Dichtes Gas. Dichte von Erdgas unter normalen Bedingungen

Als wichtigste Energiequelle dient heute natürlich vorkommendes Gas. Alle gasförmigen brennbaren Verbindungen aus dem Erdinneren sind geruchlos und enthalten viele Verunreinigungen, die die Dichte beeinflussen Erdgas.

Solchen Gasen fehlen die dem Menschen bekannten physikalischen Indikatoren – Geschmack, Farbe, Geruch – anhand derer wir ihr Vorhandensein bestimmen können. Und doch zeichnen sie sich durch charakteristische Indikatoren aus, wie zum Beispiel: Dichte, Verbrennungstemperatur, Verbrennungswärme, Zusammensetzung, maximale Konzentration bei einer Explosion, Druck bei einer Explosion.

Unter vielen wichtigen physikalischen Indikatoren können wir die Dichte von Erdgas nennen. Dies ist ein Wert, der als Verhältnis von Masse zu Volumen berechnet wird und durch die Formel r = t/V angegeben wird. Die Dichte von Erdgas unter normalen Bedingungen liegt zwischen 0,73 und 0,85 kg/m3.

Eigenschaften von Gas

Es wird aus Lagerstätten gewonnen und besteht zu 82–98 % aus Methan, häufig mit Beimischungen anderer Kohlenwasserstoffe. Es enthält auch nicht brennbare Stoffe: Sauerstoff, Kohlendioxid, Stickstoff und Unmittelbar nach dem Abpumpen aus dem Untergrund wird das Gas von giftigem Schwefelwasserstoff befreit, sodass sein Gehalt auf die zulässigen 0,02 g/m3 gebracht wird. Die höchste Dichte von Erdgas entsteht durch den Gehalt an nicht brennbaren Gemischen aus N 2, CO 2, H 2 S oder schweren Kohlenwasserstoffen. Die niedrigsten Werte werden aus trockenen Methanumgebungen erhalten. Es ist bekannt, dass eine Erhöhung des Indikators einer physikalischen Größe eine Erhöhung der Temperatur der Hydratbildung mit sich bringt. Obwohl leichtes Gewicht auch in der Lage ist, Hydrate zu produzieren. Wenn das Gas in der Ablagerung hoch ist, verflüssigt es sich und eine solche Ablagerung wird als Gaskondensat bezeichnet.

Im Vergleich zu anderen Brennstoffarten (fest, flüssig) hat Erdgas, dessen Dichte ausschließlich von seiner Zusammensetzung abhängt, in mehrfacher Hinsicht Vorteile:

• niedrige Kosten – aufgrund einer wesentlich einfacheren Gewinnungs- und Transportmethode;
• Bei der Verbrennung entstehen keine Asche und keine festen Partikel;
• relativ hoher Brennwert;
• es ist keine vorherige Vorbereitung des blauen Brennstoffs für die Verbrennung erforderlich;
• die Arbeit des Wartungspersonals wird deutlich vereinfacht;
• die sanitären und hygienischen Bedingungen für die Arbeitnehmer werden erheblich verbessert;
• die Voraussetzungen für die Automatisierung technischer Prozesse werden vereinfacht.

Im Alltag gibt es Fälle, in denen der Gasdruck in den oberen Stockwerken des Hauses höher sein kann als in den unteren Stockwerken. Dies erklärt sich dadurch, dass der Indikator im Vergleich zu einer brennbaren Umgebung deutlich höher ist. In der Höhe nimmt der statische Druck stark ab und der Gasdruck weniger.

Methoden zur Messung der Dichte

Die Dichte von Erdgas wird im Labor bestimmt. Aufgrund der technischen und wirtschaftlichen Machbarkeit kann sie wie folgt berechnet werden:

• manuell;
• Verwendung von Tabellen, Grafiken, Diagrammen;
• Verwendung von Computern und automatisierten Geräten.

Die genaueste Methode besteht darin, die Testprobe in einen dünnwandigen Glasbehälter zu geben und sie dann auf einer genauen Waage zu wiegen. Es gibt auch spezielle Instrumente, die die Dichte von Erdgas messen. Dabei handelt es sich um Dichtemessgeräte unterschiedlichster Art – Schwingungs-, Pyknometer-, Akustik-, Hydrometrie-, Strahlungsmessgeräte und andere. Unter ihnen sind die Modelle Solartron 7812 und Solartron 3098 sehr bekannt, die eine kontinuierliche Messung im Durchfluss ermöglichen. In der Regel werden diese Modelle in gewerblichen Gaszähleranlagen eingesetzt.

Eins der wichtigsten physikalische Eigenschaften gasförmige Stoffe ist der Wert ihrer Dichte.

DEFINITION

Dichte- Das ist ein Skalar physikalische Größe, definiert als das Verhältnis der Körpermasse zum Volumen, das sie einnimmt.

Diese Größe wird üblicherweise mit dem griechischen Buchstaben r oder den lateinischen Buchstaben D und bezeichnet D. Als Maßeinheit für die Dichte gilt im SI-System kg/m 3 und im GHS g/cm 3 . Die Gasdichte ist ein Referenzwert, sie wird üblicherweise bei Luftdruck gemessen. u.

In Bezug auf Gase wird häufig der Begriff der „relativen Dichte“ verwendet. Dieser Wert ist das Verhältnis der Masse eines bestimmten Gases zur Masse eines anderen Gases im gleichen Volumen, bei gleicher Temperatur und gleichem Druck, die sogenannte relative Dichte des ersten Gases zum zweiten.

Beispielsweise beträgt unter normalen Bedingungen die Masse von Kohlendioxid in einem Volumen von 1 Liter 1,98 g und die Masse von Wasserstoff im gleichen Volumen und unter den gleichen Bedingungen beträgt 0,09 g, woraus sich die Dichte von Kohlendioxid durch Wasserstoff ergibt sein: 1,98 / 0,09 = 22.

Relative Gasdichte

Bezeichnen wir die relative Gasdichte m 1 / m 2 mit dem Buchstaben D. Dann

Daher ist die Molmasse eines Gases gleich seiner Dichte relativ zu einem anderen Gas, multipliziert mit der Molmasse des zweiten Gases.

