содержание   ..  1  2  3  4  5  6  7  8  9  10    ..

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СНГ И СПГ

Сжиженными называют такие углеводородные нефтяные газы, которые переходят из газообразного состояния в жидкое при нормальной температуре (без дополнительного охлаждения) и сравнительно невысоком давлении.

Свойства СНГ

 Основные характеристики — давление насыщенных паров, плотность газа, теплота сгорания, точка росы и элементарный состав. Физические свойства СНГ в значительной степени зависят от химического их состава.

Основные компоненты СНГ кипят при низких температурах, поэтому при нормальной температуре и атмосферном давлении они могут находиться только в газовой фазе. Для хранения СНГ в жидком виде необходимо повышать давление и тем больше, чем выше температура, что объясняется ростом давления насыщенных паров СНГ. Пропан и бутан при температуре соответственно 96,6 и 152,0 °С не могут существовать в жидкой фазе, даже в случае превышения давления соответственно 4,25 и 3,80 МПа. Такие параметры для пропана и бутана являются критическими.

Ниже приведены основные физико-химические свойства отдельных составляющих СНГ.

Давление насыщенных паров — давление паров в присутствии жидкой фазы. СНГ представляют собой насыщенные кипящие жидкости. При наличии свободной поверхности над жидкой фазой всегда возникает двухфазная система жидкость — пар. Давление паров СНГ изменяется в зависимости от температуры жидкой фазы. При температуре кипения СНГ давление насыщенных паров равно атмосферному. При повышении температуры внешней среды до температуры, равной критической температуре компонентов газа, давление насыщенных паров резко возрастает.

Зная давления насыщенных паров, можно правильно рассчитать объем, который может занимать СНГ при определенной максимальной температуре внешней среды, а также обеспечить подачу жидкой и газовой фаз в систему питания двигателя.

Этан, входящий в состав СНГ в незначительных количествах, обладает достаточно высоким давлением насыщенных паров. Последнее способствует поддержанию необходимого давления в баллоне при отрицательных температурах внешней среды. Бута-новая составляющая, которая включает нормальный бутан, изобутан, бутилен, изобутилен и другие изомеры, имеет высокую теплоту сгорания и легко сжижается. СНГ с большим содержанием бутана целесообразно применять при положительных температурах окружающей среды, особенно в районах с жарким климатом.

Компоненты газовой фазы СНГ подчиняются физическим законам состояния газа. Равновесное состояние идеального газа характеризуется уравнением состояния Менделеева — Клапейрона

pv=RT

де р — абсолютное давление; V — молярный объем идеального газа (V = 22,4 м3/моль при давлении 101,3 кПа и температуре 0°С); R-—газовая постоянная.

Компоненты газовой фазы СНГ несколько отличаются от состояния идельного газа, поэтому в уравнение Менделеева — Клапейрона необходимо ввести коэффициент сжимаемости Z, учитывающий уменьшение молярного объема газовой среды V при повышении давления по сравнению с молярным объемом идеального газа. Тогда уравнение состояния реального газа можно выразить в следующем виде: pV=RTZ.

Отклонение объема реального газа от идеального можно определить с помощью уравнения Ван-дер-Ваальса.
 

Значения постоянных Ван-дер-Ваальса для некоторых газов приведены ниже.

Давление насыщенных паров компонентов СНГ можно определить с достаточной степенью точности по формуле (1), используя метод последовательного приближения (итерационный метод) . В этом случае необходимо задавать произвольные значения абсолютного давления насыщенных паров сжиженного газа и его температуры. При заданных значениях давления и температуры находят константы равновесия Кг, а затем, пользуясь формулами (1) и (2), вычисляют давление насыщенных паров СНГ.

В зависимости от температуры газа насыщенные пары СНГ имеют широкие пределы изменения давления. При одной и той же температуре давление насыщенных паров различных углеводородов неодинаково.

Изменение парциального давления насыщенных паров различных углеводородов, входящих в состав СНГ, в зависимости от температуры показано на рис. 1.

Давление насыщенных паров оказывает заметное влияние на эффективность подачи газового топлива в двигатель. При отрицательных температурах для надежной подачи газа в баллоне необходимо иметь достаточное избыточное давление.

К факторам, влияющим на давление внутри баллона, относят температуру и соотношение основных компонентов СНГ (пропана и бутана). Изменение давления насыщенных паров Ар для различных составов СНГ в зависимости от температуры в баллоне показано на рис. 2. По графику можно определить граничные температуры эффективной работы газобаллонных автомобилей. Представленные зависимости позволяют выбирать компонентный состав СНГ для различных климатических регионов страны. Для смеси СНГ, состоящей из 80 % пропана и 20 % бутана, при температуре —25 °С давление насыщенных паров со-ставляет 0,1 МПа, а при температуре +30 СС достигает 0,8 МПа.

СНГ обладают большим коэффициентом объемного расширения. При полном заполнении баллона (паровая подушка отсутствует) даже незначительное повышение температуры может привести к резкому увеличению давления, которое в этом случае составит около 0,7 МПа на 1°С.

Расчетно-экспериментальные данные изменения объема газа в баллоне в зависимости от температуры газа приведены ниже.

В эксплуатационных условиях паровая подушка газового баллона для обеспечения безопасной эксплуатации автомобиля должна иметь определенный объем. Объем наровой подушки, составляющий 10 % полного объема, обеспечивает оптимальное давление в газовом баллоне при изменении температуры СНГ в пределах —10... +25 °С. Повышение температуры газа в указанных пределах может произойти лишь при длительном хранении автомобиля с полностью заправленным баллоном. Поэтому при постановке автомобиля на длительное хранение часть газа из баллона должна быть израсходована. При эксплуатации автомобиля, когда газ постоянно расходуют из баллона, вероятность подобной ситуации практически исключена.

Плотность СНГ в жидком состоянии определяют при температуре 15 СС и давлении, равном давлению насыщенных паров, а в газовом — при атмосферном давлении и температуре 0 и 15° С. Плотность СНГ в жидком состоянии, как и любой жидкости, не зависит от давления и является функцией температуры. Изменение плотности основных компонентов СНГ в зависимости от его температуры приведено на рис. 3.

С увеличением температуры СНГ плотность компонентов уменьшается в результате теплового расширения. При нормальных атмосферных условиях и температуре 15° С плотность пропана в жидком состоянии составляет 510 кг/м3, а бутана 580 кг/м3. Плотность

пропана в газовом состоянии при атмосферном давлении и температуре 15° С равна 1,9 кг/м3, а бутана — 2,55 кг/м3. При нормальных атмосферных условиях и температуре 15° С из 1 кг жидкого бутана образуется 0,392 м3 газа, а из 1 кг пропана 0,526 м3.

Относительная плотность основных газовых компонентов СНГ (по воздуху) составляет: для пропана 1,562, для бутана 2,091. В результате этого СНГ при наличии утечек могут скапливаться в искусственных (осмотровые канавы, траншеи и приямки) и естественных непроветриваемых углублениях, а также на поверхности земли, образуя взрывоопасную смесь.

Теплота сгорания — количество теплоты, выделяющееся при полном сгорании 1 м3 газа, при атмосферном давлении и температуре 20 СС является одним из важнейших количественных показателей топливно-энергетических возможностей СНГ.

Различают высшую QB и низшую QH теплоту сгорания газа. При определении высшей теплоты сгорания газа учитывают всю теплоту, выделившуюся во время сгорания и отведенную от продуктов сгорания путем их охлаждения до начальной температуры. На практике образовавшиеся пары воды не конденсируются и уносят часть теплоты, затраченной на нагревание 1 кг воды от 0 до 100 °С, которая равна 418,6 кДж.

При сгорании на испарение влаги, содержащейся в топливе и полученной от сгорания водорода, затрачивается теплота. Поэтому для характеристики газовых топлив на практике применяют низшую теплоту сгорания газа, которая является стандартной величиной.

Элементарный состав СНГ

Элементарный состав СНГ относят к числу наиболее важных оценочных параметров газа. Он позволяет судить о качестве СНГ. Зная элементарный состав СНГ, можно расчетным путем определить теплоту сгорания газа и количество воздуха, необходимое для полного его сгорания. Теплота сгорания (в кДж/кг) газа может быть рассчитана по формуле

В формуле (3) состав СНГ представлен в объемных долях или в процентах. СНГ характеризуется углеродным числом, представляющим собой отношение молекулярных масс углерода и водорода.

Газовое топливо имеет более благоприятное, чем бензин, соотношение С и Н. Углеродное число у современных бензинов составляет около 6, а у СНГ оно равно 4,9 (у ПГ 2,98). Более высокое содержание в газовом топливе водорода обеспечивает и его более полное сгорание в цилиндрах двигателя.

Точка росы паров СНГ при атмосферном давлении совпадает с температурой кипения. По мере увеличения давления точка

росы жидкой фазы СНГ заметно повышается. Бутан по сравнению с пропаном склонен к конденсации в большей степени.

содержание   ..  1  2  3  4  5  6  7  8  9  10    ..