燃气性质.ppt

,燃气气源,天然气人工燃气液化石油气生物气,第一章燃气性质与分类,第一节燃气物理性质,一.燃气组成及其表示方法,指可以作为燃料的气体。城镇燃气是指符合一定质量要求，供给居民生活、商业和工业企业生产作燃料用的公用性质的燃气。混合气体可燃组分低级烃（甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、丙烯、丁烯）、氢气、一氧化碳不可燃组分二氧化碳、氧气和氮气杂质焦油,萘,水蒸气,灰尘,氨,硫化氢标准状态273.15K、101325Pa，Nm3,1.体积分数在相同温度、压力下，燃气中各单一组分的体积占燃气总体积的比值2.质量分数在相同温度、压力下，燃气中各单一组分的质量占燃气总质量的比值3.摩尔分数在相同温度、压力下，燃气中各单一组分的摩尔数占燃气总摩尔数的比值,三分数之间的关系,摩尔分数与体积分数阿伏加德罗定律同温度压力下任何理想气体的摩尔体积相等摩尔分数=体积分数质量分数与体积分数燃气的摩尔分数与质量分数成正比，其比例常数为平均分子量与该组分分子量之商,二.燃气平均相对分子质量,燃气平均分子质量燃气平均相对分子质量M=G/N,计算利用各组分的体积分数计算燃气的平均分子量，等于各组分的分子量与其体积分数乘积之和利用各组分的质量分数计算燃气的平均分子量是各组分的质量分数与其分子量之商总和的倒数燃气的平均气体常数可用各气体常数与质量分数乘积之和,三.燃气密度和相对密度,燃气密度单位体积燃气具有的质量，Kg/m3相对密度燃气平均密度与相同状态下的空气平均密度之比值1.2931,标准状态下的空气平均密度,常见燃气的密度和相对密度,四.临界参数,临界温度当温度不超过某一数值，对气体进行加压可以使气体液化。在该温度以上，无论施加多大压力都不能使之液化。平均临界温度临界压力在临界温度下,使气体液化所需的压力平均临界压力临界比容,几种单一气体的气-液平衡曲线,五.实际气体状态方程,理想气体状态方程压力不太高，温度不太低实际气体状态方程压缩因子温度、压力有关系其偏离1的大小表示气体偏离理想气体状态方程的程度,对比态定律对比温度对比压力对比比容临界压缩系数Zc0.23-0.330.27,Zc=0.27,气体的通用压缩系数,六.粘度,粘度动力粘度运动粘度,粘度的影响因素压力随压力的升高动力粘度增大；但影响较小，可忽略。温度气体：温度越高，动力粘度增大。液体：温度越高，动力粘度越小。分子量气体：分子量越大，动力粘度越小。液体：分子量越大，动力粘度越大。,七.饱和蒸汽压和相平衡常数,1.饱和蒸汽压1）单一液体的蒸汽压在一定温度下，密闭容器中的纯组分液体与蒸汽共存时，气相的绝对压力，就是该温度下的饱和蒸汽压饱和蒸气压与容器的大小及其中的液量多少无关，与物质的种类和温度有关是温度的单值函数，随温度升高而升高,常见低碳烃蒸气压与温度的关系,2）混合液体的蒸汽压道尔顿分压定律在一定温度下，当密闭容器中的混合液体及其蒸气处于相平衡时，气相符合道尔顿分压定律，混合气体的蒸气压P等于各组分蒸气分压Pi之和。拉乌尔定律如果液体为理想液体，则符合拉乌尔定律，即各组分蒸气分压Pi等于此纯组分在该温度下t的蒸气压Pi乘以其在混合液体中的分子成分xi。,2.相平衡常数在一定温度、组成的气液平衡系统，某一组分在该温度下的饱和蒸汽压pi与混合液体蒸汽压p的比值为常数在一定温度、组成的气液平衡系统，气相中某一组分的摩尔分数yi与其在液相中的摩尔分数xi比值为常数,查图计算相平衡常数,1-甲烷；2-乙烷；3-丙烷；4-正丁烷；5-异丁烷；6-正戊烷；7-异戊烷；8-乙烯；9-丙烯,八.干燃气与湿燃气,1m3湿燃气指燃气的总体积为1m3，其中包含水蒸气所占体积（实际的燃气成分小于1m3）。1m3干燃气指燃气成分的体积是1m3，而与其共存的还有若干水蒸气，因此1m3干燃气的实际体积是大于1m3的。,九.