Классификация газов

Природные газы являются важнейшими источниками тепла и энергии, а также сырьем для ряда отраслей химической промышленности. По своему химическому составу добываемые природные газы состоят главным образом из углеводородов метанового ряда.

По характеру месторождений и методов добычи природные газы условно подразделяются на собственно природные, попутные и газы газоконденсатных месторождений.

Углеводородные газы, сопутствующие нефти и выделяющиеся из нее при сепарации, принято называются попутными. Попутный газ в пластовых условиях может быть растворен в нефти или находиться в газовой шапке. В свою очередь нефтяные углеводороды могут растворяться в сжатом газе (газоконденсатные месторождения) [4].

Природный газ добывают из газовых скважин, попутный - из нефтяных скважин одновременно с нефтью. Природные газы состоят в основном из метана (до 98 об. %) и небольших количеств этана, пропана и бутанов.

Попутные нефтяные газы содержат большие количества пропана и бутанов, а также более тяжелые углеводороды. Кроме того, в состав природных и попутных газов входят сероводород, азот, двуокись углерода и гелий.

Газы, богатые пропаном, бутаном и более тяжелыми углеводородами, называются жирными. Из них получают газовый бензин, сжиженные газы и индивидуальные углеводороды для органического синтеза. В противоположность им, газы, почти нацело состоящие из метана и этана, именуются сухими и используются, главным образом, как бытовое и промышленное топливо, отчасти как сырье для производства сажи, ацетилена и продуктов органического синтеза. Кроме углеводородов газы содержат азот, углекислоту, сероводород, влагу.

Низшие члены парафинового ряда - метан, этан, пропан и бутаны (нормальный и изостроения) - газообразны. Они находятся в нефти в растворенном состоянии, а также являются основной составной частью природного и попутного нефтяного газов. Парафиновые углеводороды от пентана до гексадекана при нормальных условиях находятся в жидком состоянии. Они входят в состав бензиновых и керосиновых фракций нефтей. Изучая состав и свойства кавказских нефтей, В. В. Марковников первый обнаружил в них парафиновые углеводороды изостроения. Как правило, при одном и том же числе углеродных атомов в молекуле углеводороды с разветвленной цепью отличаются от углеводородов нормального строения более низкими плотностью, температурой застывания и температурой кипения. Парафиновые углеводороды с разветвленной цепью придают высокое качество бензинам, тогда как парафины нормального строения отрицательно влияют на поведение топлива в карбюраторных двигателях. Углеводороды парафинового ряда нормального строения являются желательными компонентами реактивного и дизельного топлив, смазочных масел, однако до определенных концентраций, при которых эти нефтепродукты удовлетворяют требованиям Государственных стандартов (ГОСТ) по низкотемпературным свойствам.

Газы конденсатных месторождений промышленного значения обычно содержат большое количество метана и небольшое количество этана, пропана и бутана. Эти газы характеризуются наличием в их составе высокомолекулярных углеводородов, входящих в состав керосиновых, а иногда и газойлевых фракций нефти. Содержание конденсата в таких газах меняется от 2 до 160 мл/м³ [5].

Состав и количество попутных газов зависят от режима сепарации. Значительная часть газообразных углеводородов остается при сепарации нефти. Так как все компоненты природных и попутных газов, за исключением азота и углекислоты, являются горючими, то естественно, что они широко используются в народном хозяйстве как энергетическое и технологическое топливо. Наряду с этим указанные газы представляют большую ценность как сырье для химической переработки. Они используются для производства аммиака, этилена, ацетилена, водорода, формальдегида и многих других химических продуктов. На базе использования природных и попутных газов создается промышленность органического синтеза для получения синтетического спирта, каучука, волокон и других полимерных материалов.

Эффективность использования углеводородных газов в том или ином направлении значительно повысится, если эти газы предварительно очистить от механических твердых и жидких примесей, осушить от влаги и нежелательных газообразных компонентов (углекислота, сероводород), а углеводородную часть в случае необходимости разделить на индивидуальные компоненты или группы, близкие по своим свойствам, компонентов [4].

Очистка газа от механических примесей и капельной жидкости особенно необходима при переработке природного газа. Однако и при переработке нефтяного газа плохая очистка от механических примесей и капельной влаги приводит к повышенному износу трубопроводов, лопаток центробежных компрессоров, их забиванию и т.д. [6].

В процессах переработки углеводородного сырья образуется в среднем 5-20 % мас. углеводородных газов (предельных и непредельных, нормального и изостроения). Нефтезаводские газы - смесь технологических и природных, содержащихся в нефтях газов. Каждый компонент этих газов находит свое рациональное использование либо как сырье для других технологических процессов, либо как компонент моторного, бытового или технологического топлива, либо как экстрагент или хладагент и т.д. Примерный состав УВ газов основных процессов нефтепереработки представлен в табл. 1 [7].

Таблица 1

Состав углеводородных газов основных процессов нефтепереработки
(обобщенные данные)

Технологический газ установок АВТ и термогидрокаталитических процессов содержит только предельные углеводороды и водород. При проведении термических и части термокаталитических процессов образуются непредельные углеводородные газы.

Естественно, что составы технологического газа на разных предприятиях существенно отличаются друг от друга. Он зависит как от профиля завода и от соотношения мощностей отдельных процессов, так и от качества перерабатываемой нефти и от степени загруженности отдельных установок.

При переработке предельных углеводородных газов в зависимости от назначения получают фракции:

- метан-этановую (сухой газ), иногда этановую, которую используют как сырье пиролиза или в качестве хладагента на установках глубокой депарафинизации масел и т.д.;

- пропановую - сырье пиролиза, бытовой сжиженный газ и хладагент для производственных установок;

- изобутановую - сырье установок алкилирования, производств синтетического каучука и МТБЭ, ЭТБЭ;

- бутановую, используется для получения бутадиена, в качестве бытового сжиженного газа и компонента автобензинов для регулирования их пусковых свойств;

- изопентановую - сырье для производства изопренового каучука и высокооктановый компонент автобензинов;

- пентановую - сырье для процессов пиролиза, изомеризации т.д.; иногда смесь пентанов и более тяжелых углеводородов не разделяют на фракции, а используют как газовый бензин.

Продуктами переработки непредельного углеводородного сырья являются следующие фракции:

- пропан-пропиленовая - сырье процессов полимеризации и алкилирования, нефтехими-ческих производств;

- бутан-бутиленовая - сырье установок алкилирования для производств метилэтилкетона, полиизобутилена, синтетического каучука и др.;

- этан-этиленовая и пентан-амиленовая, используемые как нефтехимическое сырье.

Углеводородные фракции получают на нефтеперерабатывающих предприятиях, на установках газофракционирования, и они по своему качеству должны соответствовать определенным нормам стандартов, технических условий и т.п. [8].