Gass. Ideell gass

Flytende naturgass eller for kort LNG, som det vanligvis kalles inn energiindustrien(engelsk hhv. Flytende naturgass, forkortet. LNG) er vanlig naturgass avkjølt til en temperatur på –162°C (den såkalte flytende temperatur) for lagring og transport i flytende form. Flytende gass lagres ved kokepunktet, som opprettholdes pga LNG-fordampning. Denne metoden lagring av LNG er forbundet med at for metan, hovedkomponenten i LNG, kritisk temperatur–83°С, som er mye lavere enn omgivelsestemperaturen, og gjør det ikke mulig å lagre flytende naturgass i høytrykkstanker (for referanse: den kritiske temperaturen for etan er +32°С, for propan +97°C С). For å brukes, fordampes LNG til sin opprinnelige tilstand uten tilstedeværelse av luft. på ( tilbakeføring av gassen til sin opprinnelige damptilstand) fra en kubikkmeter flytende gass dannes det ca 600 kubikkmeter vanlig naturgass.

LPG temperatur

Den ekstremt lave temperaturen på LNG gjør det kryogen væske. Generelt vurderes stoffer hvis temperatur er –100 °C (–48 °F) eller lavere kryogen og krever spesielle teknologier for prosessering. Til sammenligning er den laveste registrerte temperaturen på jorden -89,2 °C (Antarktis), og i lokalitet–77,8°С (landsbyen Oymyakon, Yakutia). Den kryogene temperaturen til flytende naturgass gjør at kontakt med LNG kan forårsake endringer i egenskapene til kontaktmaterialene, som deretter blir sprø og mister sin styrke og funksjonalitet. Derfor bruker LNG-industrien spesielle teknologier.

Kjemisk sammensetning av LNG

Råolje og naturgass er fossilt brensel kjent som "hydrokarboner", fordi de inneholder kjemiske kombinasjoner av karbon- og hydrogenatomer. Den kjemiske sammensetningen av naturgass avhenger av hvor gassen produseres og hvor den behandles. Flytende naturgass representerer blanding metan, etan, propan og butan med små mengder tyngre hydrokarboner og noen urenheter, spesielt nitrogen og komplekse svovelforbindelser, vann, karbondioksid og hydrogensulfid, som kan finnes i tilførselsgassen, men som må fjernes før . Metan er den viktigste komponenten, vanligvis, men ikke alltid, mer enn 85 volumprosent.

Tetthet av flytende gass

Siden LNG er en blanding, tetthet av flytende naturgass varierer litt med den faktiske sammensetningen. Tetthet av flytende naturgass, som regel ligger i området 430–470 kilo pr kubikkmeter, og volumet er omtrent 1/600 av volumet av gass under atmosfæriske forhold. Dette gjør den omtrent en tredjedel lettere enn luft. En annen implikasjon av disse fakta er at LNG har en lavere tetthet enn vann, noe som gjør at den flyter til overflaten i tilfelle utslipp og går tilbake til damptilstanden ganske raskt.

Andre egenskaper ved LNG

Flytende naturgass er luktfri, fargeløs, ikke-etsende, ikke-brennbar og ikke-giftig. LNG lagres og transporteres ved ultralave temperaturer kl atmosfærisk trykk(ingen høytrykk). Når den utsettes for miljøet, fordamper LNG raskt, og etterlater ingen spor på vann eller jord.

I hans flytende form flytende naturgass har ikke evnen til å eksplodere eller antennes. På fordampning Naturgass kan antennes hvis den kommer i kontakt med en forbrenningskilde og hvis dampkonsentrasjonen i luften er mellom 5 og 15 prosent. Hvis konsentrasjonen av gassdamp er mindre enn 5 prosent, er ikke dampene nok til å starte en brann, og hvis mer enn 15 prosent, da miljø det vil være mangel på oksygen.

Fordeler med flytende naturgass

Tettheten av gass øker hundrevis av ganger, noe som øker effektiviteten og bekvemmeligheten av lagring, samt transport og forbruk av energi.
Flytende naturgass – ikke-giftig kryogen væske, som oppbevares i en varmeisolert beholder ved en temperatur på –162°C. Store volumer LNG kan lagres ved atmosfærisk trykk.
Mulighet for interkontinental transport av LNG med spesialkjøretøy, samt transport med jernbane og veitransport i tanker.
Flytende naturgass gjør det mulig å gassifisere anlegg som ligger langt fra hovedrørledninger ved å opprette en LNG-reserve direkte hos forbrukeren, og unngå bygging av dyre rørledningssystemer.

Fra forbrukerens synspunkt består fordelene med flytende naturgass, basert på dens , også i det faktum at LNG ikke bare er en kilde som transporteres gjennom gassrørledninger, men også en kilde. NGL (bred fraksjon av lette hydrokarboner– etan, propan, butaner og pentaner), inkludert i LNG og frigjort fra LNG når regassifisering. Disse hydrokarbonene brukes som petrokjemisk råstoff og som en kilde til rent drivstoff for ulike typer transport (så vel som i hverdagen). I fraksjon vil C 2 + eller C 3 + frigjøres. Mulighet for transport NGL i sammensetningen av flytende naturgass virker ikke bare til fordel for forbrukeren, men løser også produsentens transportproblemer NGL fra et gassfelt.

