Природный газ. Углеводородные газы

Газоснабжение

Доля природного газа в топливном балансе России составляет 60 %. Так как природный газ является высокоэффективным энергоносителем, в условиях экономического кризиса газификация может составить основу социально-экономического развития регионов России, обеспечить улучшение условий труда и быта населения, а также снижение загрязнения окружающей среды.

По сравнению с другими видами топлива природный газ имеет следующие преимущества:

- низкую себестоимость;

- высокую теплоту сгорания, обеспечивающую целесообразность транспортирования его по магистральным газопроводам на значительные расстояния;

- полное сгорание, облегчающее условия труда персонала, обслуживающего газовое оборудование и сети;

- отсутствие в его составе оксида углерода, что особенно важно при утечках газа, возникающих при газоснабжении коммунальных и бытовых потребителей;

- высокую жаропроизводительность (более 2000 °С);

- возможность автоматизации процессов горения и достижения высоких КПД.

Углеводородные газы состоят из простых углеводородных соединений, являющихся органическими веществами, содержащими в своем составе 2 химических элемента – углерод (С) и водород (Н). Углеводороды отличаются друг от друга количеством атомов углерода и водорода в молекуле, а также, характером связей между ними. Все углеводороды этого типа имеют формулу С_nН_2n+₂ и входят в гомологический ряд предельных углеводородов – соединений, в которых углерод до предела насыщен атомами водорода.

Самый простой углеводород, содержащий всего один атом углерода – метан (СН₄). Он является основным компонентом природного, а также, некоторых искусственных горючих газов. Следующий углеводород этого ряда – этан (С₂Н₆) – имеет 2 атома углерода. Углеводород с тремя атомами углерода – пропан (С₃Н₈), с четырьмя атомами углерода – бутан (С₄Н₁₀). Их структурные формулы представлены на рис. 11.1.

Метан Этан Пропан Бутан

Рис. 11.1. Структурные формулы метана, этана, пропана и бутана

В промышленности и народном хозяйстве используются природные и искусственные газы.

К природным относят газы: добываемые из чисто газовых или газоконденсатных месторождений; попутные – нефтяные, получаемые непосредственно на промысле и нефтяные получаемые при крекинге – процессе на нефтеперерабатывающих заводах (НПЗ).

К искусственным относят газы, вырабатываемые на перерабатывающих заводах в процессе термической переработки жидких и твердых топлив, а также, выделяющиеся в качестве вторичных продуктов некоторых производств, например, в доменном процессе, при получении кокса и др. Качество газообразных углеводородов определяет наличие отдельных горючих и негорючих газов его составляющих и примесей.

Горючая часть газового топлива состоит из углеводородов, водорода и окиси углерода.

В негорючую часть входят углекислый газ, азот, кислород и гелий.

К примесям относятся сероводород, аммиак, цианистые соединения, водяные пары, нафталин, смолы и пыль.

Негорючие газы и примеси являются балластом газового топлива, и химического сырья, ухудшающие товарные теплофизические качества газа и эксплуатационные свойства оборудования транспортных систем.

Основой энергетической характеристикой газообразного топлива является удельная теплота сгорания. Под удельной теплотой сгорания понимают теплоту, выделяющуюся при полном сгорании единицы массы или объема газообразного топлива. При отнесении теплоты сгорания к единице объема газа, используют понятие нормального объема, определяемого при условиях t = 20 °С, P = 100000 Па.

Удельная низшая теплота сгорания газа как смеси горючих и негорючих компонентов определяется по формуле:

(11.1)

где 357,97; 636,39;…234,46 – низшая теплота сгорания 1% сухой массы соответственно метана, этана… сероводорода в процентах по объему, вторые сомножители – процентное содержание сотвесттвующего газа.