Удельная теплоемкость природного газа – Таблицы удельной теплоемкости веществ: газов, жидкостей, металлов, продуктов

Удельная теплота сгорания некоторых горючих материалов

Приведена таблица удельной теплоты сгорания некоторых горючих материалов (стройматериалы, древесина, бумага, пластик, солома, резина и т. д.). Следует отметить материалы с высоким тепловыделением при сгорании. К таким материалам можно отнести: каучук различных типов, пенополистирол (пенопласт), полипропилен и полиэтилен.

Источники:

1. Абрютин А. А. и др. Тепловой расчет котлов. Нормативный метод.
2. ГОСТ 147-2013 Топливо твердое минеральное. Определение высшей теплоты сгорания и расчет низшей теплоты сгорания.
3. ГОСТ 21261-91 Нефтепродукты. Метод определения высшей теплоты сгорания и вычисление низшей теплоты сгорания.
4. ГОСТ 22667-82 Газы горючие природные. Расчетный метод определения теплоты сгорания, относительной плотности и числа Воббе.
5. ГОСТ 31369-2008 Газ природный. Вычисление теплоты сгорания, плотности, относительной плотности и числа Воббе на основе компонентного состава.
6. Земский Г. Т. Огнеопасные свойства неорганических и органических материалов: справочник М.: ВНИИПО, 2016 — 970 с.

thermalinfo.ru

Физико-химические свойства природных газов. Пересчет состава газа и конденсата, страница 7

, мкПа∙с                                     (2.5.18)

где , , ρ_кр – соответственно плотность газа при Р и Т и критическая плотность.

Теплоемкость газа.

Теплоемкостью называется количество теплоты, необходимой для нагрева вещества на один градус. Мерой теплоемкости служит удельная теплоемкость, которая определяет количество теплоты единицы массы, моля и объема вещества для нагрева на один градус. Удельная теплоемкость бывает массовая, мольная и объемная. Для газов в зависимости от термодинамического процесса различают изобарную С_р и изохорную С_v удельные теплоемкости

,                                                                  (2.5.19)

Единицей измерения удельных теплоемкостей являются кДж/кМольК; кДж/кгК; кДж/м³К.

Изобарная мольная теплоемкость С_Р0 зависит от температуры, которая может быть выражена приближенно следующей формулой:

С_Р0=(1,936+0,00892∙Т)∙М^0,75, кДж/кМольК                                      (2.5.20)

где М – молекулярная масса углеводорода, погрешность расчетов не превышает в интервале температур от 233 до 393 К 5% для углеводородов от метана до пентана и 10% для углеводородов С₆Н₁₄ (С₇Н₁₆).

Для смесей идеальных газов изобарная мольная теплоемкость определяется по правилу аддитивности:

, кДж/кМольК                         (2.5.21)

где y_i – мольная доля i-го компонента.

Удельная изобарная мольная теплоемкость реальных природных газов зависит от давления и температуры.

С_Рсм=С_Р0см(Т)+∆С_Р(Р,Т),  кДж/кМольК                                            (2.5.22)

Значение ∆С_Р(Р,Т) определяется по графику в зависимости от приведенных параметров.

Для приближенных расчетов только в диапазоне 0,02<Р_пр≤4 и 1,3<Т_пр≤2,5 поправку ∆С_Р(Р,Т) можно рассчитать с погрешностью не более 10%:

∆С_Р(Р,Т)=32,6∙Р_пр/Т_пр⁴ , кДж/кМольК                                              (2.5.23)

Для более точных значений теплоемкости можно воспользоваться двух- и трехпараметрическими уравнениями состояния.

Коэффициент адиабаты можно определить приближенно – К

                                                                (2.5.24)

Для условий сеноманских залежей севера Тюменской области Л.М. Тухманом и Т.В. Нагаревой предложена формула расчета изобарной молярной теплоемкости С_Р:

, (2.5.25)

Теплопроводность газа.

Теплопроводность – один из видов переноса теплоты от более нагретых частей тела к менее нагретым, приводящий к выравниванию температуры. Одним из  показателей интенсивности передачи тепла является коэффициент теплопроводности, который определяет количество теплоты, проходящей через единицы площади за единицу времени при разности температур в один градус. Единицей измерения теплопроводности является  Вт/м∙К или Дж/м∙с∙К.

Коэффициент теплопроводности природных газов зависит от давления, температуры и состава газа. 

