Основной составной частью природного газа. Большая энциклопедия нефти и газа

Введение 2

Состав и физические свойства природного газа 3

Химический состав 3

Физические свойства 3

Введение

Приро́дный газ - смесь газов, образовавшаяся в недрах земли при анаэробном разложении органических веществ. Природный газ относится к полезным ископаемым, одно из важнейших горючих ископаемых, занимающее ключевые позиции в топливно-энергетических балансах многих государств. Природный газ является важным сырьем для химической промышленности. В пластовых условиях (условиях залегания в земных недрах) находится в газообразном состоянии - в виде отдельных скоплений (газовые залежи) или в виде газовой шапки нефтегазовых месторождений, либо в растворённом состоянии в нефти или воде.

Энергетическая и химическая ценность природного газа определяется содержанием в нём углеводородов. Очень часто в месторождениях он сопутствует нефти. Разница в составе природного и попутного нефтяного газа имеется. В последнем, как правило, больше сравнительно тяжёлых углеводородов, которые обязательно отделяются, прежде чем использовать газ.

Состав и физические свойства природного газа

Химический состав

Природные углеводородные газы представляют собой смесь предельных углеводородов вида СnН2n+2. Основную часть природного газа составляет метан CH4 - до 98 %.

В состав природного газа могут также входить более тяжёлые углеводороды - гомологи метана: - этан (C2H6), - пропан (C3H8), - бутан (C4H10), а также другие неуглеводородные вещества: - водород (H2), - сероводород (H2S), - диоксид углерода (СО2), - азот (N2), - гелий (Не)

Чистый природный газ не имеет цвета и запаха. Чтобы можно было определить утечку по запаху, в газ добавляют небольшое количество веществ, имеющих сильный неприятный запах, так называемых одорантов. Чаще всего в качестве одоранта применяется этилмеркаптан.

Физические свойства

Ориентировочные физические характеристики (зависят от состава; при нормальных условиях, если не указано иное):

Плотность:

от 0,68 до 0,85 кг/м³ (сухой газообразный);

400 кг/м³ (жидкий).

Температура кипения при атмосферном давлении: –162°C

Температура самовозгорания: 650 °C;

Взрывоопасные концентрации смеси газа с воздухом от 5 % до 15 % объёмных;

Удельная теплота сгорания: 28-46 МДж/м³ (6,7-11,0 ккал/м³) (то есть 8-12 квт·ч/м³);

Октановое число при использовании в двигателях внутреннего сгорания: 120-130.

Легче воздуха в 1,8 раз, поэтому при утечке не собирается в низинах, а поднимается вверх.

Природные газы подразделяют на следующие группы:

1. Газ, добываемый из чисто газовых месторождений и представляющий собой сухой газ, свободный от тяжелых углеводородов.

2. Газы, добываемые вместе с нефтью (растворенные или попутные газы). Это физические смеси сухого газа, пропанобутановой фракции (жирного газа) и газового бензина.

3. Газы, добываемые из газоконденсатных месторождений - смесь сухого газа и жидкого углеводородного конденсата. Углеводородный конденсат состоит из большого числа тяжелых углеводородов (С5 + высш., С6 + высш. и т.д.), из которых можно выделить бензиновые, лигроиновые, керосиновые, а иногда и более тяжелые масляные фракции.

4. Газы газогидратных залежей.

Компонентный состав и свойства отдельных компонентов природного газа приведены в таблице 1.

Таблица 1. Основные свойства компонентов природных газов в стандартных условиях

Во многих случаях состав природных углеводородных газов определяется не полностью, а лишь до бутана (С4Н10) или гексана (С6Н14) включительно, а все остальные компоненты объединяются в остаток (или псевдокомпонент).

Газ, в составе которого тяжелые углеводороды составляют не более 75 г/м3, называют сухим. При содержании тяжелых углеводородов более 150 г/м3 газ называют жирным.

Газовые смеси характеризуются массовыми или молярными концентрациями компонентов. Для характеристики газовой смеси необходимо знать ее среднюю молекулярную массу, среднюю плотность в килограммах на кубический метр или относительную плотность по воздуху.

Молекулярная масса М природного газа:

где М – молекулярная масса i-го компонента; xi – объемное содержание i-го компонента, доли ед.

Для реальных газов обычно М=16 – 20.

