ρ = m (plyn) / V (plyn)
D podle Y (X) = M (X) / M (Y)
Proto:
D vzduchem = M (plyn X) / 29
Dynamická a kinematická viskozita plynu.
Viskozita plynů (fenomén vnitřního tření) je projevem třecích sil mezi vrstvami plynu, které se vzájemně pohybují paralelně a různými rychlostmi.
Interakce dvou vrstev plynu je považována za proces, během kterého se hybnost přenáší z jedné vrstvy do druhé.
Třecí síla na jednotku plochy mezi dvěma vrstvami plynu, která se rovná impulsu přenesenému za sekundu z vrstvy na vrstvu přes jednotku plochy, je určena Newtonův zákon:
- gradient rychlosti ve směru kolmém na směr pohybu vrstev plynu.
Znaménko mínus znamená, že hybnost se přenáší ve směru klesající rychlosti.
- dynamická viskozita.
, Kde
- hustota plynu,
- aritmetická průměrná rychlost molekul,
- průměrná volná dráha molekul.
- koeficient kinematické viskozity.
Kritické parametry plynu: Tcr, Pcr.
Kritická teplota je teplota, nad kterou při žádném tlaku nemůže být plyn převeden do kapalného stavu. Tlak potřebný ke zkapalnění plynu při kritické teplotě se nazývá kritický. Dané parametry plynu. Uvedené parametry jsou bezrozměrné veličiny, které ukazují, kolikrát jsou skutečné parametry stavu plynu (tlak, teplota, hustota, měrný objem) větší nebo menší než kritické:
Těžba vrtů a podzemní zásobníky plynu.
Hustota plynu: absolutní a relativní.
Hustota plynu je jednou z jeho nejdůležitějších vlastností. Když mluvíme o hustotě plynu, obvykle máme na mysli jeho hustotu za normálních podmínek (tedy při teplotě a tlaku). Navíc se často používá relativní hustota plynu, což znamená poměr hustoty daného plynu k hustotě vzduchu za stejných podmínek. Je snadné vidět, že relativní hustota plynu nezávisí na podmínkách, ve kterých se nachází, protože podle zákonů stavu plynu se objemy všech plynů mění stejně se změnami tlaku a teploty.
Absolutní hustota plynu je hmotnost 1 litru plynu za normálních podmínek. Obvykle se u plynů měří v g/l.
ρ = m (plyn) / V (plyn)
Pokud vezmeme 1 mol plynu, pak:
a molární hmotnost plynu lze nalézt vynásobením hustoty molárním objemem.
Relativní hustota D je hodnota, která ukazuje, kolikrát je plyn X těžší než plyn Y. Vypočítá se jako poměr molárních hmotností plynů X a Y:
D podle Y (X) = M (X) / M (Y)
Často se pro výpočty používají relativní hustoty plynů vodíku a vzduchu.
Relativní hustota plynu X vzhledem k vodíku:
D pomocí H2 = M (plyn X) / M (H2) = M (plyn X) / 2
Vzduch je směs plynů, lze pro něj tedy vypočítat pouze průměrnou molární hmotnost.
Jeho hodnota je brána jako 29 g/mol (na základě přibližného průměrného složení).
Proto:
D vzduchem = M (plyn X) / 29
Dnes přirozeně se vyskytující plyn slouží jako nejdůležitější zdroj energie. Všechny plynné hořlavé sloučeniny z útrob země jsou bez zápachu a obsahují mnoho nečistot, které ovlivňují hustotu zemního plynu.
Takové plyny postrádají fyzikální ukazatele známé lidem - chuť, barvu, vůni - podle kterých jsme schopni určit jejich přítomnost. A přesto se vyznačují charakteristickými ukazateli, jako jsou: hustota, teplota spalování, spalné teplo, složení, maximální koncentrace pro výbuch, tlak při výbuchu.
Mezi mnoha významnými fyzikálními ukazateli můžeme říci o hustotě zemního plynu. Jedná se o hodnotu, která se vypočítá jako poměr hmotnosti k jeho objemu a je dána vzorcem r = t/V Hustota zemního plynu se za normálních podmínek pohybuje od 0,73 do 0,85 kg/m3.
Vlastnosti plynu
Vytěžený z ložisek se skládá z metanu v rozsahu 82–98 % z celkové hmoty, často s příměsí dalších uhlovodíků. Dále obsahuje nehořlavé látky: kyslík, oxid uhličitý, dusík a Bezprostředně po čerpání z podloží je plyn zbaven jedovatého sirovodíku, čímž se jeho obsah dostává na přípustných 0,02 g/m3. Největší hustotu zemního plynu vytváří obsah nehořlavých směsí N 2, CO 2, H 2 S nebo těžkých uhlovodíků. Nejnižší hodnoty jsou získány ze suchého metanového prostředí. Je dobře známo, že zvýšení indikátoru fyzikální veličiny má za následek zvýšení teploty tvorby hydrátu. I když nízká hmotnost je také schopna produkovat hydráty. Když je plyn v ložisku vysoký, zkapalňuje se a takové ložisko se nazývá plynový kondenzát.