Коэффициент теплопроводности природных газов можно определить по следующей формуле:

λ_ат=[а+b(Т–273,15)+с(Т–273,15)²]∙0,001163, Вт/м∙К                        (2.5.26)

где λ_ат – коэффициент теплопроводности при давлениях до 0,3МПа и в интервалах температур 273÷423 К; коэффициенты а, b и с определяются по нижеприведенной таблице 2.5.1 в зависимости от К, значение которого рассчитывается по известному составу газа:

                                                                                 (2.5.27)

где К_i – значение эмпирического коэффициента для i-го компонента газа приведено в таблице 2.5.2, n_i – мольное содержание  i-го компонента.

Средняя ошибка по формуле (2.5.26) составляет около 2% при содержании в природном газе неуглеводородных компонентов не более 15%.

Таблица 2.5.1

vunivere.ru

Удельная теплоемкость газов

Удельная теплоемкость жидкостей.

Удельная теплоемкость

некоторых химических элементов.

Удельная теплоемкость

некоторых твердых веществ

 при температуре 20⁰С.

nika-fizika.narod.ru

Теплофизические свойства пластовых жидкостей, газов и горных пород

Теплофизическими параметрами пластовых жидкостей, газов и горных пород являются: коэффициенты теплоемкости, теплопроводности и температуропроводности.

Теплоемкость газа

Теплоемкость газа это отношение теплоты, подведенной к газу в определенном термодинамическом процессе, к соответствующему изменению температуры газа. В зависимости от вида процесса различают изобарную теплоемкость , когда процесс происходит при постоянном давлении , или изохорную , когда процесс происходит при постоянном объеме .

Отношение теплоемкости к единице количества газа называется удельной (массовой или молярной) теплоемкостью. Единицы измерения удельной теплоемкости: – Дж/кг·°С; ккал/кг·°С; кал/г ×°С. Соотношение между единицами выражается равенством 1кал/кг×°С = 4,1868 Дж/кг·°С.

Для практических расчетов используют массовую или молярную теплоемкость при постоянном давлении (изобарная теплоемкость). Изобарная теплоемкость газа при заданных и определяется по формуле:

, (3.1)

где – изобарная теплоемкость при атмосферном давлении и заданной температуре, ккал/кмоль·°С;

– поправка на давление, ккал/кмоль·°С.

Величина для природного газа известного состава определяется по формуле:

, (3.2)

где – изобарная теплоемкость при температуре и атмосферном давлении;

– массовая доля i-го компонента, д.е.

Величина определяется по графику (рис. 3.1), или рассчитывается по формуле:

, (3.3)

где – коэффициенты, определяемые для каждого компонента, табл. 3.1;

.

Поправка на давление определяется в зависимости от состава газа по двум или трем параметрам. Для определения по двум параметрам используется график на рис. 3.2.

Таблица 3.1

Коэффициенты уравнения 3.3

Так как теплоемкости и (рис. 3.1 и 3.2), приведены в ккал/кмоль×°С, для получения в ккал/(кг×°С) значение теплоемкости следует разделить на молекулярную массу газа .

Теплоемкость жидкости и породы

Теплоемкость жидкости или породы — это количество тепла, которое необходимо для нагревания 1 кг жидкости или породы на один градус. Исходными данными для расчета изобарной теплоемкости нефтей при атмосферном давлении являются: молярная масса , плотность , показатель преломления .

Расчет температурной зависимости изобарной теплоемкости в интервале температур от 0 до 200 °С проводится по формуле:

, (3.4)

где – удельная теплоемкость при температуре ,°С, кДж/кг·°К;

– удельная теплоемкость при некоторой фиксированной температуре °С, кДж/кг·К;

– температурный коэффициент теплоемкости, град^-1.

В качестве фиксированной температуры применены:

1. 20°С – для нефтей и нефтепродуктов с температурой застывания 20°С;

2. 70°С – для тяжелых высокопарафинистых нефтей с температурой застывания 20°С.

Показатель преломления рассчитывается по выражению:

, (3.5)

где для базовой температуры , для базовой температуры .

Величины, входящие в формулу 3.3, рассчитываются с помощью зависимостей:

, (3.6)

, (3.7)

при температуре застывания:

1. коэффициенты равны соответственно:

2,3504; 4,6588; -1,2306; -5,344;

15,730; 0,6114×10^-4; 8,645; -114,2;

2. при температуре застывания ³ 20°С = 70°С

= 2,897; = 0,2991; = 0,1611; = -1,7524;

= 7,8392; = -0,5233×10^-4; = 5,0285; = -54,32.

