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

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.

Газообразное состояние вещества - самое распространенное по сравнению с другими агрегатными параметрами соединений. Ведь в этом состоянии находятся:

Главные отличительные свойства газов - это слабые межмолекулярные взаимодействия в кристаллической решетке, из-за которых и проявляются все основные характеристики этих веществ. Газов, безусловно, очень много. Однако мы рассмотрим самый важный и третий по распространенности на нашей планете - природный.

Природный газ: состав

Если характеризовать качественный состав то сразу нужно выделить компоненты двух групп: органические и неорганические. Поскольку хоть и принято считать, что он состоит из метана, однако это не совсем так.

К органическим составляющим относятся:

• метан - СН 4 ;
• пропан - С 3 Н 8 ;
• бутан - С 4 Н 10 ;
• этан - С 2 Н 4 ;
• более тяжелые углеводороды с количеством атомов углерода больше пяти.

Неорганические компоненты включают в себя следующие соединения:

• водород (в небольших количествах) - Н 2 ;
• углекислый газ - СО 2 ;
• гелий - Не;
• азот - N 2 ;
• сероводород - H 2 S.

Каким именно будет состав той или иной смеси, зависит от источника, то есть месторождения. Этими же причинами объясняются и различные физико-химические свойства природного газа. Однако добывается любой из них, и ценность также имеет каждый. Просто какой-то вид применяется как топливо, а насыщенный посторонними примесями слишком жирно используется в химической отрасли для синтезов соединений.

Физико-химические свойства природного газа

Чтобы указать подобные параметры в точности, следует знать, каков именно состав газовой смеси. Ведь если в ней преобладает в основном метан (до 97%), то характеристики можно приводить, ориентируясь именно на него.

Если же неорганических компонентов или тяжелых углеводородов в избытке (до нескольких процентов), тогда физико-химические свойства природного газа резко меняются.

Поэтому можно указать лишь приблизительные граничные показатели по физическим характеристикам.

1. Температура самовозгорания - 650-700 0 С.
2. Октановое число - 120-130.
3. Не имеет цвета, вкуса и запаха.
4. Легче воздуха почти в 2 раза, легко концентрируется в верхних слоях помещения.
5. Плотность в виде обычного состояния (газа) - 0,68-0,85 кг/м 3 .
6. При стандартных условиях всегда находиться в газообразном агрегатном состоянии.
7. При смешении с воздухом в объемах от 5-15 % является взрывоопасным.
8. Теплота сгорания - около 46 МДж/м 3 .

Кроме этого, следует отметить и химическую сторону параметров природного газа.

Очевидно, что подобные физико-химические свойства природного газа определяют широкий спектр его использования в промышленности.

Особое свойство природного газа

Особое свойство рассматриваемого соединения - это способность образовывать газогидратные залежи, то есть находиться в твердом состоянии. Данные структуры представляют собой поглощенные молекулами пластовой воды объемы природного газа в соотношении 1/220. Поэтому подобные залежи являются чрезвычайно богатыми породами. Места их сосредоточения в природе:

• глубинные поддонные слои Мирового океана;
• скопления вечной мерзлоты.

Условия существования - гидродинамическое давление и низкие температуры.

Природные месторождения газа

Если говорить о содержании природного газа в природе, то можно выделить основные места концентрации:

1. Это горная осадочная порода, полезное ископаемое, которое формируется многие тысячелетия анаэробным распадом органики в глубоких слоях земной коры.
2. Растворен в подземных водах.
3. Входит в состав нефти, формируя над ней нефтегазовую шапку.
4. Залегает в виде газогидратов в слоях морского дна и точках крайнего Севера.

Если же обозначать распространение месторождений газа территориально, то лидерами являются следующие страны:

• Россия.
• Страны Персидского залива.
• Канада.
• Иран.
• Казахстан.
• Азербайджан.
• Узбекистан.
• Норвегия.
• Туркмения.
• Нидерланды.

Добыча в мире составляет ежегодно примерно 3643 млрд м 3 в год. Из них только на Россию приходится 673,46 млрд м 3 .

Температура природного газа, при которой он сгорает, равна 650 0 С. То есть это тот показатель, при котором он способен самовоспламеняться. При этом выделяется большее количество тепловой энергии, чем при горении любого другого вида топлива. Естественно, это не могло не отразиться на областях использования данного вещества.

Именно поэтому многие страны, не имеющие природных запасов газа, вынуждены импортировать его из других государств. Транспортировка осуществляется несколькими способами:

• по трубопроводу в газообразном состоянии;
• в цистернах по морскому пути - в жидком виде;
• в - сжиженный.

