Свойства индивидуальных углеводородов, входящих в СУГ

Под СУГ понимают такие индивидуальные углеводороды или их смеси, которые при температуре окружающего воздуха и атмосферном давлении находятся в газообразном состоянии, а при относительно небольшом повышении давления (без снижения температуры) переходят в жидкости.

Состав СУГ зависит от исходного сырья и способа получения. Основными источниками получения являются попутные нефтяные газы и газы конденсатных месторождений, которые на газобензиновых заводах разделяют на этан, пропан, бутан и газовый бензин. Технические пропан и бутан, а также их смеси представляют собой СУГ, используемые для газоснабжения потребителей.

На нефтеперерабатывающих заводах получают предельные и непредельные углеводороды. Основные компоненты СУГ (пропан и бутан) относятся к насыщенным углеводородам открытого строения - алканам. Их общая химическая формула С_nH_2n+2. Алканы представляют собой бесцветные вещества с характерным запахом нефти, практически нерастворимые в воде. Они мало активны и трудно вступают в соединения с другими веществами. Метан СН₄ и этан С₂Н₆ являются газами. Метан можно сконденсировать при температуре ниже –82,1°С, а этан ниже –32,3°С. Пропан СН₃–СН₂–СН₃ (С₃Н₈), нормальный бутан СН₃–СН₂–СН₂–СН₃ (C₄H₁₀) и изобутан при н.у. находятся в газообразном состоянии, но при незначительном повышении давления (в МПа) до 0,47 (пропан), 0,115 (бутан) и 0,16 (изобутан) и при 0°С они конденсируются в жидкость.

Это свойство выгодно выделяет пропан-бутановые смеси и делает их особенно ценными источниками газоснабжения, ибо транспортировать и хранить их можно в виде жидкостей, а сжигать – в виде газа. Пентан C₅H₁₂ – летучая жидкость – входит в состав газового бензина. Алканы являются достаточно сильными наркотиками, но их действие ослабляется малой растворимостью в крови. Поэтому при обычных условиях они являются физиологически индифферентными.

Ненасыщенные углеводороды открытого строения – алкены (С_nН_2n) имеют одну двойную связь между соседними атомами углерода. Они обладают способностью к реакциям присоединения, ибо двойная связь легко разрывается и за счет освободившейся валентности углерода происходит присоединение нового атома или атомной группы. Токсическое действие сходно.

В состав СУГ, получаемых при переработке нефти, могут входить незначительные количества циклических углеводородов – цикланов (С_nН_2n).

Состав СУГ, используемых для коммунально-бытового и промышленного газоснабжения, лимитирует ГОСТ (27578-87).

Во избежание повышения упругости паров сжиженный газ не должен содержать значительных количеств этана, а для недопустимого снижения упругости – пентана.

При использовании СУГ всегда имеют место фазовые превращения. Поэтому в отличие от систем, использующих сухой (тощий) газ, элементы систем снабжения СУГ необходимо рассчитывать, исходя из свойств жидкой и паровой фаз с учетом особенностей фазовых превращений. Расчеты проводят по таблицам и диаграммам состояния углеводородов.

Принципиальная схема диаграмм состояния пропана в p — i координатах показана на рис. приложения. Здесь по оси абсцисс отложена энтальпия i, а по оси ординат — абсолютное давление р. Нижняя пограничная кривая MK соответствует началу кипения, а верхняя пограничная кривая NK — сухому насыщенному пару (началу конденсации). Критическое состояние обозначено точкой K. Слева от нижней пограничной кривой расположена однофазная система — жидкость. Правее верхней пограничной кривой находится пар. В области между пограничными кривыми расположена двухфазная система жидкость — пар. Следовательно, здесь пар находится в насыщенном состоянии. Соотношение между количеством пара и жидкости отражают линии постоянной сухости x, которые показывают долю пара в системе. На диаграмме нанесены изотермы t, линии постоянной плотности и линии постоянной энтропии s. В области двухфазного насыщенного состояния каждому значению t соответствует определенное р. Это давление представляет собой упругость насыщенных паров. С ростом температуры упругость паров увеличивается: так, для пропана при t = -40°С, р = 0,11 МПа (абс), а три t = 40°С p = 1,37 МПа (абс). Из приведенных значений следует, что в области температур атмосферного воздуха пары пропана имеют достаточное p для использования их в качестве газообразного топлива. Кривая зависимости упругости паров от температуры заканчивается критической точкой. Для пропана t_кр = 95,7°C, a p_кр = 4 МПа.

Смеси газов и жидкостей (речь о СУГ)

Давление смеси идеальных газов, которые не вступают между собой в химические реакции, определяет закон Дальтона. Давление смеси р_см равно сумме парциальных давлений компонентов: p_CM = Sp_i.

     Состав газовых смесей и смесей взаимно растворимых жидкостей задают молярными долями (для газов r_i, а для жидкостей x_i), массовыми долями m_i, и объемными долями v_i. Молярную долю определяют как отношение числа молей компонента N_i к общему числу молей смеси, т.е. r_i(x_i) = N_i/SN_i.

Массовую долю определяют как отношение массы компонента ко всей массе смеси m_i = M_i/SM_i. Объемную долю для жидких смесей находят как отношение объема компонента V_i, рассчитанного по плотности при температуре смеси к объему смеси v_i = V_i/SV_i (1). Объемную долю для газовых смесей получают как отношение парциального объема компонента i к сумме парциальных объемов, равной объему смеси по формуле (1). Т.к. компонент в парциальном объеме и объеме смеси находится при одинаковой температуре, то по закону Бойля–Мариотта можно написать: V_i = V_CM p_i/p_CM. По закону Авогадро при одинаковых температурах и давлении объемы, занимаемые молями различных газов, одинаковы, отсюда r = m/V_m, где r – плотность газа при нормальных условиях в кг/м³; m – молекулярная масса киломоля газа в кг; V_m – объем, занимаемый 1 киломолем газа при нормальных условиях, в м³. Для идеальных газов и с некоторым приближением для реальных газов V_m = 22,4 м³/кмоль.

На основании закона Авогадро можно показать, что для газовых (идеальных) смесей мольные и объемные доли равны. Действительно V_i = N_i V_m, тогда, подставляя это в (1), получим: , Поэтому для расчета газовых смесей используют мольные (объемные) доли и массовые доли. Расчетные формулы:

Средняя молек. масса смеси .

Плотность смеси .

Приложение к лекции 3.

 

Лекция 4

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: