Природными источниками углеводородов являются нефть, каменный уголь, попутный нефтяной и природный газ.
представляет собой смесь газов, основным компонентом которой является метан. Его содержание зависит от месторождения и составляет (75)–(98) (%) от общего объёма смеси. Кроме метана в составе природного газа есть углеводороды с небольшим числом атомов углерода (этан, пропан, бутан), а также примеси неорганических газообразных веществ (азот, оксид углерода((IV)), сероводород).
Горение природного газа сопровождается выделением большого количества теплоты, поэтому около (90) (%) добываемого газа используется в качестве топлива (тепловые электростанции, металлургические и стекольные промышленные предприятия, автомобильный транспорт, отопление жилых помещений и др.). Газообразное топливо является экологически более чистым за счёт небольшого содержания оксида серы((IV)), обладает высокой теплотой сгорания и лёгкостью воспламенения.
Природный газ также является сырьём для химической промышленности. Его используют для производства водорода, этилена и ацетилена, пластмасс, медикаментов и других продуктов.
При больших концентрациях природный газ способен вызывать удушье. Смешанный в определённых пропорциях с воздухом, он становится взрывоопасным. Используемый в быту газ содержит в своём составе в безопасных концентрациях вещества, обладающие резким характерным запахом. Это позволяет обнаружить утечку газа в жилых помещениях.
Попутный нефтяной газ также является природным, однако в природе он встречается вместе с нефтью. Он представляет собой смесь газов, находящуюся над нефтью или растворённую в ней за счёт высокого давления.
При извлечении нефти из-за резкого падения давления растворимость попутного газа уменьшается, в результате чего он легко отделяется от нефти.
Состав попутного нефтяного газа отличается от природного. Он содержит меньше метана (до (50) (%)), но больше — его гомологов (этан, пропан, бутан и др.). Однако в нём присутствуют те же примеси, что и в природном газе.
средний состав попутных газов.
На газоперерабатывающих заводах попутный нефтяной газ разделяют на следующие : сухой газ, пропан-бутановая смесь и газовый бензин.
также является природным источником углеводородов. Она представляет собой смесь углеводородов с примесями других органических веществ. Нефть не имеет определённой температуры кипения, поскольку каждый её компонент сохраняет в смеси свои индивидуальные свойства. Для выделения этих веществ нефть подвергают фракционной перегонке (ректификации), осуществляемой в ректификационной колонне.
Продуктами первичной переработки нефти являются:
- ректификационные газы;
- бензин;
- лигроин;
- газойль;
- керосин;
- мазут.
является наиболее распространённым видом твёрдого топлива. Его запасы в природе значительно превосходят запасы нефти. Основная составляющая каменного угля — органические вещества, представленные смесью высокомолекулярных циклических соединений. Кроме органических веществ в его состав входят вода и минеральные соединения, которые образуют при сжигании золу.
Каменный уголь не только является источником энергии, но и служит сырьём для химической промышленности. Один из основных способов его переработки — ()
Смесь пропана и бутана, получаемая при перегонке сырой нефти или ее соединений на нефтеперерабатывающих заводах, образует сжиженный нефтяной газ, используемый как автомобильное топливо, в бытовых целях и для обогрева.
В процессе наполнения баллона первые порции сжиженного газа быстро испаряются и заполняют весь его объем, создавая в нем определенное давление. При уменьшении давления газ мгновенно испаряется. Испарение сжиженного газа в баллоне продолжается до тех пор, пока образовавшиеся пары сжиженного газа не достигнут насыщения. Это свойство пропана и бутана позволяет хранить газ в небольших объемах, что очень важно.
Рассмотрим пример: Давление насыщенного пара бутана составляет 0,1 МПа (1атм) при 0 С и 0,17 МПа (1,7атм) при 15 С, а давление насыщенного пара пропана при этих же температурах 0,59 (5,9атм) и 0,9 МПа (9атм) соответственно. Это различие приводит к значительной разнице в давлении смеси при изменении пропорции пропана и бутана. Давление растет при увеличении температуры, что приводит к большим изменениям объема сжиженного газа, находящегося в жидком состоянии. Следовательно, если сжиженный газ в жидком состоянии полностью заполняет баллон и температура продолжает увеличиваться, то давление будет быстро расти, что может привести к разрушению баллона. Поэтому никогда не заполняйте баллон жидким сжиженным газом полностью. Обязательно оставляйте паровую подушку, объем которой равен 10% от полной емкости баллона.
