indicativo características físicas(dependendo da composição; em condições normais, salvo indicação em contrário):

Densidade:

· de 0,68 a 0,85 kg/m³ (gasoso seco);

· 400 kg/m³ (líquido).

Temperatura de auto-ignição: 650 °C;

· Concentrações explosivas de uma mistura de gás com ar de 5% a 15% em volume;

· Calor específico combustão: 28-46 MJ/m³ (6,7-11,0 Mcal/m³) (ou seja, é 8-12 kWh/m³);

Número de octanas quando usado em motores combustão interna: 120-130.

1,8 vezes mais leve que o ar, portanto, ao vazar, não se acumula nas planícies, mas sobe [

Composição química

A parte principal do gás natural é o metano (CH 4) - de 92 a 98%. A composição do gás natural também pode incluir hidrocarbonetos mais pesados ​​- homólogos de metano:

etano (C 2 H 6),

propano (C 3 H 8),

Butano (C4H10).

bem como outras substâncias não hidrocarbonadas:

hidrogênio (H 2),

sulfeto de hidrogênio (H 2 S),

dióxido de carbono (CO2),

nitrogênio (N 2),

hélio (He).

O gás natural puro é incolor e inodoro. Para facilitar a possibilidade de determinar um vazamento de gás, são adicionados odorantes a ele em pequena quantidade - substâncias que têm um forte Fedor(repolho podre, feno podre, ovos podres). Os odorantes mais utilizados são os tióis, como o etil mercaptano (16 g por 1000 m³ de gás natural).

[kgm-3]; [m 3 kg -1] - volume específico.

F(P,v,T)=0 é a equação do estado do gás.

Composição do gás natural:

4. Isobutano

5. n Butano

6. n Pentano

µ - peso molecular

ρ - densidade normal

é a densidade do gás no ar

Р cr - pressão crítica

Tcr - temperatura crítica.

Equação de estado do gás natural; Características das isotermas gasosas. Situação crítica. Estado crítico do metano e seus homólogos. Liquefação de gases.

- a equação de estado do gás.

À medida que a pressão aumenta e a temperatura diminui, o gás muda para o estado líquido.

Gás perfeito. Equação de Clapeyron-Mendeleev. gás verdadeiro. Compressibilidade. Coeficiente de supercompressibilidade. Parâmetros dados. Fórmula para calcular o fator de supercompressibilidade.

,

é a equação de estado de um gás perfeito.

R0 = 8314

para gás real:

,

z é o fator de compressibilidade.

A equação de estado do gás.

Equação do gás- relação funcional entre pressão, volume específico e temperatura, que existe para todos os gases em estado de equilíbrio termodinâmico, ou seja, .

Graficamente, esta dependência é representada por uma família de isotermas.

Acima da temperatura crítica, o gás sempre permanece no estado gasoso a qualquer pressão. A uma temperatura inferior à crítica, quando o gás é comprimido, se um determinado volume específico for atingido, inicia-se a condensação do gás, que passa para um estado bifásico. Quando um determinado volume específico é atingido, a condensação do gás para e adquire as propriedades de um líquido.

Equação de estado gás idealé descrito pela equação de Mendeleev-Clapeyron: , ou , Onde .

Constante de gás , .

Para metano com massa molar , a constante do gás é .

Em altas pressões e temperaturas típicas dos gasodutos principais, vários modelos gases reais, que tem o fenômeno da supercompressibilidade. Esses modelos são descritos pela equação corrigida de Mendeleev-Claiperon: , onde é o fator de supercompressibilidade, que é sempre menor que a unidade para gases reais; - pressão reduzida; - pressão reduzida.

Existem várias fórmulas empíricas para calcular o fator de supercompressibilidade, como .

Para uma mistura de gases, a pressão crítica é determinada pela seguinte fórmula: , e a temperatura crítica é encontrada como segue: .