Flytende naturgass er en trygg, økologisk rent utseende brensel med høy energiegenskaper og oktantall. LNG-pris Kostnaden for forbrukeren er lavere enn prisen på flytende petroleumsgass, fyringsolje og spesielt diesel.

GASS. Gassformig tilstand er en tilstand av materie der kreftene som virker mellom molekyler er ekstremt små og størrelsene på selve molekylene er ubetydelige sammenlignet med mellomrommene mellom dem. Mellom kollisjoner beveger gassmolekyler seg i en rett linje, jevnt og helt tilfeldig. Når de oppvarmes og sjeldnes, tenderer alle gasser til den begrensende tilstanden til det såkalte idealet, eller perfekt gass.

I ideell gass intermolekylære krefter er null, og volumet til selve molekylene er uendelig lite sammenlignet med volumet av intermolekylært rom. Tilstanden til en ideell gass er den begrensende fortynnede materietilstanden som alle naturlegemer har en tendens til når de er tilstrekkelig høye temperaturer og nok lavtrykk; det er det det handler om spesiell betydning tilstanden til en ideell gass, som også er den enkleste å studere og derfor den mest studerte. Materie som fyller interplanetarisk rom i ekstrem sjeldenhet kan anses å være i tilstanden til en ideell gass.

Gasstrykket (p) bestemmes av innvirkningen av gassmolekyler på karets vegger. Ifølge kinetisk teori, er den gjennomsnittlige kinetiske energien til gassmolekyler proporsjonal med den absolutte temperaturen. I kinetisk teori er det vist at en ideell gass strengt tatt følger følgende tilstandsligning, og relaterer tre tilstandsparametre: v, T og p, hvorav to er uavhengige, og den tredje er en funksjon av dem:

denne ligningen ( Clapeyron-ligningen) inneholder i eksplisitt form de tre grunnleggende lovene for tilstanden til en ideell gass:

1) Boyle-Mariottes lov. Ved en konstant temperatur (T) er produktet (p∙v) for en gitt mengde ideell gass en konstant verdi (p∙v = Const), dvs. volumet til en ideell gass (v) er omvendt proporsjonal med dens trykk (p): ideelle gassisotermer i koordinatsystemet (v, p) er likesidede hyperbler, hvis asymptoter er koordinataksene.

2) . Ved konstant (p) øker volumet av en gitt mengde ideell gass lineært med temperaturen:

(v 0 - volum ved temperatur = 0°C, α - ekspansjonskoeffisient for en ideell gass). Endringen i (p) med temperatur ved v = Const følger samme lov:

(α) i ligning (3) er trykkkoeffisienten, numerisk lik koeffisienten ekspansjon (α) i ligning (2) = 1/273,1 = 0,00367 - en verdi uavhengig av gassens natur og den samme for alle ideelle gasser; p 0 - trykk ved temperatur = 0°C. Ved å angi absolutt temperatur i stedet for temperatur

vi finner i stedet for ligningene (2) og (3):

3) Avogadros lov. Fra ligning (1) er det klart at gass konstant R = p 0 ∙v 0 /273,1 er proporsjonal med normalvolumet v 0 okkupert av en gitt mengde gass ved normale forhold(p 0 = 1 Atm og t 0 = 0 ° C = 273,1 ° K), dvs. den er omvendt proporsjonal med gasstettheten under normale forhold D 0. I følge Avogadros lov, med samme (p) og (T) inneholder alle ideelle gasser like volum (for eksempel lik v 0) like mange molekyler. Omvendt: et likt antall molekyler (for eksempel 1 mol = 1 gram molekyl) av en hvilken som helst gass i perfekt stand opptar samme volum v 0 under normale forhold, uavhengig av gassens natur (1 mol av ethvert stoff inneholder N 0 = 6,06∙10 23 individuelle molekyler - Avogadros tall). Det ble funnet med stor nøyaktighet at normalt molarvolum av enhver ideell gass (V 0) m er lik 22,412 liter/mol. Herfra kan vi beregne antall molekyler i 1 cm 3 av enhver ideell gass under normale forhold: n0 = 6,06∙10 23 /10 3 ∙22,416 = 2,705∙10 19 cm 3 (Loshmit tall). Ved å bruke ligning (1) uttrykkes Avogadros lov i det faktum at gasskonstanten R når den beregnes per 1 mol av en hvilken som helst gass vil være den samme, uavhengig av gassens natur. At. R er en universell konstant med dimensjon [ Jobb]/[vekt][temperatur] og uttrykker arbeidet med ekspansjon av 1 mol av en ideell gass når den varmes opp med 1°C ved p = Konst:

det er det det handler om fysisk mening R.

finne den numeriske verdien

I andre enheter er verdiene til R (per 1 mol):

I tillegg til de tre lovene som er diskutert, følger følgende grunnleggende lover fra ligning (1) av tilstanden til en ideell gass i forbindelse med de to prinsippene for termodynamikk:

4) Joules lov. En av termodynamikkens generelle ligninger

gir sammen med ligning (1) følgende forhold for den indre energien U til en ideell gass:

dvs. U av en ideell gass er kun en funksjon av T (Joules lov); Under isotermisk ekspansjon av en ideell gass, blir all absorbert varme omdannet til eksternt arbeid, og med isotermisk kompresjon omdannes alt arbeidet som er brukt til frigjort varme.

