Метан
Диокси́д углеро́да или двуо́кись углеро́да (также углеки́слый газ, углекислотá, окси́д углеро́да(IV), у́гольный ангидри́д) — бесцветный газ (в нормальных условиях), почти без запаха (в больших концентрациях с кисловатым «содовым» запахом), с химической формулой CO2.
Моноокси́д углеро́да (уга́рный газ, о́кись углеро́да, оксид углерода(II)) — бесцветный чрезвычайно токсичный газ без вкуса и запаха, легче воздуха (при нормальных условиях). Химическая формула — CO.
Эта́н (лат. ethanum), C2H6 — органическое соединение, второй член гомологического ряда алканов. Газ без цвета и запаха. В промышленности этан получают из природного газа и нефти и расходуют преимущественно для производства этилена.
Углеводоро́ды — органические соединения, состоящие из атомов углерода и водорода.
Упоминания в литературе
В последнее время большое внимание уделяется изучению влияния веществ, появляющихся в воде в результате ее хлорирования. К таким соединениям относятся тригалометаны – производные метана, в молекулах которого часть атомов водорода замещена атомами галогенов: CI, Br, I. Тригалометаны обладают большой биологической активностью и оказывают канцерогенное действие на организм человека. Их количество достигает 100 мкг/л. Основным из них является хлороформ, наряду с которым обнаруживается еще до 40 различных веществ. Количество и разнообразие тригалометанов зависят от химической природы первичных органических соединений, находящихся в хлорируемой воде, количества использованного при хлорировании воды активного хлора, времени его контакта с водой, pH воды, ее температуры и других факторов. Эти соединения являются причиной злокачественных, обменных, аллергических, ревматических и других неинфекционных заболеваний.
Метанобразующие археи вполне могли поддержать концентрацию метана в атмосфере, достаточную для создания парникового эффекта, – на уровне 0,1 % (ныне < 0,0002 %) или его смесь с СО2. Поскольку в отсутствие главного окислителя – кислорода – продолжительность существования молекул метана могла быть на три порядка больше, чем нынешний 10-летний срок, по достижении соотношения СН4/СО2, близкого к 1, молекулы метана полимеризовались до этана (С2Н6). И легкая дымка превратилась в туман, в котором содержание метана могло в 600 раз превышать современный уровень. (Похожая по составу атмосфера с метановыми облаками и дождями существует на Титане, спутнике Сатурна.) При определенной размерности частиц и наличии в нем паров воды туман мог оставаться проницаемым и не препятствовал нагреву поверхности Земли. Под защитой метано-этанового тумана могла повыситься и концентрация NН3, OСS и серных соединений, включая аэрозоли полиатомной серы (S8).
Атмосферный воздух – смесь многих газов. Кроме кислорода и азота, наибольших по количеству компонентов воздуха, в его состав входят благородные газы, двуокись углерода и водяные пары. Кроме указанных газов в воздухе атмосферы содержатся: пары воды (0,02 – 4 % по массе), двуокись серы, метан, аммиак, NН3, окись углерода, углеводороды, соляная кислота, фтористый водород, пары ртути, пары йода, радон, ксенон, а также окись азота и многие другие газы в незначительных количествах. Кислород, азот и благородные газы считаются постоянными составными частями воздуха, так как их содержание в воздухе практически повсюду одинаково.
С гигиенических позиций разложение органических веществ с участием кислорода более благоприятно, так как оно протекает без образования аммиака, сероводорода, метана и других вредных веществ.
В зависимости от того один, два, три или все четыре атома водорода замещены, различают моно-, ди-, три– и тетразамещенные метаны. Они могут быть газообразными (например, CH3Cl), жидкими (CCl4) или твердыми CBr4). Многие из этих производных хорошо известны. Например, дихлорметан (метиленхлорид, хлористый метилен) – растворитель, используемый для производства изделий из ацетата целлюлозы; дийодметан – жидкость с высокой плотностью (3,33 г/см3), ее применяют при исследовании горных пород для разделения минералов по их плотности; трихлорметан (хлороформ) раньше широко использовался для наркоза (а сейчас – только для наружного применения в растираниях); трийодметан (йодоформ) – сильный антисептик, хотя и с неприятным навязчивым запахом, который раньше использовали в хирургии при перевязке ран; тетрахлорметан (четыреххлористый углерод) – прекрасный растворитель жиров, смол, каучука, многих других органических соединений, но из-за ядовитости сейчас для этих целей почти не применяется; многие фторпроизводные (фреоны, они же хладоны) – низкокипящие жидкости или легко сжижающиеся газы, которые широко используются в качестве хладагентов в холодильных машинах.
Связанные понятия (продолжение)
Аммиа́к (нитрид водорода) — химическое cоединение азота и водорода с формулой NH3, при нормальных условиях — бесцветный газ с резким характерным запахом.
Водяной пар — газообразное агрегатное состояние воды. Не имеет цвета, вкуса и запаха. Водяной пар — в чистом виде или в составе влажного газа, — находящийся в термодинамическом равновесии с поверхностью влажного вещества, называют равновесным водяным паром.
Озо́н (от др.-греч. ὄζω — пахну) — состоящая из трёхатомных молекул O3 аллотропная модификация кислорода. При нормальных условиях — голубой ядовитый газ. Запах — резкий специфический. При сжижении превращается в жидкость цвета индиго. В твёрдом виде представляет собой тёмно-синие, серые, практически чёрные кристаллы.
