So ermitteln Sie den Heizwert von Erdgas. Erdgas und sein Heizwert für den Hausgebrauch. Fossile Brennstoffe werden im Alltag genutzt
Gaskraftstoff wird in natürliche und künstliche Kraftstoffe unterteilt und ist eine Mischung aus brennbaren und nicht brennbaren Gasen, die eine bestimmte Menge Wasserdampf und manchmal Staub und Teer enthalten. Die Menge des Gasbrennstoffs wird in Kubikmetern unter normalen Bedingungen (760 mm Hg und 0 °C) und die Zusammensetzung in Volumenprozent ausgedrückt. Unter der Zusammensetzung des Kraftstoffs versteht man die Zusammensetzung seines trockenen gasförmigen Teils.
Erdgasbrennstoff
Der gebräuchlichste Gasbrennstoff ist Erdgas, das einen hohen Heizwert hat. Die Basis von Erdgas ist Methan, dessen Gehalt 76,7-98 % beträgt. Andere gasförmige Kohlenwasserstoffverbindungen enthalten Erdgas von 0,1 bis 4,5 %.
Flüssiggas ist ein Produkt der Erdölraffinierung – es besteht hauptsächlich aus einer Mischung von Propan und Butan.
Erdgas (CNG, NG): Methan CH4 mehr als 90 %, Ethan C2 H5 weniger als 4 %, Propan C3 H8 weniger als 1 %
Flüssiggas (LPG): Propan C3 H8 mehr als 65 %, Butan C4 H10 weniger als 35 %
Die Zusammensetzung brennbarer Gase umfasst: Wasserstoff H2, Methan CH4, andere Kohlenwasserstoffverbindungen CmHn, Schwefelwasserstoff H2S und nicht brennbare Gase, Kohlendioxid CO2, Sauerstoff O2, Stickstoff N2 und eine kleine Menge Wasserdampf H2O. Indizes M Und P an C und H charakterisieren Verbindungen verschiedener Kohlenwasserstoffe, beispielsweise für Methan CH 4 t = 1 und N= 4, für Ethan C 2 N b t = 2 Und N= b usw.
Zusammensetzung des trockenen gasförmigen Brennstoffs (Volumenprozent):
CO + H 2 + 2 C m H n + H 2 S + CO 2 + O 2 + N 2 = 100 %.
Der nicht brennbare Teil des trockenen Gasbrennstoffs – Ballast – besteht aus Stickstoff N und Kohlendioxid CO 2.
Die Zusammensetzung feuchter gasförmiger Brennstoffe wird wie folgt ausgedrückt:
CO + H 2 + Σ C m H n + H 2 S + CO 2 + O 2 + N 2 + H 2 O = 100 %.
Die Verbrennungswärme, kJ/m (kcal/m3), 1 m3 reines trockenes Gas unter normalen Bedingungen wird wie folgt bestimmt:
Q n s = 0,01,
wo Qso, Q n 2, Q c m n n Q n 2 S. - Verbrennungswärme der einzelnen im Gemisch enthaltenen Gase, kJ/m 3 (kcal/m 3); CO, H 2, Cm H n, H 2 S - Komponenten, aus denen das Gasgemisch besteht, Volumenprozent.
Der Heizwert von 1 m3 trockenem Erdgas beträgt unter normalen Bedingungen für die meisten heimischen Felder 33,29 – 35,87 MJ/m3 (7946 – 8560 kcal/m3). Die Eigenschaften gasförmiger Brennstoffe sind in Tabelle 1 aufgeführt.
Beispiel. Bestimmen Sie den unteren Heizwert von Erdgas (unter normalen Bedingungen) mit der folgenden Zusammensetzung:
H 2 S = 1 %; CH4 = 76,7 %; C 2 H 6 = 4,5 %; C 3 H 8 = 1,7 %; C 4 H 10 = 0,8 %; C 5 H 12 = 0,6 %.
Wenn wir die Eigenschaften von Gasen aus Tabelle 1 in Formel (26) einsetzen, erhalten wir:
Q ns = 0,01 = 33981 kJ/m 3 oder
Q ns = 0,01 (5585,1 + 8555 76,7 + 15 226 4,5 + 21 795 1,7 + 28 338 0,8 + 34 890 0,6) = 8109 kcal/m3.
Tabelle 1. Eigenschaften gasförmiger Brennstoffe
|
Gas |
Bezeichnung |
Verbrennungswärme Q n s |
|
|
KJ/m3 |
Kcal/m3 |
||
| Wasserstoff | N, | 10820 | 2579 |
| Kohlenmonoxid | CO | 12640 | 3018 |
| Schwefelwasserstoff | H 2 S | 23450 | 5585 |
| Methan | CH 4 | 35850 | 8555 |
| Ethan | C 2 H 6 | 63 850 | 15226 |
| Propan | C 3 H 8 | 91300 | 21795 |
| Butan | C 4 H 10 | 118700 | 22338 |
| Pentan | C 5 H 12 | 146200 | 34890 |
| Ethylen | C 2 H 4 | 59200 | 14107 |
| Propylen | C 3 H 6 | 85980 | 20541 |
| Butylen | C 4 H 8 | 113 400 | 27111 |
| Benzol | C 6 H 6 | 140400 | 33528 |
Kessel vom Typ DE verbrauchen 71 bis 75 m3 Erdgas, um eine Tonne Dampf zu erzeugen. Die Gaskosten in Russland im September 2008. beträgt 2,44 Rubel pro Kubikmeter. Daher kostet eine Tonne Dampf 71 × 2,44 = 173 Rubel 24 Kopeken. Die tatsächlichen Kosten für eine Tonne Dampf in Fabriken betragen für DE-Kessel nicht weniger als 189 Rubel pro Tonne Dampf.
