Физико-химические свойства природных газов

Газовые топлива ненефтяного происхождения

Газовые топлива нефтяного происхождения

Классификация газовых топлива

ПЛАН КОНСПЕКТА

КОНСПЕКТ УРОКА № 10

Дисциплина - Заправка транспортных средств горючими и смазочными материалами

МДК 03.02. Организация транспортировки, приёма, хранения и отпуска нефтепродуктов

Тема урока. «Особенности сжиженных газов и их характеристики»

ñ сжиженные нефтяные газы

ñ сжатые сопутстсвующие пары

ñ сжатый природный газ

ñ газокондетсатное топливо

ñ спирты

ñ водород

Газовые топливаделятся на

ñ низкокалорийнные,

ñ среднекалорийные,

ñ высокалорийные.

К низко-калорийнным газовым топливам относится — доменный газ (из 1 м3 получают 10 000 кДж теплоты).

К средне-калорийнным газовым топливам относят коксовый и светильный газы (из 1 м3 газа — 10 000 — 20 000 кДж теплоты).

К высоко-калорийнным газовым топливам относятся природный газ (35 000кДж), нефтяной сопутствующий (45 000кДж), сжиженный (46 000кДж), крекинговый (50 000кДж).

Природные газыне имеют цвета, запаха и вкуса.

Теплота сгорания- это количество тепла, которое выделяется при полном сгорании 1 м3газа. Измеряется в ккал/м3.

Температурой горения называется максимальная температура, которая может быть достигнута при полном сгорании газа, если количество воздуха, необходимого для горения, точно отвечает химическим формулам горения, а начальная температура газа и воздуха равна Температура горения отдельных газов составляет 2000 - 2100ºС.

Температура воспламенения - это минимальная начальная температура, при которой начинается горение. Для природного газа она составляет 645ºС.

Границы взрываемости. Газовоздушная смесь, в которой газа находится:

до 5% - не горит;

от 5 до 15% - взрывается;

больше 15% - горит при подаче воздуха.

Скорость распространения пламени для природного газа - 0,67 м/сек (метан СН4)

Горючие газы не имеют запаха. Для своевременного определения наличия их в воздухе, быстрого и точного определения мест утечки газ одорируют (дают запах). Для одоризации используют этилмеркоптан (С2Н5SН). Норма одоризации 16 г одоранта на 1000 м3газа. Одоризация проводится на газораспределительных станциях (ГРС). При наличии в воздухе 1% природного газа должен ощущаться его запах.

 

Горючие газы, применяемые в качестве моторного топлива для автомобилей, можно условно разделить на три основных вида по условиям спецификисодержания, влияющей на возможность использования на разных классах автомобилей (легковых, грузовых, автобусов):

1. Сжиженные нефтяные газы (СНГ);

2. Компримированные (сжатые) природные газы (КПГ);

3. Сжиженные природные газы (СПГ);

4. Водородное топливо.

 

Основными компонентами сжиженных газов (современного топлива для двигателей) являются пропан С3Н8, бутан С4Н10 и их смеси.

Получают эти углеводороды из газов, сопутствующих нефти, при бурении скважин и из газообразных фракций, образующихся при различных видах переработки нефтепродуктов и каменного угля.

Критические температуры пропана (97 °С) и бутана (126 °С) значительно выше обычных температур окружающей среды, поэтому эти углеводороды при небольшом давлении (без охлаждения) переходят в жидкое состояние. При 20 °С пропан сжижается под давлением 0,716 МПа, а бутан — под давлением 0,103 МПа, т.е. газобаллонные установки для производства сжиженного газа являются установками среднего давления.

Хранят сжиженные газы в баллонах емкостью 250 л (162...225 л газа обеспечивают запас хода автомобиля до 500 км), рассчитанных на рабочее давление 1,6 МПа. В таких условиях даже чистый пропан находится в жидком виде, что позволяет эксплуатировать автомобили на сжиженных нефтяных газах (СНГ) круглогодично (кроме южных районов в летнее время, где температура выше 48,5 °С).

Октановое число пропана 105, а нормального бутана и изобутана 94.

Октановое число (ОЧ) характеризует антидетонационные свойства газа и служит критерием для установления допустимой степени сжатия двигателя. ОЧ газовых топлив лежит в пределах 70?110. Чем выше ОЧ газа, тем он менее склонен к детонационному сгоранию и тем выше допустимая степень сжатия двигателя и, следовательно, его экономичность.

Плотность сжиженных газов составляет 510... 580 кг/м3, т. е. они почти в два раза легче воды. Плотность (Р, кг/м3) представляет собой массу, заключенную в единице объема газа в жидкой или газообразной его фазе при определенных внешних условиях (температуре и давлении).