Parâmetros característicos dos componentes do gás natural:

Nome do componente	,	,	,	,	,
Metano	16.042	0.717	518.33	4.641	190.55
Etano	30.068	1.356	276.50	4.913	305.50
Propano	44.094	2.019	188.60	4.264	369.80
Azoto	28.016	1.251	296.70	3.396	126.2
sulfato de hidrogênio	34.900	1.539	238.20	8.721	378.56
Dióxido de carbono	44.011	1.976	189.00	7.382	304.19
Ar	28.956	1.293	287.18	3.180	132.46

45. Misturas gasosas e cálculo dos seus parâmetros. Cálculo de parâmetros críticos da mistura gasosa.

Definição
Gás naturalé um mineral no estado gasoso. É amplamente utilizado como combustível. Mas o gás natural em si não é usado como combustível, seus componentes são separados dele para uso separado.

Composição do gás natural
Até 98% do gás natural é metano, também inclui homólogos de metano - etano, propano e butano. Às vezes, dióxido de carbono, sulfeto de hidrogênio e hélio podem estar presentes. Esta é a composição do gás natural.

Propriedades físicas
O gás natural é incolor e inodoro (se não contém sulfeto de hidrogênio), é mais leve que o ar. Inflamável e explosivo.
Abaixo estão as propriedades mais detalhadas dos componentes do gás natural.

Propriedades dos constituintes individuais do gás natural (considere a composição detalhada do gás natural)

Metano(CH4) é um gás incolor, inodoro, mais leve que o ar. Inflamável, mas ainda pode ser armazenado com bastante facilidade.

Etano(C2H6) é um gás incolor, inodoro e incolor, ligeiramente mais pesado que o ar. Também combustível, mas não usado como combustível.

Propano(C3H8) é um gás incolor, inodoro, venenoso. Tem uma propriedade útil: o propano se liquefaz a baixa pressão, o que facilita a separação das impurezas e o transporte.

Butano(C4H10) - semelhante em propriedades ao propano, mas tem mais alta densidade. Duas vezes mais pesado que o ar.

Dióxido de carbono(CO2) é um gás incolor, inodoro e de sabor azedo. Ao contrário dos outros componentes do gás natural (com exceção do hélio), o dióxido de carbono não queima. O dióxido de carbono é um dos gases menos tóxicos.

Hélio(He) - incolor, muito leve (o segundo dos gases mais leves, depois do hidrogênio) sem cor e odor. Extremamente inerte, em condições normais não reage com nenhuma das substâncias. Não queima. Não é tóxico, mas sob pressão elevada pode causar anestesia, como outros gases inertes.

sulfato de hidrogênio(H2S) é um gás pesado incolor com cheiro de ovo podre. Muito venenoso, mesmo em concentrações muito baixas causa paralisia do nervo olfativo.
Propriedades de certos outros gases que não fazem parte do gás natural, mas têm usos semelhantes aos do gás natural

Etileno(C2H4) – Gás incolor com cheiro agradável. É semelhante em propriedades ao etano, mas difere em menor densidade e inflamabilidade.

Acetileno(C2H2) é um gás incolor extremamente inflamável e explosivo. Com forte compressão, pode explodir. Não é usado na vida cotidiana devido ao risco muito alto de incêndio ou explosão. A principal aplicação é em trabalhos de soldagem.

Inscrição

Metano usado como combustível em fogões a gás.

propano e butano como combustível em alguns veículos. Isqueiros também são preenchidos com propano liquefeito.

Etano raramente é usado como combustível, seu principal uso é a produção de eteno.

Etilenoé um dos mais produzidos matéria orgânica no mundo. É matéria-prima para a produção de polietileno.

Acetileno usado para criar muito Temperatura alta em metalurgia (reconciliação e corte de metais). Acetilenoé muito combustível, portanto não é utilizado como combustível em automóveis, e mesmo sem isso, as condições para seu armazenamento devem ser rigorosamente observadas.

sulfato de hidrogênio, apesar de sua toxicidade, é usado em pequenas quantidades nos chamados. banhos de sulfureto. Eles usam algumas das propriedades anti-sépticas do sulfeto de hidrogênio.

Principal propriedade útil hélioé a sua densidade muito baixa (7 vezes mais leve que o ar). Balões de enchimento de hélio e dirigíveis. O hidrogênio é ainda mais leve que o hélio, mas ao mesmo tempo combustível. são muito populares entre as crianças balões de ar inflado com hélio.

