Сжиженный углеводородный газ — классификация, свойства и технологические преимущества. Как сжижать газы? Производство и использование сжиженного газа

Сжиженные углеводородные газы (СУГ) получают из попутного нефтяного газа. Это чистые газы или специальные смеси, которые могут быть использованы для отопления домов, в качестве автомобильного топлива, а также производства нефтехимической продукции.

ШФЛУ на ГФУ

Сжиженные углеводородные газы получают из широкой фракции легких углеводородов (ШФЛУ), которую, в свою очередь, выделяют из попутного нефтяного газа (ПНГ).

Разделение ШФЛУ на составляющие ее компоненты - индивидуальные углеводороды - происходит на газофракционирующих установках (ГФУ). Процесс разделения похож на разделение ПНГ. Однако в данном случае разделение должно быть более тщательным. Из ШФЛУ в процессе газофракционирования могут получаться различные продукты. Это может быть пропан или бутан, а также смесь пропан-бутана (ее называют СПБТ, или смесь пропана-бутана технических). СПБТ - наиболее распространенный вид сжиженных газов - именно в этом виде этот продукт поставляется населению, промышленным предприятиям и отправляется на экспорт. Так, из 2,034 млн тонн СУГ, реализованных «Газпром газэнергосеть» в 2012 году, на смесь пропан-бутана пришлось 41%, на бутан - треть поставок, на пропан - около 15%.

Также путем разделения ШФЛУ получают технический бутан и технический пропан, пропан автомобильный (ПА) или смесь ПБА (пропан-бутан автомобильный).

Существуют и другие компоненты, которые выделяют путем переработки ШФЛУ. Это изобутан и изобутилен, пентан, изопентан.

Как применяют сжиженные углеводородные газы

Сжиженные углеводородные газы могут использоваться по-разному. Наверное, каждому знакомы еще с советских времен ярко-красные баллоны с надписью пропан. Их используют для приготовления пищи на бытовых плитах или для отопления в загородных домах.

Также сжиженный газ может использоваться в зажигалках - туда обычно закачивают либо пропан, либо бутан.

Сжиженные углеводородные газы используются и для отопления промышленных предприятий и жилых домов в тех регионах, куда еще не дошел природный газ по трубопроводам. СУГ в этих случаях хранится в газгольдерах - специальных емкостях, которые могут быть как наземными, так и подземными.

По показателю эффективности пропан-бутан занимает второе место после магистрального природного газа. При этом использование СУГ более экологично по сравнению, например, с дизельным топливом или мазутом.

Газ в моторы и пакеты

Пропан, бутан и их смеси, наряду с природным газом (метаном), используются в качестве альтернативного топлива для заправки автомобилей.
Использование газомоторного топлива в настоящее время очень актуально, ведь ежегодно отечественным автопарком, состоящим из более 34 млн единиц транспортных средств, вместе с отработавшими газами выбрасывается 14 млн тонн вредных веществ. А это составляет 40% от общих промышленных выбросов в атмосферу. Отработавшие газы двигателей, работающих на газе, в несколько раз менее вредны.

В выхлопах газовых моторов содержится в 2–3 раза меньше оксида углерода (CO) и в 1,2 раза меньше окиси азота. При этом по сравнению с бензином стоимость СУГ ниже примерно на 30–50%.

Рынок газомоторного топлива активно развивается. В настоящее время в нашей стране насчитывается более 3000 газовых заправок и более 1 млн газобаллонных автомобилей.

Наконец, сжиженные углеводородные газы являются сырьем для нефтехимической промышленности. Для производства продукции СУГ подвергаются сложному процессу, протекающему при очень высоких температурах - пиролизу. В результате получаются олефины - этилен и пропилен, которые затем, в результате процесса полимеризации, превращаются в полимеры или пластики - полиэтилен, полипропилен и прочие виды продукции. То есть используемые нами в ежедневной жизни полиэтиленовые пакеты, одноразовая посуда, тара и упаковка многих продуктов производятся из сжиженных газов.

Состав сжиженных углеводородных газов

Под СУГ понимают такие индивидуальные углеводороды или их смеси, которые при норм.условиях находятся в газообразном состоянии, а при относительно небольшом повышении давления без изменения температуры или незначительном понижении температуры при атмосферном давлении переходит в жидкое состояние.

При нормальных условиях из предельных углеводородов (C n H 2 n +2) газами являются лишь метан, этан, пропан, и бутан.

Рассмотрим какие газы переходят в жидкое состояние при незначительном повышении давления при температуре О 0 С: этан конденсируется в жидкость при повышении давления до 3 Мпа. Пропан до 0,47 Мпа, Н-бутан до 0,116 МПа, Изобутан до 0,16 МПа. Больше всего требуемым условиям соответствует

пропан и бутан.

Рассмотрим какие углеводороды переходят в жидкое состояние при сравнительно небольшом понижении температуры и атмосферном давлении: температура кипения метана – 161,5 0 С; этана – 88,5 0 С; пропана – 42,1 0 С; н-бутана – 0,5 0 С. Наиболее подходящими для практического применения являются пропан и бутан.

На ряду с нормальными предельными углеводородами существуют изомерные соединения, отличающиеся характером расположения атомов углерода, а также некоторыми свойствами. Изомер бутана – изобутан. Пропан изомера не имеет.

Структура и ф-ла Н-бутана СН 3 -СН 2 -СН 2 - СН 3

Изобутан:

Помимо предельных в составе СУГ встречаются также группа ненасыщ. Или непредельных углеводородов, характеризуются двойной или тройной связью между атомами углерода. Это этилен, пропилен, бутилен (нормальный и изомерный). Общая формула непредельных углеводородов с двойной связью С n Н 2 n . Этилен С2Н4 СН2=СН2.

Для получения СУГ используется жирные природные газы, т.е. газы из нефтяных и конденсатных месторождений, содержащих большое количество тяжелых углеводородов. На газоперерабатывающих заводах их этих газов выделяются пропан-бутановую фракцию и газовый бензин(С5Н12). Технический пропан и бутан а также их смеси представляют собой сжиженный газ, используемый для газоснабжения потребителей.

Технические газы отличаются от чистых содержанием небольших количеств углеводорода и наличием примеси. Для технического пропана содержание С3Н8+С3Н6(пропилен) д.б. не < 93%. Содержание С2Н6 +С2Н4(этилен) не> 4%. Содержание С4Н10+С4Н8 не >3%.

