EntréePouvoir calorifique du gaz naturel kJ kg. combustible gazeux
Le gaz combustible est divisé en naturel et artificiel et est un mélange de gaz combustibles et non combustibles contenant une certaine quantité de vapeur d'eau, et parfois de la poussière et du goudron. La quantité de gaz combustible est exprimée en mètres cubes à conditions normales(760 mm Hg et 0°C), et la composition est en pourcentage en volume. Sous la composition du carburant comprendre la composition de sa partie gazeuse sèche.
carburant au gaz naturel
Le gaz combustible le plus courant est le gaz naturel, qui a un pouvoir calorifique élevé. La base du gaz naturel est le méthane, dont la teneur est de 76,7 à 98%. D'autres composés d'hydrocarbures gazeux font partie du gaz naturel de 0,1 à 4,5 %.
Le gaz liquéfié est un produit du raffinage du pétrole - il se compose principalement d'un mélange de propane et de butane.
Gaz naturel (GNC, GN) : méthane CH4 supérieur à 90 %, éthane C2 H5 inférieur à 4 %, propane C3 H8 inférieur à 1 %
Gaz liquéfié (GPL) : propane C3 H8 supérieur à 65 %, butane C4 H10 inférieur à 35 %
Les gaz combustibles comprennent : l'hydrogène H 2, le méthane CH 4, d'autres composés d'hydrocarbures C m H n, le sulfure d'hydrogène H 2 S et les gaz non combustibles, le dioxyde de carbone CO2, l'oxygène O 2, l'azote N 2 et non un montant significatif vapeur d'eau H 2 O. Indices m et P en C et H caractérisent les composés de divers hydrocarbures, par exemple pour le méthane CH 4 t = 1 et n= 4, pour l'éthane С 2 Н b t = 2 et n= b etc...
Composition du combustible gazeux sec (en pourcentage volumique) :
CO + H 2 + 2 C m H n + H2S + CO2 + O2 + N2 = 100 %.
La partie non combustible du combustible gazeux sec - ballast - est l'azote N et le dioxyde de carbone CO 2 .
La composition du combustible gazeux humide s'exprime comme suit :
CO + H 2 + Σ C m H n + H 2 S + CO 2 + O 2 + N 2 + H 2 O \u003d 100%.
La chaleur de combustion, kJ / m (kcal / m 3), 1 m 3 de gaz sec pur dans des conditions normales est déterminée comme suit:
Q n s \u003d 0,01,
où Qco, Q n 2 , Q avec m n n Q n 2 s. - chaleur de combustion des gaz individuels qui composent le mélange, kJ / m 3 (kcal / m 3); CO, H2, Cm H n , H 2 S - composants qui composent le mélange gazeux, % en volume.
La chaleur de combustion de 1 m3 de gaz naturel sec dans des conditions normales pour la plupart des champs domestiques est de 33,29 - 35,87 MJ / m3 (7946 - 8560 kcal / m3). Les caractéristiques du combustible gazeux sont données dans le tableau 1.
Exemple. Déterminez le pouvoir calorifique inférieur du gaz naturel (dans des conditions normales) de la composition suivante :
H2S = 1%; CH4 = 76,7 % ; C2H6 = 4,5 % ; C3H8 = 1,7 % ; C4H10 = 0,8 % ; C 5 H 12 = 0,6 %.
En substituant dans la formule (26) les caractéristiques des gaz du tableau 1, on obtient :
Q ns \u003d 0,01 \u003d 33981 kJ / m 3 ou
Q ns \u003d 0,01 (5585,1 + 8555 76,7 + 15 226 4,5 + 21 795 1,7 + 28 338 0,8 + 34 890 0,6) \u003d 8109 kcal / m 3.
Tableau 1. Caractéristiques du combustible gazeux
|
Gaz |
La désignation |
Chaleur de combustion Q n s |
|
|
KJ/m3 |
kcal/m3 |
||
| Hydrogène | H, | 10820 | 2579 |
| monoxyde de carbone | ALORS | 12640 | 3018 |
| sulfure d'hydrogène | H2S | 23450 | 5585 |
| Méthane | CH 4 | 35850 | 8555 |
| Éthane | C 2 H 6 | 63 850 | 15226 |
| Propane | C 3 H 8 | 91300 | 21795 |
| Butane | C 4 H 10 | 118700 | 22338 |
| Pentane | C 5 H 12 | 146200 | 34890 |
| Éthylène | C2H4 | 59200 | 14107 |
| Propylène | C 3 H 6 | 85980 | 20541 |
| Butylène | C 4 H 8 | 113 400 | 27111 |
| Benzène | C 6 H 6 | 140400 | 33528 |
Les chaudières de type DE consomment de 71 à 75 m3 de gaz naturel pour produire une tonne de vapeur. Le coût du gaz en Russie en septembre 2008 est de 2,44 roubles par mètre cube. Par conséquent, une tonne de vapeur coûtera 71 × 2,44 = 173 roubles 24 kopecks. Le coût réel d'une tonne de vapeur dans les usines est pour les chaudières DE d'au moins 189 roubles par tonne de vapeur.
Les chaudières de type DKVR consomment de 103 à 118 m3 de gaz naturel pour produire une tonne de vapeur. Le coût minimum estimé d'une tonne de vapeur pour ces chaudières est de 103 × 2,44 = 251 roubles 32 kopecks. Le coût réel de la vapeur pour les usines est d'au moins 290 roubles par tonne.
Comment calculer la consommation maximale de gaz naturel pour une chaudière à vapeur DE-25 ? C'est spécifications techniques Chaudière. 1840 cubes par heure. Mais vous pouvez aussi calculer. 25 tonnes (25 000 kg) doivent être multipliées par la différence entre les enthalpies de la vapeur et de l'eau (666,9-105) et tout cela divisé par le rendement de la chaudière de 92,8% et la chaleur de combustion du gaz. 8300. et tout
Carburant gaz artificiel
Les gaz combustibles artificiels sont des combustibles locaux, car ils ont un pouvoir calorifique beaucoup plus faible. Leurs principaux éléments combustibles sont le monoxyde de carbone CO et l'hydrogène H2. Ces gaz sont utilisés dans les limites de la production où ils sont obtenus comme combustible pour les centrales technologiques et électriques.
