При каком давлении сжижается сероводород
3. Сжижение газов
Газы отличаются от жидких тел расстоянием между молекулами. Казалось бы поэтому, что для сжижения газа достаточно сблизить его молекулы, т. е. сильно сдавить газ. Однако оказалось, что это не так и что для превращения газа в жидкое состояние должна быть путем охлаждения газа снижена движущая (кинетическая) энергия молекул.
| Название газа | Плотность (воздуха = 1) | Вес 1 литра в г при 0°С и 760 мм | 1 кг газа = литрам газа | Уд. вес жидкого газа при темпер. 15°С вода = 1 (4°) | Давление паров жидкого газа при 150 атм | Точка кипения °С | Точка плавления °С | Критич. температура °С | Критич. давление атм |
| Азот | 0,9701 | 1,2542 | 789 | 0,7914 (-196°) | — | 196° | -211° | -147° | 34 |
| Аммиак | 0,5895 | 0,7621 | 1 312 | 0,6138 | 7,14 | -38,5° | -75° | -132° | 112 |
| Аргон | 1,379 | 1,782 | 561 | 1,212 (-186°) | — | -186° | -190° | -121° | 51 |
| Ацетилен | 0,8988 | 1,620 | 617 | 0,420 (10°) | 37,9 | -84° | -81° | 37° | 68 |
| Водород | 0,0697 | 0,0900 | 11 106 | 0,0763 (-253°) | — | -259° | -253° | -239° | 12 |
| Гелий | 0,1382 | 0,1787 | 5 596 | 0,122 (-269°) | — | -269° | -272° | -268° | 2 |
| Двуокись азота | 3,1812 | 4,1126 | 243 | 1,451 | 0,76 | 26° | 11° | 171° | 100 |
| Двуокись серы | 2,2131 | 2,8611 | 350 | 1,3964 | 2,72 | -10° | -79° | 157° | 78 |
| Двуокись углерода | 1,5201 | 1,9652 | 509 | 0,814 | 52,17 | -78° | -65° | 31,1° | 73 |
| Закись азота | 1,5229 | 1,9688 | 508 | 0,800 | 49,77 | -90° | -115° | 36° | 75 |
| Кислород | 1,1055 | 1,4292 | 700 | 0,106 (-183°) | — | -183° | -218° | -119° | 51 |
| Криптон | 2,868 | 3,654 | 274 | 2,16 (-152°) | — | -152° | -169° | -63° | 54 |
| Ксенон | 4,49 | 5,717 | 175 | 3,52 (107°) | — | -107° | -140° | 15° | 57 |
| Метан | 0,5539 | 0,7160 | 1 396 | 0,466 (-160°) | — | -160° | -184° | -96° | 50 |
| Метиламин | 1,0737 | 1,388 | 720 | 0,699 (-11°) | — | -6° | — | 155° | 72 |
| Неон | 0,695 | 0,9004 | 1 111 | 0,456 (-233°) | — | -233° | -253° | -228° | 27 |
| Окись углерода | 0,9673 | 1,2506 | 800 | 0,7676 (-184°) | — | -190° | -207° | -140° | 36 |
| Фосген | 3,4168 | 4,4172 | 227 | 1,392 | 1,35 | 8,2° | -118° | — | — |
| Хлор | 2,4494 | 3,1666 | 316 | 1,4273 | 5,75 | -33,6° | -102° | 146° | 94 |
| Хлористый метил | 1,7438 | 2,2543 | 443 | 0,917 (17°) | 4,10 | -24° | -104° | 142° | 73 |
| Хлористый этил | 2,2280 | 2,8804 | 347 | 0,921 (0°) | 1,09 | 12,5° | -143° | 182° | 54 |
| Этиламин | 1,558 | 2,0141 | 497 | 0,689 | 0,9 | 18° | -85° | 177° | 66 |
| Этилен | 0,9684 | 1,252 | 798 | 0,310 (6°) | 46 (6°) | -103° | -169° | 10° | 51 |
| Этан | 1,038 | 1,3421 | 746 | 0,466 | 32,3 | -84° | -171° | 35° | 45 |
Сжижение газов является в настоящее время важной отраслью химической промышленности. Так напр., сжижается воздух, и из него при помощи фракционированной дистилляции получается кислород, азот и редкие газы. Сжижается хлор и в жидком виде транспортируется в стальных баллонах на отбельные заводы. Жидкие сернистый ангидрит, аммиак и другие жидкие газы применяются в холодильных установках. Их действие заключается в том, что сильно сжатому компрессором и охлажденному газу представляется возможность сразу расшириться (в пространстве, из которого компрессором отсасывается воздух через так наз. редукционный клапан); в результате этого газ так сильно охлаждается, что превращается в жидкость (явление Джоуля-Томсона). Испарением жидкого газа охлаждается рассол (крепкий солевой раствор), который затем распределяется по помещениям, предназначенным для охлаждения.