5) Varmekapasitetene til en ideell gass ved konstant volum c v og ved konstant trykk c p er funksjoner av T alene. Termodynamikk gir generelle ligninger

men for en ideell gass avhenger (p) og (v) lineært av (T), i henhold til Gay-Lussac-loven (4) og (5); derfor blir høyresiden av ligningene (9) til 0 og

Varmekapasitetene c p og c v er ikke uavhengige av hverandre, men er relatert til en ideell gass ved en enkel betingelse:

som oppstår fra gasslover(R har dimensjonen varmekapasitet), dvs. hvis c p og c v er relatert til 1 mol av en ideell gass, så skiller de seg fra hverandre med 2 (mer presist, med 1,986) - cal/mol∙deg.

I kinetisk teori er det akseptert, i henhold til prinsippet om jevn energifordeling, at for hver frihetsgrad for et gassmolekyl er det energi k 0 ∙T/2, og for 1 mol er det

(k 0 = –R/N 0 er gasskonstanten beregnet for 1 molekyl - Boltzmann konstant ). Antall frihetsgrader (i) er antall typer uavhengig av hverandre mekanisk energi, som et gassmolekyl besitter. Da er energien 1 mol

(omtrent, tatt i betraktning R = 2, c v = i, c p = i+2).

I læren om gass viktig rolle spiller relasjonen c p /c v = γ; fra ligning (11) og (12):

I det enkleste tilfellet monoatomisk gass(hvis molekylet består av 1 atom, slik som edelgasser og damp fra mange metaller) i er den minste og tilsvarer 3: hele energien til molekylet reduseres til kinetisk energi henne translasjonsbevegelser, som kan utføres i tre uavhengige gjensidig vinkelrette retninger; Da

og γ har størst mulig verdi: γ = 5/3 = 1,667. Til diatomiske gasser(H 2, O 2, N 2, CO og andre) kan betraktes som I = 3+2 (to rotasjoner rundt to innbyrdes perpendikulære akser, vinkelrett på linjen som forbinder begge atomene); da c v = 4,96 ≈ 5, cр = 6,95 ≈ 7 og γ = 7/5 = 1,40. Til triatomisk gass(H 2 O, CO 2, H 2 S, N 2 O)i = 3+3 (rotasjon rundt tre innbyrdes perpendikulære akser) og c v = 5,96 ≈ 6, cр = 7,95 ≈ 7 og γ = 4/ 3 = 1,33.

Med ytterligere komplikasjon av strukturen til molekylet, dvs. med en økning i i, øker c v og c p, og γ = 1 + 2/i og har en tendens til 1. Tabell. 1 viser at alt som er sagt stemmer godt overens med eksperimentelle data, at γ alltid er >1 og ≤1,667 og ikke kan være = 1,50 (for i = 4).

For monoatomiske gasser endres cv og cp, i samsvar med teorien, praktisk talt ikke med temperaturen (for Ar ligger verdiene til cv og cp derfor i området fra 2,98 til 3,00 mellom temperaturer = 0° og 1000° C). Endringer i c v og c p med temperatur er forklart i kvanteteorien. Imidlertid endres varmekapasiteten til gasser nær ideell praktisk talt ikke over brede temperaturområder. c p og y bestemmes vanligvis eksperimentelt, og c v beregnes fra disse dataene.

Ekte gasser. Alle gasser som eksisterer i virkeligheten er ekte gasser b. eller m. avvike fra lovene for ideelle gasser, men jo mindre, jo høyere temperatur og lavere trykk. At. lovene for ideelle gasser er begrensende for ekte gasser. Ved vanlige temperaturer er avvikene minst for gasser hvis kritiske temperaturer er ekstremt lave (de såkalte permanente gassene: He, H2, N2, O2, luft); for gasser med relativt høy kritisk temperatur og for damper (damp er en gass ved temperatur under kritisk temperatur) er avvikene svært betydelige. Årsakene til reelle gassers avvik fra gasslovene er at: 1) intermolekylære krefter virker i dem; derfor trekkes overflatemolekyler inn i gasser av krefter hvis resulterende, beregnet per overflateenhet og rettet vinkelrett på den, kalles molekylært (internt) trykk K; 2) ikke hele volumet av gass (v), men bare en del av det (v-b) gir frihet for bevegelser av molekyler; en del av volumet (b), kovolum, er så å si okkupert av selve molekylene. Hvis gassen var ideell, ville dens trykk være større enn det observerte (p) med en mengde K; derfor vil tilstandsligningen til en ekte gass skrives på skjemaet.

I denne generelle ligningen kan K og b avhenge av T og v.

Van der Waals viste at i det enkleste tilfellet er K = a/v 2, og b er en konstant verdi lik fire ganger volumet til selve gassmolekylene. Dermed har van der Waals-ligningen formen:

a og b, er van der Waals-konstantene, som erfaring viser, fortsatt avhengig av T og v, og derfor er ligning (15) bare en første tilnærming; det formidler godt form av høy kvalitet isotermer av ekte gasser.

I fig. 1 er vist for den teoretiske CO 2 -isotermen: de S-formede delene av disse isotermene tilsvarer termodynamisk metastabile tilstander.