Для технического бутана: С4Н10+С4Н8 д.б. не < 93%. С3Н8 +С3Н6 не> 4%. С5Н12+С5Н10 не >3%.

Для смеси тех. бутана и пропана содержание: С3Н8+С3Н6, С4Н10+С4Н8 д.б. не < 93%. С2Н6 +С2Н4 не> 4%. С5Н12+С5Н10 не >3%.

Свойство СУГ.

Возможны 3 состояния сжиженного газа, в котором находятся при хранении и использовании:

1) В виде жидкости (жидкая фаза)

2) Пар(паровая фаза), т.е. насыщенные пары, находящиеся совместно с жидкостью в резервуаре или баллоне.

3) Газа(когда давление в паровой фазе ниже давления насыщенных паров при данной температуре).

Свойства сжиженных газов легко переходят из одного состояния в другое, делает их особенно ценным источником газоснабжения, т.к. транспортировать и хранить их можно в жидком виде, а сжигать в виде газа. Т.о. при транспортировки и хранении используется преимущественно жидкие фазы, а при сжигании газообразные.

Упругость насыщенных паров газа – это важнейший параметр по которому определяется рабочее давление в баллонах и резервуарах. Она изменяется пропорционально температуре жидкой фазы и является величиной строго определенной для данной температуры.

Во все уравнения, связывающие физические параметры газообразного или жидкого вещества входят абсолютное давление и температура. А в уравнения для технических расчетов прочности стенок баллонов, резервуаров – избыточное давление.

В газообразном составе СУГ тяжелее воздуха в 1,5-2 раза. В жидком состоянии их плотность находится в пределах 510-580 кг/м 3 ,т.е. они почти в 2 раза легче воды. Вязкость СУГ очень мала,что облегчает транспортировку их по трубопроводам и благоприятствует утечкам.

СУГ имеют низкие пределы воспламенения в воздухе(2,3% для пропана, 1,7% для бутана). Разница между верхним и нижним пределами незначительна, поэтому при их сжимании допускается применение отношения воздух-сжиженный газ.

Диффузия в атмосферу осуществляется очень медленно, особенно при отсутствии ветра. Они обладают невысокими t-ми воспламенения по сравнению с большинством горючих газов (510 0 C для пропана и 490 0 C для бутана).

Возможно образование конденсата при снижении t-ры до точки росы или при повышении давления. Сжиженные газы характеризуются низкой t-рой кипения и поэтому при испарении во время внезапного выхода из трубопровода или резервуара в атмосферу охлаждается до отрицательной t-ры. Жидкая фаза попадая на незащищенную кожу человека может привести к обморожению. По характеру воздействия оно напоминает ожог.

В отличии от большинства жидкостей, которые при изменении t-ры незначительно изменяют свой обьем, жидкая фаза СУГ довольно резко увеличивает свой объем при повышении t-ры (в 16 раз больше чем вода). Поэтому при заполнении резервуаров и баллонов приходится учитывать возможность увеличения объема жидкости.

Сжимаемость сжиженных газов по сравнению с другими жидкостями весьма значительна. Если сжимаемость воды принять за единицу, то сжимаемость нефти 1,56, а пропана 15. Если жидкая фаза занимает весь объем резервуара, то при повышении t-ры ей расширяться некуда и она начинает сжиматься. Давление в резервуаре повышается. Повышение давления д.б. не больше допустимого расчетного, иначе возможна авария. Поэтому при заполнении резервуаров и баллонов предусматривается оставлять паровую подушку определенной величины, т.е. заполнять их не полностью. Величина паровой подушки для Сжиженные газы имеют более высокую, чем природные газы, объемную теплоту сгорания (в 2,5- 3,4 раза выше).

Сжиженные газы нетоксичны.У них отсутствует запах, цвет и вкус (как в жидком, так и в газообразном виде),что диктует необходимость их одоризации.

подземных резервуаров составляет 10%, для надземных и баллонов 15%.

Определение свойств СУГ

При известном составе сжиженного газа, давление смеси можно рассчитать по формулам:

Плотность газовой смеси заданного состава определяется:

Мольная доля i-ого компонента смеси

– Плотность i-ого компонента смеси, кг/м 3

Она находится по таблице или рассчитывается по закону Авогадро:

Где – молекулярная масса i-ого компонента, кг/кмоль

– Молекулярный объем i-ого компонента, м 3 /кмоль

Средняя плотность жидкой смеси при известном массовом составе определяется по формуле:

При известном молекулярном составе:

,

Где – плотность i-ого компонента входящего в жидкую смесь в жидкой фазе, кг/л

Плотность газовой смеси при повышенном давление находится из уравнения состояния для реальных газов.

,

Где - абсолютное давление (МПа) и t-ра смеси.

– газовая постоянная смеси,(Дж/кг К)

z-коэффициент сжимаемости, учитывающий отклонение реальных газов от з-нов идеальных газов.

Газовая постоянная смеси рассчитывается по универсальной газовой постоянной и по молекулярной массе смеси.

Коэффициент сжимаемости определяется по графику в зависимости от приведённых параметров (давление и температура) газа.

Среднее критическое давление и температура для смеси газов определяется по его составу.

;

Объем газа, получается прииспарение смеси СУГ, м.б. найден по формуле:

– масса i-ого компонента смеси, кг

– молекулярная масса i-ого компонента смеси, кг/кмоль

V Mi -молекулярный объем i-ого компонента

Для подсчета низшей объемной температуры сгорания смеси СУГ используется следующая зависимость

– низшая объемная теплота сгорания i-ого компонента, кДж/м 3

Низшая массовая температура сгорания

Пределы воспламенения смеси СУГ, не содержащих балластных примесей, определяются:

L см - нижний или верхний предел воспламенения смеси газов.

– нижний или верхний предел воспламенения i-ого компонента.

За счет разности уровней

Использование гидростатического напора применяется при заполнении подземных резервуаров из железнодорожных и автоцистерн, а так же при разливе СУГ в баллоны, если позволяет рельеф местности. Что бы слить цистерны в резервуар, необходимо соединить их паровые и жидкостные фазы.В сообщающихся сосудах жидкость устанавливается на одном уровне, поэтому жидкая фаза перетечет в нижестоящий резервуар.

