Gas. Idealan gas

Tečni prirodni gas ili skraćeno LNG, kako je to uobičajeno zvati u energetskoj industriji (engleski odn. Tečni prirodni gas, skr. LNG) je običan prirodni plin ohlađen na -162°C (tzv temperatura tečenja) za skladištenje i transport u tečnom obliku. Ukapljeni plin se skladišti na tački ključanja, koja se održava zbog LNG isparavanje. Ovaj način skladištenja LNG-a je zbog činjenice da za metan, glavna komponenta LNG-a kritična temperatura je -83°C, što je mnogo niže od temperature okoline i ne omogućava skladištenje tečnog prirodnog gasa u rezervoarima visokog pritiska (za referencu: kritična temperatura za etan je +32°C, za propan +97°C). Za upotrebu, LNG se isparava u prvobitno stanje bez prisustva zraka. Na ( vraćanje gasa u prvobitno stanje pare) iz jednog kubnog metra tečnog gasa nastaje oko 600 kubnih metara običnog prirodnog gasa.

TNG temperatura

Ekstremno niska temperatura LNG-a to čini kriogena tečnost. Općenito pravilo, tvari s temperaturom od -100°C (-48°F) ili čak niže smatraju se kriogena i zahtijevaju posebne tehnologije za obradu. Poređenja radi, najniža zabilježena temperatura na Zemlji je -89,2°C (Antarktik), au naselju -77,8°C (selo Ojmjakon, Jakutija). Kriogena temperatura ukapljenog prirodnog plina znači da kontakt s LNG-om može promijeniti svojstva materijala u kontaktu, koji će naknadno postati krti i izgubiti snagu i funkcionalnost. Stoga se u LNG industriji koriste posebne tehnologije.

Hemijski sastav LNG-a

Sirova nafta i prirodni gas su fosilna goriva poznata kao "ugljovodonici" jer sadrže kemijske kombinacije atoma ugljika i vodika. Hemijski sastav prirodnog gasa zavisi od toga gde se gas proizvodi i prerađuje. Tečni prirodni gas predstavlja mješavina metan, etan, propan i butan sa malom količinom težih ugljikovodika i nekim nečistoćama, posebno kompleksima dušika i sumpora, vodom, ugljičnim dioksidom i sumporovodikom, koji mogu postojati u izvornom plinu, ali se moraju prije ukloniti. Metan je najvažnija komponenta, obično, iako ne uvijek, više od 85% zapremine.

LPG Gustina

Pošto je LNG mešavina, gustina tečnog prirodnog gasa neznatno varira sa svojim stvarnim sastavom. Gustina tečnog prirodnog gasa, općenito je u rasponu od 430-470 kilograma po kubnom metru, a njegova zapremina je približno 1/600 zapremine gasa u atmosferskim uslovima. To ga čini oko trećinu lakšim od vazduha. Druga posljedica ovih činjenica je da LNG ima manju gustoću od vode, što mu omogućava da pluta na površini u slučaju izlijevanja i prilično brzo se vraća u paru.

Ostala svojstva LNG-a

Ukapljeni prirodni plin je bez mirisa, boje, nekorozivan, nezapaljiv i netoksičan. LNG se skladišti i transportuje na ultra niskim temperaturama pri atmosferskom pritisku (bez visokih pritisaka). Kada je izložen okolini, LNG brzo isparava, ne ostavljajući tragove na vodi ili tlu.

U njegovom tečni oblik Tečni prirodni gas nema sposobnost da eksplodira ili zapali. At isparavanje prirodni gas se može zapaliti ako dođe u kontakt sa izvorom sagorevanja i ako je koncentracija pare u vazduhu između 5 i 15 procenata. Ako je koncentracija isparenja plina manja od 5 posto, tada nema dovoljno pare za pokretanje požara, a ako je veća od 15 posto, tada će doći do nedostatka kisika u okolini.

Prednosti LNG-a

Gustina gasa se povećava stotinama puta, što povećava efikasnost i udobnost skladištenja, kao i transport i potrošnju energije.
Tečni prirodni gas - netoksična kriogena tečnost, koji se čuva u termoizolovanoj posudi na temperaturi od –162°C. Velike količine LNG-a mogu se skladištiti na atmosferskom pritisku.
Mogućnost interkontinentalnog transporta LNG-a specijalnim vozilima, kao i prevoza železničkim i drumskim transportom u cisternama.
Tečni prirodni gas omogućava gasifikaciju objekata udaljenih od magistralnih cjevovoda na velike udaljenosti stvaranjem LNG rezerve direktno kod potrošača, izbjegavajući izgradnju skupih cjevovodnih sistema.

Sa stanovišta potrošača, prednosti ukapljenog prirodnog gasa, zasnovanog na njemu, leže i u činjenici da LNG nije samo izvor gasa koji se transportuje gasovodima, već i izvor NGL (široka frakcija lakih ugljovodonika- etan, propan, butan i pentane) koji su dio LNG-a i oslobađaju se iz LNG-a tokom regasifikacija. Ovi ugljovodonici se koriste kao petrohemijske sirovine i kao izvor ekološki prihvatljivog goriva za različite vidove transporta (kao i u svakodnevnom životu). U će biti odabir razlomka sa 2 + ili sa 3 +. Mogućnost transporta NGL kao dio ukapljenog prirodnog plina djeluje ne samo u korist potrošača, već rješava i probleme proizvođača u pogledu transporta NGL sa gasnog polja.

Tečni prirodni gas je siguran, ekološki prihvatljivo gorivo sa visokim energetskim performansama i oktanskim brojem. LNG cijena po trošku za potrošača je niža od cijene tečnog naftnog plina, lož ulja, a još više dizel goriva.

