Основные свойства горючих газообразных углеводородов

Тема: Виды газообразного топлива, их основные свойства и применение

Выполнила: студентка гр. ТХ-12-2 _______________

^{(подпись) (Ф.И.О.)}

^{(должность) (подпись) (Ф.И.О.)}

Санкт-Петербург

2012 г.

Оглавление

Оглавление. 2

Вступление. 3

1.Основные виды газообразного топлива. 4

2.Основные свойства горючих газообразных углеводородов. 5

3.Применение газообразного топлива. 8

4. Разработка месторождений. 11

5. Хранение и транспортировка газа. 14

Заключение. 17

Вступление

Использование газообразного топлива для удовлетворения различных потребностей человека началось задолго до рождения современной газовой промышленности и имеет не менее богатую и даже более длительную историю, чем использование жидких и полутвердых разновидностей углеводородного сырья: нефти, битума, асфальта. Первые успешные попытки применения газообразного топлива были предприняты в Древнем Китае не менее чем за 1000 лет до нашей эры: природный газ, добывавшийся при помощи глубоких скважин и перекачивавшийся по бамбуковым трубопроводам, использовался в качестве топлива для выпаривания соли из естественных соляных растворов. И, тем не менее, применение газообразного топлива не получило сколь либо заметного развития до начала 19 века, первые десятилетия которого ознаменовались началом коммерческого использования искусственного (каменноугольного) газа для освещения улиц, жилых домов и т.п. Что касается природного газа, то его использование в промышленных масштабах началось гораздо позже – в 70-х годах прошлого столетия – в связи с прокладкой первых магистральных трубопроводов в северо-восточных районах США, а становление мировой промышленности природного газа – лишь по окончании второй мировой войны.

Основные виды газообразного топлива

Газовое топливо, или просто газ, как известно, это разновидность ископаемых энергоносителей, представляющее собой горючие газообразные углеводороды нефтяного происхождения. Газообразные углеводороды, как правило, не имеют цвета и запаха и, несмотря на принадлежность к газам, обладают различным химическим составом, молекулярным весом, дисперсностью (размером) молекул и физическими свойствами. На данный момент известны и успешно используются следующие виды газообразного топлива: природные газы самостоятельных месторождений, попутные, сопровождающие добываемую нефть, газы нефтепереработки, газ пиролиза нефти, коксовый и полукоксовый газы, а также газ, получаемый при переработке горючих сланцев.

Природные газы представляют собой смеси легкокипящих углеводородов метанового ряда и неуглеводородных компонентов (балласта). Природные газы добываются из газовых месторождений. Если газ подстилается водой, то месторождение носит название газового, если оно заполнено жидким газом, включающим кроме метана более тяжелые углеводороды, то месторождение носит название газоконденсатного. Если газ подстилается нефтью и ее запасы значительны, то месторождение носит название газонефтяного. Попутный нефтяной газ – это природный углеводородный газ, растворенный в нефти или находящийся в «шапках» нефтяных и газоконденсатных месторождений. Поэтому при вскрытии нефтяных пластов обычно сначала начинает фонтанировать попутный газ.

Газы нефтепереработки – это смеси газов, образующихся на нефтеперегонных установках при термических и каталитических процессах переработки нефтяного сырья.

Коксовый газ – горючий газ, образующийся в процессе коксования твердого топлива (бурого, каменного угля, горючих сланцев или торфа), то есть при нагревании его без доступа воздуха до 900—1100 °С.

Газ пиролиза нефти образуется в процессе деструктивного превращения углеводородов нефти при высоких температурах (обычно выше 650-7000C).

Сланцевый газ — природный газ, добываемый из сланца, состоящий преимущественно из метана.

