Как топливо применяют природные горючие газы и получаемые искусственно в виде основной (генераторный газ) или побочной (коксовый, доменный и т.п.) продукции. Основные потребители природного газа в черной металлургии -доменное и мартеновское производства. С использованием природного газа производится 60% цемента, стекла, керамики. В топливном балансе электростанций природный газ составляет 20%, применение газа на 1-4% повышает кпд и на 20% позволяет сократить обслуживающий персонал.
В природе газы встречаются не только в атмосфере, но и в земной коре -вулканические газы, биохимические газы, образующиеся при бактериальном разложении органических веществ (метан, этан и пр.), радиоактивные газы, являющиеся продуктом распада радиоактивных элементов. По химическому составу выделяются три основных группы - углеводородные, азотные и углекислые. Огромная масса горючих газов (углеводородных) находится в растворенном состоянии в подземных водах, а также в нефти.
11.4.2. Основные газовые законы
Основные законы идеальных газов
Идеальным газом называется газ, в котором отсутствуют силы межмолекулярного взаимодействия. Газы можно считать практически идеальными, если рассматриваются их состояния, далекие от областей фазовых превращений.
Закон Бойля-Мариотта (1662-1676). При неизменных температуре и массе произведение численных значений давления и объема постоянно:
PV ~ const.
Закон Гей-Люссака (1802). При постоянном давлении объем данной массы газа прямо пропорционален его абсолютной температуре:
Т
у — V_
¥ у о т >
1 о
где VQ - объем газа при Т0 = 273,15°К.
Закон Шарля. При постоянном объеме давление данной массы газа прямо пропорционально его абсолютной температуре:
Т
Р=Ро-.
1 о
где Р0 - давление газа при Т0 - 273,15°К.
Закон Авогадро (1811). При одинаковых давлениях и одинаковых температурах в равных объемах различных идеальных газов содержится одинаковое число молекул, или, что то же самое, при одинаковых давлениях и одинаковых температурах грамм-молекулы различных идеальных газов занимают одинаковые объемы.
При нормальных условиях (/ = 0°С и Р - 101325 Н/м2 = 1 атм = 760 мм. рт. ст.) грамм-молекулы всех идеальных газов имеют объем Vm - 22,414 л.
Число молекул, находящихся в 1 куб.см идеального газа при нормальных условиях равно 2,687-1019 см*3 (число Лошмидта).
Уравнение состояния идеального газа имеет вид:
PV = RT,
т
где Р, Vm и Т - давление, молярный объем и абсолютная температура газа, a R = 8310 Дж/кмоль град. = 0,848 кг м/моль град. - универсальная газовая постоянная, численно равная работе, совершаемой одним молем идеального газа при изобарном нагревании на один градус.
Для произвольной массы М газа уравнение состояния (уравнение Менде-леева-Клапейрона) имеет вид:
m
или иначе:
PV= ВТ;
где v = У/М - удельный объем газа, В = R/m - удельная газовая постоянная, зависящая от молекулярного веса газа.
Число молекул, содержащихся в единице объема идеального газа, равно:
где N = 6,023-1023 моль1 - число Авогадро, означающее число молекул в грамм-молекуле, к = R/N = 1,38 10'23Дж/град - постоянная Больцмана.
Смесью газов называется совокупность нескольких разнородных газов, которые при рассматриваемых условиях не вступают друг с другом в химическую реакцию.
Весовой концентрацией газа, входящего в состав смеси, называется отношение его массы к массе смеси.
Молярной концентрацией газа называется отношение числа молей этого газа к числу молей всех газов смеси.
Парциальным давлением газа называется давление газа в смеси, если бы из смеси были удалены все остальные газы, а объем и температура сохранились бы прежними.
