Файл: А.А. Ионин, В.А. Жила, В.В. Артихович, М.Г. Пшоник ГАЗОСНАБЖЕНИЕ. Под общей редакцией профессора В.А. Жилы.pdf

15 

Природные  газы,  особенно  получаемые  при  разработке  нефтя-

ных  месторождений,  содержат  не  только  легкие  и  тяжелые  углево-
дороды,  но  и  инертные  газы,  неучет  концентрации  которых  приво-
дит к нарушению устойчивости пламени газовых горелок, уменьше-
нию  диапазона  их  регулирования,  снижению  полноты  сгорания 
газового топлива и повышению содержания вредных компонентов в 
продуктах сгорания. 

Характеристики компонентов сухого природного газа приведены 

в табл. 1.1 (ГОСТ 22667-82*). 

Таблица 1.1 

Теплота сгорания и относительная плотность компонентов  

сухого природного газа (при 0 °С и 101,325 кПа) 

Теплота сгорания, МДж/м

3

Компонент 

высшая 

низшая 

Относительная 

плотность β 

Метан СН

4

 39,82 

35,88 

0,5548 

Этан С

2

Н

6

 70,31 

64,36 

1,048 

Пропан С

3

Н

8

 101,21 

93,18 

1,554 

н-Бутан С

4

Н

10

 133,80 

123,57 

2,090 

Изобутан С

4

Н

10

 132,96 

122,78 

2,081 

Пентан С

5

Н

12

 169,27 

156,63 

2,671 

Бензол С

6

Н

6

 162,615 

155,67 

2,967 

Толуол С

7

Н

8

 176,26 

168,18 

3,18 

Водород Н

2

 12,75 

10,79 

0,0698 

Оксид углерода СО 12,64  12,64  0,9671 
Диоксид углерода СО

2

― 

― 1,529 

Азот N

2

― 

― 0,967 

Кислород О

2

― 

― 1,05 

Гелий Не 

― 

― 0,138 

Теплоту  сгорания  газообразного  топлива,  которое  представляет 

собой  смесь  горючих  газов,  определяют  как  сумму  произведений 
величин теплоты сгорания горючих компонентов на объемные доли. 

с

с

н

н

i

i

Q

r Q

=

⋅

∑

, кДж/м

3

, 

где r

i

 – объемные доли горючих компонентов; 

с

нi

Q  – теплота сгорания горючих компонентов. 

16 

1.2. Классификация газообразного топлива 

Для  газоснабжения  городов  применяют  природные  и  искусст-

венные газы. Природные газы подразделяются на три группы: 

 – 

газы, добываемые из чисто газовых месторождений; 

 – 

газы,  добываемые  из  скважин  нефтяных  месторождений  совме-
стно с нефтью, часто называют попутными; 

 – 

газы, добываемые из конденсатных месторождений. 
Газы,  добываемые  из  чисто  газовых  месторождений,  состоят  в 

основном из метана и являются тощими или сухими. Тяжелых угле-
водородов сухие газы содержат менее 50 г/м

3

. Сухие газы легче воз-

духа. Низшая теплота сгорания сухих газов 31 000…38 000 кДж/м

3

. 

Попутные газы помимо метана содержат значительное количест-

во тяжелых углеводородов, поэтому их называют жирными газами. 
Жирные  газы  представляют  собой  смесь  сухого  газа,  пропан-
бутановой фракции и газового бензина. Теплота сгорания попутных 
газов колеблется в диапазоне 38 000…63 000 кДж/м

3

. На газобензи-

новых заводах из попутных газов выделяют газовый бензин, пропан 
и бутан, последние используют для газоснабжения населенных мест 
в виде сжиженного газа. 

Специфика добычи попутного нефтяного газа заключается в том, 

что он, как следует из названия, является побочным продуктом неф-
тедобычи. Потери попутного нефтяного газа связаны с неподготов-
ленностью инфраструктуры для его сбора, подготовки, транспорти-
ровки  и  переработки,  а  также  отсутствием  потребителя.  Поэтому 
попутный нефтяной газ часто сжигают в факелах. Средний уровень 
утилизации попутного газа в России составляет около 70%. Пробле-
ма утилизации попутного нефтяного газа имеет не только экономи-
ческий, но и экологический аспект. Сжигание газа в факелах нано-
сит ущерб окружающей природной среде продуктами сгорания. 

Газы конденсатных месторождений состоят из смеси сухого газа 

и  паров  конденсата,  который  выпадает  при  снижении  давления 
(процесс обратной конденсации). 

Пары  конденсата  представляют  смесь  паров  тяжелых  углеводо-

родов, содержащих С

5

 и выше (бензина, лигроина, керосина). Сжи-

женные газы получают также из газов конденсатных месторождений. 

Газы  конденсатных  месторождений  представляют  собой  смесь 

предельных  углеводородов,  основной  составляющей  которых  явля-
ется метан (80…90%). Содержание пентана и более тяжелых углево-
дородов составляет 2…5%, однако ввиду того, что конденсат состо-

17 

ит  из  высокомолекулярных  соединений,  его  массовая  доля  дости-
гает 25%. Наличие в газе тяжелых углеводородов является отличи-
тельной  особенностью  газов  конденсатных  месторождений.  Газо-
конденсатные месторождения образовались в результате процесса, 
обратного испарения конденсата, протекающего при высоких дав-
лениях  и  температурах  (в  надкритической  области),  поэтому  они 
располагаются  на  больших  глубинах,  где  господствуют  высокие 
давления. 