GAS. gasovitom stanju naziva se stanje materije u kojem su sile koje djeluju između molekula izuzetno male, a dimenzije samih molekula su zanemarljive u usporedbi s prazninama između njih. Između sudara, molekuli plina se kreću pravolinijski, ravnomjerno i potpuno nasumično. Kada se zagrijavaju i razrjeđuju, svi plinovi teže graničnom stanju tzv. idealnog, tj. savršen gas.

AT idealan gas međumolekulske sile su ravne nuli, a zapremina samih molekula je beskonačno mala u poređenju sa zapreminom međumolekularnog prostora. Stanje idealnog gasa je ono granično razblaženo stanje materije kojem sva prirodna tela teže pri dovoljno visokim temperaturama i dovoljno niskim pritiscima; ovo je poseban značaj stanja idealnog gasa, koji je, štaviše, najlakše podložan istraživanju i stoga najpotpunije proučavan. Supstanca koja ispunjava međuplanetarni prostor u ekstremnom razrjeđivanju može se smatrati u stanju idealnog plina.

Pritisak plina (p) je određen udarom molekula plina na stijenke posude. Prema kinetičkoj teoriji, prosječna kinetička energija molekula plina proporcionalna je apsolutnoj temperaturi. U kinetičkoj teoriji je pokazano da idealni plin striktno poštuje sljedeću jednadžbu stanja, koja povezuje tri parametra stanja: v, T i p, od kojih su dva nezavisna, a treći je njihova funkcija:

Ova jednadžba ( Clapeyronova jednadžba) sadrži u eksplicitnom obliku tri osnovna zakona stanja idealnog gasa:

1) Boyle-Mariotteov zakon. Pri konstantnoj temperaturi (T), proizvod (p∙v) za datu količinu idealnog gasa je konstantna vrijednost (p∙v = Const), tj. zapremina idealnog plina (v) je obrnuto proporcionalna njegov pritisak (p): izoterme idealnog gasa u koordinatnom sistemu (v, p) su jednakostranične hiperbole čije su asimptote koordinatne ose.

2). Pri konstanti (p), volumen date količine idealnog plina raste linearno s temperaturom:

(v 0 - zapremina na temperaturi = 0 ° C, α - koeficijent ekspanzije idealnog gasa). Promjena (p) s temperaturom na v = Const slijedi isti zakon:

(α) u jednačini (3) - koeficijent pritiska, numerički jednak koeficijentu ekspanzije (α) u jednačini (2) = 1/273,1 = 0,00367 - vrednost nezavisna od prirode gasa i ista za sve idealne gasove; p 0 - pritisak na temperaturi \u003d 0 ° C. Uvođenje apsolutne temperature umjesto temperature

umjesto jednačina (2) i (3) nalazimo:

3) Avogadrov zakon. Jednačina (1) to pokazuje gasna konstanta R \u003d p 0 ∙ v 0 / 273,1 je proporcionalan normalnoj zapremini v 0 koju zauzima određena količina plina u normalnim uvjetima (p 0 = 1 Atm i t 0 = 0 ° C = 273,1 ° K), tj. leđa je proporcionalna gustini gasa u normalnim uslovima D 0 . Prema Avogadrovom zakonu, sa istim (p) i (T), svi idealni gasovi sadrže u jednakim zapreminama (na primer, jednakim v 0) jednak broj molekula. Obrnuto: jednak broj molekula (na primjer, 1 mol = 1 gram molekula) bilo kojeg plina u idealnom stanju zauzima isti volumen v 0 u normalnim uvjetima, bez obzira na prirodu plina (1 mol bilo koje tvari sadrži N 0 = 6,06∙10 23 pojedinačna molekula - Avogadrov broj). Pronađen sa velikom tačnošću normalan molarni volumen bilo koji idealni gas (V 0) m je jednak 22,412 litara/mol. Odavde možete izračunati broj molekula u 1 cm 3 bilo kojeg idealnog plina u normalnim uvjetima: n0 = 6,06 ∙ 10 23 / 10 3 ∙ 22,416 = 2,705 ∙ 10 19 cm 3 (Loshmit broj). Koristeći jednačinu (1), Avogadrov zakon se izražava u činjenici da će plinska konstanta R kada se izračuna za 1 mol bilo kojeg plina biti ista, bez obzira na prirodu plina. To. R je univerzalna konstanta s dimenzijom [ Posao]/[težina][temperaturu] i izražava rad ekspanzije 1 mola idealnog plina kada se zagrije za 1 ° C na p \u003d Const:

ovo je fizičko značenje R.

pronađite numeričku vrijednost

U drugim jedinicama, R vrijednosti (po 1 molu) su:

Pored analizirana tri zakona, iz jednačine (1) stanja idealnog gasa u sprezi sa dva zakona termodinamike, slede i sledeći osnovni zakoni:

4) Jouleov zakon. Jedna od opštih jednačina termodinamike

daje, zajedno sa jednadžbom (1), sljedeće uslove za unutrašnju energiju U idealnog plina:

tj. U idealnog gasa je funkcija samo T (Jouleov zakon); prilikom izotermnog širenja idealnog gasa sva apsorbovana toplota se pretvara u spoljašnji rad, a pri izotermnoj kompresiji sav utrošeni rad se pretvara u oslobođenu toplotu.