Häufig werden die Dichten verschiedener Gase im Verhältnis zu Wasserstoff, dem leichtesten aller Gase, bestimmt. Da die Molmasse von Wasserstoff 2,0158 g/mol beträgt, lautet die Gleichung zur Berechnung der Molmassen in diesem Fall wie folgt:

oder, wenn wir die Molmasse von Wasserstoff auf 2 runden:

Wenn wir beispielsweise mit dieser Gleichung die Molmasse von Kohlendioxid berechnen, deren Dichte für Wasserstoff, wie oben angegeben, 22 beträgt, erhalten wir:

M(CO 2) = 2 × 22 = 44 g/mol.

Die Dichte eines Gases kann unter Laborbedingungen wie folgt unabhängig bestimmt werden: Sie müssen einen Glaskolben mit Hahn nehmen und ihn auf einer Analysenwaage wiegen. Das Anfangsgewicht ist das Gewicht des Kolbens, aus dem die gesamte Luft abgepumpt wurde, das Endgewicht ist das Gewicht des Kolbens, der bis zu einem bestimmten Druck mit dem zu prüfenden Gas gefüllt ist. Der erhaltene Massenunterschied sollte durch das Volumen des Kolbens geteilt werden. Der berechnete Wert ist die Dichte des Gases unter diesen Bedingungen.

p 1 /p N ×V 1 /m×m/V N = T 1 /T N ;

Weil m/V 1 = r 1 und m/V N = r N , das finden wir

r N = r 1 ×p N /p 1 ×T 1 /T N .

Die folgende Tabelle zeigt die Dichten einiger Gase.

Tabelle 1. Dichte von Gasen unter normalen Bedingungen.

Beispiele für Problemlösungen

BEISPIEL 1

Übung	Die relative Dichte des Gases für Wasserstoff beträgt 27. Der Massenanteil des Wasserstoffelements darin beträgt 18,5 % und des Borelements 81,5 %. Bestimmen Sie die Formel des Gases.
Lösung	Der Massenanteil des Elements X in einem Molekül der Zusammensetzung NX wird nach folgender Formel berechnet: ω (X) = n × Ar (X) / M (HX) × 100 %. Bezeichnen wir die Anzahl der Wasserstoffatome im Molekül mit „x“ und die Anzahl der Boratome mit „y“. Suchen wir den entsprechenden Verwandten Atommassen Elemente Wasserstoff und Bor (relative Atommassenwerte aus Periodensystem DI. Mendelejew, Runden auf ganze Zahlen). Ar(B) = 11; Ar(H) = 1. Wir teilen den prozentualen Gehalt an Elementen in die entsprechenden relativen Atommassen ein. So finden wir die Beziehung zwischen der Anzahl der Atome im Molekül der Verbindung: x:y = ω(H)/Ar(H) : ω (B)/Ar(B); x:y = 18,5/1: 81,5/11; x:y = 18,5: 7,41 = 2,5: 1 = 5: 2. Bedeutet einfachste Formel Die Verbindung aus Wasserstoff und Bor hat die Form H 5 B 2. Die Molmasse eines Gases kann anhand seiner Wasserstoffdichte bestimmt werden: M Gas = M(H 2) × D H2 (Gas); M-Gas = 2 × 27 = 54 g/mol. Um die wahre Formel der Verbindung aus Wasserstoff und Bor zu finden, ermitteln wir das Verhältnis der resultierenden Molmassen: M-Gas / M(H 5 B 2) = 54 / 27 = 2. M(H 5 B 2) = 5 × Ar(H) + 2 × Ar(B) = 5 × 1 + 2 × 11 = 5 + 22 = 27 g/mol. Das bedeutet, dass alle Indizes in der Formel H 5 B 2 mit 2 multipliziert werden sollten. Somit sieht die Formel des Stoffes wie H 10 B 4 aus.
Antwort	Gasformel - H 10 B 4

BEISPIEL 2

Übung	Berechnen Sie die relative Dichte von Kohlendioxid CO 2 in der Luft.
Lösung	Um die relative Dichte eines Gases im Vergleich zu einem anderen zu berechnen, muss die relative Molekülmasse des ersten Gases durch die relative Molekülmasse des zweiten Gases geteilt werden. Das relative Molekulargewicht der Luft wird mit 29 angenommen (unter Berücksichtigung des Gehalts an Stickstoff, Sauerstoff und anderen Gasen in der Luft). Es ist zu beachten, dass der Begriff „relative Molekülmasse der Luft“ bedingt verwendet wird, da Luft ein Gasgemisch ist. D Luft (CO 2) = M r (CO 2) / M r (Luft); D Luft (CO 2) = 44 / 29 = 1,52. M r (CO 2) = A r (C) + 2 × A r (O) = 12 + 2 × 16 = 12 + 32 = 44.
Antwort	Die relative Dichte von Kohlendioxid in der Luft beträgt 1,52.

Dichte von Gasen

Gase zeichnen sich im Gegensatz zu Flüssigkeiten durch eine geringe Dichte aus. Die normale Dichte eines Gases ist die Masse eines Liters bei 0 °C und einem Druck von 1 kgf/cm2. Die Masse eines Moleküls eines Gases ist proportional zu seiner Dichte.

Die Gasdichte c variiert proportional zum Druck und wird durch das Verhältnis der Gasmasse m zum Volumen V, das es einnimmt, gemessen:

Aus praktischen Gründen ist es praktisch, verschiedene Gase anhand ihrer Dichte im Verhältnis zu Luft unter den gleichen Druck- und Temperaturbedingungen zu charakterisieren. Da die Moleküle verschiedener Gase unterschiedliche Massen haben, ist ihre Dichte bei gleichem Druck proportional zu ihrer Molmasse.

Dichte von Gasen und das Verhältnis ihrer Dichte zur Luftdichte:

Grundlegende Gasgesetze

Ein charakteristisches Merkmal von Gasen ist, dass sie kein eigenes Volumen und keine eigene Form haben, sondern Gestalt annehmen und das Volumen des Behälters, in dem sie platziert sind, einnehmen. Gase füllen das Volumen des Gefäßes gleichmäßig aus und versuchen, sich auszudehnen und so viel Volumen wie möglich einzunehmen. Alle Gase sind stark komprimierbar. Moleküle realer Gase haben Volumen und wirken gegenseitige Anziehungskräfte, obwohl diese Größen sehr unbedeutend sind. Bei Berechnungen für reale Gase verwenden sie normalerweise Gasgesetze für ideale Gase. Ideale Gase sind gewöhnliche Gase, deren Moleküle kein Volumen haben und aufgrund des Fehlens anziehender Kräfte nicht miteinander interagieren und bei Kollisionen zwischen ihnen außer den Kräften des elastischen Stoßes keine anderen Kräfte wirken. Diese Gase folgen strikt den Gesetzen von Boyle – Mariotte, Gay-Lussac usw.

