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1、1.2 燃气的基本性质,1.2.1 混合气体及混合液体的平均分子量、平均密度和相对密度,表12及表13给出了燃气组成中常见的低级烃和某些单一气体的基本性质。如何求解混合气体及混合液体的基本特性呢？,一 、平均分子量,混合气体的平均分子量计算公式如下：式中 混合气体平均分子量； 、 、 各单一气体分子量； 、 、 各单一气体分子量。,混合液体的平均分子量计算公式如下：式中 混合液体平均分子量； 、 、 各单一液体分子成分； 、 、 各单一液体分子量。,二、平均密度和相对密度,混合气体平均密度计算公式如下：混合气体相对密度计算公式如下：式中 混合气体平均密度（kg/Nm3) 混合气体平均摩尔容积（
2、Nm3/kmol) 混合气体相对密度（空气为1）；1.293 标准状态下空气的密度（kg/Nm3),天然气、焦炉煤气都比空气轻，而气态液化石油气约比空气重一倍。混合液体平均密度与101325Pa、277K时的水的密度之比称为混合液体相对密度。常温下，液态液化石油气的密度是500kg/m3 ,约为水的一半。自学例题11、12,1.2.2 临界参数及实际气体状态方程,（一）临界参数,临界温度：温度不超过某一数值时，对气体进行加压，可以使气体液化，而在该温度以上，无论加多大压力都不能使气体液化，该温度称为气体的临界温度。临界压力：在临界温度下，使气体液化所必须的压力叫做临界压力。C点为临界点，这时的
3、温度TC、压力PC、比容vc 、密度 分别叫做临界温度、临界压力、临界比容和临界密度。 气体的临界温度越高，越易液化。,图11所示为在不同温度下对气体压缩时，其压力和体积的变化情况。当从E点开始压缩时至D点开始液化，到B点液化完成；而当气体从F点开始压缩时至C点开始液化，但此时没有相当于BD直线部分，其液化的状态与前者不同。C点为临界点。它既不属于气相，也不属于液相。,混合气体的平均临界压力和平均临界温度按公式（19）（110）计算。,图12中的曲线是蒸汽和液体的分界线，曲线左侧为液态，右侧为气态。由图12可知，气体温度比临界温度越低，则液化所需压力越小。由图12发现， CH4的临界温度最低，
4、H2O的临界温度最高。天然气主要成分为甲烷， CH4的临界温度很低，故很难液化。液化石油气主要成分是丙烷(C3H8 ) 、丙烯(C3H6)、丁烷(C4H10)和丁烯(C4H8),各种组分的临界温度较高，较易液化。,（二）实际气体状态方程,当燃气压力低于1MPa、温度在1020时，在工程上还可当作理想气体。当压力很高（如天然气的长输管线中）、温度很低时，必须采用实际气体状态方程。式中 气体的绝对压力（Pa）； 气体的比容（m3/kg）； 压缩因子； 气体常数J/(Kg.K) 气体的热力学温度（K）。,压缩因子 的求解方法,压缩因子 是对比温度 和对比压力 的函数。 工作温度； 临界温度； 工作压
5、力； 临界压力。 由图13、14可以查得压缩因子,气体压缩因子Z和 Tr、Pr的关系,气体压缩因子Z和 Tr、Pr的关系,三、黏度,混合气体的动力粘度近似计算公式如（113）所示，这时不考虑温度对粘度的影响。,混合气体的动力粘度也可按公式（114）计算，这时考虑温度对粘度的影响。,混合液体的动力粘度可近似按公式（115）计算,混合气体及混合液体的运动粘度按公式（116）计算。,四 饱和蒸气压及相平衡常数,液态烃的饱和蒸气压，简称蒸气压，就是在一定温度下密闭容器中的液体及蒸气处于动态平衡时蒸气所表示的绝对压力。蒸气压仅取决于温度，与密闭容器的大小及溶液量无关。,（一） 饱和蒸气压与温度的关系,（