5) Toplotni kapaciteti idealnog gasa pri konstantnoj zapremini c v i pri konstantnom pritisku c p su funkcije samo od T. Termodinamika daje opšte jednačine

ali za idealni gas (p) i (v) su linearno zavisni od (T), prema Gay-Lussacovom zakonu (4) i (5); stoga se desni dijelovi jednačine (9) pretvaraju u 0 i

Toplotni kapaciteti c p i c v nisu nezavisni jedan od drugog, već su povezani za idealni gas jednostavnim uslovom:

koji proizlaze iz zakona o plinu (R ima dimenziju toplinskog kapaciteta), tj. ako su c p i c v povezani sa 1 molom idealnog plina, onda se međusobno razlikuju za 2 (tačnije, za 1,986) - cal / mol ∙ deg.

U kinetičkoj teoriji prihvaćeno je, prema principu ravnomerne raspodele energije, da za svaki stepen slobode molekula gasa postoji energija k 0 ∙T / 2, a za 1 mol postoji

(k 0 \u003d -R / N 0 je plinska konstanta izračunata za 1 molekul - Boltzmannova konstanta). Broj stupnjeva slobode (i) je broj vrsta mehaničke energije koje su neovisne jedna o drugoj, koju ima molekul plina. Zatim energija od 1 mol

(približno, uz pretpostavku da je R = 2, c v = i, c p = i + 2).

U teoriji gasa, relacija c p /c v = γ igra važnu ulogu; iz jednačina (11) i (12):

U najjednostavnijem slučaju jednoatomski gas(čija se molekula sastoji od 1 atoma, koliki su plemeniti plinovi i pare mnogih metala) i je najmanji i jednako je 3: cjelokupna energija molekule svodi se na kinetičku energiju njegovih translacijskih kretanja, koja se mogu izvesti u tri nezavisni međusobno okomiti pravci; onda

a γ ima najveću moguću vrijednost: γ = 5/3 = 1,667. Za dijatomski gasovi(H 2 , O 2 , N 2 , CO i drugi) mogu se smatrati I \u003d 3 + 2 (dvije rotacije oko dvije međusobno okomite ose okomite na liniju koja povezuje oba atoma); tada je c v = 4,96 ≈ 5, cr = 6,95 ≈ 7 i γ = 7/5 = 1,40. Za triatomski gas(N 2 O, SO 2, H 2 S, N 2 O) i = 3+3 (rotacija oko tri međusobno okomite ose) i c v = 5,96 ≈ 6, cr = 7,95 ≈ 7 i γ = 4/ 3 = 1,33.

Daljnjim usložnjavanjem strukture molekula, tj. povećanjem i, c v i c p se povećavaju, a γ = 1 + 2/i i teži 1. Tabela. 1 pokazuje da se sve rečeno dobro slaže sa eksperimentalnim podacima, da je γ uvijek >1 i ≤1,667 i ne može biti = 1,50 (za i = 4).

Za jednoatomne plinove, c v i c p, u skladu s teorijom, praktički se ne mijenjaju s temperaturom (na primjer, za Ar, vrijednosti c v i c p leže u rasponu od 2,98 do 3,00 između temperatura = 0 ° i 1000 °C). Promjene u c v i c p sa temperaturom su objašnjene u kvantnoj teoriji. Međutim, toplinski kapaciteti plinova koji su blizu idealnih se praktično ne mijenjaju u širokim temperaturnim rasponima. Obično se p i y eksperimentalno određuju, a c v se izračunava iz ovih podataka.

pravi gasovi. Svi gasovi koji stvarno postoje su pravi gasovi b. ili m. odstupaju od zakona idealnih gasova, ali što je manje, to je viša temperatura i manji pritisak. To. zakoni idealnih gasova su ograničavajući za stvarne gasove. Na uobičajenim temperaturama odstupanje je najmanje za gasove čije su kritične temperature ekstremno niske (tzv. konstantni gasovi: He, H 2 , N 2 , O 2 , vazduh); za gasove sa relativno visokom kritičnom temperaturom i za pare (gas na temperaturi ispod kritične temperature naziva se para) odstupanja su veoma značajna. Razlozi odstupanja stvarnih gasova od gasnih zakona su: 1) u njima deluju intermolekularne sile; stoga se površinske molekule uvlače u plinove silama, čija se rezultanta, izračunata po jedinici površine i usmjerena okomito na nju, naziva molekularni (unutrašnji) pritisak K; 2) ne cela zapremina gasa (v), već samo njegov deo (v-b) daje slobodu za kretanje molekula; dio volumena (b), kovolum, kao da ga zauzimaju sami molekuli. Da je gas idealan, njegov pritisak bi bio veći od uočenog (p) za vrednost K; stoga će jednačina stanja za realni gas biti zapisana u obliku

U ovoj opštoj jednadžbi, K i b mogu zavisiti od T i v.

Van der Waals je pokazao da je u najjednostavnijem slučaju K \u003d a / v 2, a b konstantna vrijednost jednaka četiri puta zapremini samih molekula plina. Dakle, van der Waalsova jednačina ima oblik:

a i b, van der Waalsove konstante, kako iskustvo pokazuje, i dalje zavise od T i v, pa je jednadžba (15) samo prva aproksimacija; dobro reproducira kvalitativni oblik izotermi stvarnih plinova.

Na Sl. 1 prikazani su za teorijske izoterme CO 2: dijelovi ovih izoterma u obliku slova S odgovaraju termodinamički metastabilna stanja.

