Сделай Сам Свою Работу на 5

Расчет стехиометрической реакции горения попутного нефтяного газа в атмосфере влажного воздуха

Пример 1

Попутный нефтяной газ Южно-Сургутского месторождения

 

С1.207H4.378N0.0219O0.0027

 

сгорает в атмосфере влажного воздуха

 

O0.431N1.572H0.028 (t=20 °C, φ=60%)

 

в соответствии со стехиометрической реакцией

 

C1.207H4.378N0.0219O0.0027+MO0.431N1.572H0.028=nCO2+nH2OH2O+nN2N2 . (1.1)

 

Расчет мольного стехиометрического коэффициента М:

 

. (1.2)

 

Теоретическое количество влажного воздуха, необходимое для полного сгорания 1м3 ПНГ Южно-Сургугского месторождения, составляет 11.03 м3.

 

nCO2 = с = 1.207;

nH2O = 0.5(h + Mkh) = 2.344;

nN2 = 0.5(n + Mkn) = 8.681.

 

Объем продуктов сгорания при стехиометрическом горении равен

 

VПС = c + s + 0.5· [h + n + M(kh + kn)] = 1.207 + 0.5· [4.378 + 0.0219 + 11.03· (0.028 + 1.572)] = 12.23 м33.

 

Пример 2

Попутный нефтяной газ Бугурусланского месторождения (серосодер-жащий) C1.489H4.943S0.0110О0.0160 сгорает в атмосфере влажного воздуха О0.431N1.572H0.028 (t=20°C, φ=60%) в соответствии со стехиометрической реакцией

 

C1.489H4.943S0.0110О0.0160 + MО0.431N1.572H0.028 = nCO2CO2 + nH2OH2O + nN2N2 . (2.1)

 

Расчет мольного стехиометрического коэффициентаМ:

 

(2.2)

 

nCO2 = c = 1.489;

nH2O = 0.5(h + Мkh) = 2.660;

nSO2 = s = 0.011.

nN2 = 0.5(n + Mkn) = 10.576.

 

Теоретическое количество влажного воздуха, необходимое для полного сгорания 1м3 ПНГ Бугурусланского месторождения, составляет 13.056 м3.

Объем продуктов сгорания при стехиометрическом горении равен

 

VПС = 1.489 + 0.0110 + 0.5[4.943 + 13.056(0.028 + 1.572)] = 14.74 м33.

 

Приложение 10


Расчет скорости распространения звука
в сжигаемой газовой смеси UЗВ (м/с) (п. 6.4)

 

Скорость распространения звука в сжигаемой газовой смеси UЗВ (м/с) рассчитывается по формуле

 

U = 91.5 [K·(To + 273) / Mг]0.5, (1)

 

где То,°С - температура ПНГ;

MГ - условная молекулярная масса сжигаемой газовой смеси;

К - показатель адиабаты для сжигаемой газовой смеси или определяется по графикам на рис. 1, 2 прил. 11, где расчеты произведены для четырех значений То,°С (0°С; 10°С; 20°C и 30°С).

Показатель адиабаты К для ПНГ рассчитывается по значениям показателя адиабаты Ki для компонентов (табл.1 прил.8) как средневзвешенное

 

K = 0.01·ΣVi· Ki , (2)

i

 

где Vi (% oб.) - объемная доля i-го компонента ПНГ.



 

Приложение 11


Пример расчета скорости распространения звука

в сжигаемой газовой смеси UЗВ (м/с)

Попутный нефтяной газ Южно-Сургутского месторождения. Компонентный состав Vi (% об.) - см. табл.1. прил.3.

Показатель адиабаты

 

K = 0.01Σ Vi·Ki = 1.292.

i

 

Скорость распространения звука при Тo = 20°C:

 

UЗВ = 91.5 [K(To + 273) / MГ]0.5 = 406 м/с

 

Г = 19.210, см. табл.3 прил.3.)

 

Такое же значение UЗВ дает график прил.10 для Тo = 20°C.