Zemní plyn, jehož hustota závisí zcela na jeho složení, je ve srovnání s jinými druhy paliv (pevné, kapalné) výhodný v několika ohledech:
- nízké náklady - v důsledku mnohem jednoduššího způsobu těžby a dopravy;
- Při spalování nevzniká popel a pevné částice;
- poměrně vysoká výhřevnost;
- není potřeba předběžná příprava modrého paliva pro spalování;
- práce personálu údržby je výrazně zjednodušena;
- výrazně se zlepšily sanitární a hygienické podmínky pro pracovníky;
- podmínky pro automatizaci technických procesů jsou zjednodušeny.
V každodenním životě existují případy, kdy hrozí, že tlak plynu v horních patrech domu bude větší než ve spodních patrech. To se vysvětluje skutečností, že indikátor je mnohem vyšší ve srovnání s hořlavým prostředím. Ve výšce se statický tlak výrazně snižuje a tlak plynu klesá méně.
Metody měření hustoty
Hustota zemního plynu se stanovuje laboratorně. Vzhledem k technické a ekonomické proveditelnosti jej lze vypočítat následujícími způsoby:
- ručně;
- používání tabulek, grafů, schémat;
- pomocí počítačů a automatizovaných zařízení.
Nejpřesnější metodou je umístění zkušebního vzorku do tenkostěnné skleněné nádoby a následné zvážení na přesné váze. Existují také speciální přístroje, které měří hustotu zemního plynu. Jedná se o hustoměry nejrůznějších typů – vibrační, pyknometrické, akustické, hydrometrické, radiační a další. Mezi nimi jsou velmi známé modely Solartron 7812 a Solartron 3098, které jsou schopny poskytovat nepřetržité měření v toku. Tyto modely se zpravidla používají v komerčních systémech měření plynu.
Hustota plynů
Plyny se na rozdíl od kapalin vyznačují nízkou hustotou. Normální hustota plynu je hmotnost jednoho litru při 0 °C a tlaku 1 kgf/cm2. Hmotnost jedné molekuly jakéhokoli plynu je úměrná jeho hustotě.
Hustota plynu c se mění úměrně tlaku a měří se poměrem hmotnosti plynu m k objemu V, který zaujímá:
Pro praktické účely je vhodné charakterizovat různé plyny jejich hustotou vzhledem ke vzduchu za stejných podmínek tlaku a teploty. Protože molekuly různých plynů mají různé hmotnosti, jsou jejich hustoty při stejném tlaku úměrné jejich molárním hmotnostem.
Hustota plynů a poměr jejich hustoty k hustotě vzduchu:
Základní plynové zákony
Charakteristickým znakem plynů je, že nemají svůj vlastní objem a tvar, ale tvarují se a zabírají objem nádoby, ve které jsou umístěny. Plyny rovnoměrně vyplňují objem nádoby a snaží se expandovat a zabírat co největší objem. Všechny plyny jsou vysoce stlačitelné. Molekuly skutečných plynů mají objem a mají síly vzájemné přitažlivosti, i když tato množství jsou velmi nevýznamná. Při výpočtech pro skutečné plyny se obvykle používají plynové zákony pro ideální plyny. Ideálními plyny jsou konvenční plyny, jejichž molekuly nemají žádný objem a kvůli absenci přitažlivých sil spolu neinteragují a při srážkách mezi nimi nepůsobí žádné jiné síly, kromě sil pružného nárazu. Tyto plyny přísně dodržují zákony Boyle - Mariotte, Gay-Lussac atd.
Čím vyšší je teplota a nižší tlak, tím více se chování skutečných plynů shoduje s ideálními plyny. Při nízkých tlacích lze všechny plyny považovat za ideální. Při tlacích kolem 100 kg/cm2 nepřesahují odchylky skutečných plynů od zákonů ideálních plynů 5 %. Protože odchylky skutečných plynů od zákonů odvozených pro ideální plyny jsou obvykle zanedbatelné, lze zákony pro ideální plyny volně používat k řešení mnoha praktických problémů.
Boyleův zákon - Mariotte
Měření objemu plynu pod vlivem vnějšího tlaku ukázala, že mezi objemem V a tlakem P existuje jednoduchý vztah, vyjádřený Boyle-Mariotteovým zákonem: tlak dané hmotnosti (nebo množství) plynu při konstantní teplotě je inverzní. úměrné objemu plynu:
P1: P2 = V1: V2,
kde P1 je tlak plynu v objemu VI; P2 - tlak plynu při objemu V2.
Z toho vyplývá, že:
P1 * V1 = P2* V2 nebo P * V= konst (v t = konst).
Tento postulát je formulován následovně: součin tlaku dané hmotnosti plynu a jeho objemu je konstantní, pokud se teplota nemění (tj. při izotermickém procesu).
Vezmeme-li například 8 litrů plynu pod tlakem P = 0,5 kgf/cm2 a změníme tlak při konstantní konstantní teplotě, pak získáme následující údaje: při 1 kgf/cm2 bude plyn zabírat objem 4 litrů, při 2 kgf/cm2 - 2 litry, při 4 kgf/cm2 - 1l; při 8 kgf/cm2 - 0,5 l.
Při konstantní teplotě tedy každé zvýšení tlaku vede ke snížení objemu plynu a snížení objemu plynu ke zvýšení tlaku.