Для создания достаточной скорости слива, при одинаковых температуре и давлении, в цистерне и резервуаре необходимо, что бы за счет гидростатического напора создавалась разность давлений не менее 0,7-0,1 МПа.

Минимальная необходимая величина гидростатического напора в этих условиях будет 14-20 метров столба жидкости.

В зимнее время цистерна имеет более низкую температуру, чем резервуар. При подземном размещении резервуара перепад температур может достигать 10-15 0 С. Давление газа в цистерне будет значительно ниже чем в резервуаре.

Для надежного слива необходимо, чтобы разность уровней компенсировала эту разность температур и соответственно разность давлений. Требуемая разность уровней составляет:

,

Где - давление газа в резервуаре, Па

– давление газа в цистерне

– плотность жидкой фазы СУГ, кг/м 3

Полученный мах. перепад необходим для начала слива. В дальнейшем t внутри резервуара начнет понижаться из-за поступления охлажденной жидкости из цистерны. Давление в подземной емкости станет меньше и разность уровней потребуется уже меньше. В начальный момент создать такую разность уровней почти невозможно, поэтому необходимо соединять паровые пр-ва в резервуары и цистерны. В этом случае давление выравнивается и слив пр-т с использованием полного гидростатического напора.

Летом, в начальный момент слива, возможно расположение цистерн ниже резервуара. Но здесь скажется влияние температуры в резервуаре от более нагретой жидкости из цистерны, и величина перепада давления упадет примерно до 0. Слив прекратится. Поэтому летом, при сливе, паровые фазы автоцистерны и резервуара соединять не нужно.

«+» метода:1.Простота схемы

2. Отсутствие механических агрегатов

3. Надежность работы всех устройств

4. Готовность схемы к работе в любой момент, независимо от наличия постороннего источника энергии

5. Малые затраты на ремонт и обслуживание

«-» метода:

1. Невозможность использования местности с гористым рельефом.

2. Большая продолжительность процесса.

3. Большие потери газа при отправлении его обратно в виде паров в слитых цистернах.

Газонаполнительные станции

ГНС являются базой снабжения сжиженным газами и предназначены для приема, хранения и поставки потребителям сжиженных газов, поступающих железнодорожным, автомобильным, водным транспортом, и с предприятий где производится эти газы (газобензиновые заводы).

Объем резервуаров для хранения газа на станции не более 8000 м 3 . Обычно запас газа не превышает 300-600 тонн и производительность от 6000 до 24000 т/год.

На ГНС выполняются след.работы:

Приём сжиженных газов от поставщика

Слив сж.газов в свои хранилища

Хранение СУГ в надземных, подземных или изотермических резервуарах, в баллонах или подземных пустотах.

Слив неиспарившихся остатков из баллона и сж.газа из баллонов, имеющих к-л неисправности

Разлив сж.газа в баллоны, передвижные резервуары и автоцистерны

Приём пустых и выдача наполненных баллонов

Транспортировка сж.газов по внутренней сети трубопровод

Ремонт баллонов и их переосвидетельствование

Техническое обслуживание и ремонт оборудования на станции

В ряде случаев на ГНС производится:

Заправка автомобилей, работающих на сж.газе из автозаправочной колонки

Регазификация СУГ

Смешение паров газа с воздухом или низкокалорийными газами

Выдача паров сж.газа газовоздушных и газовых смесей в городские распределительные системы.

Для выполнения этих операций на ГНС имеются след. отделения и цеха:
-сливная эстакада ж/д ветки или ввод тр-да с отключающими устройствами

База хранения СУГ,состоящая из надземных или подземных резервуаров,работающих под давлением, изотермич.резервуаров или подземных хранилищ в пустотах

Насосно-компрессорный цех для слива СУГ из ж/д цистерн в хранилища и и подача его для наполнения баллонов и автоцистерн

Цех для наполнения баллонов и слива из них неиспарившихся тяжёлых остатков

Склад суточного запаса пустых и заполненных баллонов

Колонки для заполнения автоцистерн

Коммуникации жидкой и паровой фаз, связывающие все отделения ГНС и обеспечивающих движение потоков жидкости и пара.

ГНС следует размещать вне населённых пунктов с подветренной стороны господствующих ветров, при этом следует соблюдать требуемые расстояния между ГНС и остальными сооружениями.

В зависимости от объёма хранилищ, способа установки резервуаров эти расстояния от 40 до 300 м.

По периметру территории ГНС ограждается ж/б забором выстой 3,4м. При емкости резервуаров > 200 м 3 , территория ГНС разделяется легкой оградой на 2 территории – рабочую, включающую перечисленные отделения и цеха,и вспомогательную, включающую административно-хозяйственные помещения, гаражи, водонапорную башню и резервуар для противопожарного запаса воды.

Принципиальная схема снабжения потребителей СУГ показана на рисунке:

Изотермическое хранение СУГ

Хранилища представляют собой тонкостенные резервуары большого объёма от 5000 до 50000м 3 цилиндрической формы со сводчатой или конусной крышей. Наружная пов-ть их теплоизолируется. Стальные хранилища могут быть как наземными, так и заглублёнными. Поддержание низкой t (-42⁰С –для пропана) м.б. осуществлено путём испарения части СУГ и сброса паров в газовые сети или спец. холодильной уст-кой. Поступление тепла через стенки резервуара незначительно и вызывает испарение 0,3-0,5% объёма, хранящийся жидкости в сутки.

Различают 3 основные технологические схемы изотермич. хранилищ:

С комплекс.холодильной уст-кой

С буферными ёмкостями

-с промежуточным охлаждением

“горячий” продукт, поступ-й по тубе 1 дросселируется в резервуаре 2 с падением t и p . Пары образующиеся за счёт теплопритока из вне и поступающего “гор.“ продукта подаются компрессором 3 по трубопроводу 4 в холодильный агрегат 5, где охлаждается и конденсируются. Конденсат через дроссель-вентиль 6 поступает в изотермич. резервуар.

Мощность холд. агрегата зависит от суммарного притока тепла в резервуар и опред-ся:

- поступления тепла заливаемым “гор” продуктом

Где - ск-ть слива СУГ из цистерны кг/ч;

Теплоёмкость жидкой фазы СУГ кДЖ/(кг⁰С);

И – температура в цистерне и резервуаре.

