Физико-химические свойства природного газа. Добыча и применение природного газа. Природный газ. Состав, свойства, опасности

Горючие газы подразделяются на природные и искусственные.

Природные газы подразделяют на три группы:

газы, добываемые из чисто газовых месторождений, представляют собой сухой газ без тяжелых углеводородов;
газы, добываемые из нефтяных месторождений вместе с нефтью, представляют собой смесь сухого газа с газообразным бензином и пропан – бутановой фракцией;
газы, добываемые из конденсатных месторождений, представляют собой смесь сухого газа и конденсата. …

Природные газы состоят преимущественно из предельных углеводородов, но в них встречаются также сероводород, азот, углекислота, водяные пары.

Газы, добываемые из чисто газовых месторождений, состоят в основном из метана.

Газ и нефть в толще земли заполняют пустоты пористых пород, и при больших их скоплениях целесообразна промышленная разработка и эксплуатация залежей.

Давление в пласте зависит от глубины его залегания. Практически через каждые 10 м глубины давление в пласте возрастает на 0,1 МПа (1 кгс/см2).

В состав газообразного топлива входят горючая и негорючая части. Чем больше горючая часть топлива, тем больше удельная теплота его сгорания. Различия в физико-химических и теплотехнических харак теристиках газового топлива обусловлены разным количеством в составе газа горючих и негорючих газообразных компонентов (балластов), а также вредных примесей.

К горючим компонентам относятся следующие вещества.

Водород Н2 Бесцветный нетоксичный газ без вкуса и запаха, масса 1 м3 которого равна 0,09 кг. Он в 14,5 раза легче воздуха. Удельная теплота сгорания водорода составляет: QB - 12 750 кДж/м3 , 33 850 ккал/кг и 68 260 ккал/моль; Qн - соответственно 10 800 кДж/м3, 28640 ккал/кг и 57 740 ккал/моль и превышает на теплоту, затрачиваемую на испарение воды, образующейся при сгорании водорода; 1 м3 водорода, сгорая в теоретически необходимом количестве воздуха, образует 2,88 м3 продуктов горения.

Водородно-воздушные смеси легко воспламенимы в весьма пожаро – и взрывоопасны.

Метан СН4 Бесцветный нетоксичный газ без запаха и вкуса. В состав метана входит 75 % углерода и 25 % водорода; масса 1 м3 метана равна 0,717 кг. При атмосферном давлении и температуре -162 °С метан сжижается и его объем уменьшается почти в 600 раз. Поэтому сжиженный природный газ является перспективным энергоносителем для многих отраслей народного хозяйства.

Вследствие содержания в метане 25 % водорода (по массе) имеется большое различие между его высшей и низшей удельной теплотой сгорания. Высшая удельная теплота сгорания метана Qв составляет 39 820 кДж/м3 , 13 200 ккал/кг и 212 860 ккал/моль; низшая - Qн - соответственно 35 880 кДж/м3, 11 957 ккал/кг и 191 820 ккал/моль.

Природные и попутные газы, состоящие в основном из метана, представляют собой не только высококалорийное топливо, но ценное сырье для химической промышленности.

Метан обладает сравнительно низкой реакционной способностью. Это объясняется тем, что на разрыв четырех связей С-Н в молекуле метана требуется большая затрата энергии. Кроме метана в горючих газах могут содержаться этан C2H6 , пропан С3Н8 , бутан С4Н10 и др.

Углеводороды метанового ряда имеют общую формулу СnН2n+2, где п - углеродное число, равное 1 для метана, 2 для этана и 3 для пропана. С увеличением числа атомов в молекуле тяжелых углеводородов возрастают ее плотность и удельная теплота сгорания.

Оксид углерода СО. Бесцветный газ без запаха и вкуса масса 1 м3 которого составляет 1,25 кг; удельная теплота сгорания 13 250 кДж/м3 , 2413 ккал/кг или 67 590 ккал/моль, Увеличение содержания оксида углерода за счет снижения балласта (CO2 + N2) резко повышает удельную теплоту сгорания и температуру горения низкокалорийных газов. В высококалорийных газах, содержащих метан и другие углеводороды, увеличение процентного содержания оксида углерода понижает удельную теплоту сгорания газа. При этом образуется 2,88 м3 продуктов горения. Вследствие малого их объема на каждый кубический метр оксида углерода приходится больше теплоты, чем на 1 м3 продуктов горения углеводородов.