Kessel vom Typ DKVR verbrauchen 103 bis 118 m3 Erdgas, um eine Tonne Dampf zu erzeugen. Die geschätzten Mindestkosten einer Tonne Dampf für diese Kessel betragen 103 × 2,44 = 251 Rubel 32 Kopeken. Die tatsächlichen Kosten für Dampf in Fabriken betragen nicht weniger als 290 Rubel pro Tonne.
Wie berechnet man den maximalen Erdgasverbrauch für einen DE-25-Dampfkessel? Dies sind die technischen Eigenschaften des Kessels. 1840 Würfel pro Stunde. Man kann aber auch rechnen. 25 Tonnen (25.000 kg) müssen mit der Differenz zwischen den Enthalpien von Dampf und Wasser (666,9-105) multipliziert und das Ganze durch den Kesselwirkungsgrad von 92,8 % und die Verbrennungswärme des Gases geteilt werden. 8300. und das war's
Künstlicher Gasbrennstoff
Künstliche Brenngase sind ein Brennstoff von lokaler Bedeutung, da sie einen deutlich geringeren Heizwert haben. Ihre wichtigsten brennbaren Elemente sind Kohlenmonoxid CO und Wasserstoff H2. Diese Gase werden im Produktionsbereich verwendet, wo sie als Brennstoff für Technologie- und Kraftwerke gewonnen werden.
Alle natürlichen und künstlichen brennbaren Gase sind explosiv und können sich in einer offenen Flamme oder einem Funken entzünden. Es gibt untere und obere Explosionsgrenzen für Gas, d. h. seine höchste und niedrigste prozentuale Konzentration in der Luft. Die untere Explosionsgrenze von Erdgasen liegt zwischen 3 % und 6 %, die Obergrenze zwischen 12 % und 16 %. Alle brennbaren Gase können den menschlichen Körper vergiften. Die wichtigsten giftigen Stoffe brennbarer Gase sind: Kohlenmonoxid CO, Schwefelwasserstoff H2S, Ammoniak NH3.
Natürliche und künstliche brennbare Gase sind farblos (unsichtbar) und geruchlos, was sie gefährlich macht, wenn sie durch Undichtigkeiten in Gasleitungsarmaturen in das Innere des Heizraums eindringen. Um eine Vergiftung zu vermeiden, sollten brennbare Gase mit einem Geruchsstoff behandelt werden – einem Stoff mit unangenehmem Geruch.
Produktion von Kohlenmonoxid CO in der Industrie durch Vergasung fester Brennstoffe
Für industrielle Zwecke wird Kohlenmonoxid durch Vergasung fester Brennstoffe, also deren Umwandlung in gasförmigen Brennstoff, gewonnen. Auf diese Weise können Sie Kohlenmonoxid aus jedem festen Brennstoff gewinnen – fossile Kohle, Torf, Brennholz usw.
Der Prozess der Vergasung fester Brennstoffe wird in einem Laborexperiment gezeigt (Abb. 1). Nachdem wir das feuerfeste Rohr mit Holzkohlestücken gefüllt haben, erhitzen wir es stark und lassen Sauerstoff aus dem Gasometer durchströmen. Lassen Sie uns die aus dem Rohr austretenden Gase durch einen Wäscher mit Kalkwasser leiten und ihn dann anzünden. Das Kalkwasser wird trüb und das Gas brennt mit bläulicher Flamme. Dies weist auf das Vorhandensein von CO2-Dioxid und Kohlenmonoxid CO in den Reaktionsprodukten hin.
Die Entstehung dieser Stoffe lässt sich dadurch erklären, dass bei Kontakt von Sauerstoff mit heißer Kohle diese zunächst zu Kohlendioxid oxidiert wird: C + O 2 = CO 2
Dann wird Kohlendioxid beim Durchströmen heißer Kohle teilweise zu Kohlenmonoxid reduziert: CO 2 + C = 2CO
Reis. 1. Produktion von Kohlenmonoxid (Laborexperiment).
Unter industriellen Bedingungen erfolgt die Vergasung fester Brennstoffe in Öfen, sogenannten Gasgeneratoren.
Das dabei entstehende Gasgemisch wird Generatorgas genannt.
Das Gasgeneratorgerät ist in der Abbildung dargestellt. Es handelt sich um einen Stahlzylinder mit einer Höhe von etwa 5 M und einem Durchmesser von ca. 3,5 M, innen mit feuerfesten Steinen ausgekleidet. Der Gasgenerator wird von oben mit Kraftstoff beladen; Von unten wird Luft oder Wasserdampf durch einen Ventilator durch den Rost zugeführt.
Sauerstoff in der Luft reagiert mit Kohlenstoff im Kraftstoff zu Kohlendioxid, das durch die heiße Kraftstoffschicht aufsteigt und von Kohlenstoff zu Kohlenmonoxid reduziert wird.
Wird nur Luft in den Generator geblasen, entsteht ein Gas, das Kohlenmonoxid und Luftstickstoff (sowie eine gewisse Menge CO 2 und andere Verunreinigungen) enthält. Dieses Generatorgas wird Luftgas genannt.
