Lichefierea gazelor și utilizarea gazelor lichide în tehnologie

Lichefierea gazelor

Lichefierea gazelor include mai multe etape necesare transformării gazului în stare lichidă. Aceste procese sunt utilizate în scopuri științifice, industriale și comerciale. Toate gazele pot fi lichefiate prin simplă răcire la presiunea atmosferică normală. Cu toate acestea, pentru unele gaze este suficientă o anumită creștere a presiunii (dioxid de carbon, propan, amoniac). Altele (oxigen, hidrogen, argon etc.) sunt depozitate în cilindri în stare comprimată. Faptul este că gazul nu poate fi lichefiat la nicio presiune ridicată peste așa-numita temperatură critică. Primele care au fost lichefiate au fost gazele cu o temperatură critică semnificativ peste temperatura camerei (amoniac, dioxid de sulf, dioxid de carbon etc.), iar o creștere a presiunii a fost suficientă. Pentru mai multe informații despre aceasta, consultați: Experimente cu un tub Faraday (producția de gaze lichefiate) Chimie și chimiști Nr. 3 2012 Lichefierea este utilizată pentru a studia proprietățile fundamentale ale moleculelor de gaz (de exemplu, forțele de interacțiune intermoleculară) și pentru stocarea gazelor. Gazele sunt lichefiate în condensatoare speciale, care absorb căldura de vaporizare și sunt transformate în stare gazoasă în evaporatoare, unde căldura de vaporizare este eliberată.

Baza fizică a lichefierii gazelor

Toate substanțele, inclusiv cele care se află în stare gazoasă în „condiții pământești obișnuite”, pot fi în trei stări principale - lichid, solid și gazos. fiecare substanță se comportă conform propriei diagrame de fază, forma generala care este similar pentru toate substanțele. Conform acestei diagrame, lichefierea unui gaz necesită fie o scădere a temperaturii, o creștere a presiunii, fie o modificare a ambilor parametri.

Lichefierea gazelor este un proces complex care implică multe compresii și expansiuni ale gazului pentru a se realiza presiune ridicataȘi temperaturi scăzute folosind, de exemplu, expansoare.

Aplicarea gazelor lichefiate


Fundația Wikimedia.

2010.

    Vedeți ce înseamnă „Lichefierea gazelor” în alte dicționare: Produs prin răcirea lor sub valorile critice...

    Enciclopedie fizică

    Enciclopedie modernă Trecerea unei substanțe de la starea gazoasă la starea lichidă atunci când este răcită sub temperatura sa de saturație la o anumită presiune. Pentru a lichefia gaze cu temperaturi critice scăzute (154,2 K pentru O2, 126,2 K pentru N2, 33 K pentru H2, 5,3 K pentru He), criogenic ... ...

    Lichefierea gazelor- LICHEFACȚIA GAZELOR, trecerea unei substanțe de la starea gazoasă la starea lichidă atunci când aceasta este răcită sub temperatura sa de saturație (temperaturi critice la o presiune dată). Pentru lichefierea gazelor cu o temperatură critică scăzută (126,2 K pentru azot; 154,2 K pentru ... ... Dicţionar Enciclopedic Ilustrat

    LICHEFACȚIA GAZELOR- procesul de transformare a gazelor în stare lichidă prin (vezi) mai jos la (vezi) cu ajutorul (vezi); efectuate în compresoare și expansoare... Marea Enciclopedie Politehnică

    lichefierea gazelor- — Subiecte industria petrolului și gazelor EN lichefierea gazelor ... Ghidul tehnic al traducătorului

    Trecerea unei substanțe de la starea gazoasă la starea lichidă. S. g. se realizează prin răcirea lor sub temperatura critică (Vezi Temperatura critică) (Tk) și condensarea ulterioară ca urmare a îndepărtării căldurii de vaporizare (condensare).... ... Marea Enciclopedie Sovietică

    Transfer în va de la o stare gazoasă la o stare lichidă. S. g este posibilă numai la temp pax mai mică decât temperatura critică. În industrie S. g. cu critică. tempo roiesc mai mare temp ry mediu inconjurator(aproape peste 50 °C) se realizează prin comprimarea gazului în... ... Big Enciclopedic Polytechnic Dictionary