Tous les gaz combustibles naturels et artificiels sont explosifs, capables de s'enflammer sur une flamme nue ou une étincelle. Il existe des limites inférieures et supérieures d'explosivité des gaz, c'est-à-dire les concentrations en pourcentage les plus élevées et les plus faibles dans l'air. Limite inférieure d'explosivité gaz naturels varie de 3% à 6%, et le sommet - de 12% à 16%. Tous les gaz combustibles peuvent provoquer une intoxication du corps humain. Les principales substances toxiques des gaz combustibles sont : le monoxyde de carbone CO, le sulfure d'hydrogène H2S, l'ammoniac NH3.
Les gaz combustibles naturels, ainsi que les gaz artificiels, sont incolores (invisibles), inodores, ce qui les rend dangereux lorsqu'ils pénètrent à l'intérieur de la chaufferie par des fuites dans les raccords des conduites de gaz. Pour éviter l'empoisonnement, les gaz combustibles doivent être traités avec un odorant - une substance à l'odeur désagréable.
Obtention de monoxyde de carbone CO dans l'industrie par gazéification de combustible solide
À des fins industrielles, le monoxyde de carbone est obtenu par gazéification de combustible solide, c'est-à-dire sa transformation en combustible gazeux. Ainsi, vous pouvez obtenir du monoxyde de carbone à partir de n'importe quel combustible solide - charbon fossile, tourbe, bois de chauffage, etc.
Processus de gazéification combustible solide montré dans une expérience de laboratoire (Fig. 1). Après avoir rempli le tube réfractaire de morceaux de charbon de bois, on le chauffe fortement et on laisse passer l'oxygène à travers le gazomètre. Laissez les gaz sortant du tube passer à travers un laveur d'eau de chaux, puis mettez-y le feu. L'eau de chaux devient trouble, le gaz brûle avec une flamme bleutée. Ceci indique la présence de dioxyde de CO2 et de monoxyde de carbone CO dans les produits de réaction.
La formation de ces substances s'explique par le fait que lorsque l'oxygène entre en contact avec du charbon chaud, ce dernier est d'abord oxydé en dioxyde de carbone : C + O 2 \u003d CO 2
Ensuite, en passant par le charbon chaud, le dioxyde de carbone est partiellement réduit par celui-ci en monoxyde de carbone : CO2 + C \u003d 2CO
Riz. 1. Obtention de monoxyde de carbone (expérience en laboratoire).
Dans des conditions industrielles, la gazéification des combustibles solides est réalisée dans des fours appelés générateurs de gaz.
Le mélange de gaz résultant est appelé gaz producteur.
Le dispositif générateur de gaz est représenté sur la figure. C'est un cylindre en acier d'une hauteur d'environ 5 m et un diamètre d'environ 3,5 moi, doublé à l'intérieur de briques réfractaires. D'en haut, le générateur de gaz est chargé de carburant; Par le bas, de l'air ou de la vapeur d'eau est fournie par un ventilateur à travers la grille.
L'oxygène de l'air réagit avec le carbone du carburant, formant du dioxyde de carbone qui, s'élevant à travers une couche de carburant chaud, est réduit par le carbone en monoxyde de carbone.
Si seul de l'air est insufflé dans le générateur, on obtient un gaz qui, dans sa composition, contient du monoxyde de carbone et de l'azote de l'air (ainsi qu'une certaine quantité de CO 2 et d'autres impuretés). Ce gaz générateur est appelé gaz de l'air.
Si, toutefois, de la vapeur d'eau est insufflée dans le générateur avec du charbon chaud, du monoxyde de carbone et de l'hydrogène se forment à la suite de la réaction : C + H 2 O \u003d CO + H 2
Ce mélange de gaz est appelé gaz à l'eau. Le gaz à l'eau a une valeur calorifique plus élevée que le gaz à air, car, avec le monoxyde de carbone, il contient également un deuxième gaz combustible - l'hydrogène. Gaz à l'eau (gaz de synthèse), l'un des produits de la gazéification des carburants. Le gaz à l'eau se compose principalement de CO (40 %) et de H2 (50 %). Le gaz à l'eau est un carburant (pouvoir calorifique 10 500 kJ/m3, soit 2 730 kcal/mg) et en même temps une matière première pour la synthèse du méthanol. Le gaz à l'eau, cependant, ne peut pas être obtenu Longtemps, puisque la réaction de sa formation est endothermique (avec absorption de chaleur), et donc le carburant dans le générateur se refroidit. Afin de maintenir le charbon chaud, l'injection de vapeur d'eau dans le générateur est alternée avec l'injection d'air dont l'oxygène, comme on le sait, réagit avec le combustible pour dégager de la chaleur.
À Ces derniers temps le souffle vapeur-oxygène a commencé à être largement utilisé pour la gazéification du carburant. Le soufflage simultané de vapeur d'eau et d'oxygène à travers la couche combustible permet de réaliser le procédé en continu, d'augmenter significativement la productivité du générateur et d'obtenir un gaz à haute teneur en hydrogène et en monoxyde de carbone.
Les générateurs de gaz modernes sont de puissants appareils à action continue.
Pour que lorsque le carburant est fourni au générateur de gaz, les gaz combustibles et toxiques ne pénètrent pas dans l'atmosphère, le tambour de chargement est doublé. Pendant que le carburant entre dans un compartiment du tambour, le carburant est déversé de l'autre compartiment dans le générateur ; lorsque le tambour tourne, ces processus se répètent, tandis que le générateur reste isolé de l'atmosphère tout le temps. La distribution uniforme du carburant dans le générateur est réalisée à l'aide d'un cône, qui peut être installé à différentes hauteurs. Lorsqu'il est abaissé, le charbon se trouve plus près du centre du générateur ; lorsque le cône est relevé, le charbon est projeté plus près des parois du générateur.
L'évacuation des cendres du générateur de gaz est mécanisée. La grille en forme de cône est lentement entraînée en rotation par un moteur électrique. Dans ce cas, la cendre est déplacée vers les parois du générateur et est jetée dans le cendrier avec des dispositifs spéciaux, d'où elle est périodiquement retirée.