Удельная изобарная теплоемкость водонефтяной смеси определяется по формуле:

, (3.8)

где – истинное объемное содержание нефти и воды в жидкой фазе, соответственно – плотность нефти и воды.

Для жидкостей различие между теплоемкостью при постоянном давлении и теплоемкостью при постоянном объеме незначительно.

Для технических расчетов изобарную теплоемкость нефти можно вычислить по упрощенной формуле:

где – изобарная теплоемкость в Дж/кг·К,

– плотность нефти при фиксированной температуре, кг/м³.

Величина удельной изобарной теплоемкости осадочных горных пород зависит от его литологического состава, пористости и колеблется в пределах 0,8 ¸ 2,3 кДж/кг×°С.

Коэффициент Джоуля -Томсона

Отношение изменения температуры газа в результате его адиабатического расширения (дросселирования) к изменению давления называется дроссельным эффектом или эффектом Джоуля-Томсона.

Изменение температуры при снижении давления на 1 атм называется коэффициентом Джоуля-Томсона, который изменяется в широких пределах и может быть положительным или отрицательным.

Коэффициент Джоуля-Томсона для природных газов определяется из выражения:

, (3.9)

где – изобарная теплоемкость, ккал/кг·°С;

– функция, определяемая по графику, рис. 3.3 или по формуле Гухмана­‑Нагаревой:

(3.10)

При дросселировании газа происходит снижение температуры, а при дросселировании жидкостей, наоборот, ее увеличение. Значения коэффициента Джоуля-Томсона находится в пределах:

для газов -0,3 ¸ 0,6 °С/атм, для нефти = 0,02 ¸ 0,04 °С/атм.

Коэффициент Джоуля-Томсона для газов – по абсолютной величине в 10 раз больше, чем для жидких углеводородов.

infopedia.su

Тепловые свойства природных газов

⇐ ПредыдущаяСтр 3 из 15Следующая ⇒

Теплоемкость природного газа

Удельной теплоемкостью называется количество теплоты, которое необходимо подвести к единице массы вещества, чтобы изменить его температуру на 1 градус.

Для газов различают удельные теплоемкости: изобарную с_р (р=const) и изохорную с_v (v=const)

Изобарная молярная теплоемкость природных газов определяется по формуле:

с_р0=0,523(8,36+0,00892t)М_i^3/4, (2.10)

где t-температура, С; М_i-молекулярная масса I-го компонента природного газа.

Тогда для смеси газов формула (17) преобразуется следующим образом:

, (2.11)

где y_i-молярная доля I-го компонента в смеси, с_рi-изобарная молярная теплоемкость I-го компонента.

Изобарная молярная теплоемкость реальных природных газов зависит от давления и от температуры с_р=с_р0(t)+c_p (P,t), (2.12)

где c_p (P,t)-изотермическая поправка теплоемкости на давление, ее можно определить по номограмме в зависимости от приведенных параметров.

Для приближенных расчетов при 0,02≤Р_пр≤4, 1,3≤Т_пр≤2,5

c₀=32,600Р_пр/Т_пр⁴ кДж/(кмоль∙К) (2.13)

Теплоемкость неуглеводородных компонентов (N₂, H₂S и СО₂) примерно равна 0,5 теплоемкости углеводорода с одинаковой молярной массой.

Теплотоворная способность или теплота сгорания – количество тепла, выделяемое при сгорании при определенных условиях (чаще всего при Р=0,013 МПа и Т=288К). Единицы измерения — МДж/кг, МДж/м³ (ккал/кг, ккал/м³). Различают высшую и низшую теплоту сгорания. Для получения низшей теплоты сгорания из высшей вычитают тепло, расходуемое на испарение гигроскопической воды. Присутствие в смеси инертных газов понижает теплоту сгорания. При сгорании 1кг каменного угля выделяется 9 ккал, 1кг нефти – 11 ккал, 1м³ газа — 7 ккал.

Дросселирование – расширение газа при прохождении через дроссель — местное гидравлическое сопротивление (вентиль, кран, сужение трубопровода и т.д.), сопровождающееся изменением температуры. Дросселирование – термодинамический процесс, характеризующийся постоянством энтальпии (i = const). В процессе дросселирования реального природного газа при его движении через штуцер, задвижку, регулятор давления, клапан-отсекатель, колонны труб в скважине, неплотности в оборудовании промыслов уменьшается температура газа.