    Transferarea unei substanțe din starea gazoasă în starea lichidă prin scăderea temperaturii și (sau) creșterea presiunii. Posibil numai la temperaturi sub critice. Pentru lichefierea gazelor cu temperaturi critice scăzute (154,2 K pentru O2, 126,2 K pentru N2, 33 K ... Dicţionar enciclopedic

    lichefierea gazelor- dujų skystinimas statusas T sritis chemija apibrėžtis Slegiamų ir šaldomų dujų vertimas skysčiu. atitikmenys: engl. lichidarea gazelor; lichefierea gazelor rus. lichefierea gazelor; lichefierea gazelor... Chemijos terminų aiškinamasis žodynas

GAZ. Stare gazoasă este o stare a materiei în care forțele care acționează între molecule sunt extrem de mici, iar dimensiunile moleculelor în sine sunt neglijabile în comparație cu spațiile dintre ele. Între ciocniri, moleculele de gaz se mișcă în linie dreaptă, uniform și complet aleatoriu. Atunci când sunt încălzite și rarefiate, toate gazele tind să stare limită așa-zisul ideal, sau gaz perfect.

ÎN gaz ideal forțele intermoleculare sunt zero, iar volumul moleculelor în sine este infinit de mic în comparație cu volumul spațiului intermolecular. Starea unui gaz ideal este acea stare limitativă diluată a materiei la care tind toate corpurile naturii atunci când sunt suficient temperaturi mariși presiuni destul de scăzute; Aceasta este semnificația specială a stării unui gaz ideal, care este și cel mai ușor de studiat și, prin urmare, cel mai pe deplin studiat. Materia care umple spațiul interplanetar în rarefacție extremă poate fi considerată a fi în starea unui gaz ideal.

Presiunea gazului (p) este determinată de impactul moleculelor de gaz asupra pereților vasului. Conform teoriei cinetice, energia cinetică medie a moleculelor de gaz este proporțională cu temperatura absolută. În teoria cinetică, se arată că un gaz ideal se supune strict următoarei ecuații de stare, relaționând trei parametri de stare: v, T și p, dintre care doi sunt independenți, iar al treilea este o funcție a acestora:

Această ecuație ( Ecuația Clapeyron) conține în formă explicită cele trei legi de bază ale stării unui gaz ideal:

1) Legea Boyle-Mariotte. La o temperatură constantă (T), produsul (p∙v) pentru o anumită cantitate de gaz ideal este o valoare constantă (p∙v = Const), adică volumul unui gaz ideal (v) este invers proporțional cu presiunea acestuia. (p): izotermele gazelor ideale din sistemul de coordonate (v, p) sunt hiperbole isoscele, ale căror asimptote sunt axele de coordonate.

2) . La constanta (p), volumul unei cantități date de gaz ideal crește liniar cu temperatura:

(v 0 - volum la temperatura = 0°C, α - coeficientul de dilatare al unui gaz ideal). Modificarea (p) cu temperatura la v = Const respectă aceeași lege:

(α) în ecuația (3) este coeficientul de presiune, egal numeric cu coeficientul de dilatare (α) în ecuația (2) = 1/273,1 = 0,00367 - o valoare independentă de natura gazului și aceeași pentru toate gazele ideale ; p 0 - presiunea la temperatura = 0°C. Prin introducerea temperaturii absolute în loc de temperatură

găsim în loc de ecuațiile (2) și (3):

3) Legea lui Avogadro. Din ecuația (1) este clar că constanta de gaz R = p 0 ∙v 0 /273,1 este proporțional cu volumul normal v 0 ocupat de o cantitate dată de gaz în condiții normale (p 0 = 1 Atm și t 0 = 0°C = 273,1° K), adică invers este proporțional la densitatea gazului în condiții normale D 0. Conform legii lui Avogadro, cu aceleași (p) și (T) toate gazele ideale conțin volume egale (de exemplu, egale cu v 0) un număr egal de molecule. Dimpotrivă: un număr egal de molecule (de exemplu, 1 mol = 1 gram moleculă) din orice gaz în stare ideală ocupă același volum v 0 în condiții normale, indiferent de natura gazului (1 mol din orice substanță conține N 0 = 6,06∙10 23 de molecule individuale - numărul lui Avogadro). S-a constatat cu mare acurateţe că volum molar normal al oricărui gaz ideal (V 0) m este egal cu 22,412 litri/mol. De aici putem calcula numărul de molecule din 1 cm 3 din orice gaz ideal în condiții normale: n0 = 6,06∙10 23 /10 3 ∙22,416 = 2,705∙10 19 cm 3 (numărul Loshmit). Folosind ecuația (1), legea lui Avogadro este exprimată prin faptul că constanta gazului R atunci când este calculată pentru 1 mol de orice gaz va fi aceeași, indiferent de natura gazului. Acea. R este o constantă universală cu dimensiunea [ Loc de munca]/[greutate][temperatura] și exprimă munca de dilatare a 1 mol de gaz ideal atunci când este încălzit cu 1°C la p = Const:

despre asta este vorba sens fizic R.