Les premières lampes à gaz ont été allumées à Saint-Pétersbourg sur l'île Aptekarsky en 1819. Le gaz utilisé a été obtenu par gazéification houille. Cela s'appelait le gaz léger.
Le grand scientifique russe D. I. Mendeleev (1834-1907) a été le premier à exprimer l'idée que la gazéification du charbon peut être réalisée directement sous terre, sans le soulever. Le gouvernement tsariste n'a pas apprécié la proposition de Mendeleïev.
L'idée de la gazéification souterraine a été chaleureusement soutenue par V. I. Lénine. Il l'a appelé "l'un des grands triomphes de la technologie". La gazéification souterraine a été réalisée pour la première fois État soviétique. Déjà avant la Grande Guerre patriotique, des générateurs souterrains fonctionnaient dans les bassins houillers de la région de Donetsk et de Moscou en Union soviétique.
La figure 3 donne une idée de l'une des méthodes de gazéification souterraine.Deux puits sont posés dans le filon de charbon, qui sont reliés au fond par un canal. Le charbon est incendié dans un tel canal près de l'un des puits et le souffle y est fourni. Les produits de combustion, se déplaçant le long du canal, interagissent avec le charbon chaud, entraînant la formation de gaz combustible, comme dans un générateur conventionnel. Le gaz remonte à la surface par le second puits.
Le gaz de générateur est largement utilisé pour chauffer les fours industriels - métallurgiques, à coke et comme carburant dans les voitures (Fig. 4).
Riz. 3. Schéma de gazéification souterraine du charbon.
Un certain nombre de produits organiques, tels que les combustibles liquides, sont synthétisés à partir d'hydrogène et de monoxyde de carbone de gaz à l'eau. Carburant liquide synthétique - carburant (principalement de l'essence), obtenu par synthèse à partir de monoxyde de carbone et d'hydrogène à 150-170 degrés Celsius et à une pression de 0,7 - 20 MN / m2 (200 kgf / cm2), en présence d'un catalyseur (nickel, fer, cobalt). La première production de carburants liquides synthétiques a été organisée en Allemagne pendant la 2ème guerre mondiale en raison de la pénurie de pétrole. Les combustibles liquides synthétiques n'ont pas été largement distribués en raison de leur coût élevé. Le gaz à l'eau est utilisé pour produire de l'hydrogène. Pour ce faire, de l'eau gazeuse en mélange avec de la vapeur d'eau est chauffée en présence d'un catalyseur et de ce fait, de l'hydrogène est obtenu en plus de celui déjà présent dans l'eau gazeuse : CO + H 2 O \u003d CO 2 + H 2
Les substances d'origine organique comprennent le carburant qui, lorsqu'il est brûlé, libère une certaine quantité d'énergie thermique. La génération de chaleur doit être caractérisée par une efficacité élevée et l'absence d'effets secondaires, en particulier de substances nocives pour la santé humaine et l'environnement.
Pour faciliter le chargement dans le four, le bois est coupé en éléments individuels jusqu'à 30 cm de long.Pour augmenter l'efficacité de leur utilisation, le bois de chauffage doit être aussi sec que possible et le processus de combustion doit être relativement lent. À bien des égards, le bois de chauffage provenant de bois durs tels que le chêne et le bouleau, le noisetier et le frêne, l'aubépine convient au chauffage des locaux. En raison de la forte teneur en résine, vitesse accrue combustion et faible pouvoir calorifique Arbres de conifères sont nettement inférieurs à cet égard.
Il faut comprendre que la densité du bois influe sur la valeur du pouvoir calorifique.
C'est un matériau naturel d'origine végétale, extrait de la roche sédimentaire.
Ce type de combustible solide contient du carbone et d'autres éléments chimiques. Il existe une division du matériel en types en fonction de son âge. Le charbon brun est considéré comme le plus jeune, suivi du charbon dur, et l'anthracite est le plus ancien de tous les autres types. L'âge de la substance combustible détermine également sa teneur en humidité, qui est plus présente dans le matériau jeune.
Lors de la combustion du charbon, l'environnement est pollué et des scories se forment sur la grille de la chaudière, ce qui, dans une certaine mesure, crée un obstacle à une combustion normale. La présence de soufre dans le matériau est également un facteur défavorable pour l'atmosphère, puisque cet élément se transforme en acide sulfurique dans la lame d'air.
Cependant, les consommateurs ne doivent pas avoir peur pour leur santé. Les fabricants de ce matériau, prenant soin des clients privés, cherchent à en réduire la teneur en soufre. La valeur calorifique du charbon peut différer même au sein d'un même type. La différence dépend des caractéristiques de la sous-espèce et de sa teneur en minéraux, ainsi que de la géographie de la production. En tant que combustible solide, on trouve non seulement du charbon pur, mais également des scories de charbon faiblement enrichies pressées en briquettes.
Le pellet (granulés combustibles) est un combustible solide créé industriellement à partir de bois et de déchets végétaux : copeaux, écorces, cartons, paille.
La matière première broyée à l'état de poussière est séchée et versée dans le granulateur, d'où elle sort déjà sous forme de granulés d'une certaine forme. Pour ajouter de la viscosité à la masse, un polymère végétal, la lignine, est utilisé. Complexité processus de production et la forte demande du coût des granulés. Le matériau est utilisé dans des chaudières spécialement équipées.
Les types de combustibles sont déterminés en fonction du matériau à partir duquel ils sont traités :
- bois rond d'arbres de toute espèce;
- paille;
- tourbe;
- coque de tournesol.
Parmi les avantages des pastilles combustibles, il convient de noter les qualités suivantes :
- respect de l'environnement;
- incapacité à se déformer et résistance aux champignons;
- facilité de rangement même à l'extérieur;
- uniformité et durée de combustion;
- coût relativement faible ;
- la possibilité d'utiliser pour divers appareils de chauffage;
- taille de granulés appropriée pour le chargement automatique dans une chaudière spécialement équipée.
