Состав природного газа

 

В состав газообразного топлива входят горючая и негорючая части. Чем больше горючая часть топлива, тем больше удельная теплота его сгорания. Различия в физико-химических и теплотехнических характеристиках газового топлива обусловлены разным количеством в составе газа горючих и негорючих газообразных компонентов (балластов), а также вредных примесей.

К горючим компонентам относятся следующие вещества: водород, метан, другие углеводороды, оксид углерода и сероводород.

Природные и попутныегазы представляют собой не только высококалорийное топливо, но ценное сырье для химической промышленности.

Метан обладает сравнительно низкой реакционной способностью. Это объясняется тем, что на разрыв четырех связей С—Н в молекуле метана требуется большая затрата энергии.

Углеводороды метанового ряда имеют общую формулу СnН2n+2, где п — углеродное число, равное 1 для метана, 2 для этана и 3 для пропана. С увеличением числа атомов в молекуле тяжелых углеводородов возрастают ее плотность и удельная теплота сгорания.

Метан СН4 Бесцветный нетоксичный газ без запаха и вкуса. В состав метана входит 75 % углерода и 25 % водорода; масса 1 м3 метана равна 0,717 кг. Вследствие содержания в метане 25 % водорода (по массе) имеется большое различие между его высшей и низшей удельной теплотой сгорания. Высшая удельная теплота сгорания метана Qв составляет 39 820 кДж/м3 , 13 200 ккал/кг и 212 860 ккал/моль; низшая — Qн — соответственно 35 880 кДж/м3, 11 957 ккал/кг и 191 820 ккал/моль. Содержание метана в природных газах достигает 98 %, поэтому его свойства практически полностью определяют свойства природных газов.

Водород Н2. Бесцветный нетоксичный газ не имеющего вкуса и запаха, масса 1 м3 которого равна 0,09 кг. Он в 14,5 раза легче воздуха. Удельная теплота сгорания водорода составляет:

QB— 12 750 кДж/м3 , 33 850 ккал/кг и 68 260 ккал/моль;

Qн — соответственно 10 800 кДж/м3, 28640 ккал/кг и 57 740 ккал/моль.

Величина высшей теплоты сгорания превышает низщую теплоту сгорания, на величину, затрачиваемую на испарение воды, образующейся при сгорании водорода; 1 м3 водорода, сгорая в теоретически необходимом количестве воздуха, образует 2,88 м3 продуктов горения.

Водородно-воздушные смеси легко воспламеняемы и весьма пожаро - и взрывоопасны.

Оксид углерода СО. Бесцветный газ без запаха и вкуса масса 1 м3 которого составляет 1,25 кг; удельная теплота сгорания 13 250 кДж/м3 , 2413 ккал/кг или 67 590 ккал/моль, Увеличение содержания оксида углерода за счет снижения балласта ( CO2 + N2 ) резко повышает удельную теплоту сгорания и температуру горения низкокалорийных газов. В высококалорийных газах, содержащих метан и другие углеводороды, увеличение процентного содержания оксида углерода понижает удельную теплоту сгорания газа. При этом образуется 2,88 м3 продуктов горения. Вследствие малого их объема на каждый кубический метр оксида углерода приходится больше теплоты, чем на 1 м3 продуктов горения углеводородов.

Оксид углерода даже не поглощается угольным фильтром – это сильный яд.

Оксид углерода легко вступает в соединение с гемоглобином крови. При содержании в воздухе 0,04 % СО примерно 30 % гемоглобина крови вступает в химическое соединение с оксидом углерода, при 0,1 % СО — 50%, при 0,4 %—более 80%. Оксид углерода относится к высокотоксичным газам, и находиться в помещении, воздух которого содержит 0,2 % СО, в течение 1 ч вредно для организма, а при содержании 0,5 % СО находиться в помещении даже в течение 5 мин опасно для жизни, а при 1% смерть.

В негорючую часть газообразного топлива входят азот, углекислый газ и кислород.

Азот N2 . Бесцветный газ без запаха и вкуса. Плотность азота равна 1,25 г/м3. Атомы азота соединены между собой в молекуле тройной связью, на разрыв которой расходуется 170,2 тыс. ккал/моль теплоты.

Азот практически не реагирует с кислородом, поэтому при расчетах процесса горения его рассматривают как инертный газ. Содержание азота в различных газах колеблется в значительных пределах.

Окислы азота – выделяются при сгорании газа t =1000 ºС и вызывают кислородное голодание. Допустимый предел NО - 0,02 мг/литр – головная боль. NО2 – вызывает наркотическое действие, и в итоге отек легких.

Углекислый газ СО2 . Бесцветный газ, тяжелый, малореакционный при низких температурах. Имеет слегка кисловатый запах и вкус. Концентрация СО2 в воздухе в пределах 4—5 % приводит к сильному раздражению органов дыхания, а в пределах 10 % вызывает сильное отравление.

Плотность СО2 составляет 1,98 г/м3. Углекислый газ тяже­ лее воздуха в 1,53 раза, при температуре — 20 0С и давления 5,8 МПа (58 кгс/см г ) он превращается в жидкость, которую можно перевозить в стальных баллонах. При сильном охлаждении CO2 застывает в белую снегообразную массу. Твердый СО2 , или сухой лед, широко используется для хранения скоропортящихся продуктов в других целей. Углекислота (СО2) – оказывает плохое воздействие. (сланцевый газ – СО2 – 16%). Человек не может вдыхать уже 1-2% СО2 .Если в воздухе содержится 3% дыхание человека становится тяжелым, а при 10% наступает обморочное состояние.

Кислород О2 . Газ без запаха, цвета и вкуса. Плотность его составляет 1,43 г/м3. Присутствие кислорода в газе понижает удельную теплоту сгорания и делает газ взрывоопасным. Поэтому содержание кислорода в газе не должно быть более 1 % от объема.

К вредным примесям относятся следующие газы.

Сероводород H2S . Бесцветный газ с сильным запахом, напоминающим запах тухлых яиц, обладает высокой токсичностью. Масса 1 м3 сероводорода равна 1,54 кг.

Сероводород, воздействуя на металлы, образует сульфиды. Он оказывает сильное корродирующее воздействие на газопроводы, особенно при одновременном присутствии в газе H2S , Н2О и О2. При сжигании сероводород образует сернистый газ, вредный для здоровья и оказывающий коррозионное воздействие на металлические поверхности. Содержание сероводорода в газе не должно превышать 2 г на 100 м3 газа. Сероводород Н2S – имеет неприятный запах – вызывает смерть от остановки дыхания. Норма 0,01 мг/литр. Допустимая концентрация 0,02 мг/литр. 1,5 мг/литр – наступает смерть в течении 1~5 минут.

Цианистоводородная (синильная) кислота HCN . Представляет собой бесцветную легкую жидкость с температурой кипения 26 0С. Вследствие такой низкой температуры кипения HCN находится в горючих газах в газообразном состоянии. Синильная кислота очень ядовита, обладает корродирующим воздействием на железо, медь, олово, цинк и их сплавы. Поэтому допускается наличие не более 5 г цианистых соединений (в пересчете на HCN ) на каждые 100 м3 газа. Цианистый водород – НСN – содержится в коксовом газе, вдыхание малого количества смерть.