В природе в нормальных условиях (при комнатной температуре и атмосферном давлении) сравнительно немногие химические вещества находятся в газообразном состоянии. К газообразным простым веществам принадлежат: водород, кислород, азот, фтор, хлор и газы из элементов VIII группы таблицы Д. И. Менделеева.

Остальные газообразные вещества состоят из двух и более элементов, например СО, СО2, СОСl (фосген), СН3С1 (хлористый метил) и др. Интересно, что водород образует газообразные вещества со многими элементами. Почти со всеми неметаллами водород дает газообразные соединения, большинство из которых обладает неприятным запахом. К числу их можно отнести NH3, HF, HCl, HBr, H2S, H2Se, H2Te, PH3, AsH3, SbH3, BiH3 и др. Некоторые из этих соединений (мышьяковистый водород) легко распадаются с выделением водорода. Другие, более устойчивые распадаются при нагревании (метан). Встречаются гидриды неметаллов, которые легко растворяются в воде и дают или кислую (H2S, HCl, HBr), или щелочную (NH3) реакцию. Многие из них обладают восстановительной способностью (Н2Те, HI, H2S, H2Se, РН3 и др.). Некоторые гидриды легко окисляются, загораясь в воздухе (SiH4, SbH3).

С такими элементами, как углерод и бор, водород дает несколько газообразных соединений (углеводороды и бораны). Наибольшее значение имеют разнообразные углеводороды состава СnН2n+2, СnН2n, СnН2n-2. Отметим, что в молекулах углеводородов общей формулы: СПН2« имеется постоянное соотношение между числом атомов водорода и углерода, тогда как по мере увеличения числа углеродных атомов в молекуле предельных углеводородов относительное содержание водорода уменьшается. Например, в метане водорода содержится 25%, в неопентане 16,6%, в этилене и бутилене 14,3%, а в бутадиене 10,9%.

Все углеводородные газы горят на воздухе, образуя пламя различной яркости. Метан, в котором 25% водорода, горит на воз- Духе светящимся пламенем, а ацетилен, содержащий 7,9% водорода, горит коптящим пламенем. Копоть вызывается избыточным количеством углерода в молекуле, а чтобы ее избежать, следует

Пользоваться особыми горелками, в которых сгорание осуществляется при избытке воздуха.

Природные и попутные нефтяные газы, так же как и газы, получающиеся в различных процессах переработки нефтяного сырья, представляют собой в основном смеси углеводородов. Их состав зависит от происхождения. Так, основным компонентом сухих природных газов является метан. В состав попутных нефтяных газов, помимо метана, входят и другие предельные углеводороды С2—С5, а также небольшие количества азота, редких газов, диоксида углерода и, в случае сернистых нефтей, сероводорода.

Нефтезаводские газы образуются при термических и каталитических процессах переработки продуктов перегонки нефти. Из них наиболее часто встречаются газы термического и каталитического крекинга, пиролиза и коксования тяжелых нефтепродуктов. Эти газы отличаются сравнительно высоким содержанием непредельных углеводородов: этилена, пропилена и бутиленов, — суммарное содержание которых достигает в отдельных случаях 40%. Искусственные газы, получаемые в результате термической переработки углей и сланцев, содержат водород, метан, оксид углерода, непредельные углеводороды (от этилена до бутиленов), а также диоксида углерода, кислород и азот. Эти газы, различные по калорийности, используются главным образом в качестве топлива.

Газы безостаточной газификации (генераторный, водяной и др.) состоят из оксида углерода, водорода, азота и ряда примесей. В перечисленных природных и искусственных газовых смесях азот, водород, кислород, оксид углерода, воздух и углеводородные газы % плохо растворяются в воде. Их растворимость при давлении 101 325 Па (760 мм рт. ст.) и температуре 20°С в 1 л воды не превышает, как правило, 1 л и несколько больше при 0°С.

Неуглеводородные газы: диоксид углерода, диоксид серы, сероводород и аммиак — обладают значительной растворимостью в воде; это их свойство необходимо учитывать при анализе газовых смесей, в состав которых входят перечисленные компоненты.

ОТБОР ПРОБЫ ГАЗА

Для отбора пробы газа из производственных аппаратов и трубопроводов применяются стеклянные аспираторы, газовые пипетки, газометры с гидравлическим затвором, сухие газометры, cocyды шарообразной формы и реже резиновые баллоны. Выбор емкости зависит от количества и состава газа и от давления в системе.

ОТБОР ПРОБЫ ПРИ ПОМОЩИ ЗАПИРАЮЩЕЙ ЖИДКОСТИ

Из емкостей и газопроводов пробу газа отбирают в большинстве случаев в аспираторы (рис. 1) и газовые пипетки (рис. 2).

Аспиратор — это прибор, состоящий из двух склянок с боковыми тубусами. Тубусы соединены между собой резиновым шлангом в середине которого имеется винтовой зажим. Одна из склянок снабжена стеклянным краном и служит для забора газа. Другая является напорной уравнительной склянкой. Так как многие газы растворимы в воде, то в качестве напорной жидкости применяют насыщенный раствор поваренной соли, подкисленный соляной кислотой, или 10%-йый раствор серной кислоты, который подкрашивают метиловым оранжевым.

Рис. 1. Аспиратор для отбора пробы газа.

Рис. 2. Газовая пипетка для отбора пробы газа.

Перед отбором пробы склянку с краном заполняют напорной жидкостью доверху, а склянку без крана — до тубуса. Для насыщения напорной жидкости исследуемым газом его набирают через кран в заборную склянку и встряхивают аппарат в течение 3— 5 мин. Эту операцию повторяют 2—3 раза, беря каждый раз свежую порцию газа. Для уменьшения выделения газа из напорной жидкости уравнительную склянку аспиратора следует закрывать пробкой с капиллярной трубкой.

Для проверки аспиратора на герметичность заборную склянку заполняют напорной жидкостью до крана и при закрытом кране опускают уравнительную склянку вниз, наблюдая при этом за изменением уровня жидкости в заборной склянке. Если после некоторого снижения уровень жидкости станет постоянным, аспиратор герметичен. Такой же порядок соблюдают и при подготовке газовых пипеток.

В зависимости от вместимости бутыли в аспиратор можно набрать до 15 л газа. В газовые пипетки набирают 100—500 мл газа.

В качестве примера разберем порядок отбора пробы газа в аспиратор из газопровода, находящегося под разрежением. Как видно из рис. 3, для присоединения аспиратора к газопроводу приварены два штуцера с кранами. Штуцеры следует располагать на прямом участке газопровода на расстоянии не менее пяти его диаметров от места поворота, отвода, изменения сечения и расположения задвижек на трубе, так как всякое изменение движения газового потока может изменить его состав, особенно в тех случаях, когда газ смешан с легкоиспаряющейся жидкостью (например, отбор пробы газа из газофракционирующей установки).

Рис. 4. Газометр с напорной воронкой: 1-манометр; 2—4—краны.

К одному из штуцеров присоединяют заборную склянку аспиратора, заполненную до трехходового крана жидкостью. Промывают трубку от трехходового крана до штуцера, открывая краны на газопроводе и заборной склянке. Опуская уравнительную склянку, набирают не более 1 л газа. Закрывают кран на газопроводе и переключая трехходовой кран, выпускают газ в атмосферу поднятием уравнительной склянки. Далее к другому штуцеру, расположенному на 40—60 см ниже по ходу газа, присоединяют уравнительную склянку, снабженную краном. Для отбора пробы газа открывают краны на газопроводе и на склянках. В результате создавшегося разрежения в заборную склянку набирается газ.