Основные свойства горючих газообразных углеводородов

Любой вид углеводородного топлива, как известно, горит только в парообразном состоянии, то есть в газовой фазе, что требует затрат дополнительного количества тепловой энергии на газификацию элементов исходного топлива. Газообразное топливо составляет исключение, поскольку при атмосферном давлении оно уже пребывает в газовой фазе и затраты, то есть потери дополнительного тепла, на его газификацию отсутствуют. Природный газ, изначально обладающий необходимыми товарными качествами и потребительскими свойствами, практически не подвергается переработке и потребляется непосредственно в своем естественном состоянии. Исключение составляют природные газы с повышенным содержанием газоконденсатных жидкостей, сероводорода и двуокиси углерода, а также некоторых прочих компонентов, снижающих потребительские качества газообразного топлива, и имеющих определенную промышленную ценность в качестве побочных продуктов переработки природного газа: вода, азот, гелий и ртуть. Сжигание газообразного топлива дает и ощутимые эксплуатационные выгоды. Во-первых, двигатели и котлы, сжигающие газообразное топливо, имеют минимальное время приготовления к работе из холодного состояния в рабочее. Во-вторых, эксплуатация газового хозяйства более простая по сравнению с эксплуатацией, например, жидко- или твердотопливного хозяйства. В-третьих, подача газа к топливосжигающей установке на сжигание требует меньших затрат, чем аналогичные технологические операции для жидкого и твердого топлива. И наконец, загрязнение поверхностей нагрева двигателей и котлов, сжигающих газ, незначительны, поскольку в конечных продуктах его сгорания количество копоти и сажи минимально, а зола и другие твердые отложения вовсе отсутствуют, что значительно увеличивает сроки между чистками наружных поверхностей нагрева.

Как известно, газообразное топливо объективно является источником повышенной опасности. Существует возможность постепенного накопления газо-воздушной смеси даже при незначительной разгерметизации и небольшой величине газовых потоков, если оборудование или газифицированное транспортное средство находится в закрытом, недостаточно вентилируемом помещении, и при наличии инициирующих факторов возникает опасность объемного взрыва. Природные газы имеют низкий молекулярный вес, а их основным компонентом является метан (около 90‑98 процентов). Кроме того, в состав природных газов входят этан, пропан, бутан, изобутан и пентан. Низшая теплота сгорания газа 7000—8500 ккал/м³. Газ конденсатных месторождений имеет больше тяжелых углеводородов и содержит конденсат, который извлекается. Низшая теплота сгорания газа 8000—10 000 ккал/м³. Попутный нефтяной газ содержит в своем составе кроме метана и этана большую долю пропанов, бутанов и паров более тяжелых углеводородов. ПНГ имеет высокую теплотворную способность, которая колеблется в пределах от 9 000 до 15 000 Ккал/ м³. Во многих попутных газах, в зависимости от месторождения, содержатся также неуглеводородные компоненты: сероводород и меркаптаны, углекислый газ, азот, гелий и аргон.

Газы нефтепереработки состоят в основном из низкомолекулярных углеводородов. В отличие от газов природных горючих и газов нефтяных попутных, большинство газов нефтепереработки содержат значительные количества непредельных углеводородов и водород. Исключение составляют газы, выделяющиеся при прямой перегонке нефти, а также газы каталитического риформинга и гидроформинга, которые состоят из парафиновых углеводородов (метан, этан, пропан и др.) и небольшого количества примесей (азот, кислород, углекислый газ и др.). Большое количество непредельных углеводородов находится в газах, образующихся при проведении высокотемпературных процессов (например, общее содержание непредельных углеводородов в газах нефтепереработки при жёстких режимах коксования доходит до 50% по массе, каталитического крекинга тяжёлого сырья — до 56% по массе). Коксовый газ – продукт высокотемпературной перегонки твердого топлива, очищенный от влаги, смолы, бензольных углеводородов и аммиака. Этот газ очень калорийный, а его теплотворная способность 16667—17504,6 кДж/м³ так высока, что позволяет сжигать газ в холодном состоянии. Холодный коксовый газ горит бесцветным пламенем, так как при горении не успевает выделяться сажистый углерод. Для создания светимости необходимо расходовать большие количества мазута или смолы.

Коксовый газ состоит обычно на 50 % из водорода, метана 35 %, окиси углерода 10 %, этилена 5 %, ненасыщенных углеводородов 2-3%. Плотность при 0 °С и 760 мм рт. ст. (105 кН/м²) 0,45-0,50 кг/м³; теплота сгорания (низшая) 17,5 МДж/м³ (4,0-4,5 тыс. ккал/м3); теплоёмкость 1,35 кДж/(м³·К); температура воспламенения 600-650 °С. Коксовый газ ядовит и взрывоопасен, взрывная концентрация в воздухе - от 6 до 30%. Коксовый газ содержит в 3,5 раза меньшее количество углеводородов, чем природный газ (25-29%).