露点,饱和蒸气经冷却或加压即处于过饱和状态，遇到接触面或凝结核便液化成露，这时的温度称为露点气体在某一压力下的露点也就是该物质液态在同一压力下的沸点,烃类混合气体的露点,与组分、混合比和总压力有关气液平衡状态时，多种碳氢化合物的混合物中，各组分在气相或液相中的摩尔分数之和都等于1，满足相平衡条件,碳氢化合物露点的确定,条件是：气相摩尔分数yi确定给定压力p下的露点计算步骤先假定该压力下露点根据给定压力和假定温度，计算相平衡常数计算出各组分的液相摩尔分数检验是否符合相平衡条件，不符合再假设,液化石油气管道供气的工程中所处理的气态液化石油气或液化石油气-空气混合气td-露点温度,十.膨胀系数,体积膨胀系数，是指温度每升高1，液态物质增加的体积与原体积的比值。,第二节燃气热力性质,一.气化潜热,液体沸腾时1kg液体变成同温度下饱和蒸汽所吸收的热量，气化潜热,kJ/kg气化潜热与温度、压力有关,混合液体潜热计算,混合液体气化潜热不同温度下液体的气化潜热,Tc临界温度,图1-7液化石油气各组分的气化潜热,二.燃气热值,单位燃气完全燃烧所释放出来的热量高热值单位数量的燃气完全燃烧后，其燃烧产物被冷却到原始温度，其中水蒸气被凝结成同温度的水时，所放出的热量。低热值单位数量的燃气完全燃烧后，其燃烧产物被冷却到原始温度，其中水蒸气仍为蒸汽状态时，所放出的热量差值的实质水蒸气的气化潜热,热值计算,实验测定高、低热值,已知燃气成分,三.比热容,比热容单位数量的物质温度升高或降低1所吸收或放出的热量定容比热容Cv容积不变定压比热容Cp压力不变Cp=Cv+8.31/M=Cv+R=Cv+R0/M真实比比热某温度下的比热平均比比热温度范围的比热,kJ/Nm3.K,kJ/kg.K,四.华白数和燃烧势,反映燃气质量的一个特性参数，是判定燃气互换性的重要依据之一一般华白数，广义华白数燃烧势燃气互换性与燃具适配性,五.着火温度,燃气开始着火时的温度主要与可燃气体在空气中的浓度、混合程度、压力、燃烧室热力条件和是否有催化作用等有关一般可燃气体在空气中的着火温度比在纯氧中的着火温度高50100。,六.爆炸极限,爆炸极限上限、下限,燃气爆炸极限计算对于不含氧或惰性气体的燃气爆炸极限,对于含惰性气体的燃气爆炸极限对含有氧气的可燃混合气体的爆炸极限可视为混入空气先扣除氧含量及按空气组成的氮含量重新调整可燃混合气体个组分的容积成分,使容积成分之和为100%,第三节燃气分类,燃气分类,1）按来源或生产方式天然气人工燃气液化石油气生物气2）按热值高热值燃气(HCVGAS)：液化石油气(Highcaloricvalue)中等热值燃气(MCVGAS)：天然气低热值燃气(LCVGAS)：人工燃气,城镇燃气分类及基本特性,一.天然气,广义天然气是指埋藏于地层中自然形成的气体，通用的“天然气“是指天然蕴藏于地层中的烃类和非烃类气体的混合物，即以甲烷为主的气态化石燃料。是通过生物化学作用及地质变质作用,在不同地质条件下生成、运移，在一定压力下储集的可燃气体。天然气主要存在于油田和气田中，也有储集在煤层和页岩中。天然气是一种混合气体，主要成分是低分子烷烃，也含有少量的二氧化碳、硫化物和氮气等。,天然气分类,常规天然气按矿藏特点分类按烃类组分分类按储运方式分类非常规天然气天然水化物煤层气、矿井气页岩气致密砂岩气,1.根据矿藏特点分类,气田气纯度较高，甲烷含量80-98%，乙烷、丁烷含量不大，低热值36MJ/Nm3石油伴生气与石油共生的气体，分为气顶气和溶解气，乙烷及其以上的含量较大，低热值48MJ/Nm3凝析气田气深层天然气，戊烷及其以上含量较高，含有汽油和煤油成分,2.根据烃类组分分类,干气C5及其以上烃类13.5cm3/Sm3.NG富气C3及其以上烃类94cm3/Sm3.NG贫气C3及其以上烃类94cm3/Sm3.NG酸性气体含大量H2S、CO2，需净化后才能使用洁气含少量H2S、CO2，不需净化可直接使用基方：1atm20(standardcubicmeter,简写：Sm3）标方：1atm0(normalcubicmeter,简写：m3）,3.