Стальные баллоны необходимо оберегать от ударов (при транспортировке) и нельзя подвергать действию высокой температуры (оставлять на солнце или вблизи от отопительной установки или печи). У кислородных баллонов нарезки нужно смазывать не смазочным маслом, а глицерином.
Физико-химические свойства сжиженных углеводородных газов
Зависимость плотности от температуры
| Температура, º С | Пропан | Изобутан | н-Бутан | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Удельный объём | Плотность | Удельный объём | Плотность | Удельный объём | Плотность | |||||||
| Жидкость, л/кг | Пар, м 3 /кг | Жидкость, кг/л | Пар, кг/м 3 | Жидкость, л/кг | Пар, м 3 /кг | Жидкость, кг/л | Пар, кг/м 3 | Жидкость, л/кг | Пар, м 3 /кг | Жидкость, кг/л | Пар, кг/м 3 | |
| минус 60 | 1,650 | 0,901 | 0,606 | 1,11 | ||||||||
| минус 55 | 1,672 | 0,735 | 0,598 | 1,36 | ||||||||
| минус 50 | 1,686 | 0,552 | 0,593 | 1,810 | ||||||||
| минус 45 | 1,704 | 0,483 | 0,587 | 2,07 | ||||||||
| минус 40 | 1,721 | 0,383 | 0,581 | 2,610 | ||||||||
| минус 35 | 1,739 | 0,308 | 0,575 | 3,250 | ||||||||
| минус 30 | 1,770 | 0,258 | 0,565 | 3,870 | 1,616 | 0,671 | 0,619 | 1,490 | ||||
| минус 25 | 1,789 | 0,216 | 0,559 | 4,620 | 1,639 | 0,606 | 0,610 | 1,650 | ||||
| минус 20 | 1,808 | 0,1825 | 0,553 | 5,480 | 1,650 | 0,510 | 0,606 | 1,960 | ||||
| минус 15 | 1,825 | 0,156 | 0,548 | 6,400 | 1,667 | 0,400 | 0,600 | 2,500 | 1,626 | 0,624 | 0,615 | 1,602 |
| минус 10 | 1,845 | 0,132 | 0,542 | 7,570 | 1,684 | 0,329 | 0,594 | 3,040 | 1,635 | 0,514 | 0,612 | 1,947 |
| минус 5 | 1,869 | 0,110 | 0,535 | 9,050 | 1,701 | 0,279 | 0,588 | 3,590 | 1,653 | 0,476 | 0,605 | 2,100 |
| 0 | 1,894 | 0,097 | 0,528 | 10,340 | 1,718 | 0,232 | 0,582 | 4,310 | 1,664 | 0,355 | 0,601 | 2,820 |
| плюс 5 | 1,919 | 0,084 | 0,521 | 11,900 | 1,742 | 0,197 | 0,574 | 5,070 | 1,678 | 0,299 | 0,596 | 3,350 |
| плюс 10 | 1,946 | 0,074 | 0,514 | 13,600 | 1,756 | 0,169 | 0,5694 | 5,920 | 1,694 | 0,254 | 0,5902 | 3,94 |
| плюс 15 | 1,972 | 0,064 | 0,507 | 15,51 | 1,770 | 0,144 | 0,565 | 6,950 | 1,715 | 0,215 | 0,583 | 4,650 |
| плюс 20 | 2,004 | 0,056 | 0,499 | 17,740 | 1,794 | 0,126 | 0,5573 | 7,940 | 1,727 | 0,186 | 0,5709 | 5,390 |
| плюс 25 | 2,041 | 0,0496 | 0,490 | 20,150 | 1,815 | 0,109 | 0,5511 | 9,210 | 1,745 | 0,162 | 0,5732 | 6,180 |
| плюс 30 | 2,070 | 0,0439 | 0,483 | 22,800 | 1,836 | 0,087 | 0,5448 | 11,50 | 1,763 | 0,139 | 0,5673 | 7,190 |