Плотность газа ρг рассчитывается по формуле:

где Vм – объем 1 моля газа при стандартных условиях.

Обычно ρг находится в пределах 0,73 – 1,0 кг/м3.

Плотность газа в значительной степени зависит от давления и температуры, и поэтому для практического применения этот показатель неудобен. Чаще пользуются относительной плотностью газа по воздуху ρг.в., равной отношению плотности газа ρг к плотности воздуха ρв, взятой при тех же давлении и температуре:

ρг.в. = ρг / ρв,

Если ρг и ρв определяются при стандартных условиях, то ρв = 1,293 кг/м3 и ρг.в. = ρг / 1,293.

Плотность нефтяных газов колеблется от 0,554 (для метана) до 2,006 (для бутана) и выше.

Вязкость газа характеризует силы взаимодействия между молекулами газа, которые преодолеваются при его движении. Она увеличивается при повышении температуры, давления и содержания углеводородных компонентов. Однако при давлениях выше 3МПа увеличение температуры вызывает понижение вязкости газа.

Вязкость нефтяного газа незначительна и при 0оС составляет 0,000131 пз; вязкость воздуха при 0оС равна 0,000172 пз.

Уравнения состояния газов используются для определения многих физических свойств природных газов. Уравнением состояния называется аналитическая зависимость между параметрами газа, описывающая поведение газа. Такими параметрами являются давление, объем и температура.

Состояние идеальных газов в условиях высоких давления и температуры определяется уравнением Клапейрона - Менделеева:

где р - давление; Vи - объем идеального газа, N- число киломолей газа; R- универсальная газовая постоянная; Т - температура.

Идеальным называется газ, силами взаимодействия между молекулами которого пренебрегают. Реальные углеводородные газы не подчиняются законам идеальных газов. Поэтому уравнение Клапейрона-Менделеева для реальных газов записывается в виде:

где Z - коэффициент сверхсжимаемости реальных газов, зависящий от давления, температуры и состава газа и характеризующий степень отклонения реального газа от закона для идеальных газов.

Коэффициент сверхсжимаемости Z реальных газов - это отношение объемов равного числа молей реального V и идеального Vи газов при одинаковых термобарических условиях (т. е. при одинаковых давлении и температуре):

Значения коэффициентов сверхсжимаемости наиболее надежно могут быть определены на основе лабораторных исследований пластовых проб газов. При отсутствии таких исследований (как это чаще всего бывает на практике) прибегают к расчетному методу оценки Z по графику Г. Брауна (рис.1). Для пользования графиком, необходимо знать, так называемые, приведенные псевдокритическое давление и псевдокритическую температуру.

Критической называется такая температура, выше которой газ не может быть превращен в жидкость ни при каком давлении. Критическим давлением называется давление, соответствующее критической точке перехода газа в жидкое состояние.

С приближением значений давления и температуры к критическим свойства газовой и жидкой фаз становятся одинаковыми, поверхность раздела между ними исчезает и плотности их уравниваются.

С появлением в системе двух и более компонентов в закономерностях фазовых изменений возникают особенности, отличающие их поведение от поведения однокомпонентного газа. Не останавливаясь на подробностях, следует отметить, что критическая температура смеси находится между критическими температурами компонентов, а критическое давление смеси всегда выше, чем критическое давление любого компонента.

Для определения коэффициента сверхсжимаемости Z реальных газов, представляющих собой многокомпонентную смесь, находят средние из значений критических давлений и температур каждого компонента. Эти средние называются псевдокритическим давлением pп.кр. и псевдокритической температурой Тп.кр. Они определяются из соотношений:

природный газ метан состав

где ркр. и Ткр. – критические давления и температура i-го компонента; xi – доля i-го компонента в объеме смеси (в долях единицы).

Приведенные псевдокритические давление и температура, необходимые для пользования графиком Брауна, представляют собой псевдокритические значения, приведенные к конкретным давлению и температуре (к пластовым, стандартным или каким-либо другим условиям):

Рпр. = р/рп.кр.,

Тпр. = Т/Тп.кр.,

где р и Т – конкретные давления и температура, для которых определяется Z.

Коэффициент сверхсжимаемости Z обязательно используется при подсчете запасов газа для правильного определения изменения объема газа при переходе от пластовых условий к поверхностным, при прогнозировании изменения давления в газовой залежи и при решении других задач.