– приток тела из внешней среды;

где M – масса сжиженного газа в изотермич. резервуаре, кг;

r – теплота парообразования СУГ, кДж/кг;

0,005 – 5% испаряется в сутки.

– неучтенные теплопоступления:

b=0,04..0,12

Из формулы для определения видно, что уменьшить мощность холод.установки можно за счет снижения скорости наполнения резервуара. Обычно при сливе 3х ж/д цистерн она сост. 33-35т/ч, что требует очень мощного холод.оборудования, работающего только несколько часов в сутки (при сливе). В ост.время холод. нужны только для сжижения газа, испаряющегося в резервуаре, что сост. мах 0,5% от хранящихся СУГ.

Транспорт сжиженного газа

В странах СНГ наибольшее распространение получили перевозки СУГ в ж/д и машинныхцистернах, а также баллонах. При расстоянии до 300 км используется машинныйтранспорт, при большем – ж\д. Ж/д цистерна рассчитана на рабочее давление при перевозке пропана 2 МПа, бутана – 0,8 МПа.

Широкое применение получили горизонтальные цилиндрические цистерны объемом 50-100 м 3 . В верхней части цистерны имеется горловина, которая служит люком и предназначена для осмотра и ремонта внутренней полости цистерны. Крышка люка выполнена в виде фланца, на которой предусмотрена арматура: имеются устройства для налива и слива жидкой фазы со скоростными клапанами, подачи и отбора паровой фазы со скоростными клапанами, предохранительного клапана.

Для перевозки СУГ по машинным дорогам используется автоцистерны , вместимость от 2 до 5т. сжиженного газа. В верхней части цистерны установлен предохранительный клапан. В центре заднего днища имеется, люк на внутренней полости крышки которой располагается КИП: термометр, манометр, указатель уровня. Указатель уровня представляет собой стеклянную трубку, заключенную в стальную трубку. Для наполнения и слива цистерн с обеих сторон имеется 6 вентелей, предусмотрено 4 шланга до3,5 м.

Индивидуальные потребители, расположенные вблизи ГНС получают СУГ в баллонах. Баллоны доставляют бортовыми автомобилями или спец. Приспособленными для этих целей(в контейнерах). Контейнер представляет собой сварную клеть, предназначенную для 2-х или 3-х ярусного расположения баллонов.

Перевозить СУГ водным путем получило широкое распространение в странах Западной Европы.

Существует 3 типа судов для перевозки СУГ:

1) Танкеры с резервуарами под давлением 1,6 МПа

2) Танкеры с термоизолирующими резервуарами под пониженным давлением. СУГ транспортируется при промежуточном охлаждении от -5 0 С до +5 0 С и пониженном давлении (0,3…0,6 МПа)

3) Танкеры с термоизолирующими резервуарами под давлением близким к атмосферному и при низкой температуре (- 42 0 С для пропана, -161 0 С для природного газа)

Для снабжения северных районов России широко используется речной транспорт. Для снабжения СУГ потребит.в Арктике и Антарктике используется авиаперевозки.

Пленочные испарители СУГ.

Представляет собой теплообменник труба в трубе. Тонкая пленка СУГ создается путем разбрызгивания его на стенки внутренней трубы 3 с помощью форсунок 2 . Теплоноситель (горячая вода или водяной пар) поступает в кольцевое межтрубное пространство 4 , обеспечивая интенсивное испарение СУГ внутри трубы 3 . Для равномерного распределения температуры по длине испарителя теплоноситель подается в 2 точки, а отводится в одной.

Во избежание недопустимого повышения давления в испарителе на трубе 3 установлен предохранительно-сбросной клапан 5 . Неиспарившийся конденсат отводится через дренажный штуцер 6 . При необходимости увеличения производительности установки к коллектору 1 может быть присоединено несколько испарителей. Коэффициент теплопередачи примерно в 2 раза выше, чем в змеевиковых и трубчатых, поэтому они более компактны и менее металлоемки.

Температуры горения газа.

Основное количество тепла, выделяющегося при сжигании газа расходуется на нагрев продуктов сгорания до определённой температуры.

Различают следующие температуры горения газов:

Жаропроизводительность

Калориметрическую

Теоретическую

Действительную

Жаропроизводительность - это t продуктов полного сгорания горючих газов в адиабатических условиях при α=1 и при первоначальной t газа и воздуха = 0 0 С.

Q н =i пр. сгор = V пр. сгор ∙С р пр. сгор ∙t ж

i пр. сгор- теплосодержание продуктов сгорания кДж/м 3

t ж -жаропроизводительность, 0 С.

t ж = Q н / V пр. сгор ∙С р пр. сгор = Q н /(V co 2 ∙C р СО2 +V Н20 ∙С р H 20 + V N 2 ∙С р N 2)

V co 2 V Н20 V N 2 –объем сотавных частей продуктов сгорания 1 м 3 газа.

С р –средняя объёмная теплоёмкость при P=const. составных частей продуктов сгорания.

В формуле используется средняя теплоёмкость, так как Ср- величина непостоянная, растёт с повышением температуры.

t ж:для метана 2043 0 С; для пропана 2110 0 С; для водорода 2235 0 С

Эти данные при горении в сухом воздухе.

Калориметрическая- t горения газа, учитывающая коэф. Избытка воздуха и физическое тепло газа и воздуха, т.е принимается действительные значения тем-ры. другими словами это t до которой нагрелись бы продукты полного сгорания, если бы всё тепло топлива и воздуха пошло на их нагрев.

Q н +i г +i в =i пр.сгор.

i г i в- энтальпия газа и воздуха кДж/м 3

Написав уравнение в развёрнутом виде и решив его относительно калорим. тем-ры Получим:

T г t в –исходная темпетатура газа и воздуха.

T к ≈1900 0 C,

Расход газа,

Теоретическое количество воздуха необходимое для сжигания 1 метра куб. газа.

Физическое тепло газа и воздуха следует учитывать, если они перед сжиганием нагреты свыше 100 0 C, так как при меньших t эта величина незначительна по сравнению с теплотой сгорания.

Теоретическая температура горения учитывает потери тепла за счёт химической неполноты сгорания и при эндотермических реакциях диссоциации продуктов сгорания.