Wird Wasserdampf mit heißer Kohle in einen Generator geblasen, kommt es bei der Reaktion zur Bildung von Kohlenmonoxid und Wasserstoff: C + H 2 O = CO + H 2
Dieses Gasgemisch wird Wassergas genannt. Wassergas hat einen höheren Heizwert als Luftgas, da es neben Kohlenmonoxid auch ein zweites brennbares Gas enthält – Wasserstoff. Wassergas (Synthesegas), eines der Produkte der Vergasung von Kraftstoffen. Wassergas besteht hauptsächlich aus CO (40 %) und H2 (50 %). Wassergas ist ein Brennstoff (Verbrennungswärme 10.500 kJ/m3 bzw. 2730 kcal/mg) und gleichzeitig ein Rohstoff für die Synthese von Methylalkohol. Wassergas kann jedoch nicht über einen längeren Zeitraum erzeugt werden, da die Reaktion seiner Bildung endotherm ist (mit Wärmeaufnahme) und daher der Brennstoff im Generator abkühlt. Um die Kohle in heißem Zustand zu halten, wird abwechselnd Wasserdampf in den Generator eingespritzt und Luft eingespritzt, deren Sauerstoff bekanntermaßen mit dem Brennstoff unter Freisetzung von Wärme reagiert.
In jüngster Zeit wird die Dampf-Sauerstoff-Strahlung häufig zur Kraftstoffvergasung eingesetzt. Durch das gleichzeitige Einblasen von Wasserdampf und Sauerstoff durch die Brennstoffschicht kann der Prozess kontinuierlich ablaufen, wodurch die Produktivität des Generators erheblich gesteigert und Gas mit einem hohen Gehalt an Wasserstoff und Kohlenmonoxid erzeugt wird.
Moderne Gasgeneratoren sind leistungsstarke Geräte für den Dauerbetrieb.
Um zu verhindern, dass bei der Brennstoffzufuhr zum Gasgenerator brennbare und giftige Gase in die Atmosphäre gelangen, ist die Ladetrommel doppelt ausgeführt. Während Kraftstoff in eine Kammer der Trommel gelangt, wird Kraftstoff aus einer anderen Kammer in den Generator gefüllt. Wenn sich die Trommel dreht, wiederholen sich diese Vorgänge, der Generator bleibt jedoch die ganze Zeit über von der Atmosphäre isoliert. Die gleichmäßige Kraftstoffverteilung im Generator erfolgt über einen Kegel, der in unterschiedlichen Höhen angebracht werden kann. Beim Absenken fällt die Kohle näher an die Mitte des Generators; beim Anheben des Kegels wird die Kohle näher an die Wände des Generators geschleudert.
Die Entfernung der Asche aus dem Gasgenerator erfolgt mechanisiert. Der kegelförmige Rost wird von einem Elektromotor langsam gedreht. In diesem Fall wird die Asche in Richtung der Wände des Generators verdrängt und mit speziellen Vorrichtungen in den Aschekasten gekippt, von wo aus sie regelmäßig entfernt wird.
Die ersten Gaslaternen wurden 1819 in St. Petersburg auf der Insel Aptekarsky angezündet. Das verwendete Gas wurde durch Vergasung von Kohle gewonnen. Es wurde Leuchtgas genannt.
Der große russische Wissenschaftler D. I. Mendeleev (1834-1907) äußerte als erster die Idee, dass die Vergasung von Kohle direkt unter der Erde erfolgen kann, ohne sie herauszuheben. Die zaristische Regierung schätzte diesen Vorschlag Mendelejews nicht.
Die Idee der unterirdischen Vergasung wurde von W. I. Lenin wärmstens unterstützt. Er nannte es „einen der großen Siege der Technologie“. Die unterirdische Vergasung wurde erstmals vom Sowjetstaat durchgeführt. Bereits vor dem Großen Vaterländischen Krieg waren in den Kohlebecken der Region Donezk und Moskau in der Sowjetunion unterirdische Generatoren in Betrieb.
Eine Vorstellung von einer der Methoden der unterirdischen Vergasung gibt Abbildung 3. In das Kohleflöz werden zwei Brunnen gelegt, die unten durch einen Kanal verbunden sind. In einem solchen Kanal in der Nähe eines der Brunnen wird Kohle gezündet und dort Windenergie zugeführt. Verbrennungsprodukte, die sich entlang des Kanals bewegen, interagieren mit heißer Kohle, wodurch wie bei einem herkömmlichen Generator brennbares Gas entsteht. Durch den zweiten Brunnen gelangt Gas an die Oberfläche.
Erzeugergas wird häufig zum Beheizen von Industrieöfen – Hüttenöfen, Koksöfen und als Kraftstoff in Autos (Abb. 4) verwendet.
Reis. 3. Schema der unterirdischen Kohlevergasung.
Eine Reihe organischer Produkte, beispielsweise flüssiger Kraftstoff, werden aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid in Wassergas synthetisiert. Synthetischer Flüssigkraftstoff ist ein Kraftstoff (hauptsächlich Benzin), der durch Synthese aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff bei 150–170 Grad Celsius und einem Druck von 0,7–20 MN/m2 (200 kgf/cm2) in Gegenwart eines Katalysators (Nickel, Eisen, Kobalt). Aufgrund der Ölknappheit wurde im Zweiten Weltkrieg in Deutschland die erste Produktion von synthetischem Flüssigkraftstoff organisiert. Synthetischer Flüssigkraftstoff wird aufgrund seiner hohen Kosten nicht häufig verwendet. Zur Herstellung von Wasserstoff wird Wassergas verwendet. Dazu wird mit Wasserdampf vermischtes Wassergas in Gegenwart eines Katalysators erhitzt und dadurch zusätzlich zu dem bereits im Wassergas vorhandenen Wasserstoff gewonnen: CO + H 2 O = CO 2 + H 2
Die bei der vollständigen Verbrennung einer Einheitsmenge Kraftstoff freigesetzte Wärmemenge wird als Heizwert (Q) oder, wie manchmal gesagt, Heizwert oder Heizwert bezeichnet, der eines der Hauptmerkmale von Kraftstoff ist.
