Природные газы большинства месторождений не содержат серни­стых соединений. Однако в природных газах некоторых месторожде­ний содержится до 5% H2S. При очистке этих газов от сероводорода получают серу, необходимую для ряда отраслей промышленности.

В природных газах большинства месторождений СССР содержится небольшое количество балласта — азота и углекислого газа. Лишь в не­которых месторождениях содержание балласта, преимущественно азо­та, достигает значительной величины. Балласт в газе существенно сни­жает его теплоту сгорания, однако сравнительно мало сказывается на жаропроизводительности.

Так, 10% балласта в природном газе, снижая его теплоту сгорания на 10%, уменьшают жаропроизводительность лишь на 20 °С, т. е. на 1%. Некоторые природные газы содержат также гелий.

Состав углеводородов природных газов в значительной степени за­висит от того, на какой глубине расположено газовое месторождение. При глубине до 1000—1300 м содержание метана в углеводородной мас­се газа составляет около 99%, этана до 0,5%, а содержание более тя­желых алканов составляет в большинстве случаев лишь доли процента. Такие газы называют сухими природными газами. Более половины за­пасов природного газа в стране приходится на долю сухих газов.

267

Газы, добываемые с больших глубин, также состоят в основном из метана, однако они содержат значительно большее количество его го­мологов от этана до гексана и более тяжелых алканов.

При добыче природного газа с больших глубин и снижении его давления гексан и более тяжелые углеводороды, содержащиеся в газе, отделяются в виде конденсата. В конденсате содержатся также пропан, бутан и пентан [153].

По содержанию в газе конденсата месторождения природного газа можно разбить на четыре группы [157]:

Содержание Содержа вие

Группа в 1 м> газа Группа в 1 мЗ газа

Конденсата, смз конденсата, смз

1 До 1 3 50—200

2 1—50 4 Более 200

При содержании в 1 м3 газа 200 см3 газового конденсата соотно­шение по теплу конденсата к газу составляет около 25%.

Из газового конденсата вырабатывают сжиженные газы, состоящие в основном из пропана и бутана, и стабилизированный конденсат, близ­кий по составу к легкому моторному топливу и представляющий боль­шую ценность для народного хозяйства.

Газы газоконденсатных месторождений и после отделения конден­сата все же несколько отличаются от сухих природных газов более вы­соким содержанием гомологов метана и соответственно несколько более высокой теплотой сгорания. Состав сухих природных газов приведен в табл. 124, а газов газоконденсатных месторождений с повышенным со­держанием гомологов метана — в табл. 125.

Более подробные данные о составе природных газов месторождений СССР и других стран приведены в книге «Газ и его применение в на­родном хозяйстве» [149].

При сгорании газов с повышенным содержанием гомологов метана расходуется большее количество воздуха и соответственно возрастает

3) природный газ используют в качестве топлива, не прибегая к сложной и дорогостоящей переработке, характерной для жидкого топлива, а также искусственных видов твердого и газообразного топ­лива;

4) высокая жаропроизводительность природного газа позволяет эф­фективно применять его в качестве технологического и энергетического топлива;

5) полное отсутствие серы придает особую ценность природному га­зу, предназначенному для использования в технологии и коммунальном хозяйстве;

6) отсутствие в составе газа токсичной окиси углерода предотвра­щает возможность отравления в случае утечки газа, что особенно важ­но при его бытовом использовании;

7) высокая теплота сгорания обусловливает возможность дальнего транспорта природного газа;

8) при работе на природном газе обеспечиваются возможность ав­торегулировки процесса горения, высокая производительность и хоро­шие условия труда обслуживающего персонала;

9) использование природного газа позволяет значительно интенси­фицировать работу топок, печей и котлов и соответственно снизить стоимость оборудования и уменьшить габариты;

10) при работе на природном газе можно обеспечить достижение весьма высоких КПД, особенно при осуществлении методов комплексно­го (ступенчатого) использования тепла продуктов сгорания в высоко — и низкотемпературных установках;

11) применение природного газа устраняет загрязнение воздушного бассейна золой и окислами серы, а также обусловленную этим необхо­димость сооружения высоких и дорогих труб для отвода продуктов сгорания;

12) продукты полного сгорания природного газа, отводимые от кот­лов и печей, можно использовать в качестве инертных газов и дарового источника углекислоты.