Je höher die Temperatur und je niedriger der Druck, desto eher entspricht das Verhalten realer Gase dem idealer Gase. Bei niedrigen Drücken können alle Gase als ideal angesehen werden. Bei Drücken von etwa 100 kg/cm2 betragen die Abweichungen realer Gase von den Gesetzen idealer Gase nicht mehr als 5 %. Da die Abweichungen realer Gase von den für ideale Gase abgeleiteten Gesetzen in der Regel vernachlässigbar sind, können die Gesetze für ideale Gase zur Lösung vieler praktischer Probleme frei verwendet werden.

Boyles Gesetz – Mariotte

Messungen des Gasvolumens unter dem Einfluss von Außendruck zeigten, dass zwischen Volumen V und Druck P liegt einfache Verbindung, ausgedrückt durch das Boyle-Mariotte-Gesetz: Der Druck einer gegebenen Masse (oder Menge) Gas bei einer konstanten Temperatur ist umgekehrt proportional zum Volumen des Gases:

P1: P2 = V1: V2,

wobei P1 der Gasdruck im Volumen V1 ist; P2 – Gasdruck im Volumen V2.

Es folgt dem:

P1 * V1 = P2* V2 oder P * V= const (bei t = const).

Dieses Postulat wird wie folgt formuliert: Das Produkt aus dem Druck einer gegebenen Gasmasse und ihrem Volumen ist konstant, wenn sich die Temperatur nicht ändert (d. h. während eines isothermen Prozesses).

Nehmen wir zum Beispiel 8 Liter Gas unter dem Druck P = 0,5 kgf/cm2 und ändern den Druck bei konstanter Temperatur, dann erhalten wir folgende Daten: Bei 1 kgf/cm2 nimmt das Gas ein Volumen von 4 ein Liter, bei 2 kgf/cm2 - 2 Liter, bei 4 kgf/cm2 - 1l; bei 8 kgf/cm2 - 0,5 l.

Somit führt bei konstanter Temperatur jede Druckerhöhung zu einer Verringerung des Gasvolumens und eine Verringerung des Gasvolumens zu einer Druckerhöhung.

Der Zusammenhang zwischen Gasvolumen und Druck bei konstanter Temperatur wird häufig für verschiedene Berechnungen in der Tauchpraxis verwendet.

Die Gesetze von Gay-Lussac und Charles

Das Gesetz von Gay-Lussac drückt die Abhängigkeit des Volumens und des Drucks eines Gases von der Temperatur aus: Bei konstantem Druck ist das Volumen einer bestimmten Gasmasse direkt proportional zu ihrer absoluten Temperatur:

wobei T1 und T2 die Temperatur in Kelvin (K) sind, die der Temperatur in °C + 273,15 entspricht; diese. 0°C? 273 K; 100 °C - -373 K und 0 °C = -273,15 °C.

Folglich führt jede Temperaturerhöhung zu einer Volumenvergrößerung, oder mit anderen Worten, die Änderung des Volumens einer gegebenen Gasmasse V ist direkt proportional zur Änderung der Temperatur t des Gases bei konstantem Druck (d. h. während). ein isobarer Prozess). Diese Position wird durch die Formel ausgedrückt:

wobei V1 das Gasvolumen bei einer bestimmten Temperatur ist; V0 ist das anfängliche Gasvolumen bei 0 °C; b - Volumenausdehnungskoeffizient des Gases.

Beim Erhitzen verschiedener Gase bei selbe Nummer Grad ist die relative Volumenzunahme für alle Gase gleich. Koeffizient b ist ein konstanter Volumenzuwachs für alle Gase, gleich 1/273 oder 0,00367 oC-1. Dieser Koeffizient volumetrische Ausdehnung Gase zeigt an, um welchen Bruchteil des bei 0 °C eingenommenen Volumens das Volumen des Gases zunimmt, wenn es bei konstantem Druck um 1 °C erhitzt wird.

Die Beziehung zwischen Druck und Temperatur unterliegt dem gleichen Muster, nämlich: Die Druckänderung einer gegebenen Gasmasse ist direkt proportional zur Temperatur bei konstantem Volumen (d. h. bei einem isochoren Prozess: aus dem Griechischen „isos“) - gleich und „horema“ – Kapazität), was durch die Formel ausgedrückt wird:

Pt = P0 (1 + bt),

wobei Рt der Gasdruck bei einer bestimmten Temperatur ist; Р0 – anfänglicher Gasdruck bei 0° C; b - Volumenausdehnungskoeffizient des Gases.

Diese Abhängigkeit wurde von J. Charles 25 Jahre vor der Veröffentlichung von J. L. Gay-Lussac festgestellt und wird oft als Charles‘ Gesetz bezeichnet. Auch die Abhängigkeit des Volumens von der Temperatur bei konstantem Druck wurde erstmals von Charles festgestellt.

Wenn die Temperatur eines Gases sinkt, nimmt auch sein Druck ab, und bei einer Temperatur von -273,15 °C ist der Druck jedes Gases Null. Diese Temperatur wird als absolute Nulltemperatur bezeichnet. Gleichzeitig das Chaos thermische Bewegung Moleküle und die Menge an thermischer Energie wird gleich Null. Die gegebenen Abhängigkeiten, die die Gesetze von Charles und Gay-Lussac zum Ausdruck bringen, ermöglichen die Lösung wichtiger praktischer Probleme bei der Vorbereitung und Planung von Unterwassertauchgängen, wie beispielsweise die Bestimmung des Luftdrucks in Zylindern bei Temperaturänderungen, der entsprechenden Änderung der Luftreserven und der in einer bestimmten Tiefe verbrachten Zeit usw. . P.