6、一） 饱和蒸气压与温度的关系,表15为不同温度下部分液态烃的饱和蒸汽压。由表中数据可以看出，温度升高时，蒸气压增大；反之，温度下降时，蒸汽压降低。,（二）混合液体的蒸气压,根据道尔顿定律得：式中 为混合液体任一组分的蒸气分压。根据拉乌尔定律得：式中 为混合液体任一组分的摩尔成分。 为该纯组分在同温度下的蒸气压。因此，混合气体的蒸气压为：,例：居民家中使用的液化石油气主要组成为丙烷及丁烷，当温度一定时，其蒸汽压取决于丙烷、丁烷的含量。当使用容器中的液化石油气时，总是先蒸发出较多的丙烷，而剩余的液体中丙烷的含量渐渐减少。所以，温度虽然不变，容器中的蒸汽压也会逐渐下降。,（三）相平衡常数,根据拉乌尔
7、定律根据混合气体分压力定律由上面两式得：式中 为混合液体任一组分的摩尔成分 式中 为该组分在气相中的摩尔成分。,相平衡常数 表示在一定温度下，一定组成的气液平衡系统中，某一组分在该温度下的饱和蒸气压与混合液体蒸气压 的比值是一个常数。在一定温度和压力下，气液两相达到平衡状态时，气相中某一组分的摩尔成分 与其液相中的摩尔成分 的比值，也是一个常数 。 工程上，常利用平衡常数计算液化石油气的气相组成或液相组成。方法有两种，一种是利用图查得。另一种是利用公式,利用公式换算1.已知液相组成的摩尔分数，确定气相组成。2.已知气相组成的摩尔分数，确定液相组成。,五、沸点和露点（一）沸点,沸点：通常说的沸点
8、指101325Pa压力下液体沸腾时的温度。 广义地说，沸点指某压力下液体沸腾时的温度。,由表16可见，冬季当液化石油气容器设置在 以下的地方时，应该使用沸点低的丙烷、丙稀组分高的液化石油气。因为丙烷、丙稀在寒冷的地区或季节也可以气化。,（二）露点,饱和蒸气经冷却或加压，立即处于过饱和状态，当遇到接触面或凝结核便液化成露，这时的温度称为露点。对于气态碳氢化合物，表15所列的饱和蒸气压相应的温度就是露点。单一的气态碳氢化合物在某一蒸气压时的露点也就是液体在同一压力时的沸点。,1.碳氢化合物混合气体的露点与哪些因素有关系已知气体混合物的组成时，怎么计算在某一压力下的露点2.液化石油气掺混前后露点的比
9、较掺混了空气，液化石油气的露点变化情况露点随混合气体的压力及各组分的体积分数的变化规律输送气体碳氢化合物时要注意什么,六 液化石油气的气化潜热,气化潜热：单位质量的液体变成与其处于平衡状态的蒸汽所吸收的热量。某碳氢化合物在101325Pa压力下的的分,七 体积膨胀,液态碳氢化合物的容积膨胀系数很大，约比水大16倍。在罐装时必须考虑由温度变化引起的容积增大，留出必须的气相空间容积。表1-9给出了一些液态碳氢化合物的体积膨胀系数,八 爆炸极限,爆炸极限：可燃气体和空气的混合物遇到明火而引起爆炸时的可燃气体浓度范围称为爆炸极限。爆炸下限：当可燃气体的含量减少到不能形成爆炸混合物时的那一含量，称为可燃
10、气体的爆炸下限。爆炸上限：当可燃气体的含量增加到不能形成爆炸混合物时的那一含量，称为可燃气体的爆炸上限。某些可燃气体的爆炸极限列于表12、表13。混合气体的爆炸极限计算如下,九 水合物,水合物：当碳氢化合物中的水分超过一定含量，在一定温度压力条件下，水能和气相及液相的C1、C2、C3和C4生成结晶水化物CmHnXH2O(甲烷，x=67;乙烷， x=6；丙烷及异丁烷， x=17)水化物在聚集状态下是白色的结晶体，或带铁锈色。一般水化物类似于冰或雪。水化物是不稳定的结合物，在高温或低压的条件下易分解为水和气体。,（一）水合物生成条件,在含湿烃类气体中形成水合物的主要条件是压力及温度。 次要条件是：