Оксид углерода легко вступает в соединение с гемоглобином крови. При содержании в воздухе 0,04 % СО примерно 30 % гемоглобина крови вступает в химическое соединение с оксидом углерода, при 0,1 % СО - 50%, при 0,4 %-более 80%. Оксид углерода относится к высокотоксичным газам, и находиться в помещении, воздух которого содержит 0,2 % СО, в течение 1 ч вредно для организма, а при содержании 0,5 % СО находиться в помещении даже в течение 5 мин опасно для жизни.

В негорючую часть газообразного топлива входят азот, углекислый газ и кислород.

Азот N2 . Бесцветный газ без запаха и вкуса. Плотность азота равна 1,25 г/м3 Атомы азота соединены между собой в молекуле тройной связью N = N , на разрыв которой расходуется 170,2 тыс. ккал/моль теплоты.

Азот практически не реагирует с кислородом, поэтому при расчетах процесса горения его рассматривают как инертный газ. Содержание азота в различных газах колеблется в значительных пределах.

Углекислый газ СО2 . Бесцветный газ, тяжелый, малореакционный при низких температурах. Имеет слегка кисловатый запах и вкус. Концентрация СО2 в воздухе в пределах 4-5 % приводит к сильному раздражению органов дыхания, а в пределах 10 % вызывает сильное отравление.

Плотность СО2 составляет 1,98 г/м3. Углекислый газ тяже­ лее воздуха в 1,53 раза, при температуре - 20 0С и давления 5,8 МПа (58 кгс/см г) он превращается в жидкость, которую можно перевозить в стальных баллонах. При сильном охлаждении CO2 застывает в белую снегообразную массу. Твердый СО2 , или сухой лед, широко используется для хранения скоропортящихся продуктов в других целей.

Кислород О2 . Газ без запаха, цвета и вкуса. Плотность его составляет 1,43 г/м3. Присутствие кислорода в газе пони жает удельную теплоту сгорания и делает газ взрывоопасным. Поэтому содержание кислорода в газе не должно быть более 1 % от объема.

К вредным примесям относятся следующие газы.

Сероводород H2S . Бесцветный газ с сильным запа хом, напоминающим запах тухлых яиц, обладает высокой токсичностью. Масса 1 м3 сероводорода равна 1,54 кг.

Сероводород, воздействуя на металлы, образует сульфиды. Он оказывает сильное корродирующее воздействие на газопроводы, особенно при одновременном присутствии в газе H2S , Н2О и О2. При сжигании сероводород образует сернистый газ, вредный для здоровья и оказывающий коррозионное воздействие на металлические поверхности. Содержание сероводорода в газе не должно превышать 2 г на 100 м3 газа.

Цианистоводородная (синильная) кислота HCN . Представляет собой бесцветную легкую жидкость с тем пературой кипения 26 0С. Вследствие такой низкой температуры кипения HCN находится в горючих газах в газообразном сос тоянии. Синильная кислота очень ядовита, обладает корродиру ющим воздействием на железо, медь, олово, цинк и их сплавы. Поэтому допускается наличие не более 5 г цианистых соединений (в пересчете на HCN) на каждые 100 м3 газа.

Для того чтобы своевременно обнаружить утечку, все горючие газы, направленные в городские газопроводы, подвергают одоризации, т. е. придают им резкий специфический запах, по которому их легко обнаружить даже при незначительных концентрациях в воздухе помещений. Одоризация газов производится с помощью специальных жидкостей, обладающих сильными запахом. Наиболее часто в качестве одноранта применяют этил меркаптан. При этом запах газа должен ощущаться при концентрации его в воздухе не более 1/5 части нижнего предела взрываемости. Практически это означает, что природный газ, имеющий нижний предел взрываемости, равный 5 %, должен чувствоваться в воздухе помещений при 1 %-ной концентрации. Запах сжиженных газов должен ощущаться при 0,5 %-ной концентрации их в объеме помещения.

В состав газообразного топлива входят горючая и негорючая части. Чем больше горючая часть топлива, тем больше удельная теплота его сгорания. Различия в физико-химических и теплотехнических характеристиках газового топлива обусловлены разным количеством в составе газа горючих и негорючих газообразных компонентов (балластов), а также вредных примесей.

К горючим компонентам относятся следующие вещества: водород, метан, другие углеводороды, оксид углерода и сероводород.

Природные и попутныегазы представляют собой не только высококалорийное топливо, но ценное сырье для химической промышленности.

Метан обладает сравнительно низкой реакционной способностью. Это объясняется тем, что на разрыв четырех связей С-Н в молекуле метана требуется большая затрата энергии.