Арго́н — элемент 18-й группы периодической таблицы химических элементов (по устаревшей классификации — элемент главной подгруппы VIII группы) третьего периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 18. Обозначается символом Ar (лат. Argon). Третий по распространённости элемент в земной атмосфере (после азота и кислорода) — 0,93 % по объёму. Простое вещество аргон — инертный одноатомный газ без цвета, вкуса и запаха.
Ацетиле́н (по ИЮПАК — этин) — органическое соединение, непредельный углеводород C2H2. Имеет тройную связь между атомами углерода, принадлежит к классу алкинов. При нормальных условиях — бесцветный, очень горючий газ.
Сжиже́ние га́зов включает в себя несколько стадий, необходимых для перевода газа в жидкое состояние. Эти процессы используются для научных, промышленных и коммерческих целей.
Газ, или газообразное состояние (от нидерл. gas, восходит к др.-греч. χάος (háos)) — одно из четырёх основных агрегатных состояний вещества, характеризующееся очень слабыми связями между составляющими его частицами (молекулами, атомами или ионами), а также их большой подвижностью. Частицы газа почти свободно и хаотически движутся в промежутках между столкновениями, во время которых происходит резкое изменение характера их движения.
Окси́ды углеро́да — бинарные химические соединения (оксиды) углерода с кислородом. Кроме двух неорганических представителей — угарного газа и углекислого газа, все остальные оксиды углерода относят к органическим соединениям.
Изобутан (метилпропан, 2-метилпропан) (СН3)3СН — углеводород класса алканов, изомер нормального бутана (н-бутана).
Парнико́вый эффе́кт — повышение температуры нижних слоёв атмосферы планеты по сравнению с эффективной температурой, то есть температурой теплового излучения планеты, наблюдаемого из космоса.
«Сухой лёд» — твёрдый диоксид углерода CO2, при обычных условиях (атмосферном давлении и комнатной температуре) переходящий в газообразное состояние, минуя жидкую фазу.
Пиро́лиз (от др.-греч. πῦρ «огонь, жар» + λύσις «разложение, распад») — термическое разложение органических и многих неорганических соединений.
Нитра́ты (лат. nitras; устар. селитры) — соли азотной кислоты, содержащие однозарядный анион NO3−.
Окисли́тель — вещество, в состав которого входят атомы, присоединяющие к себе во время химической реакции электроны. Иными словами, окислитель — это акцептор электронов.
Гидрат метана — супрамолекулярное соединение метана с водой, устойчив при низких температурах и повышенных давлениях, наиболее широко распространённый в природе газовый гидрат.
Благоро́дные га́зы (также ине́ртные или ре́дкие га́зы) — группа химических элементов со схожими свойствами: при нормальных условиях они представляют собой одноатомные газы без цвета, запаха и вкуса с очень низкой химической реактивностью. К благородным газам относятся гелий (He), неон (Ne), аргон (Ar), криптон (Kr), ксенон (Xe) и радиоактивный радон (Rn). Формально к этой группе также причисляют недавно открытый оганесон (Og), однако его химические свойства почти не исследованы.
Атмосфера (от. др.-греч. ἀτμός — «пар» и σφαῖρα — «сфера») — газовая оболочка небесного тела, удерживаемая около него гравитацией. Поскольку не существует резкой границы между атмосферой и межпланетным пространством, то обычно атмосферой принято считать область вокруг небесного тела, в которой газовая среда вращается вместе с ним как единое целое. Толщина атмосферы некоторых планет, состоящих в основном из газов (газовые планеты), может быть очень большой.
Промышленное производство водорода — неотъемлемая часть водородной энергетики, первое звено в жизненном цикле употребления водорода. Водород практически не встречается в природе в чистой форме и должен извлекаться из других соединений с помощью различных химических методов.
Сублима́ция (возго́нка) — переход вещества из твёрдого состояния сразу в газообразное, минуя жидкое. Поскольку при возгонке изменяется удельный объём вещества и поглощается энергия (теплота сублимации), возгонка является фазовым переходом первого рода.
Теплота́ сгора́ния — количество выделившейся теплоты при полном сгорании массовой (для твердых и жидких веществ) или объёмной (для газообразных) единицы вещества. Измеряется в джоулях или калориях. Теплота сгорания, отнесённая к единице массы или объёма топлива, называется удельной теплотой сгорания. В системе СИ: Дж/кг. Также довольно часто используются внесистемные единицы измерения: кДж/кг, МДж/кг и ккал/кг.
Пероксид натрия (перекись натрия), Na2O2 — желтовато-белые кристаллы с ионной кристаллической решеткой.
Этиле́н (по ИЮПАК: этен) — органическое химическое соединение, описываемое формулой С2H4. Является простейшим алкеном (олефином). При нормальных условиях — бесцветный горючий газ плотностью 1,178 кг/м³ (легче воздуха) со слабым запахом. Частично растворим в воде (25,6 мл в 100 мл воды при 0 °C), этаноле (359 мл в тех же условиях). Хорошо растворяется в диэтиловом эфире и углеводородах.
Состав продуктов взрыва — качественное и количественное содержание химических веществ, образующихся из взрывчатого вещества (ВВ) в результате взрыва.
Фреоны (хладоны) — техническое название группы насыщенных алифатических фторсодержащих углеводородов, применяемых в качестве хладагентов, пропеллентов, вспенивателей, растворителей. Кроме атомов фтора фреоны могут содержать атомы хлора или брома. Название «фреон» фирмы DuPont (США) в течение многих лет использовалось в литературе как общетехнический термин для хладагентов. В СССР и РФ укоренился термин «хладоны».
