Нефть и природный газ. Полезные ископаемые: Природный газ
Первое упоминание об использовании газа в приготовлении еды относится к первому веку нашей эры.
Первая газовая плита установлена в Персии. По приказу царя на месте выхода газа построена дворцовая кухня. Это первый случай, когда уголь и древесина были заменены летучим топливом. Нецелесообразность использования этого топлива заключалась лишь в расточительстве, ведь перекрыть, подожжённый единожды, природный источник невозможно.
Более экономично использовался газ в России для освещения улиц. Только добывался он не из природных недр, а из угля. Для чего в Санкт-Петербурге в 1835 году специально построили завод по производству газа, называвшегося светильным, что отражает его назначение.
Очевидно, метод выделения газа из твёрдого топлива в закрытых резервуарах, послужил прототипом котла Павлова, использующегося в качестве тепловой пушки сотрудниками МЧС. Этот принцип используется в производстве экономичных, экологичных топок для каминов.
Подача осветительного газа к фонарям осуществлялась по магистралям, сильно напоминающим нынешнюю централизованную систему газопровода.
История использования природного газа
Голландский врач и химик Ван Гельмонт в начале 17 века лабораторным путем сумел разложить воздух на две составляющие части, назвав эти части газами.
Под газом подразумевалось вещество, способное распространяться по всему доступному объему. Широкую известность слово газ получило после опубликования французским химиком Лавуазье «Начального учебника химии» в 1789 году.
История в древнейшие времена
О горючих газах было известно с древнейших времен. Горящие газовые факелы называли «вечным огнем», им поклонялись, рядом с ними строили храмы и святилища.
«Священные огни» существовали во многих странах древнего мира – в Иране, на Кавказе, в Северной Америке, Индии, Китае, и т. д. Еще Марко Поло описывал использование природного газа в Китае, где его применяли для освещения, отопления, для выпаривания соли.
Что такое природный газ
Природным газом считают смесь газов, образовавшихся в результате разложения органических веществ в недрах Земли. Обычно природный газ собирается на глубинах от одного до нескольких километров, хотя существуют скважины глубиной более 6 км.
В стандартных условиях это газообразное вещество в виде:
- отдельных скоплений (газовые залежи);
- газовой шапки нефтегазовых месторождений.
Большими запасами обладают: Россия, Иран, Туркмения, Азербайджан, страны Персидского залива, США.
Использование природного газа
Практическое использование горючего газа
, началось в середине 19 века после изобретения немецким химиком Робертом Бунзеном газовой горелки.
Бунзеновские горелки работали на искусственном «светильном газе», полученном в процессе переработки каменного угля или горючих сланцев. Очень быстро газовые горелки осветили улицы и жилые дома многих столиц и крупных городов мира.
В Российской Империи газовые горелки одновременно с Петербургом появились во Львове, Варшаве, Москве, Одессе, Харькове и Киеве.
Некоторые разновидности природного газа
Различают природный газ и «попутный» или «нефтяной» газ. Различие между ними заключается в количестве содержащихся в них тяжелых углеводородов. В природном тяжелый углеводород (метан) составляет более 80% от общего состава газа, в «попутном» газе – не более 40%, а остальное – этан, пропан, бутан, и прочие.
«Попутный» газ содержится в нефтяных залежах поверх нефти, образуя газовую шапку, которая собирается в пористой породе, покрытой глинистым сланцем.
Глинистый сланец препятствует выходу газа. Иногда во время буровых работ в результате резкого изменения давления газ отделяется от нефти и может происходить его утечка. Недостатком «попутного» газа, является необходимость очистки его от примесей, тогда как природный газ в очистке не нуждается.
Примерный состав природного газа
Газ различных месторождений может иметь различный состав.
В среднем, содержание компонентов таково:
- метан 80-99%
- этан 0,5-0,4 %
- пропан 0,2-1,5%
- бутан 0,1-1%
- пентан 0-1%
- благородные газы (гелий, аргон) – сотые и тысячные доли процента.
Чрезвычайно редко встречаются месторождения горючих веществ с содержанием гелия 5 -8%. Гелий – очень ценный, обладает ярко выраженной химической пассивностью.
В сжиженном состоянии гелий используется для охлаждения ядерных реакторов. В атмосфере гелия выплавляют металлы высокой чистоты. Природный газ – единственный источник получения гелия. В состав может входить сероводород, из которого получают серу, используемую в промышленности. Прочие вещества могут составлять от 2% до 13% всего объема. Каждое пятое месторождение нефти – нефтегазовое, причем часто это месторождение содержит не попутный, а природный газ, имеющий такую же ценность, как и нефть.
Газовая промышленность России
В дореволюционной России природный газ не использовался, хотя отмечалось его наличие.
Только после Октябрьской революции 1917 года советское правительство поставило задачу о возможностях использования газа, добываемого вместе с нефтью. До конца 30-х годов 20-го века Советская Россия не имела самостоятельной газовой промышленности, она была сопутствующей нефтяной промышленности, а месторождения газа открывались исключительно в процессе разведки и добычи нефти.