Углеводороды метанового ряда имеют общую формулу С n Н 2n+2 , где п - углеродное число, равное 1 для метана, 2 для этана и 3 для пропана. С увеличением числа атомов в молекуле тяжелых углеводородов возрастают ее плотность и удельная теплота сгорания.

Метан СН 4 Бесцветный нетоксичный газ без запаха и вкуса. В состав метана входит 75 % углерода и 25 % водорода; масса 1 м 3 метана равна 0,717 кг. Вследствие содержания в метане 25 % водорода (по массе) имеется большое различие между его высшей и низшей удельной теплотой сгорания. Высшая удельная теплота сгорания метана Q в составляет 39 820 кДж/м 3 , 13 200 ккал/кг и 212 860 ккал/моль; низшая - Q н - соответственно 35 880 кДж/м 3 , 11 957 ккал/кг и 191 820 ккал/моль. Содержание метана в природных газах достигает 98 %, поэтому его свойства практически полностью определяют свойства природных газов.

Водород Н 2 . Бесцветный нетоксичный газ не имеющего вкуса и запаха, масса 1 м 3 которого равна 0,09 кг. Он в 14,5 раза легче воздуха. Удельная теплота сгорания водорода составляет:

Q B - 12 750 кДж/м 3 , 33 850 ккал/кг и 68 260 ккал/моль;

Q н - соответственно 10 800 кДж/м 3 , 28640 ккал/кг и 57 740 ккал/моль.

Величина высшей теплоты сгорания превышает низщую теплоту сгорания, на величину, затрачиваемую на испарение воды, образующейся при сгорании водорода; 1 м 3 водорода, сгорая в теоретически необходимом количестве воздуха, образует 2,88 м 3 продуктов горения.

Водородно-воздушные смеси легко воспламеняемы и весьма пожаро - и взрывоопасны.

Оксид углерода СО . Бесцветный газ без запаха и вкуса масса 1 м 3 которого составляет 1,25 кг; удельная теплота сгорания 13 250 кДж/м 3 , 2413 ккал/кг или 67 590 ккал/моль, Увеличение содержания оксида углерода за счет снижения балласта (CO 2 + N 2) резко повышает удельную теплоту сгорания и температуру горения низкокалорийных газов. В высококалорийных газах, содержащих метан и другие углеводороды, увеличение процентного содержания оксида углерода понижает удельную теплоту сгорания газа. При этом образуется 2,88 м 3 продуктов горения. Вследствие малого их объема на каждый кубический метр оксида углерода приходится больше теплоты, чем на 1 м 3 продуктов горения углеводородов.

Оксид углерода даже не поглощается угольным фильтром – это сильный яд.

Оксид углерода легко вступает в соединение с гемоглобином крови. При содержании в воздухе 0,04 % СО примерно 30 % гемоглобина крови вступает в химическое соединение с оксидом углерода, при 0,1 % СО - 50%, при 0,4 %-более 80%. Оксид углерода относится к высокотоксичным газам, и находиться в помещении, воздух которого содержит 0,2 % СО, в течение 1 ч вредно для организма, а при содержании 0,5 % СО находиться в помещении даже в течение 5 мин опасно для жизни, а при 1% смерть.

В негорючую часть газообразного топлива входят азот, углекислый газ и кислород.

Азот N 2 . Бесцветный газ без запаха и вкуса. Плотность азота равна 1,25 г/м 3. Атомы азота соединены между собой в молекуле тройной связью, на разрыв которой расходуется 170,2 тыс. ккал/моль теплоты.

Азот практически не реагирует с кислородом, поэтому при расчетах процесса горения его рассматривают как инертный газ. Содержание азота в различных газах колеблется в значительных пределах.

Окислы азота – выделяются при сгорании газа t =1000 º С и вызывают кислородное голодание. Допустимый предел NО - 0,02 мг/литр – головная боль. NО 2 – вызывает наркотическое действие, и в итоге отек легких.

Углекислый газ СО 2 . Бесцветный газ, тяжелый, малореакционный при низких температурах. Имеет слегка кисловатый запах и вкус. Концентрация СО 2 в воздухе в пределах 4-5 % приводит к сильному раздражению органов дыхания, а в пределах 10 % вызывает сильное отравление.