Briquettes
Les briquettes sont appelées combustibles solides, à bien des égards similaires aux granulés. Pour leur fabrication, des matériaux identiques sont utilisés : copeaux de bois, copeaux, tourbe, balles et paille. Au cours du processus de production, la matière première est broyée et transformée en briquettes par compression. Ce matériau appartient également à un carburant respectueux de l'environnement. Il est pratique de le ranger même à l'extérieur. Une combustion douce, uniforme et lente de ce combustible peut être observée à la fois dans les foyers et les poêles, ainsi que dans les chaudières de chauffage.
Les variétés de combustibles solides respectueux de l'environnement décrites ci-dessus sont une bonne alternative à la production de chaleur. Par rapport aux sources fossiles d'énergie thermique, qui nuisent à la combustion des environnement et étant, en outre, non renouvelables, les carburants alternatifs présentent des avantages évidents et un coût relativement faible, ce qui est important pour certaines catégories de consommateurs.
Dans le même temps, le risque d'incendie de ces carburants est beaucoup plus élevé. Par conséquent, certaines précautions doivent être prises quant à leur stockage et à l'utilisation de matériaux muraux résistants au feu.
Combustibles liquides et gazeux
En ce qui concerne les substances combustibles liquides et gazeuses, la situation est la suivante.
Les tableaux présentent la chaleur spécifique massique de combustion du combustible (liquide, solide et gazeux) et de certains autres matériaux combustibles. Les combustibles tels que : charbon, bois de chauffage, coke, tourbe, kérosène, pétrole, alcool, essence, gaz naturel, etc. sont pris en compte.
Liste des tableaux :
Dans une réaction d'oxydation exothermique du combustible, son énergie chimique est convertie en énergie thermique avec dégagement d'une certaine quantité de chaleur. L'émergence l'énérgie thermique appelée la chaleur de combustion du carburant. Cela dépend de sa composition chimique, de son humidité et c'est le principal. Le pouvoir calorifique du combustible, rapporté à 1 kg de masse ou 1 m 3 de volume, forme le pouvoir calorifique spécifique massique ou volumétrique.
La chaleur spécifique de combustion d'un combustible est la quantité de chaleur dégagée lors de la combustion complète d'une unité de masse ou de volume de combustible solide, liquide ou gazeux. À système international unités, cette valeur est mesurée en J / kg ou J / m 3.
La chaleur spécifique de combustion d'un combustible peut être déterminée expérimentalement ou calculée analytiquement. Méthodes expérimentales de détermination Valeur calorifique sont basés sur la mesure pratique de la quantité de chaleur dégagée lors de la combustion du carburant, par exemple, dans un calorimètre avec un thermostat et une bombe à combustion. Pour un carburant de composition chimique connue, la chaleur spécifique de combustion peut être déterminée à partir de la formule de Mendeleïev.
Il existe des chaleurs spécifiques de combustion supérieures et inférieures. Le pouvoir calorifique supérieur est égal à le nombre maximal chaleur dégagée lors de la combustion complète du combustible, compte tenu de la chaleur dépensée pour l'évaporation de l'humidité contenue dans le combustible. Valeur calorifique nette moins de valeur supérieur de la valeur de la chaleur de condensation, qui se forme à partir de l'humidité du combustible et de l'hydrogène de la masse organique, qui se transforme en eau lors de la combustion.
Pour déterminer les indicateurs de qualité du carburant, ainsi que dans les calculs d'ingénierie thermique utilisent généralement la plus faible chaleur spécifique de combustion, qui est la caractéristique thermique et opérationnelle la plus importante du combustible et est donnée dans les tableaux ci-dessous.
Chaleur spécifique de combustion des combustibles solides (charbon, bois de chauffage, tourbe, coke)
Le tableau montre les valeurs de la chaleur spécifique de combustion du combustible solide sec dans l'unité de MJ/kg. Le carburant dans le tableau est classé par nom dans l'ordre alphabétique.
Parmi les combustibles solides considérés, le charbon à coke a le pouvoir calorifique le plus élevé - sa chaleur spécifique de combustion est de 36,3 MJ/kg (ou 36,3·10 6 J/kg en unités SI). De plus, le pouvoir calorifique élevé est caractéristique du charbon, de l'anthracite, du charbon de bois et du lignite.
Les combustibles à faible efficacité énergétique comprennent le bois, le bois de chauffage, la poudre à canon, le freztorf, le schiste bitumineux. Par exemple, la chaleur spécifique de combustion du bois de chauffage est de 8,4 ... 12,5 et la poudre à canon - seulement 3,8 MJ / kg.
| Le carburant | |
|---|---|
| Anthracite | 26,8…34,8 |
| Granulés de bois (granulés) | 18,5 |
| Bois de chauffage sec | 8,4…11 |
| Bois de chauffage de bouleau sec | 12,5 |
| coke de gaz | 26,9 |
| coke de haut fourneau | 30,4 |
| semi-coca | 27,3 |
| Poudre | 3,8 |
| Ardoise | 4,6…9 |
| Schiste bitumineux | 5,9…15 |
| Propulseur solide | 4,2…10,5 |
| Tourbe | 16,3 |
| tourbe fibreuse | 21,8 |
| Tourbe de broyage | 8,1…10,5 |
| Miettes de tourbe | 10,8 |
| charbon marron | 13…25 |
| Lignite (briquettes) | 20,2 |
| Lignite (poussière) | 25 |
| Charbon de Donetsk | 19,7…24 |
| charbon | 31,5…34,4 |
| Charbon | 27 |
| Charbon à coke | 36,3 |
| Charbon de Kouznetsk | 22,8…25,1 |
| Charbon de Tcheliabinsk | 12,8 |
| Charbon d'Ekibastuz | 16,7 |
| freztorf | 8,1 |
| Scories | 27,5 |
Chaleur spécifique de combustion du combustible liquide (alcool, essence, kérosène, huile)
Le tableau de la chaleur spécifique de combustion du combustible liquide et de certains autres liquides organiques est donné. Il convient de noter que les carburants tels que l'essence, le carburant diesel et l'huile se caractérisent par un dégagement de chaleur élevé lors de la combustion.
