Классификация горючих газов кратко

Обновлено: 30.06.2024

9-1. Общие сведения и классификация горючих газов 5

Помимо деления газов на природные и искусственные каждая из этих двух категорий имеет и свои внутренние классификационные признаки - источник получения, метод получения, состав газа, теплота сгорания и жаропроизводительность.

Основными энергетическими характеристиками горючих газов, как и других видов топлива, являются теплота сгорания, жаропроизводительность, а также радиационная (излучательная) способность факела. Последние две характеристики имеют основное значение при использовании газа в высокотемпературных огнетехнических агрегатах. В самом деле, например, жаропроизводительность доменного газа составляет около 1440 °С. Следовательно, как бы много ни сжигать этого газа, всегда температура горения будет менее 1440 °С, так как в установке имеют место потери тепла; достигнутая же температура может оказаться недостаточной для многих высокотемпературных технологических процессов.

Горючие газы делят на газы с высокой жаропроизводительностью - от 1990 до 2330 °С, со средней жаропроизводительностью - от 1440 до 1990 °С и с низкой жаропроизводительностью - от 930 до 1440 °С.

Для повышения температуры продуктов горения применяют регенерацию тепла, т. е. осуществляют подогрев газа и воздуха в теплообменниках за счет тепла отходящих газов.

Радиационная способность факела играет большую роль в работе огневых технологических агрегатов, так как часто большая часть тепла передается нагреваемому материалу лучеиспусканием от газов (факела).

Некоторые газы обладают отравляющим действием на организм человека и животных.

Сероводород является ядовитой составляющей горючих газов, сильно действующей на нервную систему людей и раздражающей дыхательные пути и слизистые оболочки. Отравление наступает уже при содержании H 2 S в воздухе 0,025% (0,4 мг/л), при больших концентрациях возможен смертельный исход от отравления. Предельно допустимое содержание H 2 S в воздухе равно 0,002 мг/л; при такой концентрации начинает ощущаться его запах. Окись углерода весьма опасна, так как отравление происходит уже при концентрации 0,02 мг/л (0,02 г/м 3 ); при 0,05 мг/л вдыхание в течение нескольких часов приводит к смерти; предельно допустимая концентрация равна 0,002 мг/л.

Горючие газы – вещества с низким порогом теплоты сгорания. Это основной компонент газообразного топлива, которое используется для газоснабжения городов, в промышленности и других сферах жизнедеятельности. Физико-химические характеристики таких газов зависят от наличия в их составе негорючих компонентов и вредных примесей.

Виды и происхождение горючих газов

Горючие газы содержат метан, пропан, бутан, этан, водород и окись углерода, иногда с примесями гексана и пентана. Их получают двумя способами – из природных месторождений и искусственным путем. Газы природного происхождения – топливо, результат естественного биохимического процесса разложения органики. Большинство залежей расположены на глубине менее 1,5 км и состоят преимущественно из метана с малыми примесями пропана, бутана и этана. С увеличением глубины залегания растет процентное содержание примесей. Добывается из природных залежей или в качестве сопутствующих газов нефтяных месторождений.

Чаще всего залежи природного газа сконцентрированы в осадочных породах (песчаники, галечники). Покрывающими и подстилающими слоями служат плотные глинистые породы. В качестве подошвы в основном выступают нефть и вода. Искусственные – горючие газы, получаемые вследствие термической переработки различного вида твердых топлив (кокс и др.) и производные продукты нефтепереработки.

Основным компонентом природных газов, добываемых в сухих месторождениях, является метан с небольшим количеством пропана, бутана и этана. Природный газ характеризуется постоянством состава, относится к категории сухих. Состав газа, получаемый при нефтепереработке и из смешанных газонефтяных залежей, непостоянен и зависит от величины газового фактора, природы нефти и условий раздела нефтегазовых смесей. В него входит значительное количество пропана, бутана, этана, а также другие легкие и тяжелые углеводороды, содержащиеся в нефти, вплоть до керосиновых и бензиновых фракций.