găsiți valoarea numerică

În alte unități, valorile lui R (pe 1 mol) sunt:

În plus față de cele trei legi discutate, următoarele legi de bază decurg din ecuația (1) a stării unui gaz ideal în legătură cu cele două principii ale termodinamicii:

4) legea lui Joule. Una dintre ecuațiile generale ale termodinamicii

dă împreună cu ecuația (1) urmatoarele conditii pentru energia internă U a unui gaz ideal:

adică U al unui gaz ideal este doar o funcție a lui T (legea lui Joule); în timpul expansiunii izoterme a unui gaz ideal, toată căldura absorbită este transformată în lucru extern, iar în timpul compresiei izoterme, toată munca consumată este transformată în căldură eliberată.

5) Capacitățile termice ale unui gaz ideal la volum constant c v și la presiune constantă c p sunt funcții numai ale lui T. Termodinamica dă ecuații generale

dar pentru un gaz ideal (p) și (v) depind liniar de (T), conform legii Gay-Lussac (4) și (5); prin urmare, părțile din dreapta ecuațiilor (9) se transformă în 0 și

Capacitățile termice c p și c v nu sunt independente unele de altele, dar sunt legate pentru un gaz ideal printr-o condiție simplă:

decurgând din legile gazelor(R are dimensiunea capacității termice), adică dacă c p și c v sunt legate de 1 mol de gaz ideal, atunci ele diferă între ele cu 2 (mai precis, cu 1,986) - cal/mol∙deg.

În teoria cinetică, se acceptă, conform principiului distribuției uniforme a energiei, că pentru fiecare grad de libertate al unei molecule de gaz există energie k 0 ∙T/2, iar pentru 1 mol există

(k 0 = –R/N 0 este constanta de gaz calculată pentru 1 moleculă - constanta Boltzmann). Numărul de grade de libertate (i) este numărul de tipuri independente de energie mecanică deținute de o moleculă de gaz. Atunci energia este de 1 mol

(aproximativ, considerând R = 2, c v = i, c p = i+2).

În studiul gazului, relația c p /c v = γ joacă un rol important; din ecuațiile (11) și (12):

În cel mai simplu caz gaz monoatomic(a cărui moleculă este formată din 1 atom, cum ar fi gazele nobile și vaporii multor metale) i este cel mai mic și este egal cu 3: întreaga energie a moleculei este redusă la energia cinetică a mișcărilor sale de translație, care poate apărea în trei direcții independente reciproc perpendiculare; Apoi

iar γ are cea mai mare valoare posibilă: γ = 5/3 = 1,667. Pentru gaze biatomice(H 2, O 2, N 2, CO și altele) pot fi considerate I = 3+2 (două rotații în jurul a două axe reciproc perpendiculare, perpendiculare pe linia care leagă ambii atomi); atunci c v = 4,96 ≈ 5, cр = 6,95 ≈ 7 și γ = 7/5 = 1,40. Pentru gaz triatomic(H 2 O, CO 2, H 2 S, N 2 O)i = 3+3 (rotație în jurul a trei axe reciproc perpendiculare) și c v = 5,96 ≈ 6, cр = 7,95 ≈ 7 și γ = 4/ 3 = 1,33.

Cu o complicație suplimentară a structurii moleculei, adică cu o creștere a i, cv și c p cresc și γ = 1 + 2/i și tinde la 1. Tabel. 1 arată că tot ceea ce s-a spus este în acord cu datele experimentale, că γ este întotdeauna >1 și ≤1,667 și nu poate fi = 1,50 (pentru i = 4).

Pentru gazele monoatomice, c v și c p, în conformitate cu teorie, practic nu se schimbă cu temperatura (astfel, pentru Ar, valorile lui c v și c p se află în intervalul de la 2,98 la 3,00 între temperaturi = 0 ° și 1000 ° C). Schimbările în c v și c p cu temperatura sunt explicate în teoria cuantică. Cu toate acestea, capacitățile de căldură ale gazelor aproape de ideale nu se modifică practic în intervale largi de temperatură. c p și y sunt de obicei determinate experimental și c v se calculează din aceste date.