Toxicidade

Dióxido de carbono. Até grandes quantidades o dióxido de carbono não afeta a saúde humana de forma alguma. No entanto, impede a absorção de oxigênio quando o conteúdo na atmosfera é de 3% a 10% em volume. Nessa concentração, começam asfixia e até a morte.

Hélio. O hélio é completamente não tóxico em condições normais devido à sua inércia. Mas com o aumento da pressão, ocorre o estágio inicial da anestesia, semelhante ao efeito do gás hilariante*.

sulfato de hidrogênio. As propriedades tóxicas deste gás são ótimas. Com a exposição prolongada ao olfato, ocorrem tonturas e vômitos. O nervo olfativo também está paralisado, então há uma ilusão da ausência de sulfeto de hidrogênio, mas na verdade o corpo simplesmente não o sente mais. O envenenamento por sulfeto de hidrogênio ocorre em uma concentração de 0,2-0,3 mg/m3, uma concentração acima de 1 mg/m3 é fatal.

processo de combustão
Todos os hidrocarbonetos, quando totalmente oxidados (excesso de oxigênio), liberam dióxido de carbono e água. Por exemplo:
CH4 + 3O2 = CO2 + 2H2O
Com incompleta (falta de oxigênio) - monóxido de carbono e água:
2CH4 + 6O2 = 2CO + 4H2O
Com uma quantidade ainda menor de oxigênio, carbono finamente disperso (fuligem) é liberado:
CH4 + O2 = C + 2H2O.
O metano queima com uma chama azul, etano - quase incolor, como álcool, propano e butano - amarelo, etileno - luminoso, monóxido de carbono - azul claro. Acetileno - amarelado, fuma fortemente. Se você tem uma casa fogão a gás e em vez da chama azul usual, você vê amarelo - você sabe, isso é metano diluído com propano.

Notas

Hélio, ao contrário de qualquer outro gás, não existe em estado sólido.
Gás do risoé o nome trivial para o óxido nitroso N2O.

Comentários e adições ao artigo - nos comentários.

Propriedades físicas e químicas dos gases naturais. Cálculo da mistura gasosa.

Os gases são divididos em naturais e artificiais. Atualmente, o gás natural é usado principalmente para o fornecimento de gás. Eles têm uma composição multicomponente complexa. Dependendo da origem, os gases naturais são divididos em três grupos:

1. Gases extraídos de campos puramente de gás, 82 ... 98% constituídos por metano;

2. Gases de campos de condensado de gás contendo 80.. .95% de metano;

3. Gases de campos de petróleo (associados gases de petróleo), contendo 30...70% de metano e uma quantidade significativa de hidrocarbonetos pesados. Gases com teor de hidrocarbonetos pesados ​​(de propano e acima) inferior a 50 g / m 3 são comumente chamados de secos ou "magros" e com alto teor de hidrocarbonetos - "gordurosos".

NO recentemente muitas vezes começou a falar sobre o quarto grupo de gases naturais - gás de xisto e metano de leito de carvão. O gás de xisto é um gás natural extraído do xisto, constituído predominantemente por metano. O gás de xisto é formado como resultado da degradação do querogênio, que está contido no xisto betuminoso; gás está lá em microfissuras. escala produção industrial O gás de xisto foi lançado nos EUA no início dos anos 2000 no campo de Barnett Shale. Graças a um aumento acentuado em sua produção, chamado de “revolução do gás” na mídia, em 2009 os Estados Unidos se tornaram líderes mundiais na produção de gás, com mais de 40% provenientes de fontes não convencionais (metano de leito de carvão e gás de xisto) . O metano do leito de carvão é encontrado em depósitos de carvão. Provoca explosões em minas de carvão. O metano do leito de carvão é mais limpo que o carvão e é um combustível eficiente.

Os gases naturais são incolores, inodoros e condição normal eles estão em diferentes estados de agregação. Metano, etano e etileno gasoso, propano, butano, butileno e propileno - na forma de vapores líquidos, e sob altas pressões- substâncias líquidas. Hidrocarbonetos pesados, começando com isopentano no estado normal - líquidos, fazem parte da fração da gasolina. Para que os gases naturais tenham um odor para fins de segurança, substâncias especiais - odorantes - são adicionadas especialmente a eles.