La chaleur spécifique de combustion de l'alcool et de l'acétone est nettement inférieure à celle des carburants automobiles traditionnels. De plus, concernant faible valeur le propulseur liquide possède la valeur calorifique et - avec la combustion complète de 1 kg de ces hydrocarbures, une quantité de chaleur égale à 9,2 et 13,3 MJ, respectivement, sera libérée.
| Le carburant | Chaleur spécifique de combustion, MJ/kg |
|---|---|
| Acétone | 31,4 |
| Essence A-72 (GOST 2084-67) | 44,2 |
| Essence d'aviation B-70 (GOST 1012-72) | 44,1 |
| Essence AI-93 (GOST 2084-67) | 43,6 |
| Benzène | 40,6 |
| Carburant diesel d'hiver (GOST 305-73) | 43,6 |
| Carburant diesel d'été (GOST 305-73) | 43,4 |
| Propulseur liquide (kérosène + oxygène liquide) | 9,2 |
| Kérosène d'aviation | 42,9 |
| Kérosène d'éclairage (GOST 4753-68) | 43,7 |
| xylène | 43,2 |
| Fioul à haute teneur en soufre | 39 |
| Fioul à faible teneur en soufre | 40,5 |
| Fioul à faible teneur en soufre | 41,7 |
| Fioul sulfureux | 39,6 |
| Alcool méthylique (méthanol) | 21,1 |
| Alcool n-butylique | 36,8 |
| Huile | 43,5…46 |
| Méthane d'huile | 21,5 |
| Toluène | 40,9 |
| White spirit (GOST 313452) | 44 |
| éthylène glycol | 13,3 |
| Alcool éthylique (éthanol) | 30,6 |
Chaleur spécifique de combustion du combustible gazeux et des gaz combustibles
Un tableau de la chaleur spécifique de combustion du combustible gazeux et de certains autres gaz combustibles dans la dimension de MJ/kg est présenté. Parmi les gaz considérés, la plus grande masse massique de chaleur de combustion diffère. Avec la combustion complète d'un kilogramme de ce gaz, 119,83 MJ de chaleur seront dégagés. De plus, un combustible tel que le gaz naturel a un pouvoir calorifique élevé - la chaleur spécifique de combustion du gaz naturel est de 41 ... 49 MJ / kg (pour 50 MJ / kg purs).
| Le carburant | Chaleur spécifique de combustion, MJ/kg |
|---|---|
| 1-Butène | 45,3 |
| Ammoniac | 18,6 |
| Acétylène | 48,3 |
| Hydrogène | 119,83 |
| Hydrogène, mélange avec du méthane (50% H 2 et 50% CH 4 en masse) | 85 |
| Hydrogène, mélange avec du méthane et du monoxyde de carbone (33-33-33 % en poids) | 60 |
| Hydrogène, mélange avec du monoxyde de carbone (50% H 2 50% CO 2 en masse) | 65 |
| Gaz de haut fourneau | 3 |
| gaz de cokerie | 38,5 |
| Gaz hydrocarbure liquéfié GPL (propane-butane) | 43,8 |
| Isobutane | 45,6 |
| Méthane | 50 |
| n-butane | 45,7 |
| n-hexane | 45,1 |
| n-Pentane | 45,4 |
| Gaz associé | 40,6…43 |
| Gaz naturel | 41…49 |
| Propadien | 46,3 |
| Propane | 46,3 |
| Propylène | 45,8 |
| Propylène, mélange avec de l'hydrogène et du monoxyde de carbone (90%-9%-1% en poids) | 52 |
| Éthane | 47,5 |
| Éthylène | 47,2 |
Chaleur spécifique de combustion de certains matériaux combustibles
Un tableau est donné de la chaleur spécifique de combustion de certains matériaux combustibles (, bois, papier, plastique, paille, caoutchouc, etc.). Il convient de noter les matériaux à fort dégagement de chaleur lors de la combustion. Ces matériaux comprennent: le caoutchouc de divers types, le polystyrène expansé (polystyrène), le polypropylène et le polyéthylène.
| Le carburant | Chaleur spécifique de combustion, MJ/kg |
|---|---|
| Papier | 17,6 |
| Similicuir | 21,5 |
| Bois (barres avec une teneur en humidité de 14%) | 13,8 |
| Bois en tas | 16,6 |
| bois de chêne | 19,9 |
| Bois d'épicéa | 20,3 |
| bois vert | 6,3 |
| Bois de pin | 20,9 |
| Kapron | 31,1 |
| Produits Carbolite | 26,9 |
| Papier carton | 16,5 |
| Caoutchouc styrène-butadiène SKS-30AR | 43,9 |
| Caoutchouc naturel | 44,8 |
| Caoutchouc synthétique | 40,2 |
| SCS en caoutchouc | 43,9 |
| Caoutchouc chloroprène | 28 |
| Linoléum en chlorure de polyvinyle | 14,3 |
| Linoléum en chlorure de polyvinyle à deux couches | 17,9 |
| Linoléum polychlorure de vinyle à base de feutre | 16,6 |
| Chlorure de polyvinyle de linoléum à chaud | 17,6 |
| Linoléum polychlorure de vinyle à base de tissu | 20,3 |
| Caoutchouc de linoléum (relin) | 27,2 |
| Solide de paraffine | 11,2 |
| Polymousse PVC-1 | 19,5 |
| Polymousse FS-7 | 24,4 |
| Polymousse FF | 31,4 |
| Polystyrène expansé PSB-S | 41,6 |
| mousse de polyurethane | 24,3 |
| panneau de fibres | 20,9 |
| Chlorure de polyvinyle (PVC) | 20,7 |
| Polycarbonate | 31 |
| Polypropylène | 45,7 |
| Polystyrène | 39 |
| Polyéthylène de haute densité | 47 |
| Polyéthylène basse pression | 46,7 |
| Caoutchouc | 33,5 |
| Rubéroïde | 29,5 |
| Canal de suie | 28,3 |
| Foins | 16,7 |
| Paille | 17 |
| Verre organique (plexiglas) | 27,7 |
| Textolite | 20,9 |
| tol | 16 |
| TNT | 15 |
| Coton | 17,5 |
| Cellulose | 16,4 |
| Laine et fibres de laine | 23,1 |
Sources:
- GOST 147-2013 Combustible minéral solide. Détermination du pouvoir calorifique supérieur et calcul du pouvoir calorifique inférieur.