CO 2 ↔CO+0,5O 2 -Q

H 2 O↔H 2 +0,5O 2 -Q ;

Qx- потери теплоты за счёт химической неполноты сгорания и на диссациацию СО2 и Н20.

При t до 1500 0 C(имеет место в топках котлов и пром. Печей) величину Qx можно не учитывать так как в этом случае диссоциирует ничтожная доля продуктов сгорания. При более высоких температурах надо учитывать.).

Действительная темература горения достигается в реальных условиях сжигания топлива, она ниже теоретической, так как при ее определении учитываются теплопотери в окружающую среду, длительность процесса горения, метод сжигания газа и другие факторы.

t д = t т ∙η п

η п - опытный пирометрический коэффициент.Для большинства топок котлов и печей 0,65. Для наиболее совершенных 0,8- 0,85

Диффузионные горелки

У этого типа горелок газ и воздух отдельными потоками поступают в топку, где происходит смесеобразование и горение. Простейшая диф. Горелка представляет собой требу с высверленными в ней отверстиями.

Такие горелки м.б. прямыми, круглыми, Т- и П-образными и т.д. Газ подводится внутрь таких горелок и выходит через отверстия многочисленными струйками, образуя отдельные факелы. Количество отверстий и их диаметр зависят от производительности горелки. Шаг между отверстиями выбирается так, чтобы не было слияния факела обеспечивалось беглость огня при дожигании газа на горелке.

Диаметр отверстия д.б. от 0,5 до 5 мм. При этом следует учитывать легкуюзасоряемость отверстия малого диаметра. Для хорошего перемешивания газа с воздухом рекомендуется делать не более двух рядов отверстий в каждой трубке диф. горелки. Сечение трубы, подводящей газ д.б. не меньше суммарного сечения горелочных отверстий.

«+» диф горелок:

· Просты в изготовлении, надежны в эксплуатации (исключается проскок пламени),

· имеет большие пределы регулирования, могут работать как на низком, так и на среднем давлении газа без дутья,

· дают устойчивый светящийся факел, обладающий высокой радиацией.

«-» диф горелок:

· Имеются небольшие тепловые нагрузки;

· работают с повышенным α (1,2-1,5). Несмотря на большой избыток воздуха эти горелки часто работают с хим. недожогом.

· Большая длина факела

· Необходимость обеспечения устойчивого разряжения в топочном объеме

· Трудность автоматизации процесса сжигания газа (автоматического пропорционирования газа и воздуха)

Созданы конструкции более крупных диф горелок, обладающим неплохими эксплуатационными свойствами (прим., горелка для отопления и пром. котлов). Хорошее перемешивание газа с воздухом достигается за счет многоструйного выхода газа под углом к оси горелки, сто приводит к закручиванию потока

1-внутренний стакан

2-наружный корпус

3-тангенциальные сопловые щели

4,5- воздушные дроссели

Внутренний стакан вставляется в корпус большего диаметра. По внутреннему пространству между корпусом и стаканом проходит газ, вытекающий через 3 в топку. Около 50% потребляемого воздуха подводится через внутренний стакан. Остальное количество – через наружную кольцевую щель. Движение воздуха обусловлено наличием разряжения в топке. Производительность такой горелки от 30 до 350 м 3 /ч. Они м.б. низкого и среднего давления.

Диф горелки незаменимы в высокотемпературных печах (тепловаренных, сталеплавильных) при подогреве воздуха до температур значительно превышающих температуру воспламенения газа. Предварительное смешение газа с воздухом неосуществимо, поэтому в таких печах диф сжигание газа является не только вынужденным, но и наиболее оправданным, т.к. позволяет получить ярко светящийся сажистый факел большой степенью черноты и интенсивной радиацией.

Подовые горелки

В котельной технике диф горелки могут располагаться нафронтовой или боковой стенках топки, а также внутри нее, на поду. Горелки последнего типа получили название подовые. Используются при переводе отопительных и производственных котлов со слоевыми топками на газообразное топливо. Газ из горелки выходит в топку, куда из-под колосников поступает воздух. Газовые струйки у подовых горелок направляются под углом к потоку воздуха и равномерно распределяются по его сечению.

Процесс смешения осуществляется в спец. щели, образованной огнеупорной кладкой. Это интенсифицирует смешение газа с воздухом, уменьшает α и обеспечивает устойчивое зажигание в образующейся смеси.

1- Коллектор

Коллектор горелки устанавливается на кирпичах, расположенных на колосниковой решетке. Над коллектором огнеупорная кладка образует прямые щели, в которые входит газ, не смешенный с воздухом. Отверстия для выхода газа расположены в 2 ряда в шахматном порядке, симметричном по отношению к вертикальной плоскости с углом между рядами от 90 до 180 о. Воздух подается под колосниковую решетку вентилятором или за счет разряжения в топке, поддерживаемого тягой и проходом через щель, омывая коллектор с двух сторон.

Струя газа в результате турбулентной диффузии перемешивается с воздухом и на расстоянии 20 – 40 мм от отверстия начинает гореть. Заканчивается процесс горения на расстоянии 0,5 – 1 м от горелки. Здесь осуществляется диффузионный принцип сжигания газа. Процесс смесеобразования активизируется тем, что поток газа разбит на мелкие струйки, выходящие с большой скоростью под углом к прямому потоку воздуха. Огнеупорные стенки щели выполняют роль стабилизатора горения, предотвращая отрыв пламени, и являются косвенными излучателями.

Максимальная температура на поверхности щели от 900 – 1000 о С. На поверхности коллектора от 300 – 500 о С. Температура колосниковой решетки под щелью 75 – 80 о С. Подовые горелки обеспечивают полноесжигпние газа при α от 1,1 до 1,3. Давление газа от 500 до 5000 Па (номинальное порядка 1000Па). Давление воздуха от 600 до 1000 Па. При работе без дутья в топке д.б. разряжение 20 – 30 Па для котлов средней производительности (от 2 до 10 тонн пара в час) и не более 8 Па для небольших отопительных котлов.

Подовые горелки отопительных котлов имеют размеры: диаметр отверстий от 1,3 до 3 мм (мах 10 – 20 мм), высота щели 130 – 200 мм; ширина определяется расчетом и обычно в пределах 80 – 110 мм.