Каждый из путей имеет свои преимущества и недостатки. В частности, морской и железнодорожный варианты более безопасные, так как химическая активность в охлажденных баллонах гораздо ниже, чем в газообразном состоянии. По трубопроводу же увеличивается дальность передачи и ее объемы, кроме того, данный способ экономически выгоден.

Метан в составе природного газа

Газ метан является основным сырьевым компонентом в составе природной смеси. Его содержание колеблется в пределах 70-98%. Сам по себе это третий по распространенности на планете газ, который входит в межзвездного пространства, атмосферы других планет.

С точки зрения химии, газ метан - относящийся к ряду насыщенных алифатических соединений. Самый первый представитель алканов или парафинов. Химическая активность его невелика, он достаточно спокоен. Способен вступать в реакции:

• замещения;
• полного окисления;
• конверсии.

Горит бесцветным некоптящим пламенем, запаха не имеет.

Виды природного газа

Существует три основных вида рассматриваемого вещества.

Такое понятие, как коэффициент сухости газа, позволяет оценить качество сырья, из которого в дальнейшем будет изготовляться продукция. Ведь сам природный газ - это лишь база. Для разных отраслей промышленности нужен свой продукт, поэтому он проходит тщательную обработку и очистку в соответствии с конкретными требованиями.

Качество продукции

Качество природного газа напрямую зависит от состава. Если метан преобладает, то такой продукт будет самым лучшим как источник топлива. Если же больше всего в составе жирных углеводородов, то для химической промышленности такое сырье - наиболее подходящее.

Чтобы поставлять природный газ надлежащего качества, существуют специальные химические заводы, на которых он проходит тщательную очистку и обработку до дальнейшей отправки в конечный пункт. Методы работы будут зависеть от того, для каких целей предназначается продукт.

Так, например, если он будет использоваться для бытовых целей, то в него добавляют специальные вещества-одоранты, в частности меркаптаны. Это делается для того, чтобы газ стал иметь запах, ведь тогда в случае утечки его несложно будет обнаружить. Все меркаптаны имеют резкий неприятный запах.

Использование природного газа

Потребление природного газа осуществляется многими отраслями промышленности и объектами. Например:

• Котельные.
• Газовые двигатели.
• Химическое производство (изготовление пластмасс и прочих материалов).
• Топливо для машин.
• Обогрев жилых помещений.
• Приготовление пищи.

Поэтому мировая добыча данного сырья так велика, и импорт и экспорт оцениваются в миллиарды долларов.

Экологический аспект

С точки зрения чистоты для природы нет лучшего источника топлива, чем природный газ. Экологические организации полностью одобряют его использование. Однако в последние годы сгорание природного газа приводит к накоплению одного из продуктов реакции -

А так как он относится к парниковым газам, то для планеты его скопления очень опасны. Поэтому ведутся множественные работы, разрабатываются проекты по защите экологического состояния планеты от надвигающегося парникового эффекта.

Трудно представить развитие современного человеческого общества без использования горючих ископаемых. К ним, кроме нефти и угля, относится природный газ, состав и применение которого мы и рассмотрим.

Подземная кухня природы

Около 400-600 млн лет назад на глубине от 1 до 3-6 км происходили сложные геохимические процессы. Они привели к образованию углеродной смеси, находящейся в газообразном состоянии, которую мы называем природным газом. Наука до сих пор не пришла к единому мнению о механизме образования этого вида природных ископаемых, являющегося одним из главных энергоносителей.

Как образовался природный газ

Существует два ответа на вопрос о происхождении природного газа. Первый дают такие корифеи химической науки, как российский ученый Д. Менделеев и француз П. Сабатье. Они выдвинули теорию минерального (вулканического) происхождения природного газа, исходя из которой еще на первичных стадиях формирования Земли как планеты металлы, входящие в состав земного ядра, соединялись с углеродом, образовывая карбиды. Под действием паранормальных температур, давления и катализаторов вода превращалась в водяной пар, вступала в реакции с CaH 2 , AlH 3 , LiH, и в глубинах планеты синтезировались газообразные углеводороды, особенно метан (CH 4)и этан (C 2 H 6) . В качестве доказательства Сабатье смоделировал вышеописанные процессы в своей лаборатории и получил смесь метана и его гомологов.