Народнохозяйственная ценность природного газа в большой сте­пени возрастает благодаря возможности эффективного его использова­ния в химической технологии:

А) для производства водорода и вырабатываемых с его применени­ем метанола и других синтетических спиртов, синтетического аммиака, азотной кислоты и минеральных удобрений;

Б) для органического синтеза с использованием в качестве первич­ного продукта основного компонента природных газов — метана и вы­деляемых из природных газов этана, пропана и бутана;

В) для производства сажи;

Г) для .неполного окисления метана с получением формальдегида;

Д) для производства ацетилена и химических синтезов на его ос­нове.

В соответствии с высокой эффективностью добычи и применения природного газа XX съезд КПСС в 1956 г. принял решение о коренном изменении структуры топливного баланса и опережающем развитии до­бычи нефти и газа.

Темп роста добычи природного газа (включая попутный нефтепро­мысловый) и увеличение его доли в топливном балансе иллюстрируют­ся следующими данными.

В 1945 г. было добыто около 3 млрд. м3 газа и доля газа в топлив­ном балансе составила 2,3%.

В 1960 г. добыча газа возросла до 45,3 млрд. м3, а его доля в топ­ливном балансе увеличилась до 7,9%.

В 1975 г. было добыто 289 млрд. м3 газа, а его удельный вес в топ­ливном балансе превысил 21% [154].

271

Количество добытого в 1975 г. природного и попутного нефтепромыс­лового газов превышает по теплу примерно в 7 раз добычу всех видов топлива в 1913 г.

Доля природного газа по теплу превышает 85% суммарного теплосо­держания природного и нефтепромыслового газов.

В «Основных направлениях развития народного хозяйства СССР на 1976—1980 годы» [9] указано, что в 1980 г. следует довести добычу газа до 400—435 млрд. м3 ввести в действие примерно 35000 км га­зопроводов, комплексно использовать нефтяной и природный газы с по­лучением из них конденсата, серы, гелия и других сопутствующих ком­понентов. Намечено повысить производительность труда в газовой про­мышленности на 43—45%.

В 1975 г. более 150 млн. жителей страны пользовалось газообраз­ным топливом [154]. Применение газа для коммунально-бытовых нужд населения быстро возрастает.

Добыча газа увеличится по сравнению с девятой пятилеткой при­мерно в 1,5 раза, а его потребление на технологические цели — пример­но в 2 раза [8].

С применением газа выплавляют около 80% стали и чугуна. Если бы в стране не была создана мощная промышленность природного газа, то для обеспечения потребности в горючем пришлось бы дополнительно привлечь для работы в угольных шахтах и разрезах несколько сот ты­сяч рабочих.

Основной задачей созданного в 1970 г. Газового надзора является осуществление контроля за рациональным и эффективным использова­нием газа как топлива на предприятиях и в организациях, за соблюде­нием единого порядка отпуска газа потребителям, за техническим уровнем оборудования и приборов, за внедрением новой техники в об­ласти использования газообразного топлива и за соблюдением установ­ленных режимов потребления газа.

Структура использования газа в СССР по видам потребителей ха­рактеризуется следующими цифрами, %:

TOC o "1-3" h z Коммунально-бытовые нужды 13 нефтяная н газовая 8

Промышленность (ібез электро — 57 строительных материалов 9

Станод, й) пищевая 3

В том числе прочие отрасли 4

Химическая 8 Электростанции 26

Металлургическая 16 Прочие потребители 4

Машиностроительная 9 и металлообрабатывающая

Приведем для сопоставления структуру потребления природного газа в США, %:

Коммунальио-бытовые и мелкие потребители 32

Химическая технология 3

Топливо для промышленных предприятий 43

Топливо для электростанций 19

Транспорт 3

Теплотехнические характеристики природных газов основных место­рождений СССР даны в табл. 125 и 126.