11、含有杂质、告诉、紊流、脉动（例如由活塞式压缩机引起的）和急剧转弯等因素。,（二）水合物的防止,水化合物的生成，会缩小管道的流通截面，甚至堵塞管线、阀件和设备。必须防止水化合物的形成或分解已形成的水合物。有下面的两种方法：1.采用降低压力、升高温度、加入可以使水合物分解的反应剂（防冻剂）。2.脱水，使气体中水分含量降低到不致形成水合物的程度。为此，要使露点降低到大约低于输气管道工作温度57 ，使得在输气管道的最低温度下，气体的相对湿度接近于60。 液化石油气脱水采用沉淀法，容器装满液化石油气后，静置一段时间，使水分沉淀。在冬季，必须向液化石油气容器中加入防冻剂。,十 烃类气体的状态图,干度：湿饱
12、和蒸汽 干饱和蒸汽 过热蒸汽例题1-14 1-20,1.3 城镇燃气的质量要求,作为城镇燃气气源，应尽量满足以下要求：(1)热值高城镇燃气应尽量选择热值较高的气源。燃气热值过低，输配系统的投资和金属耗量就会增加。只有在特殊情况下，经技术经济比较认为合理时，才容许使用热值较低的燃气作为城镇气源。根据规范燃气低热值一般应大于14.7MJ/m3。当小城镇采用人工燃气做气源时，燃气的热值可适当降低，但不应低于11.7MJ/m3。(2)毒性小为防止燃气泄露引起中毒，确保用气安全，城镇燃气中的一氧化碳等有毒成分的含量必须控制。(3)杂质少城镇燃气供应中，常常由于燃气中的杂质及有害成分影响燃气的安全供应。杂
13、质可引起燃气系统的设备故障、仪表失灵、管道阻塞、燃具不能正常使用，甚至造成事故。,1.3 城镇燃气的质量要求,一 人工煤气与天然气中的主要杂质及质量要求（一）人工煤气与天然气中的主要杂质 (1)焦油与灰尘干馏煤气中焦油与灰分的含量较高时，常积聚在阀门及设备中，造成阀门关闭不严、管道和用气设备阻塞等。 (2)萘人工燃气中萘含量比较高。在温度较低时，气态萘会以结晶状态析出，附着于管壁，使管道流通截面变小，甚至堵死。,1.3 城镇燃气的质量要求,一 人工煤气与天然气中的主要杂质及质量要求（一）人工煤气与天然气中的主要杂质(3)硫化物燃气中的硫化物主要是硫化氢，此外，还有少量的硫醇(CH3SH、C2H
14、5SH)二硫化碳(CS2)。天然气中主要是硫化氢。硫化氢是无色、有臭鸡蛋味的气体，燃烧后生成二氧化硫。硫化氢和二氧化硫都是有害气体。(4)氨氨对燃气管道、设备及燃具都有腐蚀作用，燃烧时会生成氮氧化物(NO、N02)等有害气体。但氨对硫化物产生的酸性物质有中和作用。因此，燃气中含有微量的氨有利于保护金属管道及设备。,1.3 城镇燃气的质量要求,一 人工煤气与天然气中的主要杂质及质量要求（一）人工煤气与天然气中的主要杂质(5)一氧化碳一氧化碳是无色、无味、有剧毒的气体。一般要求城镇燃气中一氧化碳含量小于10%(容积成分)。(6)氧化氮氧化氮易与双键的烃类聚合成气态胶质，附着于输气设备及燃具上，引起
15、故障。燃气燃烧产物中的氧化氮对人体也是有害的：空气中氧化氮的浓度达到0.01%时，可刺激人的呼吸器官，长时间呼吸则会危及生命。(7)水在天然气进入长距离输送管道前必须脱除其中的水分。因为在高压状态下，天然气中的水很容易与其中的烃类生成水化物。水与其他杂质在局部的积聚还会降低管道的输送能力；水的存在还会加剧硫化氢和二氧化碳等酸性气体对金属管道及设备的腐蚀；如果输送含水的燃气，输配系统还需要增加排水设施和管道的维护工作。,1.3 城镇燃气的质量要求,（二）对天然气及人工煤气的质量要求(1)城镇天然气与人工燃气城镇天然气的质量标准应符合表1-5中一类气或二类气的规定，人工燃气则应符合表1-6之规定。,