Надперокси́д ка́лия (диоксид калия, супероксид калия; KO2) — неорганическое соединение жёлтого цвета, которое образуется в результате сгорания расплавленного калия в чистом кислороде. Используется во многих системах жизнеобеспечения. Молекулярный вес 71,10. Температура плавления при нормальном атмосферном давлении 490—530 °C, в вакууме (1—2 мм рт. ст.) 350—415 °C. Гигроскопичен, поглощает из воздуха водяные пары и углекислый газ. Реагирует с водой и этанолом. Плотность 2,158 г/см³.
Фотодиссоциация (или фотолиз) — химическая реакция, при которой химические соединения разлагаются под действием фотонов электромагнитного излучения.
Катализа́тор — химическое вещество, ускоряющее реакцию, но не расходующееся в процессе реакции.
Парниковые газы — газы с высокой прозрачностью в видимом диапазоне и с высоким поглощением в дальнем инфракрасном диапазоне. Присутствие таких газов в атмосферах планет приводит к появлению парникового эффекта.
Кислородная катастрофа (кислородная революция) — глобальное изменение состава атмосферы Земли, произошедшее в самом начале протерозоя, в период сидерий, около 2,45 млрд лет назад. Результатом кислородной катастрофы стало появление в составе атмосферы свободного кислорода и изменение общего характера атмосферы с восстановительного на окислительный. Предположение о кислородной катастрофе было сделано на основе изучения резкого изменения характера осадконакопления.
Углекислый газ в атмосфере Земли является малой компонентой современной земной атмосферы, концентрация углекислого газа в сухом воздухе составляет 0,02÷0,04% (250÷450 ppm). Начиная с середины XIX века отмечается устойчивый рост количества этого газа в атмосфере, с ноября 2015 года его среднемесячная концентрация стабильно превышает 400 ppm.
Горе́ние — сложный физико-химический процесс превращения исходных веществ в продукты сгорания в ходе экзотермических реакций, сопровождающийся интенсивным выделением тепла. Химическая энергия, запасённая в компонентах исходной смеси, может выделяться также в виде теплового излучения и света. Светящаяся зона называется фронтом пламени или просто пламенем.
Перокси́д водоро́да (перекись водорода), H2O2 — простейший представитель пероксидов. Бесцветная жидкость с «металлическим» вкусом, неограниченно растворимая в воде, спирте и эфире. Концентрированные водные растворы взрывоопасны. Пероксид водорода является хорошим растворителем. Из воды выделяется в виде неустойчивого кристаллогидрата H2O2∙2H2O.
Фтороводоро́д (фтористый водород, гидрофторид, фторид водорода, HF) — бесцветный токсичный газ (при стандартных условиях) с резким запахом, при комнатной температуре существует преимущественно в виде димера H2F2, ниже 19,9°C — бесцветная подвижная летучая жидкость. Смешивается с водой в любом отношении с образованием фтороводородной (плавиковой) кислоты. Образует с водой азеотропную смесь с концентрацией 35,4 % HF.
Упоминания в литературе (продолжение)
Опыт показывает, что удельный выход газа составляет порядка 500 л на 1 кг сухого органического материала, который составляет до 40 % ТКО. Из каждой тонны отходов образуется до 250 м3 биогаза, состоящего из 50–60 % метана, 30–45 % диоксида углерода, 1–2% сероводорода и 1–2% – соединения азота, водорода, кислорода и других (всего до 32 компонентов). Состав биогаза зависит от номенклатуры и качества исходного органического сырья, степени его сортировки и подготовки, соблюдения технологии процесса.
Еще одно направление использования составных компонентов газа – утилизация углекислого газа, содержащегося в нем в количестве около 40 %. Извлекая углекислый газ путем отмывки (в отличие от метана, он растворяется в воде), можно подавать его в теплицы, где он служит «воздушным удобрением», увеличивая продуктивность растений.
Всё вышесказанное относится в основном к твердому и жидкому топливам. Газ, в отличие от них, – механическая смесь нескольких компонентов. В природном газе большинства месторождений основной составляющей является метан – СН4, количество которого колеблется от 85 до 96 %. Кроме метана, в составе природного газа обычно имеются более тяжелые углеводороды: этан С2Н6, пропан С3Н8, бутан С4Н10 и др. Газ некоторых месторождений, кроме углеводородов, содержит и другие горючие компоненты: водород Н2 и оксид углерода СО. Из негорючих компонентов в состав газа входят азот N2 и диоксид углерода CO2.
А может ли среда для жизни оказаться не гидрофильной, а гидрофобной? Исключить такое в принципе нельзя. Например, на крупнейшем спутнике Сатурна – Титане – есть углеводородные озера и даже моря, состоящие из метана (CH4), этана (C2H6) и пропана (C3H8). Это настоящий гидрофобный растворитель, в котором некоторые ученые допускают существование жизни, хотя прямых подтверждений этому пока что нет. Жидкой воды на поверхности Титана не бывает, там слишком холодно.
Вслед за рождением сверхновых звезд, по мере того как в космосе рассеивались другие элементы, возникало множество интересных молекул. Среди них одним из самых ранних соединений стала вода (H2O), в молекуле которой два атома водорода соединились с одним атомом кислорода. По всей видимости, именно в пространстве вокруг сверхновых звезд образовались молекулы азота (N2), аммиака (NH3), метана (CH4), монооксида углерода (СО) и диоксида углерода (СО2). Всем этим видам молекул предстояло сыграть важнейшую роль в формировании планет и появлении живой материи.
Природный газ добывают из чисто газовых месторождений или вместе с нефтью (попутный газ). В первом случае основной горючей составляющей является метан, содержание которого может доходить до 95– 98%. Попутные газы, помимо метана, содержат значительные количества других углеводородов: этан (С2Н6), пропан (С3Н8), бутан (С4Н10), пентан (С5Н12) и др. Попутные газы имеют высокую теплоту сгорания, но в качестве топлива их используют редко. Их применяют в основном в химической промышленности.
