Природные источники углеводородов

Природный газ представляет собой смесь газов, состав которой в значительной мере определяется месторождением. Однако в любом случае основным компонентом является метан, объёмная доля которого колеблется от 70 до 98%. Остальные компоненты – это этан, пропан, бутан, изобутан, неорганические газы (азот, углекислый и благородные газы). Чем больше относительная молекулярная масса углеводорода, тем меньше его содержание в природном газе. Природный газ добывают из подземных месторождений.

Чистый метан не имеет запаха. Однако используемый в быту газ имеет характерный неприятный запах. Так пахнут специальные добавки – меркаптаны. Запах меркаптанов позволяет вовремя обнаружить утечку бытового газа. Смеси метана с воздухом взрывоопасны в широком диапазоне соотношений – от 5 до 15% газа по объему. Поэтому при ощущении запаха газа в помещении нельзя не только зажигать огонь, но и пользоваться электрическими выключателями. Малейшая искра способна вызвать взрыв.

При сгорании предельных углеводородов выделяется большое количество теплоты, поэтому природный газ служит самым эффективным и дешевым топливом для тепловых электростанций, котельных установок, доменных и стекловаренных печей. Кроме того, при полном сгорании алканов воздух практически не загрязняется вредными выбросами, поскольку продукты горения – углекислый газ и вода.

Метан, содержащийся в природном газе, представляет немалую ценность как сырье для химической промышленности. Его используют для производства водорода, сажи, ацетилена, галогенопроизводных, кислородсодержащих органических веществ.

Попутный нефтяной газ растворён в нефти или находится над ней, образуя своеобразную «газовую шапку». В процессе добычи нефти его отделяют и используют в качестве топлива или химического сырья. В отличие от природного газа попутный нефтяной газ содержит меньше метана, но больше его гомологов: этана, пропана, бутана, пентана и др.

Для практических целей попутный нефтяной газ разделяют на составные части – фракции. Фракция, содержащая пентан и гексан – это газовый бензин, используется в качестве низкосортного топлива для двигателей внутреннего сгорания. Фракцию, содержащую пропан и бутан, используют в качестве топлива для двигателей, работающих на сжиженном газе. Именно такая смесь находится в бытовых газовых баллонах красного цвета, а также в газовых зажигалках. Еже одна фракция – так называемый сухой газ. Он сходен по составу с природным и может использоваться в качестве топлива или химического сырья.

Нефтьпредставляет собой маслянистую жидкость обычно темно-бурого, почти черного цвета, практически нерастворимую в воде. По составу нефть – сложная смесь, главной частью которой являются предельные углеводороды, нефть может содержать циклоалканы и ароматические углеводороды. Нефть разных месторождений сильно различается по составу. Рис. 1.

Рис. 1. Нефть разных месторождений

Рис. 2. Месторождения нефти

Необработанную нефть называют сырой, практически вся она идет на переработку. Вначале из нее удаляют растворенные попутные нефтяные газы, а также парафин, затем отправляют на фракционную перегонку, или ректификацию.

Ректификация (перегонка) – разделение жидких смесей на фракции или отдельные компоненты на основании различия в их температурах кипения.

Рис. 3. Фракционная перегонка нефти.

Ректификация осуществляют на специальных установках, называемых ректификационными колоннами. Рис. 3. В колонну нефть поступает нагретой до температуры 340-360⁰С. Выкипающие газообразные углеводороды поднимаются по колонне вверх, постепенно остывая. При охлаждении до температуры кипения пары вещества конденсируются, превращаясь в жидкость, на горизонтальных перегородках колонны – тарелках. Чем выше расположена тарелка, тем ниже температура кипениянаходящихся на ней жидких продуктов разделения нефти. Удаляя жидкость с определенных тарелок, получают нефтяную фракцию, кипящую в некотором интервале температур.