Vztah mezi objemem plynu a tlakem při konstantní teplotě je široce používán pro různé výpočty v potápěčské praxi.
Gay-Lussacův a Charlesův zákon
Gay-Lussacův zákon vyjadřuje závislost objemu a tlaku plynu na teplotě: při konstantním tlaku je objem dané hmotnosti plynu přímo úměrný jeho absolutní teplotě:
kde T1 a T2 jsou teplota v Kelvinech (K), která se rovná teplotě ve °C + 273,15; těch. 0°C? 273 K; 100 °C - -373 K a 0°C = -273,15°C.
V důsledku toho každé zvýšení teploty vede ke zvětšení objemu, nebo, jinými slovy, změna objemu dané hmotnosti plynu V je přímo úměrná změně teploty t plynu při konstantním tlaku (tj. izobarický proces). Tato pozice je vyjádřena vzorcem:
kde V1 je objem plynu při dané teplotě; V0 je počáteční objem plynu při 0 °C; b - koeficient objemové roztažnosti plynu.
Když se různé plyny zahřejí o stejný počet stupňů, relativní nárůst objemu je stejný pro všechny plyny. Koeficient b je konstantní objemový přírůstek pro všechny plyny, rovný 1/273 nebo 0,00367 oC-1. Tento koeficient objemové roztažnosti plynů ukazuje, o jakou část objemu obsazeného při 0°C se objem plynu zvětší, je-li zahřátý o 1°C při konstantním tlaku.
Vztah mezi tlakem a teplotou podléhá stejnému vzoru, totiž: změna tlaku dané hmotnosti plynu je přímo úměrná teplotě při konstantním objemu (tj. s izochorickým procesem: z řeckých slov „isos“ - rovná a "horema" - kapacita), která je vyjádřena vzorcem:
Pt = P0 (1 + bt),
kde Рt je tlak plynu při dané teplotě; Р0 -- počáteční tlak plynu při 0° C; b - koeficient objemové roztažnosti plynu.
Tuto závislost založil J. Charles 25 let před vydáním J. L. Gay-Lussaca a je často nazývána Charlesovým zákonem. Závislost objemu na teplotě při konstantním tlaku také poprvé stanovil Charles.
S klesající teplotou plynu klesá jeho tlak a při teplotě -273,15 °C je tlak jakéhokoli plynu nulový. Tato teplota se nazývá teplota absolutní nuly. V tomto případě se chaotický tepelný pohyb molekul zastaví a množství tepelné energie se rovná nule. Dané závislosti, vyjadřující zákony Charlese a Gay-Lussaca, umožňují řešit důležité praktické problémy při přípravě a plánování ponorů pod vodou, jako je např. stanovení tlaku vzduchu ve válcích při změně teploty, odpovídající změna zásob vzduchu a času stráveného v dané hloubce atd. .
Stavová rovnice ideálního plynu
Je-li vztah mezi objemem, tlakem a teplotou spojen a vyjádřen v jedné rovnici, pak je získána stavová rovnice ideálního plynu, která kombinuje Boyle-Mariotte a Gay-Lussacův zákon. Tuto rovnici poprvé odvodil B.P. Clayperon transformací rovnic navržených jeho předchůdci. Clayperonova rovnice říká, že součin tlaku plynu o dané hmotnosti a jeho objemu dělený absolutní teplotou je konstantní hodnota nezávislá na stavu, ve kterém se plyn nachází. Jeden způsob, jak napsat tuto rovnici, je:
V tomto případě bude plynová konstanta r záviset na povaze plynu. Je-li hmotnost plynu mol (molekula gramu), pak je plynová konstanta R univerzální a nezávisí na povaze plynu. Pro hmotnost plynu rovnou 1 molu má rovnice následující tvar:
Přesná hodnota R je 8,314510 J mol -1 K-1
Pokud vezmeme ne 1 mol, ale jakékoli množství plynu o hmotnosti m, pak stav ideálního plynu lze vyjádřit Mendělejevovou-Claiperonovou rovnicí vhodnou pro výpočty ve formě, ve které jej poprvé zapsal D.I. Mendělejev v roce 1874:
kde m je hmotnost plynu, g; M je molární hmotnost.
Stavovou rovnici ideálního plynu lze použít pro výpočty v potápěčské praxi.
Příklad. Určete objem, který zabírá 2,3 kg vodíku při teplotě + 10 °C a tlaku 125 kgf/cm2
kde 2300 je hmotnost plynu, g; 0,082 - plynová konstanta; 283 - teplota T (273+10); 2 je molární hmotnost vodíku M. Z rovnice vyplývá, že tlak, kterým plyn působí na stěny nádoby, je roven:
Tento tlak zmizí buď při m > 0 (kdy plyn téměř zmizí) nebo při V>? (když plyn neomezeně expanduje), nebo při T > 0 (když se molekuly plynu nepohybují).