Применение Метан используется как горючее в газовых плитах.Пропан и бутан – в качестве топлива в некоторых автомобилях. Также сжиженным пропаном заполняют зажигалки.Этан в качестве горючего используют редко, основное его применение – получение этилена.Этилен является одним из самых производимых органических веществ в мире. Он является сырьём для получения полиэтилена.Ацетилен используется для создания очень высокой температуры в металлургии (сверка и резка металлов). Ацетилен очень горюч, поэтому в качестве топлива в автомобилях не используется, да и без этого условия его хранения должны строго соблюдаться.Сероводород, несмотря на его токсичность, в малых количествах применяется в т.н. сероводородных ваннах. В них используются некоторые антисептические свойства сероводорода.Основным полезным свойством гелия является его очень маленькая плотность (в 7 раз легче воздуха). Гелием заполняют аэростаты и дирижабли. Водород ещё более лёгок, чем гелий, но в то же время горюч. Большую популярность среди детей имеют воздушные шарики, надуваемые гелием.ТоксичностьУглекислый газ. Даже большие количества углекислого газа никак не влияют на здоровье человека. Однако он препятствует поглощению кислорода при содержании в атмосфере от 3% до 10% по объёму. При такой концентрации начинается удушье и даже смерть.Гелий. Гелий абсолютно нетоксичен при нормальных условиях из-за его инертности. Но при повышенном давлении возникает начальная стадия наркоза, похожая на воздействие веселящего газа.Сероводород. Токсичные свойства этого газа велики. При длительном воздействии на обоняние возникает головокружение, рвота. Также парализуется обонятельный нерв, поэтому возникает иллюзия отсутствия сероводорода, а на самом деле организм его уже просто не ощущает. Отравление сероводородом наступает при концентрации 0,2–0,3 мг/м3, концентрация выше 1 мг/м3 - смертельна.Процесс горенияВсе углеводороды при полном окислении (избыток кислорода) выделяют углекислый газ и воду. Например:CH4 + 3O2 = CO2 + 2H2OПри неполном (недостаток кислорода) - угарный газ и воду:2CH4 + 6O2 = 2CO + 4H2OПри ещё меньшем количестве кислорода выделяется мелкодисперсный углерод (сажа):CH4 + O2 = C + 2H2O.Метан горит голубым пламенем, этан - почти бесцветным, как спирт, пропан и бутан - жёлтым, этилен - светящимся, угарный газ - светло-голубым. Ацетилен - желтоватым, сильно коптит. Если у Вас дома стоит газовая плита и вместо обычного голубого пламени вы видите жёлтое - знайте, это метан разбавляют пропаном.

Заключение

Природный газ широко применяется в качестве горючего в жилых, частных и многоквартирных домах для отопления, подогрева воды и приготовления пищи; как топливо для машин (газобаллонное оборудование автомобиля, газовый двигатель), котельных, ТЭЦ и др. Сейчас он используется в химической промышленности как исходное сырьё для получения различных органических веществ, например, пластмасс.

В экологическом отношении природный газ является самым чистым видом органического топлива. При его сгорании образуется значительно меньшее количество вредных веществ по сравнению с другими видами топлива. Однако сжигание человечеством огромного количества различных видов топлива, в том числе природного газа, за последние полвека привело к увеличению содержания углекислого газа в атмосфере, который является парниковым газом.

Список использованной литературы

1. Коршак А.А., Шаммазов А.М., Основы нефтегазового дела. Изд. «УГНТУ. Уфа. 2005г.

2. Гиматудинов Ш.К., Ширковский А.И. Физика нефтяного и газового пласта. Изд. «Недра». М. 1982г.

Размещено на Allbest.ru

, этана , пропана , бутана и т.д.), который образуется в земной коре и широко используется как высокоэкономичное топливо на электростанциях, в черной и цветной металлургии, цементной и стекольной промышленности, в процессе производства стройматериалов и для коммунально-бытовых нужд, а также как сырье для получения многих органических соединений.