Еще в 52

§ простота конструкции

§ Возможность работы на низком давлении газа

§ Нет необходимости подачи воздуха под давлением

§ Полное сжигание газа различных характеристик

§ Устойчивая работа в широком диапазоне изменения нагрузок

§ Бесшумность работы, надежность и простота эксплуатации

§ Высокий коэффициент избытка воздуха

§ Малая производительность (не более120 кВт одной горелкой)

§ Ввиду конструктивных особенностей (горелка в топке) значительного α нельзя использовать высокотемпературных установках.

Смесительные горелки.

Смесительные горелки с принудительной подачей воздуха находят широкое применение. Конструктивно они выполняются так, что бы обеспечить наилучшее перемещение потоков газа и воздуха, который подводится в горелку по отдельным трубам. Проявление смесеобразования начинается в самой горелке и активно завершается в топочной камере. Вследствие этого газ сгорает коротким и несветящимся пламенем. Смешение газа с воздухом осуществляется в результате турбулентной диффузии. Поэтому они называются горелками турбулентного смешивания или просто смесителями.

Для повышения интенсивности сжигания газа следует максимально интенсифицировать смешение газа с воздухом, так как смесеобразование является тормозящим звеном всего процесса. Инжекция процесса смесеобразования достигается следующим образом: закручиванием потока воздуха направляющими лопатками, тангенциальным подводом, подачей газа в виде мелких струй под ушлом к потоку воздуха, расчленением потоков газа и воздуха на мелкие потоки, в которых происходит смесеобразование.

Положительными качествами горелок являются:

1) Возможность сжигания большого количества газа при сравнительно небольших габаритах горелки.

2) Широкий диапазон решения производительности горелки.

3) Возможность подогрева газа и воздуха до t, превышающейt воспламенения, что имеет большое значение для высокотемпературных печей.

4) Сравнительно легкая возможность выполнения консистенций с комбинированным сжиманием топлива, а именно: газ-мазут или газ-угольная пыль.

Основные недостатки:

1) Принудительная подача воздуха

2) Сжигание газа с меньшим объемным тепловым напряжением, чем при кинетическом горении.

3) Сжигание газа с химической неполнотой больше, чем при кинетическом горении.

Имеется производительность 60кВт-60МВт. Используются для обогрева промышленных печей и котлов.

Горелка турбулентного смешивания:

1-корпус, 2- сопло, 3- наконечник сопла, 4 –носик.

Газ входит в горелку через патрубок и с определенной скоростью истекает из сопла. Воздух в гарелку подается под давлением. Перед входом в носик горелки он закручивается. Смешение газа с воздухом начинается внутри горелки при выходе газа из сопла и инжектируется закрученным потоком воздуха. При многоструйной подаче газа процесс образования смеси происходит быстрее и газ сгорает в коротком факеле. При одноструйном наконечнике создается удлиненный факел. Достоинствами горелки являются простота и компактность конструкции, возможность работы при низких давлениях газа и воздуха, широкие пределы регулирования производительности.

Широко применяются многоструйные вихревые горелки, основанные на принципе дробления потоков газа и воздуха на несколько мелких потоков. Внутри них происходит инжекционный процесс смешивания, их производительность 40-940 м 3 /ч.

Смесительные горелки часто выполняются комбинированными. Они позволяют быстро переводить агрегат с одного вида топлива на другой. Кроме того газ в них может сжиматься одновременно с др. видом топлива.

Метод вытеснения.

Используется при хранении СУГ в подземных хранилищах на глубине от 100 до 1200м (в соляных пластах).

Отбор сжиженного газа осуществляется за счет вытеснения его инертной жидкой или газообразной средой. Наиболее часто используется рассол.

1-центральная колонна для рассола

2-рассолопровод

3-наружная колонна для подачи СУГ

4-трубопровод сжиженного газа

5-подземная емкость

7-сжиженный газ

Подземная емкость сообщ-ся с поверхностью 2хколонной системой:

Обсадная труба (3) и свободно подвешенная в устье скважины центральная колонна 1.

СУГ подают и отбирают из емкости по межтрубному пространству.

Центральная колонна опущена до самого низа емкости. Т.к плотность рассола больше плотности СУГ в 2 раза, то последний хранится на рассольной подушке.

Для опорожнения подземной емкости достаточно лишь подвести рассол к устью центральной колонны и под его гидростатическим давлением (1,3 МПа при глубине 100 м) СУГ будет поступать в раздаточный трубопровод с избыточным напором. Его можно транспортировать без применения насосов.

СУГ закачивается в хранилище под давлением, опред-емым противодавлением столба рассола и потерями давления на трение при движении жидкости по межтрубному пространству и центральной колонне.

«+» метода:

1. простота конструктивного исполнения

2. возможность выдать газ в 1 время даже при отсутствии постороннего источника энергии

3. надежность работы всех устройств

4.затраты энергии только на удаление рассола при закачивании сжиженного газа в хранилище

5. необходимость для закачивания только высокопроизводительных насосов, имеющих большое КПД

«-» метода:

1. необходимость постороннего источника энергии с достаточной мощностью при сливе

СНГ (анг. — L P G — Liquified Petroleum Gas – сжиженный нефтяной газ) представляет собой смесь пропана (C3H8) и бутана (C4H10), используемый в качестве топлива, хладагента в холодильниках и морозильниках, создание давления в аэрозолях (менее вредный для озонового слоя). Также используется в качестве топлива для двигателей внутреннего сгорания. Компоненты СНГ — это органические углеводородные соединения из группы алканов, которые являются бесцветными газами, без запаха и легко воспламеняются. СНГ хранится в жидком состоянии и используется в газообразном состоянии после процедуры испарения. После конденсации увеличивает плотность запасенной энергии, что в использовании для управления машины очень важно (один литр газа в жидком состоянии формируется из 260 литров газа в летучей фазе).

СНГ сжимается и хранится в жидком виде в основном для удобства хранения и транспортировки. Потому что он не теряет и не изменяет своих свойств в течении долгого времени, то есть, не выветривается, не меняет свое состояние и т.д., может храниться долгосрочно без ущерба качества и производительности. Октановое число СНГ является более благоприятным по сравнению с бензином и дизельным топливом и, в зависимости от доли пропана и бутана, становит от 90 до 110 октана. Энергоэффективность СНГ ниже, чем у традиционных видов топлива из-за более низкой энергии на единицу объема (хотя единица веса выше). Это приводит к увеличению сгорания на 10-20%, по сравнению с бензиновым топливом, однако цена колеблется в районе 50% цены бензина.