Der Heizwert von Gasen wird üblicherweise mit 1 bezeichnet m 3, unter normalen Bedingungen eingenommen.
Unter Normalbedingungen versteht man in technischen Berechnungen den Zustand des Gases bei einer Temperatur von 0 °C und einem Druck von 760 °C mmHg Kunst. Bezeichnet wird das Gasvolumen unter diesen Bedingungen nm 3(normaler Kubikmeter).
Für Industriegasmessungen gemäß GOST 2923-45 werden eine Temperatur von 20 °C und ein Druck von 760 als Normalbedingungen angenommen mmHg Kunst. Das diesen Bedingungen zugeordnete Gasvolumen ist im Gegensatz zu nm 3 wir rufen an M 3 (Kubikmeter).
Brennwert von Gasen (Q)) ausgedrückt kcal/nm e oder in kcal/m3.
Bei verflüssigten Gasen wird der Heizwert mit 1 bezeichnet kg.
Es gibt höhere (Qc) und niedrigere (Qn) Heizwerte. Der Bruttoheizwert berücksichtigt die Kondensationswärme von Wasserdampf, die bei der Kraftstoffverbrennung entsteht. Der untere Heizwert berücksichtigt nicht die im Wasserdampf der Verbrennungsprodukte enthaltene Wärme, da der Wasserdampf nicht kondensiert, sondern mit den Verbrennungsprodukten mitgerissen wird.
Die Konzepte Q in und Q n beziehen sich nur auf Gase, deren Verbrennung Wasserdampf freisetzt (diese Konzepte gelten nicht für Kohlenmonoxid, das bei der Verbrennung keinen Wasserdampf erzeugt).
Wenn Wasserdampf kondensiert, wird Wärme in Höhe von 539 freigesetzt kcal/kg. Darüber hinaus wird beim Abkühlen des Kondensats auf 0 °C (bzw. 20 °C) Wärme in Höhe von 100 bzw. 80 % freigesetzt. kcal/kg.
Insgesamt werden durch die Kondensation von Wasserdampf mehr als 600 % Wärme freigesetzt. kcal/kg, Das ist die Differenz zwischen dem höheren und dem niedrigeren Heizwert des Gases. Bei den meisten Gasen, die in der städtischen Gasversorgung eingesetzt werden, beträgt dieser Unterschied 8-10 %.
Die Heizwerte einiger Gase sind in der Tabelle angegeben. 3.
Für die städtische Gasversorgung werden derzeit Gase eingesetzt, die in der Regel einen Heizwert von mindestens 3500 haben kcal/nm 3 . Dies erklärt sich aus der Tatsache, dass in städtischen Gebieten die Gasversorgung über weite Strecken über Rohre erfolgt. Bei niedrigem Heizwert muss eine große Menge zugeführt werden. Dies führt zwangsläufig zu einer Vergrößerung der Durchmesser von Gasleitungen und damit zu einer Erhöhung der Metallinvestitionen und Mittel für den Bau von Gasnetzen und in der Folge zu einer Erhöhung der Betriebskosten. Ein wesentlicher Nachteil kalorienarmer Gase besteht darin, dass sie in den meisten Fällen einen erheblichen Anteil an Kohlenmonoxid enthalten, was die Gefahr bei der Verwendung von Gas sowie bei der Wartung von Netzen und Anlagen erhöht.
Brennwert des Gases unter 3500 kcal/nm 3 Am häufigsten wird es in der Industrie eingesetzt, wo es nicht über weite Strecken transportiert werden muss und die Verbrennung einfacher zu organisieren ist. Für die städtische Gasversorgung ist ein konstanter Brennwert des Gases wünschenswert. Schwankungen sind, wie wir bereits festgestellt haben, nicht mehr als 10 % zulässig. Eine größere Änderung des Brennwerts von Gas erfordert neue Anpassungen und teilweise den Austausch einer großen Anzahl standardisierter Brenner von Haushaltsgeräten, was mit erheblichen Schwierigkeiten verbunden ist.
Klassifizierung brennbarer Gase
Zur Gasversorgung von Städten und Industriebetrieben werden verschiedene brennbare Gase eingesetzt, die sich in Herkunft, chemischer Zusammensetzung und physikalischen Eigenschaften unterscheiden.
Brennbare Gase werden je nach Herkunft in natürliche oder natürliche und künstliche, aus festen und flüssigen Brennstoffen hergestellte Gase unterteilt.
Erdgas wird zusammen mit Öl aus Bohrlöchern in Reingasfeldern oder Ölfeldern gefördert. Gase aus Ölfeldern werden Begleitgase genannt.
Gase aus reinen Gasfeldern bestehen hauptsächlich aus Methan mit einem geringen Anteil an schweren Kohlenwasserstoffen. Sie zeichnen sich durch eine konstante Zusammensetzung und einen konstanten Brennwert aus.