| плюс 35 | 2,110 | 0,0395 | 0,474 | 25,30 | 1,852 | 0,077 | 0,540 | 13,00 | 1,779 | 0,122 | 0,562 | 8,170 |
| плюс 40 | 2,155 | 0,035 | 0,464 | 28,60 | 1,873 | 0,068 | 0,534 | 14,700 | 1,801 | 0,107 | 0,5552 | 9,334 |
| плюс 45 | 2,217 | 0,029 | 0,451 | 34,50 | 1,898 | 0,060 | 0,527 | 16,800 | 1,821 | 0,0946 | 0,549 | 10,571 |
| плюс 50 | 2,242 | 0,027 | 0,446 | 36,800 | 1,9298 | 0,053 | 0,5182 | 18,940 | 1,843 | 0,0826 | 0,5426 | 12,10 |
| плюс 55 | 2,288 | 0,0249 | 0,437 | 40,220 | 1,949 | 0,049 | 0,513 | 20,560 | 1,866 | 0,0808 | 0,536 | 12,380 |
| плюс 60 | 2,304 | 0,0224 | 0,434 | 44,60 | 1,980 | 0,041 | 0,505 | 24,200 | 1,880 | 0,0643 | 0,532 | 15,400 |
Физические характеристики
Упругость насыщенных паров
| Температура, º С | Этан | Пропан | Изобутан | н-Бутан | н-Пентан | Этилен | Пропилен | н-Бутилен | Изобутилен |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| минус 50 | 0,553 | 0,07 | 1,047 | 0,100 | 0,070 | 0,073 | |||
| минус 45 | 0,655 | 0,088 | 1,228 | 0,123 | 0,086 | 0,089 | |||
| минус 40 | 0,771 | 0,109 | 1,432 | 0,150 | 0,105 | 0,108 | |||
| минус 35 | 0,902 | 0,134 | 1,660 | 0,181 | 0,127 | 0,130 | |||
| минус 30 | 1,050 | 0,164 | 1,912 | 0,216 | 0,152 | 0,155 | |||
| минус 25 | 1,215 | 0,197 | 2,192 | 0,259 | 0,182 | 0,184 | |||
| минус 20 | 1,400 | 0,236 | 2,498 | 0,308 | 0,215 | 0,217 | |||
| минус 15 | 1,604 | 0,285 | 0,088 | 0,056 | 2,833 | 0,362 | 0,252 | 0,255 | |
| минус 10 | 1,831 | 0,338 | 0,107 | 0,0680 | 3,199 | 0,423 | 0,295 | 0,297 | |
| минус 5 | 2,081 | 0,399 | 0,128 | 0,084 | 3,596 | 0,497 | 0,343 | 0,345 | |
| 0 | 2,355 | 0,466 | 0,153 | 0,102 | 0,024 | 4,025 | 0,575 | 0,396 | 0,399 |
| плюс 5 | 2,555 | 0,543 | 0,182 | 0,123 | 0,030 | 4,488 | 0,665 | 0,456 | 0,458 |
| плюс 10 | 2,982 | 0,629 | 0,215 | 0,146 | 0,037 | 5,000 | 0,764 | 0,522 | 0,524 |
| плюс 15 | 3,336 | 0,725 | 0,252 | 0,174 | 0,046 | 0,874 | 0,594 | 0,598 | |
| плюс 20 | 3,721 | 0,833 | 0,294 | 0,205 | 0,058 | 1,020 | 0,688 | 0,613 | |
| плюс 25 | 4,137 | 0,951 | 0,341 | 0,240 | 0,067 | 1,132 | 0,694 | 0,678 | |
| плюс 30 | 4,460 | 1,080 | 0,394 | 0,280 | 0,081 | 1,280 | 0,856 | 0,864 | |
| плюс 35 | 4,889 | 1,226 | 0,452 | 0,324 | 0,096 | 1,444 | 0,960 | 0,969 | |
| плюс 40 | 1,382 | 0,513 | 0,374 | 0,114 | 1,623 | 1,072 | 1,084 | ||
