Пределы взрываемости (воспламеняемости)

Название газов	Предел, %
	нижний	верхний
CH4	5,0	15,0
C2H6	3,0	12,5
C3H8	2,4	9,5
i-C4H10	1,9	8,5
n-C4H10	1,5	8,5
i-C5H12	1,3	8,0
n-C5H12	1,4	8,0
C6H14	1,25	6,9
i-C7H16	1,0	6,0
n-C7H16	2,5	80,0
CO	12,5	75,0
N2S	4,1	45,0
Пары бензина	1,5	7,5
Пары бензина	1,4	6,5
Пары бензина	1,3	7,0

Существуют нижний и верхний пределы взрываемости углеводородов в смеси с воздухом. Тяжелые углеводороды (пары бензина) взрываются уже при концентрации 1,2%. По мере снижения молекулярной массы нижний предел взрываемости увеличивается и достигает 5% для метана. Верхний предел от 15% для метана, до 7% для бензина. Непредельные углеводороды имеют более широкий диапазон: этилен образует взрывоопасную концентрацию в пределах 2,8-28,6%. При повышении давления и t° возможность образования взрывоопасной концентрации возрастает.

Температура плавления углеводородов (в зависимости от молекулярной массы и строения) изменяется от –182,5°C для метана, до +80°C для парафиновых углеводородов.

Газы, получаемые из природных нефтяных и из газоконденсатных месторождений, состоят из предельных (насыщенных) углеводородов алканов, имеющих общую химическую формулу С_пН_2п+2: метан (СН₄), этан (С₂Н₆), пропан (С₃Н₈), бутан (С₄Н_ё10), пентан (С₅Н₁₂).

Начиная с бутана, каждая формула охватывает несколько углеводородов, имеющих одинаковые молекулярные массы, но разную структуру. Углеводороды с неразветвленной цепью называются нормальными, с разветвленной – изоуглеродами.

Рис. 39. Вязкость газов при атмосферном давлении в зависимости

от молекулярной массы

Рис. 40. Влияние давления на пределе воспламеняемости смеси природного газа с воздухом

Таблица 4

Свойства и состав газов по месторождениям

Месторождения	Состав газа, об, %										Относительная плотность	Тпл,0С	Рпл,нач, МПа	Начальное содержание конденсата q , г/м3
	С1	С2	С3	С4	С5+	CO2	H2S	N2+R	R
									He	Ar
Газовые месторождения
Угерское (XV пласт)	98,00	0,40	0,20	0,30	0,10	0,10	-	0,90	-	-	0,570	32	9,50	-
Северо-ставропольское	98,30	0,30	0,10	0,04	0,02	0,13	-	0,11	-	-	0,562	65	6,75	-
Медвежье	98,35	0,30	0,10	0,15	-	0,10	-	1,00	0	0	0,560	31	11,50	-
Уренгойское	95,16	1,00	0,33	0,07	0,03	0,40	-	3,009	0,004	0,005	0,578	34	12,55	-
Заполярное	98,59	0,07	0,02	0,013	0,011	0,18	-	1,112	0,012	0	0,560	27	13,04	-
Газоконденсатные месторождения
Шебелинское	92,00	4,00	1,10	0,52	0,26	0,12	-	2,00	-	-	0,606	50	25,85	12
Бенойское	80,00	2,60	2,50	1,70	9,40	1,90	-	1,90	-	-	0,890	118	25,00	280
Русский хутор	69,50	11,3	3,50	1,70	8,60	2,70	-	2,70	-	-	0,785	130	35,70	252
Каневское	89,20	4,60	1,80	0,70	0,20	0,60	-	2,90	-	-	0,620	75	19,20	33,5
Оренбургское	84,80	4,50	1,40	0,30	1,50	1,15	1,35	5,00	-	-	0,692	28	21,30	30
Газлинское	93,00	3,20	0,90	0,47	0,13	0,10	-	2,20	-	-	0,568	47	11,45	15
Коробковское	88,80	3,50	2,40	1,70	3,60	-	-	-	-	-	-	55	17,40	140
Вуктыльское	74,80	8,70	3,90	1,80	6,40	0,10	-	4,30	-	-	0,728	62	37,90	360

Изомеры отличаются от нормальных углеводородов физическими и химическими свойствами: при нормальных условиях метан, этан, пропан и бутан газы; пентан и некоторые другие алканы с числом углеродных атомов больше пяти – жидкости с плотностью меньше единицы; высшие алканы – твердые тела. Основные компоненты природных газов – пропан и бутан.

Газы, получаемые на предприятиях переработки нефти, содержат кроме алканов непредельные (ненасыщенные) углеводороды – алкены, имеющие общую формулу С_пН_2п. Они имеют одну двойную связь между двумя соседними углеродными атомами: этилен (этен) (С₂Н₄), пропилен (пропен) (С₃Н₆), бутилен (бутен) (С₄Н₈). Изомерия алканов вызывается как различным положением двойной связи, так и различной структурой углеродного скелета. Наличие в газах значительных количеств этилена недопустимо, так как приводит к резкому увеличению упругости паров.

В состав газов термической переработки нефти может входить и незначительное количество моноциклических углеводородов или нафтенов (цикланов). Эти углеводороды имеют циклическое строение. Общая химическая формула С_пН_2п, начиная с п = 3: циклопропан (С₃Н₆), циклобутан (С₄Н₈), циклопентан (С₅Н₁₀). При нормальных условиях циклопропан и циклобутан – газы, циклопентан – жидкость с температурой кипения 51°C.

Нафтеновые углеводороды (алкены или цикланы) – общая формула C_nH_2n. Это непредельные соединения, но, имея замкнутое кольцо углеродной цепи, они имеют насыщенный характер. Среди них встречаются: этилен, пропилен, бутилен. Они отличаются от метановых углеводородов значительно более высокими реакционными свойствами, менее стойки, легче окисляются и потому не накапливаются в залежах.

Ароматические углеводороды (арены) – общая формула C_nH_2n-6. Содержат ароматическое ядро бензола, часто входят в состав конденсата газоконденсатных месторождений.

Теплота сгорания природного газа от 32,7 МДж/м³ и выше. Природные газы состоят из углеводородов метанового ряда, а также азота, углекислого газа, сероводорода, инертных газов (гелия, аргона, криптона, ксенона) и ртути. Содержание метана часто превышает 85-90%, - этана, пропана, бутана и пентана – колеблется от 1 до 20% и более. Содержание N не превышает 10% (чаще 2-3%). Содержание СО₂ колеблется от долей процента до 10-25%. Количество H₂S колеблется от 0 до 15-20% и более. Не составляет сотые и тысячные доли процента. Изредка в небольшом количестве содержится Н₂, ещё реже – СО. Продукты сгорания метана – углекислый газ и вода, – сравнительно мало загрязняют воздух.

Азот и водород – физиологически инертные газы.

Углекислота (СО₂) – при значительном содержании её в воздухе вызывает наркотические действие, способна раздражать слизистые оболочки. При содержании в воздухе 1-2% дыхание учащается, при 3% – удваивается, при 5% – становится тяжелым, при 10% и выше наступает обморочное состояние, а при 15% – смерть.

Окись углерода (СО) – бесцветный газ, со слабым запахом чеснока. Это сильнодействующий отравляющий яд: – вытесняет кислород из оксигемоглобина крови и вступает во взаимодействие с гемоглобином – кровь становится неспособной переносить кислород из легких к тканям, наступает удушье. Основные проявления острого отравления – судороги, одышка, потеря сознания, удушье.

Сероводород (Н₂S) и сернистый газ – двуокись серы (SO₂). Сероводород – бесцветный газ с запахом тухлых яиц. Сильный газ, вызывающий смерть от остановки дыхания. Сернистый газ приводит к острому бронхиту, одышке, посинению и частичной потере сознания.

Окислы азота (NO и NO₂). Окись азота – бесцветный газ, вредно действует на нервную систему, вызывает кислородное голодание и отравление. Двуокись азота – газ желто-бурого цвета. Раздражает верхние дыхательные пути, слизистые глаз, оказывает наркотическое действие – в тяжелых случаях вызывает отек легких и смерть. Окислы азота содержатся в продуктах сгорания.