Плотность СО 2 составляет 1,98 г/м 3 . Углекислый газ тяже­ лее воздуха в 1,53 раза, при температуре - 20 0 С и давления 5,8 МПа (58 кгс/см г) он превращается в жидкость, которую можно перевозить в стальных баллонах. При сильном охлаждении CO 2 застывает в белую снегообразную массу. Твердый СО 2 , или сухой лед, широко используется для хранения скоропортящихся продуктов в других целей. Углекислота (СО 2) – оказывает плохое воздействие. (сланцевый газ – СО 2 – 16%). Человек не может вдыхать уже 1-2% СО 2 .Если в воздухе содержится 3% дыхание человека становится тяжелым, а при 10% наступает обморочное состояние.

Кислород О 2 . Газ без запаха, цвета и вкуса. Плотность его составляет 1,43 г/м 3 . Присутствие кислорода в газе понижает удельную теплоту сгорания и делает газ взрывоопасным. Поэтому содержание кислорода в газе не должно быть более 1 % от объема.

К вредным примесям относятся следующие газы.

Сероводород H 2 S . Бесцветный газ с сильным запахом, напоминающим запах тухлых яиц, обладает высокой токсичностью. Масса 1 м 3 сероводорода равна 1,54 кг.

Сероводород, воздействуя на металлы, образует сульфиды. Он оказывает сильное корродирующее воздействие на газопроводы, особенно при одновременном присутствии в газе H 2 S , Н 2 О и О 2 . При сжигании сероводород образует сернистый газ, вредный для здоровья и оказывающий коррозионное воздействие на металлические поверхности. Содержание сероводорода в газе не должно превышать 2 г на 100 м 3 газа. Сероводород Н 2 S – имеет неприятный запах – вызывает смерть от остановки дыхания. Норма 0,01 мг/литр. Допустимая концентрация 0,02 мг/литр. 1,5 мг/литр – наступает смерть в течении 1~5 минут.

Цианистоводородная (синильная) кислота HCN . Представляет собой бесцветную легкую жидкость с температурой кипения 26 0 С. Вследствие такой низкой температуры кипения HCN находится в горючих газах в газообразном состоянии. Синильная кислота очень ядовита, обладает корродирующим воздействием на железо, медь, олово, цинк и их сплавы. Поэтому допускается наличие не более 5 г цианистых соединений (в пересчете на HCN) на каждые 100 м 3 газа. Цианистый водород – НСN – содержится в коксовом газе, вдыхание малого количества смерть.

Горение природного газа

Природный газ – это полезное ископаемое в газообразном состоянии. Оно используется в очень широких пределах в качестве топлива . Но сам природный газ как таковой не используется как топливо, из него выделяют его составляющие для отдельного использования. Часто является попутным газом при добыче нефти . Природный газ в пластовых условиях (условиях залегания в земных недрах) находится в газовом состоянии в виде отдельных скоплений (газовые залежи) или в виде газовой шапки нефтегазовых месторождений – это свободный газ ; либо в растворённом состоянии в нефти или воде (в пластовых условиях), а в стандартных условиях – только в газовом состоянии. Также природный газ может находиться в виде газогидратов.

Почти на 90% он состоит из углеводородов , главным образом метана (СН 4). Содержит и более тяжёлые углеводороды - этан , пропан , бутан , а так же меркаптаны и сероводород (обычно эти примеси вредны), азот и углекислый газ (они в принципе бесполезны, но и не вредны), пары воды, полезные примеси гелия и других инертных газов.

Химический состав

Основную часть природного газа составляет метан (CH 4) - до 98%. В состав природного газа могут также входить более тяжёлые углеводороды - гомологи метана:

• этан (C 2 H 6),
• пропан (C 3 H 8),
• бутан (C 4 H 10),
• и другие алканы – от С 5 и выше

А также другие неуглеводородные вещества:

• более тщательный анализ, позволил обнаружить в природном газе и небольшие количества гелия (Не).

Физические свойства

Ориентировочные физические характеристики (зависят от состава):

• Плотность :
  • от 0,7 до 1,0 кг/м 3 - сухой газообразный, при н. у.
  • 400 кг/м 3 -жидкий.
• Теплота сгорания одного м 3 природного газа в газообразном состоянии при н.у.: 28-46 МДж, или 6,7-11,0 Мкал.
• Октановое число при использовании в двигателях внутреннего сгорания: 120-130.
• Концентрационные границы воспламенения (взрыва) природного газа (метана) находятся в диапазоне от 5 до 15 %. Вне этих границ газовоздушная смесь не способна к распространению пламени. При взрыве давление в замкнутом объеме повышается до 0,8... 1 МПа.
• Чистый природный газ не имеет цвета и запаха. Чтобы можно было определить утечку по запаху, в газ добавляют небольшое количество одорантов (чаще всего в качестве одоранта применяется этил-меркаптан), имеющих сильный неприятный запах, это - одоранты .
• Природный газ быстро улетучивается и рассеивается в атмосфере, что важно с точки зрения безопасности.

