Файл: Амиян, В. А. Добыча газа [учеб. пособие].pdf

представляющие смесь сухого газа и конденсата; последний является широкой фракцией, состоящей из паров бензина, лигроина, керосина,

аиногда и солярового масла.

Втабл. 1 приведен состав природных газов, добываемых из неко­

торых газовых и газоконденсатных месторождений.

Та блица 1

газообразном состоянии вместе с метаном, этаном, пропаном и бутанами; при снижении дав­ ления выпадают в виде жидкости —конденсата.

В пластовых условиях все нефти содержат газы в растворенном состоянии. Чем больше давление в нефтяном пласте, тем больше газа будет растворено в нефти. Давление, при котором весь имеющийся в залежи газ растворен в нефти, называется давлением насыщения.

Большая часть нефтяных месторождений Урало-Волжских райо­ нов характеризуется тем, что пластовое давление в них намного пре­ вышает давление насыщения; эта разница нередко достигает

Та блица 2

Состав природных газов, % об.

14

Г л а в а II

МЕТОДЫ АНАЛИЗА УГЛЕВОДОРОДНЫХ ГАЗОВ И КОНДЕНСАТА

Состав углеводородных газов можно определять хроматографи­ ческими и спектроскопическими методами, методами низкотемпе­ ратурной ректификации. Наиболее часто для определения состава газов по компонентам используются комбинированные методы,

фическому анализу, поскольку он является наиболее простым, бы­ стрым и объективным.

При определении более простых смесей или в тех случаях, когда знание состава по компонентам необязательно, а нужна лишь при­ ближенная характеристика газа, применяют упрощенный (техни­ ческий) анализ, заключающийся в следующем. Газ, подлежащий детальному исследованию, предварительно анализируют на содер­ жание двуокиси углерода, кислорода, азота, окиси углерода, суммы непредельных и предельных углеводородов. Определение проводится при помощи поглотительных методов и сжигания.

Технический анализ дает ориентировочное представление о составе газа и позволяет наметить наиболее правильный путь дальнейшего его исследования. Определение кислорода и азота является как бы контрольной операцией, так как наличие этих компонентов в коли­ честве, превышающем норму (для данного газа), указывает на при­ сутствие воздуха, т. е. на неправильность отбора и хранения пробы.

§ 4. АНАЛИЗ ГАЗА ОБЪЕМНЫМ ПОГЛОТИТЕЛЬНЫМ МЕТОДОМ

ИСЖИГАНИЕМ

Анализ сложного по составу газа основан на последовательном поглощении отдельных компонентов газа различными растворами и на сжигании водорода и предельных углеводородов. Результаты анализа выражаются в объемных процентах.

16

Отдельные компоненты из одной пробы газа определяют в сле­ дующем порядке.

Поглощают: 1) углекислоту и кислые газы (сероводород, сер­ нистый ангидрид и др.) раствором щелочи; 2) непредельные угле­ водороды бромной водой, растворами серной кислоты, кислым рас­ твором сульфата ртути; 3) кислород растворами пирогаллола, гидросульфита натрия или медью, смоченной аммиачным раствором хлористой меди или сернокислым раствором соли закиси меди.

Рис. 1. Схема прибора для поглотительного анализа.

Определяют: 1) водород сжиганием над окисью меди; 2) пре­ дельные углеводороды сжиганием над окисью меди или над плати­ ной; 3) азот по остатку.

Для поглотительного анализа применяют прибор (с двумя бю­ ретками), который в собранном виде схематично представлен на рис. 1.

Когда требуется определить не только общий состав газа, но и охарактеризовать состав предельных углеводородов, применяют прибор, состоящий из бюретки 1 емкостью 100 мл, с затвором из насыщенного раствора хлористого натрия; бюретки 2 емкостью 100 мл с ртутным затвором; шести поглотительных пипеток 3, из них две контактные с насадкой из стеклянных трубочек, остальные барботажные; трубки 4 для сжигания; пипетки 5 с ртутным затвором. Кроме того, необходимы открывающаяся электропечь на 950— 1000° С, термометр от 0 до 50° С и термометр от 0 до 350° С, а также термопара хромель-алюмель и милливольтметр-.—

Г : С .

В первую от бюретки 1 поглотительную пипетку вводят бром­ ную воду, во вторую — раствор едкого натра, а в третью — раствор пирогаллола или гидросульфита, в четвертую и пятую — аммиач­ ный раствор полухлористой меди, в шестую — 10%-ный раствор серной кислоты. Трубку для сжигания заполняют окисью меди.