Плюсом является то, что СНГ — это естественный газ и не нужно «распылять» его в цилиндры так, как бензиновое топливо, благодаря этому он сгорает более эффективно и безопасно в двигателе, даже когда двигатель холодный. СНГ горит относительно чисто, без дыма и пепла. Это способствует образованию небольшого количества вредных веществ.

По сравнению с дизельным топливом:

— 90% меньше твердых частиц
— 90% меньше оксидов азота
— На 70% меньший потенциал образования озона
— 60% меньше углекислого газа
— СНГ не может загрязнять подземные источники, потому что он не растворяется в воде.

Сокращения, которые встречаются

Аббревиатура СНГ не имеет ничего общего с аналогичными звучаниями других названий, которые ссылаются на другие виды топлива, которыми являются природный газ или биогаз. Основным компонентом последних является метан, который оказывает воздействие на некоторые из используемых сокращений, такие как:

CNG — сжатый природный газ (СПГ)
CMG — сжатый газ метан (СМ)
LNG — Liquified Natural Gas — сжиженный природный газ (СПГ)
LBG — — Liquified Biogas — сжиженный биогаз
CBG — Compressed Biogas — сжатый биогаз

Почему пропан смешивают с бутаном?

Октановое число (ОЧ) отвечает за сопротивление топлива детонации. Оно достигается за счет увеличения содержания насыщенных углеводородов (например, пропана, н-бутана, изобутана). Наибольшее влияние на ОЧ имеет изобутан, имеющий крупнейшее значение этого параметра. Содержание пропилена и бутена снижает октановое число СНГ. Содержание диена (ненасыщенные углеводороды) также снижает ОЧ. Что более важно — они имеют тенденцию к полимеризации, что способствует образованию осадка, так называемого нагара в баке, в топливной системе и камере сгорания. Таким образом, состав СНГ использующегося как автомобильное топливо должен соответствовать определенным требованиям прописанным в регламентирующих документах.

Упругость паров (летучесть смеси) является очень важной в низких температурах окружающей среды. Удержание ее на соответствующем уровне дает возможность СНГ выйти из бака. Оба компонента смеси являются газообразными и низкокипящими — пропан кипит при атмосферном давлении уже при -42 ° С, бутан, в тех же условиях температуры при -0,5 ° С.

По этой причине, в зимний период содержание пропана в автогазе увеличивается. Это является способом увеличения упругости паров газа (летучесть). Эта норма говорит про обязанность использовать в зимний период смесь пропана и бутана, которая обеспечивает минимальную упругость пара – 150 кПа при температуре окружающей среды -10 ° C (вид А). Однако каждая палка имеет два конца. Летом слишком высокая упругость пара может вызвать испарение газа в магистрали, которое также приводит к нарушению в работе двигателя. Таким образом АГЗС должны продавать летом летний газ, а зимой зимний газ. Чаще всего проблемы начинаются зимой – когда продают летний газ. Летом соотношение смеси составляет около 40% пропана и 60% бутана, а зимой соотношение является противоположным: 60/40.

Температура, при которой относительная упругость (давление) пара не менее 150 кПа

В зимний период цена на СНГ выше.

Иногда зимой мы встречаемся с мнением, что при низких температурах, автомобиль с газовой системой СНГ плохо работает: нет скорости и двигатель работает неравномерно. Проблемы ищут в неправильности газовой установки. Однако часто это бывает, из-за плохого качества газового топлива.

В погоне за низкими ценами, нечестным продавцы, которых, к счастью, становится все меньше, предлагают более дешевый газ с неправильными параметрами. Выход из этой ситуации заключается в том, что бы перестать искать дополнительную экономию топлива, делая покупки на случайных станциях заправки СНГ. Так же эта проблема в меньшей степени касается 4 поколения ГБО – когда идет снижение давления автомобиль просто переходит на бензин. С одной стороны это плохо – Вы не доедете на газе до места назначения. С другой стороны это убережет Ваш двигатель от прежде временного выхода из строя.

В различных европейских странах применяют разные виды газа, в зависимости от климата. В странах, расположенных в районах Крайнего Севера содержание пропана в СНГ выше, иногда это просто чистый пропан, в южных (теплых) странах увеличивают содержание бутана, снижая упругость пара, что бы испарения не происходило в топливной магистрали.

Как сделать СНГ?

Сегодня СНГ производится 3 разными методами.

Метод I (непосредственно из сырой нефти)

Чтобы максимально использовать содержащиеся в нефти газы, их добывают сразу на месторождения. Извлеченная из вала нефть попадает в специальное оборудование, которое называется дистрибьютор, где, в связи с падением давления высвобождаются газы, растворенные в ней. Потом нефть попадает в резервуары, где она стабилизируется. Во время этого процесса выделяются компоненты: этан, пропан, бутан и частично пентан. В этих процессах также получается газолин (смесь легких жидких углеводородов), который содержит значительные количества этана, пропана и бутана.

Метод II

Наиболее важным на нашем рынке является способ получения жидкого газа в обработке нефтеперерабатывающих заводов. Пропан-бутан в них образуются во время крекинга и гидрогенизации сырой нефти. В ходе этих процессов наступает термическое разложение углеводородов. Крекинг – это распределения крупных частиц из углеводородов, содержащихся в сырой нефти на большое количество мелких частиц. Процесс осуществляется без воздуха и включает нагревание нефти. Гидрирование представляет собой процесс, в котором нефть, обогащается водородом при высоком давлении и температуре. Таким образом достигаются легкие углеводороды с более высоким содержанием водорода и более низкой температурой кипения. Количество СНГ собранного в ходе обработки сырой нефти (по массе) бывает примерно 2%.

Метод III

Сжиженный газ является продуктом одгазолирования природного газа, произведенного в процессе переработки нефти. Он включает в себя разделение углеводородов из газа более тяжелых чем этан, и как следствие получаем в основном пропан и бутан. Газы, состоящие из смеси СНГ также находятся в месторождениях природного газа.

Почему газ воняет?