Разведка газовых месторождений началась в 1939 году в Саратовской области: в 1940-м году нашли газ, а в 1941-м году была поставлена первая рабочая скважина.
Нехватка топлива, возникшая в начале Великой Отечественной войны 1941-1945 гг.. (были временно «потеряны» угольные месторождения Донбасса и нефтяные месторождения Северного Кавказа), заставила с максимальной интенсивностью заняться разведкой и добычей природного газа. Уже в 1941 году в Саратовской и Куйбышевской областях началась промышленная добыча природного газа. Суточная производительность одной газовой скважины равнялась 800 тыс.
куб.м. газа. Эксплуатация этих месторождений положила начало газовой индустрии. Вначале газ использовался для работы Саратовской ГРЭС, а в 1942 году началось строительство газопровода Саратов – Москва.
Строительством руководил Лаврентий Берия, его закончили в июле 1946 года. На газопроводе ежесуточно работало более 30 тысяч человек. От Саратова до Москвы через 487 преград было вручную проложено 840 км газопровода. Было построено:
- 84 перехода через реки и каналы;
- 250 переходов через железнодорожные пути;
- шесть поршневых компрессорных станций;
- вынуто более 3,5 миллионов кубов грунта.
Газопровод проходил по территориям Саратовской, Пензенской, Тамбовской, Рязанской и Московской областей.
Для информации
Подача 1 млн.
Что такое природный газ, каков его состав и как его добывают?
м. газа в Москву заменила ежедневный расход:
- миллиона кубов дров;
- 650 тысяч тонн угля;
- 150 тысяч тонн керосина;
- 100 тысяч тонн топочного мазута.
В послевоенное время были открыты крупные промышленные месторождения в Ставропольском крае, на севере России и в Сибири.
Значение газовой отрасли в экономике России
Значение газовой промышленности определяется, прежде всего, тем, что в структуре мирового потребления топлива и энергии природный газ занимает третье место после нефти и угля - примерно 20%. Большое значение имеет и то, что из трех этих видов первичных энергоресурсов природный газ - самый чистый в экологическом отношении.
Газ – лучший вид топлива. Его отличают полнота сгорания без дыма и копоти; отсутствие золы после сгорания; легкость розжига и регулирования процесса горения; высокий коэффициент полезного действия топливоиспользующих установок; экономичность и простота транспортировки к потребителю; возможность хранения в сжатом и сжиженном состоянии; отсутствие вредных веществ.
Использование газа разнообразно: основная часть направляется на нужды энергетики (топливо для тепловых электростанций, котельных); другая используется как технологическое топливо для сушки различной продукции (выпаривания водных растворов); на бытовое потребление в коммунальном хозяйстве.
Газ в сжиженном или сжатом виде применяется в двигателях внутреннего сгорания в автомобилях, и возможно его использование в самолетах. Энергетическое использование природного газа определяется высокой теплотворной способностью, простотой технологического оборудования для сжигания газа и минимальным загрязнением среды.
Он - самый перспективный вид топлива в мире.
Со второй половины XX в. природный газ получает очень широкое применение как сырье для ряда отраслей промышленности.
Самым крупным потребителем газа как технологического сырья стала химическая промышленность, в которой выделяется азотное производство.
На использовании природного газа основаны производства аммиака и всех видов азотных удобрений, метилового спирта, мировое получение которых уже достигает десятков миллионов тонн и продолжает расти быстрыми темпами. Значительное количество газа идет на изготовление сажи для резины и многих других химикатов.
Кормовые белковые вещества (кормовые дрожжи) также вырабатываются из природного газа. Он участвует в процессах прямого восстановления железа (бездоменное получение металла), а также в доменном процессе при выплавке чугуна.
Природный газ - также источник химического сырья, в том числе - получение серы газовой из сероводорода ряда месторождений. Газовая сера существенно увеличила общие мировые ресурсы серосодержащего сырья.
Попутно с природным газом в некоторых месторождениях извлекают гелий, относящийся к благородным газам. Он широко применяется в криогенной технике, для создания инертных сред, а также в аэронавтике.
При разработке газоконденсатных залежей природного газа выделяют газоконденсат (смесь жидких углеводородов) - моторное топливо и ценное сырье для производства органических химических продуктов. В этом отношении он близок к попутному газу нефтедобычи. Некоторые месторождения природного газа содержат чистый азот, который также утилизируется в ряде производств. Кроме того, как природный, так и попутный нефтяной газ при необходимости закачивается обратно в нефтяные пласты для поддержания высокого давления в процессе добычи нефти.
Попутный нефтяной газ, извлекаемый в процессе добычи нефти, также является высококалорийным топливом, но еще большую ценность представляет как сырье для нефтехимической и химической промышленности.
Он содержит много этана, пропана, бутана и т.д., идущих па получение пластмасс, синтетических каучуков и других продуктов. В отличие от целевой добычи природного газа попутный зачастую сжигается в факелах в местах добычи нефти.
Он требует разделения на фракции на специальных газоперерабатывающих заводах (ГПЗ), строительство которых или не предусматривается или запаздывает к началу добычи нефти.