Запасы природного газа

Карта запасов природного газа в мире

Метан и некоторые другие углеводороды широко распространены в космосе. Метан - третий по распространённости газ вселенной, после водорода и гелия. В виде метанового льда он участвует в строении многих удалённых от солнца планет и астероидов, однако такие скопления, как правило, не относят к залежам природного газа, и они до сих пор не нашли практического применения. Значительное количество углеводородов присутствует в мантии Земли, однако они тоже не представляют интереса.

Огромные залежи природного газа сосредоточены в осадочной оболочке земной коры. Согласно теории биогенного (органического) происхождения нефти они образуются в результате разложения останков живых организмов. Считается, что природный газ образуется в осадочной оболочке при больших температурах и давлениях, чем нефть . С этим согласуется тот факт, что месторождения газа часто расположены глубже, чем месторождения нефти.

Огромными запасами природного газа обладает Россия (Уренгойское месторождение), США, Канада. Из других европейских стран стоит отметить Норвегию, но её запасы невелики. Среди бывших республик Советского Союза большими запасами газа владеет Туркмения, а также Казахстан (Карачаганакское месторождение).

Во второй половине XX века в университете им. И. М. Губкина были открыты природные газогидраты (или гидраты метана). Позже выяснилось, что запасы природного газа в данном состоянии огромны. Они располагаются как под землёй, так и на незначительном углублении под морским дном.

Добыча и обработка природного газа

Газовые месторождения

Залежь нефти или газа представляет собой скопление углеводородов , которые заполняют поры проницаемых пород. Если скопление велико и его эксплуатации экономически целесообразна, залежь считают промышленной. Залежи, занимающие значительные площади, образуют месторождения.

Осушка газа

Содержание влаги в газе при его транспортировании часто вызывает серьезные эксплуатационные затруднения. При определенных внешних условиях (температуре и давлении) влага может конденсироваться , образовывать ледяные пробки и кристаллогидраты , а в присутствии сероводорода и кислорода вызывать коррозию трубопроводов и оборудования. Во избежание перечисленных затруднений газ осушают, снижая температуру точки росы на 5...7 °С ниже рабочей температуры в газопроводе.

Очистка газа от сероводорода и углекислого газа

В горючих газах используемых для газоснабжения городов, содержание сероводорода не должно превышать 2 г на 100 м 3 газа. Содержание углекислого газа нормы не лимитируют, однако по технико-экономическим соображениям в транспортируемом газе оно не должно превышать 2%.

Одоризация газа

Природный газ не имеет запаха. Поэтому для своевременного выявления утечек газа ему придают запах - газ одорируют. В качестве одоранта применяют этил-меркаптан (С 2 Н 5 SН). По токсичности качественно и количественно он идентичен сероводороду, имеет резкий неприятный запах.

Траспортировка

Основным видом транспорта газа, в настоящее время, является трубопроводный . Газ движется по трубам большого диаметра под давлением 75 атмосфер (7,5 МПа). Продвигаясь по трубопроводу газ, теряет энергию, она тратится на преодоление силы трения как между стенкой трубы и газом, так и между слоями самого газа. Чтобы давление в трубопроводе поддерживалось на заданном уровне, на определённом расстоянии друг от друга необходимо наличие компрессорных станций (КС), которые должны поддерживать давление в трубопроводе на уровне 75 атмосфер. Обслуживание и сооружение трубопровода стоит не малых денег, но, тем не менее, трубопровод является наиболее дешёвым способом транспортировки нефти и газа.

Другим способом транспортировки газа является использование специальных танкеров – газовозов. Это специально оборудованные корабли, для перевозки газа в сжиженном состоянии при определённых условиях. Для транспортировки газа этим способом необходимо кроме самих танкеров провести ряд подготовительных мероприятий для возможности их использования. Нужно протянуть газопровод к берегу моря, построить порт для танкеров, завод для сжижения газа, и сами танкеры. Тем не менее, этот вид транспортировки газа является экономически обоснованным при отдалённости потребителя от мест добычи более 3000 км.