У приверженцев теории органического происхождения горючих ископаемых, среди которых был создатель учения о биосфере академик В. Вернадский, другое видение: они считают, что природный газ образовался из остатков растительных и животных организмов, вымерших в конце палеозойской эры, которые под действием бактерий, высокого давления и температуры превратились в смесь газообразных углеродов. Именно биохимические процессы и обеспечили, по мнению академика В. Вернадского, всем известный состав природного газа: 80-98% метана, 2-3% его ближайших гомологов - этана, пропана, бутана, пентана, а также небольшое количество примесей - сероводорода, углекислого газа, азота.

Природный газ как смесь алканов

Рассматривая состав природного газа с точки зрения химической систематики, уместно напомнить, что львиную долю в нём занимают предельные углеводороды - алканы. Их еще называют насыщенными. Подчиняясь общей формуле CnH 2n+2 , легко вывести формулу простейшего алкана, имеющего всего один атом карбона в своей молекуле. Это метан - CH 4 . Несмотря на простоту строения, именно содержание этого вещества обуславливает качество природного газа. Если присутствие метана, который входит в состав природного газа, выше 86%, то такое топливо называется высококалорийным и относится к группе H.

Российский природный газ отличается предельной теплотворностью (98%) и является самым качественным в мире.

Специфика состава газовых месторождений

Известно, что рисунок так называемых папиллярных линий на подушечках пальцев у каждого человека индивидуальный. Так же уникален химический состав природного газа, добытого из различных месторождений. Он различается по содержанию алканов.

Уренгойское месторождение в России является самым богатым. Состав природного газа (в процентах), который там добывают, выглядит следующим образом: метана - 87, этана - 6,2, пропана - 3,4, бутана - 1,98, пентана - 0,76, диоксида углерода - 0,12, азота - 1,1. Российское месторождение Медвежье, в котором добывают природный газ только H-группы, отличается своим составом. Так, метана в нем больше на 12%, этана меньше на 6%, а пропана на 3%.

Россия - газовый гигант

Добыча газа в России сосредоточена преимущественно в Западной Сибири, на Дальнем Востоке, в Волго-Уральской нефтегазоносной провинции. Ядром промышленно-энергетического комплекса страны по праву считают Ямбургское и Уренгойское месторождения. В них сосредоточено 9,4 трлн кубометров газа. В Заполярном месторождении находится 4,4, трлн м³ этого полезного ископаемого, а в Медвежьем - 1,6. На базе этих уникальных нефтегазовых запасов и был создан Западно-Сибирский программно-целевой территориально-производственный комплекс. Таким образом, по запасам природного газа Россия занимает одно из первых мест в мире.

Способы добычи природного газа

Учитывая геологические особенности образования газообразной смеси алканов, а именно их пластовое залегание, применяют так называемое роторное бурение. Газодобывающие установки ориентированы, прежде всего, на условия, в которых сформировался конденсат. Он может иметь вид скопления смеси между слоями известняка или сланца. Часто встречаются так называемые «газовые шапки», расположенные над залежами нефти. Реже природный газ образует растворы в воде (газогидраты) или нефти.

Вследствие бурения газ поднимается на поверхность, подчиняясь физическим законам перехода вещества из зоны высокого давления в зону его минимального значения. Такой способ бурения называется методом фонтанной эксплуатации. Затем полученное горючее сепарируется, то есть отделяется от воды и твердых частиц горных пород и направляется в промышленный газосборный пункт. Далее его транспортируют в магистральные газопроводы, откуда он поступает к конечному потребителю.

Перспективный попутчик

Состав и свойства природного газа зависят от особенностей самих месторождений. Отсюда их градация на газовые, газоконденсатные и нефтяные.

Нефтяные газы, называемые попутными, обычно растворены в нефти и выделяются во время её добычи. В попутных содержится меньше метана, но намного больше его гомологов - этана и пропана. Если раньше в середине ХХ столетия попутные газы не находили широкого применения, и их сжигали факельным способом, то сейчас ситуация коренным образом изменилась. Их улавливают в технологическом цикле добычи нефти в специальные резервуары - трапы.

Попутные газы, богатые пропаном и бутаном называют жирными. Из них реакцией дегидрирования (отщепления) атомов водорода при нагревании и в присутствии катализаторов добывают алкены - ненасыщенные углеводороды, такие как пропен и бутадиен. Они, в свою очередь, служат сырьем для химии органического синтеза. Например, из них получают каучуки и пластмассы.

Стоит ли «ставить» на сланцы

Еще одной разновидностью является сланцевый газ, добываемый из сланца - горной породы органического происхождения. Если сравнить состав природного газа, получаемого из сланца, с классическим образцом газового месторождения Н-группы, то показатели хуже и в содержании метана (меньше 85%), и в теплоте сгорания, которая более чем в 2,5 раза ниже.