Ideale Gaszustandsgleichung

Verknüpft man den Zusammenhang zwischen Volumen, Druck und Temperatur und drückt ihn in einer Gleichung aus, so erhält man die Zustandsgleichung eines idealen Gases, die das Boyle-Mariotte- und das Gay-Lussac-Gesetz vereint. Diese Gleichung wurde zuerst von B.P. Clayperon abgeleitet, indem er die von seinen Vorgängern vorgeschlagenen Gleichungen umwandelte. Clayperons Gleichung besagt, dass das Produkt aus dem Druck eines Gases einer bestimmten Masse und seinem Volumen geteilt durch die absolute Temperatur ein konstanter Wert ist, der nicht vom Zustand abhängt, in dem sich das Gas befindet. Eine Möglichkeit, diese Gleichung zu schreiben, ist:

In diesem Fall hängt die Gaskonstante r von der Art des Gases ab. Beträgt die Gasmasse ein Mol (Gramm-Molekül), dann ist die Gaskonstante R universell und hängt nicht von der Art des Gases ab. Für eine Gasmasse von 1 Mol hat die Gleichung folgende Form:

Der genaue Wert von R beträgt 8,314510 J mol -1 K-1

Wenn wir nicht 1 Mol, sondern eine beliebige Gasmenge mit der Masse m nehmen, kann der Zustand eines idealen Gases durch die für Berechnungen geeignete Mendeleev-Claiperon-Gleichung in der Form ausgedrückt werden, in der sie erstmals von D. I. Mendeleev niedergeschrieben wurde im Jahr 1874:

wobei m die Gasmasse ist, g; M ist die Molmasse.

Die ideale Gaszustandsgleichung kann für Berechnungen in der Tauchpraxis verwendet werden.

Beispiel. Bestimmen Sie das Volumen, das 2,3 kg Wasserstoff bei einer Temperatur von + 10 °C und einem Druck von 125 kgf/cm2 einnehmen

wobei 2300 die Gasmasse ist, g; 0,082 - Gaskonstante; 283 - Temperatur T (273+10); 2 ist die Molmasse von Wasserstoff M. Aus der Gleichung folgt, dass der Druck, den das Gas auf die Gefäßwände ausübt, gleich ist:

Dieser Druck verschwindet entweder bei m > 0 (wenn das Gas fast verschwindet) oder bei V>? (wenn sich das Gas unbegrenzt ausdehnt) oder bei T > 0 (wenn sich die Gasmoleküle nicht bewegen).

Van-der-Waals-Gleichung

Sogar M. V. Lomonosov wies darauf hin, dass das Boyle-Mariotte-Gesetz bei sehr hohen Drücken nicht gelten kann, wenn die Abstände zwischen Molekülen mit ihrer eigenen Größe vergleichbar sind. Anschließend wurde vollständig bestätigt, dass Abweichungen vom Verhalten idealer Gase bei sehr hohen Drücken und sehr erheblich sein werden niedrige Temperaturen. In diesem Fall liefert die ideale Gasgleichung falsche Ergebnisse, ohne die Wechselwirkungskräfte zwischen Gasmolekülen und dem von ihnen eingenommenen Volumen zu berücksichtigen. Daher schlug Jan Diederik van der Waals 1873 vor, zwei Korrekturen an dieser Gleichung vorzunehmen: für den Druck und für das Volumen.

Avogadros Gesetz

Avogadro stellte eine Hypothese auf, nach der unter gleichen Temperatur- und Druckbedingungen alle idealen Gase, unabhängig von ihrer chemischen Natur, die gleiche Anzahl von Molekülen pro Volumeneinheit enthalten. Daraus folgt, dass die Masse gleicher Gasvolumina proportional zu ihrer Molekülmasse ist.

Basierend auf dem Avogadro-Gesetz können Sie bei Kenntnis der Volumina der untersuchten Gase deren Masse und umgekehrt anhand der Masse des Gases dessen Volumen bestimmen.

Gesetze der Gasdynamik

Daltons Gesetz. Der Druck eines Gasgemisches ist gleich der Summe der Partialdrücke (Partialdrücke) der einzelnen Gase, aus denen das Gemisch besteht, d. h. den Drücken, die jedes Gas einzeln erzeugen würde, wenn es im Volumen von derselben Temperatur aufgenommen würde die Mischung.

Der Partialgasdruck Pr ist proportional zum Prozentsatz C des gegebenen Gases und zum absoluten Druck Pac des Gasgemisches und wird durch die Formel bestimmt:

Pr = Pa6с С/100,

wobei Pr der Partialdruck des Gases in der Mischung ist, kg/cm2; C ist der volumetrische Gasgehalt in der Mischung, %.

Dieses Gesetz lässt sich veranschaulichen, indem man ein Gasgemisch in einem geschlossenen Volumen mit einem Satz unterschiedlich schwerer Gewichte vergleicht, die auf einer Waage platziert sind. Offensichtlich übt jedes Gewicht einen Druck auf die Waage aus, unabhängig davon, ob sich andere Gewichte darauf befinden.

Dichte von Gasen– ist die Masse eines Stoffes pro Volumeneinheit – g/cm3. Aus praktischen Gründen wird die relative Dichte von Gas im Verhältnis zu Luft verwendet, d. h. Verhältnis der Gasdichte zur Luftdichte. Mit anderen Worten: Dies ist ein Indikator dafür, um wie viel leichter oder schwerer ein Gas als Luft ist:

wobei ρ unter Standardbedingungen 1,293 kg/m 3 beträgt;

Die relative Dichte von Methan beträgt 0,554, Ethan – 1,05, Propan – 1,55. Deshalb sammelt sich Haushaltsgas (Propan) im Falle einer Leckage in den Kellern von Häusern an und bildet dort ein explosionsfähiges Gemisch.

Explosionen können erhebliche Stoßwellen erzeugen, die typischerweise den Ort zerstören, an dem sie auftreten. Außerdem kann es bei einem Gasleck im Freien vorkommen, dass sich das Gas mit Luft in einem Verhältnis vermischt, das innerhalb der Explosionsgrenze liegt. In diesem Fall kann der Funke einen lokalen Brand verursachen. Das nennt man Deflagration. Im Gegensatz zu einer Explosion ist die Druckwelle klein und hat nahezu keine zerstörerischen Auswirkungen, es sei denn, es entsteht später ein Großbrand, wenn brennbare Stoffe in der Nähe gefunden werden.