Os gases são geralmente considerados sob duas condições:

1. Condição normal - R n \u003d 0,1013 MPa (normal Pressão atmosférica), T n \u003d 273,16 K (0 0 C);

2. Condição padrão - R st \u003d 0,1013 MPa (pressão atmosférica normal), T st \u003d 293,16 K (20 0 C - temperatura ambiente).

Realizar cálculo hidráulico e térmico de gasodutos e cálculo de modos de operação estações de compressãoé necessário conhecer as propriedades básicas dos gases naturais: densidade, viscosidade, constante do gás, valores pseudocríticos de temperatura e pressão, capacidade calorífica, condutividade térmica, compressibilidade e coeficientes Joule-Thomson.

massa molar do gás ( M), é a massa de 1 mol de gás. Um mol de uma substância consiste em aproximadamente 6 bilhões de trilhões. o número de quaisquer moléculas ( igual ao número Avogadro: N A=6,02 10 23). Sua dimensão é [ M]= kg/mol, ou [ M]= g/mol. A massa molar de um gás é encontrada em termos de seu peso molecular. Por exemplo, o peso molecular do hidrogênio é aproximadamente 2, então seu massa molar M≈2g/mol=2 10-3 kg/mol. Para oxigênio M≈32g/mol, para nitrogênio M≈28g/mol, para propano (C 3 H 8) M≈12 3+1 8=44g/mol, etc. A densidade de um gás é a massa de uma unidade de volume:

A densidade relativa do gás no ar Δ é a razão entre a densidade do gás e a densidade do ar. Para todos os estados gasosos, a expressão ocorre:

aqui [ M]= g/mol, 28,96 g/mol é a massa molar do ar. Para estado padrão

aqui ρ é a densidade do gás em condições padrão (densidade do ar em condições padrão é 1,205 kg/m 3, para condições normais 1,29 kg/m 3).

Qualquer gás na quantidade de 1 mol no estado normal ocupa um volume de aproximadamente 22,4 10 -3 m3, portanto, a densidade do gás em condições normais

Aqui [ M]= g/mol, mas esta expressão não é válida para o estado padrão.

Viscosidade (dinâmica) de um gás μ , uma [ μ ]=Pa·s. A viscosidade de um gás é determinada pela transferência de momento (de uma camada para outra) por uma molécula de gás durante sua transição de uma camada de fluxo para outra. Portanto, a viscosidade do gás depende fortemente da temperatura e é quase independente da pressão do gás (até 4 MPa). Dinâmico μ e cinemático ν a viscosidade do gás gasoso está relacionada pela relação:

Capacidade calorífica específica do gás a pressão constante Com, uma [ Com]=J/(kg K). É igual à quantidade de calor necessária para aquecer 1 kg de gás em 1 K a pressão constante. Pressão do gás R mostra a força que atua ao longo da normal à área unitária da parede do vaso das moléculas de gás. [ R]= atm, [ R]=Pa, ou [ M]= MPa. 1 MPa= 10 6 Pa≈10 Atm. A temperatura do gás é determinada na escala Kelvin e Celsius, elas estão relacionadas pelas relações:

Em muitos casos, por meio de compressão, um gás pode ser transformado em líquido. No entanto, a temperatura do gás deve estar abaixo do crítico ( T cr). Se for igual ou superior à temperatura crítica, então a nenhuma pressão o gás se transforma em líquido. E também, se a pressão do gás for igual ou superior à pressão crítica ( R cr), então no futuro, sem temperatura, o gás não se transforma em líquido.

Os principais tipos de transporte de gás são transporte ferroviário, transporte marítimo e transporte por oleodutos. Cada modo de transporte tem pontos fortes e fracos.