- GOST 21261-91 Produits pétroliers. Méthode de détermination du pouvoir calorifique supérieur et de calcul du pouvoir calorifique inférieur.
- GOST 22667-82 Gaz naturels combustibles. Méthode de calcul pour déterminer le pouvoir calorifique, la densité relative et le nombre de Wobbe.
- GOST 31369-2008 Gaz naturel. Calcul de la valeur calorifique, de la densité, de la densité relative et du nombre de Wobbe en fonction de la composition des composants.
- Zemsky G. T. Propriétés inflammables des matériaux inorganiques et organiques : ouvrage de référence M. : VNIIPO, 2016 - 970 p.
Classification des gaz combustibles
Pour l'approvisionnement en gaz des villes et des entreprises industrielles, divers gaz combustibles sont utilisés, différant par leur origine, leur composition chimique et leurs propriétés physiques.
Par origine, les gaz combustibles sont divisés en gaz naturels ou naturels et artificiels, produits à partir de combustibles solides et liquides.
Les gaz naturels sont extraits de puits de champs purement gaziers ou de champs pétrolifères avec du pétrole. Les gaz des champs pétrolifères sont appelés gaz associés.
Les gaz des gisements de gaz pur sont principalement constitués de méthane avec une faible teneur en hydrocarbures lourds. Ils se caractérisent par la constance de leur composition et de leur pouvoir calorifique.
Gaz associés ainsi que le méthane contiennent une quantité importante d'hydrocarbures lourds (propane et butane). La composition et le pouvoir calorifique de ces gaz varient considérablement.
Les gaz artificiels sont produits dans des usines à gaz spéciales - ou obtenus comme sous-produit de la combustion du charbon dans les usines métallurgiques, ainsi que dans les raffineries de pétrole.
Les gaz produits à partir du charbon sont utilisés dans notre pays pour l'approvisionnement en gaz urbain en quantités très limitées, et leur densité ne cesse de diminuer. Dans le même temps, la production et la consommation de gaz d'hydrocarbures liquéfiés, obtenus à partir des gaz de pétrole associés dans les usines gaz-essence et les raffineries de pétrole lors du raffinage du pétrole, augmentent. Liquide gaz d'hydrocarbures utilisés pour l'approvisionnement en gaz urbain, se composent principalement de propane et de butane.
Composition des gaz
Le type de gaz et sa composition prédéterminent largement la portée du gaz, le schéma et les diamètres du réseau de gaz, les solutions de conception pour les brûleurs à gaz et les unités de gazoduc individuelles.
La consommation de gaz dépend du pouvoir calorifique, donc des diamètres des gazoducs et des conditions de combustion du gaz. Lors de l'utilisation de gaz dans des installations industrielles, la température de combustion et la vitesse de propagation de la flamme ainsi que la constance de la composition du combustible gazeux sont très importantes. caractéristiques physico-chimiques ils dépendent principalement du type et de la méthode d'obtention des gaz.
Les gaz combustibles sont des mélanges mécaniques de divers gaz<как горючих, так и негорючих.
La partie combustible du combustible gazeux comprend: l'hydrogène (H 2) - un gaz sans couleur, goût et odeur, son pouvoir calorifique inférieur est de 2579 kcal / nm 3 \ méthane (CH 4) - un gaz incolore, insipide et inodore, est la principale partie combustible des gaz naturels, son pouvoir calorifique inférieur est de 8555 kcal/nm 3; monoxyde de carbone (CO) - un gaz incolore, insipide et inodore, obtenu à partir de la combustion incomplète de tout combustible, très toxique, à faible pouvoir calorifique 3018 kcal/nm 3; hydrocarbures lourds (C p N t), A ce titre<и формулой обозначается целый ряд углеводородов (этан - С2Н 6 , пропан - С 3 Нв, бутан- С4Н 10 и др.), низшая теплотворная способность этих газов колеблется от 15226 до 34890 kcal/nm*.
La partie non combustible du combustible gazeux comprend : le dioxyde de carbone (CO 2), l'oxygène (O 2) et l'azote (N 2).
La partie non combustible des gaz est appelée ballast. Les gaz naturels se caractérisent par un pouvoir calorifique élevé et une absence totale de monoxyde de carbone. Dans le même temps, un certain nombre de gisements, principalement de gaz et de pétrole, contiennent un gaz très toxique (et corrosif) - le sulfure d'hydrogène (H 2 S).La plupart des gaz de houille artificiels contiennent une quantité importante de gaz hautement toxique - le monoxyde de carbone (CO ).La présence d'oxyde dans le carbone gazeux et d'autres substances toxiques est hautement indésirable, car ils compliquent la production de travaux opérationnels et augmentent le danger lors de l'utilisation de gaz.Outre les composants principaux, la composition des gaz comprend diverses impuretés, le dont la valeur spécifique est négligeable en termes de pourcentage. Cependant, étant donné que des milliers, voire des millions de mètres cubes de gaz, la quantité totale d'impuretés atteint une valeur significative. De nombreuses impuretés tombent dans les gazoducs, ce qui conduit finalement à une diminution de leur débit, et parfois à un arrêt complet du débit de gaz. Par conséquent, la présence d'impuretés dans le gaz doit être prise en compte à la fois dans la conception des gazoducs, ainsi que pendant le fonctionnement.
La quantité et la composition des impuretés dépendent de la méthode de production ou d'extraction du gaz et du degré de sa purification. Les impuretés les plus nocives sont la poussière, le goudron, le naphtalène, l'humidité et les composés soufrés.
La poussière apparaît dans le gaz lors de la production (extraction) ou lors du transport du gaz par canalisations. La résine est un produit de la décomposition thermique du carburant et accompagne de nombreux gaz artificiels. En présence de poussières dans le gaz, la résine contribue à la formation de bouchons de boue de goudron et de blocages dans les gazoducs.
Le naphtalène se trouve couramment dans les gaz de houille artificiels. À basse température, le naphtalène se précipite dans les tuyaux et, avec d'autres impuretés solides et liquides, réduit la surface d'écoulement des gazoducs.
