Метан СН4 - наиболее легкий из углеводородов, плотность его при
нормальных физических условиях составляет 0,717 кг/м3. Отношение его плотности к плотности воздуха равно 0,554.
Метан - это бесцветный газ, не имеющий запаха. Он нетоксичен, но при большой концентрации в воздухе вызывает удушье. При давлении 0,1 МПа и температуре-162 °С он сжижается.
Вслед за метаном в гомологическом ряду идет этан С2Н6. По плотности этот газ близок к воздуху; при давлении 0,1 МПа и температуре 20 °С он может рассматриваться как идеальный газ. В природных газах чисто газовых месторождений содержатся лишь доли процента этана. Увеличение содержания этана в составе природного газа повышает его теплоту сгорания. В соответствии с этим этан является ценным компонентом газообразования топлива.
Следующий насыщенный углеводород — пропан С3Н6. Пропан в 1,5 раза тяжелее воздуха. Различие в составе пропана и этана сводится к наличию в молекуле пропана одной группы СН2. Каждый последующий углеводород данного гомологического ряда отличается от предыдущего на одну группу СН2, называемую группой гомологической разности. Пропан содержится в сравнительно незначительном количестве в природных газах чисто газовых месторождений. Значительно больше его содержится в природных газах газоконденсатных месторождений. Пропан легко сжижается. Температура сжижения его при атмосферном давлении равна -43 °С. При снижении давления сжиженный пропан легко испаряется, что позволяет хранить и транспортировать его в сжиженном виде при небольшом давлении, а перед использованием регазифицировать и сжигать в газообразном состоянии.
Бутан С4Н10- газ, имеющий два изомера - н. бутан и изобутан. Оба изомера при давлении 0,1 МПа легко переходят в жидкое состояние. При этом давлении н. бутан становится жидкостью при температуре -0,5 "С, а изобутан при температуре -10,5 °С. Следовательно, бутан, как и пропан, легко сжижаются и составляют основу сжиженных углеводородных газов. Парциальные давления этана, пропана и бутана очень малы, и в газовой смеси они могут рассматриваться как идеальные газы. Кроме углеводородов, в состав природных газов входят негорючие газы, к которым относятся азот, диоксид углерода, или углекислый газ, и кислород.
Азот N является двухатомным бесцветным газом, не имеющим запаха и вкуса. Азот практически не реагирует с кислородом, поэтому его рассматривают как инертный газ. В большинстве природных газов его содержание составляет 0,5-3%.
Диоксид углерода С02 является бесцветным тяжелым газом со слегка кисловатым запахом и вкусом. Этот газ не способен к горению. При высоком содержании углекислого газа в воздухе (5—10% по объему) этот газ вызывает удушье. Содержание диоксида углерода в природном газе обычно не превышает 1% по объему.
При давлении 0,1 МПа диоксид углерода, минуя жидкое состояние, переходит в твердое состояние при температуре - 78 0С. Твердый диоксид углерода называют сухим льдом и используют для хранения пищевых продуктов.
Кислород О, является бесцветным газом без запаха и вкуса. Плотность кислорода при нормальных физических условиях равна 1,34 кг/м3. В процессе горения кислород играет роль окислителя. Примесь кислорода в газообразном топливе допускается не более 1 % по объему как по соображениям взрывобезопасности, так и в целях предохранения оборудования от коррозии.
Таблица 1
Физические характеристики компонентов природного газа.
| Компонент состава газа | Формула | Мольная масса | Плотность, кг/м3 | Плотность по отношению к воздуху | Температура сжижения, 0С |
| Метан | сн4 | 16,04 | 0,72 | 0,55 | -161,5 |
| Этан | с2н6 | 30,07 | 1,36 | 1,05 | -89 |
| Пропан | с3н8 | 44,09 | 2,02 | 1,55 | -42 |
| Бутан | с4н10 | 58,12 | 2,70 | 2,08 | -1 |
| Пентан | с5н12 | 72,15 | 3,22 | 2.50 | + 36 |
| Гексан | с6н14 | 86,18 | - | 3.00 | + 68 |
| Этилен | с2н4 | 28,05 | 1,26 | 0,98 | -104 |
| Пропен | с3н6 | 42,08 | 1,92 | 1,48 | -48 |
| Бутен | с4н8 | 56,10 | 2,60 | 2,00 | -6 |
| Пентен | с5н10 | 70,13 | 3,13 | - | - |
| Ацетилен | с2н2 | 26,04 | 1,17 | 0,31 | -84 |
| Бензол | с6н6 | 78,11 | 3,48 | - | - |
| Оксид углер. | со | 28,01 | 1,25 | 0,97 | -192 |
| Углекис.газ | со2 | 44,01 | 1,98 | 1,53 | -78 |
| Сероводород | H2S | 34,08 | 1,54 | 1,19 | +46 |
| Азот | N2 | 28,02 | 1,25 | 0,97 | -196 |
| Кислород | о2 | 32,0 | 1,43 | 1,10 | -186 |
| Водород | Н2 | 2,02 | 0,09- | 0,07 | -253 |
| Водяной пар | н2о | 18,02 | 0,77 | 0,59 | + 100 |
Углеводородные газы — один из важнейших видов энергетических ресурсов, а также источников сырья для нефтехимии. Доля нефти и газа, используемая в нефтехимической и химической промышленности составляет 4–10 % от мирового потребления. Доля газа в топливно-энергетическом комплексе непрерывно возрастает. По прогнозу общее потребление энергоресурсов в мире в 2020 г. составит 17–23 млрд т. условного топлива (теплотворной способностью 29,5 кДж/т). Из них на газ придется 26,2 %.