Gaze reale. Toate gazele care există în realitate sunt gaze reale b. sau m se abate de la legile gazelor ideale, dar cu cât este mai puțin, cu atât temperatura este mai mare și presiunea este mai mică. Acea. legile gazelor ideale sunt limitative pentru gazele reale. La temperaturi obișnuite, abaterile sunt cele mai mici pentru gazele ale căror temperaturi critice sunt extrem de scăzute (așa-numitele gaze permanente: He, H2, N2, O2, aer); pentru gazele cu o temperatură critică relativ ridicată și pentru vapori (aburul este un gaz la o temperatură sub temperatura critică), abaterile sunt foarte semnificative. Motivele abaterilor gazelor reale de la legile gazelor sunt că: 1) în ele acţionează forţe intermoleculare; prin urmare, moleculele de suprafață sunt atrase în gaze de forțe a căror rezultată, calculată pe unitate de suprafață și direcționată perpendicular pe aceasta, se numește presiune moleculară (internă) K; 2) nu întregul volum de gaz (v), ci doar o parte din acesta (v-b) oferă libertate pentru mișcările moleculelor; o parte a volumului (b), covolum, este, parcă, ocupată de moleculele înseși. Dacă gazul ar fi ideal, presiunea lui ar fi mai mare decât cea observată (p) cu o cantitate K; prin urmare, ecuația de stare a unui gaz real se va scrie sub forma.

În această ecuație generală, K și b pot depinde de T și v.

Van der Waals a arătat că, în cel mai simplu caz, K = a/v 2 și b este o valoare constantă egală cu de patru ori volumul moleculelor de gaz în sine. Astfel, ecuația van der Waals are forma:

a și b, constantele van der Waals, după cum arată experiența, depind încă de T și v și, prin urmare, ecuația (15) este doar o primă aproximare; transmite bine formă de înaltă calitate izoterme ale gazelor reale.

În fig. 1 sunt prezentate pentru izoterma teoretică CO 2: părțile în formă de S ale acestor izoterme corespund stări metastabile termodinamic.

În fig. Figura 2 prezintă izoterme experimentale pentru CO 2: părțile în formă de S ale curbelor sunt înlocuite cu părți drepte; la dreapta acestor părți curbele corespund gazului (vapori nesaturați), la stânga - lichidului, iar segmentele drepte în sine - echilibrului de vapori și lichid. Ecuația (15), în deplin acord cu experiența, arată că odată cu creșterea temperaturii dimensiunile segmentelor drepte pe izoterme devin din ce în ce mai mici (Fig. 2) și, în final, la o anumită temperatură egală cu temperatura critică, lungimea acestei segmentul devine 0. La o temperatură mai mare La o temperatură critică, un gaz nu se poate transforma în lichid sub nicio presiune: lichidul încetează să mai existe. Acea. Ecuația van der Waals acoperă două stări - gazoasă și lichidă - și servește drept bază pentru doctrina continuității tranziției între aceste două stări. Temperaturile critice pentru unele gaze au următoarele valori: +360°C pentru H 2 O, +31°C pentru CO 2, –241°C pentru H 2 și –254°C pentru He.

Lichefierea gazelor. Orice gaz poate fi transformat într-un lichid prin presiune corespunzătoare, după ce mai întâi l-a răcit sub temperatura critică. Presiunile (în Atm) necesare pentru lichefierea CO 2 la diferite temperaturi sunt date în tabel. 2.

Este clar că aceste presiuni sunt presiunile vaporilor saturați de dioxid de carbon lichid și cu cât temperatura este mai mică, cu atât mai mică.

Pentru a pre-răci puternic gazul pentru lichefiere, instalațiile tehnice folosesc efectul Joule-Thomson, care constă în faptul că în timpul expansiunii adiabatice (de exemplu, cu o scădere bruscă a presiunii atunci când gazul iese din gaură), energia internă. a gazului crește cu ΔU, iar T se modifică cu ΔТ și termodinamic

În cazul gazelor ideale, ΔU = 0 și ΔТ = 0 [deoarece, conform ecuației (1), T∙dv/dT – v = 0].

Pentru gazele reale ΔТ ≠ 0, adică are loc răcirea sau încălzirea, în funcție de dacă T∙dv/dT – v ≠ 0 (Δp< 0). По уравнению Ван-дер-Ваальса,

(cu suficientă aproximare). Acea. la temperaturi suficient de ridicate, toate gazele se încălzesc în timpul expansiunii adiabatice (ΔТ > 0, deoarece a/R∙T< b), но с понижением температуры для каждого газа наступает punct de inversare T i , determinată de condiție

sub care gazele încep să se răcească în timpul expansiunii adiabatice (a/R∙T> b la 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.

