Природные углеводороды. Классификация и особенности химического состава
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное
бюджетное образовательное
высшего профессионального образования
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ МИНЕРАЛЬНО-СЫРЬЕВОЙ УНИВЕРСИТЕТ «ГОРНЫЙ»
Кафедра минералогии, кристаллографии и петрографии.
Реферат.
Природные углеводороды. Классификация и особенности химического состава.
Выполнила: студент гр. МГПн-09
_________________
ЦЕНКА: _____________
Дата: __________________
ПРОВЕРИЛ:
_________________ /ПЕТРОВ ./
Санкт-Петербург
2013 год
Содержание
природный газ химический нефтяной
Введение
1. Состав, свойства и классификация природных газов
1.1 Химический состав природных газов, формирование химического состава газов в газовых и нефтяных залежах
1.2 Классификация природных газов
2.2.1 Классификация по условиям нахождения в природе
2.2.2 Классификация по генезису газов
2.2.3 Классификация газов по химическому составу
2.2.4 Классификация газов по их практической ценности
2.2.5 Классификация и индексация В.И. Старосельского, классификация В.А. Соколова
3. Классификация битумов
3.1 Состав битумов
4 Углеводородистый состав нефти классификация
4.1 Химерические классификации нефти
4.2 Товарная и техническая классификация нефти
4.3 Неуглеродные соединения нефти
Заключение
Список литературы
Введение
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 больших температурах и давлениях, чем нефть. С этим согласуется тот факт, что месторождения газа часто расположены глубже, чем месторождения нефти.
Огромными запасами природного газа обладают Россия (Уренгойское месторождение), Иран, большинство стран Персидского залива, США, Канада. Из европейских стран стоит отметить Нидерланды, и иногда упоминают Норвегию, но её запасы невелики. Среди бывших республик Советского Союза большими запасами газа владеет Туркмения, а также Казахстан (Карачаганакское месторождение).
Во второй половине XX века в университете им. И. М. Губкина были открыты природные газогидраты (или гидраты метана). Позже выяснилось, что запасы природного газа в данном состоянии огромны. Они располагаются как под землёй, так и на незначительном углублении под морским дном.
Метан и некоторые другие углеводороды широко распространены в космосе. Метан - третий по распространённости газ вселенной, после водорода и гелия. В виде метанового льда он участвует в строении многих удалённых от солнца планет и астероидов, однако такие скопления, как правило, не относят к залежам природного газа, и они до сих пор не нашли практического применения. Значительное количество углеводородов присутствует в мантии Земли, однако они тоже не представляют интереса.
Существуют множество способов получения природного газа из других органических веществ, например отходов сельскохозяйственной деятельности, деревообрабатывающей и пищевой промышленности и т. д.
Природный газ находится в земле на глубине от 1000 метров до нескольких километров. Сверхглубокой скважиной недалеко от города 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 определённым законам.
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 залежи.
Газ выходит из недр вследствие того, что в пласте находится под давлением, многократно превышающем атмосферное. Таким образом, движущей силой является разность давлений в пласте и системе сбора.
В 2005 году в России объём добычи природного газа составил 548 млрд м³. Внутренним потребителям было поставлено 307 млрд м³ через 220 региональных газораспределительных организаций. На территории России расположено 24 хранилища природного газа. Протяжённость магистральных газопроводов России составляет 155 тыс. км.
В 2009 году США впервые обогнали Россию не только по объему добытого газа (624 млрд м³ против 582,3 млрд м³), но и по объему добычи товарного газа, т.е. идущего на продажу контрагентам. Это объясняется ростом добычи сланцевого газа.
Битум был первым продуктом из нефти, которым пользовался человек: уже за 3800 лет до н.э. его применяли как строительный материал. Битумы и асфальты, добываемые в районах нефтяных месторождений, использовали в качестве связывающих, антисептических, противокоррозионных и водонепроницаемых материалов, для строительства зданий и башен, водопроводных и сточных каналов, туннелей, зерно- и водохранилищ, дорог, в судостроении, медицине и мумификации трупов. С развитием нефтяной промышленности возросла переработка асфальто-смолистых нефтей, увеличилось производство и улучшилось качество битумов, которые вытеснили природный асфальт, но добыча последнего продолжается до сих пор.