Итак, рассмотрим состав природного газа в процентах, получаемого из сланцев:

Технологии горизонтального бурения и гидроразрыва, используемые в добыче сланцевого газа, варварски уничтожают природные ландшафты, а коктейль из 85 химических веществ, закачиваемых вглубь шурфов с целью разрыва земной коры, способен умертвить все живое, что встречается на его пути.

Газовая промышленность как основа тяжелой индустрии

Природный газ и нефть называют «кровью», питающей все без исключения отрасли промышленности, сельского хозяйства и жилищно-коммунального комплекса страны. Метан, входящий в состав природного газа, является не только топливом, но и исходным звеном в цепи реакций органического синтеза, обеспечивающим экономику необходимыми соединениями и материалами: пластмассами, спиртами, лаками, красителями.

При сжигании 1 кубометра газа выделяется до 54,4 кДж теплоты, поэтому он является одним из лучших видов топлива для бытовых и промышленных потребностей. Растет область применения природного газа в качестве моторного топлива. Жизнеобеспечение и безопасность государства напрямую связана с его потреблением. Ценность этого вида природного сырья лучше всего выражена в его названии - «голубое золото».

Природный газ — это полезное ископаемое, которое залегает в недрах Земли в газообразном состоянии. Он может представлять либо отдельные скопления (газовые залежи), либо газовую шапку нефтегазовых месторождений. Природный газ и его компоненты широко используются в народном хозяйстве.

Состав природного газа

Природный газ на 98% состоит из метана СН4, свойства которого почти полностью определяют свойства и характеристики природного газа. Также в его составе присутствуют гомологи метана – пропан С3Н8, этан C2H6 и бутан С4Н10. Иногда природный газ может содержать сероводород, гелий и углекислый газ.

Метан (CH4) – газ без цвета и запаха, легче воздуха. Метан горюч, но достаточно легко хранится. Чаще всего используется как горючее в промышленности и быту.

Этан (C2H6) – газ, не обладающий цветом и запахом, слегка тяжелее воздуха. Горюч не менее, чем метан, но как топливо не применяется. Используется в основном для получения этилена, который является самым востребованным органическим веществом во всём мире. Это сырьё для производства полиэтилена.

Пропан (C3H8) – тоже газ, не имеющий запаха и цвета, ядовит. Обладает полезным свойством: при небольшом давлении пропан сжижается, что значительно облегчает процесс отделения от примесей и его транспортировку. Сжиженным пропаном заправляются зажигалки.

Бутан (C4H10) – очень схож по своим свойствам с пропаном, но обладает более высокой плотностью. Тяжелее воздуха в два раза. Пропан и бутан сегодня широко используются в качестве альтернативного топлива для автомобилей.

Углекислый газ (CO2) – малотоксичный бесцветный газ, не имеющий запаха, но обладающий кислым привкусом. В отличие от других компонентов состава природного газа (кроме гелия), углекислый газ не горюч.

Гелий (He) – инертный бесцветный газ, второй по лёгкости (после водорода), не имеет запаха. При нормальных условиях не вступает в реакцию ни с одним из веществ. Не горюч и не токсичен, но может вызывать наркоз при повышенном давлении. Лёгкость и не токсичность (в отличие от водорода) гелия нашли своё применение. Гелием заполняют дирижабли, аэростаты и воздушные шары.

Сероводород (H2S) – иногда может входить в состав природного газа. Это тяжелый бесцветный газ с резким запахом тухлых яиц. Крайне ядовит, даже небольшая концентрации может вызывать паралич обонятельного нерва. Несмотря на свою токсичность, сероводород используется в малых дозах для сероводородных ванн, так как обладает хорошими антисептическими свойствами.

Природный газ — лучший тип топлива

Природный газ – это важный источник энергии, позволяющий уменьшить загрязнения и способствующий поддержанию нормальной экологической обстановки. По сравнению с остальными источниками энергии, обладает рядом преимуществ:

• сгорая, выделяет только углекислый газ и водный пар, это смесь, которой мы обычно дышим на улице;
• при сгорании не выделяет копоти и дыма;
• быстро разжигается и процесс его горения легко контролировать;
• почти не содержит твёрдых примесей и других вредных компонентов;
• относительная дешевизна, благодаря более лёгкому способу добычи и транспортировки.

По своим энергетическим свойствам природный газ уступает лишь нефти, которая выделяет при сгорании больше энергии. Но в отличии от нефти, которую сначала нужно переработать, природный газ практически не требует предварительной обработки.

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.