Классификация и состав газов

Почти 96% всех газовых запасов нашей страны не связано с нефтью, т.е. месторождения природного газа пространственно отделены от нефтяных залежей. Месторождения природных газов бывают двух типов: чисто газовые и газоконденсатные.

В большинстве месторождений природного газа основным компонентом является метан. В таких месторождениях, как Уренгойское, Заполярное, Усть-Вилюйское, Березовское, Газли, Шебелинское, Саратовское, Дашаво-Угерское и других, его содержание достигает 93 - 98,8%. Особенностью Усть-Вилюйского газа является высокое содержание сероводорода (2,5%).

Для некоторых природных газов характерно высокое содержание азота; например, в султангуловском газе Куйбышевской области его 20%. В таких газах азоту часто сопутствуют редкие газы - гелий, аргон и др. Содержание гомологов метана в природном газе невелико: этана от 0,1 до 8,0% (редко), пропана от 0,1 до 3%, бутана и высших, как правило, доли процента. Примеси углекислого газа не превышают 2,5%. Ввиду резкого преобладания метана и небольшого количества углеводородов С4 - С5 большинство природных газов относят к так называемым сухим газам.

Газы газоконденсатных месторождений отличаются от чисто газовых тем, что метану в них сопутствуют большие количества его газообразных гомологов, начиная с пропана, а также значительные количества жидких алканов, циклоалканов и аренов. Так, в 1м3 оренбургского газа содержится 80г жидких углеводородов. Газоконденсат Вуктыльского месторождения выкипает в пределах 28 - 300°С и содержит помимо алканов примерно 30% циклоалканов и порядка 12% аренов.

Образование газоконденсатных месторождений объясняется растворимостью нефти в газах под высоким давлением в глубинных пластах. Плотность газов (этана, пропана) при сверхкритических температурах под давлением около 75МПа и более превышает плотность жидких углеводородов, и поэтому последние растворяются в сжатом газе. При разработке газоконденсатных месторождений давление снижается, и жидкие углеводороды отделяются от газа в виде газового конденсата.

Газы нефтяных месторождений называются попутными нефтяными газами. Эти газы растворены в нефти и выделяются из нее при выходе на поверхность. Состав нефтяных попутных газов резко отличается от сухих значительным содержанием этана, пропана, бутанов и высших углеводородов (в сумме до 50%). Поэтому они получили название жирных, или богатых, газов. Из этих газов получают самый легкий газовый бензин, который является добавкой к товарным бензинам, а также сжатые жидкие газы в качестве горючего. Этан, пропан и бутаны после разделения служат исходным сырьем для нефтехимической промышленности.

Метан СН4 – первый член гомологического ряда предельных углеводородов. Молекулярный вес 16,03. Плотность газа по отношению к воздуху 0,554 (при 200С), бесцветный, мало растворимый в воде, но хорошо растворимый в нефти и других органических растворителях. Иначе метан называют болотным или рудничным газом, так как он выделяется со дна болот и нередко содержится в воздухе угольных шахт и рудников. Значительное количество метана содержится в природных газах, которые служат сырьем для его получения. В химическом отношении метан отличается малой активностью. При обычных условиях на него не действуют ни кислоты, ни щелочи, ни даже сильные окислители, такие как марганцовокислый калий. Метан реагирует при обычных условиях только с очень небольшим количеством веществ, например с хлором. Взаимодействие метана с хлором (хлорирование метана) - весьма характерная реакция для него. С воздухом метан дает взрывчатые смеси. Пределы взрываемости: нижний - 5% об., верхний - 15% об. Метан в природных условиях всегда находится в газообразном состоянии, он может перейти в жидкость в атмосферных условиях при температуре -1640С и в твердое состояние при температуре -1840С.

Разложение метана при высокой температуре приводит к образованию и других веществ, например ацетилена С2Н2:

2СН4 → С2Н2 + 3Н2.

Последняя реакция имеет весьма важное промышленное значение. Метан широко применяется как высококалорийное газообразное топливо в смеси с другими газами на производственных предприятиях и в быту. Метан можно применять в качестве горючего в двигателях внутреннего сгорания. Он является сырьем в химической промышленности, где используется для получения самых разнообразных веществ.

Этан С2Н6 - бесцветный газ, без запаха, мало растворим в воде, горит мало светящимся пламенем, молекулярная масса 30,07. При 575 - 6500С разлагается на этилен и водород (СН2=СН2 + Н2), при более высокой температуре образуются ацетилен, ароматические углеводороды, сажа и др. В природных газах его содержится 5 - 10%. Предел взрываемости с воздухом 3,22 - 12,45% об.