В настоящее время битум широко применяют в строительстве, промышленности, сельском хозяйстве и реактивной технике , а также для защиты от радиоактивных излучений. Ведущей областью применения битумов являются строительство и ремонт дорог, жилых домов, промышленных предприятий и аэродромов.
Ниже приведены данные о потреблении нефтяных битумов в различных областях за последнее десятилетие (в %):
РФ |
США |
Западноевропейские страны |
35 |
73,6 |
79,8 |
Из этих данных
видно, что в США и западноевропейских
странах более 70% битума используется
для строительства и ремонта
дорожных покрытий. Такое распределение
в потреблении битумов
Выход битума на
нефть составляет 2—5%, в США 4,5%, что
объясняется большей долей
Столь значительный рост производства и потребления битумов, а также повышение требований к их качеству настоятельно требуют более глубокого и всестороннего изучения состава и свойств битумов, влиянии параметров технологического режима, кинетики и гидродинамики процессов и природы сырья на эти показатели. Применение новых схем и средств автоматизации позволит комплексно автоматизировать и интенсифицировать процессы производства битумов. Анализ технико-экономических показателей работы битумных установок определит наиболее рациональный способ их производства.
1. Состав, свойства
и классификация природных
1.1 Химический состав природных газов, формирование химического состава газов в газовых и нефтяных залежах
Природные газы, добываемые из газовых, газоконденсатных и нефтяных месторождений, состоят из углеводородных компонентов (СН4 - С22Н46), а также неуглеводородных компонентов (H2S, N2, CO, CO2, Ar, H2, He).
Природные газы газовых месторождений состоят в основном из метана с примесью более тяжёлых его гомологов: этана (С2Н6), пропана (С3Н8) и бутана (С4Н10). Иногда, в небольших количествах в газовых залежах, присутствуют пары пентана (С5Н12) и гексана (С6Н14). Все углеводороды (УВ), содержащиеся в залежах, начиная с этана, принято считать тяжёлыми. Они образуются только в процессе образования нефти при преобразовании рассеянного органического вещества (ОВ) на стадии диагенеза и, особенно, на стадии катагенеза, поэтому считаются специфическими «нефтяными» газами. Нефтяные газы могут проникать из залежей в вышележащие отложения в виде ретроградного раствора. Это явление используется в гидрогеохимии в качестве поискового признака на нефть. аДоля тяжёлых углеводородных газов в газовых залежах колеблется от единиц до частей процента. Здесь их содержание зависит от состава исходного ОВ, степени его катагенетической превращенности, а также от длины пути миграции газов. Метан, в отличие от своих гомологов обладает наибольшей подвижностью и одновременно наименьшей растворимостью в воде и способностью к адсорбции, поэтому он опережает другие УВ газы при миграции. Метан обладает также значительной химической и термической устойчивостью, может иметь биохимическое, глубинное и радиохимическое происхождение. Поэтому он не является надёжным геохимическим индикатором или поисковым признаком наличия скоплений УВ.
Кроме углеводородных компонентов в природных газах содержатся, как правило, в виде примесей и другие газы: диоксид углерода, азот, сероводород, водород, гелий и аргон. Содержание азота и кислых газов (СО2 и Н2S), которые дают при растворении в воде слабые кислоты - угольную (Н2СО3) и сероводородную (Н2S), может составлять десятки процентов и более, а иногда и превышать содержание углеводородных газов.
В свободных газах газонефтяных месторождений, то есть в газовых шапках, могут присутствовать пары жидких УВ, более тяжелые, чем гексан, однако их примесь бывает незначительной. Газы газонефтяных месторождений называются попутными.