Газовая промышленность – отрасль топливной промышленности, охватывающая разведку и эксплуатацию месторождений природного газа, дальнее газоснабжение по газопроводам, производство искусственного газа из угля и сланцев, переработку газа, использование его в различных отраслях промышленности и коммуникально – бытового хозяйства.
Газовая промышленность является одной из составных частей топливно-энергетического комплекса (ТЭК), в состав которого входят предприятия по добыче и переработке всех видов топлива (топливная промышленность), производству электроэнергии и её транспортировке (электроэнергетика).
Развитие топливной промышленности, казалось бы, обусловлено в первую очередь имеющимися запасами различных видов топлива: ведь если их нет, то не может быть их добычи.
Однако действительность сложнее. Огромным размерам территории России мы обязаны тем, что в нашей стране имеются большие запасы топлива, причём всех его видов. Поэтому решающий критерий разработки месторождений — экономический. Надо решить, какое именно из имеющихся месторождений целесообразно и наиболее эффективно разрабатывать.
Роль отдельных видов топлива в экономике России менялась. В начале века большое значение имели дрова.
Затем они постепенно начали вытесняться углём (к 50-м гг. угольная промышленность давала более половины всего топлива). А позже начался рост нефти и газа. В 1994 г. общее производство первичной энергии в России составило 1410 млн. т. условного топлива. Доля газа, как самого дешёвого топлива, в последние годы быстро росла (за счёт сокращения добычи нефти и угля).
Газ в больших количествах используется в качестве топлива в металлургической, стекольной, цементной, керамической, легкой и пищевой промышленности, полностью или частично заменяя такие виды топлива, как уголь, кокс, мазут, или является сырьем в химической промышленности.
Крупнейшим потребителем газа в промышленности является черная металлургия. В доменных печах частичное применение природного газа дает экономию дефицитного кокса до 15% (1 куб.
м природного газа заменяет 0,9 – 1,3 кг кокса), повышает производительность печи, улучшает качество чугуна, снижает его стоимость. В вагранках применение газа снижает расход кокса вдвое.
Способ прямого восстановления железа из руд также основан на использовании газового топлива.
В металлургии и машиностроении природный газ используется также для отопления прокатных, кузнечных, термических и плавильных печей и сушил. В металлообработке использование газа повысило коэффициент полезного действия печей почти в 2 раза, а время нагрева деталей сократилось на 40%.
Применение газа в металлургии, кроме того, удлиняет сроки службы футеровки. Снижается количество серы в чугуне.
Применение природного газа в стекольной промышленности взамен генераторного газа повышает производительность стекловаренных печей на 10 – 13% при одновременном снижении удельного расхода топлива на 20 – 30%. Себестоимость цемента снижается на 20 – 25%.
В кирпичном производстве цикл сокращается на 20%, а производительность труда возрастает на 40%.
При внедрении природного газа в стекловарении требуются специальные меры по доведению светимости газа (то есть по повышению теплоотдачи от факела к стекломассе) до уровня светимости факела на жидком топливе, то есть в 2 – 3 раза, что достигается путем сажеобразования в газовой среде.
В пищевой промышленности газ применяется для сушки пищевых продуктов, овощей, фруктов, выпечки хлебобулочных и кондитерских изделий.
При использовании газа на электростанциях уменьшаются эксплуатационные расходы, связанные с хранением, приготовлением и потерями топлива и эксплуатацией системы золоудаления, увеличивается межремонтный пробег котлов, не занимаются земли для золоотвалов, снижается расход электроэнергии на собственные нужды, уменьшается количество эксплуатационного персонала, снижаются капитальные затраты.
Итак, продукция рассматриваемой отрасли обеспечивает промышленность (около 45% общего народнохозяйственного потребления), тепловую электроэнергетику (35%), коммунальное бытовое хозяйства (более 10%). Газ – самое экологически чистое топливо и ценное сырье для производства химической продукции. Теперь рассмотрим, каков состав газовой промышленности.
В её состав входят следующие элементы:
— добыча природного газа; добыча попутного газа;
— производство горючего газа из угля и сланцев; хранение газа.
Попутные газы не могут быть направлены в магистральный газопровод, потому что тяжелые углеводороды при охлаждении или сжатии выделяются в трубе в виде жидкости, которая при контакте с влагой образует гидратную пробку, уменьшающую сечение газопровода или полностью закупоривающую его.
Поэтому эти газы направляются на газоперерабатывающие (газобензиновые) заводы, где из них извлекаются тяжелые углеводороды и другие компоненты, после чего отбензиненный (сухой) газ, состоящий в основном из метана, направляется потребителям.
Потребление газа не бывает равномерным в течение года, снижается в летние месяцы и повышается в зимние.
Для сглаживания неравномерного потребления и создания аварийного запаса газа у крупных потребителей, например в городах, строили специальные хранилища – газгольдеры, в которых накапливался избыточный газ.
Газгольдеры имеют ряд существенных недостатков – они дороги, занимают большие площади и недостаточны по объему.
Проблема накопления газа в больших количествах была решена, когда был разработан способ создания подземных хранилищ газа.
Газовая промышленность не является чисто монопродуктовой отраслью.
