1-燃气性质解析.ppt

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1、燃气气源n天然气n人工燃气n液化石油气n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n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。n混合气体n可燃组分可燃组分 低级烃（甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、丙烯、丁烯）、氢气、低级烃（甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、丙烯、丁烯）、氢气、一氧化碳一氧化碳n不可燃组分不可燃组分 二氧化碳、氧气和氮气二氧化碳、氧气和氮气n杂质杂质 焦油焦油,萘萘,水蒸气水蒸气,灰尘灰尘,氨氨,硫化氢硫化氢n标准状态n273.15K273.15K、101325Pa101325Pa，NmNm3 3n

2、1.1.体积分数体积分数 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n2.2.质量质量分数分数在相同温度、压力下，燃气中各单一组分的质量占燃气总质量的比值n3.3.摩尔分数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n摩尔分数与体积分数摩尔分数与体积分数n阿伏加德罗定律阿伏加德罗定律 同温度压力下任何理想气体的摩尔体积相等同温度压力下任何理想气体的摩尔体积相等n摩尔分数摩尔分数=体积分数体积分数n质量分数与体积分数质量分数与体积分数n燃气的摩尔分数与质量分数成正比，其比例常数为平均燃气的摩尔分数与质量分数成正比，其比例常数为平均分

3、子量与该组分分子量之商分子量与该组分分子量之商二.燃气平均相对分子质量n燃气平均分子质量n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n燃气密度燃气密度n单位单位体体积燃气具有的质量，积燃气具有的质量，Kg/mKg/m3 3 n相对密度相对密度n燃气平均密度与相同状态下的空气平均密度之比值燃气平均密度与相同状态下的空气平均密度之比值 1.2931,1.2931,标准状态下

4、的空气平均密度标准状态下的空气平均密度常见燃气的密度和相对密度燃气平均密度kg/m3相对密度天然气0.75-0.80.58-0.62焦炉煤气0.4-0.50.3-0.4液化石油气1.9-2.51.5-2.0四.临界参数 n临界温度n当温度不超过某一数值，对气体进行加压可以使气体液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。化。在该温度以上，无论施加多大压力都不能使之液化。n平均临界温度平均临界温度n临界压力n在临界温度下在临界温度下,使气体液化所需的压力使气体液化所需的压力n平均临界压力平均临界压力n临界比容几种单一气体的气-液平衡曲线五.

5、实际气体状态方程n理想气体状态方程理想气体状态方程n压力不太高，温度不太低压力不太高，温度不太低n实际气体状态方程实际气体状态方程n压缩因子压缩因子n温度、压力有关系温度、压力有关系n其偏离其偏离1 1的大小表示气体偏离理想气体状态方程的程度的大小表示气体偏离理想气体状态方程的程度n对比态定律对比态定律n对比温度对比温度n对比压力对比压力n对比比容对比比容n临界压缩系数临界压缩系数Zcn0.23-0.330.23-0.33n0.270.27Zc=0.27Zc=0.27气体的通用压缩系数六.粘度n粘度粘度动力粘度动力粘度运动粘度运动粘度n粘度的影响因素n压力压力 随压力的升高动力粘度增大随压力的

6、升高动力粘度增大；但影响较小，可忽略。但影响较小，可忽略。n温度温度 气体气体：温度越高，动力粘度增大。温度越高，动力粘度增大。液体液体：温度越高，动力粘度越小。温度越高，动力粘度越小。n分子量分子量 气体气体：分子量越大，动力粘度越小。分子量越大，动力粘度越小。液体液体：分子量越大，动力粘度越大分子量越大，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n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n饱和蒸气压与容器的大小及其中的液量多少无关，与物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质的种

7、类和温度有关n是温度的单值函数，随温度升高而升高是温度的单值函数，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n道尔顿分压定律n在一定温度下，当密闭容器中的混合液体及其蒸气处于在一定温度下，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，混合气体的蒸气相平衡时，气相符合道尔顿分压定律，混合气体的蒸气压压P P等于各组分蒸气分压等于各组分蒸气分压P Pi i之和。之和。n拉乌尔定律n如果液体为理想液体，则符合拉乌尔定律，即各组分蒸如果液体为理想液体，则符合拉乌尔定律，即各组分蒸气分压气分压P Pii等于此纯组分在该温度下等于此纯组分在该温度下t t的蒸气