Na Sl. Slika 2 prikazuje eksperimentalne izoterme za CO 2 : dijelovi krivulje u obliku slova S zamijenjeni su ravnim dijelovima; desno od ovih delova, krive odgovaraju gasu (nezasićena para), levo - tečnostima, a sami ravni segmenti - ravnoteži pare i tečnosti. Jednadžba (15), u potpunoj saglasnosti sa iskustvom, pokazuje da s porastom temperature dimenzije ravnih segmenata na izotermama postaju sve manje i manje (slika 2) i, konačno, na određenoj temperaturi jednakoj kritičnoj temperaturi, dužina ovog segmenta postaje 0. Na temperaturi većoj od Na kritičnoj temperaturi, gas se ne može pretvoriti u tečnost ni pri jednom pritisku: tečnost prestaje da postoji. To. van der Waalsova jednačina pokriva dva stanja - plinovito i tečno - i služi kao osnova za doktrinu o kontinuitetu prijelaza između ova dva stanja. Kritične temperature za neke gasove imaju sledeće vrednosti: +360°C za H 2 O, +31°C za CO 2, -241°C za H 2 i -254°C za He.

Ukapljivanje gasa. Svaki gas se može pretvoriti u tečnost pri odgovarajućem pritisku, nakon što se prethodno ohladi ispod kritične temperature. Pritisci potrebni za ukapljivanje CO 2 (u Atm) pri različitim temperaturama dati su u tabeli. 2.

Jasno je da su ti pritisci pritisci zasićene pare tekućeg ugljičnog dioksida i što su niži to je niža temperatura.

Kako bi prethodno ohladili plin za ukapljivanje, u tehničkim instalacijama koriste Joule-Thomsonov efekat, koji se sastoji u tome da se tijekom adijabatskog širenja (na primjer, uz nagli pad tlaka kada plin istječe iz rupe) , unutrašnja energija plina raste za ΔU, a T se mijenja za ΔT, a termodinamički

U slučaju idealnih gasova, ΔU = 0 i ΔT = 0 [jer je, prema jednačini (1), T∙dv/dT – v = 0].

Za stvarne gasove, ΔT ≠ 0, odnosno dolazi do hlađenja ili zagrevanja, u zavisnosti od toga da li je T∙dv/dT – v ≠ 0 (Δp< 0). По уравнению Ван-дер-Ваальса,

(sa dovoljnom aproksimacijom). To. na dovoljno visokim temperaturama, svi gasovi se zagrevaju tokom adijabatskog širenja (ΔT > 0, jer a/R∙T< b), но с понижением температуры для каждого газа наступает tačka inverzije T i određen uslovom

ispod koje gasovi počinju da se hlade tokom adijabatskog širenja (a/R∙T> b na T< Т i). Для всех газов, кроме Н 2 и Не, Т i лежит выше обычных температур (так, для воздуха Т i соответствует +360°С), и потому газы могут быть сжижены по принципу Линде , без предварительного охлаждения. Для Н 2 инверсионная точка Т i - 80,5°С, а для Не - даже 15°К; поэтому Н 2 и Не для сжижения д. б. предварительно охлаждены ниже этих температур.

Relevantne države. Kritična temperatura T do, pritisak p do i zapremina v do m. b. izraženo u terminima van der Waalsovih konstanti a, b i R kako slijedi:

Ako uzmemo kritične vrijednosti za mjerne jedinice T, p i v, respektivno, tada će umjesto T, p i v stanje biti okarakterisano date vrijednosti:

Ako uvedemo θ, π i ϕ u van der Waalsovu jednačinu (15), tada se konstante a, b i R poništavaju i dobijamo redukovana jednačina stanja, sa numeričkim koeficijentima

koji ne sadrži količine koje zavise od prirode supstance. Jednačina (19) pretpostavlja, međutim, da je van der Waalsova jednačina ispravna, te su stoga odstupanja od nje često prilično značajna, posebno u slučaju pridruženih supstanci. Doktrina odgovarajućih stanja (tzv. stanja koja odgovaraju istim θ, π i ϕ) omogućava da se pronađe veliki broj univerzalnih zavisnosti sličnih jednačini (19).

Primena gasova. Komprimovani i tečni gasovi se koriste u tehnologiji svuda gde su potrebne velike količine gasa u maloj zapremini; tako se CO 2 koristi za karbonizaciju voda, Cl 2 i fosgen - u vojno-hemijskom poslu, O 2 - u medicinske svrhe, komprimovani vazduh - za paljenje motora sa unutrašnjim sagorevanjem. Tečni gasovi (CO 2 i NH 3) su od posebnog značaja u hlađenju, u rashladnim mašinama (na primer, za proizvodnju veštačkog leda). Za punjenje balona koriste se laki gasovi (H 2, rasvjetni gas, nedavno He). Inertni gasovi (N 2 i plemeniti gasovi, posebno Ar) se koriste za punjenje sijalica sa žarnom niti od pola vata. Posebno treba istaći korištenje plina za rasvjetu ili kao gorivo: rasvjeta, struja, vodeni plinovi i drugo.

Tečnosti mogu postojati samo na temperaturama ispod kritične. Stoga, da bi se plin ukadio, prvo se mora ohladiti ispod kritične temperature, a zatim podvrgnuti kompresiji. Kao što se vidi iz tabele XIII, gasovi kao što su kiseonik, azot, vodonik, a posebno helijum zahtevaju veoma niske temperature da bi se rastopili.

Tabela XIII (vidi skeniranje) Kritične tačke i tačke ključanja (pri atmosferskom pritisku) za neke gasove

Jedna od prvih industrijskih metoda za ukapljivanje plinova (Lindeova metoda, 1895.) koristila je Joule-Thomsonov efekat.

