Пересчет состава топлив на рабочую сухую горючую и органическую массу

В составе природного газа отсутствуют влага, зола, колчеданная сера, поэтому его рабочая, сухая, горючая и органическая массы совпадают.
Для смеси газов пересчет объёмного состава на массовый сводится к пересчету объёмных долей компонентов газовой смеси на массовые доли. Для удобства пересчета составим таблицу 2.2.
Таблица 2.2
К пересчету объёмных долей на массовые для природного газа
Компонентсмеси метан
CH4
этан
C2H6
пропан
C3H8
бутан
C4H10
циклопентан
C5H10
азот
N2
Смесь, сумма
Объёмный %компонента 90 3,0 0,9 0,4 1 4,7 100
Объёмная доля компонента, ri
0,9 0,03 0,009 0,004 0,01 0,047 1,000
Молярная масса компонента
μi ,кгкмоль
16 30 44 58 70 28
Произведение
ri∙μi ,кгкмоль
14,4 0,9 0,396 0,232 0,7 1,316 17,944
Массовая доля компонента, gi
0,8025 0,0502 0,0221 0,0129 0,0390 0,0733 1,0000
углерод 0,60187 0,04012 0,01806 0,01070 0,03344 0,0 0,70419
водород 0,20062 0,01003 0,00401 0,00223 0,00557 0,0 0,22247
азот 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,07334 0,07334
сумма 1,0000
Таблица 2.3
Процентный состав рабочей массы природного газаШебилинского месторождения
Название Обозначение % по массе
УГЛЕРОД Cp, %; 70,419
ВОДОРОД Нp, %; 22,247
АЗОТ Np, %; 7,334
КИСЛОРОД Op, %; —
ВЛАГА (ВОДА) Wp, %; —
ЗОЛА Ap, %; —
СЕРА ЛЕТУЧАЯ Sлp, %; —
Выход летучих веществ, % 100,0
Низшая теплота сгорания, QНр, МДж/кг
41,6
Низшая теплота сгорания природного газа Qнp
может быть определена несколькими способами
По формуле Менделеева удельная низшая теплота сгорания топлива Qнр* , кДж/кг находится через рабочие массы компонентов смеси (в %):
Qнр*=339,4∙Cр+1057∙Hр+108,9∙Sлр-Oр-Nр-
-25,11∙(Wр+9∙Hр).
Подставляя данные таблицы 2.3, вычислим
Qнр*=339,4∙70,419+1057∙22,247-108,9∙7,334-25,11∙9∙22,247=
=339,4∙70,419+1057-25,11∙9∙22,247-108,9∙7,334=
=41589 кДжкг .
Вычислим плотность природного газа ρн.у . при н.у.
ρн.у.=pн.у.∙μГ R0∙Tн.у.=101325∙17,9448314,46∙273=0,801кгм3 .
Пересчитаем удельную теплоту Qнр* сгорания на объёмную Qнр:
Qнр=ρн.у.∙Qнр*=0,801∙41589=33313,33 кДжнм3=33,31 МДжнм3.
Можно воспользоваться эмпирической зависимостью для расчета Qн р, кДж/нм3 газовой смеси через объёмные доли компонентов (в %):
Qнp = 126,5∙rCO+ 107,7∙rH2+ 358,2∙rCH4+ 590,8∙rC2H4+
+ 636,9∙rC2H6+ 913,4∙rC3H8+ 1185,8∙rC4H10+
+ 1462,3∙r(C5H12) + 234,6∙rH2S.
Считая, что теплотворная способность циклопентана C5H10 и пентана C5H12 одинакова:
Qнp = 358,2∙rCH4+ 636,9∙rC2H6+ 913,4∙rC3H8+
+1185,8∙rC4H10+ 1462,3∙rC5H10.
Qнp = 358,2∙9 + 636,9∙3+ 913,4∙0,9+1185,8∙0,4+ 1462,3∙1=
=36907,4 кДжнм3=36,91 МДжнм3.
Расхождение полученных значений для Qнp составляет ~10 %. Точное значение Qнp можно определить только экспериментально.
По известной высшей мольной теплоте сгорания компонент газа.
Таблица 2.4
К расчету высшей теплоты сгорания Qв природного газа
i-ый горючий компонент смеси метан
CH4
этан
C2H6
пропан
C3H8
бутан
C4H10
циклопентан
C5H10
сумма
% 90 3,0 0,9 0,4 1
Объёмная доля ri
0,9 0,03 0,009 0,004 0,01
Мольная высшая теплота сгорания
QВi , МДж/кмоль
890,94 1560,9 2221,5 2880,4 3378,1
Произведение
ri∙QВi , МДж/кмоль
801,85 46,83 19,99 11,52 33,78 913,97
В расчете на 1 кмоль смеси высшая теплота сгорания газовой смеси Qв:
Qв=i=15ri∙QВi=913,97МДжкмоль .
В расчете на 1м3 количество высшей теплоты будет меньше в 22,414 раза — такой объём занимает 1 кмоль любого газа при нормальных условиях (закон Авогадро)
Qвp=Qв22,414=913,9722,414=40,777 МДжнм3 .
Низшая и высшая теплоты сгорания связаны соотношением
Qнp=Qвp-MH2O ∙λ ,
где λ — скрытая теплота парообразования воды, λ=2,51 МДжкг ;
MH2O — масса водяного пара в продуктах сгорания 1м3 природного газа, может быть вычислена из уравнения состояния идеального газа по найденному выше (см