Para calcular a mistura gasosa, é necessário conhecer a equação de estado do gás. A equação de estado de um gás relaciona os parâmetros básicos de um gás, como sua quantidade, volume, pressão e temperatura. Da escola e do curso superior de física, você conhece as equações de estado de Mendeleev-Clapeyron, Van der Waals e, para gasodutos, a equação de estado do gás, escrita em termos de compressibilidade do gás, é conveniente:

Onde R- constante de gás definida para um gás específico ou mistura de gases. É encontrado através da constante universal do gás (8,314J/(mol K)):

unidades de medida na expressão (8): [ m]= kg, [ M]= kg/mol, ([ R]= Pa). z na expressão (128) é chamado de compressibilidade do gás (fator de compressibilidade) para um gás específico ou mistura de gases. O fator de compressibilidade depende do estado do gás. Geralmente é determinado por nomogramas especiais dependendo das temperaturas e pressões dadas, ou de forma analítica de acordo com uma fórmula recomendada pelos padrões de projeto da indústria. Os valores são chamados de parâmetros de gás reduzidos:

. (129)

O fator de compressibilidade leva em consideração o desvio das propriedades do gás natural das leis de um gás ideal. Existem 2 fórmulas recomendadas pelos códigos de projeto da indústria para o fator de compressibilidade. Mas ambos são aproximados e dão quase os mesmos resultados para os parâmetros reais do gasoduto principal. A primeira das fórmulas:

E a outra fórmula é:

. (131)

Nestas fórmulas para o gasoduto principal, são tomados os valores médios de pressão e temperatura:

. (132)

A primeira fórmula é conveniente para o cálculo.

Normalmente, a quantidade de uma mistura gasosa (ou gás) passa pelo seu volume. Mas o volume depende estado real gás, isto é, se o volume de trabalho do gás é conhecido para um determinado estado V, então em outros estados os volumes correspondentes de gás serão diferentes. Para maior clareza, os volumes são tomados para condições normais e padrão. Nos cálculos técnicos e nos cálculos para armazenamento e transporte de gás, bem como nos cálculos comerciais, o volume de gás é reduzido a condição padrão.

A fórmula para trazer o volume de trabalho do gás para condição normal(volume normal) assim:

. (133)

A fórmula para trazer o volume de trabalho do gás para a condição padrão (volume comercial):

. (134)

aqui [ R]= MPa.

Requeridos propriedades físico-químicas mistura gasosa incluem os seguintes parâmetros: massa molar M, temperatura pseudocrítica T cr, pressão pseudocrítica R cr, volume pseudocrítico V cr, calor específico gás a pressão constante, viscosidade dinâmica e condutividade térmica λ . Eles são determinados através das propriedades de cada componente da mistura.

A composição da mistura gasosa é caracterizada pela massa, ou volume, ou frações molares de cada componente. As frações volumétricas de cada componente da mistura são iguais às frações molares correspondentes e é mais fácil calcular com elas. Deixar frações de volume cada componente da mistura no 1 , no 2 , no 3, etc Então a seguinte fórmula é sempre verdadeira para toda a mistura de gases:

Os parâmetros restantes da mistura em diferentes fontes são determinados de forma diferente. A maneira mais fácil é o método de determinação de acordo com a regra da aditividade (adição proporcional). Este método é fácil de usar, mas não muito preciso. É usado em cálculos aproximados e dá um resultado muito bom quando a proporção de metano na mistura é de pelo menos 96% (especialmente ao calcular a viscosidade). Então.

O gás natural é o combustível mais utilizado atualmente. O gás natural é chamado de gás natural porque é extraído das próprias entranhas da Terra.

O processo de combustão de um gás é reação química, em que a interação do gás natural com o oxigênio, que está contido no ar.

No combustível gasoso existe uma parte combustível e uma parte não combustível.

O principal componente combustível do gás natural é o metano - CH4. Seu teor em gás natural chega a 98%. O metano é inodoro, insípido e não tóxico. Seu limite de inflamabilidade é de 5 a 15%. São essas qualidades que possibilitaram o uso do gás natural como um dos principais tipos de combustível. A concentração de metano é mais de 10% perigosa para a vida, então a asfixia pode ocorrer devido à falta de oxigênio.

Para detectar um vazamento de gás, o gás é submetido à odorização, ou seja, é adicionada uma substância de cheiro forte (etil mercaptano). Neste caso, o gás pode ser detectado já na concentração de 1%.