Эти два газа (пропан и бутан) различаются между собой температурой кипения, при которой они переходят из жидкого в газообразное состояние. Пропан перестает переходить в газ и остается в жидком состоянии при температуре -43 С, для бутана эта температура равна -0,5 С.
Зависимость давления насыщенных паров пропана и бутана от температуры.
В условиях холодного климата (или зимой) в сжиженном нефтяном газе смеси пропана и бутана, предназначенном для использования в качестве автомобильного топлива, должен преобладать пропан для лучшей испаряемости смеси.
На газозаправочные станции согласно ГОСТу 27578-87, введенному с 1 июля 1988 г., должен поступать сжиженный нефтяной газ двух марок: летний ГТБА пропан-бутан автомобильный с содержанием 10% пропана, остальное бутан и зимний ПА пропан автомобильный с содержанием 90% пропана.
Зависимость давления насыщенных паров смеси пропана и бутана от температуры. Некоторую опасность представляет собой сжиженный газ, попавший на кожу: под действием быстро испаряющегося газа на коже могут возникнуть очаги обморожения. Теплота сгорания стехиометрической смеси газа несколько меньше, чем у бензина. Молекулярная масса сжиженного газа меньше, чем у бензина, и это снижает максимальную мощность двигателя. Поскольку в двигатель сжиженный газ поступает в газообразном состоянии, то по сравнению с бензином уменьшается объёмное наполнение газо-воздушной смесью цилиндров, а более низкая скорость горения газовоздушной смеси уменьшает крутящий момент при высокой частоте вращения коленчатого вала двигателя. Таким образом, при работе двигателя на газе его мощность не значительно снижается. Если мощность двигателя, работающего на бензине, принять за 100%, то мощность двигателя, работающего на газе, будет примерно равна 95%, что приводит к снижению максимальной скорости примерно на 4%.
Попутный (нефтяной) газ
— добываемый совместно с нефтью растворенный газ или смесь растворенного газа и газа из газовой шапки, добываемый через нефтяные скважины, в том числе без вскрытия перфорацией газонасыщенных пропластков, вследствие особенностей геологического строения и/или технологии разработки, принятой в утвержденном проектном технологическом документе.
Попутный нефтяной газ (ПНГ) состоит из метана, этана, пропана, бутана и изобутана. Несмотря на то, что ПНГ — побочный продукт нефтедобычи и во времена зарождения отрасли просто сжигался на факелах, он является ценным сырьем. Сегодня существует множество способов утилизации ПНГ — от закачки в недра для увеличения пластового давления и повышения нефтеотдачи до переработки и использования в качестве топлива. Основным способом утилизации ПНГ в России является его переработка на газоперерабатывающих заводах с получением сухого отбензиненного газа (метан с небольшим содержанием этана), широкой фракции легких углеводородов (используется в химической промышленности, например, для производства пластмасс и каучука), сжиженных газов и стабильного газового бензина. Газовый фактор — количество газов на 1 т добытой нефти — зависит от условий залегания нефтяных месторождений и может составлять от сотен до тысяч куб м/т нефти.
Нефтяной газ
Нефтяной газ – смесь газообразных продуктов термического разложения нефти, нефтепродуктов и мазута в ретортах при температуре 720-740 °С. Выход газа 0,35-0,4 м3 на 1 кг нефти. Его состав зависит от состава нефти и режима ее переработки.
Нефтяной газ применяют для сварки, резки и пайки сталей толщиной до 3 мм и сварки цветных металлов.
Нефтяному газу по свойствам близок пиролизный газ.
Нефтяной газ не имеет цвета и обладает неприятным запахом.
Нефтяные газы, в зависимости от способов получения, подразделяют на естественные и искусственные (заводские).
Естественный нефтяной газ растворен в нефти, находящейся в нефтяном пласте. При добыче нефти газ выделяется в результате понижения давления. Так как естественный нефтяной газ является спутником нефти при ее добыче, то иногда этот газ называют сопутствующим или попутным.