Добыча горючих природных газов заключается в извлечении его из недр, сбор, удаление лишней влаги и подготовку к транспортировке потребителю. Особенность добычи газа состоит в том, что на всех стадиях от пласта до конечного потребителя весь процесс герметизирован.

Горючие газы и их свойства

Жаропроизводительность – максимальная температура, выделяемая при полном сгорании сухого газа в теоретически необходимом количестве воздуха. При этом выделяемое тепло расходуется на нагревание продуктов сгорания. Для метана этот параметр в °С равен 2043, бутана – 2118, пропана – 2110.

Температура воспламенения – наименьшая температура, при которой происходит самопроизвольный процесс воспламенения без воздействия внешнего источника, искры или пламени, за счет теплоты выделяемой частицами газа. Этот параметр особенно важен для определения допустимой температуры поверхности аппаратов, используемых в опасных зонах, которая не должна превышать температуру воспламенения. Для такой аппаратуры присваивается температурный класс.

Температура вспышки – наименьшая температура, при которой выделяется достаточное количество паров (на поверхности жидкости) для воспламенения от наименьшего пламени. Это свойство не стоит обобщать с температурой воспламенения, поскольку эти параметры могут разниться в значительной степени.

Плотность газа/пара. Определяется в сравнении с воздухом, чья плотность равна 1. Плотность газа 1 – падает. Например, для метана этот показатель равен 0,55.

Опасность горючих газов

Горючие газы представляют опасность тремя своими свойствами:

Горючесть. Существует риск возникновения пожара, связанный с неконтролируемым воспламенением газа;
Токсичность. Риск отравления газом или продуктами его горения (угарный газ);
Удушение вследствие дефицита кислорода, который может быть замещен другим газом.

Процесс горения представляет собой химическую реакцию, в которую входит кислород. При этом выделяется энергия в виде теплоты, пламени. Воспламеняющим веществом выступает газ. Процесс горения газа возможен при наличии трех факторов:

Источник воспламенения.
Горючие газы.
Кислород.

Целью противопожарной защиты является исключение как минимум одного из факторов.

Метан

Это бесцветный легкий горючий газ без запаха. Нетоксичен. Метан составляет 98% всех природных газов. Считается основным, определяющим свойства природного газа. На 75% состоит из углерода и на 25% из водорода. Масса куб. метра – 0,717 кг. Сжижается при температуре 111 К, при этом его объем уменьшается в 600 раз. Обладает низкой реакционной способностью.

Пропан

Газ пропан – горючий газ, без цвета и запаха. Обладает большей реакционной способностью, чем метан. Содержание в природном газе 0,1-11% по массе. В попутных газах из смешанных газонефтяных месторождений до 20%, в продуктах переработки твердых топлив (бурых и каменных углей, каменноугольной смолы) до 80%. Газ пропан используется в различных реакциях для получения этилена, пропилена, низших олефинов, низших спиртов, ацетона, муравьиной и пропионовой кислоты, нитропарафинов.

Бутан

Горючий газ без цвета, со своеобразным запахом. Бутан газ легко сжимаем и летуч. Содержится в нефтяном газе до 12% по объему. Также получатся в результате крекинга нефтяных фракций и лабораторным путем по реакции Вюрца. Температура замерзания -138 о С. Как и все углеводородные газы, пожароопасен. Вреден для нервной системы, при вдыхании вызывает дисфункцию дыхательного аппарата. Бутан (газ) обладает наркотическими свойствами.

Этан – газ без цвета и запаха. Представитель углеводородов. Дегидрирование при 550-650 0 С приводит к этилену, свыше 800 0 С – к ацетилену. Содержится в природных и попутных газах до 10%. Выделяется низкотемпературной ректификацией. Значительные объемы этана выделяются при крекинге нефти. В лабораторных условиях получают по реакции Вюрца. Является основным сырьем для получения винилхлорида и этилена.

Водород

Окись углерода

Бесцветный газ, без вкуса и запаха. Масса 1 куб. м – 1,25 кг. Содержится в высококалорийных газах наряду с метаном и другими углеводородами. Увеличение доли окиси углерода в горючем газе понижает теплоту сгорания. Оказывает токсическое влияние на человеческий организм.