1 Под климатом понимают совокупность метеорологических явлений, которые характеризуют среднее состояние атмосферы на поверхности Земли. 2 Климат является результатом физических процессов происходящих в атмосфере. 3 Человеческая деятельность стала причиной глобальных изменений в атмосфере. 4 В последнее время значительно возросла концентрация газов в атмосфере. 5 Концентрация углекислого газа в мире возросла на 30 %, концентрация метана на 145 % по сравнению с показателями доиндустриального периода. 6 Причины возрастающей концентрации газов различны. 7 Они кроются, прежде всего, в росте промышленного производства, в увеличении сжигания ископаемых энергоносителей, таких как уголь, нефть и природный газ, расширении скотоводства. 8 Также абсолютно новые вещества, которые производятся исключительно посредством человеческой деятельности, такие как фтористохлористый углеводород, попадают в атмосферу. 9 Влияние парниковых газов похоже на воздействие стеклянной оболочки теплицы. 10 Без парниковых газов образующихся естественным путем жизнь на нашей планете была бы невозможна. 11 Средняя температура земной поверхности возросла за последние 100 лет почти на 0,5°.
Воздушная среда, составляющая земную атмосферу, представляет собой смесь газов. Сухой атмосферный воздух содержит: кислорода 20,95 %, азота 78,09 %, диоксида углерода 0,03 %. Кроме того, в атмосферном воздухе содержатся аргон, гелий, неон, криптон, водород, ксенон и другие газы. В небольшом количестве в атмосферном воздухе присутствуют озон, оксид азота, йод, метан, водяные пары.
Первые представители ряда предельных углеводородов – метан и этан – не обладают запахом. Легколетучие низшие углеводороды обладают запахом бензина. Высшие представители этого ряда, входящие в состав нефтяных масел и парафина, также не имеют запаха, обладая очень малой летучестью.
Третью проблему обнаружили геохимики и космохимики. Межпланетные аппараты изучили Луну, Венеру, Марс и Меркурий, стал известен состав атмосфер Венеры и Марса. Применение новых аналитических методов к древнейшим земным горным породам позволило уточнить состав древней атмосферы Земли. Он оказался очень похожим на современные атмосферы Венеры и Марса – 95–98 % углекислого газа (СО2), 2–4 % азота (N2) и малые доли других газов, в основном аргона и сернистого газа. Из такой газовой смеси в аппарате Миллера не получается никакой органики. Опыт Миллера, по современным астрономическим представлениям, имитирует условия протопланетного облака, планет-гигантов и их ледяных спутников, где действительно много метана, аммиака и сероводорода, и может объяснить происхождение аминокислот в метеоритах, но имеет отдаленное отношение к древней Земле. Для получения органических веществ из CO2 необходим восстановитель, и ученые занялись его поисками.
Аммонификация осуществляется аэробными и анаэробными бактериями. При аммонификации получаются органические кислоты, спирты, оксид углерода и аммиак. Затем эти вещества превращаются в воду, водород, метан. Аммиак частично вступает в реакцию с органическими и минеральными кислотами (угольной, азотной, уксусной и др.).
Растворимые фракции загрязнений, попавшие в септик со сточными водами и не осаждающиеся на его дне, также подвергаются гнилостному брожению и разложению с выделением «болотных» газов, в том числе и метана. Благодаря этому, устройства подобного типа еще называются метантенками. То есть при задерживании сточных вод в объеме септика включается еще и биологический механизм их очистки – в объеме септика происходит процесс разложения органических веществ под влиянием жизнедеятельности анаэробных (живущих в бескислородной среде) микроорганизмов, споры которых заносятся в септик со стоками.
Оптические методы. Принцип их действия основан на избирательном поглощении газами лучистой энергии в инфракрасной, ультрафиолетовой и видимой областях спектра, Газы, молекулы которых состоят из двух или большего числа различных атомов, поглощают лучистую энергию инфракрасной области спектра. К приборам, основанным на поглощении инфракрасного излучения, относятся оптико-акустические газоанализаторы для определения окиси и двуокиси углерода, а также метана.
Вторая половина XX в. характеризовалась нарастающим широкомасштабным загрязнением атмосферы, причем не только в приземном слое, но и на больших высотах. Это загрязнение атмосферы было обусловлено выбросами пыли, различных газов от промышленных предприятий, тепловых электростанций, от транспорта, работающем на дизельном топливе, бензине, мазуте, метане и др. Причем в указанный период времени происходил значительный рост числа крупных промышленных предприятий, транспорта всех видов – автомобильного, морского, речного, воздушного. Рост промышленного производства и всего мирового хозяйства был обусловлен несколькими причинами:
– мутная вода – либо высокое содержание воздуха из-за неисправного насоса, либо присутствие метана.
– мутная вода – либо высокое содержание воздуха из-за неисправного насоса, либо присутствие метана.
Этилмеркаптан С2Н5SН — наиболее распространенный одорант, бесцветная прозрачная жидкость
Одоризация — это придание природному газу специфического запаха с помощью специальных компонентов для своевременного обнаружения возможных утечек.
Природный газ не имеет цвета и запаха, что затрудняет обнаружение его утечек.
Добавление резкого и неприятного, предупреждающего запаха в природный газ упрощает обнаружение утечек.
Резкий запах должен ощущаться носом человека уже при небольшой объемной концентрации добавленного вещества, начиная с уровня от 20% нижнего порога образования взрывоопасной концентрации.
Одоризация не изменяет физико-химические свойства природного газа.