Statele corespondente. Temperatura critică Tk, presiunea pk și volumul vk m.b. exprimat în termeni de constante van der Waals a, b și R după cum urmează:

Dacă luăm valorile critice, respectiv, ca unități de măsură pentru T, p și v, atunci în loc de T, p și v starea va fi caracterizată prin valori date:

Dacă introducem θ, π și ϕ în ecuația van der Waals (15), atunci constantele a, b și R se vor anula și vom obține ecuația de stare redusă, cu coeficienți numerici

nu conține cantități care depind de natura substanței. Ecuația (19), totuși, presupune corectitudinea ecuației van der Waals și, prin urmare, abaterile de la aceasta sunt adesea destul de semnificative, mai ales în cazul substanțelor asociate. Studiul stărilor corespunzătoare (așa-numitele stări care corespund acelorași θ, π și ϕ) face posibilă găsirea unui număr mare de dependențe universale similare cu ecuația (19).

Aplicarea gazelor. Gazele comprimate și lichefiate sunt utilizate în tehnologie ori de câte ori sunt necesare cantități semnificative de gaz într-un volum mic; Astfel, CO 2 este folosit pentru carbonatarea apei, Cl 2 și fosgen - în chimia militară, O 2 - în scopuri medicale, aer comprimat- pentru pornirea motoarelor cu ardere internă. Gazele lichefiate (CO 2 și NH 3) au o importanță deosebită în refrigerare, în mașinile frigorifice (de exemplu, pentru a obține gheata artificiala). Gazele ușoare (H2, gaz de iluminare și, mai recent, He) sunt folosite pentru umplerea baloanelor. Gazele inerte (N 2 și gazele nobile, în special Ar) sunt utilizate pentru umplerea lămpilor cu incandescență de jumătate de wați. Se remarcă utilizarea gazului pentru iluminat sau ca combustibil: iluminat, energie electrică, gaze de apă și altele.

Când s-a stabilit că un gaz poate fi transformat în stare lichidă dacă temperatura lui este sub una critică, atunci, folosind temperaturi din ce în ce mai scăzute, toate gazele au fost obținute treptat în stare lichidă. Heliul lichid a fost ultimul produs în 1908.

Mașinile de lichefiere a gazului folosesc răcirea gazului în timpul expansiunii adiabatice a acestuia. Gazul este mai întâi puternic comprimat de un compresor. Căldura eliberată în timpul acestui proces este îndepărtată prin răcirea cu apă. Atunci când gazul efectuează lucru în sine în timpul procesului de expansiune adiabatică (datorită energiei sale interne), temperatura sa scade foarte mult. Se numește acea parte a unei mașini în care gazul se extinde efectuând un lucru extern (de exemplu, mișcarea unui piston). expandator.

Fizicianul sovietic P. L. Kapitsa a adus o mare contribuție la dezvoltarea metodelor de lichefiere a gazelor. Într-una din mașinile lui cu turbo expander un curent de gaz comprimat este direcționat către paletele turbinei; aducându-l în rotație, gazul funcționează și se răcește.

Rețineți că, spre deosebire de un gaz ideal, atunci când un gaz real foarte comprimat se extinde, temperatura acestuia scade, chiar dacă nu efectuează lucrări externe, ci pur și simplu curge printr-o duză îngustă. Acest lucru este explicat după cum urmează. Într-un gaz puternic comprimat, multe molecule se află în sfere de interacțiune cu alte molecule. Când un gaz se extinde, distanțele dintre molecule cresc și, în același timp, se efectuează o muncă „internă” împotriva forțelor de interacțiune dintre molecule datorită energiei lor cinetice. Ca urmare, temperatura scade. Această metodă de răcire este utilizată și în lichefierea gazelor.

Când temperatura unui gaz scade sub o temperatură critică, acesta se transformă într-o stare lichidă. Gazul lichefiat este drenat și depozitat în special baloane Dewar cu pereți dubli, între care există un vid înalt pentru reducerea conductibilității termice (Fig. 8.11). Pentru a reduce încălzirea lichidului prin radiații, pereții balon Dewar acoperite cu amalgam de mercur (ca oglinzile). (Gândiți-vă de ce un recipient cu gaz lichefiat nu poate fi închis etanș).