Van der Waalsova rovnice
Dokonce i M. V. Lomonosov poukázal na to, že Boyle-Mariotteův zákon nemůže platit při velmi vysokých tlacích, kdy jsou vzdálenosti mezi molekulami srovnatelné s jejich vlastními velikostmi. Následně se plně potvrdilo, že odchylky od chování ideálních plynů budou výrazné při velmi vysokých tlacích a velmi nízkých teplotách. V tomto případě rovnice ideálního plynu poskytne nesprávné výsledky bez zohlednění interakčních sil mezi molekulami plynu a objemem, který zabírají. Proto v roce 1873 navrhl Jan Diederik van der Waals provést dvě opravy této rovnice: pro tlak a pro objem.
Avogadrův zákon
Avogadro předložil hypotézu, podle níž za stejných podmínek teploty a tlaku všechny ideální plyny, bez ohledu na jejich chemickou povahu, obsahují stejný počet molekul na jednotku objemu. Z toho vyplývá, že hmotnost stejných objemů plynu je úměrná jejich molekulové hmotnosti.
Na základě Avogadrova zákona, při znalosti objemů zkoumaných plynů, můžete určit jejich hmotnost a naopak podle hmotnosti plynu můžete určit jeho objem.
Zákony dynamiky plynů
Daltonův zákon. Tlak směsi plynů se rovná součtu parciálních (parciálních) tlaků jednotlivých plynů tvořících směs, tedy tlaků, které by vytvořil každý plyn samostatně, kdyby byl odebírán při stejné teplotě v objemu směs.
Parciální tlak plynu Pr je úměrný procentuálnímu podílu C daného plynu a absolutnímu tlaku Pac plynné směsi a je určen vzorcem:
Pr = Pa6с С/100,
kde Pr je parciální tlak plynu ve směsi, kg/cm2; C je objemový obsah plynu ve směsi, %.
Tento zákon lze ilustrovat porovnáním směsi plynů v uzavřeném objemu se sadou různých závaží umístěných na váze. Je zřejmé, že každé ze závaží bude vyvíjet tlak na váhu bez ohledu na přítomnost dalších závaží na váze.
Jednou z nejdůležitějších fyzikálních vlastností plynných látek je jejich hustota.
DEFINICE
Hustota je skalární fyzikální veličina, která je definována jako poměr hmotnosti tělesa k objemu, který zaujímá.
Tato veličina se obvykle označuje řeckým písmenem r nebo latinskými písmeny D a d. Za jednotku měření hustoty v soustavě SI se považuje kg/m 3 a v GHS - g/cm 3 . Hustota plynu je referenční hodnota, obvykle se měří při tlaku vzduchu. u
Ve vztahu k plynům se často používá pojem „relativní hustota“. Tato hodnota je poměr hmotnosti daného plynu k hmotnosti jiného plynu odebraného ve stejném objemu, při stejné teplotě a stejném tlaku, který se nazývá relativní hustota prvního plynu k druhému.
Například za normálních podmínek je hmotnost oxidu uhličitého v objemu 1 litru 1,98 g a hmotnost vodíku ve stejném objemu a za stejných podmínek je 0,09 g, z čehož bude hustota oxidu uhličitého vodíkem být: 1,98 / 0,09 = 22.
Relativní hustota plynu
Označme relativní hustotu plynu m 1 / m 2 písmenem D. Potom
Proto je molární hmotnost plynu rovna jeho hustotě vzhledem k jinému plynu, vynásobené molární hmotností druhého plynu.
Často se hustoty různých plynů určují ve vztahu k vodíku, jako nejlehčímu ze všech plynů. Protože molární hmotnost vodíku je 2,0158 g/mol, má rovnice pro výpočet molárních hmotností v tomto případě tvar:
nebo, zaokrouhlíme-li molární hmotnost vodíku na 2:
Když například pomocí této rovnice vypočítáme molární hmotnost oxidu uhličitého, jehož hustota pro vodík, jak je uvedeno výše, je 22, zjistíme:
M(C02) = 2 x 22 = 44 g/mol.
Hustotu plynu v laboratorních podmínkách lze nezávisle určit následovně: musíte vzít skleněnou baňku s uzavíracím kohoutem a zvážit ji na analytických vahách. Počáteční hmotnost je hmotnost baňky, ze které byl odčerpán všechen vzduch, konečná hmotnost je hmotnost baňky naplněné testovaným plynem na specifický tlak. Získaný rozdíl hmotnosti by měl být vydělen objemem baňky. Vypočtená hodnota je hustota plynu za těchto podmínek.
p1/pNxV1/mxm/VN = Ti/TN;
protože m/V1 = r1 a m/VN = rN, zjistíme, že
rN = r1xpN/p1xTi/TN.
Níže uvedená tabulka ukazuje hustoty některých plynů.
Tabulka 1. Hustota plynů za normálních podmínek.