I fig. Figur 2 viser eksperimentelle isotermer for CO 2: de S-formede delene av kurvene er erstattet av rette deler; til høyre for disse delene tilsvarer kurvene gass ( umettet damp), til venstre - væsker, og selve de rette segmentene - likevekten mellom damp og væske. Ligning (15), i full overensstemmelse med erfaring, viser at med økende temperatur blir dimensjonene til rette segmenter på isotermer mindre og mindre (fig. 2) og til slutt, ved en viss temperatur lik den kritiske temperaturen, lengden på denne segment blir 0. Ved høyere temperatur Ved en kritisk temperatur kan ikke en gass bli til væske under noe trykk: væsken slutter å eksistere. At. Van der Waals-ligningen dekker to tilstander - gassformig og flytende - og tjener som grunnlag for læren om kontinuitet i overgangen mellom disse to tilstandene. Kritiske temperaturer for noen gasser er følgende verdier: +360°C for H 2 O, +31°C for CO 2, –241°C for H 2 og –254°C for He.

Gass flytendegjøring. Enhver gass kan omdannes til væske ved riktig trykk, etter først å ha avkjølt den under den kritiske temperaturen. Trykk som kreves for flytendegjøring av CO 2 (i Atm) ved forskjellige temperaturer er gitt i tabellen. 2.

Det er klart at dette presset er press mettet damp flytende karbondioksid og jo lavere temperatur.

For å forhåndskjøle gassen kraftig for flytendegjøring, bruker tekniske installasjoner Joule-Thomson-effekten, som består i det faktum at under adiabatisk ekspansjon (for eksempel under et kraftig trykkfall når gass strømmer ut av hullet) indre energi gass øker med ΔU, og T endres med ΔT, og termodynamisk

Når det gjelder ideelle gasser, er ΔU = 0 og ΔТ = 0 [siden, ifølge ligning (1), T∙dv/dT – v = 0].

For reelle gasser ΔТ ≠ 0, dvs. kjøling eller oppvarming skjer, avhengig av om T∙dv/dT – v ≠ 0 (Δp)< 0). По уравнению Ван-дер-Ваальса,

(med tilstrekkelig tilnærming). At. ved tilstrekkelig høye temperaturer varmes alle gasser opp under adiabatisk ekspansjon (ΔТ > 0, siden a/R∙T< b), но с понижением температуры для каждого газа наступает inversjonspunkt T i, bestemt av tilstanden

under hvilke gasser begynner å avkjøles under adiabatisk ekspansjon (a/R∙T> b ved 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.

Tilsvarende stater. Kritisk temperatur Tk, trykk pk og volum vk m.b. uttrykt i termer av van der Waals konstanter a, b og R som følger:

Hvis vi tar de kritiske verdiene, henholdsvis, som måleenhetene for T, p og v, vil tilstanden i stedet for T, p og v karakteriseres av gitte verdier:

Hvis vi introduserer θ, π og ϕ i van der Waals-ligningen (15), vil konstantene a, b og R kansellere, og vi vil få redusert tilstandsligning, med numeriske koeffisienter

inneholder ikke mengder som avhenger av stoffets art. Ligning (19) forutsetter imidlertid riktigheten av van der Waals-ligningen, og derfor er avvik fra den ofte ganske betydelige, spesielt når det gjelder assosierte stoffer. Læren om korresponderende tilstander (de såkalte tilstander som tilsvarer samme θ, π og ϕ) gjør det mulig å finne stort antall universelle avhengigheter som ligner på ligning (19).

Påføring av gasser. Komprimert og flytende gasser brukes i teknologi der det trengs betydelige mengder gass i et lite volum; Dermed brukes CO 2 til karbonisering av vann, Cl 2 og fosgen - i militærkjemi, O 2 - til medisinske formål, trykkluft - for å starte motorer intern forbrenning. Spesiell betydning flytende gasser (CO 2 og NH 3) brukes i kjøling, i kjølemaskiner (for eksempel for å oppnå kunstig is). Lette gasser (H 2, lysende gass, in i det siste Ikke) brukes til å fylle ballonger. Inerte gasser (N 2 og edelgasser, spesielt Ar) brukes til å fylle halvwatts glødelamper. Bruken av gass til belysning eller som drivstoff skiller seg ut: belysning, kraft, vanngasser og andre.

Væsker kan bare eksistere ved temperaturer under kritiske. Derfor, for å gjøre en gass flytende, må den først avkjøles under en kritisk temperatur og deretter utsettes for kompresjon. Som det fremgår av tabell XIII, krever gasser som oksygen, nitrogen, hydrogen og spesielt helium svært lave temperaturer for flytendegjøring.

Tabell XIII (se skanning) Kritiske temperaturer og kokepunkter (ved atmosfærisk trykk) for noen gasser

En av de første industrielle metodene for flytende gass (Linde-metoden, 1895) brukte Joule-Thomson-effekten.