Синтез природного газа

Существуют множество способов получения природного газа из других органических веществ, например отходов сельскохозяйственной деятельности, деревообрабатывающей и пищевой промышленности и т. д.

Химические элементы и соединения в нефти

Нефти состоят главным образом из углерода – 79,5 – 87,5 % и водорода – 11,0 – 14,5 % от массы нефти. Кроме них в нефти присутствуют еще три элемента – сера, кислород и азот. Их общее количество обычно составляет 0,5 – 8 %. В незначительных концентрациях в нефти встречаются элементы: ванадий, никель, железо, алюминий, медь, магний, барий, стронций, марганец, хром, кобальт, молибден, бор, мышьяк, калий и др. Их общее содержание не превышает 0,02 – 0,03 % от массы нефти. Указанные элементы образуют органические и неорганические соединения, из которых состоят нефти. Кислород и азот находятся в нефти только в связанном состоянии. Сера может встречаться в свободном состоянии или входить в состав сероводорода.

Физические свойства нефтей

1. плотность нефти (800-900 кг/м^3)

2. вязкость нефти (0.8-50 мПА*с)

4. давление насыщения нефти и газов (при снижении пластового давления ниже давления насыщения, начинается бурное выделение газов из нефти)

5. обьемный коэффициент пластовой нефти в основном 1,2 – 1,8 (показывает во сколько раз изменяется обьем нефти поверхностных условиях относительно обьемов в пластовых условиях

6. теплота сгорания нефти – (43-46 кДж /кг)

7. Люминесценция нефти

4) Классификация нефтей:

В зависимости от группового состава выделяются следующие классы и промежуточные типы нефтей: 1. Метановые; 2. Метаново-нафтеновые; 3. Нафтеновые; 4. Нафтеново-ароматические; 5. Ароматические; Метаново-ароматических не существует.

Товарные и технологические свойства нефтей определяются содержанием парафина, серы, смолистых веществ и наличием примесей:

Безпарафиновые – содержание парафина менее 1%;

Слабопарафиновые – 1-2% парафина;

Парафинистые- более 2% парафина;

Малосернистые- не более 0,5% серы в нефти;

Сернистые- 0,5-2%;

Высокосернистые-более 2%;

Малосмолистые- меньше 5% смол в нефти;

Смолистые- 5-15%;

Высокосмолистые-более 15%;

Химический состав газа. Группы УВ газов и особенности их состава.

Природный газ- природные УВ смеси, представляющие собой многокомпонентные смеси предельных УВ(этан (C 2 H 6),пропан (C 3 H 8),бутан (C 4 H 10) и СH4) и другие неУВ соединения (водород (H 2),сероводород (H 2 S),диоксид углерода (СО 2),азот (N 2),гелий (Не)).К сухим УВ смесям относятся главным образом смесь метана(97-98%) с тяжёлыми гомологами:(этан (C 2 H 6),пропан (C 3 H 8),бутан (C 4 H 10) (2-3%)) .Попутные нефтяные газы представляют собой смесь УВ, которые кроме метана содержат в большом количестве тяжёлые УВ(этан (C 2 H 6),пропан (C 3 H 8),бутан (C 4 H 10)) , а также более тяжёлые УВ(пентана, гексана и др.)Суммарное содержание таких УВ в попутном газе-10-40%Присутствуют редкие газы: углерод, углеводород, сероводород

6) Физические свойства газа:

1. Показатель сухости или жирности газа;

2. Плотность газа- 0,73-1,2 (кг/м3);

3. Вязкость газа- 0,0001 (МПа*с);

4. Коэффициент сжимаемости газа- отношение объёмов равного числа молей,реального и идеального газов при одинаковых давлениях и температурах(0,8-1,2);

5. Теплота сгорания газа(37-40 кДж/м3);

6. Растворимость УВ газов в жидкостях;

7) Конденсат - природная смесь в основном легких углеводородных соединений, находящихся в газе в растворенном состоянии при определенных термобарических условиях и переходящих в жидкую фазу при снижении давления ниже давления конденсации. В стандартных условиях конденсат (стабильный) находится в жидком состоянии и не содержит газообразных УВ. В состав конденсата могут входить сера и парафин. Конденсаты различа­ются по групповому и фракционному составу. К основным параметрам пластового газа, содержащего конденсат, кроме перечисленных выше, относятся также конденсатно-газовый фактор и давление начала конденсации. Конденсат характеризуется плотностью и вязкостью в стандартных условиях.