| плюс 45 | 1,552 | 0,590 | 0,429 | 0,134 | 1,817 | 1,193 | 1,206 | ||
| плюс 50 | 1,740 | 0,670 | 0,490 | 0,157 | 2,028 | 1,323 | 1,344 | ||
| плюс 55 | 1,943 | 0,759 | 0,557 | 0,183 | 2,257 | 1,464 | 1,489 | ||
| плюс 60 | 2,162 | 0,853 | 0,631 | 0,212 | 2,505 | 1,588 | 1,645 |
Критические параметры
| Показатель | Метан | Этан | Этилен | Пропан | Пропилен | н-Бутан | Изобутан | н-Бутилен | Изобутилен | н-Пентан |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Критическая температура, º С | минус 82,5 | 32,3 | 9,9 | 96,84 | 91,94 | 152,01 | 134,98 | 144,4 | 155 | 196,6 |
| Критическое давление, МПа | 4,58 | 4,82 | 5,033 | 4,21 | 4,54 | 3,747 | 3,6 | 3,945 | 4,10 | 3,331 |
Опытные коэффициенты объемного расширения βр
| Продукт | При t = 15ºС | Интервал температур, ºС | |
|---|---|---|---|
| -20 / +10 | +10 / +40 | ||
| Пропан | 0,00306 | 0,00290 | 0,00372 |
| Пропилен | 0,00294 | 0,00280 | 0,00368 |
| н-Бутан | 0,00212 | 0,00209 | 0,00220 |
| н-Бутилен | 0,00203 | 0,00194 | 0,00210 |
| Керосин | 0,00095 | – | – |
| Вода | 0,00019 | – | – |
| Давление, МПа | Температура, °С | ||||
|---|---|---|---|---|---|
| 20 | 40 | 60 | 80 | 100 | |
| Сжиженный пропан | |||||
| 2,0 | 313 | 384 | – | – | – |
| 4,0 | 293 | 345 | 480 | 805 | – |
| 6,0 | 277 | 312 | 406 | 603 | 929 |
| 8,0 | 261 | 287 | 353 | 480 | 656 |
| 10,0 | 248 | 265 | 311 | 400 | 510 |
| 15,0 | 223 | 227 | 251 | 297 | 354 |
| 20,0 | 205 | 204 | 218 | 251 | 294 |
| Сжиженный н-бутан | |||||
| 2,0 | 226 | 225 | 247 | 321 | 446 |
| 4,0 | 217 | 212 | 227 | 287 | 393 |
| 6,0 | 209 | 201 | 210 | 259 | 355 |
| 8,0 | 202 | 191 | 195 | 239 | 327 |
| 10,0 | 195 | 182 | 182 | 223 | 306 |
| 15,0 | 182 | 164 | 164 | 197 | 273 |
| 20,0 | 169 | 151 | 151 | 183 | 255 |
Документы
ОЧИСТКА ГАЗА ОТ СЕРОВОДОРОДА
ПРИРОДНЫЕ ГАЗЫ, СОДЕРЖАЩИЕ СЕРОВОДОРОД
Наличие сероводорода в естественных газах связано, повидимому,, с генезисом нефти и газа и с теми процессами в месторождении и в подземных коллекторах, которые протекали и протекают в пластах различных пород, заполненных газом, нефтью и водой. Отмечается, что газы и нефти, приуроченные к песчаникам и пескам, содержат незначительные количества сероводорода или совершенно не содержат его (Баку, Грозный), в то время как нефти и газы, приуроченные к карбонатным породам (Ишимбай, Бугуруслан), имеют значительное содержание сернистых соединений и в том числе сероводорода.