Применение горючих газов

Горючие газы обладают высокой теплотой сгорания, а потому являются высокоэкономичным энергетическим топливом. Широко применяются для коммунально-бытовых нужд, на электростанциях, в металлургии, стекольной, цементной и пищевой промышленности, в качестве автомобильного топлива, при производстве строительных материалов.

Использование горючих газов в качестве сырья для производства таких органических соединений как формальдегид, метиловый спирт, уксусная кислота, ацетон, ацетальдегид, обусловлено наличием в их составе углеводородов. Метан, как основной компонент горючих природных газов, широко применяется для производства различных органических продуктов. Для получения аммиака и различного рода спиртов используется синтез-газ – продукт конверсии метана кислородом или водяным паром. Пиролизом и дегидрогенизацией метана получают ацетилен, наряду с водородом и сажей. Водород, в свою очередь, используется для синтеза аммиака. Горючие газы, и в первую очередь этан, применяют при получении этилена и пропилена, которые в дальнейшем используются в качестве сырья для производства пластмасс, искусственных волокон и синтетических каучуков.

Перспективным видом топлива для многих сфер народного хозяйства является сжиженный метан. Использование сжиженных газов во многих случаях дает большую экономическую выгоду, позволяя снизить материалозатраты на транспортировку и решить проблемы газоснабжения в отдельных районах, позволяет создавать запасы сырья для нужд химической промышленности.

Рейтинг: / 60

Для образования высокотемпературного пламени при газовой сварке, пайке, нагреве и других операциях тепловой обработки металлов используются горючие газы. Горючий газ может быть использован, как в чистом виде, так и в смеси с кислородом. Газово-кислородная смесь имеет более высокую температуру горения. Смеси горючего газа с кислородом используют в газосварочных постах.

Горючие газы можно разделить на две группы:

Сжимаемые или сжатые- это такие газы, которые в обычных условиях хранения не превращаются в жидкое состояние ( примеры сжатых газов: метан, водород, многокомпонентные газы)
Сжиженные это газы, которые при обычных условиях хранения имеют жидкое состояние ( пропан, бутан и их смеси)

Сжиженный газ по сравнению со сжатым обладает следующими преимуществами:

в баллонах одинаковой емкости сжиженного газа помещается примерно в 2 раза больше, чем сжатого;
сжиженный газ при сгорании выделяет теплоты в 3 раза больше, чем такое же объемное количество сжатого газа;
сжиженный газ хранят в резервуарах при давлении более чем в 10 раз меньшем по сравнению со сжатым, что снижает стоимость

Основные характеристики горючих газов

Жаропроизводительность представляет собой максимальную температуру, развиваемую при полном сгорании сухого топлива в необходимом для горения количестве воздуха .

метан 2043,
пропан 2500,
бутан 2118,
водород 2235,
ацетилен 3620.
МАПП газ 2960

Количество кислорода, необходимое для горения, составляет примерно 1 м3 на 21 МДж теплотворной способности газа.В связи с тем, что в воздухе около 21 % кислорода, то для сжигания 1 м3 метана необходимо 10 м3 воздуха, пропана 24 м3, бутана 31м3.

Температура воспламенения это минимальная температура газовоздушной смеси, при которой начинается самопроизвольный процесс горения за счет выделения теплоты горящими частицами газа. Воспламенение смеси может быть вызвано нагревом до температуры воспламенения либо применением внешних источников зажигания (запального пламени, электрических искр). Первый способ используется в двигателях внутреннего сгорания, второй — при сжигании газа с помощью горелок.

Чтобы начался процесс горения, температура поджигающего источника должна быть выше, чем температура воспламенения.

ацетилен 335,
водород 510,
метан 545,
бутан 430,
пропан 504

Предел воспламеняемости воспламенение и дальнейшее самопроизвольное горение газовоздушной смеси возможно только при определенных соотношениях газа и воздуха это и называют пределами воспламеняемости.