Как используют газ?
Наряду с поставками по магистральным трубопроводам природного газа производятся нефть, конденсат, сера, сжиженные газы, машиностроительная и сельскохозяйственная продукция и т.п. Однако основу отрасли, обеспечивающую ее конкурентные преимущества, составляет Единая система газоснабжения (ЕСГ), которая объединяет добычу и транспорт природного газа в единую технологическую, техническую и экономическую систему в рамках России, связанную с газоснабжающими системами центрально-азиатских и закавказских республик СНГ и имеющую свое продолжение в системах поставки российского газа в три европейские страны СНГ и двадцать других государств Европы.
ОАО «Газпром» – крупнейшая газовая компания в мире.
Основные направления деятельности – геологоразведка, добыча, транспортировка, хранение, переработка и реализация газа и других углеводородов. Государство является собственником контрольного пакета акций Газпрома – 50,002%.
Газпром видит свою миссию в максимально эффективном и сбалансированном газоснабжении потребителей Российской Федерации, выполнении с высокой степенью надежности долгосрочных контрактов по экспорту газа.
Стратегической целью является становление ОАО «Газпром» как лидера среди глобальных энергетических компаний, посредством освоения новых рынков, диверсификации видов деятельности, обеспечения надежности поставок.
Природный газ — состав и основные свойства
Многие из нас подвержены заблуждению, что природный газ – прозрачный газ с резкий запахом, горящий голубым пламенем.
Природный газ. Свойства, добыча, применение и цена природного газа
Самое время эти заблуждения развеять, узнать больше про основные свойства природного газа и изучить его состав.
Состав природного газа
Мы привыкли ассоциировать понятие «природный газ» с метаном, однако оно вмещает в себя целую смесь газов и различных примесей.
Так называемый «дикий» метан, только что вырвавшийся из толщи земных пород, представляет смесь газов: метан (90-98%), углекислый газ и азот.
Также в этом потоке могут присутствовать пропан, бутан, водород, этан, сероводород и гелий.
Переработка природного газа, помимо метана, позволяет извлечь целый ряд других продуктов, широко используемых в промышленности и в хозяйстве: сера, пропан и бутан, мазут, дизельное топливо, бензин 92 и 95.
Физико-химические характеристики природного газа:
- очищенный метан не имеет запаха и вкуса, а тот резкий запах, что мы чувствуем при утечке газа – результат одоризации (ароматизации) метана перед подачей потребителю;
- самовозгорается при температуре 650-700 С;
- почти в 2 раза легче воздуха, поэтому при утечке концентрируется в верхних слоях постройки.
Плотность газа в обычном его состоянии – 0,68-0,85 кг/м3.
- при понижении температуры до -160 градусов способен сжиматься до 600 раз (сжиженный газ);
- становится взрывоопасным при смешении с воздухом в объёме 5-15 %;
- при сгорании выделяет углекислый газ и водород;
- способен находиться в твёрдом состоянии в виде газо-гидратных залежей.
Виды природного газа:
тощий (самый распространенный вид, содержащий достаточную долю метана и незначительный процент тяжелых углеводородов);
жирный (вмещающий в себя значительное количество тяжелых углеводородов и элементов неорганической материи – азот, аргон, сероводород, гелий, углекислый газ).
Области применения:
Природный газ – настоящее сокровище, необходимое во множестве сфер жизнедеятельности человека, например:
- газовые двигатели;
- топливо для наземного транспорта;
- хозяйственные нужды (обогрев помещения и приготовление пищи);
- производство оружия;
- производство удобрений;
- создание инертных сред;
- нефтяная и горнодобывающая промышленность;
- производство пластмасс.
Влияние на экологию:
Казалось бы, всем хорош природный газ, однако есть у него и “тёмная” сторона.
При сгорании он выделяет значительное количество углекислого газа, тем самым оказывая разрушительное действие на озоновый слой Земли. Также в атмосфере накапливается такое вещество, как диоксид углерода – ещё один “побочный эффект” реакции горения газа, классифицируемый как парниковый газ. Следовательно, ситуация с угрожающим нам парниковым эффектом усугубляется ещё и из-за газовой промышленности.
Горение природного газа
Природный газ – это полезное ископаемое в газообразном состоянии. Оно используется в очень широких пределах в качестве топлива . Но сам природный газ как таковой не используется как топливо, из него выделяют его составляющие для отдельного использования. Часто является попутным газом при добыче нефти . Природный газ в пластовых условиях (условиях залегания в земных недрах) находится в газовом состоянии в виде отдельных скоплений (газовые залежи) или в виде газовой шапки нефтегазовых месторождений – это свободный газ ; либо в растворённом состоянии в нефти или воде (в пластовых условиях), а в стандартных условиях – только в газовом состоянии. Также природный газ может находиться в виде газогидратов.
Почти на 90% он состоит из углеводородов , главным образом метана (СН 4). Содержит и более тяжёлые углеводороды - этан , пропан , бутан , а так же меркаптаны и сероводород (обычно эти примеси вредны), азот и углекислый газ (они в принципе бесполезны, но и не вредны), пары воды, полезные примеси гелия и других инертных газов.