 

 

Температура 0°С

Температура 10°С

Рис. 1. Скорость звука в сжигаемой смеси

 

Температура 20°С

Температура 30°С

Рис. 2. Скорость звука в сжигаемой смеси

Приложение 12


Примеры расчета выбросов вредных веществ при сжигания попутного нефтяного газа

1. Попутный нефтяной газ Южно-Сургутского месторождения. Объемный расход газа Wv = 432000 м3 /сут = 5 м3/с. Сжигание бессажевое, плотность газа (см. прил.1) ρГ = 0.863 кг/м3. Массовый расход равен (5.2):

 

Wg = 3600 ρГ·Wv = 15534 (кг/ч).

 

В соответствие с формулой (7.1) и табл.6.1 выбросы вредных веществ в г/с составляют:

 

СО - 86.2 г/с; NOx - 12.96 г/с;

бенз(а)пирен - 0.1·10-6 г/с .

 

Для вычисления выбросов углеводородов в пересчете на метан определяется массовая их доля, исходя из табл.2 прил.1 и табл.6 прил.3 Она равна 120 %. Недожог равен 6·104. Т.о. выброс метана составляет

 

0.01·6·10-4·120·15534 = 11.2 г/с

 

Сера в ПНГ отсутствует.

 

2. Попутный нефтяной газ Бугурусланского месторождения с условной молекулярной формулой C1.489H4.943S0.011О0.016. Объемный расход газа Wv = 432000 м/сутки = 5 м/с. Факельное устройство не обеспечивает бессажевого горения. Плотность газа (см. прил.1) ρГ = 1.062 кг/м3. Массовый расход равен (5.2):

 

Wg = 3600·ρГ·Wv = 19116 (кг/ч).

 

В соответствии с формулой (7.1) и табл.6.1 выбросы вредных веществ в г/с составляют:

 

СО - 1328 г/с; NOx - 10.62 г/с;

бенз(а)пирен - 0.3·10-6 г/с.

 

Выбросы сернистого ангидрида определяются по формуле (6.2), в которой s = 0.011, MГ = 23.455, MSO2 = 64. Отсюда

 

MSO2 = 0.278·0.03·19116 = 159.5 г/с

 

В данном случае недожог равен 0.035. Массовое содержание сероводорода 1.6%. Отсюда

 

MH2S = 0.278·0.035·0.01·1.6·19116 = 2.975 г/с

 

Выбросы углеводородов определяются аналогично примеру 1.

 

Приложение 13

Расчет удельных выбросов CO2, H2O, N2 и О2 на единицу массы сжигаемого попутного нефтяного газа (кг/кг)

 

1. Удельный выброс диоксида углерода рассчитывается по формуле

 

qСO2 = MCO2 · (c/MГ – qСН4/M СН4 - qСО/MСО) , (1)

 

где МСО2, M СН4, MСО - молекулярные массы соответствующих газов (прил.2);

МГ - условная молекулярная масса ПНГ (прил.2);

с - количество атомов углерода в условной молекулярной формуле ПНГ (прил.1).

 

2. Удельный выброс водяного пара H2O:

 

2О = 0.5·MН2О·[1/MГ(h + α·M·Kh) - qСН4/MСН4] , (2)

 

где MН2О и MСН4 - молекулярные массы Н2О и СН4;

MГ - условная молекулярная масса ПНГ;

h – количество атомов водорода в условной молекулярной формуле ПНГ;

α - коэффициент избытка влажного воздуха;

М - мольный стехиометрический коэффициент (прил.7);

Кh - количество атомов водорода в условной молекулярной формуле влажного воздуха (прил.4).

 

3.Удельный выброс азота N2:

 

qN2 = MN2·[1/MГ(n + α·M·Kn) - qNO/MNO] . (3)

 

4.Удельный выброс кислорода O2:

 

qO2 = MO2·[1/MГ(o + α·M·Ko) – 2qСO2/MСO2

2О/MН2О - 2qSO2/M SO2 - qСO/MCO - qNO/MNO] (4)

 

Примечания:

1. Обозначения, принятые в (2) и (3) аналогичны обозначениям, принятым в (1).