根据储运方式分类,管输天然气液化天然气（LiquifiedNaturalGas，简称LNG)气田生产的天然气净化处理，经一连串超低温液化后，利用液化天然气船（车）运输，其体积约为同量气态天然气体积的1/600，可作为大、中城镇燃气气源。压缩天然气（CompressedNaturalGas,简称CNG）指压缩到压力大于或等于10MPa且不大于25MPa的气态天然气。它与管道天然气的组分相同，主要成分为甲烷，用作车用燃料或供小规模城镇燃气用户使用。,非常规天然气,煤层气主要成分是甲烷，含少量二氧化碳等气体，低热值40MJ/Nm3矿井气矿井瓦斯，是成煤过程中的伴生气与空气混合而成的可燃气体，低热值12-20MJ/Nm3页岩气以游离、吸附、溶解等形式存在于页岩中的可燃气体致密砂岩气以游离、吸附、溶解等形式存在致密砂岩中的可燃气体天然气水合物甲烷与水分子在一定温度压力下形成的固体物质，俗称可燃冰,二.液化石油气,以凝析气田气、石油伴生气或炼厂气为原料，经加工而得的可燃物为液化石油气炼厂石油气、天然石油气其主要成分是丙烷、丙烯、丁烷和丁烯，此外尚有少量戊烷及其他杂质,三.人工燃气,以固体或液体燃料为原料，经过各种热加工制取的可燃气体。干馏煤气以煤为原料，利用焦炉或直立炭化炉等进行干馏而制取的可燃气体，称为干馏煤气。气化煤气以固体燃料为原料，在气化炉中通入气化剂，在高温条件下经气化反应而制得的可燃气体。油制气以石脑油或重油为原料，经过裂解加工制取的可燃气体。,四.生物气,沼气各种有机物质在隔绝空气条件下发酵，在微生物作用下经生化作用产生的可燃气体。其中，CH460%，CO235%,少量的H2和CO，热值约为2.2MJ/Nm3。生物质干馏气和气化气对有机物质分别进行干馏或气化所获得的可燃气体，主要成分CH4、H2、CO、O2、N2。热值约为5-20MJ/Nm3。,气源选择,气源种类经济性组分稳定,第四节燃气质量要求,一.天然气质量要求,二.液化石油气质量要求,三.人工燃气质量要求,计算题已知干燃气的体积分数为甲烷28%，一氧化碳6%，氢气54.6%，二氧化碳4%，氧气0.4%，氮气5%，CmHn（按丙烯计）2%。求混合气体平均相对分子质量、平均密度和相对密度。若含湿量为0.002干燃气，求湿燃气的体积分数及平均密度。已知混合气体的体积分数为甲烷28%，一氧化碳,6%，氢气54.6%，二氧化碳4%，氧气0.4%，氮气5%，CmHn（按丙烯计）2%，求该气体的动力黏度。有一内径为900mm、长为100km的天然气管道。当天然气的平均压力（绝对压力）为4MPa、温度为278K时，求管道中的天然气在标准状态下（101.325kPa、273.15K）的体积。已知天然气的体积分数为甲烷97.5%，乙烷0.2%，丙烷0.2%，氮气1.6%，二氧化碳0.5%。已知混合气体的体积分数分别为丙烷50%，异丁烷50%，求在工作压力（相对压力）1.6MPa、温度为40时的密度和比容。已知液化石油气的气相组成为：丙烷50%，正丁烷50%，求压力为0.2MPa时的露点。已知液态液化石油气的体积分数为：丙烷62%，丙烯15%，异丁烷23%，10时的液态液化石油气的平均密度为0.532kg/L。求15kg液态液化石油气，温度从10升至40时的体积膨胀量。试求发生炉煤气的爆炸极限，其体积分数如下：氢气8.8%，二氧化碳24%，甲烷2.0%，一氧化碳30.4%，氮气56.4%。,作业（一）,填空题天然气的爆炸极限范围为。液化石油气蒸汽压仅取决于液化石油气的和组成，与储存容器的大小与液量的多少无关。液态烃的容积膨胀系数很大，大约为水的倍。判断题液化石油气的主要成分是丙烷、丙烯、丁烷和丁烯。（）我国燃气分类是以燃气燃烧特性指标进行分类，燃烧特性指标主要有：华白指数和燃烧势。（）根据我国城市燃气质量要求，天然气及人工燃气中硫化氢的含量不得超过10mg/m3。（）液化石油气从气态转为液态，体积约缩小250300倍；天然气从气态转为液态，体积约缩小600625倍。（）,四.选择题我国城市燃气中的“标准立方米”