Хімічний склад нафти і газу

Газ

Природний газ - суміш газів, що утворилася в надрах землі при анаеробному розкладанні органічних речовин. Терміни “нафта” і “газ” в усіх на слуху. І в той же самий час навіть фахівці не можуть прийти до єдності в думці про те, як утворилися нафтові поклади. Ця ситуація здається не настільки дивною, якщо познайомитися з походженням цих речовин. Природний газ відноситься до корисних копалин. Часто є проміжним газом при видобутку нафти. У пластових умовах (умовах залягання в земних надрах) природний газ знаходиться в газоподібному стані у вигляді окремих скупчень (газові поклади), або у виді газової шапки нафтогазових родовищ - це вільний газ, або в розчиненому стані в нафті або воді (у пластових умовах), а в стандартних умовах (0,101325 МПа і 20 °С) - тільки в газовому стані. А також природний газ може знаходитися у вигляді газогідратів. Англомовний термін - Compressed Natural Gas (CNG).

Хімічний склад

Основну частину природного газу складає метан (CH4) - до 98%. До складу природного газу можуть також входити більш важкі вуглеводні - гомологи метану:

Чистий природний газ не має кольору і запаху. Щоб можна було визначити витік по запаху, у газ додають невелику кількість одорантів (найчастіше в якості одоранта застосовують етил-меркаптан), що мають сильний неприємний запах, це - т.зв. одоранты.

Фізичні властивості

Орієнтовні фізичні характеристики (залежать від складу):

Густина: від 0,7 до 1,0 кг/м3 (сухий газоподібний, при нормальних умовах) або 400 кг/м3 (рідкий).

Температура загоряння: t = 650 °C.

Теплота згоряння одного м3 природного газу в газоподібному стані при н.у.: 28-46 МДЖ, або 6,7-11,0 Мкал.

Октанове число при використанні в двигунах внутрішнього згоряння: 120-130.

Метан і деякі інші вуглеводні широко поширені в космосі. Метан - третій по поширеності газ у всесвіті, після водню і гелію. У вигляді метанового льоду він приймає участь у будові багатьох віддалених від сонця планет і астероїдів, однак такі скупчення, як правило, не відносять до покладів природного газу, і вони дотепер не знайшли практичного застосування. Значна кількість вуглеводнів присутня у мантії Землі, однак вони теж не викликають інтерес.

Величезні поклади природного газу зосереджені в осадовій оболонці земної кори. Відповідно до теорії біогенного (органічного) походження нафти вони утворилися в результаті розкладання останків живих організмів. Вважається, що природний газ утворився в осадовій оболонці при більш великих температурах і тисках, ніж нафта. Це підтверджується тим фактом, що родовища газу часто розташовані глибше, ніж родовища нафти.

Величезними запасами природного газу володіє Росія (Уренгойське родовище), США, Канада. З інших європейських країн варто відзначити Норвегію, але її запаси невеликі. Серед колишніх республік Радянського Союзу великими запасами газу володіє Туркменія, а також Казахстан (Карачаганакське родовище).

В другій половині XX століття в університеті ім. И. М. Губкина були відкриті природні газогідрати (або гідрати метану). Пізніше з'ясувалося, що запаси природного газу в даному стані величезні. Вони розташовуються як під землею, так і на незначному поглибленні під морським дном.

Синтез природного газу

Існують безліч способів одержання природного газу з інших органічних речовин, наприклад відходів сільськогосподарської діяльності, деревообробної і харчової промисловості і т.д..