В целях безопасности, жидкую пропан-бутановую смесь ароматизируют. Запах СНГ должен быть неприятным и чувствоваться при концентрации составляющей пятую часть нижнего предела взрываемости.

Для ароматизации газа используется этантиол (этилмеркаптан, который включает в себя, среди прочих, соединения серы). Это органическое соединение, присутствующим в низких концентрациях в сырой нефти, известное своим очень сильным неприятным запахом. Его можно уже почувствовать в воздухе при концентрации 0,00035 частей на миллион (ppm).

В 2000 году, в Книге рекордов Гиннесса, это соединение было установлено, как самое зловонное вещество в мире.

Ароматизация СНГ также связана со снижением содержания серы в топливе. Достижение содержания серы в жидких газах со стандартом с 2009 года, в классических двигательных топливах (10 ppm — 10 частиц серы на 1 млн. частиц раствора) очень трудно, потому что ароматизатор поднимает содержание этого элемента. Содержание серы после ароматизации может составлять до 50 мг / кг.

Жидким или сжиженным газом называется смесь угле-водородов, которая при нормальных условиях (20 °С и 760 мм рт. ст.) газообразна, а при понижении температуры или незначительном повышении давления превращается в жидкость. Объем смеси умень-шается более чем в 200 раз, что дает возможность транспортировать жидкий газ к местам потребления в легковесных сосудах. К числу таких углеводородов относятся: пропан С 3 Н 8 и пропилен С 3 Н 3 ; бутан С 4 Н 10 и бутилен С 4 Н 8 .

Основными источниками получения жидких газов являются про-дукты переработки нефти и природный «попутный» нефтяной газ, который содержит в своем составе значительное количество тяжелых углеводородов (до 15% и более).

Получение жидкого газа из природных нефтяных газов вместе с газовым бензином состоит из двух стадий. В первой стадии проис-ходит выделение тяжелых углеводородов, а во второй — разделение их на углеводороды, составляющие стабильный газовый бензин, и углеводороды, составляющие жидкие газы — пропан, бутан, изо-бутан. Существует три основных метода выделения тяжелых углево-дородов из природного нефтяного газа.

1. Компрессионный — основанный на сжатии и охлаждении газа, вследствие чего происходит отделение сконденсировавшихся угле-водородов.
2. Абсорбционный — основанный на свойствах жидкости погло-щать (абсорбировать) пары и газы. Этот метод заключается в том, что природный газ подается в специальные аппараты, где реагирует в абсорбентом, поглощающим тяжелые углеводороды. Углеводороды отделяются от абсорбентов в специальных выпарных колонках.
3. Адсорбционный — основанный на свойствах твердых тел по-глощать пары и газы. Этот метод заключается в том, что природный нефтяной газ пропускается через адсорбер, заполненный твердым поглотителем, который адсорбирует (поглощает) тяжелые углеводо-роды из газа.

После насыщения поглотителя тяжелыми углеводородами в ад-сорбер пускают перегретый пар, с помощью которого испаряются углеводороды, и смесь пара с углеводородами подается в холодиль- ник-конденсатор, где углеводороды в жидком виде отделяются от воды.

От места производства (газовых заводов) до раздаточных станций жидкий газ обычно транспортируется в железнодорожных цистернах емкостью 50 м 3 или автоцистернах емкостью 3—5 м 3 . Жидкий газ в цистернах находится под давлением 16 МПа (16 атм.). Так как при повышении температуры он значительно расширяется в объеме, цис-терны заполняются только на 85%.

Газораздаточные станции жидкого газа обычно располагают за городом или в малонаселенных районах города. На станции жидкий газ хранится в резервуарах цилиндрической формы, которые уста-навливают над землей или под землей на фундаменте или на твердом фунте. На станции имеются цехи наполнения баллонов, где распо-ложены компрессор или насосы и наполнительная рампа с гибкими шлангами для заправки баллонов; помещения для хранения порож-них и наполненных баллонов (баллонный парк); помещения для ремонта и испытания баллонов.

Надземные цистерны, в которых хранится жидкий газ, для защи-ты от солнечного облучения окрашивают алюминиевой краской, подземные — покрывают изоляцией для защиты от коррозии.

Снабжение потребителей жидким газом производится тремя спо-собами: сетевым, групповым (централизованным), индивидуальным. При сетевом способе снабжения устраивается испарительная стан-ция, где жидкий газ испаряется при помощи нагрева паром, горячей водой или электрическими нагревателями и подается в городскую газовую сеть в чистом виде или в смеси с воздухом.

При групповом (централизованном) способе снабжения жидким газом, например для крупных многоквартирных домов, во дворе дома устанавливают подземные цистерны емкостью 1,8—4 м 3 , запол-ненные жидким газом от автоцистерны под давлением до 1,6 МПа. Цистерны имеют патрубок, снабженный редуктором для понижения давления, с предохранительным клапаном и манометром для присо-единения трубопроводов подачи газа к потребителям.

При индивидуальном снабжении потребителей жидкий газ достав-ляют в баллонах емкостью до 50 л, имеющих плотно ввернутый в от-верстие горловины вентиль, закрытый стальным предохранительным колпаком. На баллонах, окрашенных в красный цвет, крупными бук-вами написано название газа. Снабжение газа производится по двух-баллонной и однобаллонной системам.

При двухбаллонной системе баллоны с запасом газа на 25-40 дней помешают в металлический шкаф, устанавливаемый на глухой стене дома (без окон). Шкаф должен стоять на прочной опоре, надежно прикрепляться к стене, иметь прорези для вентиляции и запираться. Монтаж индивидуальных установок сжиженного газа осуществляют с применением резинотканевых рукавов или водогазопроводных труб. Монтаж газопроводов с применением резинотканевых рукавов для газопроводов низкого давления (после редуктора) выполняют из од-ного куска длиной не более 10 м. От одного баллона может питаться только один прибор.

Сжигают жидкий газ в тех же бытовых приборах, в которых сжи-гаются искусственный или природный газ. Жидкий газ нетоксичен, но при неполном сгорании дает сильно токсичную окись углерода, поэтому при пользовании жидкий газом необходимо строго соблюдать установленные правила эксплуатации, учитывая также, что при утеч-ке газа содержание его в воздухе в пределах 1,8—9,5% может вызвать взрыв.