Verpuffungen treten meist im Freien, auf Gehwegen, Straßen usw. auf. und kann durch Brüche in den Rohren des Verteilungsnetzes verursacht werden. Der Wind kann die Gaswolke irgendwo weiter weg oder tief in ein Nachbarhaus bewegen, wo jeder Funke ein Feuer auslösen kann.

Verbrennungswärme oder Heizwert – die Wärmemenge, die bei der vollständigen Verbrennung von 1 m 3 Gas freigesetzt wird. Im Durchschnitt beträgt sie 35160 kJ/m3 (Kilojoule pro 1 m3).

Gaslöslichkeit in Öl hängt vom Druck, der Temperatur und der Zusammensetzung von Öl und Gas ab. Mit steigendem Druck erhöht sich auch die Löslichkeit des Gases. Mit zunehmender Temperatur nimmt die Gaslöslichkeit ab. Gase mit niedrigem Molekulargewicht sind in Ölen schwieriger zu lösen als fettere.

Bei einem Gasverlust im Rohr kommt es jedoch nicht immer zu einer Verpuffung. Es kann auch vorkommen, dass das angesammelte Gas schnell in die Atmosphäre gelangt und sich nicht entzündet. Während der industriellen Revolution im späten 18. Jahrhundert war Kohle die wichtigste Primärenergiequelle. Sie spielten auch in den nächsten 150 Jahren eine wichtige Rolle in der Energieszene. Erst im 20. Jahrhundert verdrängten Erdölprodukte und Erdgas nach und nach die Kohle aus verschiedenen Industriezweigen. Trotz düsterer Prognosen über seine weltweite Erschöpfung dehnt sich die Erdgasvorkommen heute ständig aus.

Mit zunehmender Öldichte, d.h. Mit zunehmendem Gehalt an hochmolekularen Verbindungen nimmt die Löslichkeit des darin enthaltenen Gases ab.

Ein Indikator für die Löslichkeit von Gas in Öl ist der Gasfaktor G, der die Gasmenge in 1 m 3 (oder 1 Tonne) entgastem Öl angibt. Sie wird in m 3 /m 3 oder m 3 /t gemessen.

Nach diesem Indikator werden Einlagen unterteilt in:

Der Hauptgrund für die Durchsetzung von Erdgas als Energiequelle ist seine Umweltfreundlichkeit. Während der Zeit, als Der allgemeine Trend Da die Entwicklung der globalen Industrie auf Investitionen in umweltfreundliche Produktionstechnologien ausgerichtet ist, wird Erdgas zur bevorzugten Primärenergiequelle. Wenn wir über den globalen Gasmarkt sprechen, dürfen wir natürlich einen weiteren Trend nicht vergessen, der nicht nur ein kurzfristiger, sondern auch ein langfristiger Aspekt ist, nämlich der ständige Anstieg seines Preises.

Die weit verbreitete Nutzung von Erdgas ist der Grund für die Entwicklung einer ganzen Industrie, die nicht nur Technologien zur Produktion, Speicherung und zum Transport von Erdgas umfasst, sondern auch zur Messung der Parameter und der Menge der Energieressource. Untersuchungen in Deutschland legen beispielsweise nahe, dass die makroökonomischen Vorteile für die Branche bei einer Verbesserung der Erdgasmessgenauigkeit um nur 1 % in der Größenordnung von mehreren Millionen Euro liegen würden.

1) Öl - G

2) Öl mit Tankdeckel - G- 650 - 900 m 3 / m 3;

3) Gaskondensat – G>900 m 3 /m 3.

Löslichkeit von Wasser in komprimiertem Gas.

Wasser löst sich in komprimiertem Gas unter hohem Druck. Dieser Druck ermöglicht es, Wasser in der Tiefe nicht nur in der flüssigen, sondern auch in der Gasphase zu bewegen, was seine größere Beweglichkeit und Durchlässigkeit gewährleistet Felsen. Mit zunehmender Wassermineralisierung nimmt seine Löslichkeit in Gas ab.

Ziel dieses Artikels ist es, Ihnen einen systematischen Überblick über die wichtigsten Methoden zur Bestimmung des Brennwerts und der Dichte von Erdgas zu geben. Der Grund dafür ist die Tatsache, dass in letzten Jahren Erdgas wird zunehmend sowohl in der Industrie als auch im Haushalt eingesetzt.

Anforderungen an den Heizwert des Brennstoffs. Es ist bekannt, dass Erdgas auf umweltfreundliche Weise verbrennt und dabei Kohlendioxid und Wasser erzeugt. Der Begriff Brennwert umfasst per Definition die gesamte Energie, die beim Verbrennungsprozess freigesetzt wird. Typischerweise werden zur Berechnung des natürlichen Heizwertes automatische Kalorimeter und Prozessgaschromatographen eingesetzt. Für diese Art von Messgeräten ist eine Bauartgenehmigung erforderlich Staatliche Agentur zu Messtechnik und technischer Überwachung.

Löslichkeit flüssiger Kohlenwasserstoffe in komprimierten Gasen.

Flüssige Kohlenwasserstoffe lösen sich gut in komprimierten Gasen und bilden Gas-Kondensat-Gemische. Dadurch entsteht die Möglichkeit der Übertragung (Migration) flüssiger Kohlenwasserstoffe in die Gasphase, was einen einfacheren und schnelleren Prozess ihrer Bewegung durch die Gesteinsmasse ermöglicht.

Mit zunehmendem Druck und steigender Temperatur nimmt die Löslichkeit flüssiger Kohlenwasserstoffe im Gas zu.

Grundsätzlich beträgt der maximal zulässige Fehler bei der Bestimmung des Brennwerts von Erdgas 8 %. Um die Genauigkeit der Messungen sicherzustellen, ist es notwendig, speziell definierte Bedingungen für den Messvorgang bereitzustellen. Darüber hinaus bestehen Anforderungen an den Einbau und die wiederkehrende Prüfung von Kalibriergaszählern. Zum Vergleich der erhaltenen Ergebnisse wird das normale Erdgasvolumen bestimmt.

