Энтальпия природного газа при температуре

Энтальпии 1 м3 газов и воздуха

, ºC

Теоретические объемы сухого воздуха и газов , , определяются по формулам (1.3) и (1.7–1.9) для твердого и жидкого топлив и по формулам (1.4) и (1.17–1.19) для газового топлива.

Энтальпии 1 м 3 влажного воздуха , углекислого газа , азота , и водяных паров определяются по табл. 1.1.

Объемы газов, объемные доли трехатомных газов, концентрация золы

; ; ;

Среднее значение коэффициента α в газоходе

Источник

Энтальпия воздуха и продуктов сгорания котельного топлива. Теплоемкость уходящих дымовых газов.

Энтальпия воздуха и продуктов сгорания 1 кг твердого, жидкого или 1 м 3 газообразного топлива определяется по сумме энтальпий газообразных продуктов сгорания, входящих в состав дымовых газов.

I _в ° = α ּV _в ° ּС_в ּ t _в , (1)

где С_в — теплоемкость воздуха, м 3 • °С, при его температуре t _в , ˚С.

V_в ° — теоретический объем воздуха,

a — коэффициент избытка воздуха ,

Энтальпия газообразных продуктов сгорания, кДж/м 3 (при α = 1),

I_г° = (V R о₂ ּ Ссо₂ + V N ₂ ּ С N ₂ + V н₂оּСн₂о) ּ t_г (2)

где Ссо₂, СN₂ Сн₂о — средние объемные теплоемкости двуокиси углерода, азота и водяных паров при постоянном давлении и тем­пературе, кДж/(м 3 ּ°С).

Энтальпия дымовых газов, кДж/м 3 , при α > 1

Теплоемкость газов изменяется в зависимости от их темпера­туры. Средние объемные значения теплоемкости для воздуха, водя­ного пара и дымовых газов приведены в таблице 14.

Таблица 14. Средняя объемная теплоемкость газов при постоянном давлении и нормальных условиях

Источник

1.4. Состав и свойства природного газа

Природный газ представляет собой смесь предельных угле­водородов состава С_пН_2п+2, в которой содержится метан, этан, пропан, бутан и иногда пары более тяжелых углеводородов. Часто в состав природных газов входят азот N₂ (до 40 % по объему), углекислота СО₂, сероводород H₂S и редкие газы.

В газе газовых и газоконденсатных месторождений обыч­но преобладает метан; его доля достигает 98,8 %; в нефтяном (попутном) газе доля метана намного меньше, однако увели­чивается доля более тяжелых углеводородов — этана, пропа­на и бутана [5, 7, 13, 41].

Состав газовых смесей выражается в виде массовой, объем­ной или молярной доли компонентов в процентах. Массовая доля в процентах какого-либо компонента газовой смеси пред­ставляет собой отношение массы этого компонента к массе всей смеси:

где М_i — масса i-го компонента; M_см — масса смеси.

Объемная доля (%) какого-либо компонента в смеси газов равна отношению объема компонента к объему всей смеси:

где V_i — объем /-го компонента в смеси; V_см — объем всей смеси.

Молярная доля компонента определяется аналогично и может быть представлена в виде

где N_i — число молей г-го компонента в смеси; N_cm — сум­марное число молей газа в смеси.

Физические свойства природного газа зависят от его со­става, но в целом близки к свойствам метана как основного компонента смеси.

Плотность природного газа можно определить взвешива­нием или вычислить, зная молекулярную массу смеси М:

где V_m — объем моля газа при стандартных условиях, м 3 .

Обычно р_г находится в пределах 0,73— 1,0 кг/м 3 . В расче­тах часто используют более удобную величину — относитель­ную плотность Δ так как значение ее практически не зави­сит от давления и температуры. За величину сравнения при­нимают плотность воздуха

где М_Г — масса газа; М_в — масса воздуха.