Šema Linde mašine je prikazana na slici 6.21. Komprimiran kompresorom K i, kao rezultat toga, donekle zagrijan, plin prolazi kroz hladnjak X, gdje odaje toplotu tekućoj vodi i hladi se na svoju prvobitnu temperaturu. Plin zatim prolazi kroz zavojnicu do ventila za gas (ventil) i širi se u prijemnik B sa padom pritiska od oko stotine atmosfera na jednu atmosferu. Neposredno nakon pokretanja postrojenja, pad temperature nije dovoljan za ukapljivanje gasa. Lagano ohlađeni gas se šalje nazad u kompresor preko zavojnice. Oba zavojnica su u bliskom termičkom kontaktu (obično je jedan kalem umetnut u drugi) u protivtočnom izmenjivaču toplote. U izmenjivaču toplote, gas ide u kompresor na niža temperatura hladi nadolazeći tok gasa. Očigledno, u drugom ciklusu, gas će prići ventilu A na nižoj temperaturi od

ovo je bilo tokom njegovog prvog prolaza, a nakon prigušivanja temperatura će pasti još više. Sa svakim ciklusom, kao rezultat prigušivanja i djelovanja izmjenjivača topline, temperatura plina će sve više opadati i na kraju će pasti toliko da se dio plina, nakon ekspanzije, pretvara u tekućinu i akumulira u prijemniku B. , odakle se tečnost može ispustiti u Dewar posudu kroz ventil

Opisani princip protustrujne izmjene topline koristi se u svim strojevima za ukapljivanje plinova, iako dizajn takvih izmjenjivača topline može biti izuzetno raznolik.

Druga industrijska metoda za prečišćavanje gasova (Claude metoda, 1902) zasniva se na dodatnom hlađenju gasa kada radi. Komprimirani plin nakon ventila (sl. 6.21) šalje se u klipnu mašinu (ekpander), gdje on, šireći se, obavlja rad pomicanja klipa zbog kinetičke energije molekula (ekpander nije prikazan na slici ). Kao rezultat toga, efekat snižavanja temperature gasa postaje značajniji nego kod Linde mašine. Ovu metodu je poboljšao sovjetski naučnik P. L. Kapitsa (1934), koji je umjesto klipnog ekspandera koristio malu turbinu (turbo ekspander) koju pokreće hlađeni plin (rotor ekspandera je male veličine, a njegova težina se mjeri u samo stotinama od grama).

Trenutno se za ukapljivanje gasova u većini slučajeva koriste mašine sa ekspanzijom u ekspanderima. Prilikom ukapljivanja helijuma za predhlađenje u mašinama sa turbo ekspanderima, umesto vodonika se koristi azot, što značajno povećava produktivnost i ekonomsku efikasnost uređaja. Osim toga, uz istu produktivnost, strojevi s turbo-ekspanderima su nekoliko puta manji od strojeva koji rade prema Linde shemi.

Uputstvo

Izgleda prirodno tečno gas(LNG) je bezbojna tečnost, bez mirisa, 75-90% sastava i ima veoma važna svojstva: u tečnom stanju nije zapaljiva, nije agresivna, što je izuzetno važno prilikom transporta. Proces ukapljivanja LNG-a ima karakter, pri čemu svaka nova faza znači kompresiju za 5-12 puta, nakon čega slijedi hlađenje i prelazak u sljedeću fazu. LNG postaje tečan nakon završetka posljednje faze kompresije.

Ako plin treba transportirati na vrlo velike udaljenosti, onda je mnogo isplativije koristiti posebne brodove - nosače plina. Od mjesta plina do najbližeg pogodnog mjesta na morskoj obali vuče se cjevovod, a na obali se gradi terminal. Tamo se gas visoko komprimuje i hladi, pretvarajući ga u tečno stanje, i pumpa u izotermne rezervoare tankera (na temperaturama reda -150°C).

Ovaj način transporta ima niz prednosti u odnosu na cevovodni transport. Prvo, jedan od njih u jednom letu može nositi ogromnu količinu plina, jer je gustoća tvari u tekućem stanju mnogo veća. Drugo, glavni troškovi nisu za transport, već za utovar i istovar proizvoda. Treće, skladištenje i transport tečnog gasa je mnogo sigurniji od komprimovanog gasa. Nema sumnje da će se udio prirodnog plina koji se transportuje u tečnom obliku stalno povećavati u odnosu na opskrbu plinovodom.

Tečni prirodni gas potražnja u različitim oblastima ljudske delatnosti - u industriji, u drumskom saobraćaju, u medicini, u poljoprivredi, u nauci, itd. gas Pobijedili smo zbog praktičnosti njihove upotrebe i transporta, kao i ekološke prihvatljivosti i niske cijene.

Uputstvo

Prije ukapljivanja ugljovodonika gas i prvo se mora očistiti i odstraniti vodenu paru. Carbonic gas uklonjen pomoću trostepenog sistema molekularnog filtera. Pročišćeni na ovaj način gas u malim količinama koristi se kao regeneracija. Recoverable gas bilo spaljeno ili korišteno za proizvodnju energije u generatorima.

Sušenje se odvija uz pomoć 3 molekularna filtera. Jedan filter upija vodenu paru. Drugi se suši gas, koji ide dalje i prolazi kroz treći filter. Da snizite temperaturu gas prolazi kroz hladnjak za vodu.

Metoda dušika uključuje proizvodnju ukapljenog ugljovodonika gas i od bilo kojeg gas novi izvori. Prednosti ove metode uključuju jednostavnost tehnologije, nivo sigurnosti, fleksibilnost, lakoću i nisku cijenu rada. Ograničenja ove metode su potreba za izvorom energije i visoki kapitalni troškovi.

Sa mješovitom metodom za proizvodnju tečnog gas i mješavina dušika i koristi se kao rashladno sredstvo. primiti gas takođe iz bilo kog izvora. Ova metoda karakteriše fleksibilan proizvodni ciklus i niske varijabilne troškove proizvodnje. U poređenju sa procesom ukapljivanja azota, kapitalni troškovi su ovde značajniji. Potreban je i izvor električne energije.