Химический состав
Основную часть природного газа составляет метан (CH 4) - до 98%. В состав природного газа могут также входить более тяжёлые углеводороды - гомологи метана:
- этан (C 2 H 6),
- пропан (C 3 H 8),
- бутан (C 4 H 10),
- и другие алканы – от С 5 и выше
А также другие неуглеводородные вещества:
- более тщательный анализ, позволил обнаружить в природном газе и небольшие количества гелия (Не).
Физические свойства
Ориентировочные физические характеристики (зависят от состава):
- Плотность :
- от 0,7 до 1,0 кг/м 3 - сухой газообразный, при н. у.
- 400 кг/м 3 -жидкий.
- Теплота сгорания одного м 3 природного газа в газообразном состоянии при н.у.: 28-46 МДж, или 6,7-11,0 Мкал.
- Октановое число при использовании в двигателях внутреннего сгорания: 120-130.
- Концентрационные границы воспламенения (взрыва) природного газа (метана) находятся в диапазоне от 5 до 15 %. Вне этих границ газовоздушная смесь не способна к распространению пламени. При взрыве давление в замкнутом объеме повышается до 0,8... 1 МПа.
- Чистый природный газ не имеет цвета и запаха. Чтобы можно было определить утечку по запаху, в газ добавляют небольшое количество одорантов (чаще всего в качестве одоранта применяется этил-меркаптан), имеющих сильный неприятный запах, это - одоранты .
- Природный газ быстро улетучивается и рассеивается в атмосфере, что важно с точки зрения безопасности.
Запасы природного газа
Карта запасов природного газа в мире
Метан и некоторые другие углеводороды широко распространены в космосе. Метан - третий по распространённости газ вселенной, после водорода и гелия. В виде метанового льда он участвует в строении многих удалённых от солнца планет и астероидов, однако такие скопления, как правило, не относят к залежам природного газа, и они до сих пор не нашли практического применения. Значительное количество углеводородов присутствует в мантии Земли, однако они тоже не представляют интереса.
Огромные залежи природного газа сосредоточены в осадочной оболочке земной коры. Согласно теории биогенного (органического) происхождения нефти они образуются в результате разложения останков живых организмов. Считается, что природный газ образуется в осадочной оболочке при больших температурах и давлениях, чем нефть . С этим согласуется тот факт, что месторождения газа часто расположены глубже, чем месторождения нефти.
Огромными запасами природного газа обладает Россия (Уренгойское месторождение), США, Канада. Из других европейских стран стоит отметить Норвегию, но её запасы невелики. Среди бывших республик Советского Союза большими запасами газа владеет Туркмения, а также Казахстан (Карачаганакское месторождение).
Во второй половине XX века в университете им. И. М. Губкина были открыты природные газогидраты (или гидраты метана). Позже выяснилось, что запасы природного газа в данном состоянии огромны. Они располагаются как под землёй, так и на незначительном углублении под морским дном.
| Страна | 2010 | 2006 | ||
| Добыча, млрд куб.м | Доля мирового рынка (%) | Добыча, млрд куб.м | Доля мирового рынка (%) |
|
| Российская Федерация | 647 | 673,46 | 18 | |
| Соединенные Штаты Америки | 619 | 667 | 18 | |
| Канада | 158 | |||
| Иран | 152 | 170 | 5 | |
| Норвегия | 110 | 143 | 4 | |
| Китай | 98 | |||
| Нидерланды | 89 | 77,67 | 2,1 | |
| Индонезия | 82 | 88,1 | 2,4 | |
| Саудовская Аравия | 77 | 85,7 | 2,3 | |
| Алжир | 68 | 171,3 | 5 | |
| Узбекистан | 65 | |||
| Туркменистан | 66,2 | 1,8 | ||
| Египет | 63 | |||
| Великобритания | 60 | |||
| Малайзия | 59 | 69,9 | 1,9 | |
| Индия | 53 | |||
| ОАЭ | 52 | |||
| Мексика | 50 | |||
| Азербайджан | 41 | 1,1 | ||
| Остальные страны | 1440,17 | 38,4 | ||
| Мировая добыча газа | 100 | 3646 | 100 | |
Добыча и обработка природного газа
Газовые месторождения
Залежь нефти или газа представляет собой скопление углеводородов , которые заполняют поры проницаемых пород. Если скопление велико и его эксплуатации экономически целесообразна, залежь считают промышленной. Залежи, занимающие значительные площади, образуют месторождения.
Осушка газа
Содержание влаги в газе при его транспортировании часто вызывает серьезные эксплуатационные затруднения. При определенных внешних условиях (температуре и давлении) влага может конденсироваться , образовывать ледяные пробки и кристаллогидраты , а в присутствии сероводорода и кислорода вызывать коррозию трубопроводов и оборудования. Во избежание перечисленных затруднений газ осушают, снижая температуру точки росы на 5...7 °С ниже рабочей температуры в газопроводе.