Пропан С3Н8 - бесцветный, горючий, не имеющий запаха газ, молекулярная масса 44,07. Содержится в природных и попутных газах. Применяется в качестве растворителя для депарафинизации и деасфальтизации нефтепродуктов, для получения сажи; в смеси с бутаном в баллонах пропан используется как бытовой газ и как бездымное горючее для автомобилей.

Бутан С4Н10 - газ, без цвета и запаха, молекулярная масса 58,52. Известны два изомера: н-бутан СН3(СН2)2СН3 и изобутан (СН3)2СНСН3. Смеси, содержащие 1,5 - 8,5% н-бутана или 1,8-8,4% изобутана, с воздухом взрываются. Бутан содержится в попутном, природном газах. н-Бутан при 350 - 5000С образует смесь бутиленов, из которых гидрогенизацией получают бутадиен - исходный продукт для синтеза каучука.

Из неуглеводородных компонентов в природных газах встречается углекислый газ СО2, азот N2, сероводород Н2S и редкие газы (гелий, аргон и др.).

Применение газа

Одна из главных областей применения углеводородных газов - это использование их в качестве топлива. Высокая теплота сгорания, удобство и экономичность использования, ставят газ на одно из первых мест среди других видов энергетических ресурсов.

Другой важный вид использования попутного нефтяного газа - его отбензинивание, т.е. извлечение из него газового бензина на газоперерабатывающих заводах или установках. Газ с помощью мощных компрессоров сильно сжимается и охлаждается, при этом пары жидких углеводородов конденсируются, частично растворяя газообразные углеводороды (этан, пропан, бутан, изобутан). Образуется летучая жидкость - нестабильный газовый бензин, который легко отделяется от остальной неконденсирующейся массы газа в сепараторе. После фракционирования - отделения этана, пропана, части бутанов - получают стабильный газовый бензин, который используют как добавку к товарным бензинам, повышающую их испаряемость. Освобождающиеся при стабилизации газового бензина пропан, бутан, изобутан в виде сжиженных газов нагнетают в баллоны, применяют в качестве горючего. Метан, этан, пропан, бутан служат также сырьем для нефтехимической промышленности.

После отделения С2 - С4 из попутных газов оставшийся отработанный газ близок по составу сухому. Практически его можно рассматривать как чистый метан. Сухой и отработанный газы при сжигании в присутствии незначительных количеств воздуха в специальных установках образуют очень ценный промышленный продукт - газовую сажу:

 

СН4 + О2 ® С + 2Н2О.

газовая сажа

Ее используют главным образом в резиновой промышленности. Пропуская метан с водяным паром над никелевым катализатором при температуре 8500С, получают смесь водорода и окиси углерода - «синтез-газ».

[NI], 850ºС

СН4 + Н2О СО + 3Н2.

При пропускании этой смеси над катализатором FeО при 4500С окись углерода превращается в двуокись и выделяется дополнительное количество водорода:

[FeO], 450ºС

СО + H2О СО2 + Н2.

Полученный водород применяют для синтеза аммиака и других целей.

В пламени электрической дуги метан может быть разложен на углерод (сажу) и водород:

СН4 С + 2Н2.

При обработке хлором и бромом (галогенирование) метана и других алканов получаются продукты замещения. Например, из метана и хлора можно получить следующие продукты:

СН4 + СI2 ® НСI + CН3СI (хлористый метил)

СН4 + 2СI2 ® 2НСI + CН2СI2 (хлористый метилен)

СН4 + 3СI2 ® 3НСI + СНСI3 (хлороформ)

СН4 + 4СI2 ® 4НСI + ССI4 (четыреххлористый углерод)

Аналогично при реакции с бромом получают бромзамещенные производные метана.

Метан служит также сырьем для получения синильной кислоты

[Pt - Ro], 1000-1100ºС.

2СН4 + 2NН3 + 3О2 ® 2НСN + 6Н2О,

а также для производства сероуглерода СS2, нитрометана СН32, который используют как растворитель для лаков.

Этан служит сырьем для производства этилена путем пиролиза. Этилен, в свою очередь, является исходным сырьем для получения окиси этилена, этилового спирта, полиэтилена, стирола и др.

Пропан используют для выработки ацетона, уксусной кислоты, формальдегида и др., бутан - для получения - олефинов: этилена, пропилена, бутиленов, а также ацетилена и бутадиена (сырья для синтетического каучука). При окислении бутана образуются ацетальдегид, уксусная кислота, формальдегид, ацетон.

 

Дата: 2016-10-02, просмотров: 78.