Folglich werden alle Parameter von Erdgas bei der Berechnung ihres Volumens auf der Grundlage des sogenannten Normalvolumens, d. h. Gasvolumen bei bestimmten Temperatur- und Druckwerten. Unabhängig von ihren konstruktiven Unterschieden funktionieren alle Kalorimeter nach dem gleichen physikalischen Prinzip. Ein schematisches Diagramm des Kalorimeteraufbaus ist in Abb. dargestellt. Im Allgemeinen wird in der Brennkammer des Kalorimeters eine genau definierte Menge Erdgas verbrannt. Die bei der Verbrennung von Erdgas freigesetzte Wärme wird über einen Wärmetauscher auf eine bestimmte Menge Kühlmittel, meist Luft oder Gas, übertragen.

Kompressibilität von Lagerstättengasen- Dies ist eine sehr wichtige Eigenschaft von Erdgasen. Das Gasvolumen unter Lagerstättenbedingungen ist zwei Größenordnungen (d. h. etwa 100-mal) kleiner als sein Volumen unter Standardbedingungen auf der Erdoberfläche. Dies liegt daran, dass das Gas bei hohen Drücken und Temperaturen einen hohen Grad an Kompressibilität aufweist.

Der Grad der Kompressibilität wird durch den Volumenkoeffizienten des Lagerstättengases dargestellt, der das Verhältnis des Gasvolumens unter Lagerstättenbedingungen zum Volumen derselben Gasmenge unter atmosphärischen Bedingungen darstellt.

Der Heizwert des Kraftstoffs wird durch die Änderung der Kühlmitteltemperatur bestimmt. Genauer gesagt besteht ein direkter Zusammenhang zwischen der Temperatur des Kühlmittels und dem Heizwert des Kraftstoffs. Obwohl sich das Prinzip der Kalorimetrie seit ihrer Einführung nicht verändert hat, hat sich die Funktionalität moderner Instrumente zur Messung des Brennwerts von Kraftstoffen erheblich weiterentwickelt. Die moderne Kalorimetrie ist genauer durch verbesserte Verarbeitung, Speicherung und Analyse der Messwerte und noch größere Kommunikationsmöglichkeiten.

Mit einem solchen Messgerät wird der Brennwert ermittelt Gasgemische basierend auf dem Brennwert der einzelnen Komponenten der Mischung. Voraussetzung für die Untersuchung des Brennwerts von Gasgemischen mit einem Gaschromatographen sind natürlich Vorabinformationen über deren Zusammensetzung. Der Gaschromatograph ist unter Metrologen ein bekanntes Gasanalysegerät. Es wird seit Jahrzehnten in der Laborforschung eingesetzt. Der Hauptnachteil von Gaschromatographen ist ihre manuelle Bedienung, die ihren Einsatzbereich in Abhängigkeit vom Heizwert des Erdgases einschränkt.

Die Kondensationsbildung hängt eng mit den Phänomenen der Gaskompressibilität und der Löslichkeit flüssiger Kohlenwasserstoffe darin zusammen. Unter Lagerstättenbedingungen gehen flüssige Bestandteile mit zunehmendem Druck in einen gasförmigen Zustand über und bilden „gasgelöstes Öl“ oder Gaskondensat. Wenn der Druck sinkt der Prozess ist im Gange V umgekehrte Richtung, d.h. Es kommt zu einer teilweisen Kondensation von Gas (oder Dampf) in einen flüssigen Zustand. Daher wird bei der Gaserzeugung auch Kondensat an die Oberfläche gefördert.

Mit der Entwicklung der technologischen Chromatographie im Laufe der Jahre ist eine genaue Messung des Brennwerts von Erdgas auf der Grundlage dieses Prinzips Realität geworden. Es ist bekannt, dass das Hauptbauelement eines Gaschromatographen eine mit körnigem Material gefüllte Trennsäule ist. Die einzelnen Komponenten von Gasgemischen wandern über unterschiedliche Zeiträume vom Boden bis zum Kopf der Trennsäule. Durch Messung der Zeit, in der einzelne im Gasgemisch enthaltene Stoffe einen am Ausgang der Trennsäule installierten Sensor erreichen, wird die Menge der an der Zusammensetzung des Gasgemisches beteiligten Stoffe gemessen.

Kondensationsfaktor– KF ist die Menge an Rohkondensat in cm3 pro 1 m3 abgetrenntem Gas.

Man unterscheidet zwischen nassem und stabilem Kondensat. Rohkondensat ist eine flüssige Phase, in der gasförmige Bestandteile gelöst sind.

Aus Rohkondensat wird durch Entgasung stabiles Kondensat gewonnen. Es besteht nur aus flüssigen Kohlenwasserstoffen – Pentan und höheren.

Basierend auf dem berechneten Kaloriengehalt der einzelnen Komponenten wird der Heizwert des Gasgemisches berechnet. Methoden zur Bestimmung der Dichte von Erdgas. Es gibt viele Möglichkeiten, die Dichte von Erdgas zu bestimmen. Zu den am häufigsten verwendeten Prinzipien zur Bestimmung der Dichte von Erdgas gehört die Wirkung der Auftriebskraft. Diese Messgeräte analysieren die Auftriebskraft, die auf einen Körper mit genau definiertem Volumen und definierter Dichte in einer gasförmigen Umgebung einwirkt. Es ist bekannt, dass die Größe des Auftriebs von der Dichte des Gases abhängt.

Gaskondensate sind unter Standardbedingungen farblose Flüssigkeiten mit einer Dichte von 0,625 - 0,825 g/cm3 und einem Siedebeginn von 24 0 C bis 92 0 C. Großer Teil Fraktionen haben einen Siedepunkt von bis zu 250 0 C.

• Ethan (C 2 H 6),
• Propan (C 3 H 8),
• Butan (C 4 H 10).

sowie andere Nichtkohlenwasserstoffstoffe:

Wird häufig zur Bestimmung des Auftriebs in industriellen Anwendungen verwendet. Induktionsspule. Die Menge an elektrischem Strom, die zum Ausgleich der auf einen Körper in einer gasförmigen Umgebung wirkenden Antriebskraft erforderlich ist, ist proportional zur Dichte des Gases. Messgeräte nach dem beschriebenen Prinzip sind zur Bestimmung der Dichte von Gasströmen nicht geeignet. Diese Methode bietet eine hohe Genauigkeit bei der Bestimmung der Dichte einer stationären Erdgasmenge. Es wird hauptsächlich zum Messen verwendet normale Dichte.

Ein weiteres Prinzip zur Bestimmung der Dichte von Erdgas basiert auf der Anregung eines Schwingungsvorgangs. Diese Methode wird häufig zur Bestimmung der Dichte von Gasströmen verwendet. In der Messkammer der Geräte ist ein spezielles Element eingebaut, dessen Funktionsweise auf diesem Prinzip basiert. Es vibriert mit einer bestimmten, vorher bekannten Frequenz. Wenn Gas durch die Messkammer strömt, wird die Frequenz, mit der das Element flackert, gestört. Es wurde festgestellt, dass es keine gibt lineare Abhängigkeit zwischen der Gasströmungsdichte und der Frequenzverschiebung des Vibrationselements.

Reines Erdgas ist farb- und geruchlos. Um ein Leck anhand des Geruchs zu erkennen, fügen Sie hinzu eine kleine Menge Stoffe, die einen starken unangenehmen Geruch haben (fauler Kohl, faules Heu) (sog. Geruchsstoffe). Am häufigsten wird Ethylmercaptan als Geruchsstoff verwendet (16 g pro 1000 Kubikmeter Erdgas).

Es gibt eine Technik zur sehr genauen Bestimmung der Gasflussdichte entsprechend jedem Frequenzversatz. Zur Berechnung der normalen Gasdichte werden zwei Vibrationssensoren verwendet. Der erste Sensor ist in einer Kontrollmesskammer installiert, die mit einer genau definierten Menge Erdgas gefüllt ist. Die zweite Messkammer, in der sich ein weiterer Schwingungssensor befindet, ist mit Prüfgas gefüllt. Voraussetzung für die Richtigkeit der Messergebnisse ist, dass die Gastemperatur in beiden Kammern gleich ist.

Die Dichte des Erdgases in der zweiten Kammer wird durch die Differenz der Frequenzen geschätzt, mit denen die beiden Sensoren vibrieren. Der Grund für die weite Verbreitung eines solchen Erdgasdichtemessgeräts liegt in der hohen Genauigkeit, mit der die Schwingfrequenz des Schwingungssensors gemessen und weiterverarbeitet werden kann.

Um den Transport und die Lagerung von Erdgas zu erleichtern, wird es durch Abkühlung bei erhöhtem Druck verflüssigt.

Physikalische Eigenschaften

Ungefähre physikalische Eigenschaften (abhängig von der Zusammensetzung; unter normalen Bedingungen, sofern nicht anders angegeben):

Das dritte Prinzip, das auf der Nutzung eines Zentrifugalverfahrens basiert, wird auch zur Bestimmung der Dichte von Erdgas genutzt. Der Aufbau dieses Messgerättyps beinhaltet eine rotationssymmetrische Messkammer, in der ein Rotor mit konstanter Drehzahl eingebaut ist. Das zu analysierende Gas wird einem Mischer in der Kammer zugeführt. Durch die Zentrifugalkraft, die bei der Drehung des Mischers auf die Gasmoleküle ausgeübt wird, erhöht sich der Druck in der Kammer. Es besteht ein linearer Zusammenhang zwischen der Gasdichte und dem Druckanstieg in der Dosierkammer.

• Dichte:
  • von 0,68 bis 0,85 kg/m³ bezogen auf Luft (trocken gasförmig);
  • 400 kg/m³ (flüssig).
• Selbstentzündungstemperatur: 650 °C;
• Explosionsfähige Konzentrationen von Gas-Luft-Gemischen von 5 % bis 15 %
• Spezifische Verbrennungswärme: 28-46 MJ/m³ (6,7-11,0 Mcal/m³);
• Oktanzahl bei Verwendung in Verbrennungsmotoren: 120-130.
• 1,8-mal leichter als Luft, sammelt sich also im Falle einer Leckage nicht im Tiefland, sondern steigt nach oben

Erdgas, das aus den Tiefen der Erde gefördert wird, hat keinen Geschmack, keine Farbe und keinen Geruch. Um einen Geruch zu erzeugen, um ihn im Falle eines Lecks in der Luft zu erkennen, wird die Odorierung eingesetzt – das Einbringen einer stark riechenden Substanz in das Gas. Als Geruchsstoff wird Ethylmercaptan in einer Menge von 16 g pro 1.000 m3 Erdgas eingesetzt. Dadurch kann Erdgas in einer Konzentration von 1 % in der Luft nachgewiesen werden, was 1/5 der unteren Explosionsgrenze™ entspricht.

Das beschriebene Verfahren eignet sich zur Messung der Dichte von Gasströmen, unterscheidet sich jedoch nicht von den oben beschriebenen Prinzipien hoher Genauigkeit. Auf den tschechischen Ländern in Prag das ganze Jahr ein neues Fahrzeug erschien, ein Auto mit Benzinmotor. Der Einsatz von Gas im Transportwesen begann in der Tschechischen Republik innerhalb eines Jahres. Insbesondere der Einsatz von Flüssiggas zum Antrieb von Autos, Bussen und Traktoren. In diesen Jahren verkehrten Gasbusse auch in Krnov, Olomouc und Mlada Boleslav.

Damals wurde in Prag an der Tankstelle in Michli eine Kompressorstation zum Abfüllen von Flaschen installiert komprimiertes Gas. Unter normalen atmosphärischen Bedingungen liegt Propan-Butan gasförmig vor. Es lässt sich relativ einfach durch Abkühlen oder Komprimieren in einen flüssigen Zustand überführen. Der einfache Übergang zwischen zwei Zuständen ist für den praktischen Einsatz sehr nützlich. Propan-Butan ist derzeit das am häufigsten verwendete Gas im Transportwesen und wird seit Jahrzehnten als Fahrzeugkraftstoff verwendet.

Das wichtigste wärmetechnische Merkmal von Erdgas ist die Verbrennungswärme – die Wärmemenge, die bei der Verbrennung von 1 m3 trockenem Gas freigesetzt wird und abhängig vom Aggregatzustand der Verbrennungsprodukte: aus dem Brennstoff freigesetztes und dabei gebildetes Wasser Verbrennung von Wasserstoff und Kohlenwasserstoffen – in Dampf oder Flüssigkeit. Wenn der gesamte Wasserdampf in den Verbrennungsprodukten kondensiert und eine flüssige Phase bildet, wird die Verbrennungswärme als höchstes Q in s bezeichnet. Wenn keine Kondensation von Wasserdampf auftritt, wird die Verbrennungswärme als niedrigster Q n c = 35,8 bezeichnet.