Для этой цели используются одоранты — вещества:
- физиологически безвредные,
- неагрессивные по отношению к металлам и материалам газовых сетей и приборов,
- инертные к составным частям природного газа.
Наиболее известны одоранты сернистых соединений:
- этилмеркаптан С2Н5SН — наиболее распространенный одорант, бесцветная прозрачная жидкость;
- метилмеркаптан;
- пропилмеркаптан;
- каптан;
- сульфан.
Типы одорантов
Тетрагидротиофен (THT) — циклический сульфид.
Один из самых стойких к окислению от трубопроводов одорантов.
Имеет среднюю интенсивность запаха.
Формула: C4H8S
Молекулярная масса: 88.172
Регистрационный номер химсоединения по классификации CAS: 110-01-0
Относительная плотность: 1.000
Точка кипения: 115 — 124 °C
Точка замерзания: -96°C
Температура вспышки: -7 °C
Содержание серы: 36.37 (вес %)
Димитилсульфид (DMS) — характеризуется хорошей устойчивостью к окислению.
Запах схож с запахом чеснока.
Обычно используется, как примесь к тетрагидротиофену.
Формула: C2H6S
Молекулярная масса: 62.135
Регистрационный номер химсоединения по классификации CAS 75-18-3
Относительная плотность 0.8
Точка кипения 37 °C
Точка замерзания -98°C
Температура вспышки -38 °C
Содержание серы 51.61 (вес %)
Этилмеркаптан (EM) — классический одорант, применяемый на территории РФ.
Норма одоризации газа составляет 16 г/1000м3
Формула C2H6S
Молекулярная масса 62.135
Регистрационный номер химсоединения по классификации CAS 75-08-1
Относительная плотность 0.839
Точка кипения 34 — 37 °C 31
Точка замерзания -148 -121°C
Температура вспышки -48 °C
Содержание серы 51.61 (вес %)
Метилакрилат (MA) и Этилакрилат (EA) — не серосодержащие одоранты, экологически чистые, но более дорогие.
Формула C4H6O и C5H8O2
Молекулярная масса 86.0892 и 100.1158
Регистрационный номер химсоединения по классификации CAS 96-33-3 и 140-88-5
Относительная плотность 0.9535 – 0.9574 0.9
Точка кипения 78 — 81 °C и 99 — 100 °C
Точка замерзания -75°C и -72°C
Температура вспышки -3 °C и 8.3 °C
Содержание серы (вес %) 32
Смеси одорантов
Делятся на 4 основные категории:
меркаптановые смеси;
Меркаптан / алкилсульфидные смеси;
Тетрагидротиофен / меркаптановые смеси;
Смеси акрилатов (без серы).
Смешивание одорантов позволяет достичь или улучшить определенные свойства одоранта.
Одоранты, применяемые в России
этилмеркаптан. Из-за химической нестабильности окисляется в газопроводах с образованием дисульфида, который имеет меньшую интенсивность запаха;
смесь природных меркаптанов (СПМ), используемая с 1984 г, на большинстве газораспределительных станциях России. Производится в Оренбурге по ТУ 51-31323949- 94-2002.. Состав смеси: Этилмеркаптан < 44%, Изопропилмеркаптан 31 %, Бутилмеркаптан 11%, Н-пропилмеркаптан 6 %, Трет-бутилмеркаптан 5 %, Н-бутилмеркаптан 1,5 %, Тетрогидротиофен 1,5 %.
Физико-химические свойства, которыми должны обладать одоранты:
- химическая стабильность, отсутствие реакции с газовыми компонентами;
- высокое давление конденсации пара;
- не должен оказывать коррозионного воздействия на технологическое оборудование в применяемых концентрациях;
- стойкость и резкость запаха выше тяжелых гомологов метана;
- не должен содержать воду, не должен окислять стенки газопроводов.
- Одоризацию проводят на газораспределительных станциях (ГРС) непосредственно перед подачей газа потребителям.
Одоризация — важная операция технологического процесса на ГРС, поскольку может предупредить утечку и связанные с ней аварийные ситуации.
Специальные Блоки одоризации (БО) на ГРС обеспечивают подачу одоранта пропорционально расходу газа по установленным нормам.
Норма добавления реагента в природный газ: 16 г/1000 м3 (при температуре 0°С и давлении 760 мм.рт.ст.).
Годовое потребление одорантов — тысячи тонн.
Блоки одоризации на ГРС работают в ручном и автоматическом режимах.
Основные типы БО на ГРС:
- капельные БО, где реагент подается в газопровод в виде капель или тонкой струи;
- барботажные БО, которые работают по принципу насыщения отведенного потока газа парами одоранта в барботажной камере и затем смешения его с основным потоком в газопроводе.
- на складах — в контейнерах заводского изготовления на открытых площадках;
- непосредственно на ГРС — в подземных или надземных металлических емкостях, связанных технологическими линиями с БО.
История
Впервые одоризацию газа, применив этилмеркаптан, для определения утечек в гидравлическом контуре использовал Фон Квальо в Германии в 1880х гг.
Широкое внедрение техпроцесса одоризации началось в 1930х гг. в Англии, когда после крупной аварии, произошедшей из-за утечки газа было разрушенное здание и погибло 319 человек. В результате этого несчастного случая, после Англии, проводить одоризацию газа начали в Канаде и США.
Ныне одоризация горючих газов применяется во всем мире.
Природный газ (Natural gas) — смесь газов, образовавшихся в недрах Земли при анаэробном разложении органических веществ — катагенетического преобразования органического вещества осадочных горных пород.
Он не имеет ни цвета, ни запаха.