Изменение температуры газов и жидкостей при изоэнтальпийном расширении называется эффектом Джоуля-Томсона или дроссель-эффектом, а D_i часто называют коэффициентом Джоуля-Томсона.

D_i = (Т/р)_i = [T (V/Т)_p – V]/с_p, или D_i = Т/ Р, (2.14)

где Т – изменение температуры, а Р- изменение давления. Среднее значение коэффициента Джоуля—Томсона для природ­ного газа изменяется от 2 до 4 К/МПа в зависимости от составагаза,падения давления и начальной температуры газа. Для приближенных расчетов среднее значение коэффициента Джоуля—Томсона можно принимать равным 3 К/МПа. У жидко­стей D_i, <;0, поэтому при дросселировании они нагреваются. Для наибольшего снижения температуры газа в штуцере необходимо удалять жидкость из газового потока до его поступления в штуцер.Среднее значение коэффициента Джоуля—Томсона для нефти изменяется от 0,4 до 0,6 К/МПа, для воды оно составляет 0,235 К/МПа.

 

Опасные свойства природного газа

Токсичность

С увеличением молекулярной массы предельных углеводоро­дов их токсические свойства возрастают. Санитарными нормами проектирования промышленных предприятий предусмотрена в рабочей зоне производственных помещений предельно допустимая концентрация углеводородов (паров бензина), равная 0,3 мг/дм3. Из газовых компонентов природных и нефтяных газов осо­бенно токсичен сероводород. Сероводород — бесцветный газ. Относительная плотность его по воздуху 1,19. Человек чувст­вует сероводород (запах тухлых яиц) даже при содержании его в воздухе 0,0014—0,0023 мг/дм3. Однако даже при непро­должительном пребывании человека в сероводородной среде его обоняние притупляется. Сероводород является ядом, вызы­вающим паралич органов дыхания и сердца. Предельно допустимая концентрация се­роводорода в рабочей зоне производственных помещений —0,01 мг/дм3. Углекислый газ — бесцветный, практически без запаха. Об­щий характер действия на организм — наркотический и раздра­жающий кожу и слизистые оболочки. В высоких концентраци­ях вызывает быстрое удушье вследствие недостатка кислорода. При содержании 4—5% углекислого газа в воздухе у чело­века раздражается слизистая оболочка дыхательных путей и глаз, появляются кашель, головокружение, повышается кровя­ное давление. При вдыхании весьма высоких концентраций уг­лекислого газа наступает смерть от остановки дыхания (при 20% газа в воздухе смерть наступает через несколько секунд).

Способность к об­разованию взрывоопасных смесей

Природные углеводородные газы образуют взры­воопасные смеси с воздухом. Для каждых данных условий существуют два предела взрываемости газовоздушных смесей:

1) нижний предел соответствует минимальной концентрации горючего газа, при которой горение еще возможно;

2) верхний предел соответствует максиму­му этой концентрации.

С повышением давления смеси значительно возрастают пре­делы ее взрываемости. Горение и взрыв — однотипные химиче­ские процессы, но резко отличающиеся по интенсивности проте­кающей реакции. При взрыве реакция происходит очень быстро в замкнутом пространстве без доступа воздуха к очагу вос­пламенения взрывоопасной газовоздушной смеси. Скорость распространения детонационной волны горения при взрыве (900—3000 м/с) в несколько раз превышает ско­рость звука в воздухе при комнатной температуре. Сила взры­ва максимальна, когда содержание воздуха в смеси становится теоретически необходимым для полного сгорания. При концентрации газа в воздухе в пределах воспламенения и при наличии источника воспламенения произойдет взрыв; если же содержание газа в воздухе меньше нижнего и больше верхнего пределов воспламенения, то смесь не способна взорваться.

Рекомендуемые страницы:

lektsia.com

Теплотворная способность различных видов топлива. Сравнительный анализ

(рис. 14.1 – Теплотворная способность топлива) Обратите внимание на теплотворную способность (удельную теплоту сгорания) различных видов топлива, сравните показатели. Теплотворная способность топлива характеризует количество теплоты, выделяемое при полном сгорании топлива массой 1 кг или объёмом 1 м³ (1 л). Наиболее часто теплотворная способность измеряется в Дж/кг (Дж/м³; Дж/л). Чем выше удельная теплота сгорания топлива, тем меньше его расход. Поэтому теплотворная способность является одной из наиболее значимых характеристик топлива. Удельная теплота сгорания каждого вида топлива зависит: От его горючих составляющих (углерода, водорода, летучей горючей серы и др.). От его влажности и зольности. Таблица 4 — Удельная теплота сгорания различных энергоносителей, сравнительный анализ расходов. Вид энергоносителя Теплотворная способность Объёмная плотность вещества (ρ=m/V) Цена за единицу условного топлива Коэфф. полезного действия (КПД) системы отопления, % Цена за 1 кВт·ч Реализуемые системы МДж кВт·ч (1Мдж=0.278кВт·ч) Электричество — 1,0 кВт·ч — 3,70р. за кВт·ч 98% 3,78р. Отопление, горячее водоснабжение (ГВС), кондиционирование, приготовление пищи Метан (Ch5, температура кипения: -161,6 °C) 39,8 МДж/м³ 11,1 кВт·ч/м³ 0,72 кг/м³ 5,20р. за м³ 94% 0,50р. Отопление, горячее водоснабжение (ГВС), приготовления пищи, резервное и постоянное электроснабжение, автономный септик (канализация), уличные инфракрасные обогреватели, уличные барбекю, камины, бани, дизайнерское освещение Пропан (C3H8, температура кипения: -42.1 °C) 46,34 МДж/кг 23,63 МДж/л 12,88 кВт·ч/кг 6,57 кВт·ч/л 0,51 кг/л 18,00р. за л 94% 2,91р. Отопление, горячее водоснабжение (ГВС), приготовления пищи, резервное и постоянное электроснабжение, автономный септик (канализация), уличные инфракрасные обогреватели, уличные барбекю, камины, бани, дизайнерское освещение Бутан C4h20, температура кипения: -0,5 °C) 47,20 МДж/кг 27,38 МДж/л 13,12 кВт·ч/кг 7,61 кВт·ч/л 0,58 кг/л 14,00р. за л 94% 1,96р. Отопление, горячее водоснабжение (ГВС), приготовления пищи, резервное и постоянное электроснабжение, автономный септик (канализация), уличные инфракрасные обогреватели, уличные барбекю, камины, бани, дизайнерское освещение Пропан-бутан (СУГ — сжиженный углеводородный газ) 46,8 МДж/кг 25,3 МДж/л 13,0 кВт·ч/кг 7,0 кВт·ч/л 0,54 кг/л 16,00р. за л 94% 2,42р. Отопление, горячее водоснабжение (ГВС), приготовления пищи, резервное и постоянное электроснабжение, автономный септик (канализация), уличные инфракрасные обогреватели, уличные барбекю, камины, бани, дизайнерское освещение  Дизельное топливо 42,7 МДж/кг 11,9 кВт·ч/кг 0,85 кг/л 30,00р. за кг 92% 2,75р. Отопление (нагрев воды и выработка электричества – очень затратны) Дрова (берёзовые, влажность — 12%) 15,0 МДж/кг 4,2 кВт·ч/кг 0,47-0,72 кг/дм³ 3,00р. за кг 90% 0,80р. Отопление (неудобно готовить пищу, практически невозможно получать горячую воду) Каменный уголь 22,0 МДж/кг 6,1 кВт·ч/кг 1200-1500 кг/м³ 7,70р. за кг 90% 1,40р. Отопление МАРР газ (смесь сжиженного нефтяного газа — 56% с метилацетилен-пропадиеном — 44%) 89,6 МДж/кг 24,9 кВт·ч/м³ 0,1137 кг/дм³ -р. за м³ 0%   Отопление, горячее водоснабжение (ГВС), приготовления пищи, резервное и постоянное электроснабжение, автономный септик (канализация), уличные инфракрасные обогреватели, уличные барбекю, камины, бани, дизайнерское освещение (рис. 14.2 – Удельная теплота сгорания) Согласно таблице «Удельная теплота сгорания различных энергоносителей, сравнительный анализ расходов», пропан-бутан (сжиженный углеводородный газ) уступает в экономической выгоде и перспективности использования только природному газу (метану). Однако следует обратить внимание на тенденцию к неизбежному росту стоимости магистрального газа, которая на сегодняшний день существенно занижена. Аналитики предрекают неминуемую реорганизацию отрасли, которая приведёт к существенному удорожанию природного газа, возможно, даже превысит стоимость дизельного топлива. Таким образом, сжиженный углеводородный газ, стоимость которого практически не изменится, остаётся исключительно перспективным – оптимальным решением для систем автономной газификации.

antonio-merloni.ru