- этан (C 2 H 6),
- пропан (C 3 H 8),
- бутан (C 4 H 10).
а также другие неуглеводородные вещества:
Чистый природный газ не имеет цвета и запаха. Чтобы можно было определить утечку по запаху, в газ добавляют небольшое количество веществ, имеющих сильный неприятный запах (гнилой капусты, прелого сена) (т. н. одорантов). Чаще всего в качестве одоранта применяется этилмеркаптан (16г на 1000 куб.м.природного газа).
Для облегчения транспортировки и хранения природного газа его сжижают , охлаждая при повышенном давлении.
Физические свойства
Ориентировочные физические характеристики (зависят от состава; при нормальных условиях, если не указано другое):
- Плотность:
- от 0,68 до 0,85 кг/м³ относительно воздуха (сухой газообразный);
- 400 кг/м³ (жидкий).
- Температура самовозгорания: 650 °C;
- Взрывоопасные концентрации смеси газа с воздухом от 5 % до 15 %
- Удельная теплота сгорания : 28—46 МДж /м³ (6,7—11,0 Мкал /м³) ;
- Октановое число при использовании в двигателях внутреннего сгорания: 120—130.
- Легче воздуха в 1,8 раз, поэтому при утечке не собирается в низинах, а поднимается вверх
Природный газ, добываемый из недр земли, не имеет вкуса, цвета и запаха. Для придания запаха с целью распознавания его в воздухе в случае утечки используется одоризация — внесение в газ сильнопахнущего вещества. В качестве одоранта используется этилмеркаптан в количестве 16 г на 1 000 м3 природного газа. Это позволяет обнаружить природный газ при концентрации его в воздухе 1 %, что составляет 1/5 нижнего предела взрываемое™.
Важнейшей теплотехнической характеристикой природного газа является теплота сгорания — количество теплоты, выделяющееся при сгорании 1 м3 сухого газа и зависящее от того, в каком агрегатном состоянии находится в продуктах горения вода, выделяющаяся из топлива и образующаяся при сгорании водорода и углеводородов, — в парообразном или жидком. Если в продуктах горения все водяные пары конденсируются и образуют жидкую фазу, то теплота сгорания называется высшей Q в с. Если же конденсации водяного пара не происходит, то теплоту сгорания называют низшей Q н c = 35,8.
Обычно продукты горения покидают котельные установки при температуре, при которой не происходит конденсации водяных паров, поэтому в теплотехнических расчетах используется величина Q н c , которая для природного газа близка к теплоте сгорания метана и составляет 35,8 МДж/м 3 (8 550 ккал/м 3).
Плотность природного газа (метана) при нормальных условиях (0°С и 0,1 МПа, т.е. 760 мм рт. ст.) рг = 0,73 кг/м 3 . Плотность воздуха при тех же условиях р в = 1,293 кг/м 3 . Таким образом, природный газ легче воздуха примерно в 1,8 раза. Поэтому при утечках газа он будет подниматься вверх и скапливаться у потолка, перекрытий, верхней части топки.
Температура самовоспламенения природного газа t воспл = 645... 700 °С. Это означает, что любая смесь газа с воздухом после нагревания до этой температуры воспламенится сама без источника зажигания и будет гореть.
Концентрационные границы воспламенения (взрыва) природного газа (метана) находятся в диапазоне 5... 15 %. Вне этих границ газовоздушная смесь не способна к распространению пламени. При взрыве давление в замкнутом объеме повышается до 0,8... 1 МПа.
К преимуществам природного газа по сравнению с другими видами топлива (в первую очередь с твердыми) относятся высокая теплота сгорания; относительно низкая стоимость; отсутствие складских помещений для хранения; относительно высокая экологичность, характеризующаяся отсутствием в продуктах горения твердых включений и меньшим количеством вредных газообразных выбросов; легкость автоматизации процесса сжигания; возможность повышения коэффициента полезного действия (КПД) котельного агрегата; облегчение труда обслуживающего персонала.
На сегодняшний день газ, возникший естественным образом, служит важнейшим источником энергии. Все газообразные горючие соединения из недр земли не имеют запаха, содержат множество примесей, влияющих на плотность природного газа.