Легче воздуха в 1,8 раза.
Горюч и взрывоопасен.
При утечке не собирается в низинах, а поднимается вверх.
Природный газ относится к полезным ископаемым.
Газ — это энергоресурс: 1 млрд м3 газа = 10,46 ТВт*час электроэнергии.
При сжигании 0,083 м3 — 0,125 м3 ( в среднем 0,1 м3) природного газа (в зависимости от состава природного газа и условий его сгорания) образуется 1 кВт*ч тепловой энергии.
Перевод единиц МВт*час в единицы объема для природного газа: 1 МВт*час = 95,3 м3.
Перевод Btu в единицы объема для природного газа: 1000 м3 = 35,8 млн Btu.
Обратный перевод 1 млн Btu = 27,9 м3.
Природный газ в пластовых условиях (условиях залегания в земных недрах) находится:
- в газообразном состоянии — он широко распространен и содержится в пластах горных пород в недрах земли:
- в виде газовых залежей (отдельных скоплений, заключенных в «ловушке» между осадочными породами),
- в виде газовых шапок в нефтяных месторождениях;
- в растворенном состоянии — в нефти и воде;
- в твердом состоянии — в виде газовых гидратов (т.н. «горючий лед») — кристаллических соединений природного газа и воды переменного состава. Газовые гидраты — перспективный источник топлива.
При стандартных условиях (101,325 кПа и 20 °C) природный газ находится только в газообразном состоянии.
В определенных термодинамических условиях:
- гидростатическое давление (до 250 атм);
- сравнительно низкая температура (до 295°К),
- соединяясь с пластовой водой, может переходить в земной коре в твердое ( кристаллическое ) состояние.
Газогидратные залежи обладают более высокой концентрацией газа в единице объема пористой среды, чем в обычных газовых месторождениях, так как 1 объем воды при переходе ее в гидратное состояние связывает до 220 объемов газа.
1 нормальный кубический метр газа (Нм3) — внесистемная единица измерения газа, который в газообразном состоянии занимает 1 м3 при нормальных условиях (давление 760 мм ртутного столба, что соответствует 101325 Па, и температура 0 °С).
В ИЮПАК принято системное понятие «стандартных условий» (давление 105 Па,и 0 °С).
Состав природного газа
Основная часть — метан (CH4) — 92 — 98 %.
В состав природного газа могут также входить более тяжелые углеводороды — гомологи метана:
- этан (C2H6),
- пропан (C3H8),
- бутан (C4H10).
а также другие неуглеводородные вещества:
- водород (H2),
- сероводород (H2S),
- диоксид углерода (СО2),
- азот (N2),
- гелий (Не).
В зависимости от содержания метана выделяются 2 основные группы природного газа:
- группы H (высококалорийный газ) — с высоким содержанием метана (от 87% до 99%), самый высококачественный.
- группы L (низкокалорийный газ) — характеризуется менее высоким содержанием метана — от 80% до 87%. Чистый природный газ не имеет цвета и запаха.
Многие газовые месторождения, залегающие на глубине не более 1,5 км, состоят из метана с небольшими примесями его гомологов (этапа, пропана, бутана), азота, аргона, иногда углекислого газа и сероводорода, но с глубиной содержание гомологов метана обычно растет.
В газоконденсатных месторождениях (ГКМ) содержание гомологов метана значительно выше, чем метана.
Больше гомологов метана и у нефтяных попутных газов (ПНГ).
В отдельных газовых месторождениях наблюдается повышенное содержание углекислого газа CO2, сероводорода H2S и азота.
Чтобы можно было определить утечку по запаху, в газ добавляют небольшое количество веществ — Одорантов.
Одорант (Odorant) специально выбирают с сильным неприятным запахом (гнилой капусты, прелого сена, тухлых яиц).
Чаще всего в качестве одоранта применяется этилмеркаптан (16 г / 1000 м3 природного газа).
Для облегчения транспортировки и хранения природного газа его сжижают, охлаждая при повышенном давлении.
Ориентировочные физические характеристики (зависят от состава; при нормальных условиях, если не указано другое):
Плотность природного газа:
- от 0,68 до 0,85 кг/м³ относительно воздуха (сухой газообразный);
- 400 кг/м³ (жидкий).
Температура самовозгорания: 650 °C;
Взрывоопасные концентрации смеси газа с воздухом от 5 % до 15 % объёмных;
Удельная теплота сгорания: 28-46 МДж/м³ (6,7-11,0 Мкал/м³);
Октановое число при использовании в двигателях внутреннего сгорания: 120-130.
Легче воздуха в 1,8 раз, поэтому при утечке не собирается в низинах, а поднимается вверх.
Месторождения
В осадочной оболочке земной коры сосредоточены огромные залежи природного газа.
Согласно теории биогенного (органического) происхождения нефти, они образуются в результате разложения останков живых организмов.
Считается, что природный газ образуется в осадочной оболочке при бо́льших температурах и давлении, чем нефть.
С этим согласуется тот факт, что месторождения газа часто расположены глубже, чем месторождения нефти.
Промышленные месторождения газов природных горючих встречаются в виде:
- обособленных скоплений, не связанных с каким-либо др. полезным ископаемым;
- в виде газонефтяных месторождений, в которых газообразные углеводороды полностью или частично растворены в нефти или находятся в свободном состоянии и заполняют повышенную часть залежи (газовые шапки) или верхние части сообщающихся между собой горизонтов газонефтяной свиты;
- в виде ГКМ, в которых газ обогащен жидкими, преимущественно низкокипящими углеводородами.