L'humidité sous forme de vapeurs est contenue dans presque tous les gaz naturels et artificiels. Il pénètre dans les gaz naturels dans le champ gazier lui-même en raison des contacts des gaz avec la surface de l'eau, et les gaz artificiels sont saturés d'eau pendant le processus de production.La présence d'humidité dans le gaz en quantités importantes n'est pas souhaitable, car elle réduit le pouvoir calorifique valeur du gaz.En outre, il a une capacité thermique élevée de vaporisation, l'humidité pendant la combustion du gaz emporte une quantité importante de chaleur avec les produits de combustion dans l'atmosphère.Une forte teneur en humidité dans le gaz est également indésirable car, se condensant lorsque le le gaz se refroidit sous la "charge de son déplacement dans les canalisations, il peut créer des bouchons d'eau dans la canalisation de gaz (en points bas) à supprimer. Cela nécessite l'installation de collecteurs de condensats spéciaux et leur pompage.
Comme indiqué précédemment, les composés soufrés comprennent le sulfure d'hydrogène, ainsi que le disulfure de carbone, le mercaptan, etc. Ces composés non seulement nuisent à la santé humaine, mais provoquent également une corrosion importante des tuyaux.
D'autres impuretés nocives comprennent l'ammoniac et les composés de cyanure, que l'on trouve principalement dans les gaz de houille. La présence de composés d'ammoniac et de cyanure entraîne une augmentation de la corrosion du métal des tuyaux.
La présence de dioxyde de carbone et d'azote dans les gaz combustibles est également indésirable. Ces gaz ne participent pas au processus de combustion, étant un ballast qui réduit la valeur calorifique, ce qui entraîne une augmentation du diamètre des gazoducs et une diminution de l'efficacité économique de l'utilisation de combustible gazeux.
La composition des gaz utilisés pour l'approvisionnement en gaz urbain doit répondre aux exigences de GOST 6542-50 (tableau 1).
Tableau 1
Les valeurs moyennes de la composition des gaz naturels des champs les plus célèbres du pays sont présentées dans le tableau. 2.
Des gisements de gaz (sec)
| Ukraine occidentale. . . | 81,2 | 7,5 | 4,5 | 3,7 | 2,5 | - . | 0,1 | 0,5 | 0,735 | |
| Shebelinskoye ............................... | 92,9 | 4,5 | 0,8 | 0,6 | 0,6 | ____ . | 0,1 | 0,5 | 0,603 | |
| Région de Stavropol. . | 98,6 | 0,4 | 0,14 | 0,06 | - | 0,1 | 0,7 | 0,561 | ||
| Région de Krasnodar. . | 92,9 | 0,5 | - | 0,5 | _ | 0,01 | 0,09 | 0,595 | ||
| Saratov ............................... | 93,4 | 2,1 | 0,8 | 0,4 | 0,3 | Traces | 0,3 | 2,7 | 0,576 | |
| Gazli, région de Boukhara | 96,7 | 0,35 | 0,4" | 0,1 | 0,45 | 0,575 | ||||
| Des gisements de pétrole et de gaz (associés) | ||||||||||
| Romachkino .................................. | 18,5 | 6,2 | 4,7 | 0,1 | 11,5 | 1,07 | ||||
| 7,4 | 4,6 | ____ | Traces | 1,112 | __ . | |||||
| Tuymazy ............................... | 18,4 | 6,8 | 4,6 | ____ | 0,1 | 7,1 | 1,062 | - | ||
| Cendré....... | 23,5 | 9,3 | 3,5 | ____ | 0,2 | 4,5 | 1,132 | - | ||
| Gras.......... ............................. . | 2,5 | . ___ . | 1,5 | 0,721 | - | |||||
| Huile de Syzran .................................. | 31,9 | 23,9 - | 5,9 | 2,7 | 0,8 | 1,7 | 1,6 | 31,5 | 0,932 | - |
| Ishimbay .................................. | 42,4 | 20,5 | 7,2 | 3,1 | 2,8 | 1,040 | _ | |||
| Andijan. ............................................... | 66,5 | 16,6 | 9,4 | 3,1 | 3,1 | 0,03 | 0,2 | 4,17 | 0,801 ; | |
Pouvoir calorifique des gaz
La quantité de chaleur dégagée lors de la combustion complète d'une quantité unitaire de combustible est appelée pouvoir calorifique (Q) ou, comme on l'appelle parfois, pouvoir calorifique, ou pouvoir calorifique, qui est l'une des principales caractéristiques du combustible.
Le pouvoir calorifique des gaz est généralement appelé 1 m 3, prises dans des conditions normales.
Dans les calculs techniques, les conditions normales s'entendent comme l'état du gaz à une température égale à 0 ° C, et, à une pression de 760 mmHg De l'art. Le volume de gaz dans ces conditions est noté nm 3(mètre cube normal).
Pour les mesures de gaz industriels conformément à GOST 2923-45, la température de 20 ° C et la pression de 760 sont prises comme conditions normales mmHg De l'art. Le volume de gaz correspondant à ces conditions, contrairement à nm 3 nous appellerons m 3 (mètre cube).
Pouvoir calorifique des gaz (Q)) exprimée en kcal/nm e ou dans kcal/m3.
Pour les gaz liquéfiés, le pouvoir calorifique se rapporte à 1 kg.
Il existe un pouvoir calorifique supérieur (Q in) et inférieur (Q n). Le pouvoir calorifique supérieur tient compte de la chaleur de condensation de la vapeur d'eau formée lors de la combustion du combustible. Le pouvoir calorifique inférieur ne tient pas compte de la chaleur contenue dans la vapeur d'eau des produits de combustion, puisque la vapeur d'eau ne se condense pas, mais est emportée avec les produits de combustion.
Les concepts Q in et Q n s'appliquent uniquement aux gaz, lors de la combustion desquels de la vapeur d'eau est libérée (ces concepts ne s'appliquent pas au monoxyde de carbone, qui ne produit pas de vapeur d'eau lors de la combustion).
