При изучении химии и нефтегазовой геологии часто возникает вопрос: попутный нефтяной газ является чистым веществом да или нет? Ответ однозначен: нет, попутный нефтяной газ не является чистым веществом. Это сложная многокомпонентная смесь различных газов и парообразных веществ. В данной статье мы подробно разберем состав попутного нефтяного газа (ПНГ), его отличия от природного газа и докажем, почему его категорически нельзя назвать чистым веществом.
Что такое чистое вещество и смесь?
Для начала обратимся к основам химии. Чистое вещество — это вещество, которое состоит из одинаковых частиц (атомов, молекул, ионов) и имеет постоянные физические свойства (температуру кипения, плавления, плотность и т.д.). Примерами чистых веществ являются дистиллированная вода (H₂O), кислород (O₂) или метан (CH₄).
Смесь — это система, состоящая из двух или более веществ, которые не вступили в химическую реакцию друг с другом и сохраняют свои индивидуальные свойства. Смеси могут быть однородными (гомогенными) и неоднородными (гетерогенными). ПНГ представляет собой именно гомогенную газовую смесь.
Химический состав попутного нефтяного газа
Само название «попутный» указывает на то, что этот газ добывается попутно с нефтью. Он выделяется из нефти при снижении давления на поверхности и представляет собой смесь углеводородных и неуглеводородных компонентов.
Углеводородные компоненты
Основу ПНГ составляют предельные углеводороды (алканы). В отличие от природного газа, который почти на 98% состоит из одного чистого вещества — метана, попутный газ богат более тяжелыми углеводородами:
- Метан (С1), в составе ПНГ его доля значительно меньше, чем в природном газе.
- Этан (С2)
- Пропан (С3)
- Бутан и изобутан (С4)
- Пентан и более тяжелые углеводороды (С5-С8)
В зависимости от преобладания тех или иных компонентов ПНГ классифицируют на:
- Сухой газ — содержит больше метана и меньше тяжелых углеводородов.
- Жирный газ, содержит значительное количество пропана, бутана, а также газового бензина (от 30 до 70% бензиновых фракций и их гомологов).
Неуглеводородные компоненты
Углеводороды — это не всё, что входит в состав ПНГ. Газ также содержит ряд примесей, которые делают его состав еще более далеким от понятия «чистое вещество»:
- Серосодержащие вещества: сероводород (H₂S) и меркаптаны. Это крайне нежелательные, но частые компоненты, особенно на высокосернистых месторождениях. По ГОСТ 12.1.007 они относятся к веществам 2-го и 3-го классов опасности.
- Инертные газы: гелий, аргон, азот (его содержание может варьироваться от следов до 50%).
- Кислые газы: углекислый газ (от следов до 15%).
Непостоянство состава как главное доказательство
Одним из главных свойств чистого вещества является постоянство состава. У попутного нефтяного газа этого свойства нет вообще. Его химический состав может меняться даже в пределах одного месторождения или одной залежи нефти, не говоря уже о разных регионах.
На состав ПНГ влияет множество факторов:
- Глубина залегания пласта.
- Геологические условия формирования месторождения.
- Стадия разработки месторождения (со временем состав выделяющегося газа меняется).
- Пластовый газовый фактор (отношение количества газа к количеству нефти).
Именно эта вариативность делает невозможным рассмотрение ПНГ как чистого вещества. Это всегда уникальная комбинация молекул, соотношение которых непрерывно колеблется.
Проблемы утилизации и экологическое значение состава ПНГ
Поскольку ПНГ является смесью, содержащей ценнейшие компоненты (пропан, бутан, газовый бензин, гелий), его сжигание на факельных установках — это колоссальная экономическая потеря. По расчетам, из-за сжигания ПНГ экономика теряет миллиарды рублей ежегодно, так как уничтожается ценнейшее сырье для нефтехимии и энергетики.
Кроме того, сложный состав ПНГ делает его сжигание экологически опасным. При сжигании такой смеси в атмосферу попадают:
- Огромное количество твердых загрязняющих веществ (сажа, копоть), до 400 000 тонн в год в нефтедобывающих регионах;
- Токсичные соединения серы (диоксид серы), образующиеся из сероводорода и меркаптанов.
- Углеводородные компоненты ПНГ (сами по себе относящиеся к 4-му классу опасности) при неполном сгорании образуют канцерогенные вещества.
Хотя углеводороды (пропан и бутан) сами по себе не являются сильными парниковыми газами, огромные объемы их сжигания и сопутствующие выбросы углекислого газа и сажи наносят значительный ущерб окружающей среде и здоровью населения.
Переработка смеси на фракции
Чтобы извлечь пользу из ПНГ, эту сложную смесь необходимо разделить на более простые составляющие. На газоперерабатывающих заводах (ГПЗ) ПНГ разделяют на следующие фракции:
- Сухой газ (преимущественно метан и этан) — направляется на ТЭЦ или отправляется по газопроводам.
- Пропан-бутановая смесь (ШФЛУ) — широко используется как бытовой баллонный газ, автомобильное топливо и сырье для химии.
- Газовый бензин (пентаны и тяжелее), добавляется в автомобильное топливо или используется в нефтехимическом синтезе.
Именно в процессе переработки мы наглядно видим, что ПНГ — это не чистое вещество, а источник множества различных продуктов.