1-燃气性质

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VVγiimmgiinnyii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iiiiMMgyγ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n1iiiin1iiρg1ρyVmρ1.2931ρs0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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ZRTPvmRTPV对比态定律对比温度对比压力对比比容临界压缩系数Zc0.23-0.330.27crTTTcrPPPrrrcTPZZcrC0CCCTRPZ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ρνμiiμg100μiiγ100230t273TCTC273μμ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。Pypiin1i'iin1iipxpp2.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iii'ikxyPp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。dkkkyyddiww833.0833.0833.0833.0)(换算系数：：干湿燃气容积成分换算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1iiiixxky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ppkii/'iiikyx/1ix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i551idytcP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、压力有关温度-20-15-10-505101520C3H8399.8396.1387.7383.9379.7368.9364.3355.5345.4C4H10400.2397.3392.7388.5384.3380.237637.5366.8混合液体潜热计算混合液体气化潜热不同温度下液体的气化潜热iirgr0.381c2CT1T2TTTTrr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iiHyH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iiiiCgCyCkJ/Nm3.KkJ/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sHwhSHHwg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50~100℃。气体H2COCH4C2H2C2H6C3H8C3H6C4H10C4H8着火温度400605540335515450460365/400385六.爆炸极限爆炸极限上限、下限气体H2COCH4C2H2C2H6C3H8C3H6C4H10C4H8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燃气爆炸极限计算对于不含氧或惰性气体的燃气爆炸极限iiLy100L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%%B1BL100100B1B1LLiiiii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湿气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，CH4≈60%，CO2≈35%,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