Очистка газа от сероводорода и углекислого газа
В горючих газах используемых для газоснабжения городов, содержание сероводорода не должно превышать 2 г на 100 м 3 газа. Содержание углекислого газа нормы не лимитируют, однако по технико-экономическим соображениям в транспортируемом газе оно не должно превышать 2%.
Одоризация газа
Природный газ не имеет запаха. Поэтому для своевременного выявления утечек газа ему придают запах - газ одорируют. В качестве одоранта применяют этил-меркаптан (С 2 Н 5 SН). По токсичности качественно и количественно он идентичен сероводороду, имеет резкий неприятный запах.
Траспортировка
Основным видом транспорта газа, в настоящее время, является трубопроводный . Газ движется по трубам большого диаметра под давлением 75 атмосфер (7,5 МПа). Продвигаясь по трубопроводу газ, теряет энергию, она тратится на преодоление силы трения как между стенкой трубы и газом, так и между слоями самого газа. Чтобы давление в трубопроводе поддерживалось на заданном уровне, на определённом расстоянии друг от друга необходимо наличие компрессорных станций (КС), которые должны поддерживать давление в трубопроводе на уровне 75 атмосфер. Обслуживание и сооружение трубопровода стоит не малых денег, но, тем не менее, трубопровод является наиболее дешёвым способом транспортировки нефти и газа.
Другим способом транспортировки газа является использование специальных танкеров – газовозов. Это специально оборудованные корабли, для перевозки газа в сжиженном состоянии при определённых условиях. Для транспортировки газа этим способом необходимо кроме самих танкеров провести ряд подготовительных мероприятий для возможности их использования. Нужно протянуть газопровод к берегу моря, построить порт для танкеров, завод для сжижения газа, и сами танкеры. Тем не менее, этот вид транспортировки газа является экономически обоснованным при отдалённости потребителя от мест добычи более 3000 км.
Синтез природного газа
Существуют множество способов получения природного газа из других органических веществ, например отходов сельскохозяйственной деятельности, деревообрабатывающей и пищевой промышленности и т. д.
Зажигая горелку на кухне, мало кто из хозяек задумывается, как давно люди стали использовать природный газ в качестве топлива. Эта история насчитывает не века, а тысячелетия: в IV веке до н. э. китайцы обогревались и освещали жилища при помощи бездымного голубоватого огня.
В России промышленная разработка месторождений природного газа началась в прошлом веке, а до этого его находили только при добыче нефти или бурении скважин для воды.
Русская смекалка всегда помогала людям с пользой применять все, что встречается на пути. Когда в Саратовской губернии один купец начал бурить артезианскую скважину и обнаружил не воду, а огонь, он с выгодой воспользовался ситуацией и организовал там стекольное и кирпичное производство.
Другие промышленники переняли его опыт, и бесполезный подземный газ стал постепенно превращаться в ценное топливо.
Что такое природный газ
Одно из важнейших полезных ископаемых – природный газ, который используют и как топливо, и для нужд химической промышленности. Это бесцветное и не имеющее запаха вещество бывает очень опасным.
Без специальных приборов невозможно определить, что в воздухе присутсвует огнеопасный компонент, который может оказаться причиной пожара.
С точки зрения экологии газ – самое чистое природное топливо, ведь при горении он выделяет намного меньше вредных соединений, чем дрова, уголь или нефть.Это качество делает его востребованным во всех странах мира. Государства, имеющие на своей территории крупные месторождения, используют его и для своих нужд, и для продажи другим народам. Природа подарила России богатейший Уренгой, Казахстану – Карачаганакское месторождение, не обделила она и страны Персидского залива, США, Канаду.
Недра земли создали не только огромные подземные резервуары природного газа – его запасы хранятся и в более компактном виде. В холодных регионах и под дном океана, где гидростатическое давление доходит до 250 атмосфер, происходит соединение газа с пластовой водой и образуется твердое вещество – газогидрат. В небольших объемах находится огромное количество природного топлива, в связанном виде газ уменьшается до 220 раз.
Происхождение природного газа
Сотни миллионов лет назад на месте сегодняшних материков плескался океан. Погибшие обитатели водной стихии падали на дно и превращались в ил. Они не могли разлагаться, поскольку там не было ни воздуха для окисления, ни бактерий, вызывающих гниение. Движение земной коры способствовало погружению этих масс все дальше вглубь. Высокое давление и температура вызывали химические реакции, при которых углерод органических остатков соединялся с водородом, и образовывались новые вещества – углеводороды.
Если давление и температура были не очень высокими, получались высокомолекулярные жидкости, которые со временем превратились в нефть. Когда эти параметры достигали больших величин, образовывались низкомолекулярные газы.
Соединения покрывались осадочными породами и оказались глубоко под поверхностью земли. Геологи находят эти полезные ископаемые на глубине от одного до шести километров.
Существует и другая теория образования природных газов. Некоторые ученые считают, что углеводороды в результате тектонических движений постепенно поднимаются наверх, где давление не так велико, и образуют большие скопления нефти и
Земные породы не монолитны – в них есть мелкие трещины и поры. Газообразные вещества заполняют эти пустоты, поэтому природный газ есть не только в , но и в камнях, находящихся на большой глубине.