Et diagram over Linde-maskinen er vist i figur 6.21. Komprimert av kompressor K og som et resultat noe oppvarmet, passerer gassen gjennom kjøleskap X, hvor den avgir varme til rennende vann og avkjøles til opprinnelig temperatur. Gassen passerer deretter gjennom spolen til strupeventilen (kranen) og ekspanderer inn i mottaker B med en trykkforskjell på omtrent hundrevis av atmosfærer til én atmosfære. Umiddelbart etter start av installasjonen er temperaturfallet ikke nok til å gjøre gassen flytende. Den lett avkjølte gassen sendes tilbake til kompressoren gjennom spolen. Begge spolene er plassert i tett termisk kontakt (vanligvis er den ene spolen satt inn i den andre) i en motstrømsvarmeveksler I varmeveksleren går gassen til kompressoren ha mer lav temperatur, kjøler motstrømmen av gass. Selvfølgelig vil gassen i den andre syklusen nærme seg ventil A med en lavere temperatur enn

dette skjedde under den første passasjen, og etter struping vil temperaturen synke enda mer. Med hver syklus, som et resultat av struping og virkningen av varmeveksleren, vil temperaturen på gassen synke mer og mer og vil til slutt falle så mye at en del av gassen, etter ekspansjon, blir til væske og akkumuleres i mottaker B , hvorfra væsken kan dreneres i en Dewar-kolbe gjennom en kran

Det beskrevne prinsippet om motstrøms varmeveksling brukes i alle maskiner for flytende gasser, selv om utformingen av slike varmevekslere kan være ekstremt variert.

En annen industriell metode for flytende gasser (Claudes metode, 1902) er basert på ytterligere kjøling av gassen mens den utfører arbeid. Den komprimerte gassen etter ventilen (fig. 6.21) sendes til en stempelmaskin (ekspander), hvor den, utvidende, virker å bevege stempelet på grunn av molekylenes kinetiske energi (ekspanderen er ikke vist på figuren) . Som et resultat blir effekten av å senke gasstemperaturen mer betydelig enn i Linde-maskinen. Denne metoden ble forbedret av den sovjetiske forskeren P. L. Kapitsa (1934), som i stedet for en stempelekspander brukte en liten turbin (turboekspander) drevet av avkjølt gass (ekspanderrotoren er liten i størrelse, og vekten måles i bare hundrevis av gram ).

For tiden brukes maskiner med ekspansjon i ekspandere i de fleste tilfeller for å gjøre gasser flytende. Ved flytende flytende helium brukes nitrogen i stedet for hydrogen til forkjøling i maskiner med turbokspandere, noe som øker produktiviteten betydelig og økonomisk effektivitet enheter. I tillegg, med samme ytelse, er maskiner med turbokspandere flere ganger mindre enn maskiner som opererer etter Linde-ordningen.

Instruksjoner

Ser ut som flytende naturlig gass(LNG) er en fargeløs, luktfri væske som består av 75-90 % og har en svært viktige egenskaper: V flytende tilstand den er ikke brannfarlig, ikke-aggressiv, noe som er ekstremt viktig under transport. LNG-væskeprosessen har en karakter der hvert nytt trinn betyr komprimering med 5-12 ganger, etterfulgt av avkjøling og overgang til neste trinn. LNG blir flytende når det siste kompresjonsstadiet er fullført.

Hvis gass må transporteres over veldig lange avstander, er det mye mer lønnsomt å bruke spesielle fartøyer - gasstanker. Det legges rørledning fra gassstedet til nærmeste egnede sted på sjøkysten, og det bygges en terminal i land. Der blir gassen svært komprimert og avkjølt, transformerer den til flytende tilstand og pumpes inn i isotermiske beholdere på tankskip (ved temperaturer i størrelsesorden -150°C).

Denne transportmetoden har en rekke fordeler i forhold til rørledninger. For det første kan et slikt fly transportere en enorm mengde gass på en flytur, fordi tettheten til stoffet i flytende tilstand er mye høyere. For det andre er hovedkostnadene ikke for transport, men for lasting og lossing av produktet. For det tredje er lagring og transport av flytende gass mye tryggere enn komprimert gass. Det er ingen tvil om at andelen naturgass som transporteres i flytende form vil øke jevnt og trutt sammenlignet med rørledningsforsyninger.

Flytende naturlig gass etterspurt i ulike områder menneskelig aktivitet - i industrien, i veitransport, i medisin, i jordbruk, innen vitenskap, etc. Flytende væsker har fått betydelig popularitet gass Vi har vunnet på grunn av deres brukervennlighet og transport, samt miljøvennlighet og lave kostnader.

Instruksjoner

Før flytende hydrokarbon gass og den må først rengjøres og vanndamp fjernes. Karbonholdig gass fjernet ved hjelp av et tre-trinns molekylært filtersystem. Renset på denne måten gass i ikke store mengder brukes som regenerering. Gjenopprettes gass enten brent eller brukt til å produsere strøm i generatorer.

Tørking skjer ved hjelp av 3 molekylære filtre. Ett filter absorberer vanndamp. Den andre tørker gass, som deretter går gjennom det tredje filteret. For å senke temperaturen gass passert gjennom en vannkjøler.

Nitrogenmetoden innebærer produksjon av flytende hydrokarbon gass og fra noen gass nye kilder. Fordelene med denne metoden inkluderer enkel teknologi, sikkerhetsnivå, fleksibilitet, brukervennlighet og lave driftskostnader. Begrensningene ved denne metoden er behovet for en strømkilde og høye kapitalkostnader.

Med en blandet metode for produksjon av flytende væske gass og en blanding av nitrogen og brukes som kjølemiddel. Motta gass også fra alle kilder. Denne metoden er preget av fleksible produksjonssykluser og lave variable produksjonskostnader. Sammenlignet med nitrogenflytendemetoden er kapitalkostnadene mer betydelige. En strømkilde er også nødvendig.

Kilder:

Hva er flytende gass?
Flytende gass: mottak, lagring og transport
hva er flytende gass

Naturgass utvinnes fra jordens dyp. Dette mineralet består av en blanding av gassformige hydrokarboner, som dannes som følge av nedbrytning organisk materiale V sedimentære bergarter jordskorpen.