Begleitgase enthalten neben Methan eine erhebliche Menge schwerer Kohlenwasserstoffe (Propan und Butan). Die Zusammensetzung und der Heizwert dieser Gase variieren stark.
Künstliche Gase werden in speziellen Gasanlagen hergestellt – oder fallen als Nebenprodukt bei der Kohleverbrennung in Hüttenwerken sowie in Ölraffinerien an.
In unserem Land werden aus Kohle erzeugte Gase in sehr begrenzten Mengen für die städtische Gasversorgung verwendet, und ihr spezifisches Gewicht nimmt ständig ab. Gleichzeitig nimmt die Produktion und der Verbrauch von verflüssigten Kohlenwasserstoffgasen zu, die aus Erdölbegleitgasen in Gas-Benzin-Anlagen und in Ölraffinerien bei der Ölraffinierung gewonnen werden. Flüssige Kohlenwasserstoffgase, die für die kommunale Gasversorgung verwendet werden, bestehen hauptsächlich aus Propan und Butan.
Zusammensetzung von Gasen
Die Art des Gases und seine Zusammensetzung bestimmen maßgeblich den Anwendungsbereich des Gases, den Aufbau und die Durchmesser des Gasnetzes, die konstruktiven Lösungen von Gasbrenngeräten und einzelnen Gasleitungseinheiten.
Der Gasverbrauch hängt vom Heizwert und damit von den Durchmessern der Gasleitungen und den Bedingungen der Gasverbrennung ab. Bei der Verwendung von Gas in Industrieanlagen sind die Verbrennungstemperatur und die Geschwindigkeit der Flammenausbreitung sowie die Konstanz der Zusammensetzung des Gasbrennstoffs von großer Bedeutung. Die Zusammensetzung von Gasen sowie ihre physikalischen und chemischen Eigenschaften hängen in erster Linie von der Art und Art ab Methode zur Gewinnung der Gase.
Brennbare Gase sind mechanische Gemische verschiedener Gase<как горючих, так и негорючих.
Der brennbare Teil gasförmiger Brennstoffe umfasst: Wasserstoff (H 2) – ein farbloses, geschmacks- und geruchloses Gas, sein unterer Heizwert beträgt 2579 kcal/nm 3\ Methan (CH 4) – ein farbloses, geschmacks- und geruchloses Gas, ist der wichtigste brennbare Bestandteil von Erdgasen, sein unterer Heizwert beträgt 8555 kcal/nm 3 ; Kohlenmonoxid (CO) – ein farbloses, geschmacks- und geruchloses Gas, das durch unvollständige Verbrennung von Kraftstoffen entsteht, sehr giftig, niedrigerer Heizwert 3018 kcal/nm 3 ; schwere Kohlenwasserstoffe (S p N t), Dieser Name<и формулой обозначается целый ряд углеводородов (этан - С2Н 6 , пропан - С 3 Нв, бутан- С4Н 10 и др.), низшая теплотворная способность этих газов колеблется от 15226 до 34890 kcal/nm*.
Der nicht brennbare Teil gasförmiger Brennstoffe umfasst: Kohlendioxid (CO 2), Sauerstoff (O 2) und Stickstoff (N 2).
Der nicht brennbare Teil von Gasen wird üblicherweise als Ballast bezeichnet. Erdgase zeichnen sich durch einen hohen Heizwert und die völlige Abwesenheit von Kohlenmonoxid aus. Gleichzeitig enthalten eine Reihe von Lagerstätten, hauptsächlich Gas und Öl, ein sehr giftiges (und ätzendes) Gas – Schwefelwasserstoff (H 2 S). Die meisten künstlichen Kohlegase enthalten eine erhebliche Menge an hochgiftigem Gas – Kohlenmonoxid (CO). ). Das Vorhandensein von Oxiden im Gas, Kohlenstoff und anderen giftigen Substanzen, ist höchst unerwünscht, da sie die Betriebsarbeit erschweren und die Gefahr bei der Verwendung von Gas erhöhen. Neben den Hauptbestandteilen enthält die Zusammensetzung von Gasen verschiedene Verunreinigungen, deren spezifischer Wert von was prozentual vernachlässigbar ist. Wenn man jedoch bedenkt, dass Gaspipelines Tausende und sogar Millionen Kubikmeter Gas liefern, erreicht die Gesamtmenge an Verunreinigungen einen erheblichen Wert. Viele Verunreinigungen fallen in Gaspipelines aus, was letztendlich zu einer Verringerung führt in ihrem Durchsatz und manchmal zu einem völligen Stopp des Gasdurchgangs. Daher muss das Vorhandensein von Verunreinigungen im Gas bei der Auslegung von Gasleitungen und während des Betriebs berücksichtigt werden.
Menge und Zusammensetzung der Verunreinigungen hängen von der Methode der Gasgewinnung bzw. -gewinnung und dem Grad ihrer Reinigung ab. Die schädlichsten Verunreinigungen sind Staub, Teer, Naphthalin, Feuchtigkeit und Schwefelverbindungen.
Staub entsteht im Gas während des Produktionsprozesses (Förderung) oder beim Gastransport durch Pipelines. Harz ist ein Produkt der thermischen Zersetzung von Kraftstoff und begleitet viele künstliche Gase. Befindet sich Staub im Gas, trägt das Harz zur Bildung von Teerschlammpfropfen und zur Verstopfung von Gasleitungen bei.