Lichefierea aerului este utilizată pe scară largă pentru a separa gazele sale constitutive. Când aerul lichid fierbe, gazele cu un punct de fierbere mai scăzut se evaporă mai întâi (Tabelul 8.4). Azotul fierbe înainte de oxigen, deci după ceva timp în interior balon Dewar Rămâne oxigen lichid aproape pur. Este folosit în metalurgie, pentru sablare, pentru arderea combustibilului în rachete etc.

Aerul conține cantități mici de argon, heliu și alte gaze nobile. Deoarece punctele lor de fierbere sunt diferite, folosind un aparat special - coloană de distilare- pot fi separate separat de aerul lichid.

Gazele lichide sunt utilizate pe scară largă în industrie și cercetarea științifică pentru răcirea profundă diverse substanțe. Multe proprietăți ale unei substanțe se modifică foarte mult la temperaturi scăzute, de exemplu, plumbul devine elastic și cauciucul devine casant. Pentru a obține temperaturi foarte scăzute, se folosește hidrogen lichid sau heliu care fierbe la presiune redusă.În acest din urmă caz, este posibil să se mențină o temperatură de aproximativ 1 K. Studiul proprietăților materiei la temperaturi ultra-scăzute a condus la descoperirea supraconductivitate.

Instrucțiuni

Pare natural lichefiat gaz(GNL) este un lichid incolor, inodor, 75-90% pur și are proprietăți foarte importante: în stare lichidă nu este inflamabil, neagresiv, ceea ce este extrem de important în timpul transportului. Procesul de lichefiere a GNL are un caracter în care fiecare nouă etapă înseamnă compresie de 5-12 ori, urmată de răcire și trecere la etapa următoare. GNL devine lichid la finalizarea etapei finale de compresie.

Dacă gazul trebuie transportat pe distanțe foarte mari, atunci este mult mai profitabil să folosiți nave speciale - cisterne de gaz. Se instalează o conductă de la locul de gaze până la cea mai apropiată locație adecvată de pe coasta mării și se construiește un terminal pe țărm. Acolo, gazul este puternic comprimat și răcit, transformându-l într-o stare lichidă, și pompat în containere izoterme ale cisternelor (la temperaturi de ordinul -150°C).

Această metodă de transport are o serie de avantaje față de conducte. În primul rând, o astfel de aeronavă poate transporta o cantitate imensă de gaz într-un singur zbor, deoarece densitatea substanței în stare lichidă este mult mai mare. În al doilea rând, principalele costuri nu sunt pentru transport, ci pentru încărcarea și descărcarea produsului. În al treilea rând, depozitarea și transportul gazului lichefiat este mult mai sigură decât gazul comprimat. Nu există nicio îndoială că cota gaz natural, transportat în formă lichefiată, va crește constant în comparație cu aprovizionarea prin conducte.

Lichefiat natural gaz la cerere în diverse domenii ale activității umane - în industrie, în transport rutier, în medicină, în agricultură, în știință etc. Lichidele lichefiate au câștigat o popularitate considerabilă gaz Am câștigat datorită ușurinței lor în utilizare și transport, precum și prin respectarea mediului și costuri reduse.

Instrucțiuni

Înainte de a lichefia hidrocarbura gazși trebuie mai întâi curățat și îndepărtați vaporii de apă. Carbonic gazîndepărtat folosind un sistem de filtru molecular în trei etape. Purificat astfel gaz in cantitati mici se foloseste ca agent de regenerare. Recuperabil gaz fie ars, fie folosit pentru a produce energie în generatoare.

Uscarea are loc folosind 3 filtre moleculare. Un filtru absoarbe vaporii de apă. Celălalt se usucă gaz, care trece apoi prin al treilea filtru. Pentru a scădea temperatura gaz trecut printr-un răcitor de apă.

Metoda azotului presupune producerea de hidrocarbură lichefiată gaz si din oricare gaz surse noi. Avantajele acestei metode includ simplitatea tehnologiei, nivelul de siguranță, flexibilitatea, ușurința și operarea cu costuri reduse. Limitările acestei metode sunt necesitatea unei surse de energie și costuri mari de capital.

Cu o metodă mixtă de producere a lichidului lichefiat gazși un amestec de azot și este folosit ca agent frigorific. A primi gaz de asemenea din orice sursă. Această metodă este flexibilă ciclu de producțieși costuri variabile de producție reduse. Comparativ cu metoda de lichefiere a azotului, costurile de capital sunt mai semnificative. De asemenea, este necesară o sursă de energie electrică.