Конденсатом называют жидкую углеводородную фазу, выделяющуюся из газа при снижении давления. В пластовых условиях конденсат обычно весь растворен в газе. Различают конденсат сырой и стабильный.

Сырой конденсат представляет собой жидкость, которая выпадает из газа непосредственно в промысловых сепараторах при давлении и температуре сепарации. Он состоит из жидких при стандартных условиях УВ. т.е. из пентанов и высших (C5+высш), в которых растворено некоторое количество газообразных УВ-бутанов, пропана и этана, а также H2S и других газов.

Важной характеристикой газоконденсатных залежей является конденсатно-газовый фактор, показывающий содержание сырого конденсата (см3) в 1 м3 отсепарированного газа.

На практике используется также характеристика, которая называется газоконденсатным фактором, - это количество газа (м3), из которого добывается 1 м3 конденсата. Значение газоконденсатного фактора колеблется для разных месторождений от 1500 до 25 000 м3/м3.

Стабильный конденсат состоит только из жидких УВ - пентана и высших (C6+высш) Его получают из сырого конденсата путем дегазации последнего. Температура выкипания основных компонентов конденсата находится в диапазоне 40-200°С. Молекулярная масса 90-160. Плотность стабильного конденсата в стандартных условиях изменяется от 0,6 до 0,82 г/см3 и находится в прямой зависимости от компонентного углеводородного состава.

Газы газоконденсатных месторождений делятся на газы:

С низким содержанием конденсата (до 150см3/м3),

Средним (150-300 см3/м3),

Высоким (300-600 см3/м3),

Очень высоким (более 600 см3/м3).

Большое значение имеет такая характеристика газа конденсатных залежей, как давление начала конденсации, т.е. давление, при котором конденсат выделяется в пласте из газа в виде жидкости. Если при разработке газоконденсатной залежи в ней не поддерживать давление, то оно с течением времени будет снижаться и может достигнуть величины меньше давления начала конденсации. При этом в пласте начнет выделяться конденсат, что приведет к потерям ценных УВ

в недрах.

8) Природные битумы - вязкие жидкости или твердообразные вещества, состоящие из смеси углеводов и их неметаллических производных. Природные битумы получились в результате естественного процесса окислительной полимеризации нефти. Природные битумы встречаются в местах нефтяных месторождений, образуя линзы, а иногда и асфальтовые озера. Однако природные битумы в чистом виде встречаются редко, чаще они пронизывают осадочные горные породы.

Существуют два диаметрально противоположных пути формирования битумов: катагенный и гипергенный. Главным процессом образования твердых битумов является гипергенное преобразование нефтей. Окисление нефти приводит их в полутвердое (мальты) и твердое (асфальты, асфальтиты) состояния. По мере размыва и дальнейшего выветривания пород жильные и излившиеся формы битумов превращаются в окисленные гуминокериты

Свойства битумов:

Физические свойства органических и неорганических вяжущих веществ и материалов, изготовляемых на их основе, различны; Для органических веществ в отличие от минеральных характерны гидрофобность, атмосферостойкость, растворимость в органических растворителях, повышенная деформативность, способность размягчаться при нагревании вплоть до полного расплавления. Эти свойства обусловили применение органических вяжущих для производства кровельных, гидроизоляционных и антикоррозионных материалов, а также их широкое распространение в гидротехническом и дорожном строительстве.

Плотность битумов в зависимости от группового состава колеблется в пределах от 0,8 до 1,3 г/см3. Теплопроводность характерна для аморфных веществ и составляет 0,5–0,6 Вт/(м °С); теплоемкость - 1,8–1,97 кДж/кг °С. Коэффициент объемного теплового расширения при 25°С находится в пределах от 5 10–4 до 8 10–4°С1, причем более вязкие битумы имеют больший коэффициент расширения; при пониженных температурах - около 2 104°С-1. Устойчивость при нагревании характеризуется: 1) потерей массы при нагревании пробы битума при 160°С в течение 5 ч (не более 1%) и 2) температурой вспышки (230–240°С - в зависимости от марки).

Водостойкость характеризуется содержанием водорастворимых соединений (в битуме не более 0,2–0,3% по массе). Электроизоляционные свойства используют при устройстве изоляции электрокабелей.

9) По мнению современных сторонников органической гипотезы, образование нефти происходит следующим образом. Остатки растений и животных в огромном количестве выпадают на дно морей и озёр, где они накапливаются в илах. Затем илы перекрываются новыми слоями, уплотняются и превращаются в осадочную породу. При этом органические остатки разлагаются бактериями. Образуются большое количество метана, углекислый газ, вода и немного жидких и твёрдых углеводородов.