Основные компоненты естественного нефтяного газа следующие: метан, этан, пропан, бутан и более высокомолекулярные углеводороды парафинового ряда. Содержание составляющих естественного нефтяного газа зависит от условий получения газа из нефти и ее химического состава.
Естественный нефтяной газ отличается от природного газа большим содержанием пропана, бутана и высокомолекулярных углеводородов, которые при компримировании переходят в жидкое состояние, что дает основание относить иногда нефтяной газ к числу сжиженных газов.
Искусственные (заводские) нефтяные газы получают при переработке нефти. В состав этих газов, наряду с парафиновыми, входят углеводороды олефинового ряда (этилен C2H4, пропилен C3H6, бутилен C4H8, амилен C5H10). Искусственный нефтяной газ в отличие от естественного содержит значительное (до 60 %) количество водорода.
При наполнении баллонов нефтяной газ находится частично в сжиженном состоянии. При отборе газа его состав изменяется вследствие испарения в первую очередь более летучих компонентов. Для выравнивания давления газа и предупреждения его частичной конденсации в трубопроводах и рукавах перед горелкой иногда устанавливают промежуточный ресивер вместимостью 40 дм3, в котором газ находится под избыточным давлением 0,3-0,4 МПа. Отсюда через регулятор давления он поступает в горелку или резак.
Таблица 1 — Основные свойства нефтяного газа
ЛИТЕРАТУРА
- Основы сварочного дела / В.Г. Геворкян. – М.: Высшая школа, 1991. – 239 с.
- Справочник молодого газосварщика и газорезчика / Д.З. Амигуд. – М., Высшая школа, 1974. 207 с.
- Газопламенная обработка металлов с использованием газов-заменителей ацетилена / А.К. Нинбург. М., Машиностроение, 1976. – 152 с.
- Газопламенная обработка металлов / Г.В. Полевой, Г.К. Сухинин. – М.: Академия, 2005. – 336 с.
Введение
Пропан-бутановая смесь – бесцветный газ с резким запахом – является побочным продуктом переработки нефти и относятся к группе тяжелых углеводородов. Состоит из пропана (C3H8) с примесью бутана (C4H10) в количестве от 5 до 30 %, а суммарное количество должно быть не менее 93 %. Кроме того, в его состав входит не более 4 % этана (C2H5) и этилена (C2H4), а также не более 3 % бутана (C4H10) и бутилена (C4H8). Эти смеси также называют техническим пропаном, а иногда сжиженными нефтяными газами.
В нормальных условиях смеси находятся в газообразном состоянии, а при пониже-нии температуры или повышении давления становятся жидким (таблица 4).
Сжиженные газы хранят только в закрытых емкостях, так как испарение жидкости происходит даже при 0 °С. Пропан-бутан тяжелее воздуха, поэтому необходимо тщательно следить за герметичностью аппаратуры и коммуникаций во избежание образования взрывоопасной смеси газа с воздухом.
Сжиженные газы, обеспечивающие достаточно высокую температуру газокислородного пламени, относительно дешевые, недефицитные, удобные для транспортирования и хранения, широко применяются в качестве заменителей ацетилена. Пропан, бутан и их смеси можно использовать при сварке стали толщиной до 6 мм (в отдельных случаях – до 12 мм), сварке и пайке чугуна, цветных металлов и сплавов, кислородной и кислородно-флюсовой резке (разделительной и поверхностной) сталей, наплавке, поверхностной закалке, металлизации, нагреве при гибке, правке, формовке и других подобных процессах.
При разделительной резке, сварке цветных металлов, пламенной закалке и пайке 0,3 т сжиженного газа заменяют 1 т карбида кальция (что эквивалентно примерно 235 м3 ацетилена).
Углеводородные сжиженные газы должны изготовляться в соответствии с требованиями ГОСТ 20448-90.
Таблица 1 — Марки сжиженных газов
Свойства
Таблица 2 — Основные свойства сжиженных газов
Таблица 3 — Физико-химические показатели сжиженных газов
При нормальном давлении пропан-бутановая смесь переходит в жидкое состояние при температуре примерно –40 °С. В таблице 4 указаны условия перехода пропана и бутана в жидкое состояние. При испарении 1 кг жидкого пропана получается около 0,535 м3 паров, а 1 кг жидкого бутана – 0,406 м3 паров.
