Технологические характеристики природных газов и их компонентов

В природных газах чисто газовых месторождений страны основным компонентом смеси является метан СН₄ содержание которого в смеси составляет от 92 до 98% по объему. Остальные 2—8% приходится на «производные» метана — гомологи метана и азота. Как отмечалось выше, кроме чисто газовых месторождений, имеются так называемые газоконденсатные месторождения. Конденсат состоит из легких бензи­новых фракций и сжиженных углеводородных газов, обладающих спо­собностью к выпадению из смеси.

Кроме двух названных типов газовых месторождений, различают еще понятие нефтепромысловых газов, сопутствующих месторождени­ям нефти. Содержание метана в таких газах колеблется от 30 до 90% по объему. Этот газ выделяется из нефти, поднимаемой на поверхность, в специальных ловушках-трапах. Обычно в 1 тонне добываемой нефти содержится 200-400 м³ газа при нормальных физических условиях.

Теплофизические свойства метана, содержащегося в большом коли­честве в природных газах, перекачиваемых по газопроводам, практи­чески полностью и определяют свойства природных газов.

Метан СН₄ - наиболее легкий из углеводородов, плотность его при

Характеристика природных газов

нормальных физических условиях составляет 0,717 кг/м³. Отношение его плотности к плотности воздуха равно 0,554.

Метан - это бесцветный газ, не имеющий запаха. Он нетоксичен, но при большой концентрации в воздухе вызывает удушье. При давлении 0,1 МПа и температуре -162 °С он сжижается.

Вслед за метаном в гомологическом ряду идет этан С₂Н₆ По плотно­сти этот газ близок к воздуху; при давлении 0,1 МПа и температуре 20 °С он может рассматриваться как идеальный газ. В природных газах чисто газовых месторождений содержатся лишь доли процента этана. Увеличение содержания этана в составе природного газа повышает его теплоту сгорания. В соответствии с этим этан является ценным компо­нентом газообразования топлива.

Следующий насыщенный углеводород — пропан С₃Н₆. Пропан в 1,5 раза тяжелее воздуха. Различие в составе пропана и этана сводится к наличию в молекуле пропана одной группы СН₂. Каждый последую­щий углеводород данного гомологического ряда отличается от преды­дущего на одну группу СН₂, называемую группой гомологической раз­ности. Пропан содержится в сравнительно незначительном количестве в природных газах чисто газовых месторождений. Значительно больше его содержится в природных газах газоконденсатных месторождений.

Пропан легко сжижается. Температура сжижения его при атмосфер­ном давлении равна -43 °С. При снижении давления сжиженный пропан легко испаряется, что позволяет хранить и транспортировать его в сжи­женном виде при небольшом давлении, а перед использованием регази-фицировать и сжигать в газообразном состоянии.

Бутан С₄Н,₀- газ, имеющий два изомера - н. бутан и изобутан. Оба изомера при давлении 0,1 МПа легко переходят в жидкое состояние. При этом давлении н. бутан становится жидкостью при температуре -0,5 °С, а изобутан при температуре -10,5 °С. Следовательно, бутан, как и пропан, легко сжижаются и составляют основу сжиженных углеводо­родных газов. Парциальные давления этана, пропана и бутана очень малы, и в газовой смеси они могут рассматриваться как идеальные газы.

Кроме углеводородов, в состав природных газов входят негорючие газы, к которым относятся азот, диоксид углерода, или углекислый газ, и кислород.

Азот N₂ является двухатомным бесцветным газом, не имеющим запа­ха и вкуса. Азот практически не реагирует с кислородом, поэтому его рассматривают как инертный газ. В большинстве природных газов его содержание составляет 0,5-3%.

Диоксид углерода СО₂ является бесцветным тяжелым газом со слег­ка кисловатым запахом и вкусом. Этот газ не способен к горению. При

высоком содержании углекислого газа в воздухе (5—10% по объему) этот газ вызывает удушье. Содержание диоксида углерода в природном газе обычно не превышает 1% по объему.

При давлении 0,1 МПа диоксид углерода, минуя жидкое состояние, переходит в твердое состояние при температуре - 78 °С. Твердый диок­сид углерода называют сухим льдом и используют для хранения пище­вых продуктов.

Кислород О₂ является бесцветным газом без запаха и вкуса. Плот­ность кислорода при нормальных физических условиях равна 1,34 кг/м³. В процессе горения кислород играет роль окислителя. Примесь кисло­рода в газообразном топливе допускается не более 1 % по объему как по соображениям взрывобезопасности, так и в целях предохранения обо­рудования от коррозии.