Hvilke stoffer inngår i naturgass?

80-98 % naturgass består av (CH4). Nøyaktig fysiske og kjemiske egenskaper metan bestemmer egenskapene til naturgass. Sammen med metan inneholder naturgass forbindelser av det samme strukturell type– etan (C2H6), propan (C3H8) og butan (C4H10). I noen tilfeller, i små mengder, fra 0,5 til 1 %, finnes følgende i naturgass: (C5H12), (C6H14), heptan (C7H16), (C8H18) og nonan (C9H20).

Naturgass inkluderer også forbindelser av hydrogensulfid (H2S), karbondioksid (CO2), nitrogen (N2), helium (He) og vanndamp. Sammensetningen av naturgass avhenger av egenskapene til feltene der den produseres. Naturgass produsert i ren gassfelt, består hovedsakelig av metan.

Egenskaper for naturgasskomponenter

Alle kjemiske forbindelser som utgjør naturgass har en rekke egenskaper som er nyttige i ulike felt industrien og i hverdagen.

Metan er en brennbar gass, fargeløs og luktfri, lettere enn luft. Brukes i industrien og hverdagen som drivstoff. Etan er en fargeløs, luktfri, brennbar gass som er litt tyngre enn luft. I utgangspunktet oppnås etylen fra det. Propan er en giftig, fargeløs og luktfri gass. Dens egenskaper ligner butan. Propan brukes for eksempel i sveisearbeid og ved bearbeiding av skrapmetall. Flytende og butan brukes til å etterfylle lightere og gassflasker. Butan brukes i kjøleenheter.

Pentan, heksan, heptan, oktan og nonan - . Pentan finnes i motordrivstoff i små mengder. Heksan brukes også i ekstraksjon vegetabilske oljer. Heptan, heksan, oktan og nonan er gode organiske løsemidler.

Hydrogensulfid er en giftig, fargeløs tung gass, som råtne egg. Denne gassen, selv i små konsentrasjoner, forårsaker lammelse av luktnerven. Men på grunn av det faktum at hydrogensulfid har gode antiseptiske egenskaper, brukes det i medisin i små doser for hydrogensulfidbad.

Karbondioksid er en ikke-brennbar, fargeløs, luktfri gass med en sur smak. Karbondioksid brukes i næringsmiddelindustrien: i produksjon av kullsyreholdige drikker for å mette dem med karbondioksid, for frysing av mat, for kjøling av varer under transport, etc.

Nitrogen er en ufarlig, fargeløs, smakløs og luktfri gass. Det brukes i produksjon av mineralgjødsel, brukt i medisin, etc.

Helium er en av de letteste gassene. Den er fargeløs og luktfri, brenner ikke og er ikke giftig. Helium brukes i ulike industrier - til kjøling atomreaktorer, fyller stratosfæriske ballonger.

Det eksperimentelle faktum å avkjøle et stoff under fordampning har vært kjent i lang tid og ble til og med brukt praktisk (for eksempel bruk av porøse kar for å bevare friskheten til vannet). Men den første vitenskapelige studien av dette problemet ble utført av Gian Francesco Cigna og beskrevet i hans arbeid fra 1760 "De frigore ex evaporatione" ("På kulde på grunn av fordampning").

Cigna beviste at jo raskere fordampningen skjer, desto mer intens blir avkjølingen, og Meran viste at blåser man på en våt termometerkule, vil temperaturfallet være større enn i samme forsøk med en tørr termometerkule. Antoine Baume (1728-1804) oppdaget at når svovelsyre fordamper, skjer avkjølingen sterkere enn når vann fordamper. Basert på disse fakta skapte Tiberio Cavallo en kjølemaskin i 1800, og Wollaston bygde sin berømte kryofor i 1810, som fortsatt brukes i vår tid. Basert på denne enheten ble Daniel-hygrometeret opprettet i 1820. Kjølemaskinen ble praktisk talt anvendelig først etter 1859, det vil si etter at Fernand Carré (1824-1894) publiserte sin metode for å produsere is ved å fordampe eter, som senere ble erstattet av ammoniakk. I 1871 beskrev Karl Linde (1842-1934) en kjølemaskin han skapte, der kjøling ble oppnådd ved gassekspansjon. I 1896 kombinerte han denne maskinen med en motstrømsvarmeveksler, beskrevet på fysikkkurs, og dette tillot ham å skaffe flytende hydrogen. De eksperimentelle resultatene oppnådd av fysikere på den tiden begynte å bli introdusert i industrien.

Problemet med flytende gass har en flere hundre år gammel historie, med opprinnelse i andre halvdel av XVIII århundre. Det hele startet med flytendegjøring av ammoniakk ved enkel avkjøling, som ble utført av van Marum, svovelsyreanhydrid - Monge og Clouet, klor - Northmore (1805) og flytendegjøring av ammoniakk ved kompresjonsmetoden foreslått av Baccelli (1812).

Det avgjørende bidraget til løsningen av dette problemet ble gitt samtidig og uavhengig av Charles Cagniard de Latour (1777-1859) og Michael Faraday (1791-1867).