Surse:

  • Ce este lichefierea gazului?
  • Gaz lichefiat: primire, depozitare și transport
  • ce este gazul lichefiat

Gazele naturale sunt extrase din adâncurile Pământului. Acest mineral constă dintr-un amestec de hidrocarburi gazoase, care se formează ca urmare a descompunerii substanțelor organice în roci sedimentare Scoarta terestra.

Ce substanțe sunt incluse în gazele naturale?

80-98% gaz natural este format din (CH4). Exact caracteristici fizico-chimice metanul determină caracteristicile gazelor naturale. Alături de metan, gazul natural conține compuși de același tip structural - etan (C2H6), propan (C3H8) și butan (C4H10). În unele cazuri, în cantități mici, de la 0,5 la 1%, în gazele naturale se găsesc următoarele: (C5H12), (C6H14), heptan (C7H16), (C8H18) și nonan (C9H20).

Gazele naturale includ, de asemenea, compuși de hidrogen sulfurat (H2S), dioxid de carbon (CO2), azot (N2), heliu (He) și vapori de apă. Compoziția gazelor naturale depinde de caracteristicile câmpurilor în care este produsă. Gazul natural produs din zăcăminte de gaze pure este format în principal din metan.

Caracteristicile componentelor gazelor naturale

Toate compuși chimici, care fac parte din gazele naturale, au o serie de proprietăți care sunt utile în domenii diverse industrie și în viața de zi cu zi.

Metanul este un gaz inflamabil, incolor și inodor, mai ușor decât aerul. Folosit în industrie și viața de zi cu zi ca combustibil. Etanul este un gaz incolor, inodor, inflamabil, care este puțin mai greu decât aerul. Practic, din ea se obține etilena. Propanul este un gaz otrăvitor, incolor și inodor. Proprietățile sale sunt asemănătoare butanului. Propanul este folosit, de exemplu, pentru lucrari de sudare, la prelucrarea fierului vechi. Lichefiate și butan sunt folosite pentru a umple brichete și butelii de gaz. Butanul este utilizat în unitățile frigorifice.

Pentan, hexan, heptan, octan și nonan - . Pentanul se găsește în carburanții pentru motoare în cantități mici. Hexanul este, de asemenea, utilizat în extracție uleiuri vegetale. Heptanul, hexanul, octanul și nonanul sunt solvenți organici buni.

Hidrogenul sulfurat este un gaz greu otrăvitor, incolor, precum ouăle putrezite. Acest gaz, chiar și în concentrații mici, provoacă paralizia nervului olfactiv. Dar datorită faptului că hidrogenul sulfurat are proprietăți antiseptice bune, este folosit în medicină în doze mici pentru băile cu hidrogen sulfurat.

Dioxidul de carbon este un gaz neinflamabil, incolor, inodor, cu gust acru. Dioxidul de carbon este utilizat în Industria alimentară: în producerea băuturilor carbogazoase pentru a le satura cu dioxid de carbon, pentru congelarea alimentelor, pentru răcirea mărfurilor în timpul transportului etc.

Azotul este un gaz inofensiv, incolor, insipid și inodor. Este folosit în producție îngrășăminte minerale, folosit în medicină etc.

Heliul este unul dintre cele mai ușoare gaze. Este incolor și inodor, nu arde și nu este toxic. Heliul este utilizat în diverse domenii ale industriei - pentru răcirea reactoarelor nucleare, umplerea baloanelor stratosferei.

LICHEFACȚIA GAZELOR- produse prin răcirea lor sub nivelul critic. temperaturile T k(cm. Punct critic).CU. g. cu critic o temperatură mai mare decât temperatura mediului ambiant (C1 2, NH 3, CO 2 etc.) se produce prin comprimarea lor în compresoare și condensarea ulterioară în schimbătoare de căldură răcite cu apă sau saramură cu agent frigorific. Pentru S. g. cu critic. temperatură sub temperatura ambiantă, acestea sunt prerăcite folosind cicluri de refrigerare (criogenice) adecvate.

Ciclul ideal de ciclism este prezentat în Fig. 1: 1 - 2 - izobar racire cu gaz in functie de temperatura T 0 până la temperatură T 2începutul condensului ( T 2 de mai jos T k), izotermă 2-0 - condensarea gazelor; 1-3 - izotermă compresia gazului, 3-0 - adiabatic extinderea acestuia. Zona sub 1 -2 -0 corespunde caldura eliminata in timpul incalzirii, zona din interior 1 - 2 - 0- 3 - min. muncă Un min S. g.: unde S G, S F - entropie, N G, N Zh- entalpia gazului și respectiv lichidului.

