Объясните различия между жидкий гелий и сжиженный газ

Жи́дкий ге́лий — жидкое агрегатное состояние гелия. Представляет собой бесцветную прозрачную жидкость, кипящую при температуре 4,2 К (для изотопа⁴He при нормальном атмосферном давлении)^[1][2]. Плотность жидкого гелия при температуре 4,2 К составляет 0,13 г/см³. Обладает малым показателем преломления, из-за чего его трудно увидеть.При определённых условиях жидкий гелий представляет собой квантовую жидкость, то есть жидкость, в макроскопическом объёме которой проявляются квантовые свойства составляющих её атомов. Из-за квантовых эффектов (нулевые колебания), при нормальном давлении гелий не затвердевает даже при абсолютном нуле. Твёрдый гелий в α-фазе удаётся получить лишь при давлении выше 25 атм.

Жидкий гелий — бозе-жидкость, то есть жидкость, частицы которой являются бозонами. Выше температуры 2,17 К гелий-4 ведёт себя как обычная криожидкость, то есть кипит, выделяя пузырьки газа. При достижении температуры 2,17 К (при давлении паров 0,005 МПа — так называемая λ-точка) жидкий ⁴Не претерпевает фазовый переход второго рода, сопровождающийся резким изменением ряда свойств: теплоёмкости, вязкости, плотности и других. В жидком гелии при температуре ниже температуры перехода одновременно сосуществуют две фазы, Не I и Не II, с сильно различающимися свойствами. Состояние жидкости в фазе гелия-II в некоторой степени аналогично состоянию бозе-конденсата (однако, в отличие от конденсата атомов разреженного газа, взаимодействие между атомами гелия в жидкости достаточно сильно, поэтому теория бозе-конденсата неприменима впрямую к гелию-II).

Жидкий гелий применяется в качестве хладагента для получения и поддержания низких и сверхнизких температур (в основном в научных исследованиях):

· охлаждение сверхпроводящих магнитов в различных научных, технических и медицинских устройствах, к примеру:

o ускорители заряженных частиц

§ В Большом адронном коллайдере в ЦЕРНе используется 96 тонн жидкого гелия для охлаждения 1624 сверхпроводящих магнитов до температуры 1,9 K^[5]

o детекторы инфракрасного и высокочастотного излучения, сквид-магнетометры;

o сканирующие туннельные микроскопы;

· использование в криостатах растворения

Сжи́женный приро́дный газ, СПГ — природный газ (преимущественно метан, CH₄), искусственно сжиженный путём охлаждения до минус 160 °C для удобства хранения или транспортировки. Для хозяйственного применения преобразуется в газообразное состояние на специальных регазификационных терминалах. СПГ рассматривается как приоритетная или важная технология импорта природного газа целым рядом стран, включая Францию, Бельгию, Испанию, Южную Корею и США. Самый крупный потребитель СПГ — это Япония, где практически 100 % потребностей газа покрывается импортом СПГ. СПГ представляет собой жидкость без запаха и цвета, плотностью 0,41—0,5 кг/л в зависимости от температуры, давления, и содержания высших алканов (плотность чистого метана при температуре кипения — 0,41 кг/л, при повышении давления и понижении температуры плотность растет, примеси высших алканов также повышают плотность)^[1][2]. Не токсичен. Температура кипения −158…−163 °C. Современный СПГ состоит на 85-95 % из метана, а в остальные 5 % входят этан, пропан, бутан, азот Нижняя граница теплоты сгорания — 50 116 кДж/кг, или 20 МДж/л. В процессе обработки природный газ очищают от воды, диоксида серы, диоксида углерода и т. п.СПГ получают из природного газа путём сжатия с последующим охлаждением. При сжижении природный газ уменьшается в объёме примерно в 600 раз^[3][12]. Процесс сжижения идет ступенями, на каждой из которых газ сжимается в 5—12 раз, затем охлаждается и передается на следующую ступень. Собственно сжижение происходит при охлаждении после последней стадии сжатия. Процесс сжижения, таким образом, требует значительного расхода энергии^{[ источник не указан 904 дня ]} от 8 до 10 % от её количества, содержащегося в сжиженном газе.В процессе сжижения используются различные виды установок — дроссельные, турбодетандерные, турбинно-вихревые и пр.

12. Объясните необходимость получение мазута с пониженным содержанием серы

Для получения котельного топлива с более низким содержанием серы можно использовать различные методы и технологические приемы, а именно: компаундирование нефтей с низким и высоким содержанием серы (когда это целесообразно с экономической и технологической точек зрения), получение малосернистых разбавителей, комплексная переработка остатков с сочетанием термических и гидро-генизационных процессов и прямое гидрообессеривание нефтяных остатков. Учитывая огромную территорию СССР, большое разнообразие добываемых нефтей, специфические условия потребления котельного топлива в разных районах страны, а также сложившиеся технологические схемы переработки нефти на заводах, экономически эффективными могут быть различные варианты

Для получения котельного топлива с содержанием серы 1 % необходимо подвергать гидроочистке не только разбавители, но и остатки по крайней мере в трех районах США. Подсчитано, что для обеспечения выпуска таких котельных топлив в пяти районах США потребуется 206 млн. долл. При ограничении содержания серы до 0 5 % капитальные вложения возрастают до 493 млн. долл.   [4]