Lorsque la vapeur d'eau se condense, la chaleur dégagée est égale à 539 kcal/kg. De plus, lorsque le condensat est refroidi à 0°C (ou 20°C), la chaleur est dégagée, respectivement, à hauteur de 100 ou 80 kcal/kg.
Au total, en raison de la condensation de la vapeur d'eau, la chaleur est libérée plus de 600 kcal/kg, qui est la différence entre le pouvoir calorifique supérieur et inférieur du gaz. Pour la plupart des gaz utilisés dans l'approvisionnement en gaz urbain, cette différence est de 8 à 10 %.
Les valeurs du pouvoir calorifique de certains gaz sont données dans le tableau. 3.
Pour l'approvisionnement en gaz urbain, on utilise actuellement des gaz qui, en règle générale, ont un pouvoir calorifique d'au moins 3500 kcal/nm 3. Cela s'explique par le fait que dans les conditions des villes, le gaz est fourni par des conduites sur des distances considérables. Avec un faible pouvoir calorifique, il est nécessaire d'en fournir une grande quantité. Cela conduit inévitablement à une augmentation des diamètres des gazoducs et, par conséquent, à une augmentation des investissements métalliques et des fonds pour la construction de réseaux de gaz, et, par la suite, à une augmentation des coûts d'exploitation. Un inconvénient important des gaz hypocaloriques est que, dans la plupart des cas, ils contiennent une quantité importante de monoxyde de carbone, ce qui augmente le danger lors de l'utilisation du gaz, ainsi que lors de l'entretien des réseaux et des installations.
Gaz à pouvoir calorifique inférieur à 3500 kcal/nm 3 le plus souvent utilisé dans l'industrie, où il n'est pas nécessaire de le transporter sur de longues distances et où il est plus facile d'organiser l'incinération. Pour l'alimentation en gaz urbain, il est souhaitable d'avoir un pouvoir calorifique constant du gaz. Les fluctuations, comme nous l'avons déjà établi, ne sont pas autorisées à plus de 10%. Une modification plus importante du pouvoir calorifique du gaz nécessite un nouveau réglage, et parfois un changement d'un grand nombre de brûleurs unifiés pour appareils électroménagers, ce qui s'accompagne de difficultés importantes.
La quantité de chaleur dégagée lors de la combustion complète d'une quantité unitaire de combustible est appelée pouvoir calorifique (Q) ou, comme on l'appelle parfois, pouvoir calorifique, ou pouvoir calorifique, qui est l'une des principales caractéristiques du combustible.
Le pouvoir calorifique des gaz est généralement appelé 1 m 3, prises dans des conditions normales.
Dans les calculs techniques, les conditions normales s'entendent comme l'état du gaz à une température égale à 0 ° C, et, à une pression de 760 mmHg De l'art. Le volume de gaz dans ces conditions est noté nm 3(mètre cube normal).
Pour les mesures de gaz industriels conformément à GOST 2923-45, la température de 20 ° C et la pression de 760 sont prises comme conditions normales mmHg De l'art. Le volume de gaz correspondant à ces conditions, contrairement à nm 3 nous appellerons m 3 (mètre cube).
Pouvoir calorifique des gaz (Q)) exprimée en kcal/nm e ou dans kcal/m3.
Pour les gaz liquéfiés, le pouvoir calorifique se rapporte à 1 kg.
Il existe un pouvoir calorifique supérieur (Q in) et inférieur (Q n). Le pouvoir calorifique supérieur tient compte de la chaleur de condensation de la vapeur d'eau formée lors de la combustion du combustible. Le pouvoir calorifique inférieur ne tient pas compte de la chaleur contenue dans la vapeur d'eau des produits de combustion, puisque la vapeur d'eau ne se condense pas, mais est emportée avec les produits de combustion.
Les concepts Q in et Q n s'appliquent uniquement aux gaz, lors de la combustion desquels de la vapeur d'eau est libérée (ces concepts ne s'appliquent pas au monoxyde de carbone, qui ne produit pas de vapeur d'eau lors de la combustion).
Lorsque la vapeur d'eau se condense, la chaleur dégagée est égale à 539 kcal/kg. De plus, lorsque le condensat est refroidi à 0°C (ou 20°C), la chaleur est dégagée, respectivement, à hauteur de 100 ou 80 kcal/kg.
Au total, en raison de la condensation de la vapeur d'eau, la chaleur est libérée plus de 600 kcal/kg, qui est la différence entre le pouvoir calorifique supérieur et inférieur du gaz. Pour la plupart des gaz utilisés dans l'approvisionnement en gaz urbain, cette différence est de 8 à 10 %.
Les valeurs du pouvoir calorifique de certains gaz sont données dans le tableau. 3.
Pour l'approvisionnement en gaz urbain, on utilise actuellement des gaz qui, en règle générale, ont un pouvoir calorifique d'au moins 3500 kcal/nm 3. Cela s'explique par le fait que dans les conditions des villes, le gaz est fourni par des conduites sur des distances considérables. Avec un faible pouvoir calorifique, il est nécessaire d'en fournir une grande quantité. Cela conduit inévitablement à une augmentation des diamètres des gazoducs et, par conséquent, à une augmentation des investissements métalliques et des fonds pour la construction de réseaux de gaz, et, par la suite, à une augmentation des coûts d'exploitation. Un inconvénient important des gaz hypocaloriques est que, dans la plupart des cas, ils contiennent une quantité importante de monoxyde de carbone, ce qui augmente le danger lors de l'utilisation du gaz, ainsi que lors de l'entretien des réseaux et des installations.
Gaz à pouvoir calorifique inférieur à 3500 kcal/nm 3 le plus souvent utilisé dans l'industrie, où il n'est pas nécessaire de le transporter sur de longues distances et où il est plus facile d'organiser l'incinération. Pour l'alimentation en gaz urbain, il est souhaitable d'avoir un pouvoir calorifique constant du gaz. Les fluctuations, comme nous l'avons déjà établi, ne sont pas autorisées à plus de 10%. Une modification plus importante du pouvoir calorifique du gaz nécessite un nouveau réglage, et parfois un changement d'un grand nombre de brûleurs unifiés pour appareils électroménagers, ce qui s'accompagne de difficultés importantes.