Содержание инертных газов N2 и СОг в газообразном топливе в зиа’и: тельной степени определяет его свойства и области применения.

Увеличение содержания балластирующих горючий газ примесей Ii.3 и С02 понижает теплоту сгорания газа и удорожает его транспорт. Газ с вы­соким содержанием балласта и соответственно пониженной теплотой сгора­ния не экономично использовать для дальнего газоснабжения.

Важнейшая теплотехническая характеристика — жаропроизводитель — ность — не определяется однозначно теплотой сгорания. Так, жаропроизио- дительность окиси углерода и водорода выше жаропроизводительности мета­на, несмотря па значительно более высокую теплоту сгорания последнего. Однако снижение теплоты сгорания вследствие увеличения содержания бал­ласта без изменения состава горючих компонентов сопровождается пони­жением не только теплоты сгорания, но и жаропроизводительности газа, так как при этом увеличивается объем продуктов сгорания за счет азота и дву­окиси углерода, содержащихся в сжигаемом газе, и соответственно пони­жается количество тепла, приходящееся на единицу объема продуктов сго­рания. Вследствие этого газы с высоким содержанием балласта характери­зуются пониженной жаронроизводительностью и их применение в высоко­температурных процессах малоэффективно. Наличие балласта в газе сильно сказывается также на скорости распространения пламени.

Следует отметить, что теплота сгорания газа понижается вследствие со­держания в нем балласта в одинаковой степени независимо от того, чем за­балластирован газ — азотом или двуокисью углерода.

В отличие от этого жаропроизводительность газа, зависящая от тепло­содержания продуктов сгорания и, следовательно, от их теплоемкости, сни­жается в большей степени при балластировании двуокисью углерода, так как объемная теплоемкость С02 значительно превышает объемную теплоем­кость N2. Степень снижения скорости распространения пламени также зави­сит не только от процента балласта, но и от его состава.

Аоот N2. Двухатомный бесцветный газ без запаха и вкуса. Молекулярный вес азота 28,016. Вес 1 нм3 азота 1,25 кг. Вес 1 нм3 атмосферного азота (вклю­чая аргон) 1,26 кг.

Атомы азота соединены между собой в молекуле тройной связью N=N, на разрыв которой расходуется 225 тыс. ккал/молъ.

Теплота разрыва связей между атомами в молекуле азота очень велика, и взаимодействие молекулярного азота и кислорода с образованием закиси азота сопровождается затратой большого количества тепла.

Эндотермический процесс окгеления молекулярного азота осуществляет — ся лишь при весьма еысокой температуре. Незначительное количество окис­лов азота образуется при высокотемпературном сжигании газа, в особен­ности с применением обогащенного кислородом дутья. Поскольку азот прак­тически не реагирует с кислородом, за исключением области весьма высоких температур, его рассматривают при расчетах процесса горения как инертный газ.

Содержание азота в различных видах газообразного топлива колеблется в пределах от 0 до 75%. В нефтезаводских газах, получаемых в процессе крекинга и пиролиза, ог практически отсутствует.

В большинстве прпр; лных и нефтепромысловых газов содержание азота весьма невелико (и ишимбаевском газе около0,5%, в дашавском—около 1%, в саратовском — 3%). Однако в некоторых природных и нефтепромысловых газах ого содержится значительно больше (в ухтинском около 10%, бугу — руслапском — 10—15%, прикамском — 30%).

15 водяном газе, производимом в генераторах периодического действия, содержится около 5% азота в результате смешения в начале периода паро­вого дутья газа с продуктами горения, образующимися при разогреве слоя топлива и период воздушного дутья.

В каменноугольном коксовом газе содержится 8—10% азота, попадаю­щего в газ С продуктами горения, проникающими через кладку в камеры коксовых печей.

В полукоксовом газе содержание азота колеблется в больших пределах в зависимости от метода полукоксования. При полукоксовании топлива в печах с внутренним обогревом в результате смешения газа с продуктами горения, используемыми в качестве теплоносителя, содержание азота в газе сильно возрастает.

Высоким содержанием азота и соответственно пониженной теплотой сго­рания И жаропроизводительностью характеризуются газы, получаемые пу­тем газификации топлива на воздушном или паровоздушном дутье. Содер­жание азота в генераторных газах из торфа и древесины, смешанных со швельгазом, равно — 54%.

В генераторных газах, производимых путем газификации каменных углей, аитрацита и кокса, содержится около 50% азота, а в доменных га­зах и газе подземной газификации — около 60%.

В газах, образующихся в процессе плавления чугуна в вагранках, при воздушном дутье в генераторах водяного газа, при производстве сажи из природного газа и жидкого топлива, содержание азота достигает 74—76%, т. е. приближается к содержанию азота в воздухе (79% по объему).

Высокое содержание балласта в этих газах обусловливает их низкую теп­лоту сгорания и жаропроизводительность и заставляет стремиться при их сжигании к использованию физического тепла и высокотемпературному подогреву воздуха.