Лабораторными экспериментами установлено, что превращение органического вещества в нефть лучше всего протекает при температуре 100- 200° С. Такая температура характерна для глубин 4-6 км, которые некоторые исследователи называют главной зоной нефтеобразования. А глубины с большей температурой считаются главной зоной газообразования.

По мере погружения и уплотнения рассеянная нефть вместе с газом выжимается из илов в залегающие выше пористые породы. В новой пористой среде она приобретает свойства «настоящей» нефти. Далее нефть медленно перемещается по порам и трещинам вверх, где при благоприятных условиях формируются скопления - залежи нефти и газа.

Природным газом называется смесь таких газов, которые образовались в земных недрах при разложении различных органических веществ. Конечно, состав природного газа стоит определять с поправкой на конкретные образцы. Однако у всех природных газов несомненно много общих веществ и химических элементов в строении, а также любой природный газ имеет приблизительно тот же физический состав и свойства, что и другие. Об этом мы с вами и поговорим.

Общие сведения

Природный газ - одно из важнейших полезных ископаемых, активно применяемых в промышленности и в быту. В условиях залегания (или, как говорят газовики, в пластовых условиях) природный газ находится исключительно в газообразном состоянии либо в виде так называемой «газовой шапки» в общих месторождениях нефти и газа, либо в виде газовых залежей (то есть, отдельных скоплений), либо в растворенном виде - в воде или в нефти. Правда, при определенных условиях природный газ может находиться не только в газообразном, но и в твердом состоянии в виде кристаллов.

Химический состав природного газа

Что касается основных веществ, входящих в состав природного газа, то ими являются метан (CH 4), углекислый газ (CO 2) и азот в виде молекул (N 2). Из этих веществ и элементов состоит практически любой природный газ, будь то рудничный или болотный. Что же касается состава природного газа в процентах, то основным веществом, входящим в состав природного газа безусловно является метан. Его доля составляет от 90 до 98% - в зависимости от месторождения газа. Также в состав природного газа входят такие вещества, как бутан, пропан, этан (углеводороды, называемые также гомологами метана, поскольку состоят из одних и тех же химических элементов, различаясь только по количеству атомов углерода и водорода и, соответственно, по структуре молекул). Из неуглеводородных составляющих природного газа отметим, помимо уже описанных азота и диоксида углерода (углекислого газа), водород (H 2), гелий (He) и сероводород (H 2 S).

Физические свойства природного газа

Прежде всего отметим, что природный газ, находящийся в чистом виде, бесцветен и не имеет запаха. Для того, чтобы определить утечку газа, в него в малых количествах добавляются так называемые одоранты или вещества, которые имеют резкий и достаточно неприятных запах: например, тиолы, среди которых ведущее место занимает этилмеркаптан. На 1000 кубометров природного газа добавляется обычно не более 15-16 г этилмеркаптана. Плотность природного газа в газообразном состоянии составляет в среднем 0,75 кг на кубический метр. В кристаллическом состоянии плотность достигает 400 кг на м 3 . Самовозгорается природный газ лишь при очень высокой температуре - около 650 градусов по шкале Цельсия. При определенной концентрации природного газа в воздухе (примерно 5-15%) могут происходить взрывы. Также известна и удельная теплота сгорания природного газа, составляющая в среднем 35 МДж/м? или 9 Мкал/м?. При использовании в различных двигателях внутреннего сгорания октановое число природного газа составляет от 120 до 130. Наконец, природный газ приблизительно в 1,8 раз легче воздуха, поэтому при утечке он поднимается вверх, а не собирается в низинах.

Применение природного газа

Прежде всего, природный газ в современном мире применяется в качестве горючего и топлива. Так, во многих многоквартирных и частных домах люди используют природный газ для приготовления пищи, подогрева воды, отопления. Что же касается другого применения природного газа в виде топлива, то в последнее время он активно используется не только в качестве топлива для различных ТЭЦ и котельных, но и как горючее для топливных систем некоторых автомобилей. Кроме того, современные инженеры и конструкторы наладили даже выпуск транспорта, работающего на природном газе - например, автобусов. В химической промышленности природный газ используется в качестве сырья для изготовления всевозможных веществ - например, различных пластиков и пластмасс. А на заре своей добычи во многих европейских и североамериканских городах природный газ использовался в качестве уличного освещения и применялся он даже в самых первых светофорах.