ацетилен 2,5,
водород 4,
метан 5,
пропан 2,3,
бутан 1,9;

ацетилен 80,
водород 75,
метан 15,
бутан 8,5,
пропан 9,5.
Если содержание газа в смеси меньше нижнего предела воспламенения, то такая смесь самостоятельно гореть не может.
При содержании газа, большем верхнего предела воспламенения, количества воздуха в смеси недостаточно для полного сгорания газа.

Газовоздушная смесь, содержание газа в которой находится между нижним и верхним пределами воспламенения, взрывоопасна.

Взрыв явление быстрого перехода вещества из одного состояния в другое, сопровождаемое нагревом продуктов сгорания до высокой температуры и резким повышением давления.

Если горючая смесь находится в закрытом объеме (сосуд, трубопровод, помещение), то при появлении источника теплоты или пламени с температурой, достигающей температуры воспламенения, происходит взрыв этой смеси.

Например, давление при взрыве метановоздушной смеси достигает 0,7. 0,75 МПа, пропан-бутановой смеси — 0,8. 0,9.

Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику

Зарегистрироваться 15–17 марта 2022 г.

Газообразное топливо представляет собой смесь горючих и негорючих газов, содержащую некоторое количество примесей. К горючим газам относятся углеводороды, водород и оксид углерода (угарный газ). Негорючие компоненты – это азот, диоксид углерода (углекислый газ) и кислород. К примесям относят водяные пары, сероводород, пыль, нафталин, аммиак и др. Негорючие газы и примеси составляют балласт газообразного топлива.

К горючим компонентам газообразного топлива относятся следующие вещества:

Метан СН ₄ – бесцветный, нетоксичный газ без запаха и вкуса. В состав метана входит 25 % водорода и 75 % углерода (по массе). При атмосферном давлении и температуре 111 К метан сжижается и его объем уменьшается почти в 600 раз. Сжиженный метан является перспективным топливом для многих отраслей народного хозяйства и концентрации метана в воздухе более 10 % вызывает удушье.

Кроме метана в горючих газах могут содержаться этан – С ₂ Н ₆ пропан – С ₃ Н ₈ , бутан – С ₄ Н ₁₀ , пентан – С ₅ Н ₁₂ – углеводороды метанового ряда, которые носят название алканов, то есть насыщенных углеводородов. Общая формула алканов – С _n Н _2n+2 . Свойства их аналогичны свойствам метана. Пропан, бутан и пентан тяжелее воздуха, при концентрации в воздухе более 10 % и при вдыхании более 2 мин начинается головокружение, а затем наступает удушье. С увеличением числа атомов в молекуле тяжёлых углеводородов возрастают их плотность и теплота сгорания.

Оксид углерода CO (угарный газ) – бесцветный газ, без запаха и вкуса. Оксид углерода оказывает на организм человека токсичное воздействие, так как легко вступает в соединение с гемоглобином крови. Влияние концентрации СО на организм человека показано в таблице 1. Вследствие малого объёма продуктов горения CO на каждый куб. метр их приходиться меньше чем на 1 куб. метр продуктов горения углеводородов. Поэтому продукты горения CO нагреваются до более высокой температуры (1 CO – образует 2,88 м 3 продуктов сгорания).

Водород Н ₂ – бесцветный нетоксичный газ без вкуса и запаха. Водород отличается высокой реакционной способностью, водородно-воздушные смеси имеют широкие пределы воспламенения и весьма взрывоопасны.

В негорючую часть газообразного топлива входит азот и углекислый газ.

Азот N ₂ – бесцветный газ без запаха и вкуса. Азот практически не реагирует с кислородом, поэтому при расчётах процесса горения его рассматривают как инертный газ.

Таблица 1 – Физиологическое воздействие оксида углерода CO на

Углекислый газ СО ₂ – бесцветный газ, тяжелее воздуха. Имеет слегка кисловатый запах и вкус. Концентрация в воздухе в пределах 4-5% приводит к сильному раздражению органов дыхания; 10%-ная концентрация СО ₂ в воздухе вызывает сильное отравление. При сильном охлаждении СО ₂ застывает в белую снегообразную массу. Твёрдый СО ₂ (сухой лёд) широко используется для хранения скоропортящихся продуктов.

