Не утихают споры, чем же дешевле заправлять автомобиль, газом или бензином? Чем дороже отапливаться - электричеством или природным газом?
Но кроме параметра цены за единицу того или иного энергоносителя, эти споры подогреваются тем, что в разных источниках фигурируют разные цифры теплоты сгорания. Даже в Википедии на страницах разных языков приводятся разные значения!
И причин на это целых две.
Разная теплота сгорания
У углеводородов, к которым и относятся метан, пропан и бутан, а так же различные нефтепродукты имеется не одна, а две теплоты сгорания!
Как такое возможно?
Дело в том, что водород, который в них содержится, сгорая, превращается в H₂O, которое, при этом, может или оставаться паром или конденсироваться в воду, что сопровождается дополнительным энерговыделением.
Как правило, приводят низшую теплоту сгорания, когда продукт сгорания H₂O остается паром.
Для чистых газов метана, пропана и бутана можно посмотреть в справочной литературе, например "Краткий справочник физико-химических величин" под редакцией К.П. Мищенко:
В таблице 9 есть интересующие нас величины в расчете на 1 моль:
Перевод в МДж/кг делается очень просто - надо разделить на молярную массу.
В таблице 6, указанного выше справочника, дается энтальпия образования различных веществ, через которую можно вычислить интересующие нас величины:
Если вам интересно как это можно сделать, об этом можно прочитать здесь:
В таблицу добавлены теплота сгорания "чистых" составляющих углеводородов - угля (графита) и водорода.
⚡ Обратите внимание!
Один килограмм любых углеводородов, ВКЛЮЧАЯ БЕНЗИН, СОЛЯРКУ и тд, имеют близкие значения теплоты сгорания. И это не случайных факт. Но об этом я расскажу ниже.
По этой причине в разных источниках могут даваться разные значения - низшее, высшее или вообще какое-нибудь среднее.
Теплота сгорания в пересчете на единицу объема
Дугой причиной почему приводятся разные значения является то, что приводятся они не для 1 кг газа, а для одного кубометра. При этом в одном кубометре может содержаться разное количество одного и того же газа, в зависимости от условий.
А они могут быть самые разные:
и стандартные (0 °С) и нормальные (+25 °С) и, вообще говоря, любые.
Если приведена плотность газа, то теплоту сгорания легко пересчитать. Если нет, можно пересчитывать используя формулу идеального газа, хотя это даст небольшую погрешность.
⚡ Обратите внимание!
Один кубометр различных углеводородов имеет совершенно разные значения теплоты сгорания.
Это добавляет еще больше "разнообразия" в теплоту сгорания газов, вплоть до того, что путают теплоту сгорания 1 килограмма и 1 куба, причем, даже поисковики:
Кроме этих двух причин есть и третья - реальные газы - это не "чистые" газы (метан, пропан и бутан), а их смесь.
Смеси газов
Природный газ - это почти чистый метан, с примесью тех же пропана и бутана, СПБТ - это смесь пропана и бутана.
⚡ Обратите внимание!
Добавление плотных тяжелых газов уменьшает теплоту сгорания на килограмм, и увеличивает на куб!
Но из-за близких значений теплоты сгорания на килограмм, итоговые значения меняются слабо!
А теперь небольшой фокус
Теплоту сгорания ЛЮБОГО углеводорода можно оценить самостоятельно с точностью до 20% просто считая сколько углерода и водорода содержится в этом углеводороде.
И полагая, что водород и углерод сгорали так, словно они были не в составе этого углеводорода, а отдельными газом водородом H2 и отдельным веществом графит/уголь C.
Данные по теплоте сгорания килограмма водорода и углерода можно взять из школьного справочника.
- Например:
В 30 килограмм этана (С₂H₆) содержится 24 килограмм углерода и 6 килограмма водорода. - каждый килограмм углерода дает 32,8 Мдж.
24 килограмм дают =787,2 МДж - каждый килограмм водорода дает 120,9 МДж (низшая теплота сгорания).
6 килограмм дают 725,4 МДж - Всего 1512,6 МДж дают 30 килограмм этана.
- Тогда из 1-го килограмм этана при сгорании получается 50,42 Мдж
- Расчетное значение низшей теплоты сгорания через энтальпию дает 47,6 МДж
- Погрешность всего 6%))
Погрешность связана с тем, что при таком методе не учитываются затраты энергии на разрыв связей в исходных молекулах - углеводорода, водорода и углерода.
А такая небольшая ее величина объясняется тем, затраты энергии на разрыв связи углеводорода приблизительно равны затратам энергии на разрыв связей в молекуле водорода и в графите/угле!))
☢ Алексей
Все мои статьи на тему #экономика_и_энергетика_беседка