Свойства природного газа
Природный газ не обособленное вещество – это смесь разных компонентов, основной из которых – метан.
Невозможно найти два абсолютно идентичных образца из разных месторождений: в каждом из них состав индивидуален.
Для его образования были использованы разные органические остатки, условия протекания химических реакций тоже не были одинаковыми.
Ни один ученый не сможет дать вам химическую формулу природного газа – он может только сообщить процентный состав входящих в него веществ. Дополнительными составляющими кроме метана являются углеводороды:
- этан;
- пропан;
- бутан;
- водород;
- сероводород;
- диоксид углерода;
- азот;
- гелий.
Из химического состава вытекают и физические свойства природного топлива. Точных параметров тоже нет, ведь они зависят от процентного соотношения компонентов:
- плотность – 0,68–0,85 кг/м3 в газообразном и 400 кг/м3 в жидком виде;
- самовозгорание – при температуре 650 °C;
- удельная теплота сгорания – 28–46 МДж/м³.
Поскольку природный газ почти в два раза легче воздуха, он поднимается вверх. Человек не может задохнуться, оказавшись на дне низины. Но есть другая опасность: если в воздухе присутствует от 5 до 15 % объема природного газа, смесь становится взрывоопасной.
На его основе разработана газотопливная система, применяемая в автомобилях. Октановое число природного газа, используемого в двигателях, – от 120 до 130.
Горение природного газа процесс достаточно сложный, при котором химическая энергия преобразуется в тепло. Горение бывает полным и неполным.
Необходимость очистки
На первый взгляд, в использовании газа нет ничего сложного. Проложить трубы, пробурить скважину – и голубое топливо, находящееся в недрах под большим давлением, само потечет к котлам и плитам. Но не все так просто – природный газ содержит примеси, которые могут причинить вред трубопроводам, приборам или здоровью людей.
В глубине земли много влаги, которая может вступать в химические реакции или создавать конденсат, а большое количество его мешает проходу газа. Сероводород вызывает ржавление металла, и оборудование быстро приходит в негодность. Чтобы удалить из сырья вредные компоненты, на месторождениях устанавливают специальные станции очистки.
Доставка
Газопроводы имеют протяженность много тысяч километров, начальной энергии потока не хватит, чтобы преодолеть такие расстояния.
Какими бы гладкими ни были внутренние поверхности, все равно возникает сила трения, газ теряет скорость и нагревается.
Существуют и другие способы транспортировки газа, но пока трубопроводы являются самыми экономичными.
Запах газа
Природный газ не имеет запаха, так почему же жильцы квартир сразу чувствуют, если где-то происходит утечка? Для нашей безопасности в голубое топливо добавляют специальные одоранты, малейшее присутствие которых чувствительно для обоняния человека. Обычно в этой роли выступают меркаптаны, имеющие настолько неприятный запах, что не заметить его невозможно.
На всем протяжении своей истории человечество обогревалось, сжигая различные виды топлива.
Если так подумать, то жить вообще опасно)
Надеюсь, что в скором времени популярными станут альтернативные источники энергии.. Запасы Земли не вечны – это следует помнить тоже, всему есть свое начало и конец.
А вот про парниковый эффект вообще штука интересная – ведь некоторые и опровергают, что это влияние антропогенных факторов, как вот деятельность производств и станций. Лично я не согласна с ними, все же человечество свою лепту в разгром планеты вносит ежеминутно..
Естественно, что природный газ оказывает меньшее влияние на планету при горении, нежели все те же дрова или уголь, но отрицать его вред и непосредственную опасность тоже не стоит. Прежде всего газ – это летучее вещество и неудачное его хранение или распространение может привести к ужасным, пагубным последствиям как для человека, так и для окружающего мира. Вся надежда на ученых, что вскоре они найдут решение, позволяющее защитить Землю от медленной гибели, предотвратив парниковый эффект…
Человечество знает о существовании природного газа давно. По самым осторожным оценкам, природный газ использовался в Китае для отопления и освещения уже к IV веку до н.э. Для его получения бурили скважины, а трубопроводы делались из бамбука. Кроме того, долгое время яркое пламя, не оставляющее пепла, являлось предметом мистического и религиозного культа для некоторых народов. Например, на Апшеронском полуострове (современная территория Азербайджана) в VII веке был воздвигнут храм огнепоклонников Атешгях, служения в котором проходили вплоть до XIX века.
Само слово «газ» было придумано в начале XVII века фламандским естествоиспытателем Яном Баптистом ван Хельмонтом для обозначения полученного им «мертвого воздуха» (углекислого газа). Хельмонт писал: «Такой пар я назвал газ, потому что он почти не отличается от хаоса древних». Но в данном случае мы имеем дело с одной из форм существования вещества.
Относительно происхождения природного газа среди ученых до сих пор не существует единого мнения. Две основные концепции – биогенная и минеральная – утверждают разные причины образования углеводородных полезных ископаемых в недрах Земли.
- Минеральная теория . Образование полезных ископаемых в пластах горных пород – часть процесса дегазации Земли. Из-за внутренней динамики Земли углеводороды, находящиеся на больших глубинах, поднимаются в зону наименьшего давления, образуя в результате газовые залежи.