Кислород О ₂ – без запаха, цвета и вкуса. Содержание кислорода в газе понижает теплоту сгорания и делает газ взрывоопасным. Поэтому содержание кислорода в газе не должно быть более 1% по объёму.

К вредным примесям относят сероводород.

Сероводород Н ₂ – газ с сильным и неприятным запахом, обладает высокой токсичностью. Сероводород является газообразной кислотой и, воздействуя на металлы, образует сульфиды. При сжигании газа Н ₂ сгорает и образует сернистый газ, вредный для здоровья. Содержание Н ₂ не должно превышать 2г на 100 м 3 газа.

К основным характеристикам газообразного топлива относят: теплоту

сгорания, плотность, число Воббе.

Теплотой сгорания топлива называется количество теплоты, которое выделяется при полном сгорании единицы топлива при постоянном давлении (Для газообразного топлива за единицу измерения принят 1 м 3 ).

Различают низшую теплоту сгорания, Q _н , и высшую – Q _в .

Высшая теплота сгорания газового топлива соответствует условию, при котором водяные пары продуктов сгорания доводятся до жидкого состояния. В реальных условиях сжигания газа водяные пары не конденсируются, а находятся в парообразном состоянии. Понятие высшей теплоты сгорания относится только к тем газам, которые при сгорании выделяют водяные пары. Разница между Q _н и Q _в составляет 2514 кДж на каждый кг водяных паров.

Классификация горючих газов

Все горючие газы делятся на две группы: природные и искусственные.

Природные газы добывают из недр земли. Искусственные газы получают на специальных заводах или на заводах в качестве побочного продукта.

Природные газы не содержат водорода, окиси углевода и кислорода. Содержание азота и углекислого газа обычно бывает невысоким. Газы некоторых месторождений содержат в небольших количествах сероводород.

Природные газы можно разделить на три группы:

Первая группа. Газы, добываемые из чисто газовых месторождений. Они на 90–98% состоят из метана, а также содержат не более 50 г на 1 м 3 тяжелых углеводородов. Их называют сухими тощими. Низшая теплота сгорания – 31–38 МДж/м 3 , относительная плотность по воздуху – 0,56–0,65 .

Вторая группа. Газы газоконденсатных месторождений, состоящие из смеси сухих газов и паров конденсата тяжелых углеводородов (бензина, лигроина, керосина). При снижении давления и выходе газов на поверхность из них выделяется от 10 до 500 см 3 конденсата на 1 м 3 добываемого газа. Газы газоконденсатных месторождений имеют самый разнообразный состав.

Третья группа. Попутные газы добываются из скважин нефтяных месторождений совместно с нефтью. Помимо метана они содержат значительное количество более тяжелых углеводородов (обычно свыше 150 г/м 3 ) и являются жирными газами. Жирные газы представляют собой смесь сухого газа, пропан – бутановой фракции и газового бензина. Теплота сгорания попутных газов составляет 38–63 МДж/м 3 .

Обычно в 1 т нефти содержится 200–400 м 3 газа. Состав попутных газов зависит от природы нефти, в которых они находятся в естественных подземных резервуарах, а также от принятой схемы отделения газа от нефти при выходе их из скважины. На газобензиновых заводах из попутных газов выделяют газовый бензин и пропан-бутановую фракцию, которою используют для газоснабжения городов в виде сжиженного газа.

Искусственные газы – это газы, вырабатываемые из твёрдого или жидкого топлива. В зависимости от способа переработки они делятся на газы сухой перегонки и генераторные газы.

При переработке нефти и нефтепродуктов получают нефтезаводские газы, состав которых обусловлен направлением технологического процесса, температурным режимом, давлением переработки, составом сырой нефти и нефтепродуктов.

Различают газы прямой перегонки нефти, крекинг-газы, газы коксования мазута и гудрона, газы гидролиза нефтепродуктов, газы процессов риформинга.

Читайте также: