4.2. Основные характеристики нефти и газа

Нефть, газ и конденсат – это смесь различных углеводородов: предельных – парафиновых (алканы) С_nН_2n+2, нафтеновых – циклопарафиновых (цикланы) С_nН_2n, ароматических (арены) С_nН_2n-6. Содержание углеводородов в нефти колеблется в пределах 82 - 87%, водорода 11 - 14%, остальное примеси.

Парафиновые углеводороды (С_nН_2n+2). В обычных условиях парафины до С₄Н₁₀ – газы, от С₅Н₁₂ до С₁₅Н₃₂ - жидкости, входящие в состав моторных топлив, С₁₆Н₃₄ и выше - твердые вещества, называемые парафинами.

Нафтеновые - циклопарафиновые (цикланы) С_nН_2n

Ароматические (арены) С_nН_2n-6 - ценное сырое для нефтехимической промышленности и получения высокооктановых бензинов.

Непредельные (олефиновы) С_nН_2n в нефтях не содержатся, а образуются при переработке и являются ценным сырьем для получения полиэтилена и полипропилена др.

По содержанию парафина нефти подразделяются на малопарафинистые ( 1,5 %); парафинистые (от 1,5 до 6 %) и высокопарафинистые ( 6%). Иногда встречаются нефти с содержанием парафина до 3 % (Узень, Жетыбай). Нефти северных месторождений Тюменской области содержат до 20% парафина.

Вредными примесями нефти являются сернистые соединения до 8 % (сероводород, сульфиды, меркаптаны, элементарная сера и пирофорные производные). Кислород (до 2 %) присутствует в виде нафтеновых и жирных кислот, фенолов и асфальтенов. Кроме этого в нефти содержатся углекислый газ, хлор, йод, фосфор, мышьяк, калий, натрий, азот и многие другие элементы таблицы Д.И. Менделеева, а также пластовая вода. Азот в виде аминов и пиридиновых оснований.

Плотность нефти (отношение массы вещества при температуре 20^оС к занимаемому объему) 750 - 950 кг/м³. Нефти плотностью до 900 кг/м³ называют легкими, а более 900 кг/м³ - тяжелыми. Плотность бензина 720 - 780 кг/м³, керосина 800-900 кг/м³, ДТ - 840-900, масел - 890- 940 кг/м³.

В пластовых условиях в нефти растворен газ (около 100 м³/т). Способность растворяться называется коэффициентом растворимости или газовым фактором. Компоненты газа по-разному растворяются в нефти. Растворимость этана почти в 5 раз больше, чем метана, а пропана - более чем в 20 раз. С повышением температуры растворимость уменьшается. При выходе на поверхность газы из нефти начинают отделяться (испаряться), поэтому их отделяют и используют (утилизируют) или сжигают.

Давление, при котором начинают выделяться первые пузырьки растворенного газа, называются давлением насыщения.

Фракционный состав нефти определяется температурой выкипания: бензин 35 - 200, керосин 200 - 300, ДТ - 300 - 350, мазут 350^оС.

Месторождения природного газа делятся на газовые и газоконденсатные.

Газовые - это месторождения, продукция которых перед подачей в трубопровод очищается только от воды и кислых компонентов.

Газоконденсатные - это месторождения из продукции которых, извлекаются пентан и высшие углеводороды.

Основной компонент природных газов - метан (до 98%). В состав газов входят этан, этилен, пропан, пропилен, н-бутан изобутан, н-бутилен, изобутилен, пентан, более тяжелые углеводороды, а также водяные пары, СО₂, N₂, Н₂S и Не. В составе газа встречаются и другие соединения серы: элементарная сера, диоксид серы, меркаптаны, сульфиды, бисульфиды, тиофены, тиофаны. Наиболее активен сероводород, который вызывает коррозию аппаратуры с образованием сульфидов.

Многие компоненты природного газа (метан, этан, пропан, изобутан, углекислый газ, сероводород, азот) соединяясь с водой образуют кристаллогидраты - твердые кристаллические соединения, закупоривающие трубы и оборудование. Поэтому для борьбы с ними используют метенол.

Опасные свойства углеводородов газа и нефти и сопутствующих веществ. Опасными свойствами углеводородов являются их токсичность и взрывопожароопасность. Углеводороды обладают наркотическим действием. При воздействии на кожу вызывают дерматиты и экземы. Метан не токсичен, но обладает удушающими свойствами. С увеличением молекулярной массы токсичность возрастает. Токсичность характеризуется предельно-допустимой концентрацией (ПДК).

ПДК - концентрация вредного вещества в окружающей среде, которая при постоянном контакте или при воздействии за определенный промежуток времени практически не влияет на здоровье человека и не вызывает неблагоприятных последствий у его потомства; не оказывает воздействия на диких животных, растения, грибы, микроорганизмы, а также природные сообщества в целом.

ПДК углеводордов нефти в рабочей зоне составляет 300 мг/м³, в окружающей среде - среднесуточная 1,5 мг/м³, а максимально-разовая - 5 мг/м³. Пределы взрываемости у метана 5 -15%, а у бензинов 0,79 - 5,16%. Температура самовоспламенения от 545^оС у метана, 284 ^оС у пентана до 150 ^оС у тяжелых нефтяных остатков.

Контрольные вопросы

1. Из каких компонентов состоят нефть и газ?

2. Какие углеводороды, входящие в состав нефти наиболее опасны?

3. Какие компоненты входят в состав природного газа?

4. В чем опасность нефти и газа для окружающей среды?