Typischerweise verlassen Verbrennungsprodukte Kesselanlagen bei einer Temperatur, bei der keine Kondensation von Wasserdampf auftritt, daher wird in wärmetechnischen Berechnungen der Wert Q n c verwendet, der bei Erdgas nahe an der Verbrennungswärme von Methan liegt und beträgt 35,8 MJ/m 3 (8.550 kcal/m 3).

Die Dichte von Erdgas (Methan) beträgt unter Normalbedingungen (0°C und 0,1 MPa, also 760 mm Hg) ðг = 0,73 kg/m3. Die Luftdichte beträgt unter gleichen Bedingungen p = 1,293 kg/m3. Damit ist Erdgas etwa 1,8-mal leichter als Luft. Wenn Gas austritt, steigt es daher auf und sammelt sich in der Nähe der Decke, Decken und der Oberseite des Feuerraums.

Selbstentzündungstemperatur der Erdgaszündung = 645...700 °C. Dies bedeutet, dass sich jedes Gemisch aus Gas und Luft nach dem Erhitzen auf diese Temperatur ohne Zündquelle selbst entzündet und verbrennt.

Die Konzentrationsgrenzen der Zündung (Explosion) von Erdgas (Methan) liegen im Bereich von 5...15 %. Außerhalb dieser Grenzen ist das Gas-Luft-Gemisch nicht in der Lage, Flammen auszubreiten. Bei einer Explosion steigt der Druck in einem geschlossenen Volumen auf 0,8...1 MPa.

Zu den Vorteilen von Erdgas im Vergleich zu anderen Brennstoffarten (hauptsächlich Festbrennstoffen) gehören ein hoher Heizwert; relativ niedrige Kosten; Mangel an Lagerraum zur Lagerung; relativ hohe Umweltfreundlichkeit, gekennzeichnet durch das Fehlen fester Einschlüsse in Verbrennungsprodukten und eine geringere Menge schädlicher gasförmiger Emissionen; einfache Automatisierung des Verbrennungsprozesses; Möglichkeit, den Koeffizienten zu erhöhen nützliche Aktion(Wirkungsgrad) der Kesseleinheit; Erleichterung der Arbeit des Servicepersonals.

ρ = m (Gas) / V (Gas)

D durch Y (X) = M (X) / M (Y)

Deshalb:
D auf dem Luftweg = M (Gas X) / 29

Dynamische und kinematische Viskosität von Gas.

Die Viskosität von Gasen (das Phänomen der inneren Reibung) ist das Auftreten von Reibungskräften zwischen Gasschichten, die sich relativ zueinander parallel und mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten bewegen.
Die Wechselwirkung zweier Gasschichten wird als ein Prozess betrachtet, bei dem Impulse von einer Schicht auf eine andere übertragen werden.
Die Reibungskraft pro Flächeneinheit zwischen zwei Gasschichten, gleich dem Impuls, der pro Sekunde von Schicht zu Schicht durch eine Flächeneinheit übertragen wird, wird bestimmt durch Newtons Gesetz:

- Geschwindigkeitsgradient in der Richtung senkrecht zur Bewegungsrichtung der Gasschichten.
Das Minuszeichen zeigt an, dass der Impuls in Richtung abnehmender Geschwindigkeit übertragen wird.
- dynamische Viskosität.
, Wo
- Gasdichte,
- arithmetische Durchschnittsgeschwindigkeit von Molekülen,
- die durchschnittliche freie Weglänge von Molekülen.

- kinematischer Viskositätskoeffizient.

Kritische Gasparameter: Tcr, Pcr.

Die kritische Temperatur ist die Temperatur, oberhalb derer das Gas bei jedem Druck nicht in einen flüssigen Zustand übergehen kann. Der Druck, der zum Verflüssigen des Gases erforderlich ist kritische Temperatur, heißt kritisch. Gegebene Gasparameter. Die angegebenen Parameter sind dimensionslose Größen, die zeigen, wie oft die tatsächlichen Parameter des Gaszustands (Druck, Temperatur, Dichte, spezifisches Volumen) größer oder kleiner als die kritischen sind:

Nun Produktion und unterirdische Lagerung Gas

Gasdichte: absolut und relativ.

Die Gasdichte ist eines ihrer wichtigsten Merkmale. Wenn wir von der Dichte eines Gases sprechen, meinen wir normalerweise seine Dichte unter normalen Bedingungen (d. h. bei Temperatur und Druck). Darüber hinaus wird häufig die relative Dichte eines Gases verwendet, also das Verhältnis der Dichte eines bestimmten Gases zur Dichte von Luft unter gleichen Bedingungen. Es ist leicht zu erkennen, dass die relative Dichte eines Gases nicht von den Bedingungen abhängt, unter denen es sich befindet, da sich nach den Gesetzen des Gaszustands die Volumina aller Gase bei Druck- und Temperaturänderungen gleichermaßen ändern.

Die absolute Dichte eines Gases ist die Masse von 1 Liter Gas unter Normalbedingungen. Normalerweise wird sie bei Gasen in g/l gemessen.

ρ = m (Gas) / V (Gas)

Wenn wir 1 Mol Gas nehmen, dann:

und die Molmasse eines Gases kann durch Multiplikation der Dichte mit dem Molvolumen ermittelt werden.

Die relative Dichte D ist ein Wert, der angibt, wie oft Gas X schwerer ist als Gas Y. Sie wird als Verhältnis der Molmassen der Gase X und Y berechnet:

D durch Y (X) = M (X) / M (Y)

Für Berechnungen werden häufig die relativen Gasdichten von Wasserstoff und Luft verwendet.

Relative Dichte von Gas X in Bezug auf Wasserstoff:

D durch H2 = M (Gas X) / M (H2) = M (Gas X) / 2

Da Luft ein Gasgemisch ist, kann für sie nur die durchschnittliche Molmasse berechnet werden.

Sein Wert wird mit 29 g/mol angenommen (basierend auf der ungefähren durchschnittlichen Zusammensetzung).
Deshalb:
D auf dem Luftweg = M (Gas X) / 29