Газы, растворённые в нефти, называются нефтяными. Обычно они содержат от 30 до 80 % гомологов метана, а также азот, диоксид углерода, сероводород, гелий, аргон и другие компоненты. Поэтому содержание метана может составлять в нефтяных газах всего 20-30 % от состава газовой смеси. Состав углеводородной части газов тесно связан с составом нефти. Легкие метановые нефти содержат газы, состоящие на 20-30 % из тяжелых углеводородов. Тяжелые нефти наоборот, со-17 держат преимущественно метан. Соотношение метана и его гомологов меняется в нефтяных газах и с увеличением возраста пород. Газы древних отложений в среднем более обогащены тяжелыми УВ и азотом, чем молодые.
Различные нефти имеют газовый фактор (ГФ) до 550-600 м3/т. Установленные максимальные величины ГФ в нефтяных залежах в экстремальных термобарических условиях глубоких горизонтов достигают 700-750 м3/т. У большинства залежей он составляет от 30 до 100 м3/т. Обычно ГФ выше у залежей, содержащих сильно превращенную метановую нефть, по сравнению с залежами, содержащими мало превращённую нафтеновую нефть. Залежи нефти, не содержащие растворённых газов, встречаются редко на небольших глубинах. Газовый фактор используется в качестве показателя типа залежи. К нефтяным залежам относятся залежи с ГФ ниже 600 м3/т, к нефтегазоконденсатным - 600-900 м3/т и к газоконденсатным - свыше 900 м3/т.
Качество газа, как энергоносителя зависит от содержания метана. При содержании в газовой смеси этана и других углеводородных и неуглеводородных газов от нескольких процентов и более они становятся ценным химическим сырьём.
Углеводородные газы, состоящие в основном из метана, называются сухими. При незначительном содержании тяжёлых углеводородов они называются тощими, и газы со значительным содержанием тяжелых УВ называются жирными. Для характеристики УВ состава газов применяется понятие «коэффициент сухости», это - отношение процентного содержания метана к сумме его гомологов: СН4 /С2Н6 + высшие. Для этих целей используется и такой критерий как газовый фактор или его обратная величина - содержание стабильного конденсата в граммах или кубических сантиметрах в 1 м3 газа. Сухие газы содержат конденсата менее 10 г/м3, тощие - от 10 до 30 г/м3 и жирные газы - от 30 до 90 г/м3. Изменение коэффициента сухости газов является показателем направления их миграции.
Состав газов в залежах постоянно меняется за счёт действия многих факторов. Одним из них является арастворимость индивидуальных газовых компонентов в воде и нефти. Например, растворимость метана в нефти в пять раз меньше, чем растворимость этана и в 21 раз меньше, чем пропана. Азот обладает растворимостью в 15 раз меньшей, чем метан. Поэтому газы в газовых шапках обогащены метаном и аазотом. В то же время растворимость агазообразных гомологов метана растет с увеличением в нефти легких фракций УВ. Содержание диоксида углерода в газах изменяется от долей процента до 10 и более процентов. Предполагается, что основным источником СО2 в природных газах является окисление углеводородов и отчасти ОВ. В ряде случаев СО2 имеет явно термокаталитическое, поствулканическое или метаморфическое происхождение. Примером может служить аМежовское газовое месторождение, открытое в Западной Сибири. Оно находится в породах фундамента и состоит на 95 % из диоксида углерода. Результатом метаморфического разложения карбонатов объясняется большое содержание диоксида углерода в газах Астраханского газоконденсатного месторождения и его большое содержание в попутных газах газонефтяных залежей, залегающих в палеозойских отложениях на юге Западной Сибири. Газовые месторождения Сицилии, расположенные вблизи авулкана Этна, также обогащены диоксидом углерода. Азот, содержащийся в газовых и газоконденсатных залежах, также может иметь различное происхождение: атмосферное, биогенное и небольшое аего количество - глубинное. В целом, содержание азота увеличивается с возрастом отложений. Оно колеблется от десятых долей процента до 50-70 %. Иногда высокие концентрации азота могут быть связаны с его хорошими миграционными свойствами. Например, доля азота в попутных газах возрастает в месторождениях, находящихся вдали от зон генерации УВ.