Таблица 4 — Условия перехода пропана и бутана в жидкое состояние
Транспортирование и хранение
Крупные потребители получают углеводородные газы в железнодорожных или автомобильных цистернах, из которых их переливают в заводские стационарные емкости (хранилище). Из них газ проходит через газификатор или отбирается в паровой фазе и поступает в заводской газорегуляторный пункт (ГРП) и далее в межцеховые газопроводы.
Мелкие потребители пользуются обычно баллонами, получаемыми со станции наполнения. Баллоны устанавливаются в разрядные рампы или применяются для индивидуального питания постов. Давление пропан-бутана, подаваемого по трубопроводу, при максимальном отборе газа должно быть не менее 0,01 МПа (0,1 кгс/см2).
Транспортировка газов железнодорожным, автомобильным и водным транспортом должна осуществляться в соответствии с правилами перевозок опасных грузов, действующих на соответствующем виде транспорта, и правилами устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением, утвержденными в установленном порядке.
Требования безопасности
Сжиженные углеводородные газы пожаро- и взрывоопасны, малотоксичны, имеют специфический характерный запах.
По степени воздействия на организм газы относятся к веществам 4-го класса опасности по ГОСТ 12.1.007.
Пропано-бутановые смеси значительно тяжелее воздуха, поэтому при утечке газа они могут скапливаться в нижних слоях атмосферы, на полу в помещении и в углублениях, что может привести к образованию взрывоопасных концентраций.
Сжиженные газы образуют с воздухом взрывоопасные смеси при концентрации паров пропана от 2,1 до 9,5 %, нормального бутана от 1,5 до 8,5 % (по объему) при давлении 98066 Па (1 атм) и температуре 15-20 °С.
Температура самовоспламенения пропана в воздухе при нормальных условиях составляет 466 °С, нормального бутана 405 °С, изобутана – 462 °С.
Предельно допустимая концентрация в воздухе рабочей зоны (в пересчете на углерод) предельных углеводородов (пропана, нормального бутана) 300 мг/м3, непредельных углеводородов (пропилен, бутилен) – 100 мг/м3.
Сжиженные газы, попадая на тела человека, вызывают обмораживание, напоминающее ожог.
Человек, находящийся в атмосфере с небольшим содержанием паров сжиженного газа в воздухе, испытывает кислородное голодание, а при значительных концентрациях в воздухе может погибнуть от удушья.
Сжиженные углеводородные газы действуют на организм наркотически.
Признаками наркотического действия являются недомогание и головокружение, затем наступает состояние опьянения, сопровождаемое беспричинной веселостью, потерей сознания.
Пары сжиженных углеводородных газов быстро накапливаются в организме при вдыхании и столь же быстро выводятся через легкие, в организме человека не аккумулируются.
При высоких концентрациях сжиженных углеводородных газов необходимо использовать шланговые изолирующие противогазы с принудительной подачей чистого воздуха. При небольших концентрациях используют фильтрующие противогазы марки БКФ, коробка защитного цвета.
В производственных помещениях должны соблюдаться требования санитарной гигиены по ГОСТ 12.1.005. Все производственные помещения должны быть оборудованы приточно-вытяжной вентиляцией, обеспечивающей десятикратный воздухообмен в 1 ч и чистоту воздуха рабочей зоны производственных помещений.
В помещениях производства, хранения и перекачивания сжиженных углеводородных газов запрещается обращение с открытым огнем, искусственное освещение должно быть выполнено во взрывозащищенном исполнении, все работы следует проводить инструментами, не дающими при ударе искру.
Защита оборудования от вторичных проявлений молний и статического электричества должна соответствовать правилам защиты от статического электричества производств химической, нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности.
При загорании применяют следующие средства пожаротушения: углекислотные огнетушители и пенные марки ОХП-10, воду в виде компактных и распыленных струй в тонкораспыленном виде, сухой песок, водяной пар, асбестовое полотно и др.