Приложение В2 Примеры расчетов Расчет стехиометрической реакции горения попутного нефтяного газа в атмосфере влажного воздуха.

Пример 1.

Попутный нефтяной газ Южно-Сургутского месторождения

С_1.207H_4.378N_0.0219O_0.0027

сгорает в атмосфере влажного воздуха

O_0.431N_1.572H_0.028 (t=20 °C, j=60%)

в соответствии со стехиометрической реакцией:

C_1.207H_4.378N_0.0219O_0.0027+MO_0.431N_1.572H_0.028=nCO2+n_H2OH₂O+n_N2N₂ (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.

n_CO2 = с = 1.207;

n_H2O = 0.5(h + Mk_h) = 2.344;

n_N2 = 0.5(n + Mk_n) = 8.681.

Объем продуктов сгорания при стехиометрическом горении равен:

V_ПС=c+s+0.5[h+n+M(k_h+k_n)]=1.207+0.5[4.378+0.0219+11.03(0.028+1.572)]=12.23 м³/м³.

Пример 2.

Попутный нефтяной газ Бугурусланского месторождения (серосодержащий) C_1.489H_4.943S_0.0110О_0.0160 сгорает в атмосфере влажного воздуха О_0.431N_1.572H_0.028 (t=20°C, j=60%) в соответствии со стехиометрической реакцией:

C_1.489H_4.943S_0.0110О_0.0160 + MО_0.431N_1.572H_0.028 = n_CO2CO₂ + n_H2OH₂O + n_N2N₂ (2.1)

Расчет мольного стехиометрического коэффициентаМ:

(2.2)

n_CO2 = c = 1.489;

n_H2O = 0.5(h + Мk_h) = 2.660;

n_SO2 = s = 0.011.

n_N2 = 0.5(n + Mk_n) = 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:

V_ПС = 1.489 + 0.0110 + 0.5[4.943 + 13.056(0.028 + 1.572)] = 14.74 м³/м³.

Приложение Г.
Расчет скорости распространения звука
в сжигаемой газовой снеси U_ЗВ (м/с) (п. 6.4)

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

, (1)

где Т_о,°С - температура ПНГ;

m_Г - условная молекулярная масса сжигаемой газовой смеси;

К - показатель адиабаты для сжигаемой газовой смеси или определяется по графикам на рис. 2-3 Приложения Г, где расчеты произведены для четырех значений Т_о,°С (0°С; 10°С; 20°C и 30°С).

Показатель адиабаты К для ПНГ рассчитывается по значениям показателя адиабаты K_i для компонентов (таблица 1 Приложения В1) как средневзвешенное

, (2)

где V_i (% o6.) - объемная доля i-го компонента ПНГ.

Приложение Г1
Пример расчета скорости распространения звука в сжигаемой газовой смеси U_ЗВ (м/с)

Попутный нефтяной газ Южно-Сургутского месторождения. Компонентный состав V_i (% об.) - см. таблицу 1.1. Прил. А2. Показатель адиабаты

Скорость распространения звука при Т_o = 20°C:

м/с

(m_Г = 19.210, см. таблицу 1.3. Приложения А2.)

Такое же значение U_ЗВ дает график Приложения Г для Т_o = 20°C.

Температура 0°С

Температура 10°С

Рис. 2 Скорость звука в сжигаемой смеси

Температура 20°С

Температура 30°С

Рис. 3 Скорость звука в сжигаемой смеси

Приложение Д

Примеры расчета выбросов вредных веществ при сжигании попутного нефтяного газа

1. Попутный нефтяной газ Южно-Сургутского месторождения. Объемный расход газа W_v = 432000 м³ /сутки =5 м³/с. Сжигание бессажевое, плотность газа (см. приложение А)r_Г = 0.863 кг/м³. Массовый расход равен (5.2):

W_g = 3600 r_Г·W_v = 15534 (кг/час).

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

СО - 86.2 г/с; NO_x - 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 таблиц А.2 и А.1.6. 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 C_1.489H_4.943S_0.011О_0.016. Объемный расход газа W_v = 432000 м/сутки = 5 м/с. Факельное устройство не обеспечивает бессажевого горения. Плотность газа (см. приложение А) r_Г = 1.062 кг/м³. Массовый расход равен (5.2):

W_g = 3600·r_Г·W_v = 19116 (кг/час).

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

СО - 1328 г/с; NO_x - 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, m_Г = 23.455, m_SO2 = 64. Отсюда

M_SO2 = 0.278·0.03·19116 = 159.5 г/с

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

M_H2S = 0.278·0.035·0.01·1.6·19116 = 2.975 г/с

Выбросы углеводородов определяются аналогично примеру 1.

Приложение Е
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:

(1)

где m_СО2, m_СН4, m_СО - молекулярные массы соответствующих газов (Приложение А1);

m_Г - условная молекулярная масса ПНГ (Приложение А1);

с - количество атомов углерода в условной молекулярной формуле ПНГ (Приложение А).

2. Удельный выброс водяного пара H₂O:

, (2)

где m_Н2О и m_СН4 - молекулярные массы Н₂О и СН₄;

m_Г - условная молекулярная масса ПНГ;

h – количество атомов водорода в условной молекулярной формуле ПНГ;

a - коэффициент избытка влажного воздуха;

М - мольный стехиометрический коэффициент (Приложение В);

К_h - количество атомов водорода в условной молекулярной формуле влажного воздуха (Приложение Б).

3. Удельный выброс азота N₂:

, (3)

4. Удельный выброс кислорода O₂:

, (4)

Примечания:

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

2. q_CO2, q_Н2О q_SO2, q_СО, q_NO – см. Приложение Д и формулу (1) настоящего Приложения.