Наибольшее количество сероводорода обнаружено в естественном газе одного из месторождений штата Тексас (США), а именно 23,5% по объёму. Обычно же содержание H2S в естественном газе меньше этого процента. Так, максимальное количество сероводорода, найденное в ишимбайском и бугурусланском газах, составляет около 9—10%.
Среднее содержание сероводорода в газах отечественных газонефтяных месторождений колеблется в следующих пределах, в процентах по объёму:
2. Бугурусланские газы:
б) газ из газовых скважин. 0,8 —1,2
4. Андижанский газ. 1,0 —3,0
Сероводород при нормальных условиях — бесцветный газ с неприятным специфическим запахом. Молекулярный вес его 34,08; плотность по отношению к воздуху 1,1763; вес 1 m z при 0° и 760 мм рт. столба 1,521 кг. При 18° С и 11 от давления сероводород может быть сжижен в бесцветную жидкость.
Упругость паров в зависимости от температуры составляет:
В воде сероводород растворим в следующих количествах на один объем воды:
при 0° С—4,670 объемов 20° С—2,582 40° С-1,660 60° С—1,190 100° С—0,8Ю
С воздухом HaS образует взрывчатую смесь, причём нижний предел составляет 4,3%, а верхний 45,5%.
Сероводород сильно ядовитый газ, даже в небольших концентрациях он чувствителен по запаху и действует раздражающе на слизистую оболочку, в больших же концентрациях он ядовит вплоть до смертельного исхода.
Запах сероводорода улавливается обонянием человека при содержании его в атмосфере 0,001—0,002% по объёму, а при содержании
0,01% он вызывает определённые симптомы отравления. Ниже даётся таблица действия сероводорода на человека в зависимости от концентрации его в атмосфере и времени пребывания человека в такой атмосфере (табл. 65).
Действие H2S на людей вызывает прежде всего резкую, жгучую боль слизистых оболочек глаз, носа и зёва, а затем с течением времени и в зависимости от концентрации сероводорода в атмосфере появляется тошнота, одышка, сердцебиение, головная боль, головокружение.
На некоторых животных и птиц раздражающее действие сероводород оказывает ещё в меньших концентрациях, чем на человека, а именно начиная с 0,005%.
При содержании 0,010—0,014% H2S вызывает у крыс раздражение носа и глаз; пребывание в такой атмосфере 8—18 час, вызывает усиленное дыхание, а через 18—48 часов—смерть.
Голубь погибает в первые же минуты, попав в атмосферу с 0,07% сероводорода. Особой чувствительностью к H2S обладают канарейки. В атмосфере с 0,0035—0,0065% сероводорода при длительном пребывании (8—18 час.) канарейка делается безразличной, тяжело дышит, слабеет и погибает. После 1—2-минутного пребывания в атмосфере с 0,019—0,021%H2S канарейка ведёт себя нервозно, возбуждённо и после 30- или 60-минутного пребывания в такой атмосфере погибает. При содержании H2S 0,073% канарейка погибает в течение 18—20 сек.
При такой чувствительности к PI2S канарейки могли бы служить своебразным индикатором, сигнализирующим опасность отправления в бытовых и производственных помещениях.
Примечание. Опыты со смертным исходом были проведены на собаках; действие сероводорода на собак и кошек аналогично действию на людей.
Химическим индикатором для обнаружения сероводорода служил индикаторная бумажка, смоченная в растворе уксуснокислого свинца.
При содержании H2S в количествах:
3,5% —»бумажка окрашивается мгновенно; резкий запах сероводорода;
0,35% —- бумажка окрашивается быстро; сильный запах H2S;
0,035% —¦ бумажка окрашивается через 2 секунды, отчетливый запах;
0*0035% — бумажка окрашивается через 30 сек., запах сероводорода чувствителен.
При снабжении газом городского населения требуется полная очистка газа от сероводорода во избежание несчастных случаев.
Отравляющие действия сероводорода более сильные, чем действия окиси углерода.