Для получения котельного топлива из сернистых неф-тей в СССР разрабатывают процессы, которые пека еще далеки от промышленного применения. Мазут подогревают в печи до 460 С, затем подвергают испарению в две ступени - атмосферному и вакуумному. Остаток без дополнительного подогрева поступает во вторую ступень - вакуумный испаритель. Снизу вакуумной колонны отводится тяжелый остаток - пек, который подвергают коксованию с получением жидких продуктов и кокса. Все продукты, кроме бензина и пека, могут быть использованы в качестве котельного топлива, которое имеет низкую коксуемость и вязкость и содержит значительное количество золя и агрессивных металлов.   [5]

Для получения котельного топлива марки 100 (по вязкости) из беспроцентного остатка арланской нефти термическое крекирование необходимо проводить с подачей в сырье высокоароматнзи-рованных присадок, которые позволяют снизить вязкость крекинг-остатка и увеличить межремонтный пробег установки.   [6]

Для получения товарного котельного топлива из таких гудронов без их переработки требуется большой расход дистил-лятных разбавителей, что сводит практически на нет достигнутое вакуумной перегонкой углубление переработки нефти. Обычно сырьем для висбрекинга является гудрон, но возможна и переработка тяжелых нефтей, мазутов, даже асфальтов процессов деасфальтизации.

Наиболее простой вариант получения котельных топлив с пониженным содержанием серы - вакуумная перегонка мазута с получением газойля и гудрона. Вакуумный газойле подвергается гидроочистке и смешивается с гудроном. Этот вариант относительно прост и недорог. Однако он характеризуется ограниченными возможностями по снижению содержания серы, особенно при переработке высокосернистых нефтей. Дальнейшее снижение содержания серы в котельном топливе невозможно без изменения соотношения смешиваемых компонентов. Отсюда очевидно, что необходимо уменьшение содержания серы непосредственно в мазуте или гудроне.

25. Проанализируйте современные требования к качеству топлива

Высокие энергетические и термодинамические характеристики продуктов сгорания. При горении бензина должно выделяться максимальное количество тепла, продукты сгорания должны иметь малую молекулярную массу, небольшие теплоёмкость и теплопроводность, высокое значение произведения удельной газовой постоянной на температуру горения (RT). Высокое значение RT желательно получить за счёт увеличения Т.

Хорошая прокачиваемость. Бензины должны надёжно прокачиваться по топливной системе машин, трубопроводам, насосам, системам регулирования и другим агрегатам и коммуникациям при любых условиях окружающей среды – низкой и высокой температурах, различных давлениях, запылённости и влажности.

Оптимальная испаряемость. В условиях хранения и транспортирования испарение должно быть минимальным. При применении в двигателе бензина должны иметь такую испаряемость, чтобы обеспечить надёжное воспламенение и горение топлива с оптимальной скоростью в камерах сгорания двигателей.

Минимальная коррозионная активность. Топлива не должны содержать компоненты, которые разрушают конструкционные материалы двигателя, средства хранения и транспортирования.

Высокая стабильность в условиях хранения и применения. Топлива в течение длительного времени не должны изменять физико-химические и эксплуатационные свойства.

Нетоксичность. Продукты сгорания также должны быть нетоксичными.

Детонационная стойкость Детонация возникает в том случае, если скорость распространения пламени в двигателе достигает 1500-2500 м/с, вместо обычных 20 – 30 м/с. В результате резкого перепада давления возникает детонационная волна, которая нарушает режим работы двигателя, что приводит к перерасходу топлива, уменьшению мощности, перегреву двигателя, к прогару поршней и выхлопных клапанов.

Октановое число (ОЧ) ОЧ – условный показатель, характеризующий стойкость бензинов к детонации и численно соответствующий детонационной стойкости модельной смеси изооктана и н-гептана. ОЧ изооктана принято за 100 пунктов, а н-гептана – за 0. Для автомобильных бензинов (кроме А–76) ОЧ измеряется двумя методами: моторным и исследовательским. Октановое число определяется на специальных установках путём сравнения характеристик горения испытуемого топлива и эталонных смесей изооктана с н-гептаном. Испытания проводят в двух режимах: жёстком (частота вращения коленчатого вала 900 об/мин, температура всасываемой смеси 149 0С, переменный угол опережения зажигания) и мягком (600 об/мин, температура всасываемого воздуха 52 0С, угол опережения зажигания 13 град.). Получают соответственно моторное (ОЧМ) и исследовательское ОЧ (ОЧИ). Разности между ОЧМ и ОЧИ называется чувствительностью и характеризует степень пригодности бензина к разным условиям работы двигателя. Среднее арифметическое между ОЧМ и ОЧИ называют октановым индексом и приравнивают к дорожному октановому числу, которое нормируется стандартами некоторых стран (например, США) и указывается на бензоколонках как характеристика продаваемого топлива.

Давление насыщенных паров (ДНП) ДНП даёт дополнительное представление об испаряемости бензина, а также о возможности образования газовых пробок в системе питания двигателя. Чем выше давление насыщенных паров бензина, тем выше его испаряемость. По ФС бензина рассчитывают индекс испаряемости. Бензины, применяющиеся в летнее время, имеют более низкое ДНП. Для обеспечения необходимых пусковых свойств товарного бензина, в его состав включают лёгкие компоненты: изомеризат, алкилат, бутан, фр. н.к. – 62 С.