8、压的蒸气压P Pi i乘以其在乘以其在混合液体中的分子成分混合液体中的分子成分x xi i。2.相平衡常数n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n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n1m1m3 3湿燃气湿燃气n指燃气的总体积为指燃气的总体积为1m1m3 3，其中包含水蒸气所占体积（实，其中包含水蒸气所占体积（实际的燃气成分小于际的燃气成分小

9、于1m1m3 3）。）。n1m1m3 3干燃气干燃气n指燃气成分的体积是指燃气成分的体积是1m1m3 3，而与其共存的还有若干水蒸，而与其共存的还有若干水蒸气，因此气，因此1m1m3 3干燃气的实际体积是大于干燃气的实际体积是大于1m1m3 3的。的。九.露点n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 n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n与组分、混合比和总压力有关n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n条件是：气相摩尔分数

10、yin确定给定压力p下的露点n计算步骤n先假定该压力下露点先假定该压力下露点n根据给定压力和假定温度，计算相平衡常数根据给定压力和假定温度，计算相平衡常数n计算出各组分的液相摩尔分数计算出各组分的液相摩尔分数n检验是否符合相平衡条件，不符合再假设检验是否符合相平衡条件，不符合再假设n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n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n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/kgn气化潜热与温度、压力有关温度-20-1

11、5-10-505101520C3H8399.8396.1387.7383.9379.7368.9364.3355.5345.4C4H10400.2397.3392.7388.5384.3380.237637.5366.8混合液体潜热计算n混合液体气化潜热n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n单位燃气完全燃烧所释放出来的热量n高热值n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。中水蒸气被凝结成同温度的水时，所放出的热量。n低热值n单位数

12、量的燃气完全燃烧后，其燃烧产物被冷却到原始温度，其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，所放出的热量中水蒸气仍为蒸汽状态时，所放出的热量 n差值的实质n水蒸气的气化潜热水蒸气的气化潜热 热值计算热值计算n 实验测定高、低热值n 已知燃气成分三.比热容n比热容n单位数量的物质温度升高或降低单位数量的物质温度升高或降低11所吸收或放出的热量所吸收或放出的热量n定容比热容Cvn容积不变容积不变n定压比热容Cpn压力不变压力不变nCCp p=C=Cv v+8.31/M=C+8.31/M=Cv v+R=C+R=Cv v+R+R0 0/M/Mn真实比比热n某温度下

13、的比热某温度下的比热n平均比比热n温度范围的比热温度范围的比热kJ/Nm3.KkJ/kg.K四.华白数和燃烧势n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n一般华白数，广义华白数n燃烧势n燃气互换性与燃具适配性五.着火温度n燃气开始着火时的温度n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n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。气体H2COCH4C2H2C2H6C3H8C3H6C4H10C4H8着火温度400605540335515450460365/400385六.爆炸极限n爆炸极限n上限、下限上限、下限气体H2

14、COCH4C2H2C2H6C3H8C3H6C4H10C4H8爆炸极限4.0/75.912.5/72.25.0/15.02.5/80.02.9/13.02.1/9.52.0/11.71.5/8.51.6/10.0燃气爆炸极限计算燃气爆炸极限计算 对于不含氧或惰性气体的燃气爆炸极限n对于含惰性气体的燃气爆炸极限n 对含有氧气的可燃混合气体的爆炸极限n可视为混入空气n先扣除氧含量及按空气组成的氮含量n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 燃气分类燃气分类燃气分类1）按来源或生产方式 n天然气天然气n人工燃气人工燃气n液化石油气液化石油气n生物气生物气2）按热值n高热值

