Состав и классификация газа
Широкое применение газов в народном хозяйстве является следствием их химического состава. Применимость различных промышленных газов далеко не одинакова и колеблется не только по видам их, но даже и по отдельным месторождениям природных газов и источникам получения искусственных газов.
Основной составной частью природных газов является, метан (СН4) - один из углеводородных газов, бесцветный, не имеющий запаха, хорошо горящий. Присутствием его в составе природных газов объясняется широкое использование их в качестве высококалорийного топлива и сырья для химии органического синтеза.
Кроме метана, в состав природных газов входят этан (С2Н0), пропан (С3Н8), бутан (С4Н10), пентан (С6Н12), составляющие горючую часть, а также углекислый газ (СО2), сероводород (H2S), азот (Nj) и в еще меньших количествах инертные газы: аргон (Аг), гелий (Не), криптон (Кг), ксенон (Хе) и др.
Рудничный или шахтный газ, как разновидность природного газа, образуется путем преобразования или метаморфизма каменного и бурого угля в недрах земной коры под воздействием пластового давления, температуры, радиоактивных облучений и ряда других естественных факторов. В химическом отношении этот газ характеризуется содержанием почти чистого метана (80 - 90°и и больше). Кроме того, в весьма малых количествах в рудничных газах присутствуют азот, неон, аргон, имеются следы этана, пропана и др. Запасы этого газа очень велики. Достаточно сказать, что в 13 шахтах Донецкого бассейна (при средней глубине их до 220 м) каждые сутки выделяется около 0,5 млн. мл метана. По мере углубления шахт количество его растет. Шахтные вентиляторы Карагандинского угольного бассейна ежедневно выбрасывают в атмосферу сотни тысяч кубических метров метана. Содержание метана в шахтах Воркуты достигает 70 мл на 1 т добытого угля.
В зависимости от состава горючей части резко различается теплотворная способность природных газов. Она колеблется от 5000 до 15000, чаще от 6500 до 9000 ккал/мл, а по наиболее известным районам добычи природных газов выражается так:
Нефтяной попутный газ, добываемый вместе с нефтью, характеризуется теплотворностью от 9000 до 11000 ккал/мл и больше. Таковы, например, газы нефтепромыслов: Зольненского Куйбышевской области, Ромашкинского, грозненских. Один кубометр шахтного метана при сгорании выделяет 8500 кал тепла.
По теплотворной способности природные газы стоят подчас на одном уровне с нефтепродуктами (мазут 9500-10 850 ккал, керосин 10500-11 000. бензин 10500-11 250) и выше каждого из видов твердого топлива (антрацит 6500-7500, кокс 6700-7500, полукокс 6000-7500, каменный уголь 5000-7200-8000, бурый уголь 1500-4500, горючие сланцы 1750-3600, торф 2500-3500).
Газы, получаемые при переработке сырой нефти на нефтехимических заводах, или крекинг-газы, сложны по своему химическому составу. Однако степень использования этих элементов непостоянна и зависит от способа переработки нефти. Чаще газы нефтепереработки содержат: метана до 40%, этана 9-18, этилена 4-23, пропана 4-14, пропилена 7-15, бутилена 6-10, водорода 6-12, бутана 2-8%. Низшая теплотворная способность крекинг-газов порядка 11 200 ккал/м3. От способа же переработки или крекинга нефти зависит и размер получения (выхода) газа: он колеблется от 40 кг условного топлива на 1 т перерабатываемой нефти при легком крекинге до 200 кг - при термическом крекинге легкой нефти, и даже до 250 кг - при парофазном крекинге.
Источником получения крекинг-газов является каждый нефтеперерабатывающий завод, если он имеет крекинг-установки.
Все другие искусственные газы по основным качественным показателям уступают природным. В составе искусственных газов метан (СН) представлен в малой мере и возмещается окисью углерода (СО), углекислым газом (СО.,), азотом (N,) и другими составными.
Меньшей долей горючей части состава, то есть СО, Н2 и СН4, сравнительно с природными и крекинг-газами объясняется относительно низкая теплотворность искусственных газов. Этим, а также относительно высокой стоимостью производства искусственных газов объясняется более ограниченное применение их в народном хозяйстве.