У таких газов отсутствует привычные для человека физические показатели - вкус, цвет, запах, - по которым мы способны определить их наличие. И все же им свойственны характерные показатели, такие как: плотность, температура горения, теплота сгорания, состав, предельная концентрация для возникновения взрыва, давление при взрыве.
В числе многих значимых физических показателей можно сказать про плотность природного газа. Это величина, которая рассчитывается как отношение массы к его объёму и расписывается формулой r = т/ V. Плотность природного газа при нормальных условиях находится в пределах от 0,73 до 0,85 кг/м3.
Особенности газа
Добытый из месторождений, он состоит из метана в диапазоне 82-98 % от всей массы, часто с примесями других углеводородов. в своём составе вмещает также и негорючие вещества: кислород, углекислота, азот, а также Сразу же после выкачки из недр газ освобождают от токсичного сероводорода, доведя его содержание к допустимому 0,02 г/м3. Наибольшую плотность природного газа создаёт содержание негорючих смесей N 2 , СО 2 , H 2 S или тяжёлых углеводородов. Наименьшие показатели дают сухие метановые среды. Общеизвестно, что увеличение показателя физической величины влечёт повышение температуры образования гидратов. Хотя и небольшой вес также способен давать гидраты. При высоком пластовом давлении в залежи а такое месторождение называют газоконденсатным.
В сравнении с другими видами топлива (твёрдые, жидкие) плотность которого целиком зависит от его же состава, выгоден по нескольким показателям:
- дешевизна - как следствие гораздо более лёгкого способа добычи и транспортировки;
- при сгорании не образуются зола и твёрдые частички;
- относительно высокий показатель теплоты сгорания;
- нет нужды в предварительной подготовке голубого топлива к сжиганию;
- существенно облегчается труд обслуживающего персонала;
- значительно улучшаются санитарно-гигиенические условия работников;
- упрощаются условия автоматизации технических процессов.
В быту происходят случаи, когда давление газа на верхних этажах дома рискует оказаться больше, чем на нижних. Это объясняется тем, что показатель гораздо больше в сравнении с горючей средой. На высоте статическое сильно уменьшается, а давление газа уменьшается слабее.
Способы измерения плотности
Плотность природного газа определяют лабораторным путём. По причине технико-экономической целесообразности её допускается рассчитывать следующими способами:
- вручную;
- при помощи таблиц, графиков, диаграмм;
- с применением вычислительных машин и автоматизированных устройств.
Наиболее точный метод - помещение испытуемого образца в тонкостенный стеклянный баллон с дальнейшим взвешиванием на точных весах. Существуют также специальные приборы, измеряющие плотность природного газа. Это плотномеры самого разнообразного типа - вибрационные, пикнометрические, акустические, ареометрические, радиационные и другие. Среди них очень известны модели Solartron 7812 и Solartron 3098. Они способны обеспечивать непрерывное измерение в потоке. Как правило, эти модели используются в системах при коммерческом учёте газа.
Плотность газов – это масса вещества в единице объема – г/см 3 . Для практических целей используется относительная плотность газа по воздуху, т.е. отношение плотности газа к плотности воздуха. Иначе говоря – это показатель того, насколько газ легче или тяжелее воздуха:
где ρ в в стандартных условиях равно1,293 кг/м 3 ;
Относительная плотность метана – 0,554, этана – 1,05, пропана – 1,55. Вот почему бытовой газ (пропан) в случае утечки скапливается в подвальных помещениях домов, образуя там взрывоопасную смесь.
Теплота сгорания или теплотворная способность – количество тепла, которое выделяется при полном сгорании 1 м 3 газа. В среднем оно составляет 35160 кДж/м 3 (килоджоулей на 1 м 3).
Растворимость газа в нефти зависит от давления, температуры и состава нефти и газа. С ростом давления растворимость газа также возрастает. С ростом температуры растворимость газа снижается. Низкомолекулярные газы труднее растворяются в нефтях, чем более жирные.
С повышением плотности нефти, т.е. по мере роста в ней содержания высокомолекулярных соединений растворимость газа в ней снижается.
Показателем растворимости газа в нефти является газовый фактор – Г, показывающий количество газа в 1 м 3 (или 1 т) дегазированной нефти. Он измеряется в м 3 /м 3 или м 3 /т.