Нафта

У кращому сорті вугілля - антрациті, наприклад, на вуглець приходиться 94%. Інше належить водню, кисню і деяким іншим елементам. Звичайно, чистого вугілля в природі практично не буває: його шари завжди засмічені порожньою породою, різними вкрапленнями і включеннями... Але в даному випадку ми говоримо не про пласти та родовища, а лише про вугілля як таке. У нафті міститься майже стільки ж вуглецю, скільки й у кам'яному вугіллі - близько 86%, а от водню побільше - 13% проти 5-6% у вугіллі. Зате кисню в нафті зовсім мало - всього 0,5%. Крім того, у ній є також азот, сірка й інші мінеральні речовини. Така спільність по елементному складу, звичайно, не могла пройти непоміченою для вчених. І тому нафту разом з газом відносять до того ж класу гірських порід, що вугілля (антрацит, кам'яний і бурий), торф і сланці, а саме - до класу каустобіолитів. Це мудре слово складене з трьох грецьких слів: kaustіkos - пекучий, bіos - життя і lіthos - камінь. Така назва може здатися не зовсім точною. Питання, а як це до класу каменів, нехай органічного походження, нехай навіть і пальних, можна віднести рідку нафту, а тим більше природний газ?...

Зауваження цілком резонне. Однак, напевно, Ви здивуєтеся ще більше, коли довідаєтеся, що нафту фахівці відносять до мінералів (хоча латинське слово mіnera означає "руда"). Разом з газом вона відноситься до числа пальних корисних копалин. Так вже склалося історично, і не нам з Вами цю класифікацію змінювати. Просто давайте мать на увазі, що мінерали бувають не тільки твердими. У хімічному відношенні нафта – найскладніша суміш вуглеводнів, що підрозділяється на дві групи - важку і легку нафту. Легка нафта містить приблизно на два відсотки менше вуглецю, ніж важка, зате відповідно, більшу кількість водню і кисню. Головну частину нафти складають три групи вуглеводнів - алкани, нафтени та арени. Алкани (у літературі Ви можете також зустріти назви: граничні вуглеводні, насичені вуглеводні, парафіни) хімічно найбільш стійкі. Їх загальна формула СnH(2n+2). Якщо число атомів вуглецю в молекулі не більше чотирьох, то при атмосферному тиску алкани будуть газоподібними. При 5-16 атомах вуглецю це рідини, а понад - вже тверді речовини, парафіни. До нафтанів відносять алициклічні вуглеводні складу CnH2n, CnH(2n-2) і CnH(2n-4). У нафтах міститься переважно циклопентан С5Н10, циклогексан С6Н10 і їхні гомологи. І нарешті, арени (ароматичні вуглеводні). Вони значно бідніші воднем, співвідношення вуглець/водень в аренах найвище, набагато вище, ніж у нафті вцілому. Зміст водню в нафтах коливається в широких межах, але в середньому може бути прийнятим на рівні 10-12%, тоді як зміст водню в бензолі 7,7%. А що говорити про складні поліциклічні з'єднання, в ароматичних кільцях яких багато ненасичених зв'язків вуглець-вуглець! Вони складають основу смол, асфальтенов і інших попередників коксу, і, будучи вкрай нестабільними, ускладнюють життя нафтопереробникам.

Подивіться, як складаються молекули пентану С5Н10, циклогексану С6Н12 і бензолу С6Н6 - типових представників кожного з цих класів:

Крім вуглецевої частини в нафті міститься асфальто-смолиста складова, порфірини, сірка і зольна частина.

Асфальто-смолиста частина - темна щільна речовина, що частково розчиняється в бензині. Частину, що розчиняється, називають асфальтеном, а що нерозчиняється, зрозуміло, смолою.

Порфірини - особливі органічні сполуки, що мають у своєму складі азот. Багато вчених впевнені, що колись вони утворилися з хлорофілу рослин і гемоглобіну тварин.

Сірки в нафті буває досить багато - до 5%, і вона приносить чимало турбот нафтовикам, викликаючи корозію металів. І, нарешті, зольна частина. Це те, що залишається після спалювання нафти. У золі, звичайно утримуються з'єднання заліза, нікелю, ванадію і деяких інших речовин.

Інформація по матеріалам сайтів:

subscribe.ru/catalog/hind.chem.neftegaz

ru.wikipedia.org/wiki/Природный_газ