Аргон в залежах углеводородных газов может иметь атмосферное или радиогенное происхождение. Атмосферный или воздушный аргон попадает в газовые залежи посредством инфильтрационных вод. Доля аргона различного генезиса определяется по отношению разных изотопов. Аргон представлен тремя изотопами 40Ar, 38Ar и 36Ar. Изотоп 40Ar резко преобладает и имеет радиогенное происхождение. Он образуется из изотопа 40К. Высокие концентрации радиогенного аргона отмечаются для месторождений, расположенных в приразломных зонах. Происхождение аргона тесно связано с генезисом азота. Поэтому для определения в газах относительной доли азота разного происхождения пользуются отношением количества воздушного аргона к общему содержанию азота в исследуемом газе.
Сероводород чаще всего образуется в результате биологического восстановления сульфатов, растворенных в водах. Это подтверждается изучением изотопного состава серы. Однако, начиная с глубины 2-3 км, бактериальная генерация сероводорода невозможна. Здесь он образуется в результате термокаталитического преобразования сернистых компонентов нефтей и химического восстановления сульфатов. Часть сероводорода, возможно, имеет глубинное происхождение. Нередко сероводородом обогащены газы, находящиеся в толщах карбонатных пород, которые контактируют или чередуются с сульфатными породами. Концентрация сероводорода в природных газах составляет от 0,01 до 25 %, но иногда она достигает 100 %. В России большое количество сероводорода (20-24 %) содержится в газах Астраханского газоконденсатного месторождения. Сероводород является ценным компонентом природного газа и служит сырьем для производства серы.
Водород считался раньше редким компонентом в составе природных горючих газов. В последние десятилетия ХХ века появилось большое количество данных об обнаружении его различных концентраций в газовых залежах. Во многих месторождениях углеводородов Западного Предкавказья в составе газов присутствует до 3,5 % водорода.
Гелий, содержащийся
в свободных и нефтяных газах,
имеет радиогенное
Газы, добываемые из чисто газовых месторождений, содержат более 95% метана (таблица 1). Содержание метана на газоконденсатных месторождениях - 75-95% (таблица 2).
Таблица 1 - Химический состав газа газовых месторождений, об. %
Месторождение |
СН4 |
С2Н6 |
С3Н8 |
С4Н10 |
С5Н12 |
N2 |
СО2 |
Относит. плотность |
Северо-Ставропольское |
98,9 |
0,29 |
0,16 |
0,05 |
- |
0,4 |
0,2 |
0,56 |
Уренгойское |
98,84 |
0,1 |
0,03 |
0,02 |
0,01 |
1,7 |
0,3 |
0,56 |
Шатлыкское |
95,58 |
1,99 |
0,35 |
0,1 |
0,05 |
0,78 |
1,15 |
0,58 |
Медвежье |
98,78 |
0,1 |
0,02 |
- |
- |
1,0 |
0,1 |
0,56 |
Таблица 2 - Химический состав газа газоконденсатных месторождений, об. %
МесторождениеСН4С2Н6С3Н8С4Н10С |
||||||||
Вуктыльское |
74,80 |
7,70 |
3,90 |
1,80 |
6,40 |
4,30 |
0,10 |
0,882 |
Оренбургское |
84,00 |
5,00 |
1,60 |
0,70 |
1,80 |
3,5 |
0,5 |
0,680 |
Ямбургское |
89,67 |
4,39 |
1,64 |
0,74 |
2,36 |
0,26 |
0,94 |
0,713 |
Уренгойское |
88,28 |
5,29 |
2,42 |
1,00 |
2,52 |
0,48 |
0,01 |
0,707 |
Газы, добываемые вместе с нефтью (попутный газ) представляют собой смесь метана, этана, пропанобутановой фракции (сжиженного газа) и газового бензина. Содержание метана - около 35-85%. Содержание тяжёлых углеводородов в попутном газе 20-40% , реже - до 60% (таблица 3).