1. Химический состав

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

Гомологи метана, а также другие неуглеводной вещества:

2. Свойства природного газа

Природный газ не имеет цвета и запаха. Чтобы можно было определить утечку по запаху, к нему перед подачей потребителям добавляют одорант - вещество с резким специфическим запахом. Как одорант может использоваться этилмеркаптан - C 2 H 5 SH или смесь природных меркаптанов - СПМ (C 2 H 3 P). В магистральных газопроводах транспортируется неодоризований газ, поскольку одорант относится к агрессивным веществам, которые вызывают коррозию стенок труб.

Физико-химические свойства, параметры которых характеризуют газ (газоконденсат) в условиях пластовых давлений и температуры:

2.1. Физические свойства

2.2. Ядовитые свойства природного газа

Природный газ создает удушаючу действие на организм человека. В атмосферном воздухе населенных пунктов, в воздухе рабочей зоны и в воде водоемов санитарно-бытового водопользования устанавливаются предельно допустимые концентрации вредных веществ, которые утверждаются Министерством здравоохранения Украины.

Из газовых компонентов природных и нефтяных газов особенно токсичным является сероводород, его запах ощущается при содержании в воздухе 0,0014-0,0023 мг / л. Сероводород - яд, вызывающий паралич органов дыхания и сердца. Концентрация сероводорода 0,06 мг / л вызывает головную боль. При концентрациях 1 мг / л и выше наступают острое отравление и смерть.

3. Добыча природного газа

Природный газ находится в земле на глубине от 1000 метров до нескольких километров. Над глубокой скважиной недалеко от города Новый Уренгой получен приток газа с глубины более 6000 метров. В недрах газ находится в микроскопических пустотах, называемых порами. Времена соединены между собой микроскопическими каналами - трещинами, по этим каналам газ поступает из пор с высоким давлением в поры с более низким давлением, пока не окажется в скважине. Газ добывают из недр земли с помощью скважин. Скважины стараются разместить равномерно по всей территории месторождения. Это делается для равномерного падения пластового давления в залежи. Иначе возможны перетоки газа между областями месторождения, а также преждевременное обводнение залежи.

Газ выходит из недр вследствие того, что в слое находится под давлением, что значительно превышает атмосферное. Таким образом, движущей силой является разность давлений в пласте и системе сбора.

4. Транспортировка природного газа

В настоящее время основным видом транспорта является трубопроводный. Газ под давлением, как правило, до 75 атмосфер (кгс / см 2) движется по трубам диаметром до 1420 мм. По мере продвижения газа по трубопроводу он теряет энергию, преодолевая силы трения как между газом и стенкой трубы, так и между слоями газа. Поэтому через определенные промежутки необходимо сооружать компрессорные станции (КС) с газоперекачивающими агрегатами (ГПА), на которых газ дотискаеться до расчетного давления. Сооружение и обслуживание трубопровода достаточно дорогое, но это самый дешевый способ транспортировки газа и нефти . Газопроводы большого диаметра, предназначенные для транспортировки газа на большие расстояния, называются магистральными.

Общая протяженность магистральных газопроводов в Украине составляет 35,6 тыс.км.

Кроме трубопроводного транспорта используют специальные танкеры - газовозы. Это специальные корабли, на которых газ перевозится в сжатом или сжиженном состоянии при определенных термобарических условиях. Таким образом для транспортировки газа этим способом необходимо протянуть газопровод до берега моря, построить на берегу газовый завод, скраплюе, порт для танкеров, и сами танкеры. Такой вид транспорта считается экономически обоснованным при отдаленности потребителя сжиженного газа более 3000 км.

Поставщики сжиженного природного газа (СПГ) выигрывают за счет экономии на морских перевозках. При благоприятных условиях цена поставки газа танкером может быть ниже цены поставки по газопроводу почти на порядок. Сравнение транспортных расходов с использованием СПГ и газовозов показывает, что при увеличении расстояния транспортировки расходы увеличиваются гораздо более низкими темпами, подтверждая привлекательность нового рынка сжиженного природного газа. Напротив, прокладка как наземных, так и подводных трубопроводов с ростом расстояний увеличивает себестоимость традиционного природного газа гораздо быстрее.

5. Применение

Восстановительные работы после взрыва природного газа в жилом доме, Москва

Природный газ широко используется в химической промышленности как исходное сырье. Также используется как топливо, для отопления жилых домов, топливо для машин, электростанций и др.. Сегодня из более 50 млн тонн водорода , что производится в мире, половина получается путем конверсии водяного пара с природным газом. Использование водорода в качестве топлива, является основой водородной энергетики .