Izvori:

Šta je ukapljivanje gasa?
Tečni plin: prijem, skladištenje i transport
šta je tečni gas

Prirodni gas se vadi iz utrobe Zemlje. Ovaj mineral se sastoji od mješavine plinovitih ugljikovodika, koja nastaje kao rezultat razgradnje organske tvari u sedimentnim stijenama zemljine kore.

Koji su sastojci prirodnog gasa

80-98% prirodnog gasa se sastoji od (CH4). Fizičko-hemijska svojstva metana određuju karakteristike prirodnog gasa. Uz metan, prirodni gas sadrži jedinjenja istog strukturnog tipa - etan (C2H6), propan (C3H8) i butan (C4H10). U nekim slučajevima, u malim količinama, od 0,5 do 1%, prirodni gas sadrži: (S5N12), (S6N14), heptan (S7N16), (S8N18) i nonan (S9N20).

Prirodni gas takođe uključuje jedinjenja vodonik sulfida (H2S), ugljen-dioksida (CO2), azota (N2), helijuma (He), vodene pare. Sastav prirodnog gasa zavisi od karakteristika polja na kojima se proizvodi. Prirodni plin proizveden u poljima čistog plina sastoji se uglavnom od metana.

Karakteristike sastojaka prirodnog gasa

Sva hemijska jedinjenja koja čine prirodni gas imaju niz svojstava koja su korisna u raznim industrijama i svakodnevnom životu.

Metan je zapaljiv gas bez boje, mirisa i lakši od vazduha. Koristi se u industriji i svakodnevnom životu kao gorivo. Etan je bezbojan, zapaljiv gas bez mirisa koji je nešto teži od vazduha. U osnovi, etilen se dobija iz. Propan je otrovan plin bez boje i mirisa. Butan mu je blizak po nekretninama. Propan se koristi, na primjer, u zavarivanju, u preradi starog metala. Upaljači i plinske boce pune tečni i butan. Butan se koristi u hlađenju.

Pentan, heksan, heptan, oktan i nonan -. Pentan je prisutan u malim količinama u motornim gorivima. Heksan se također koristi u ekstrakciji biljnih ulja. Heptan, heksan, oktan i nonan su dobri organski rastvarači.

Vodonik sulfid je otrovni bezbojni teški plin, pokvarena jaja. Ovaj plin, čak iu malim koncentracijama, uzrokuje paralizu olfaktornog živca. Ali zbog činjenice da sumporovodik ima dobra antiseptička svojstva, koristi se u malim dozama u medicini za hidrogensulfidne kupke.

Ugljični dioksid je nezapaljiv plin bez boje i mirisa kiselkastog okusa. Ugljični dioksid se koristi u prehrambenoj industriji: u proizvodnji gaziranih pića za njihovo zasićenje ugljičnim dioksidom, za zamrzavanje hrane, za hlađenje tereta tokom transporta itd.

Azot je bezopasan gas bez boje, bez mirisa i ukusa. Koristi se u proizvodnji mineralnih đubriva, koristi se u medicini itd.

Helijum je jedan od najlakših gasova. Bezbojan je i bez mirisa, nezapaljiv, netoksičan. Helij se koristi u raznim industrijama - za hlađenje nuklearnih reaktora, punjenje stratosferskih balona.

Eksperimentalna činjenica hlađenja tvari tijekom isparavanja poznata je dugo vremena i čak se koristila u praksi (na primjer, upotreba poroznih posuda za očuvanje svježine vode). Ali prvu naučnu studiju o ovom pitanju poduzeo je Gian Francesco Cigna i opisao je u djelu iz 1760. "De frigore ex evaporation" ("O hladnoći zbog isparavanja").

Cigna je dokazao da što je brže isparavanje, to je hlađenje intenzivnije, a Meran je pokazao da će, ako duvate na mokru sijalicu termometra, pad temperature biti veći nego u istom eksperimentu sa suhom sijalicom termometra. Antoine Beaumet (1728-1804) je otkrio da isparavanje sumpornog etra hladi više od isparavanja vode. Na osnovu ovih činjenica, Tiberio Cavallo je napravio frižider 1800. godine, a Wollaston je 1810. godine napravio svoj čuveni kriofor, koji se i danas koristi. Danielov higrometar nastao je na bazi ovog uređaja 1820. godine. Mašina za hlađenje postala je praktično primjenjiva tek nakon 1859. godine, odnosno nakon što je Fernand Carré (1824-1894) objavio svoju metodu za dobijanje leda isparavanjem etra, koji je kasnije zamijenjen amonijakom. Godine 1871, Carl Linde (1842-1934) opisao je rashladnu mašinu koju je stvorio u kojoj se hlađenje postizalo ekspanzijom gasa. Godine 1896. on je kombinovao ovu mašinu sa protivstrujnim izmenjivačem toplote opisanim na kursevima fizike, i to mu je omogućilo da dobije tečni vodonik. Eksperimentalni rezultati koje su do tada postigli fizičari počeli su da se uvode u industriju.

Problem ukapljivanja gasa ima vekovnu istoriju koja datira još od druge polovine 18. veka. Sve je počelo ukapljivanjem amonijaka jednostavnim hlađenjem, koje je proizveo van Marum, sumporni anhidrid Mongea i Cloueta, hlor Northmore (1805) i ukapljivanje amonijaka metodom kompresije koju je predložio Baccelli (1812).

Charles Cagnard de Latour (1777-1859) i Michael Faraday (1791-1867) su istovremeno i nezavisno dali odlučujući doprinos rješavanju ovog problema.