Газ собирают в бюретку 1 через свободный отросток, наполненный запорной жидкостью, и переводят во вторую поглотительную пи­ петку, где поглощается углекислота. За количество углекислоты принимается объем газа, поглощенный раствором щелочи. Газ, остав­ шийся после удаления углекислоты, переводят в первую поглоти­ тельную пипетку, где непредельные углеводороды поглощаются бромной водой. За сумму непредельных углеводородов принимают количество газа, поглощенное бромной водой. Газ, оставшийся после удаления непредельных углеводородов, переводят в третью погло­ тительную пипетку, где поглощается кислород. За количество ки­ слорода принимают объем газа, поглощенный раствором. Газ, остав­ шийся после удаления кислорода, переводят в четвертую поглоти­ тельную пипетку, где поглощается окись углерода. Из четвертой поглотительной пипетки газ переводят в пятую, где проверяется полнота поглощения окиси углерода, и затем в шестую, где удаляются пары аммиака, выделившиеся из медно-аммиачного раствора. За количество окиси углерода принимают объем газа, поглощенный раствором в четвертой, пятой и шестой поглотительных пипетках. Газ, оставшийся после удаления окиси углерода, переводят в бю­ ретку, включают электропечь и доводят температуру печи до 260— 270° С. Газ переводится из одной бюретки в другую при помощи краников 6.

После установления постоянного объема несгоревшего остатка определение водорода считается законченным. Печь выключают, снимают трубку для сжигания и, когда последняя примет комнат­ ную температуру, измеряют объем оставшегося газа. Количество водорода определяют по разности между взятым на сжигание и ос­ тавшимся газом. В оставшемся после сжигания водорода газе опре­ деляют содержание предельных углеводородов.

Для анализа газов поглотительным методом и сжиганием может быть применен газоанализатор системы Всесоюзного теплотехни­ ческого института (ВТИ-2).

§ 5. АНАЛИЗ ГАЗА МЕТОДОМ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ РЕКТИФИКАЦИИ

В лабораторной практике приняты два метода низкотемператур­ ного разделения углеводородных газов на отдельные компоненты или фракции: 1) разгонка при низких давлении и температуре и 2) низкотемпературная ректификация при атмосферном давлении.

Метод разгонки при низких давлении и температуре обеспечи­ вает достаточно точное разделение углеводородов с большим интер­ валом температур кипения и чаще всего применяется для анализа

18

природных газов. Анализируемый газ охлаждают и сжижают. Смесь разделяют путем откачки газовой фазы, имеющейся над охлажден­ ной жидкостью. Соответствующим подбором температуры анализи­ руемая смесь может быть разделена на отдельные компоненты или фракции, так как давление паров компонентов смеси над поверх­ ностью жидкости зависит от температуры.

Метод низкотемпературной ректификации широко применяется в аналитической практике, особенно для исследования состава про­ мышленных углеводородных газов. Наиболее ответственными эле­ ментами ректификационного прибора являются: 1) колонка с на­ садкой; 2) кубик, где кипит продукт; 3) дефлегматор-холодильник, где частично конденсируются пары; 4) приемник-емкость для сбора ректификационного газа.

Сущность ректификации состоит в многократном обмене компо­ нентами между жидкостью и паром на поверхности насадки. Пар обогащается нижекипящими продуктами, жидкость — вышекипящими.

Для низкотемпературной ректификации газов наиболее прием­ лем для практической работы аппарат ЦИАТИМ-51 (рис. 2).

§ 6. ХРОМАТОГРАФИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ

Хроматографические как весьма простые и быстрые методы раз­ деления сложных многокомпонентных смесей газообразных и жид­ ких веществ широко применяются для разделения и анализа угле­ водородных газов различного состава.

В газоаналитической практике применяются два метода газовой хроматографии — адсорбционная и газожидкостная распредели­ тельная хроматография.

Адсорбционная хроматография

К адсорбционной газовой хроматографии (хроматография системы газ — твердое тело) относятся все хроматографические методы, в которых неподвижной фазой является твердый адсорбент, имеющий высокие поглотительные или адсорбционные свойства (активирован­ ный уголь, силикагель, окись алюминия, молекулярные сита и др.). Разделение вещества на твердых адсорбентах происходит вслед­ ствие различной адсорбируемости компонентов смеси.

Газожидкостная хроматография

В газожидкостной хроматографии (ГЖХ), или газожидкостной распределительной хроматографии, неподвижную фазу предста­ вляет нелетучая жидкость, распределенная на твердом инертном носителе. Одним из существенных признаков газожидкостной хро­ матографии является распределение компонентов анализируемой смеси между неподвижной жидкой фазой (растворителем) и подвиж­ ной фазой (газом-носителем).

Преимущества метода газожидкостной хроматографии следу­ ющие: быстрота анализа (разделение углеводородных газов проис­ ходит за 5—30 мин), высокая чувствительность при анализе малых образцов газа (1—10 мл), хорошая воспроизводимость результатов, простота изготовления колонки, возможность использования одной колонки для нескольких сотен анализов и полная автоматизация их.

Метод газожидкостной хроматографии может быть применен для анализа и разделения углеводородных газов различного состава. Газы неуглеводородные (Н2, СО, N2, 0 2), растворимые в веществах, применяемые в качестве неподвижной фазы, хорошо разделяются методом адсорбционной хроматографии. Метод не имеет себе равных при определении примесей в индивидуальных углеводородах.

Газы, в состав которых наряду с углеводородами входят водород, окись углерода, азот и кислород, анализируют комбинированными методами. Анализ состоит из двух самостоятельных этапов: 1) опре­ деления состава легкой части газа (Н2, СО, N2> 0 2, СШ) методами

20