Природный газ находится в земле на глубине от 1000 метров до нескольких километров в отложениях всех геологических систем, начиная с конца протерозоя и на различных глубинах, но чаще всего до 3 км.
Газовые залежи по особенностям их строения разделяются на 2 группы:
- пластовые — где скопления газа приурочены к определенным пластам-коллекторам;
- массивные — не подчиняются в своей локализации определенным пластам
Среди пластовых наиболее распространены сводовые залежи, сохраняемые мощной глинистой или галогенной покрышкой.
Подземными природными резервуарами служат:
- для 85% газовых месторождений и ГКМ — песчаные, песчано-алевритовые и алевритовые породы, нередко переслоенные глинами;
- в 15% случаев — карбонатные породы.
Месторождение — это несколько залежей, подчиненных единой геологической структуре.
Залежи формируются в природных ловушках на путях миграции газа.
Миграция происходит в результате:
- статической или динамической нагрузки горных пород, выжимающих газ,
- при свободной диффузии газа из областей высокого давления в зоны меньшего давления.
Сверхглубокой скважиной недалеко от г. Новый Уренгой получен приток газа с глубины более 6000 метров.
В недрах газ находится в микроскопических пустотах (порах).
Поры соединены между собой микроскопическими каналами — трещинами, по этим каналам газ поступает из пор с высоким давлением в поры с более низким давлением до тех пор, пока не окажется в скважине.
Движение газа в пласте подчиняется определенным законам.
Для разведки газа проводят геологоразведочные работы (ГРР).
Для добычи газа обустраивают нефтегазовый промысел.
Газ добывают из недр земли с помощью скважин.
Скважины стараются разместить равномерно по всей территории месторождения.
Это делается для равномерного падения пластового давления в залежи.
Иначе возможны перетоки газа между областями месторождения, а также преждевременное обводнение скважин.
Газ выходит из недр вследствие того, что в пласте находится под давлением, многократно превышающем атмосферное.
Структура месторождений различны для складчатых и платформенных условий.
В складчатых районах выделяются 2 группы структур: связанные с антиклиналями и моноклиналями.
В платформенных районах — 4 группы структур:
- куполовидные и брахиантиклинальные поднятия,
- эрозионные и рифовые массивы,
- моноклинали,
- синклинальные прогибы.
Все газовые месторождения и ГКМ приурочены к определенному газонефтеносному осадочному (осадочно-породному) бассейну, представляющему собой автономные области крупного и длительного погружения в современной структуре земной коры.
Различают 4 группы:
- приуроченные к внутриплатформенным прогибам (например, Мичиганский и Иллинойсский бассейн США, Волго-Уральская НГП РФ);
- приуроченные к прогнутым краевым частям платформ (например, Зап.-Сибирский в РФ);
- контролируемые впадинами возрожденных гор (бассейны Скалистых гор в США, бассейны Ферганской и Таджикской впадин в Таджикистане);
- связанные с предгорными и внутренними впадинами молодых альпийских горных сооружений (Калифорнийский бассейн в США, сахалинский бассейн в РФ).
Огромными запасами природного газа обладают Россия, Иран, большинство стран Персидского залива, США, Канада.
Из европейских стран — Норвегия, Нидерланды.
Среди бывших республик СССР большими запасами газа владеет Туркмения, Азербайджан,Узбекистан а также Казахстан.
Наиболее крупными месторождениями в РФ являются:
- Уренгойское — 4 трлн м3, Заполярное — 1,5 трлн м3, приуроченные к меловым отложениям Западно-Сибирского бассейна,
- Вуктыльское — 750 млрд м3, Оренбургское — 650 млрд м3 -в Волго-Уральской НГП,
- Ставропольское — 220 млрд м3 на Северном Кавказе.
Газли — 445 млрд м3 в Средней Азии;
Шебелинское — 390 млрд м3 на Украине.
США — 8,3 трлн м3, Алжир — 4,0 трлн м3, Иран — 3,1 трлн м3, Нидерланды — 2,3трлн м3;
Крупнейшие месторождения (в трлн м3): в США — Панхандл-Хьюготон -1,96; в Нидерландах — Слохтерен (Гронинген) -1,65; в Алжире — Хасси-Рмель -около 1.
В 2011 г, согласно данным ЦДУ ТЭК РФ, добыча газа в России составила 670,5 млрд м³ /год
Добыча и подготовка
Природный газ добывается на нефтегазопромыслах.
Осушка — 1я стадия обработки природного газа:
- абсорбция специальными жидкостями (гликолями);
- адсорбция твердыми поглотителями;
- дросселирование.
Отбираемый газ уносится вместе с содержащейся в пластах водой.
Пары воды в газе усложняют техпроцесс его транспортировки по газопроводам.
Для очистки природного газа от сероводорода чаще применяют процесс Клауса:
SO2 + 2H2S = 3S + 2H2O.
Сероводород и меркаптаны:
- вызывают коррозию газопроводов,
- обуславливают появление диоксида серы при сжигании газа,
- отравляют катализаторы газохимической переработки.
Применение
- газы природные горючие — высокоэкономичное энергетическое фоссильное топливо, теплота сгорания 32,7 Мдж/м3 (7800 ккал/м3) и выше;
- применяется как топливо на тепловых электростанциях (ТЭС),
Преимущества природного газа перед нефтью и углем:
- высокая теплотворная способность,
- возможность сетевой ( трубопроводной) или танкерной доставки к любому потребителю;
- отсутствие золы при горении.
Недостатки газа, как энергоносителя:
- наличие соединений серы, которые при горении превращаются в диоксид серы (SO2);
- горение газа также приводит к образованию СО2 — парникового газа, который способствует повышению температуры атмосферы;
- горение газа в топках котлов ТЭС при высокой температуре сопровождается окислением азота воздуха, поэтому в дымовых газах ТЭС есть токсичные оксиды азота.