U nizu radova objavljenih 1822. i 1823. godine, Canard de Latour opisao je eksperimente koje je izveo kako bi utvrdio postojanje tečnosti (kako se to intuitivno osjeća) određene granične ekspanzije, izvan koje, bez obzira na primijenjeni pritisak, svi od toga prelazi u stanje pare. U tu svrhu, de Latour je stavio kamenu kuglu u kotao napunjen alkoholom do jedne trećine i počeo postepeno zagrijavati kotao. Na osnovu buke koju je proizvodila lopta koja se okreće unutar kotla, de Latour je došao do zaključka da je na određenoj temperaturi sav alkohol ispario. Eksperimenti su ponovljeni sa malim epruvetama; iz epruveta je uklonjen vazduh, a zatim su do 2/5 napunjene ispitivanom tečnošću (alkohol, etar, benzin) i zagrejane u plamenu. Kako se temperatura povećavala, tečnost je postajala sve pokretljivija, a granica između tečnosti i pare postajala je sve nejasnija, sve dok na određenoj temperaturi nije potpuno nestala i činilo se da se čitava tečnost pretvorila u paru. Povezivanjem ovih cijevi sa manometrom sa komprimiranim zrakom, Canard de Latour je uspio izmjeriti pritisak koji je uspostavljen u cijevi u trenutku kada granica između tekućine i pare nestane, te odgovarajuću temperaturu. Suprotno uvriježenom mišljenju, Canard de Latour u ovim eksperimentima ne samo da nije odredio kritičnu temperaturu vode, nego čak nije uspio ni da potpuno ispari vodu, jer cijevi uvijek pucaju prije nego što se postigne željeni efekat.

Konkretniji rezultat sadržan je u Faradejevim eksperimentima, izvedenim 1823. sa savijenim staklenim cijevima, čiji je duži krak bio zapečaćen. U ovaj krak Faraday je stavio supstancu koja je, kada se zagrije, trebala dati ispitivani plin, zatim zatvorio drugi, kratki krak cijevi i potopio cijev u rashladnu smjesu. Ako se nakon toga tvar zagrije u dugom kraku cijevi, tada se formira plin čiji se tlak postepeno povećava, au mnogim slučajevima u kratkoj cijevi Faraday je ukapnio plin. Tako je Faraday zagrijavanjem natrijum bikarbonata dobio tečnu ugljičnu kiselinu; na isti način je dobijao tečni vodonik sulfid, hlorovodonik, sumporni anhidrid itd.

Eksperimenti de Latoura i Faradaya pokazali su da se gas može ukapniti pod visokim pritiskom. Mnogi fizičari počeli su raditi u ovom pravcu, posebno Johann Natterer (1821-1901). Međutim, neki plinovi (vodik, kisik, dušik) nisu mogli biti ukapljeni na ovaj način. Godine 1850. Vertelo je podvrgao kisik pritisku od 780 atm, ali nije mogao postići ukapljivanje. To je natjeralo Vertela da se pridruži mišljenju Faradaya, koji je, uvjeren da će prije ili kasnije biti moguće dobiti čvrsti vodonik, vjerovao da sam pritisak nije dovoljan za ukapljivanje određenih plinova, koji su tada nazivani "trajnim" ili "neukrotivim".

Iste 1845. godine, kada je Faraday izrazio ovo razmatranje, Regnault je, primjećujući da na niskim temperaturama ugljični dioksid ima anomalnu kompresibilnost, a kada se približi 100 °C počinje slijediti Boyleov zakon, iznio je pretpostavku da za svaki plin postoji određena vrijednost temperaturni opseg u kojem se pridržava Boyleovog zakona. Godine 1860. Regnault je razvio i modificirao ovu ideju Dmitrija Ivanoviča Mendeljejeva (1834-1907), prema kojoj za sve tekućine mora postojati "apsolutna tačka ključanja", iznad koje ona može postojati samo u plinovitom stanju, bez obzira na pritisak.

Proučavanje ovog pitanja nastavio je 1863. godine u novom obliku Thomas Andrews (1813-1885). Godine 1863. Andrews je uveo ugljični dioksid u kapilarnu cijev, zaključavajući volumen plina stupcem žive. Uz pomoć zavrtnja proizvoljno je podesio pritisak pod kojim se gas nalazio, postepeno menjajući temperaturu. Postigavši djelomično ukapljivanje plina jednostavnim povećanjem tlaka i zatim polaganim zagrijavanjem cijevi, Andrews je primijetio iste fenomene koje je Canard de Latour istraživao 30 godina prije njega. Kada je temperatura ugljičnog dioksida dostigla 30,92°C, granica između tekućine i plina je nestala i nikakav pritisak nije mogao vratiti tekući ugljični dioksid. U svom detaljnom radu iz 1869. Andrews je predložio da se temperatura od 30,92°C nazove "kritičnom tačkom" za ugljični dioksid. Istom metodom odredio je kritične tačke za klorovodik, amonijak, sumporni etar i dušikov oksid. Predložio je da se zadrži termin "para" za gasovite supstance na temperaturi ispod kritične tačke, a da se termin "gas" primeni na supstance na temperaturi iznad kritične tačke. Ovo Andrewsovo gledište potvrdili su već spomenuti Nattererovi eksperimenti, koje je on izvodio od 1844. do 1855., u kojima su trajni plinovi bili podvrgnuti pritisku do 2790 atm, bez ukapljivanja, te brojnim sličnim eksperimentima koje je 1870. započeo Emil. Amaga (1841-1915), u kojoj su postignuti pritisci do 3000 atm.