Naphthalin kommt häufig in künstlichen Kohlegasen vor. Bei niedrigen Temperaturen fällt Naphthalin in Rohren aus und verringert zusammen mit anderen festen und flüssigen Verunreinigungen den Durchflussquerschnitt von Gasleitungen.
Feuchtigkeit in Form von Dampf ist in fast allen natürlichen und künstlichen Gasen enthalten. Durch den Kontakt von Gasen mit der Wasseroberfläche gelangt es im Gasfeld selbst in Erdgase, und künstliche Gase werden während des Produktionsprozesses mit Wasser gesättigt. Das Vorhandensein von Feuchtigkeit in erheblichen Mengen im Gas ist unerwünscht, da es den Heizwert verringert Wert des Gases. Darüber hinaus hat es eine hohe Verdampfungswärmekapazität, Feuchtigkeit während der Gasverbrennung transportiert eine erhebliche Menge Wärme zusammen mit Verbrennungsprodukten in die Atmosphäre. Ein hoher Feuchtigkeitsgehalt im Gas ist auch unerwünscht, da es beim Abkühlen kondensiert Während der Bewegung des Gases durch Rohre kann es zu Wasserpfropfen in der Gasleitung (an den unteren Punkten) kommen, die entfernt werden müssen. Dies erfordert den Einbau spezieller Kondensatsammler und deren Abpumpen.
Zu den Schwefelverbindungen zählen, wie bereits erwähnt, Schwefelwasserstoff sowie Schwefelkohlenstoff, Mercaptan usw. Diese Verbindungen wirken sich nicht nur schädlich auf die menschliche Gesundheit aus, sondern verursachen auch erhebliche Korrosion von Rohren.
Weitere schädliche Verunreinigungen sind Ammoniak und Cyanidverbindungen, die vor allem in Kohlegasen vorkommen. Das Vorhandensein von Ammoniak- und Cyanidverbindungen führt zu einer erhöhten Korrosion des Rohrmetalls.
Auch die Anwesenheit von Kohlendioxid und Stickstoff in brennbaren Gasen ist unerwünscht. Diese Gase nehmen nicht am Verbrennungsprozess teil und sind Ballast, der den Heizwert verringert, was zu einer Vergrößerung des Durchmessers von Gasleitungen und einer Verringerung der Wirtschaftlichkeit der Verwendung von gasförmigem Brennstoff führt.
Die Zusammensetzung der für die städtische Gasversorgung verwendeten Gase muss den Anforderungen von GOST 6542-50 (Tabelle 1) entsprechen.
Tabelle 1
Die Durchschnittswerte der Zusammensetzung von Erdgasen aus den bekanntesten Feldern des Landes sind in der Tabelle dargestellt. 2.
Aus Gasfeldern (trocken)
| Westukraine. . . | 81,2 | 7,5 | 4,5 | 3,7 | 2,5 | - . | 0,1 | 0,5 | 0,735 | |
| Shebelinskoe................................................ | 92,9 | 4,5 | 0,8 | 0,6 | 0,6 | ____ . | 0,1 | 0,5 | 0,603 | |
| Region Stawropol. . | 98,6 | 0,4 | 0,14 | 0,06 | - | 0,1 | 0,7 | 0,561 | ||
| Region Krasnodar. . | 92,9 | 0,5 | - | 0,5 | _ | 0,01 | 0,09 | 0,595 | ||
| Saratovskoe................................. | 93,4 | 2,1 | 0,8 | 0,4 | 0,3 | Fußabdrücke | 0,3 | 2,7 | 0,576 | |
| Gazli, Region Buchara | 96,7 | 0,35 | 0,4" | 0,1 | 0,45 | 0,575 | ||||
| Aus Gas- und Ölfeldern (assoziiert) | ||||||||||
| Romashkino................................. | 18,5 | 6,2 | 4,7 | 0,1 | 11,5 | 1,07 | ||||
| 7,4 | 4,6 | ____ | Fußabdrücke | 1,112 | __ . | |||||
| Tuymazy......................... | 18,4 | 6,8 | 4,6 | ____ | 0,1 | 7,1 | 1,062 | - | ||
| Ashy...... | 23,5 | 9,3 | 3,5 | ____ | 0,2 | 4,5 | 1,132 | - | ||
| Fett........ ................................ . | 2,5 | . ___ . | 1,5 | 0,721 | - | |||||
| Syzran-neft................................. | 31,9 | 23,9 - | 5,9 | 2,7 | 0,8 | 1,7 | 1,6 | 31,5 | 0,932 | - |
| Ischbay................................. | 42,4 | 20,5 | 7,2 | 3,1 | 2,8 | 1,040 | _ | |||
| Andischan. ................................. | 66,5 | 16,6 | 9,4 | 3,1 | 3,1 | 0,03 | 0,2 | 4,17 | 0,801 ; | |
Brennwert von Gasen
Die bei der vollständigen Verbrennung einer Einheitsmenge Kraftstoff freigesetzte Wärmemenge wird als Heizwert (Q) oder, wie manchmal gesagt, Heizwert oder Heizwert bezeichnet, der eines der Hauptmerkmale von Kraftstoff ist.
Der Heizwert von Gasen wird üblicherweise mit 1 bezeichnet m 3, unter normalen Bedingungen eingenommen.
Unter Normalbedingungen versteht man in technischen Berechnungen den Zustand des Gases bei einer Temperatur von 0 °C und einem Druck von 760 °C mmHg Kunst. Bezeichnet wird das Gasvolumen unter diesen Bedingungen nm 3(normaler Kubikmeter).