15、燃气高热值燃气 (HCV GAS)(HCV GAS)：液化石油气液化石油气(High caloric value)(High caloric value)n中等热值燃气中等热值燃气(MCV GAS)MCV GAS)：天然气天然气n低热值燃气低热值燃气 (LCV GAS)(LCV GAS)：人工燃气人工燃气城镇燃气分类及基本特性城镇燃气分类及基本特性 一.天然气n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。n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。n天然气主

16、要存在于油田和气田中，也有储集在煤层和页岩中。n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。天然气分类天然气分类n常规天然气n按矿藏特点分类按矿藏特点分类n按烃类组分分类按烃类组分分类n按储运方式分类按储运方式分类n非常规天然气n天然水化物天然水化物n煤层气、矿井气煤层气、矿井气n页岩气页岩气n致密砂岩气致密砂岩气1.1.根据矿藏特点分类根据矿藏特点分类 n气田气气田气 纯度较高，甲烷含量80-98%，乙烷、丁烷含量不大，低热值36MJ/Nm3n石油伴生气石油伴生气 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/Nm3n凝析

17、气田气凝析气田气 深层天然气，戊烷及其以上含量较高，含有汽油和煤油成分2.2.根据烃类组分分类根据烃类组分分类 n干气干气 C5及其以上烃类13.5cm3/Sm3.NGn富气富气 C3及其以上烃类94cm3/Sm3.NGn贫气贫气 C3及其以上烃类94cm3/Sm3.NGn酸性气体酸性气体 含大量H2S、CO2，需净化后才能使用n洁气洁气 含少量H2S、CO2，不需净化可直接使用基方基方：1atm 20(standard cubic meter,简写：Sm3）标方标方：1atm 0(normal cubic meter,简写：m3）3.3.根据根据储运方式分类储运方式分类n管输天然气管输天然气

18、n液化天然气液化天然气（Liquified Natural Gas，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。n压缩天然气压缩天然气（Compressed Natural Gas,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n煤层气煤层气 主要成分是甲烷，含少量二氧化碳等气体，低热值40MJ/Nm3n矿井气矿井气 矿井瓦斯，是成煤过程中的伴生气与空气混合而

19、成的可燃气体，低热 值12-20MJ/Nm3 n页岩气页岩气 以游离、吸附、溶解等形式存在于页岩中的可燃气体n致密砂岩气致密砂岩气 以游离、吸附、溶解等形式存在致密砂岩中的可燃气体n天然气水合物天然气水合物 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n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n炼厂石油气、天然石油气n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。n干馏煤气干馏煤气 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。

20、n气化煤气气化煤气 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。n油制气油制气 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n沼气沼气 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%，CO2 35%,少量的H2和CO，热值约为2.2MJ/Nm3。n生物质干馏气和气化气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n气源种类n经济性n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

21、求三.人工燃气质量要求1 1计算题计算题1.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。2.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。3.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

22、、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%。4.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。5.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。6.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。7.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%，

23、甲烷2.0%，一氧化碳30.4%，氮气56.4%。作业（一）作业（一）2 2填空题填空题1.天然气的爆炸极限范围为 。2.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。3.液态烃的容积膨胀系数很大，大约为水的 倍。3 3判断题判断题1.液化石油气的主要成分是丙烷、丙烯、丁烷和丁烯。（）2.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。（）3.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。（）4.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60062

24、5倍。（）四四.选择题选择题1.我国城市燃气中的“标准立方米”是指（）。A.101.325kPa，0状态下的体积 B.101.325kPa，10状态下的体积 C.101.325kPa，20状态下的体积2.已知某种组分的天然气平均密度为0.754kg/m3（注：空气的平均密度为1.2931kg/m3），则它的相对密度（）。A.1 B.1 C.=13.下列燃气的相对密度比较正确的是（）。A.天然气液化石油气 B.天然气液化石油气 C.天然气液化石油气4.有a和b两瓶液化石油气，其液相组分及液相温度均相同。其中，a瓶所装液量b瓶所装液量。试比较两瓶液化石油气的气相压力，正确的是（）。A.a b B.a b C.a=b