1.3. Искусственные газы 

В  соответствии  с  методами  получения  искусственные  горючие 

газы подразделяются на три группы: 

 – 

газы,  получаемые  методом  сухой  перегонки,  т.е.  в  результате 
разложения твердого или жидкого топлива под действием высо-
ких температур без доступа воздуха; 

 – 

газы, получаемые путем воздействия пара на твердое или жидкое 
топливо при высокой температуре; 

 – 

газы, получаемые путем неполного сжигания твердого или жид-
кого топлива. 
Представителем  первой  группы  являются  коксовый  и  каменно-

угольный газы, получаемые в коксовых печах. Сюда же следует от-
нести и нефтяные газы, получаемые в процессе деструктивной пере-
работки нефти (крекинг, перолиз, синтез из газов). 

При  сухой  перегонке  топливо  проходит  ряд  стадий  физико-

химических  преобразований,  в  результате  которых  оно  разлагается 
на  газ,  смолу  и  коксовый  остаток.  Характер  преобразований,  пре-
терпеваемых топливом, определяется его природой и температурой 
процесса.  Сухую  перегонку  топлива,  происходящую  при  высоких 
температурах (900…1100 °С),  называют  коксованием,  в  результате 
которого  получают  кокс  и  коксовый  газ  с  Q

н

р

= 

16

000…18

000 

кДж/м

3

 и 

ρ

= 

0,45…0,5 кг/м

3

. 

Примерный состав коксового газа в %: 

Н

2

 –59 

СН

4 

–24 

С

n

Н

n

–2 

СО –8 
СО

2 

–2,4 

О

2 

–0,6 

N

2 

–4,0 

18 

В результате реакции углерода топлива с кислородом и водяным 

паром  образуются  горючие  газы:  оксид  углерода  и  водород.  Одно-
временно с процессом газификации протекает частичная сухая пере-
гонка топлива. Продуктами газификации топлива являются горючий 
газ, зола и шлаки. 

При подаче в газогенератор паровоздушной смеси получают ге-

нераторный  газ,  называемый  смешанным,  примерный  состав  кото-
рого (в %) следующий: 

Н

2

–

14 

СН

4 

–

1 

СО 

–

28 

СО

2 

–

6 

О

2 

–

0,2 

Н

2

S –

0,2 

N

2 

–

50,6 

Низшая  теплота  сгорания  смешанного  газа  Q

н

= 

5,5  МДж/м

3

; 

плотность 

ρ

= 

1,15 кг/м

3

. 

Водяной газ получают путем периодической продувки газогене-

ратора воздухом и паром. При подаче воздуха слой топлива аккуму-
лирует тепло, выделяющееся при частичном его сгорании, а при по-
ступлении водяного пара последний взаимодействует с углеводоро-
дом,  используя  аккумулированное  тепло  и  образуя  водяной  газ. 
Горючими компонентами будут являться водород и окись углерода. 

Под  термином  «газификация  топлива»  понимается  метод  полу-

чения  горючих  газов  при  неполном горении  топлива.  В  отличие от 
процесса  сухой  перегонки,  при  которой  в  результате  химического 
разложения топлива около 30% его переходит в газ и другие продук-
ты, а около 70% остается в виде твердого остатка – кокса, газифика-
ция  твердого  топлива  является  термохимическим  процессом,  при 
котором  углерод  коксового  остатка,  реагируя  с  кислородом,  нахо-
дящимся в свободном состоянии (воздух) или связанном (СО

2

, Н

2

О), 

дает  горючие  газы.  Твердыми  остатками  после  процесса  газифика-
ции являются зола и шлак. 

Практически  во  время  процесса  газификации  в  определенном 

слое топлива происходит также и процесс сухой перегонки, поэтому 
горючие газы газификации смешиваются с газами сухой перегонки и 
дают генераторный газ. 

Аппараты,  в  которых  получается  генераторный газ,  называются 

газогенераторами. Конструкция генератора представлена на рис. 1.1. 
Генератор  представляет  собой  вертикальную  шахту  из  листовой 

19 

стали,  обмурованную  из- 
нутри  огнеупорным  кирпи- 
чом.  Вверху  газогенератора  
имеется  загрузочный  люк  с  
размещенным  над  ним  уст- 
ройством  для  топлива.  Топ- 
ливо  загружается  на  колос- 
нике  4.  Необходимые  для  
газификации  воздух  и  пар  
подаются  под  колоснико- 
вую решетку. 

Горючие  газы  отводятся 

через  штуцер  6,  а  выгрузка 
шлака  производится  через 
люк 7. 

Процесс  образования  ге-

нераторного  газа  протекает 
по  зонам,  наличие  которых 
обусловлено  встречным  дви-
жением 

топлива 

(сверху 

вниз) и нагретых газов (снизу 
вверх). 

Между  кислородом  воз-

духа  и  углеродом  раскален-
ного  топлива  в  генераторе 
возможны следующие реакции: 

С + О

2

= 

СО

2

  (1.1) 

С + СО

2

= 

2СО                                       (1.2) 

2С + О

2

= 

2СО                                       (1.3) 

2СО + О

2

= 

2СО

2

                                     (1.4) 

Воздух, подводимый под колосники, проходя шлаковую подуш-

ку,  которая  образуется  на  колосниках  в  результате  сжигания  части 
топлива, подогревается за счет тепла шлаков и попадает в слой го-
рящего топлива. В слое топлива небольшой высоты, непосредствен-
но примыкающем к шлаковой подушке, кислород воздуха соединя-
ется с углеродом топлива, образуя главным образом углекислоту по 
реакции (1.1) и  частично  оксид  углерода  по реакции (1.3). Необхо-
димая высота этого слоя объясняется быстротой реакции (1.1). Про-