Für Industriegasmessungen gemäß GOST 2923-45 werden eine Temperatur von 20 °C und ein Druck von 760 als Normalbedingungen angenommen mmHg Kunst. Das diesen Bedingungen zugeordnete Gasvolumen ist im Gegensatz zu nm 3 wir rufen an M 3 (Kubikmeter).
Brennwert von Gasen (Q)) ausgedrückt kcal/nm e oder in kcal/m3.
Bei verflüssigten Gasen wird der Heizwert mit 1 bezeichnet kg.
Es gibt höhere (Qc) und niedrigere (Qn) Heizwerte. Der Bruttoheizwert berücksichtigt die Kondensationswärme von Wasserdampf, die bei der Kraftstoffverbrennung entsteht. Der untere Heizwert berücksichtigt nicht die im Wasserdampf der Verbrennungsprodukte enthaltene Wärme, da der Wasserdampf nicht kondensiert, sondern mit den Verbrennungsprodukten mitgerissen wird.
Die Konzepte Q in und Q n beziehen sich nur auf Gase, deren Verbrennung Wasserdampf freisetzt (diese Konzepte gelten nicht für Kohlenmonoxid, das bei der Verbrennung keinen Wasserdampf erzeugt).
Wenn Wasserdampf kondensiert, wird Wärme in Höhe von 539 freigesetzt kcal/kg. Darüber hinaus wird beim Abkühlen des Kondensats auf 0 °C (bzw. 20 °C) Wärme in Höhe von 100 bzw. 80 % freigesetzt. kcal/kg.
Insgesamt werden durch die Kondensation von Wasserdampf mehr als 600 % Wärme freigesetzt. kcal/kg, Das ist die Differenz zwischen dem höheren und dem niedrigeren Heizwert des Gases. Bei den meisten Gasen, die in der städtischen Gasversorgung eingesetzt werden, beträgt dieser Unterschied 8-10 %.
Die Heizwerte einiger Gase sind in der Tabelle angegeben. 3.
Für die städtische Gasversorgung werden derzeit Gase eingesetzt, die in der Regel einen Heizwert von mindestens 3500 haben kcal/nm 3 . Dies erklärt sich aus der Tatsache, dass in städtischen Gebieten die Gasversorgung über weite Strecken über Rohre erfolgt. Bei niedrigem Heizwert muss eine große Menge zugeführt werden. Dies führt zwangsläufig zu einer Vergrößerung der Durchmesser von Gasleitungen und damit zu einer Erhöhung der Metallinvestitionen und Mittel für den Bau von Gasnetzen und in der Folge zu einer Erhöhung der Betriebskosten. Ein wesentlicher Nachteil kalorienarmer Gase besteht darin, dass sie in den meisten Fällen einen erheblichen Anteil an Kohlenmonoxid enthalten, was die Gefahr bei der Verwendung von Gas sowie bei der Wartung von Netzen und Anlagen erhöht.
Brennwert des Gases unter 3500 kcal/nm 3 Am häufigsten wird es in der Industrie eingesetzt, wo es nicht über weite Strecken transportiert werden muss und die Verbrennung einfacher zu organisieren ist. Für die städtische Gasversorgung ist ein konstanter Brennwert des Gases wünschenswert. Schwankungen sind, wie wir bereits festgestellt haben, nicht mehr als 10 % zulässig. Eine größere Änderung des Brennwerts von Gas erfordert neue Anpassungen und teilweise den Austausch einer großen Anzahl standardisierter Brenner von Haushaltsgeräten, was mit erheblichen Schwierigkeiten verbunden ist.
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Die Verbrennungswärme wird durch die chemische Zusammensetzung des brennbaren Stoffes bestimmt. Die in einem brennbaren Stoff enthaltenen chemischen Elemente werden durch anerkannte Symbole gekennzeichnet MIT , N , UM , N , S, und Asche und Wasser sind Symbole A Und W jeweils.
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Die Verbrennungswärme kann auf die Arbeitsmasse des brennbaren Stoffes bezogen werden Q P (\displaystyle Q^(P)), also auf den brennbaren Stoff in der Form, in der er zum Verbraucher gelangt; auf das Trockengewicht der Substanz Q C (\displaystyle Q^(C)); zu einer brennbaren Stoffmasse Q Γ (\displaystyle Q^(\Gamma )), also zu einem brennbaren Stoff, der weder Feuchtigkeit noch Asche enthält.
Es gibt höhere ( Q B (\displaystyle Q_(B))) Und niedriger ( Q. H. (\displaystyle Q_(H))) Verbrennungswärme.
Unter höherer Brennwert Verstehen Sie die Wärmemenge, die bei der vollständigen Verbrennung eines Stoffes freigesetzt wird, einschließlich der Kondensationswärme von Wasserdampf beim Abkühlen der Verbrennungsprodukte.
Nettobrennwert entspricht der Wärmemenge, die bei vollständiger Verbrennung freigesetzt wird, ohne Berücksichtigung der Kondensationswärme von Wasserdampf. Die Kondensationswärme von Wasserdampf wird auch als Kondensationswärme bezeichnet latente Verdampfungswärme (Kondensation).
Der niedrigere und der höhere Heizwert hängen durch die Beziehung zusammen: Q B = Q H + k (W + 9 H) (\displaystyle Q_(B)=Q_(H)+k(W+9H)),
wobei k ein Koeffizient von 25 kJ/kg (6 kcal/kg) ist; W ist die Wassermenge in der brennbaren Substanz, % (Massenanteil); H ist die Menge an Wasserstoff in einem brennbaren Stoff, % (nach Masse).
Berechnung des Brennwerts
Somit ist der höhere Heizwert die Wärmemenge, die bei der vollständigen Verbrennung einer Massen- oder Volumeneinheit (bei Gas) eines brennbaren Stoffes und der Abkühlung der Verbrennungsprodukte auf die Taupunkttemperatur freigesetzt wird. Bei wärmetechnischen Berechnungen wird der höhere Heizwert mit 100 % angenommen. Die latente Verbrennungswärme eines Gases ist die Wärme, die bei der Kondensation des in den Verbrennungsprodukten enthaltenen Wasserdampfs freigesetzt wird. Theoretisch kann es 11 % erreichen.
In der Praxis ist es nicht möglich, Verbrennungsprodukte bis zur vollständigen Kondensation abzukühlen. Aus diesem Grund wurde das Konzept des unteren Heizwerts (QHp) eingeführt, der durch Abzug der Verdampfungswärme des in beiden enthaltenen Wasserdampfs vom höheren Heizwert erhalten wird die Substanz und diejenigen, die bei ihrer Verbrennung entstehen. Die Verdampfung von 1 kg Wasserdampf erfordert 2514 kJ/kg (600 kcal/kg). Der untere Heizwert wird durch die Formeln (kJ/kg oder kcal/kg) ermittelt:
Q H P = Q B P − 2514 ⋅ ((9 H P + W P) / 100) (\displaystyle Q_(H)^(P)=Q_(B)^(P)-2514\cdot ((9H^(P)+W^ (P))/100))(für feste Materie)
Q H P = Q B P − 600 ⋅ ((9 H P + W P) / 100) (\displaystyle Q_(H)^(P)=Q_(B)^(P)-600\cdot ((9H^(P)+W^ (P))/100))(für eine flüssige Substanz), wobei:
2514 – Verdampfungswärme bei einer Temperatur von 0 °C und Atmosphärendruck, kJ/kg;
H P (\displaystyle H^(P)) Und W P (\displaystyle W^(P))- Gehalt an Wasserstoff und Wasserdampf im Arbeitsbrennstoff, %;
9 ist ein Koeffizient, der zeigt, dass bei der Verbrennung von 1 kg Wasserstoff in Verbindung mit Sauerstoff 9 kg Wasser entstehen.
Die Verbrennungswärme ist das wichtigste Merkmal eines Brennstoffs, da sie die Wärmemenge bestimmt, die bei der Verbrennung von 1 kg festem oder flüssigem Brennstoff oder 1 m³ gasförmigem Brennstoff in kJ/kg (kcal/kg) entsteht. 1 kcal = 4,1868 oder 4,19 kJ.
Der untere Heizwert wird für jeden Stoff experimentell ermittelt und ist ein Referenzwert. Sie kann auch für feste und flüssige Stoffe mit bekannter Elementzusammensetzung durch Berechnung nach der Formel von D. I. Mendelejew, kJ/kg oder kcal/kg, ermittelt werden:
Q H P = 339 ⋅ C P + 1256 ⋅ H P − 109 ⋅ (O P − S L P) − 25,14 ⋅ (9 ⋅ H P + W P) (\displaystyle Q_(H)^(P)=339\cdot C^(P)+1256\ cdot H^(P)-109\cdot (O^(P)-S_(L)^(P))-25,14\cdot (9\cdot H^(P)+W^(P)))
Q H P = 81 ⋅ C P + 246 ⋅ H P − 26 ⋅ (O P + S L P) − 6 ⋅ W P (\displaystyle Q_(H)^(P)=81\cdot C^(P)+246\cdot H^(P) -26\cdot (O^(P)+S_(L)^(P))-6\cdot W^(P)), Wo:
C P (\displaystyle C_(P)), H P (\displaystyle H_(P)), O P (\displaystyle O_(P)), S L P (\displaystyle S_(L)^(P)), W P (\displaystyle W_(P))- Gehalt an Kohlenstoff, Wasserstoff, Sauerstoff, flüchtigem Schwefel und Feuchtigkeit in der Arbeitsmasse des Kraftstoffs in % (nach Gewicht).
Für Vergleichsrechnungen wird der sogenannte konventionelle Kraftstoff verwendet, der eine spezifische Verbrennungswärme von 29308 kJ/kg (7000 kcal/kg) aufweist.
In Russland werden thermische Berechnungen (z. B. Berechnung der Wärmelast zur Bestimmung der Kategorie eines Raumes hinsichtlich Explosions- und Brandgefahr) in der Regel mit dem niedrigsten Heizwert durchgeführt, in den USA, Großbritannien und Frankreich dagegen zum Höchsten. Im Vereinigten Königreich und in den USA wurde die spezifische Verbrennungswärme vor der Einführung des metrischen Systems in britischen thermischen Einheiten (BTU) pro Pfund (lb) gemessen (1 Btu/lb = 2,326 kJ/kg).
Stoffe und Materialien Nettobrennwert Q H P (\displaystyle Q_(H)^(P)), MJ/kg Benzin 41,87 Kerosin 43,54 Papier: Bücher, Zeitschriften 13,4 Holz (Blöcke W = 14 %) 13,8 Natürliches Gummi 44,73 Polyvinylchlorid-Linoleum 14,31 Gummi 33,52 Stapelfaser 13,8 Polyethylen 47,14 Expandiertes Polystyrol 41,6 Baumwolle gelockert 15,7 Plastik 41,87