Příklady řešení problémů
PŘÍKLAD 1
| Cvičení | Relativní hustota plynu pro vodík je 27. Hmotnostní zlomek vodíkového prvku v něm je 18,5 % a boru 81,5 %. Určete vzorec plynu. |
| Řešení | Hmotnostní zlomek prvku X v molekule o složení NX se vypočítá pomocí následujícího vzorce: ω (X) = n × Ar (X) / M (HX) × 100 %. Označme počet atomů vodíku v molekule „x“ a počet atomů boru „y“. Pojďme najít odpovídající relativní atomové hmotnosti prvků vodíku a boru (hodnoty relativních atomových hmotností převzaté z Periodické tabulky D.I. Mendělejeva jsou zaokrouhleny na celá čísla). Ar(B) = 11; Ar(H) = 1. Procentuální obsah prvků rozdělíme na odpovídající relativní atomové hmotnosti. Najdeme tedy vztah mezi počtem atomů v molekule sloučeniny: x:y = co(H)/Ar(H): co(B)/Ar(B); x:y = 18,5/1: 81,5/11; x:y = 18,5 : 7,41 = 2,5 : 1 = 5 : 2. To znamená, že nejjednodušší vzorec pro sloučeninu vodíku a boru je H 5 B 2 . Molární hmotnost plynu lze určit pomocí jeho hustoty vodíku: M plyn = M(H2) x DH2 (plyn); M plyn = 2 x 27 = 54 g/mol. Abychom našli skutečný vzorec sloučeniny vodíku a boru, zjistíme poměr výsledných molárních hmotností: M plyn/M(H5B2) = 54/27 = 2. M(H5B2) = 5 x Ar(H) + 2 x Ar(B) = 5 x 1 + 2 x 11 = 5 + 22 = 27 g/mol. To znamená, že všechny indexy ve vzorci H 5 B 2 by měly být vynásobeny 2. Vzorec látky tedy bude vypadat jako H 10 B 4. |
| Odpovědět | Vzorec plynu - H 10 B 4 |
PŘÍKLAD 2
| Cvičení | Vypočítejte relativní hustotu oxidu uhličitého CO 2 ve vzduchu. |
| Řešení | Aby bylo možné vypočítat relativní hustotu jednoho plynu od druhého, musí se relativní molekulová hmotnost prvního plynu vydělit relativní molekulovou hmotností druhého plynu. Relativní molekulová hmotnost vzduchu se považuje za 29 (s přihlédnutím k obsahu dusíku, kyslíku a dalších plynů ve vzduchu). Je třeba poznamenat, že pojem „relativní molekulová hmotnost vzduchu“ se používá podmíněně, protože vzduch je směs plynů. D vzduch (C02) = Mr (C02) / Mr (vzduch); D vzduch (C02) = 44/29 = 1,52. Mr (C02) = Ar (C) + 2 x Ar (O) = 12 + 2 x 16 = 12 + 32 = 44. |
| Odpovědět | Relativní hustota oxidu uhličitého ve vzduchu je 1,52. |
Hustota plynů je hmotnost látky na jednotku objemu - g/cm3. Pro praktické účely se používá relativní hustota plynu vůči vzduchu, tzn. poměr hustoty plynu k hustotě vzduchu. Jinými slovy, toto je ukazatel toho, o kolik je plyn lehčí nebo těžší než vzduch:
kde ρ ve standardních podmínkách je rovno 1,293 kg/m 3 ;
Relativní hustota metanu je 0,554, etanu – 1,05, propanu – 1,55. To je důvod, proč se domácí plyn (propan) v případě úniku hromadí ve sklepech domů a vytváří tam výbušnou směs.
Výbuchy mohou vyvinout významné rázové vlny, které obvykle zničí místo, kde k nim dojde. Také v případě úniku plynu ve volném prostoru se může stát, že se plyn smísí se vzduchem v poměru v mezích hořlavosti. Pokud k tomu dojde, jiskra může způsobit lokální požár. Tomu se říká deflagrace. Na rozdíl od výbuchu je tlaková vlna malá a nemá téměř žádné destruktivní účinky, pokud se později neobjeví velký požár, pokud se poblíž najdou hořlavé látky.
K deflagraci obvykle dochází venku, na chodnících, ulicích atd. a může být způsobeno prasknutím potrubí rozvodné sítě. Vítr může mrak plynu přesunout někam dál nebo hluboko do sousedního domu, kde jakákoli jiskra může zapálit oheň.
Spalné teplo nebo výhřevnost - množství tepla, které se uvolní při úplném spálení 1 m 3 plynu. V průměru je to 35160 kJ/m3 (kilojoulů na 1 m3).
Rozpustnost plynu v ropě závisí na tlaku, teplotě a složení ropy a plynu. S rostoucím tlakem roste i rozpustnost plynu. S rostoucí teplotou klesá rozpustnost plynu. Plyny s nízkou molekulovou hmotností se v olejích rozpouštějí hůře než ty tučnější.
K deflagraci však nedochází vždy tam, kde dochází ke ztrátě plynu v potrubí. Může se také stát, že nahromaděný plyn se rychle rozptýlí do atmosféry a nevznítí se. Během průmyslové revoluce na konci osmnáctého století bylo uhlí hlavním primárním zdrojem energie. Nadále hráli hlavní roli na energetické scéně dalších 150 let. Teprve ve dvacátém století ropné produkty a zemní plyn postupně vytlačily uhlí z různých průmyslových odvětví. Dnes se oblast zemního plynu neustále rozšiřuje, navzdory hrozivým předpovědím jeho globálního vyčerpání.
S rostoucí hustotou oleje, tzn. Se zvyšujícím se obsahem vysokomolekulárních sloučenin v něm klesá rozpustnost plynu v něm.