Вязкость газов очень мала, что облегчает транспортирование их по трубопроводам. Коэффициент объемного расширения СНГ очень велик, т. е. при повышении наружной температуры они значительно расширяются, поэтому при заполнении резервуаров необходимо оставлять свободное пространство (примерно 15 % емкости). В нормальном состоянии СНГ не ядовиты и не имеют запаха.
СНГ вдвое дешевле бензина и при этом обеспечивают до 10...20% экономии энергии, т.е. для автомобиля, расходующего на 100 км пробега 15 л высокооктанового бензина, достаточно 13 л СНГ, а для автомобиля с расходом 11 л бензина на 100 км достаточно 9,8 л СНГ.

ГОСТ 27578 — 87 «Газы углеводородные сжиженные для автомобильного транспорта» устанавливает следующие марки СНГ: ПА — пропан автомобильный для применения в зимний период при температуре от -20° до —30 °С; ПБА — пропан-бутан автомобильный для применения при температуре не ниже —20 °С.
Названные показатели связаны между собой соотношением:

 

Цетановое число (ЦТ) характеризует воспламеняемость газа: чем оно ниже, тем хуже происходит воспламенение газа и, следовательно, ухудшаются пусковые свойства двигателя на этом газе.

Октановое и цетановое числа связаны между собой линейной зависимостью: чем выше ОЧ, тем ниже ЦТ.

Пределы воспламеняемости газа характеризуют граничные значения содержания газа (в процентах по объему) в воздухе, при которых еще возможно воспламенение горючей смеси. На воспламеняемость газовой смеси оказывают влияние температура, давление и ее турбулентность (завихрение газовых потоков). Переобедненные и переобогащенные газовые смеси не воспламеняются.

Знание этих пределов важно как для организации рабочего процесса и регулирования топливоподачи в двигателях,так и для определения взрыво– и пожаробезопасности концентраций и соответствующего обустройства помещений для хранения и технического обслуживания автомобилей.

Критическая температура (Ткр) – температура, при которой плотности жидкости и ее насыщенного пара становятся равными и граница раздела между ними исчезает.

Давление насыщенных паров (Ркр) при критической температуре называется критическим давлением.

Первый показатель химическая формула.Метан и сжиженный нефтяной газ, в состав которого входят этан, пропан, бутан и пентан, ни в своем составе, ни в примесях не имеют свинца, что делает выхлоп при их сгорании экологически более чистым, чем у бензина.

Молекулярная масса у газов ниже, чем у бензина, следовательно, наполнение цилиндров горючей смесью, при прочих равных условиях, будет ниже, чем у бензина. Это минус, так как ведет к снижению мощности ДВС.

Относительная плотность газовой фазы по воздуху – величина, необходимая для расчета механизмов смесеобразования рабочего тела (газовоздушной смеси) и непосредственно не характеризует преимущества, или недостатки газового топлива перед бензином, но говорит о том, что при утечке метан будет уходить вверх, а СНГ будет скапливаться внизу.

Плотность жидкости – характеризует объем сосуда для хранения жидкой фазы топлива. Мы видим, что для одной и той же массы для бензина нужен объем меньше, чем для газа. Это – минус.

Критическая температура.Углеводородные газы, имеющие критическую температуру значительно выше обычных температур окружающей среды (например, у пропана 96,8 °C, а у бутана – 152,0 °C), легко сжижаются и хранятся в сжиженном состоянии при относительно небольшом давлении. Они хранятся в достаточно легких емкостях, позволяющих их использовать для питания двигателей легковых и малотоннажных грузовых автомобилей.

А метан, у которого критическая температура значительно ниже (минус 82,1 °C), будет при любом давлении в газообразном состоянии, и для его использования в качестве газового топлива его содержат в баллонах под давлением 20 МПа.

Низшая теплота сгорания у всех газов больше, чем у бензина. Это является преимуществом газового топлива и компенсирует пониженное наполнение цилиндров из-за малой относительной плотности газа.

Стехиометрический коэффициент у газов выше, чем у бензина.

Октановое числоу газа значительно выше, чем у бензина. Это большое преимущество газа, позволяющее избавить двигатель от детонации, увеличить его мощность за счет увеличения степени сжатия и снизить расход топлива.

Температура воспламенения. Не в пользу газа. Это ухудшит пусковые качества двигателя.

Пределы воспламеняемости и коэффициент избытка воздуха в пользу газового топлива. Они говорят о том, что пределы регулирования ДВС на газовом топливе шире, чем на бензиновом.

На основе рассмотренных физико-химических свойств газовых топлив можно утверждать, что они безусловно превосходят бензиновые по следующим параметрам:

– позволяют добиваться более высоких мощностных и топливно-экономических показателей,чем у аналогичных по способу организации рабочего процесса бензиновых двигателей. Специально сконструированные газовые двигатели по удельным показателям мощности превосходят бензиновые, а по топливной экономичности близки к дизельным;

– по экологическим показателям выхлопа значительно превосходят бензины.