Кроме ядовитых свойств, сказывающихся на живых организмах» сероводород также очень вредно действует на металл, являясь одним из активнейших коррозийных агентов. Сам по себе сухой сероводород при низкой температуре и низком давлении слабо действует на металл, но в присутствии других коррозийных агентов его действия на металл становятся весьма интенсивными.
Главнейшие факторы, способствующие сероводородной коррозии> следующие:
1. Содержание сероводорода в газе.
2. Содержание кислорода в газе.
3. Содержание углекислоты в газе.
5. Температура газа.
7. Скорость движения газа.
8. Состояние поверхности металла к началу воздействия на него коррозийной газовой смеси.
9. Продолжительность воздействия на металл.
Отмечается коррозийное действие газа с содержанием 0,025% H2S и выше; этот процент считается «порогом» коррозийной концентрации сероводорода, ниже которого присутствие H2S считается «следами». Однако наличие других факторов (высокое давление, присутствие Н20, 02) могут повлечь серьезную коррозию и при меньшем содержании сероводорода.
Присутствие в газе кислорода значительно ускоряет процессы коррозии. Кислород может попасть в газ через газосборные вакуумные линии, или вакуумные газосборные аппараты, имеющие неплотности. Опытным путём было найдено, что наиболее коррозийным является такой газ, в котором отношение кислорода к сероводороду составляет 114:1. Это соотношение называется критическим. При других соотношениях коррозийный эффект меньше, чем при критическом.
Наличие одной влаги в газе влечёт коррозию металла, одновременное же присутствие H2S, 02 и Н20 является наиболее неблагоприятным с точки зрения коррозии.
Коррозийные действия на металл указанных примесей резко возрастают при увеличении давления. Некоторые исследователи считают, что скорость коррозии газопроводов прямо пропорциональна
давлению газа, проходящего через этот газопровод. При этом отмечается, что при давлении до 20 am и влажном газе достаточно даже следов сероводорода—0,002—0,0002% по объёму, чтобы вызвать значительные коррозийные поражения металла труб, ограничивая срок службы газопровода 5—6годами.
Влияние других отмеченных выше факторов хотя и не так значительно, но всё же в каждом отдельном случае они могут быть существенными. Вследствие коррозийных действий сероводорода, присутствующего в газах, значительно сокращается срок службы оборудования и аппаратуры при добыче, транспорте, переработке и использовании газа, причём степень использования такого газа ограничивается вредностью примеси сероводорода. В промысловых условиях особенно большому коррозийному воздействию подвергаются трубы, задвижки, счётчики газа, компрессоры, холодильники. Чтобы представить, с каким количеством сероводорода случается иметь дело, приведём следующий пример. При содержании 1% H2S (Бугуруслан) и перекачке 500 тыс. м 3 газа в сутки через компрессорную станцию пройдёт в сутки 1,Ьт H2S, а в месяц 225 т, при перекачке 1 млн. м*/сутки (что вполне реально) количество H2S соответственно будет 15 т/сутки или 450 т/месяц. Значительная часть сероводорода прореагирует с металлом и может отложиться в виде продуктов коррозии на клапанах компрессоров, на внутренних стенках аппаратуры, коммуникации и магистрального газопровода. Анализ коррозийных отложений показывает на наличие в отложениях большого процента сернистого железа и элементарной серы, причём отложения отличаются пирофорностью и высокой химической активностью. В практике эксплоатации Ишимбайских промыслов отмечен целый ряд случаев самовозгорания коррозийных отложений, в результате чего имели место взрывы с человеческими жертвами.
Таким образом, очистка газа от сероводорода вызывается не только требованиями санитарно-гигиенического порядка, но и диктуется производственной необходимостью:
1) предохранить трубы, аппаратуру и оборудование от разъедания при транспорте, переработке и использовании газа;
2) получить путём переработки очищенных газов продукты надлежащей кондиции без примеси сернистых соединений. Отмечено, например, что присутствие сернистых соединений в бензинах ухудшает их антидетонационные свойства и приёмистость к тетраэтилсвинцу;
3) иметь газ, пригодный для бытового, энергетического и промышленного ис п ользования;
4) иметь выгоду в некоторых случаях от извлечения элементарной серы.