Ukazatelem rozpustnosti plynu v ropě je plynový faktor - G, který udává množství plynu v 1 m 3 (neboli 1 tuně) odplyněného oleje. Měří se v m 3 /m 3 nebo m 3 /t.
Podle tohoto ukazatele se vklady dělí na:
Hlavním důvodem pro zavedení zemního plynu jako zdroje energie je jeho šetrnost k životnímu prostředí. V době, kdy je obecný trend globálního průmyslového rozvoje zaměřen na investice do ekologických výrobních technologií, se zemní plyn stává preferovaným zdrojem primární energie. Samozřejmě, když mluvíme o globálním trhu s plynem, nelze zapomenout na další trend, který je nejen krátkodobým, ale i dlouhodobým aspektem, kterým je neustálé zvyšování jeho ceny.
Široké využití zemního plynu je důvodem rozvoje celého odvětví, zahrnujícího nejen technologie pro výrobu, skladování a přepravu zemního plynu, ale také pro měření parametrů a množství energetického zdroje. Výzkum v Německu například naznačuje, že pokud by se přesnost měření zemního plynu zlepšila o pouhé 1 %, makroekonomické přínosy pro průmysl by byly v řádu milionů eur.
1) olej - G
2) olej s plynovým uzávěrem – G- 650 – 900 m 3 / m 3;
3) plynový kondenzát - G>900 m 3 /m 3.
Rozpustnost vody ve stlačeném plynu.
Voda se rozpouští ve stlačeném plynu při vysokém tlaku. Tento tlak umožňuje pohyb vody v hloubkách nejen v kapalné, ale i plynné fázi, což zajišťuje její větší pohyblivost a prostupnost horninami. S rostoucí mineralizací vody klesá její rozpustnost v plynu.
Tento článek si klade za cíl poskytnout vám systematický přehled hlavních metod používaných ke stanovení výhřevnosti a hustoty zemního plynu. Důvodem je skutečnost, že v posledních letech se zemní plyn stále více používá v průmyslových i domácích aplikacích.
Požadavky na výhřevnost paliva. Je známo, že zemní plyn spaluje způsobem šetrným k životnímu prostředí za vzniku oxidu uhličitého a vody. Pojem výhřevnost podle definice zahrnuje veškerou energii, která je vypuštěna během procesu spalování. Typicky se pro výpočet přirozené výhřevnosti používají automatické kalorimetry a procesní plynové chromatografy. Tento typ měřidla podléhá schválení typu Státním úřadem pro metrologii a technický dozor.
Rozpustnost kapalných uhlovodíků ve stlačených plynech.
Kapalné uhlovodíky se dobře rozpouštějí ve stlačených plynech a vytvářejí směsi plynu a kondenzátu. To vytváří možnost přenosu (migrace) kapalných uhlovodíků v plynné fázi, což umožňuje snadnější a rychlejší proces jejich pohybu horninovým masivem.
S rostoucím tlakem a teplotou roste rozpustnost kapalných uhlovodíků v plynu.
V zásadě je maximální dovolená chyba při stanovení výhřevnosti zemního plynu 8 %. Pro zajištění přesnosti měření je nutné zajistit speciálně definované podmínky pro proces měření. Jsou zde také požadavky na instalaci a periodické zkoušení kalibračních plynoměrů. Pro porovnání získaných výsledků se stanoví normální objem zemního plynu.
Následně jsou všechny parametry zemního plynu při výpočtu jejich objemu provedeny na základě tzv. normálního objemu, tzn. objem plynu při určitých hodnotách teploty a tlaku. Bez ohledu na jejich konstrukční rozdíly fungují všechny kalorimetry na stejném fyzikálním principu. Schematické schéma konstrukce kalorimetru je na Obr. Obecně lze říci, že ve spalovací komoře kalorimetru se spaluje přesně definované množství zemního plynu. Teplo uvolněné při spalování zemního plynu se předává přes výměník tepla určitému množství chladiva, nejčastěji vzduchu nebo plynu.
Stlačitelnost zásobních plynů- To je velmi důležitá vlastnost zemních plynů. Objem plynu za podmínek zásobníku je o 2 řády (tj. přibližně 100krát) menší než jeho objem za standardních podmínek na zemském povrchu. K tomu dochází, protože plyn má vysoký stupeň stlačitelnosti při vysokých tlacích a teplotách.
Stupeň stlačitelnosti je znázorněn pomocí objemového koeficientu zásobního plynu, který představuje poměr objemu plynu v zásobních podmínkách k objemu stejného množství plynu za atmosférických podmínek.
Výhřevnost paliva je dána změnou teploty chladicí kapaliny. Nebo přesněji, existuje přímá úměra mezi teplotou chladicí kapaliny a výhřevností paliva. Přestože se princip kalorimetrie od jejich vzniku nezměnil, funkčnost moderních přístrojů pro měření výhřevnosti paliva prošla výrazným vývojem. Moderní kalorimetrie je přesnější se zvýšeným zpracováním, ukládáním a analýzou naměřených hodnot a ještě většími komunikačními schopnostmi.