Orez. 1. T - S-diagrama unui ciclu de lichefiere a unui gaz ideal (p - presiune, H - entalpie).

Presiunile necesare pentru un ciclu ideal al carbonului sunt de sute de mii de atm, astfel încât ciclul nu este fezabil în practică. Costurile reale de energie în timpul S. g depășesc de obicei A min de 5-10 sau de mai multe ori.

Modern S. metodele cu gaze se bazează pe răcirea gazului precomprimat la efect Joule - Thomson(adică, la stropit - trecerea gazului printr-o partiție poroasă, robinet, supapă), isentropică. dilatarea gazului cu exterior lucru în expandor și la eliberarea gazului din vasul DC. volum (evacuare). Procesul de throttling este ireversibil și continuă cu o creștere a entropiei conform legii: N= const. Temperatura de inversare a tuturor gazelor (temperatura la care pozitivul devine negativ și gazul începe să se încălzească), cu excepția H2, He și Ne, este cu sute de grade mai mare decât temperatura ambiantă și, prin urmare, pot fi răcite și lichefiate. prin simpla stropit. Temperaturile de inversare ale H2, He și Ne sunt semnificativ mai mici decât temperaturile camerei, deci sunt pre-răcite (H2 și Ne - cu azot lichid, He - cu hidrogen lichid).

Termodinamic max. Metoda lui S. folosind un expander este eficientă; această metodă în industrie instalațiile sunt de bază. În expansoarele cu piston, gazul comprimat mișcă pistonul și este răcit în turboexpansoare, rotește turbina. În cele mai multe cazuri, după expandator, gazul este răcit suplimentar prin reglare. Procesul de expansiune a gazului într-un expandor: S= const.

Orez. 2. Diagrama instalației de lichefiere a gazelor (a) și diagrama T - S a acesteia (b); K - compresor, D - expansor, T/o - schimbătoare de căldură, Dr - accelerație, Sat - colectare.

În fig. 2 prezintă o diagramă de instalare tipică pentru S.G. ( A)Și T - S-diagrama ( b)termodinamic procesele din ea. După compresia în compresor ( 1-2 ) și pre- răcire în schimbătorul de căldură ( 2-3 ) debitul de gaz comprimat se împarte în două: debit M este dus la expandator, unde, extinzându-se, produce lucru și se răcește ( 3-7 ) și răcește a doua parte a gazului comprimat 1 - M, care este apoi reglat și lichefiat. Teoretic, dilatarea gazului în expandor ar trebui să aibă loc constant. entropie ( 3-6) , totusi, ca urmare a descompunerii. pierderile chiar au loc 3-7 . În instalațiile mari S. g. se folosesc mai multe. expansoare care funcționează în diferite intervale de temperatură. Specialist. Dispozitivul vă permite să produceți gaz lichefiat direct în expandator în sine și să faceți fără o treaptă de accelerație. Pentru a lichefia cantități mici de gaz, se folosesc mașini cu gaz criogenic, care sunt o combinație între un compresor, un schimbător de căldură și un expandator. Cu ajutorul unor astfel de mașini, se obțin temperaturi de până la 10 K, adică suficient de scăzute pentru a lichefia toate gazele, cu excepția heliului (se adaugă o treaptă suplimentară de accelerație pentru a lichefia heliul). Într-un volum mic, dioxidul de carbon poate fi produs prin răcire cu un lichid care se evaporă cu un punct de fierbere mai mic (decât cel rezultat). Astfel, folosind azot lichid puteți lichefia oxigenul, argonul, metanul și alte gaze, iar folosind hidrogen lichid - neon. Acest proces este nefavorabil din punct de vedere energetic și se utilizează numai în laborator. conditii.

Expus lichefierea gazelor trebuie curățat de impurități, care au o temperatură de îngheț mai mare decât în ​​ciclul de lichefiere al unui gaz dat și, atunci când este întărit, poate înfunda echipamentul de schimb de căldură. Lichefierea gazelor (N, O 2, H 2, gaze naturale etc.) este o mare industrie chimică. prom-sti.

Lit.: Manual de fundamente fizice și tehnice ale criogeniei, ed. M. P. Malkova, ed. a III-a, M., 1985; Fradkov A. B., Ce este criogenia, M., 1991. A. B. Fradkov.