Таблица 3 - Химический состав газа нефтяных месторождений (попутного газа), об. %
Месторождение |
СН4 |
С2Н6 |
С3Н8 |
С4Н10 |
С5Н12 |
N2 |
СО2 |
Относит. плотность |
Бавлинское |
35,0 |
20,7 |
19,9 |
9,8 |
5,8 |
8,4 |
0,4 |
1,181 |
Ромашкинское |
3838 |
19,1 |
17,8 |
8,0 |
6,8 |
8,0 |
1,5 |
1,125 |
Самотлорское |
53,4 |
7,2 |
15,1 |
8,3 |
6,3 |
9,6 |
0,1 |
1,010 |
Узеньское |
50,2 |
20,2 |
16,8 |
7,7 |
3,0 |
2,3 |
- |
1,010 |
Тяжёлым нефтям свойственны сухие нефтяные газы (с преобладанием метана).
1.2 Классификация природных газов
Вопрос классификации
природных газов очень сложен,
так как они имеют
Первую аклассификацию природных газов составил В.И. Вернадский (1912), где он указал, что при изучении газов необходимо знать три следующие фактора: форму или условия нахождения газов в природе, источники их происхождения или генезис и химический состав. Согласно этим факторам В.И. Вернадский выделил три группы газов.
I. По форме нахождения:
А. Свободные газы: 1) аатмосферные, 2) газовые скопления, содержащиеся в порах горных пород и окклюзии, 3) газовые струи или вихри (вулканические, тектонические, поверхностные), 4) газовые испарения.
Б. Жидкие растворы газов: 1) газы океанов и морей, 2) газы озер, прудов и рек, 3) газы различных водных источников (вулканических, тектонических, поверхностных).
Рисунок 1 - Графики зависимости коэффициента сверхсжимаемости Z углеводородного газа от приведенных псевдокритических давления рпр. и температуры Тпр. (по Г.Брауну).
В. Твердые растворы газов (газы аадсорбированные горными породами и минералами).. По источникам происхождения: 1) газы земной поверхности, 2) газы, связанные с высокотемпературными очагами литосферы, 3) газы глубинные, проникающие в земную кору аиз мантии.. По составу (разделение для тектонических газов): 1) азотные, 2) углекислые, 3) метановые, 4) водородные, 5) сероводородные, 6) водяные пары.
Позже, в развитие этой классификации был создан целый ряд классификационных схем природных газов по условиям нахождения и физическому состоянию в природе, по химическому составу, генезису и по их практической ценности и содержанию полезных компонентов. В отечественной литературе опубликовано более 20 классификаций природных газов только по химическому составу.
Ряд классификационных схем разработали М.И. Суббота и А.Ф. Романюк, которые приведены ниже.
1.2.1 Классификация по условиям нахождения газа в природе. Газы земной поверхности:
- ) тропосферы;
- ) стратосферы и мезосферы;
- ) атмосферных осадков;
- ) пещер и карстовых полостей.. Газы поверхностной гидросферы:
- ) океанов и морей;
- ) рек, озер и прудов;
- ) поверхностных льдов;
- ) болот.. Газы, рассеянные в горных породах:
- ) в порах и трещинах осадочных пород;
- ) сорбированные породами;
- ) поровых растворов;
- ) магматогенных пород;
- ) газово-жидкие включения в минералах;
- ) илов;
- ) газогидратов илов;
- ) почв.. Газы подземной гидросферы:
- ) грунтовых вод;
- ) вод зоны свободного водообмена;
- ) вод зоны затрудненного водообмена;
- ) мерзлых вод и газогидратов.. Свободные газы залежей:
- ) газовых залежей;
- ) газовых шапок нефтяных залежей;
- ) газоконденсатных залежей;. Газы, растворенные и сорбированные в биогенных ископаемых:
- ) растворенные в нефти;
- ) сорбированные углями;
- ) в горючих сланцах.. Газы грязевых вулканов:
- ) грязевых извержений;
- ) грязевых грифонов.. Газы магматических очагов и поствулканических процессов:
- ) вулканических извержений;
- ) фумарольные;
- ) пневматогенных внедрений;
- ) гидротермальных растворов.. Газы живых организмов:
- ) животных;
- ) высших растений;
- ) микроорганизмов.
