Теоретична частина. Природні вуглеводневі та супутні нафтові гази складаються переважно з вуглеводнів метанового ряду (СnH2n+2)

Природні вуглеводневі та супутні нафтові гази складаються переважно з вуглеводнів метанового ряду (С_nH_2n+2). Крім цього, до складу природних газів можуть також входити інші гази: азот N₂, вуглекислий газ СО₂, сірководень Н₂S, інертні гази (аргон Аr, ксенон Xe, криптон Kr) та різні домішки.

В останні роки у нашій країні і за рубежем відкрито ряд родовищ природних газів з великим вмістом невуглеводневих компонентів: сірководню, двоокису вуглецю, азоту та інших. У світі відкрито понад 400 родовищ сірководневмісних газів.

Сірководень є вибухонебезпечним, токсичним, викликає корозійне пошкодження обладнання в результаті електрохімічної корозії і вуглеводневого розтріскування (охрупчування) металу і „отруєння” каталізаторів установок переробляння газу.

Сірководень є сильною отрутою, яка викликає смерть, подразнююче діє на дихальні шляхи та очі. Вдихання людиною повітря, яке містить 0, 001 г/м³ сірководню, викликає отруєння, що проявляється в головній болі. Гранична допустима концентрація сірководню в повітрі становить 0, 01 г/м³.

Згідно з діючим галузевим стандартом максимальний вміст сірководню в газі, який подається в магістральний газопровід, не повинен перевищувати 0, 02 г/м³ або 0, 00132 % об., вміст меркаптанової сірки – 0, 036 г/м³.

У зв'язку з високими корозійними і токсичними властивостями сірководневмісні гази перед подачею в магістральний газопровід очищують від сірководню на промислових установках, а при великому вмісті сірководню в газі здійснюється переробляння газу на побудованих поблизу родовищ газопереробних заводах з метою одержання сірки.

Для вибору і проектування технології вилучення з газу сірководню необхідно знати його вміст у газі.

Метод визначення вмісту сірководню і меркаптанів у газі полягає у поглинанні сірководню з газу розчином підкисленого хлористого кадмію, а меркаптанів – лужним розчином хлористого кадмію з наступним йодометричним визначенням утворених сульфіду і меркаптиду кадмію в поглинальних розчинах. Чутливість методу – 0, 001 г/м³.

7.3 Обладнання і прилади

Для виконання лабораторної роботи використовується лабораторна установка, схема якої зображена на рисунку 7.1.

7.4 Методика проведення досліду

1 Перед початком досліду заливають у чотири поглинальні склянки по 50 мл розчину хлористого кадмію. У дві перші склянки, які служать для поглинання сірководню, добавляють по 15 мл 0, 1Н розчину соляної кислоти, а в інші дві склянки для поглинання меркаптанів – по 15 мл розчину їдкого натрію. Склянки з’єднують послідовно гумовими муфтами 6 (рисунок 7.1).

2 Зібрану схему перевіряють на герметичність. До вихідного відводу останньої склянки під’єднують газовий лічильник 5.

3 Відкривають вентиль 7 і пропускають через поглинальні склянки досліджуваний газ. Витрату газу регулюють таким чином, щоб вона не перевищувала 20 л/год.

4 Вміст склянок 2 і 4 повинен залишатися прозорим. Під час досліду реєструють барометричний тиск, температуру і кількість пропущеного газу.

5 Після закінчення пропускання певного об'єму газу, величина якого визначається згідно з таблицею 7.1, закривають вентиль 7 і від’єднують поглинальні склянки.

1, 2, 3, 4 – поглинальні склянки; 5 – газовий лічильник;

6 – з’єднувальні гумові муфти; 7 – запірний вентиль

Рисунок 7.1 – Схема лабораторної установки

Таблиця 7.1 –Залежність об’єму пропущеного газу від передбачуваної концентрації сірководню в газі

1 Для визначення вмісту сірководню вміст склянки 1 виливають у конічну колбу з притертим корком, ретельно змивають склянку дистильованою водою, яку зливають у ту ж колбу. Додають 10 мл розчину йоду і, переконавшись у його надлишку, залишають колбу на 5 хвилин у темному місці. Потім, сполоснувши корок і стінки колби дистильованою водою, титрують надлишок йоду розчином тіосульфату натрію до світло-жовтого кольору, доливають 1 мл розчину крохмалю і продовжують титрування до зникнення синього забарвлення.

2 Паралельно проводять контрольне титрування за описаною методикою вмісту склянки 2.

Таблиця 7.2 – Залежність концентрацій розчину йоду і тіосульфату натрію від вмісту сірководню чи меркаптанів у досліджуваному газі

3 Для визначення вмісту меркаптанів з вмістом склянки 3 проводять аналогічну обробку, але додатково, додають 10 мл розчину соляної кислоти, розведеної у співвідношенні 1: 1, після додавання 10 мл розчину йоду. Паралельно проводять титрування вмісту склянки 4.

7.5 Обробка результатів досліду

Обробка результатів лабораторної роботи полягає в наступному.

1 Розраховують вміст сірководню в газі (у), у відсотках за формулою:

.

2 Розраховують вміст сірководню в газі (у₁), в грамах на 100 м³ за формулою:

.

3 Розраховують вміст меркаптанів у газі (у₂), в перерахунку на сірководень в грамах на 100 м³ за формулою:

,

де V – об’єм пропущеного досліджуваного газу, зведений до температури 20 ^оС і тиску 760 мм.рт.ст., л;

V₁ – об’єм 0, 1 (0, 05 або 0, 01) нормального розчину тіосульфату натрію, витраченого на контрольне титрування, мл;

V₂ – об’єм 0, 1 (0, 05 або 0, 01) нормального розчину тіосульфату натрію, витраченого на титрування досліджуваного розчину, мл;

Н – нормальність розчину тіосульфату натрію;

11, 88 – кількість сірководню, еквівалентна 1 мл 1 н розчину тіосульфату

натрію, мл;

0, 017 – кількість сірководню, еквівалентна 1 мл 1 н розчину тіосульфату

натрію, г;

0, 032 – кількість меркаптанової сірки, еквівалентна 1 мл 1 н розчину

тіосульфату натрію, г.

4 Результати досліджень заносять у таблицю 7.3.

Таблиця 7.3 – Результати проведених досліджень

Таблиця 7.4 – Норма допустимих розходжень між паралельними визначеннями концентрацій сірководню або меркаптанів у газі

7.6 Контрольні питання

7.6.1 Необхідність визначення вмісту сірководню і меркаптанів у природному і супутньому нафтовому газі.

7.6.2 Норми вмісту сірководню в газі, що подається в магістральний газопровід.

7.6.3 Властивості сірководню.

7.6.4 Суть методу визначення вмісту сірководню в газі.

7.6.5 Чутливість методу визначення вмісту сірководню в газі.

7.6.6 Порядок виконання роботи.

7.6.7 Методика обробки результатів досліду.

7.6.8 Допустимі розходження при паралельних вимірюваннях вмісту сірководню і меркаптанів у газі з різною їх концентрацією.

7.7 Рекомендовані джерела інформації

/1, 2, 4, 5, 8, 9, 23-26, 29/