По этому показателю залежи делятся на:
1) нефтяные — Г<650 м 3 /м 3 ;
2) нефтяные с газовой шапкой – Г- 650 – 900 м 3 /м 3 ;
3) газоконденсатные — Г>900 м 3 /м 3 .
Растворимость воды в сжатом газе.
Вода растворяется в сжатом газе при высоком давлении. Это давление обусловливает возможность перемещения воды в недрах не только в жидкой, но и в газовой фазе, что обеспечивает ее большую подвижность и проницаемость через горные породы. С ростом минерализации воды растворимость ее в газе уменьшается.
Растворимость жидких углеводородов в сжатых газах.
Жидкие углеводороды хорошо растворяются в сжатых газах, создавая газоконденсатные смеси. Это создает возможность переноса (миграции) жидких углеводородов в газовой фазе, обеспечивая более легкий и быстрый процесс ее перемещения сквозь толщу горных пород.
С ростом давления и температуры растворимость жидких углеводородов в газе растет.
Сжимаемость пластовых газов – это очень важное свойство природных газов. Объем газа в пластовых условиях на 2 порядка (т.е. примерно в 100 раз) меньше, чем объем его в стандартных условиях на поверхности земли. Это происходит потому, что газ имеет высокую степень сжимаемости при высоких давлениях и температурах.
Степень сжимаемости изображается через объемный коэффициент пластового газа, который представляет отношение объема газа в пластовых условиях к объему того же количества газа при атмосферных условиях.
С явлениями сжимаемости газов и растворимости в них жидких углеводородов тесно связано конденсатообразование. В пластовых условиях с ростом давления жидкие компоненты переходят в газообразное состояние, образуя «газорастворенную нефть» или газоконденсат. При падении давления процесс идет в обратном направлении, т.е. происходит частичная конденсация газа (или пара) в жидкое состояние. Поэтому при добыче газа на поверхность извлекается также и конденсат.
Конденсатный фактор – КФ – это количество сырого конденсата в см 3 , приходящегося на 1м3 отсепарированного газа.
Различают сырой и стабильный конденсат. Сырой конденсат представляет собой жидкую фазу, в которой растворены газообразные компоненты.
Стабильный конденсат получают из сырого путем его дегазации. Он состоит только из жидких углеводородов – пентана и высших.
В стандартных условиях газоконденсаты представляют собой бесцветные жидкости с плотностью 0,625 – 0,825 г/см 3 с температурой начала кипения от 24 0 С до 92 0 С. Большая часть фракций имеют температуру выкипания до 250 0 С.
Природный газ представляет собой образовавшеюся в недрах Земли смесь газов. Этот газ относят к полезным ископаемым и используется повсеместно. Считается что данное вещество образовывается благодаря разложению остатков живых организмов благодаря большим температурам и давлению.
Данный вид газов считается самым экологически чистым видом топлива органического типа, ведь при его сгорании образуется гораздо меньше вредных веществ в сравнении с другими видами.
Природный газ применяется везде. Им отапливаются жилые помещения и дома, подогревается вода. С помощью этого газа готовят еду. Используют как топливо для автомобилей и как сырье в химической промышленности.
Таблица удельного веса природного газа
Природный газ является веществом сложного типа, поэтому в полевых условиях рассчитать его удельный вес не получится. Эти вычисления производятся в специальных лабораториях с использованием специализированного оборудования. Однако, средний удельный вес природного газа известен равен значениям, представленным в таблице.
Данная таблица поможет произвести необходимые расчёты.
Расчеты удельного веса
Для того чтобы начать рассчитывать необходимые параметры, необходимо разобраться с самим понятием.
Удельный вес представляет собой показательную величину соотношения веса искомого вещества к его занимаемому объему. Эти вычисления проводятся с помощью формулы: y=p*g, где y - удельный вес, p - плотность, g - ускорение свободного падения, которое в обычных случаях является константой и равняется 9,81 м/с*с.
Параметр, поучаемый в итоге, измеряется в Ньютонах, деленных на метр кубический (Н/м3).
Плотность природного газа
Таким параметром, как плотность обозначают количество массы искомого вещества, которое помещается в метре кубическом. Этот параметр может быть весьма неоднозначным, так как зависит от множества факторов, основным из которых является температура.
Плотность природного газа составляет значения от 0,68 до 0,85 кг/м3, при условиях газа в сухом газообразном состоянии и 400 кг/м3, при жидком.