1.2.2 Классификация по генезису газов. Газы биохимического генезиса:
- ) микробиологического преобразования ОВ илов и почв - СО2, СН4, N2, CO, N2O, NO2, H2, NH3, H2S и др.;
- ) микробиологического преобразования торфа - СО2, N2, СН4, CO, H2S, NH3 и др.;
- ) микробиологического преобразования углей - СО2, СН4, N2, CO, H2 и др.;
- ) микробиологического преобразования нефти - СН4, СО2 и др.;
- ) Фотосинтеза зеленых растений - О2;
- ) жизнедеятельности высших растений - СО2, CO, С2Н4, летучих ОВ и др.;
- ) жизнедеятельности животных - СО2, CO, H2S, СН4, летучих ОВ и др.;
- ) микробиологического разложения растений и животных - СО2, CO, СН4, H2S, N2, NH3 и др.. Газы химического генезиса:
- ) химического генезиса в нормальных условиях земной поверхности - СО2 и др.;
- ) термических реакций - СН4, CO, СО2 и др. (150-300 оС);
- ) термокаталитических реакций - СН4, CnH2n, H2, CO и др.. Газы дегазации мантии:
- ) дегазации мантии - СН4, H2, NH3, N2, СО2, SO2, H2S, СО, H2O и др.;
- ) остаточные первичной атмосферы Земли - Ar, N2 и др.. Газы радиоактивного распада и радиохимического генезиса, генерирующиеся на участках распространения радиоактивных элементов - Не, Ar, Rn, H2, O2 и др.. Газы, образующиеся под воздействием космических лучей, генерирующиеся в верхних слоях атмосферы: атомарные - Н, Не и др.; изотопы - Н2, О2, N2, О3, NО и другие.
1.2.3 Классификация газов по химическому составу. Преимущественно метановый (СН4 > 50 %):
- ) метановый (СН4 > 75 %);
- ) метано-азотный (СН4 > 50 %);
- ) метан-этан-пропановый (СН4 > 50 %);
- ) метано-углекислый (СН4 > 50 %).. Преимущественно углеводородный (тяжелее метана, ТУ >50 %):
- ) этан-пропановый (ТУ > 75 %);
- ) этан-пропан-метановый (ТУ > 50 %).. Преимущественно азотный (N2 > 50 %):
- ) азотный (N2 > 75 %);
- ) азотно-метановый (N2 > 50 %);
- ) азотно-углекислый (N2 >50 %);
- ) азотно-кислородный (N2 > 75 %, О2 > 10 %);
- ) азотно-кислородно-углекислый (N2 > 50 %).. Преимущественно углекислый (СО2 > 50 %):
- ) углекислый (СО2 > 75 %);
- ) углекисло-азотный (СО2 > 50 %);
- ) углекисло-метановый (СО2 > 50 %);
- ) углекисло-сероводородный (СО2 > 50 %).. Преимущественно водородный (Н2 > 50 %):
- ) водородный (Н2 > 75 %);
- ) водородно-азотный (Н2 > 50 %).

- Природные условия
- Природные условия Антарктиды
- Природные условия и ресурсы Южного Урала
- Природные условия Канады
- Природные условия, сельскохозяйственное использование территории и почвы ФГУП УОХ «Липовая гора»
- Природные условия Центральной Якутии
- Природные факторы развития культуры
- Природные системы на грани хаоса и порядка
- Природные смолы и целлюлозы
- Природные стихийные бедствия и их последствия
- Природные стихийные бедствия. Их влияние на экологическую ситуацию
- Природные строительные материалы: понятия и роль в общественном производстве
- Природные токсические вещества : оксалаты, гликоалкалоиды, цианогенные гликозиды, зобогенные вещества
- Природные топливно-энергетические ресурс