КОЭФФИЦИЕНТЫ неравномерности потребления газа - отношение средней фактической расхода газа за определенный период (сезон, день, час) до среднего расхода на большее соответствующий период (согласно год, месяц, сутки).

6. Распространение

30-32% мировых запасов природного газа принадлежат России . На втором месте - Иран (15% мировых запасов).

С года действует Форум стран-экспортеров газа (GECF), в состав которого входят: Алжир , Боливия , Бруней , Венесуэла , Египет , Индонезия , Иран , Катар , Ливия , Малайзия , Нигерия , Объединенные Арабские Эмираты , Оман , Россия , Тринидад и Тобаго . GECF называют "газовым

Основной компонент природных газов - метан. Его доля обычно составляет 95 - 99 %, редко 50 % и ниже. Соответственно и свойства природных газов близки к свойствам метана.  

Основной компонент природных газов метан СН4 не относится к ядовитым газам, но при содержании его в воздухе до 10 % и более ощущается недостаток кислорода, появляется слабость, головокружение. Все это может привести к потере сознания и даже к смерти.  

Основной компонент природного газа - метан - не относится к ядовитым газам, но при его содержании в воздухе около Ю / о ощущается недостаток кислорода; признаки отравления при этом: слабость, головокружение, которые могут в дальнейшем привести к бессознательному состоянию и даже к смерти.  

Основными компонентами природного газа являются метан сероводород, диоксид углерода. Данные о некоторых реакциях СО2, получении водорода и синтез-газа из СН4, взаимодействии метана с насыщенными (диспропорционирование) и ненасыщенными (крекинг) углеводородами приведены выше. Ниже рассмотрены термодинамические характеристики процесса утилизации сероводорода - процесса Клауса и синтезов на основе метана.  

Основными компонентами природных газов, содержащихся в газовых и нефтегазовых залежах, а также в рассеянном состоянии в осадочных горных породах, являются газообразные углеводороды, углекислый газ и азот. В крупных газовых залежах обычно доминирует метан, содержание остальных углеводородов невелико, не превышает нескольких процентов. Содержание же углеводородов С5 и более тяжелых совсем незначительно. В газах газонефтяных залежей обычно встречается повышенное содержание углеводородов тяжелее метана, присутствуют углеводороды С5 и более тяжелые.  

Основным компонентом природного газа является метан, поэтому наибольшее практическое значение имеет гидрат метана.  

Основным компонентом природного газа является метан, поэтому прежде всего необходимо дать оценку адсорбции метана.  

Основным компонентом природного газа является метан; он содержит также небольшое количество этаяа, пропана, бутана и пентана и не содержит непредельных углеводородов.  

Основными компонентами природных газов являются углеводороды Cj - C4, углекислый газ и азот. В зависимости от содержания гомологов метана различают газы сухие, в которых содержание углеводородов С2 - С4 мало, и жирные газы, в которых этих углеводородов значительное количество. В чисто газовых залежах на долю метана приходится 85 - 95 объемн.  

Основным компонентом природного газа является метан, из которого путем неполного окисления может быть получен газ, пригодный для синтеза метанола. Природный газ разных месторождений различается по содержанию гомологов метана и инертных газов. Коксовый газ содержит значительное количество примесей поэтому технологическая схема его переработки в метанол очень сложна. Она включает несколько стадий очистки газа от примесей, являющихся ядом для катализаторов синтеза метанола и конверсии метана.  

Основными компонентами природного газа являются метан, этан, пропан, бутан, а также примеси более тяжелых углеводородов парафинового ряда. В зависимости от содержания в газе тяжелых углеводородов различают сухие и жидкие газы. К жидким газам часто относят нефтяные газы, содержащие более 50 г / нм3 тяжелых углеводородов.  

Основным компонентом природного газа является метан. В природном газе также содержатся насыщенные углеводороды, содержащие 2 - 5 атомов углерода в молекуле. Газ широко используется в качестве топлива. По сравнению с бензином имеет ряд преимуществ: октановое число (см. разд. Однако применение газа требует его сжатия до давления 200 - 250 атм или сжижения, создания условий для хранения и транспортировки газа в таком состоянии.