Сырье для газохимии
- в чёрной и цветной металлургии,
- цементной и стекольной промышленности,
- при производстве стройматериалов и для коммунально-бытовых нужд,
- для производства метилового спирта, формальдегида, ацетальдегида, уксусной кислоты, ацетона и др. органических соединений,
- конверсией кислородом или водяным паром из метана получают синтез-газ (CO+H2) — сырье для получения аммиака, спиртов и др. органических продуктов,
- пиролизом и дегидрогенизацией метана получают ацетилен, сажу и водород — сырье для синтеза аммиака,
- для получения олефиновых углеводородов: этилена и пропилена — сырья для дальнейшего органического синтеза. Из них производят пластические массы, синтетические каучуки, искусственные волокна и др. продукты.
Метан — в обычных условиях легкий бесцветный газ, без вкуса и запаха.
Метан, CH4 — простейший по составу предельный углеводород, органическое вещество класса алканов.
В природе содержится в природном газе, добываемом из газовых и газоконденсатных месторождений, в попутном нефтяном газе, в рудничном и болотном газах. Также растворен в нефти, в пластовых и поверхностных водах. В твердом состоянии встречается в виде газогидратов.
Общая характеристика
Метан — в обычных условиях легкий бесцветный газ, без вкуса и запаха.
Однако в метан, используемый в качестве технического газа, могут добавляться одоранты – вещества, имеющие резкий неприятный запах для предупреждения его утечки.
Он пожаро- и взрывоопасен.
Химические свойства метана
Почти не растворяется в воде и других полярных растворителях.
Зато растворяется в некоторых неполярных органических веществах (метанол, ацетон, бензол, тетрахлорметан, диэтиловый эфир и другие).
Метан по токсикологической характеристике относится к веществам 4го класса опасности (малоопасным веществам) по ГОСТ 12.1.007.
Метан трудно вступает в химические реакции.
В обычных условиях не реагирует с концентрированными кислотами, расплавленными и концентрированными щелочами, щелочными металлами, галогенами (кроме фтора), перманганатом калия и дихроматом калия в кислой среде.
Химические свойства метана аналогичны свойствам других представителей ряда алканов.
Так как метан в большом количестве встречается в природе (например, содержится в природном газе, попутном нефтяном газе и выделяется при крекинге нефтепродуктов), его, как правило, не получают искусственно.
Его выделяют при очистке и сепарации из природного газа, ПНГ и нефти при перегонке.
Кроме того, его получают из метаногидратов (гидратов природного газа), в процессе эксплуатации биогазовых установок и пр.
Промышленное производство
Метан в промышленных и лабораторных условиях получается в результате следующих химических реакций:
К материалу «На шахте «Юбилейная» в Кузбассе произошла вспышка метана»
Метан, или «гремучий газ», природный газ без цвета и без запаха, считается смертельным врагом шахтера, так как значительные его массы содержатся в каменноугольных копях, где происходит разложение органических остатков. В шахтах он скапливается в пустотах среди пород, в основном, под кровлей выработок и от малейшей искры может в любой момент взорваться. Обычно выброс метана происходит одновременно с выбросом или обрушением угольной породы. С того самого момента, как начались подземные разработки угля, взрывы метана стали уносить жизни горняков.
Когда еще не было электричества, виноват был обычно открытый огонь — масляные лампы, свечи, факелы, поэтому горнякам под землей запрещалось курить, зажигать спички и так далее. Но бывало и так, что и без взрывов из шахт выносили мертвых горняков, отравившихся рудничным газом. Поэтому с незапамятных времен горняки научились отслеживать своего врага. Сто лет назад они брали под землю клетку с канарейкой, и пока слышалось пение птицы можно было работать спокойно: в шахте нет гремучего газа. Если же канарейка замолкала на долгое время, а еще хуже — навсегда, значит — рядом смерть. В начале XIX века известный химик Х.Дэви изобрел безопасную шахтерскую лампочку, затем на смену ей пришло электричество, но взрывы на угольных шахтах продолжались.
Построенные в 40-50 -х годах ХХ века шахты были уже оснащены контрольно-измерительным оборудованием, правда, его чувствительность была не намного выше, чем у канарейки. В наши дни канарейку заменили головные светильники, совмещенные с метаноискателями, и автоматические установки локализации взрывов метана и угольной пыли в начальной стадии их возникновения. Для того, чтобы максимально сократить возможность пожаров и других ЧП на угольных шахтах, под землей начинают устанавливать специальные датчики, которые из забоя передают информацию на поверхность: содержание метана, других газов, температуру воздуха. Диспетчер контролирует ситуацию в любом уголке горных выработок. Главное предназначение системы автоматического контроля — исключение взрыва при выбросе газа. Как только концентрация метана превышает допустимую норму (в зависимости от участка шахты — от 0,75% до 2%), аппаратно-программный комплекс (КАГИ) полностью отключает напряжение на всем электрооборудовании данного участка, также перед проведением работ на шахте проводятся меры предварительной дегазации.
Несмотря на это и сегодня шахтеры нередко все еще пользуются дедовским способом — берут с собой в забои канареек. Но птица стоит дорого, поэтому в некоторых шахтах горняки экономят и берут с собой вместо канарейки чифирь (крепко заваренный чай). По словам горняков, в потенциально опасных туннелях необходимо смочить чифирем язык: очень горький на вкус напиток становится сладковатым и отдает металлом там, где есть повышенная концентрация метана, а это верный знак того, что из этого места нужно уходить.