2. qН2О, qCO2, qSO2, qСO, qNO – см. прил.12 и формулу (1) настоящего приложения.

Приложение 14

Примеры расчетов

Расчет удельных выбросов СО2, H2O, N2 и O2 на единицу массы сжигаемого попутного нефтяного газа (кг/кг)

Пример 1

Попутный нефтяной газ Южно-Сургутского месторождения с условной молекулярной формулой C1.207H4.378N0.0219O0.027 (прил.3) сжигается в атмосфере влажного воздуха с условной молекулярной формулой O0.431N1.572H0.028 (прил.6) при α = 1.0.

Мольный стехиометрический коэффициент М=11.03 (прил.9).

Удельный выброс диоксида углерода (формула (2) прил.13):

 

qCO2 = 44.011(1.207/19.260 - 5·10-4/16.043 - 2·10-2/28.011) = 2.725

 

Удельный выброс водяного пара H2O:

 

2О = 0.5·18.016[1/19.26·(4.378 + 11.03·0.028) - 5·10-3/16.043] = 2.192

 

Удельный выброс азота N2:

 

qN2= 28.016 [1/19.26·(0.0219 + 11.03·1.572) - 3·10-3/30.008] = 25.251

 

Удельный выброс кислорода O2:

 

qO2 = 32[1/19.26·(0.0027 + 11.03·0.431) -

- 2·2.725/44.011 - 2·10-2 - 3·10-3/30.008] = 0.022.

 

Пример 2

Попутный нефтяной газ Бугурусланского месторождения с условной молекулярной формулой C1.489H4.943S0.011O0.016.

Условия сжигания газа те же, что и в примере 1. Удельный выброс диоксида углерода (формула (2) прил.13).

 

qCO2= 44.01(1.489/23.476 - 5·10-4 / 16.043- 2·10-3/28.011] = 2.761

 

Удельный выброс водяного пара H2O:

 

2О = 0.5·18.016[1/23.476·(4.943 + 1.455·0.028) - 5·10-3/16.043] = 2.041

 

Удельный выброс азота N2:

 

qN2= 28.016 [1/23.476·(13.455·1.572) - 3·10-3/30.008] = 25.238

 

Удельный выброс кислорода O2:

 

qO2 = 32[1/23.476·13.455· 0.431 - 2·2.761/44.011 – 2.041/18.016 - 2·0.030/64.066 - 2·10-2/28.011- 3·10-3/30.008] = 0.208

 

Приложение 15


Расчет длины факела

 

Длина факела (Lф) рассчитывается по формуле

 

LФ = 5.3 do·(TГ/ Tо)0.5·[(1 + Vo) (1 + VBB· ρВВГ)]0.5 , (1)

 

где dо - диаметр устья факельной установки, м;

ТГ - температура горения, °К (п. 8.3);

То - температура сжигаемого ПНГ, °К;

VВВ - теоретическое количество влажного воздуха, необходимое для полного сгорания 1м3 ПНГ (прил.7), м33;

ρВВ, ρГ - плотность влажного воздуха (прил.4) и ПНГ (прил.1);

Vo - стехиометрическое количество сухого воздуха для сжигания 1 м3 ПНГ, м33:

N

Vo = 0.0476·(1.5[H2S]o + Σ (x + y/4) [CxHy]o – [O2]о) ,

i=i

 

где [H2S]о, [CxHy]o, [O2]o - содержание сероводорода, углеводородов, кислорода, соответственно, в сжигаемой углеводородной смеси, % об.

На рис. 1,2 прил.16 изображены номограммы для определения длины факела (Lф), отнесенной к диаметру устья факельной установки (d), в зависимости от ТГо, VВВ и ρВВГ для четырех фиксированных значений TГо при диапазонах варьирования VВВ от 8 до 16 и ρВВГ от 0.5 до 1.0.

 

Приложение 16

 



©2015- 2017 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.