Летучие продукты полукоксования – первичная смола и первичный газ, газовый бензин, подсмольная вода. Первичная смола – сложная жидкая смесь органических соединений темно-бурого цвета, содержащая парафиновые, олефиновые, нафтеновые и ароматические углеводороды, фенолы, альдегиды, кетоны, карбоновые кислоты, асфальтены, и др. Плотность 0,9-1,017 г/см3, выход 100-220 кг и более.

Первичный газ – горючий газ, содержащий 18-50% по объему СН₄, 8-18% олефинов (гл. обр. этилена), 14-19% Н₂ и др. Плотность1,0-1,2 кг/м³, теплота сгорания 15-31 МДж/м³, выход 80-200 м³.

Газовый бензин – смесь низкокипящих ароматических (до 70% по массе), нафтеноароматических и олефиновых углеводородов, остающихся в парообразном состоянии в первичном газе (30-70 г/м³) после конденсации из него первичной смолы и воды. Улавливается из первичного газа парафином или соляровым маслом. Плотность 0,65-0,80 г/см³, теплота сгорания около 40 МДж/кг, выход 6-10 кг. Компонент высокооктановых бензинов.

Подсмольная вода образуется из влаги, содержащейся в исходном топливе, и пирогенетической воды. Один из наиболее вредных видов промышленных сточных вод; основные компоненты: NH₃, фенолы, карбоновые кислоты.

Полукоксовые газы – один из товарных продуктов процессов полукоксования твердого топлива. В зависимости от вида топлива различают древесный, торфяной, буроугольный и каменноугольный полукоксовые газы. Выход полукоксового газа составляет примерно 55-80 м³/т при изменении низшей теплоты сгорания в диапазоне 9,6-26,4 МДж/м³. Коксовые газы служат побочным продуктом производства кокса, осуществляемого при температуре порядка 950-1000° С. Средний выход коксового газа 100-330 м³ на 1 т сухой шихты или 400-450 м³ на 1 т кокса. Благодаря высокому содержанию водорода коксовый газ представляет собой ценное топливо. При коксовании 100 млн. т каменного угля в год ресурсы коксового газа составят примерно 30 млрд. м³ в год, что эквивалентно примерно 15 млрд. м³ природного газа.

Газ пиролиза нефти является сырьем для производства: этилена чистотой 99,9% (масс.), пропилена чистотой 99,9% (масс.), бутан-бутадиеновой фракции, содержащую 30—40% (масс.) бутадиена и 25—30% (масс.) изобутилена 15—30% (масс.).

Сырьем для процесса пиролиза служат легкие бензиновые фракции, газо-конденсат, рафинаты каталитического риформинга, керосиновые и газойлевые фракции, а также нефти и нефтяные остатки. Выбор сырья определяется целью пиролиза, а также доступностью сырья, его количеством, стоимостью, а также экономическими показателями процесса. От качества сырья и технологического режима установки зависят выходы продуктов пиролиза. Наибольший выход этилена получается при пиролизе этана. По мере утяжеления сырья выход этилена снижается с одновременным увеличением выхода пиролизной смолы и кокса. С повышением температуры процесса и уменьшением времени реакции выход этилена увеличивается. Для повышения выхода непредельных углеводородов и снижения коксообразования в реакционную смесь подают различные разбавители, например водяной пар, водород, метан или метано-водородную смесь.

Сланцевый газ получают методом сухой перегонки сланца при высоких температурах (до 1000°С). Из 1 т сланца в камерных печах получают до 350 м3 газа. Его теплотворная способность — 3800 ккал/м3.

Достоинство сланцевого газа — близость к рынкам сбыта. Ресурсы сланцевого газа в мире составляют 200 трлн. куб. м. В США разведанные запасы сланцевого газа составляют 24 трлн. куб. м. (технически извлекаемы — 3,6 трлн. куб. м.).

В 2009 году добыча сланцевого газа в США составила 14 % от всего горючего газа; его доля увеличивается, что в 2009 году привело к существенным изменениям в распределении мирового рынка горючего газа между странами и образованию избыточного предложения на рынке к началу 2010 года. Горючий сланец состоит из преобладающих минеральных (кальциты, доломит, гидрослюды, монтмориллонит, каолинит, полевые шпаты, кварц, пирит и др.) и органических частей (кероген), последняя составляет 10—30 % от массы породы и только в сланцах самого высокого качества достигает 50—70 %. Органическая часть является биохимически преобразованным веществом простейших водорослей, сохранившим клеточное строение или потерявшим его.