I en serie artikler publisert i 1822 og 1823 beskrev Cagniard de Latour eksperimentene han utførte for å bestemme eksistensen av en væske (slik det intuitivt føles) med en eller annen begrensende ekspansjon, utover hvilken, uavhengig av det påførte trykket, hele væske går over i damptilstand. For dette formålet plasserte de Latour i en gryte en tredjedel fylt med alkohol, steinkule og begynte gradvis å varme opp kjelen. Ut fra støyen fra ballen som snudde inne i gryten, konkluderte de La Tour at ved en viss temperatur var all alkoholen fordampet. Forsøkene ble gjentatt med små rør; Luft ble fjernet fra rørene, og deretter ble de fylt 2/5 med testvæsken (alkohol, eter, bensin) og varmet opp i en flamme. Ettersom temperaturen økte, ble væsken mer og mer bevegelig, og grensesnittet mellom væske og damp ble stadig mer uskarpt, helt til det ved en viss temperatur forsvant helt og all væsken så ut til å ha blitt til damp. Ved å koble disse rørene til en trykkmåler med trykkluft, kunne Cagniard de Latour måle trykket som ble etablert i røret i det øyeblikket grensesnittet mellom væske og damp forsvinner, og den tilsvarende temperaturen. I motsetning til det mange tror, bestemte Cagniard de Latour ikke bare den kritiske temperaturen for vann i disse eksperimentene, han klarte ikke engang å fordampe vannet fullstendig, fordi rørene alltid sprakk før ønsket effekt ble oppnådd.

Et mer spesifikt resultat var inneholdt i Faradays eksperimenter utført i 1823 med bøyde glassrør, hvis lengre arm var forseglet. Faraday plasserte et stoff i denne armen som, når det ble oppvarmet, ville produsere gassen som ble undersøkt, lukket deretter den andre, korte armen på røret og senket røret ned i kjøleblandingen. Hvis stoffet, etter å ha gjort dette, varmes opp i den lange armen av røret, dannes det en gass, hvis trykk gradvis øker, og i mange tilfeller skjedde flytendegjøring av gassen i Faradays korte rør. Ved å varme opp natriumbikarbonat oppnådde Faraday således flytende karbondioksid; på samme måte fikk han flytende hydrogensulfid, hydrogenklorid, svovelsyreanhydrid osv.

Eksperimenter fra de La Tour og Faraday viste at det var mulig å gjøre gass flytende ved å utsette den for høyt trykk. Mange fysikere begynte å jobbe i denne retningen, spesielt Johann Natterer (1821–1901). Noen gasser (hydrogen, oksygen, nitrogen) kunne imidlertid ikke gjøres flytende på denne måten. I 1850 utsatte Verthelot oksygen for et trykk på 780 atm, men klarte ikke å oppnå flytendegjøring. Dette tvang Verthelot til å slutte seg til Faradays mening, som, overbevist om at det før eller senere ville være mulig å få fast hydrogen, mente at trykk alene ikke var nok til å gjøre visse gasser flytende, den gang kalt "permanent" eller "ukuelig."

I samme 1845, da Faraday uttrykte denne ideen, bemerket Regnault at ved lave temperaturer karbondioksid har en uregelmessig kompressibilitet, og når den nærmer seg 100 ° C, begynner den å følge Boyles lov, antatt at for hver gass er det et bestemt temperaturområde der den adlyder Boyles lov. I 1860 ble Regnaults idé utviklet og modifisert av Dmitry Ivanovich Mendeleev (1834-1907), ifølge hvilken det for alle væsker skulle være " absolutt temperatur kokepunkt», over hvilket det bare kan eksistere i gassform, uansett trykk.

Studiet av dette problemet ble gjenopptatt i 1863 i ny form Thomas Andrews (1813-1885). I 1863 introduserte Andrews karbondioksid i et kapillærrør, og fanget volumet av gass med en kvikksølvkolonne. Ved hjelp av en skrue satte han vilkårlig inn trykket som gassen var plassert under, samtidig som han gradvis endret temperaturen. Etter å ha oppnådd delvis flytendegjøring av gassen ved ganske enkelt å øke trykket og deretter sakte varme opp røret, observerte Andrews de samme fenomenene som Cagniard de Latour hadde studert 30 år tidligere. Når temperaturen på karbondioksid nådde 30,92°C, forsvant grensesnittet mellom væske og gass og ingen trykkmengde kunne brukes for å få tilbake flytende karbondioksid. I sitt detaljerte arbeid fra 1869 foreslo Andrews å kalle temperaturen 30,92 ° C det "kritiske punktet" for karbondioksid. Ved å bruke samme metode bestemte han de kritiske punktene for hydrogenklorid, ammoniakk, svovelsyre og nitrogenoksid. Han foreslo å bevare begrepet "damp" for gassformige stoffer lokalisert ved temperaturer under kritisk punkt, og begrepet "gass" brukes på stoffer ved en temperatur over det kritiske punktet. Dette synspunktet til Andrews ble bekreftet av de allerede nevnte eksperimentene til Natterer, utført av ham fra 1844 til 1855, der permanente gasser ble utsatt for trykk opp til 2790 atm uten å bli flytende, og mange lignende eksperimenter startet i 1870 av Emil Amaga (1841–1915), der trykk på opptil 3000 atm ble oppnådd.

