1.2.3. Компонентный состав природного газа

По способу добычи природный газ подразделяется на:

- «сухой» газ, добываемый из чисто газовых месторождений и состоящий более, чем на 90% из метана;

- попутный газ, добываемый из нефтяных месторождений, представляющий собой смесь метана с другими углеводородами;

- газоконденсат, добываемый из газоконденсатных месторождений. Содержит значительное количество конденсата.

Типичный компонентный состав природного газа содержит горючую и не горючую компоненты. К горючим - относятся:

1. Метан СН₄ - бесцветный не токсичный газ без запаха. Плотность 0.71кг/м³, относительная плотность по воздуху 0.55 (почти в два раза легче воздуха). Химическая реакция горения имеет вид:

СН₄ + 2О₂СО₂ +2Н₂О

В результате сгорания 1м³ метана образуется 10.52 м³ продуктов горения. Продуктами горения метана являются углекислый газ и вода, что выгодно отличает его от альтернативных видов топлива (уголь, нефтепродукты) с точки зрения экологической безопасности. По санитарным нормам относится к 4-му классу опасности (малоопасные вредные вещества со значением ПДК в пересчёте на С) – 300 мг/ м³. Концентрационные пределы воспламенения в воздухе - 5-15% (по объёму), температура воспламенения 645ºС.

2. Тяжёлые углеводороды метановой группы Сn Н2n +2, число n называется углеводородным числом: n +2 для этана С₂Н₆), n +3 для пропана (С₃Н₈), n+4 для бутана (С₄Н₁₀), n +5 для пентана (С₅Н₁₂) и т.д. С ростом n растет плотность углеводородов. Все углеводороды с n > 2 тяжелее воздуха. Плотность по воздуху: этана -1.05, пропана -1.55, бутана -2.08. Химическая реакция горения углеводородов описывается уравнением:

СxHy + (x+y/4) O₂  x CO₂ + y/2 H₂О

Так, например, для пропана (x = 3, y = 8) получим:

C₃H₈ + 5O₂ 3CO₂ + 4H₂O

Примеси тяжелых углеводородов изменяют свойства природного газа: повышают его плотность, снижают температуру воспламенения (НКПВ), изменяют допустимое объемное содержание газа в воздухе рабочей зоны, при значительном их содержании придают газу запах бензина, снижают минимальную энергию зажигания.

3. Водород Н₂ - бесцветный нетоксичный газ без запаха. Относительная плотность по воздуху 0.07, водород в 14.5 раз легче воздуха. Химическая реакция горения имеет вид:

H₂+ 0.5O₂  H₂O

В результате сгорания 1 м водорода образуется 2.88 м3 продуктов горения.

4. Монооксид углерода СО (угарный газ) - бесцветный токсичный газ без запаха. Относительная плотность по воздуху 0.97. Химическая реакция горения:

2СО + O₂  2СО₂

В результате сгорания 1 м³ оксида углерода образуется 2.88 м³ продуктов горения.

Даже ничтожное содержание угарного газа в помещении (десятые доли процента по объёму) смертельно опасно. Например, при содержании всего 0.5% СО критическим временем нахождения человека в помещении является 5 мин. ПДК углерода в воздухе рабочей зоны 20 мг/м (4 класс - малоопасные вредные вещества), ПДК в воздухе населенных пунктов 1 мг/м и максимально разовая - 3 мг/м .

Негорючие компоненты природного газа называются балластом:

1. Азот N₂ - бесцветный газ без запаха. Азот является неактивным газом (очень слабо вступает в химические реакции). Из азота примерно на ¾ состоит атмосферный воздух.

2. Кислород О₂ - бесцветный газ без запаха. Присутствие кислорода в газе делает его взрывоопасным, поэтому содержание кислорода в газе не должно превышать 1%.

3. Двуокись углерода СО₂ (углекислый газ) - бесцветный газ со слегка кисловатым запахом. 4-5% углекислого газа в воздухе приводит к раздражению органов дыхания, а 10% - к сильному отравлению. Сильно охлаждённый и концентрированный (сжатый под высоким давлением) углекислый газ превращается в твёрдое вещество, так называемый «сухой лёд», который используется, в частности, для хранения быстропортящихся продуктов.

Содержание балласта в природном газе снижает его удельную теплоту сгорания. Удельная теплота сгорания - это количество энергии, выделяемое при сгорании 1 м³ газа, измеряется в килоджоулях на метр кубический [кДж/м³]. По агрегатному состоянию воды после сгорания различают высшую и низшую теплоту сгорания: высшая теплота сгорания – количество энергии, выделяемое при полном сгорании газа с образованием СО₂, N₂ и выделением Н₂О в газообразном состоянии; низшая теплота сгорания – количество энергии, выделяемое при полном сгорании газа с образованием СО₂, N₂ и выделением Н₂О в жидком состоянии. Иными словами, низшая теплота сгорания равна высшей за вычетом энергии, расходуемой на испарение (перевод из жидкого в газообразное состояние) содержащейся в газе воды.

В таблице 1.1 приведены в качестве примера данные по удельной теплоте сгорания горючей компоненты природного газа.

Таблица 1.1.