Двуокись углерода (углекислый га!) СОа. Бесцветный тяжелый мало- реакционноспособный при низких и умеренных температурах газ со слегка кисловатым запахом и вкусом. С02 обладает кислотными свойствами. Спо­собность С02 образовывать соли с основаниями используется в газовом анализе при определении содержания С02, а также при очистке газа от С02.

Малые концентрации С02 в воздухе (до — 1%) не оказывают токсиче­ского воздействия на организм. При концентрации 4—5% отмечается сильное раздражение органов дыхания. Концентрация около 10% СОа вызывает

Сильное отравление.

Молекулярный вес С02 — 44,09. Вес 1 нм3 газа 1,98 кг. Двуокись угле­рода в 1,53 раза тяжелее воздуха.

При температуре 20° и давлении 58,5 ата С02 сжижается. Жидкую С02 пе­ревозят в стальных баллонах. При сильном охлаждении С02 застывает в бе­лую снегообразную массу, возгоняющуюся при давлении 1 ата при—78,5°. Твердую С0.2 — «сухой лед» — используют для хранения скоропортящихся продуктов и других целей.

Содержание С02 в генераторных газах колеблется обычно от 5 до 8%. В газе подземной газификации содержится около 10% С02, в доменном газе — 10—12%.

В процессе термического разложения горючей массы твердого топлива с высоким содержанием кислорода выделяется значительное количество С02, большая часть которой образуется при сравнительно низких темпера­турах, порядка 200—300° (процесс бертинирования). Поэтому газ, получае­мый при низких температурах в процессе термической переработки топлива, содержит весьма высокий процент С02. При более высокотемпературном процессе сухой перегонки топлива содержание С02 в газе понижается вслед­ствие интенсивного выделения горючих газов — углеводородов и водоро; а. Так, газы, получаемые при температуре около 550° в процессе полукоксо­вания древесины, торфа и бурых углей с высоким содержанием кислорода в горючей массе, примерно на 50% состоят из С02. Напротив, в коксовом газе, получаемом при нагревании без доступа воздуха до температуры около 1000° каменных углей со сравнительно малым содержанием кислорода в го­рючей массе, содержится всего лишь 2—3% С02.

В нефтезаводских газах, получаемых при переработке не содержащего кислород углеводородного топлива, а также в нефтепромысловых газах С02 практически не содержится. В большинстве природных газов С02 также не содержится или содержится лишь в долях процента.

Ценность технических газов как топлива резко уменьшается при увели­чении в них С02, поскольку теплота сгорания газа понижается, а транспорт газа на дальние расстояния становится неэкономичным. Кроме того, сни­жается жаропроизводительность газа и притом в большей степени, чем при балластировании его азотом, вследствие более высокой объемной теплоем­кости С02.

Скорость распространения пламени газовоздушных смесей, забалласти­рованных С02, также резко уменьшается. При этом несколько возрастает содержание в уходящих газах СО, что существенно при сжигании газа в бы­товых плитах с выпуском продуктов горения в помещение.

Проф. У Бехером, исследовавшим влияние добавок СОг на полноту сгорания коксового газа, установлено, что с увеличением концентрации в га­зе С02 в результате снижения полноты сгорапия содержание окиси углерода в уходящих газах возрастало в 10 раз и достигало 0,05%. Поэтому при вы­соком содержании С02 в газе концентрация СО в воздухе легко может пре­высить предел, допустимый при использовании газа для коммунально-бытово­го потребления, особенно при отсутствии отвода продуктов горения в трубу.

В отличие от двухатомных газов и углеводородов, СОг, как и другие газы, обладающие кислотными свойствами, хорошо растворяется в воде. В 1 Ж3 воды при 10° и нормальном давлении растворяется около 1,2 мэ С02, т. е. в 40 раз больше, чем СО, и в 60 раз больше, чем Н2 и N3. С повышением дав­ления до 20 атпа в 1 ле8 воды растворяется около 10 м3 СОг.

Теплотехническую ценность газов с высоким содержанием С02 можно повысить путем промывки газов водой под давлением около 20 ата. Раство­ренная в воде С02 выделяется при снижении давления до нормального и мо­жет быть использована для производства жидкой баллонной углекислоты и сухого льда.

Кислород Ог. Бесцветный газ без запаха и вкуса. Молекулярный вес 32. Вое 1 нм3 газа — 1,34 кг. Содержание его в газе, обусловленное примесью воздуха или содержащих кислород дымовых газов, понижает теплоту сго­рания газа. Вместе с тем наличие кислорода снижает расход воздуха на го­рение газа и повышает его жаропроизводительность. Однако поскольку с кислородом, попадающим из воздуха или продуктов сгорания, в газ посту­пает соответствующий объем азота, жаропроизводительность газа не повы­шается.

Примесь кислорода делает газ взрывоопасным. Поэтому содержание кис­лорода в горючем газе жестко ограничивается техническими условиями.