Tento typ měřiče se používá pro stanovení výhřevnosti směsí plynů na základě výhřevnosti jednotlivých složek směsi. Předpokladem pro studium výhřevnosti směsí plynů pomocí plynového chromatografu jsou samozřejmě předběžné informace o jejich složení. Plynový chromatograf je mezi metrology dobře známý nástroj pro analýzu plynů. V laboratorním výzkumu se používá již desítky let. Hlavní nevýhodou plynových chromatografů je jejich ruční ovládání, které omezuje rozsah jejich použití v závislosti na výhřevnosti zemního plynu.
Tvorba kondenzace úzce souvisí s jevy stlačitelnosti plynu a rozpustnosti kapalných uhlovodíků v nich. Za podmínek v nádrži se se zvyšujícím se tlakem kapalné složky přecházejí do plynného skupenství a vytvářejí „ropu rozpuštěnou v plynu“ nebo plynový kondenzát. Při poklesu tlaku jde proces opačným směrem, tzn. Dochází k částečné kondenzaci plynu (nebo páry) do kapalného stavu. Proto se při produkci plynu odvádí na povrch také kondenzát.
S rozvojem technologické chromatografie v průběhu let se přesné měření výhřevnosti zemního plynu na tomto principu stalo skutečností. Je známo, že hlavním konstrukčním prvkem plynového chromatografu je separační kolona naplněná zrnitým materiálem. Jednotlivé složky plynných směsí putují po různé časové úseky od základny k horní části separační kolony. Měřením doby, za kterou jednotlivé látky obsažené v plynné směsi dosáhnou senzoru instalovaného na výstupu separační kolony, se měří množství látek podílejících se na složení plynné směsi.
Kondenzační faktor– KF je množství surového kondenzátu v cm3 na 1m3 separovaného plynu.
Rozlišuje se mokrý a stabilní kondenzát. Surový kondenzát je kapalná fáze, ve které jsou rozpuštěny plynné složky.
Stabilní kondenzát se získává ze surového kondenzátu jeho odplyněním. Skládá se pouze z kapalných uhlovodíků - pentanu a vyšších.
Na základě vypočteného kalorického obsahu jednotlivých složek se vypočítá výhřevnost plynné směsi. Metody stanovení hustoty zemního plynu. Existuje mnoho způsobů, jak určit hustotu zemního plynu. Mezi nejpoužívanější principy pro stanovení hustoty zemního plynu patří působení vztlakové síly. Tyto měřicí přístroje analyzují zvedací sílu působící na těleso přesně definovaného objemu a hustoty v plynném prostředí. Je známo, že velikost vztlaku závisí na hustotě plynu.
Plynové kondenzáty jsou za standardních podmínek bezbarvé kapaliny o hustotě 0,625 - 0,825 g/cm 3 s počátečním bodem varu od 24 0 C do 92 0 C. Většina frakcí má bod varu do 250 0 C.
- ethan (C2H6),
- propan (C3H8),
- butan (C4H10).
jakož i jiné neuhlovodíkové látky:
Indukční cívka se běžně používá k určení zdvihu v průmyslových aplikacích. Množství elektrického proudu potřebné ke kompenzaci hnací síly působící na těleso v plynném prostředí je úměrné hustotě plynu. Měřicí přístroje založené na popsaném principu nejsou vhodné pro stanovení hustoty proudění plynu. Tato metoda poskytuje vysokou přesnost při určování hustoty stacionárního množství zemního plynu. Používá se především k měření normální hustoty.
Další princip pro stanovení hustoty zemního plynu je založen na buzení vibračního procesu. Tato metoda je široce používána pro stanovení hustoty proudění plynu. V měřicí komoře přístrojů je instalován speciální prvek, jehož činnost je založena na tomto principu. Vibruje na určité, dříve známé frekvenci. Když plyn prochází měřicí komorou, frekvence, při které prvek bliká, je narušena. Bylo zjištěno, že existuje nelineární vztah mezi hustotou proudění plynu a frekvenčním posunem vibračního prvku.
Čistý zemní plyn je bezbarvý a bez zápachu. Aby bylo možné odhalit únik čichem, přidává se do plynu malé množství látek, které mají silný nepříjemný zápach (shnilé zelí, shnilé seno) (tzv. odoranty). Nejčastěji se jako odorant používá ethylmerkaptan (16 g na 1000 metrů krychlových zemního plynu).
Existuje technika pro velmi přesné stanovení hustoty toku plynu odpovídající každému frekvenčnímu posunu. Pro výpočet normální hustoty plynu se používají dva vibrační senzory. První snímač je instalován v kontrolní měřicí komoře naplněné přesně definovaným množstvím zemního plynu. Druhá měřicí komora, ve které je umístěn další snímač vibrací, je naplněna vzorkovým plynem. Nezbytnou podmínkou správnosti naměřených výsledků je, aby teplota plynu v obou komorách byla stejná.
Hustota zemního plynu ve druhé komoře se odhaduje na základě rozdílu frekvencí, při kterých oba senzory vibrují. Důvodem pro široké použití takového zařízení pro měření hustoty zemního plynu je vysoká přesnost, se kterou lze měřit a dále zpracovávat kmitání vibračního snímače.
Pro usnadnění přepravy a skladování zemního plynu se zkapalňuje chlazením za zvýšeného tlaku.
