могут присутствовать различные примеси, состав которых зависит от технологического процесса образования и исходного сырья, поэтому требуется проводить очистку газов от вредных примесей и в некоторых случаях обогащение горючими компонентами за счет уменьшения балласта.
Усредненный состав газов БГ представлен в табл. 2. Некоторые комментарии к таблице. ШГ БГ ТБО имеют переменный состав из-за разбавления их воздухом при сборе. БГ КОС характеризуется более стабильным составом. Содержание основного горючего компонента – метана – на разных очистных сооружениях изменяются от 60 до 65% по объему. Более значительные колебания состава газа наблюдаются при переработке отходов сельскохозяйственного производства, при этом в газе присутствует довольно значительное количество сероводорода. Поэтому перед использованием требуется очистка газа от H2S. 1 м3 БГ эквивалентен 6,1 кВт.
Таблица 2
Усредненный состав газов БГ и шахтного газа
2. Физико-химические характеристики горючих газов
К основным показателям, характеризующим свойства горючих газов, как энергоносителей относятся: химическая формула, теплота сгорания, плотность, относительная плотность, число Воббе, пределы воспламеняемости, температура воспламенения, температура горения жаропроизводительность.
Таблица3
Дата добавления: 2018-09-23; просмотров: 269; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!