Alle disse negative resultater eksperimenter bekreftet Andrews hypotese om at permanente gasser er stoffer der den kritiske temperaturen er lavere enn verdiene som ble brutt i det øyeblikket, slik at deres flytendegjøring kunne utføres ved hjelp av foreløpig dypkjøling, muligens etterfulgt av kompresjon. Denne hypotesen ble briljant bekreftet i 1877 av Louis Calete (1832-1913) og Raoul Pictet (1846-1929), som uavhengig lyktes i å oppnå flytendegjøring av oksygen, hydrogen, nitrogen og luft etter foreløpig sterk avkjøling. Arbeidet til Calhete og Pictet ble videreført av andre fysikere, men bare bruken av Linde-kjølemaskinen, som vi allerede har nevnt, gjorde flytende metoder praktisk tilgjengelige, noe som tillot produksjon av flytende gasser i store mengder og utbredt bruk av dem i vitenskapelig forskning og i industrien.

SPESIFIK VARMEKAPASITET PÅ GASSER

Metoder for å bestemme spesifikk varmekapasitet var vanskelig å anvende på gassformige stoffer på grunn av liten egenvekt gasser og damper. Derfor i tidlig XIXårhundre utlyste Paris Academy of Sciences en konkurranse om den beste metoden for å måle den spesifikke varmekapasiteten til gass. Prisen ble tildelt François Delaroche (? - 1813?) og Jacques Bérard (1789-1869), som foreslo å plassere en spole i et kalorimeter som gass ville strømme gjennom ved et fast trykk ved en kjent temperatur. Denne metoden var faktisk ikke ny; det ble foreslått 20 år tidligere av Lavoisier. Uansett, resultatene oppnådd av Delaroche og Berard ble presentert på fysikkkurs i et halvt århundre. Fortjenesten til disse forskerne er først og fremst at oppmerksomheten ble trukket mot behovet for å skille mellom spesifikke varmekapasiteter ved konstant trykk og ved konstant volum. Sistnevnte verdi er svært vanskelig å måle på grunn av den lille varmekapasiteten til gassen sammenlignet med varmekapasiteten til reservoaret som inneholder den.

Men flere år før dukket opp verkene til Delaroche og Bérard, begynte forskning på et merkelig fenomen bemerket av Erasmus Darwin (1731-1802) i 1788, og deretter i 1802 av Dalton, som består i det faktum at komprimering av luft forårsaker det. å varme opp, og ekspansjon fører til avkjøling. Begynnelsen på studiet av dette fenomenet regnes vanligvis for å være eksperimentet til Gay-Lussac (1807), gjentatt av Joule i 1845. Gay-Lussac koblet sammen to sylindre med et rør, akkurat som Guericke gjorde; en av sylindrene var fylt med luft, og den andre var tom; Luft kunne strømme fritt fra en fylt sylinder til en tom. Som et resultat ble det etablert en reduksjon i temperaturen til den første sylinderen og en økning i temperaturen til den andre. Denne termiske oppførselen til luft fikk oss til å tro at den spesifikke varmekapasiteten ved konstant trykk burde være større enn ved konstant volum, uansett hvilken teori om varmens natur vi holder oss til. Faktisk, hvis en gass avkjøles når den utvider seg, så ved å la den utvide seg når den oppvarmes, er det nødvendig å gi den ytterligere varme for å kompensere for kjølingen som følger med ekspansjonen.

Basert på disse eksperimentelle fakta, kom Laplace i 1816 til den geniale ideen at den velkjente avviket mellom verdien av lydhastigheten oppnådd fra eksperimentet og dens teoretiske verdi oppnådd fra Newtons lov kan forklares av endringen i temperatur som oppleves av lag av luft ved vekslende kompresjon og sjeldenhet. Basert på disse teoretiske premissene, korrigerte Laplace Newtons formel ved å innføre den en koeffisient lik forholdet mellom de spesifikke varmekapasitetene ved konstant trykk og ved konstant volum for luft. En sammenligning av den eksperimentelle verdien av lydhastigheten i luft og den teoretiske verdien fra Newtons formel gjorde det mulig å finne forholdet mellom spesifikke varmekapasiteter. Så indirekte fysikere klarte å skaffe de første dataene om verdien av dette forholdet og dermed, siden verdien av den spesifikke varmekapasiteten ved konstant trykk var kjent, estimat spesifikk varmekapasitet luft ved konstant volum. Noen år senere (1819) lyktes Nicolas Clément (1779-1841) og Charles Desormes (1777-?) i direkte å bestemme forholdet mellom varmekapasiteter i eksperimenter med utvidelse av gasser, som ble gjentatt mange ganger av andre vitenskapsmenn t.o.m. i dag og inkludert i alle lærebøker om fysikk, som, innenfor grensene for eksperimentelle feil, falt sammen med det som ble funnet av Laplace.

I 1829, som et resultat av subtil og møysommelig forskning, bestemte Dulong forholdet mellom varmekapasiteter for forskjellige gasser, som han forårsaket lyd i et rør ved å bruke strømmer av forskjellige gasser. Disse forsøkene førte ham til den konklusjon at i gasser og damper kl like forhold(volum, trykk, temperatur) samme mengde varme dannes med samme relative kompresjon eller ekspansjon.

Merk at Dulongs metode ble betydelig forbedret i 1866 av Kundt (1839-1894), som introduserte et spesielt rør (dette røret kalles nå Kundt-røret). Kundt-metoden regnes fortsatt som en av de beste metodene for å bestemme forholdet mellom spesifikke varmekapasiteter.

Satt sammen av Savelyeva F.N.