Fyzikální vlastnosti
Přibližné fyzikální vlastnosti (v závislosti na složení; za normálních podmínek, pokud není uvedeno jinak):
Třetí princip, založený na využití odstředivého procesu, se také používá ke stanovení hustoty zemního plynu. Konstrukce tohoto typu měřicího zařízení obsahuje osově symetrickou měřicí komoru, ve které je instalován rotor s konstantní rychlostí otáčení. Plyn, který má být analyzován, se přivádí do mísiče v komoře. V důsledku odstředivé síly vytvářené na molekuly plynu při otáčení mixéru se zvyšuje tlak v komoře. Mezi hustotou plynu a zvýšením tlaku v dávkovací komoře existuje lineární vztah.
- Hustota:
- od 0,68 do 0,85 kg/m³ vzhledem ke vzduchu (suchý plyn);
- 400 kg/m³ (kapalina).
- Teplota samovznícení: 650 °C;
- Výbušné koncentrace směsí plynu a vzduchu od 5 % do 15 %
- Měrné spalné teplo: 28-46 MJ / m³ (6,7-11,0 Mcal / m³);
- Oktanové číslo při použití ve spalovacích motorech: 120-130.
- 1,8krát lehčí než vzduch, takže pokud dojde k úniku, neshromažďuje se v nížinách, ale stoupá vzhůru
Zemní plyn, těžený z hlubin země, nemá chuť, barvu ani vůni. K předání zápachu, aby se v případě úniku rozeznal ve vzduchu, se používá odorizace – vnesení silně zapáchající látky do plynu. Ethylmerkaptan se používá jako odorant v množství 16 g na 1000 m3 zemního plynu. To umožňuje detekovat zemní plyn v koncentraci 1 % ve vzduchu, což je 1/5 spodního limitu výbušnosti™.
Popsaná metoda je vhodná pro měření hustoty proudění plynu, ale neliší se od výše popsaných principů vysoké přesnosti. V českých zemích v Praze se po celý rok objevilo nové vozidlo, vůz s benzínovým motorem. Plyn v dopravě se v Česku začal používat do roka. Zejména využití zkapalněného plynu k pohonu automobilů, autobusů a traktorů. V těchto letech jezdily plynové autobusy také v Krnově, Olomouci a Mladé Boleslavi.
V Praze tehdy byla na čerpací stanici v Michli instalována kompresorová stanice pro plnění lahví stlačeným plynem. Za normálních atmosférických podmínek se propan-butan vyskytuje v plynné formě. Poměrně snadno jej lze ochlazením nebo stlačením převést do kapalného stavu. Pro praktické použití je velmi užitečný snadný přechod mezi dvěma stavy. Propan-butan je v současnosti nejpoužívanějším plynem v dopravě, který se jako palivo pro vozidla používá již desítky let.
Nejdůležitější tepelně technickou charakteristikou zemního plynu je spalné teplo - množství tepla uvolněného při spalování 1 m3 suchého plynu a v závislosti na stavu agregace ve zplodinách spalování: voda uvolněná z paliva a vytvořená při spalování. spalování vodíku a uhlovodíků - v páře nebo kapalině. Pokud veškerá vodní pára ve zplodinách hoření kondenzuje a tvoří kapalnou fázi, pak se spalné teplo nazývá nejvyšší Q v s. Pokud nedochází ke kondenzaci vodní páry, pak se spalné teplo nazývá nejnižší Q n c = 35,8.
Produkty spalování opouštějí kotelny obvykle při teplotě, při které nedochází ke kondenzaci vodní páry, proto se v tepelně technických výpočtech používá hodnota Q n c, která se pro zemní plyn blíží spalnému teplu metanu a činí 35,8 MJ/m 3 (8 550 kcal/ m 3).
Hustota zemního plynu (methanu) za normálních podmínek (0°C a 0,1 MPa, tj. 760 mm Hg) рг = 0,73 kg/m3. Hustota vzduchu za stejných podmínek je p = 1,293 kg/m3. Zemní plyn je tedy přibližně 1,8krát lehčí než vzduch. Proto, když plyn uniká, bude stoupat a hromadit se v blízkosti stropu, stropů a horní části topeniště.
Teplota samovznícení vznícení zemního plynu = 645... 700 °C. To znamená, že jakákoliv směs plynu a vzduchu se po zahřátí na tuto teplotu sama vznítí bez zdroje vznícení a shoří.
Koncentrační limity vznícení (výbuchu) zemního plynu (metanu) jsou v rozmezí 5...15 %. Mimo tyto hranice není směs plynu a vzduchu schopna šířit plamen. Při výbuchu stoupne tlak v uzavřeném objemu na 0,8... 1 MPa.
Mezi výhody zemního plynu ve srovnání s jinými druhy paliv (především tuhých) patří vysoká výhřevnost; relativně nízké náklady; nedostatek skladových prostor pro skladování; relativně vysoká šetrnost k životnímu prostředí, charakterizovaná absencí pevných inkluzí ve spalinách a menším množstvím škodlivých plynných emisí; snadnost automatizace procesu spalování; možnost zvýšení faktoru účinnosti kotlové jednotky; usnadnění práce personálu údržby.