Svi ovi negativni eksperimentalni rezultati potvrdili su Andrewsovu hipotezu da su trajni plinovi tvari za koje je kritična temperatura niža od vrijednosti koje su u tom trenutku probijene, tako da bi se njihovo ukapljivanje moglo izvršiti preliminarnim dubokim hlađenjem, eventualno uz naknadno kompresija. Ovu hipotezu su 1877. godine sjajno potvrdili Louis Calet (1832-1913) i Raoul Pictet (1846-1929), koji su, nezavisno jedan od drugog, nakon jakog preliminarnog hlađenja uspjeli da ukapnu kisik, vodonik, dušik i zrak. Rad Calhetea i Picteta nastavili su i drugi fizičari, ali tek pojavljivanje rashladne mašine Linde, koju smo već spomenuli, učinilo je metode ukapljivanja praktično dostupnim, što je omogućilo dobivanje ukapljenih plinova u velikim količinama i njihovu široku upotrebu u nauci. istraživanja iu industriji.

SPECIFIČNI TOPLOTNI KAPACITET GASOVA

Metode za određivanje specifičnog toplotnog kapaciteta bilo je teško primijeniti na plinovite tvari zbog male specifične težine plinova i para. Zbog toga je početkom 19. veka Pariška akademija nauka raspisala konkurs za najbolju metodu za merenje specifične toplote gasa. Nagradu su dobili Francois Delaroche (? - 1813?) i Jacques Berard (1789-1869), koji su predložili da se u kalorimetar postavi zavojnica kroz koju bi, na poznatoj temperaturi, prolazio gas pod fiksnim pritiskom. Ova metoda zapravo nije bila nova; to je 20 godina ranije predložio Lavoisier. Bilo kako bilo, rezultati do kojih su došli Delaroche i Berard bili su predstavljeni na kursevima fizike pola stoljeća. Zasluga ovih naučnika je, prije svega, što je skrenuta pažnja na potrebu razlikovanja specifičnih toplotnih kapaciteta pri konstantnom pritisku i pri konstantnoj zapremini. Posljednju vrijednost je vrlo teško izmjeriti zbog niskog toplotnog kapaciteta gasa u poređenju sa toplotnim kapacitetom rezervoara koji ga sadrži.

Ali nekoliko godina prije pojave djela Delarochea i Berarda, počelo je istraživanje neobičnog fenomena, koji je zabilježio Erasmus Darwin (1731-1802) 1788., a zatim 1802. Dalton, a koji se sastoji u činjenici da je kompresija zraka uzrokuje zagrijavanje, a širenje dovodi do hlađenja. Za početak proučavanja ovog fenomena obično se smatra iskustvo Gay-Lussaca (1807), koje je ponovio Joule 1845. Gay-Lussac je spojio dva cilindra sa cijevi, baš kao što je Guericke učinio; jedan od cilindara je bio napunjen vazduhom, a drugi je bio prazan; iz napunjenog cilindra vazduh je mogao slobodno da struji u prazan. Kao rezultat toga, utvrđeno je smanjenje temperature prvog cilindra i povećanje temperature drugog. Ovakvo termičko ponašanje zraka dovelo nas je do uvjerenja da specifična toplina pri konstantnom pritisku mora biti veća nego pri konstantnoj zapremini, bez obzira koje se teorije o prirodi topline pridržavamo. Zaista, ako se ekspanzioni plin hladi, tada mu je, dopuštajući mu da se širi kada se zagrije, potrebno dodati dodatnu toplinu kako bi se nadoknadilo hlađenje koje prati ekspanziju.

Na osnovu ovih eksperimentalnih činjenica, Laplas je 1816. došao na briljantnu ideju da se dobro poznata nesklad između vrednosti brzine zvuka, dobijene iz iskustva, i njegove teorijske vrednosti, dobijene iz Newtonovog zakona, može objasniti promenom u temperaturi koju doživljavaju slojevi zraka pri naizmjeničnim kompresijama i razrjeđivanjima. Na osnovu ovih teorijskih premisa, Laplas je korigovao Njutnovu formulu uvodeći u nju koeficijent jednak omjeru specifičnih toplotnih kapaciteta pri konstantnom pritisku i pri konstantnoj zapremini za vazduh. Poređenje eksperimentalne vrijednosti brzine zvuka u zraku i teorijske vrijednosti dobivene iz Newtonove formule omogućilo je pronalaženje omjera specifičnih toplinskih kapaciteta. Na ovaj indirektan način, fizičari su uspjeli da dobiju prve podatke o vrijednosti ovog omjera, te da, pošto je bila poznata vrijednost specifične toplote pri konstantnom pritisku, procijene specifičnu toplinu zraka pri konstantnoj zapremini. Nekoliko godina kasnije (1819), Nicolas Clément (1779-1841) i Charles Desormes (1777-?) uspjeli su direktno odrediti omjer toplotnih kapaciteta, koji se, unutar eksperimentalnih grešaka, poklapao s onim koji je pronašao Laplace.

Godine 1829., kao rezultat suptilnog i mukotrpnog istraživanja, Dulong je odredio omjer toplinskih kapaciteta za različite plinove, za šta je izazvao zvuk u cijevi koristeći strujanja različitih plinova. Ovi eksperimenti su ga doveli do zaključka da se u gasovima i parama pod jednakim uslovima (volumen, pritisak, temperatura) stvara ista količina toplote sa istom relativnom kompresijom ili širenjem.

Imajte na umu da je Dulongovu metodu 1866. godine značajno poboljšao Kundt (1839-1894), koji je uveo posebnu cijev (ova cijev se danas zove Kundtova cijev). Kundtova metoda se još uvijek smatra jednom od najboljih metoda za određivanje omjera specifičnih toplinskih kapaciteta.

Sastavila Savelyeva F.N.