Из этих таблиц видно, что различия в теплоте сгорания некоторых природных газов довольно значительны. Так, колебания в теплоте сго — рання природных газов различных горизонтов Ставропольского место­рождения достигают 900 ккал/м3, т. е. около 10%.

Различие в теплоте сгорания дашавского и шебелинского природ­ных газов, добываемых на Украине, — около 600 ккал/м3, т. е. ~7%-

Однако, поскольку с увеличением теплоты сгорания природных га­зов почти в такой же степени возрастают объемы воздуха, необходи­мого для сгорания газов и образующихся продуктов сгорания, тепло­содержание 1 м3 продуктов сгорания и жаропроизводительность при­родных газов основных месторождений СССР колеблются в весьма ма­лых пределах.

Так, жаропроизводительность природных газов приведенная в табл. 126 и 127, колеблется от 2010 до 2030 °С, а теплосодержание 1 м3 продуктов горения Р остается практически неизменным.

Указанное положение подчеркивает целесообразность использова­ния в качестве основных характеристик природных газов при выполне­нии теплотехнических расчетов этих стабильных величин, практически не меняющихся в зависимости от состава природных газов. Применение обобщенных характеристик продуктов сгорания позволяет значительно упростить и удешевить теплотехнические испытания, проводимые с целью установления потерь тепла и определения эффективности исполь­зования природного газа.

Важно отметить, что теплота сгорания, отнесенная к единице объе­ма продуктов сгорания в стехиометрическом объеме воздуха, и обуслов-

Таблица 128

Ленные этой величиной жаропроизводительность, калориметрическая и теоретическая температуры горения газов, а также соотношение объе­мов сухих и влажных продуктов сгорания природных газов практически однозначно определяются аналогичными характеристиками метана.

Это иллюстрируется данными, приведенными в табл. 126 и 127.

Для подсчета теплоты сгорания природного газа можно восполь­зоваться вспомогательной табл. 128.

275

В табл. 129 приведены состав сухих продуктов сгорания природно­го газа с различным избытком воздуха и температуры, развиваемые при полном сгорании газа в холодном воздухе [37]. В табл. 130 и 131 дана калориметрическая и расчетная температуры сгорания природного газа при подогреве воздуха [158].

СОгтах природных газов чисто газовых месторождений, состоящих в основном из метана и содержащих незначительное количество его го­мологов, азота и углекислого газа, равно 11,8%. При увеличении содер­жания в газе гомологов метана и в особенности С02 величина СО2 max составляет ~ 12,0 %.

СОгтах природных и других углеводородных газов, содержащих бо­лее 75% метана, можно подсчитать по следующей формуле с эмпириче­ски ПОДОбранНЫМИ Коэффициентами, уЧИТЫВаЮЩИМИ раЗЛИЧИе В СО2 max метана и его гомологов и увеличение объема сухих продуктов сгорания при замещении 1 % СН4 более тяжелыми углеводородами:

С02 max = 11,75 + 0,01 (2С2Нв + 4С3Н8 + 6С4Н10 + 8С5Н12 -f + 10CeH14+llC02—1,5N2) %.

При содержании в газе до 3% N2 можно применять с достаточной для теплотехнических подсчетов точностью формулу

C02max = l 1,75+ 0,01 (2(C2He—N2) + 4С3Н8 + 6C4Hl0 + + 8C5H12 + 10CeH14 +11C02) %.

Для газов с содержанием более 75% СН4 и содержанием до 20% гомологов метана, до 9% углекислого газа и до 9% азота расхождение в результатах подсчета по приведенной формуле и формуле (IV.1), требующей предварительного подсчета объемов продуктов сгорания и воздуха, необходимого для сгорания топлива, не превышает 0,05%.

Поскольку при выполнении теплотехнических расчетов значения C02max обычно округляют до 0,1%, совпадения результатов определе­ния величины С02 max по сопоставляемым формулам следует признать достаточно удовлетворительными [159].