Природные газы в зависимости от условий происхождения и залегания в земной коре подразделяются на три группы:
- чисто газовые месторождения,
- газонефтяные (газ растворен в нефти или находится в виде газовой шапки над нефтяной залежью),
- газоконденсатные (при давлении в пласте свыше 30–60 МПа в газах растворяются углеводороды, кипящие до 360 °С.
При выходе газа из скважины на поверхность и сброса давления жидкие углеводороды конденсируются и отделяются от газа).
Газы чисто газовых месторождений называют природными газами. Газы газонефтяных месторождений — попутным газом. В состав природных газов входят метан и его гомологи. При содержании гомологов метана менее 15 об. % газы называются сухими, более 15 об. % — жирными.
Доказанные мировые запасы природных газов на 2001 г. составляют 149,5 трлн м3. Общее количество газа, включая прогнозные запасы, оцениваются в 296,7 трлн м3.
Ниже приведено распределение доказанных мировых запасов газа по регионам и по странам (об. %):
Таблица 2
| Центральная Европа и СССР | 37,3 | Китай | 0,9 |
| Ближний Восток | 35,2 | Туркменистан | 1,9 |
| Африка | 7,9 | Нигерия | 2,3 |
| Азия | 7,2 | Венесуэла | 2,8 |
| Северная Америка | 5,0 | Алжир | 3,0 |
| Центральная и Южная Америка | 4,4 | США | 3,2 |
| Другие страны | 3,0 | Саудовская Аравия | 4,0 |
| ОАЕ | 4,0 | ||
| Катар | 7,5 | ||
| Иран | 15,4 | ||
| Другие страны | 20,7 | ||
| Россия | 32,2 |
Таблица 3
Добыча газа в мире и прогноз являет собой следующее (млрд м3):
| 1990 г. | 1995 г. | 2000г. | 2010г. | 2020 г. | |
| Северная Америка | 638 | 712 | 741 | 1080 | 1420 |
| Западная Европа | 205 | 249 | 280 | 240 | 226 |
| Страны СНГ | 853 | 734 | 719 | 693 | — |
| Ближний Восток | 105 | 141 | 193 | 226 | 254 |
| Всего в мире, включая остальные регионы | 2083 | 2208 | 2400 | 3398 | 4588 |
Таблица 4
Добыча газа в России (млрд м3):
| СССР | 1960 г. | 45,3 |
| СССР | 1968 г. | 169,1 |
| СССР | 1980 г. | 435,2 |
| СССР | 1986 г. | 686,0 |
| Россия | 1995 г. | 595,0 |
| Россия | 2000 г. | 584,2 |
| Россия | 2010 г. | 580,0 |
Экспорт газа из России в 1995 г. — 191 млрд м3, 2000 г. — 208 млрд м3, 2010 г. (прогноз) — 255 млрд м3, 2020 г. (прогноз) — 255 млрд м3.
К основным газовым месторождениям относят: Уренгойское, Ямбургское, Медвежье, Заполярное, Астраханское, Вуктыльское, Оренбургское, Шатлыкское, Шебелинское, Ставропольское (Россия); Парс, Канган (Иран); Панхандл-Хьюготон (США); Слохтерен (Нидерланды); Хасси-Рмель (Алжир).
Природный газ образует самостоятельные месторождения. Химический состав природных газов, полученных из чисто газовых месторождений, приведен в табл. 6. В составе природных газов в основном присутствует метан. Такие газы можно отнести к сухим газам. Состав природного газа может колебаться в зависимости от условий, связанных с эксплуатацией месторождений.
Газоконденсатные месторождения (табл.7 и 8) образуются при определенных сочетаниях термобарических, качественных и количественных параметров газовой и жидкой фаз. При этом проявляются процессы испарения жидкой фазы в газовую. Это приводит к образованию в сжатых газах газоконденсатных растворов. Содержание конденсата в газе от 40 г/м3 до 1400 г/м3 и более. При снижении давления в процессе добычи газа конденсат выпадает в жидком виде. По своему составу газы газоконденсатных месторождений близки к природному газу. Газовый конденсат содержит бензиновые и керосино-газойлевые фракции. Чем выше давление в пласте, тем тяжелее фракционный состав конденсата. Газовый конденсат передается на нефтеперерабатывающие заводы для получения из него сжиженных газов, бензина и дизельного топлива. Выделение растворенного газа начинается уже в стволе скважины, а затем происходит в сепараторах различной конструкции. Попутный газ выделяется из нефти при подъеме ее на поверхность и снижении давления. Количество попутных газов (в м3), приходящееся на 1 т добытой нефти, называется газовым фактором. Газовый фактор зависит от условий формирования и залегания нефтяных пластов. Значения газового фактора для некоторых нефтей составляют (м3/т):