Сжигание предельных углеводородов в ГТУ

  Сжигание предельных углеводородов в ГТУ

Четыре первых члена гомологического ряда предельных углеводородов, начиная с метана, - вещества газообразные. Сам метан является по­ стоянным газом, сгущающимся в жидкость лишь при температуре 161,5 °С. У последующих чле­ нов ряда температура кипения последовательно возрастает. Начиная с пентана и выше нормаль­ные углеводороды представляют собой жидкос­ти, причем у средних гомологов с увеличением молекулярного веса температура кипения при переходе к следующему гомологу возрастает примерно на 25...30 "С. Эта гомологическая раз­ ность температур кипения медленно уменьшает­ ся с увеличением молекулярного веса.

Один из возможных вариантов применения ПНГ — сжигание его в газотурбинных установ­ ках для производства электрической энергии. В связи с этим важно знать отличительные осо­ бенности сжигания попутного нефтяного газа в газотурбинных установках.

Общая формула реакции предельных углево­ дородов с кислородом имеет следующий вид:

С_пН(2 n +2) + 0,5 (З n +1 )О₂ → n СО₂ + ( n +1) Н₂О,

где n - число молекул углерода и порядковый номер гомолога углеводорода.

Рассмотрим уравнения реакции горения четы­ рех первых гомологов углеводородов С₁ С₂, С₃ и С₄, которые в атмосферных условиях находятся в газообразном состоянии.

1)При n = 1

СН₄ + 2О₂ → СО₂ + 2 Н₂О

(т.е. 1 моль метана, соединяясь с 2 молями кислорода, образует 1 моль углекислого газа и 2 моля водяного пара).

2) При n = 2

С₂Н₆ + 3,5О₂ → 2СО₂ + 3 Н₂О.

3) При n = 3

С₃Н₈ + 5О₂ → ЗСО₂ + 4 Н₂О.

4) При n = 4

С₄Н₁₀ + 6,5О₂ → 4СО₂ + 5 Н₂О.

Из данных выражений видно, что при увели­чении номера гомолога углеводорода для его полного окисления требуется больший объем кислорода, при этом выделяется больше угле­ кислого газа и водяного пара, чем при сжигании

метана. Объем выделяющегося при сжигании углеводородов СО₂ пропорционален порядково­му номеру гомолога ( n ), а водяного пара — ( n +1). При сжигании метана выделяется в два раза больше водяного пара, чем углекислого газа, а при увеличении доли «тяжелых» углеводородов в сжигаемом газе эта пропорция уменьшается.

При сжигании тяжелых компонентов попут­ ного газа выделяется и большее количество теп­ ловой энергии. Причем, выделяемая энергия пропорциональна объему участвующего в реак­ции кислорода (соответственно, воздуха). Отно­ шение низшей теплоты сгорания Q_H к теоретиче­ скому объему воздуха для четырех первых ком­ понентов ПНГ приведено в табл. 2.

В табл. приведены также объемная и массо­ вая низшая теплота сгорания, молекулярный вес и плотность гомологов. Видно, что с увеличени­ ем номера гомолога для предельных углеводоро­ дов объемная теплота сгорания увеличивается, а массовая - уменьшается. Это связано с тем, что увеличение плотности опережает рост мас­ совой теплоты сгорания.

На рис. 1,2 и 3 представлены графики зависи­ мости теоретического объема воздуха, числа Воббе и плотности от низшей теплоты сгорания топлива. Данные приведенных зависимостей по­лучены при использовании ПНГ разного состава различных нефтяных месторождений (табл. 1).

Из графиков видно, что при увеличении значения низшей теплоты сгорания топлива растет значение теоретического объема воздуха, плотности и числа Воббе.