Относительная плотность газа изменяется от 0,50 до 1,0. Плотность индивидуальных компонентов углеводородных га­зов (и сероводорода), за исключением метана, больше еди­ницы. При всех расчетах, связанных с движением газа, исполь­зуется вязкость. Аналитические зависимости вязкости смеси от вязкости входящих в смесь компонентов сложны и имеют недостаточную точность. В связи с этим на практике вяз­кость определяют по экспериментальным графикам, один из которых приведен на рис. 1.2.

Рис. 1.2. Зависимость вязкости природного газа μ (при Δ = 0,6) от температуры

Состояние газа характеризуется давлением р, температу­рой Т и объемом V. Соотношение между этими параметрами определяется законами идеальных газов (Бойля — Мариотта, Гей-Люссака и др.), которые имеют чрезвычайно большое

Рис. 1.3. Зависимость коэффициента сжимаемости природного газа от при­веденного давления при различных температурах

pV = ZMRT,

где Z — коэффициент сжимаемости; М — масса газа; р — давление; V — объем газа; R — газовая постоянная; Т — абсолютная температура.

Для нефтяных газов значение коэффициента сжимаемо­сти Z можно найти приближенно

Относительная плотность газа

Рис. 1.4. Зависимость среднекритического давления (1, 2) и температуры (1‘ 2′ ) природного газа от относительной плотности:

1, 1‘ — газовое месторождение; 2, 2′ — газоконденсатное месторождение

по графикам Брауна, представленным на рис. 1.3. Коэффициенты сжимаемости Z на этом графике зависят от приведенных давления р_пр и температуры Т_пр , значения которых можно определить по формулам

где р и Т — соответственно давление и температура газа; р_кр и Т_кр — критические давления и температура.

Рис. 1.5. Энтальпия природного газа в зависимости от давления и темпе­ратуры (при относительной плотности газа Δ = 0,6)

газа на конечном участке изменения его давления. Эту вели­чину обычно находят по кривым теплосодержания (рис. 1.5). Зная давление газа и его температуру при одном состоянии, по этим кривым можно найти температуру газа после дроссе­лирования. Для этого от первоначальной точки по линии равного теплосодержания следует переместиться в точку но­вого значения давления. Температура, соответствующая этой точке, явится искомой величиной. Изменение температуры газа при снижении давления на 0,1 МПа называется коэффи­циентом Джоуля — Томсона. Эта величина составляет 0,25 — 0,35 °С на 0,1 МПа (1 атм).

Источник

Общие сведения о процессах сжижения газа

В типичной ситуации имеют сырой природный газ высокого давления при температуре окружающей среды. Сжижение газа производится в серии теплообменников (испарителей холодильных машин), которые обеспечивают последовательное охлаждение, полное сжижение и некоторое переохлаждение. Очистка и фракционирование реализуются, как и основная доля охлаждения, под высоким давлением.

Холод производится одним или несколькими холодильными циклами, позволяющими снизить температуру до –160°С. Количество необходимого холода рассчитывается по энтальпийным диаграммам для природного газа (см. диаграмму «Энтальпия природного газа»).

Энтальпия природного газа (диаграмма давление-энтальпия для метана)

Сжижение завершается однократной сепарацией (изоэнтальпийное расширение после регулируемого штуцера) для снижения давления сжиженного газа до атмосферного.

Выбор холодильных циклов связан с термодинамическими и экономическими соображениями, а также с развитием техники (конструкция и максимальные размеры оборудования, расчет процесса на ЭВМ).

Установки сжижения являются большими потребителями энергии. Эта энергия обычно производится за счет потребления части сжижаемого газа (в тепловом эквиваленте около 12%). На практике в режиме нормальной работы в общем случае используются вместо сырого газа один или несколько производных продуктов, получаемых обязательно при фракционировании (С₅₊, газ сепарации — СН₄ + N₂ и т.п.).

Эти производные продукты по количеству и качеству подбираются исходя из состава сырого газа, из выбора коммерциализуемых продуктов фракционирования (т.е. реализуемых на рынке).

Величины температуры и давления, при которых должно происходить фракционирование, важны с точки зрения выбора процесса сжижения.

Источник: «Энциклопедия газовой промышленности» (1994)

Источник