Além do metano, gases combustíveis como propano, butano e etano podem estar presentes no gás natural.

Para garantir uma combustão de gás de alta qualidade, é necessário trazer ar para a zona de combustão em quantidades suficientes e obter uma boa mistura de gás com ar. A proporção de 1: 10 é considerada ótima, ou seja, dez partes de ar caem em uma parte do gás. Além disso, é necessário criar os regime de temperatura. Para que o gás entre em ignição, ele deve ser aquecido até sua temperatura de ignição e, no futuro, a temperatura não deve cair abaixo da temperatura de ignição.

É necessário organizar a remoção dos produtos da combustão para a atmosfera.

A combustão completa é alcançada se não houver substâncias combustíveis nos produtos de combustão liberados na atmosfera. Nesse caso, carbono e hidrogênio se combinam e formam dióxido de carbono e vapor de água.

Visualmente, com combustão completa, a chama é azul-clara ou violeta-azulada.

Combustão completa do gás.

metano + oxigênio = dióxido de carbono + água

CH 4 + 2O 2 \u003d CO 2 + 2H 2 O

Além desses gases, o nitrogênio e o oxigênio restante entram na atmosfera com gases combustíveis. N 2 + O 2

Se a combustão do gás não for completa, substâncias combustíveis são emitidas para a atmosfera - monóxido de carbono, hidrogênio, fuligem.

A combustão incompleta do gás ocorre devido à insuficiência de ar. Ao mesmo tempo, línguas de fuligem aparecem visualmente na chama.

O perigo da combustão incompleta do gás é que o monóxido de carbono pode causar envenenamento do pessoal da sala de caldeiras. O teor de CO no ar 0,01-0,02% pode causar intoxicação leve. Concentrações mais altas podem levar a envenenamento grave e morte.

A fuligem resultante se deposita nas paredes das caldeiras, piorando a transferência de calor para o refrigerante, o que reduz a eficiência da caldeira. A fuligem conduz o calor 200 vezes pior que o metano.

Teoricamente, são necessários 9m3 de ar para queimar 1m3 de gás. Em condições reais, é necessário mais ar.

Ou seja, é necessária uma quantidade excessiva de ar. Este valor, denominado alfa, mostra quantas vezes mais ar é consumido do que teoricamente necessário.

O coeficiente alfa depende do tipo de um queimador específico e geralmente é prescrito no passaporte do queimador ou de acordo com as recomendações da organização de comissionamento.

Com o aumento da quantidade de excesso de ar acima do recomendado, as perdas de calor aumentam. Com um aumento significativo na quantidade de ar, a separação por chama pode ocorrer, criando emergência. Se a quantidade de ar for inferior à recomendada, a combustão será incompleta, criando assim o risco de envenenar o pessoal da sala de caldeiras.

Para controlar com mais precisão a qualidade da combustão do combustível, existem dispositivos - analisadores de gases que medem o conteúdo de certas substâncias na composição dos gases de escape.

Os analisadores de gás podem ser fornecidos com caldeiras. Se não estiverem disponíveis, as medições relevantes são realizadas pela organização de comissionamento usando analisadores de gás portáteis. Um mapa de regime é compilado no qual os parâmetros de controle necessários são prescritos. Ao aderir a eles, você pode garantir a combustão completa normal do combustível.

Os principais parâmetros para o controle da combustão do combustível são:

• a proporção de gás e ar fornecido aos queimadores.

• relação de excesso de ar.

• rachadura no forno.

• Fator de eficiência da caldeira.

Neste caso, a eficiência da caldeira significa a relação calor útil ao aporte total de calor.

Composição do ar

Nome do gás	Elemento químico	Conteúdo no ar
Azoto	N2	78 %
Oxigênio	O2	21 %
Argônio	Ar	1 %
Dióxido de carbono	CO2	0.03 %
Hélio	Ele	menos de 0,001%
Hidrogênio	H2	menos de 0,001%
Néon	Não	menos de 0,001%
Metano	CH4	menos de 0,001%
Krypton	kr	menos de 0,001%
Xenon	Xe	menos de 0,001%