- Биогенная теория . Живые организмы, погибшие и опустившиеся на дно водоемов, разлагались в безвоздушном пространстве. Опускаясь все глубже из-за геологических движений, остатки разложившейся органики превратились под воздействием термобарических факторов (температуры и давления) в углеводородные полезные ископаемые, в том числе – в природный газ.
Относительно недавно группой ученых из Института проблем нефти и газа РАН под руководством доктора геолого-минералогических наук Азария Баренбаума была разработана новая концепция происхождения нефти и газа . Согласно этой теории, крупные залежи углеводородов могут возникать не за миллионы лет, как ранее считалось, а лишь за десятилетия.
Природный газ может существовать в виде газовых залежей, находящихся в пластах некоторых горных пород, в виде газовых шапок (над нефтью), а также в растворенном или кристаллическом виде. Также природный газ может находиться в виде газогидратов (гидраты природных газов – это газовые гидраты или клатраты – кристаллические соединения, образующиеся при определенных термобарических условиях из воды и газа).
Природный газ имеет ряд преимуществ по сравнению с другими видами топлива и сырья :
- стоимость добычи природного газа значительно ниже, чем других видов топлива; производительность труда при его добыче выше, чем при добыче нефти и угля;
- отсутствие в природных газах оксида углерода предотвращает возможность отравления людей при утечках газа;
- при газовом отоплении городов и населенных пунктов гораздо меньше загрязняется воздушный бассейн;
- при работе на природном газе обеспечивается возможность автоматизации процессов горения, достигаются высокие КПД;
- высокие температуры в процессе горения (более 2000°С) и удельная теплота сгорания позволяют эффективно применять природный газ в качестве энергетического и технологического топлива.
Газ - более молодое топливо чем нефть. Эпоха природного газа, по сути, началась с открытия в 1959 г. месторождения Гронинген в Нидерландах и последовавших за этим открытий газовых запасов Великобританией в южном бассейне Северного моря в середине 60-х гг.
По данным МЭА, с сначала 70-х гг. доля газа в мировом энергобалансе выросла с 16 до 21% в 2008 г. По данным ВР Statistical Review of World Energy, данная доля в 2008-2010 гг. в мировом потреблении энергии оказалась еще выше - около 24%. В прогнозном исследовании ВР по развитию Мировой энергетики до 2030 года говорится, что природный газ будет самым быстрорастущим видом топлива в ближайшие 25 лет. При этом эксперты Международного энергетического агентства считают, что доля газа в мировом энергобалансе к 2035 году увеличится с 21% до 25%, газ станет вторым после нефти энергоносителем, сместив на третье место уголь.
Химический состав
Химический состав природного газа достаточно прост. Основную часть этого вида газа составляет метан (CH4) – простейший углеводород (органическое соединение, состоящее из атомов углерода и водорода), его доля превышает 92%.
В зависимости от содержания метана выделяются две основные группы природного газа:
- Природный газ группы H (Н–газ, т.е. высококалорийный газ) в связи с высоким содержанием метана (от 87% до 99%) является самым высококачественным. Российский природный газ относится к группе Н и отличается высокой теплотворной способностью. Ввиду высокого содержания метана (~ 98%) он является самым высококачественным природным газом мира.
- Природный газ группы L (L–газ, т.е. низкокалорийный газ) – это природный газ с менее высоким содержанием метана – от 80% до 87%. Если требования по качеству не выполняются (11,1 кВт-ч/куб.м), то часто газ нельзя поставлять непосредственно конечному потребителю без дополнительной переработки.
Помимо метана в состав природного газа могут входить более тяжелые углеводороды, гомологи метана: этан (C2H6), пропан (C3H8), бутан (C4H10) и некоторые неуглеводородные примеси. В то же время важно, что состав природного газа не постоянен и меняется от месторождения к месторождению.
Физические свойства
Ориентировочные физические характеристики (зависят от состава):
- Плотность: от 0,7 до 1,0 кг/м3 (сухой газообразный, при нормальных условиях) либо 400 кг/м3 (жидкий).
- Температура возгорания: t = 650°C .
- Теплота сгорания одного м3 природного газа в газообразном состоянии при н.у.: 28-46 МДж, или 6,7-11,0 Мкал.
- Октановое число при использовании в двигателях внутреннего сгорания: 120-130.
- Легче воздуха в 1,8 раз, поэтому при утечке не собирается в низинах, а поднимается вверх.
Применение
Обладая такими преимуществами перед другими энергоносителями как, например, экономичность и экологичность, природный газ приобретает все большее значение в промышленности и бытовых хозяйствах.
Природный газ как ископаемый энергоноситель используется главным образом для отопления жилых и промышленных помещений, для приготовления пищи, выработки электроэнергии, а также в промышленно-производственном секторе для выработки тепловой энергии.
В небольшом объеме природный газ используется в качестве моторного топлива. В связи с ростом цен на бензин за последние годы и месяцы возросло количество частного транспорта, переоснащенного на газовые двигатели. Кроме того, осуществляется переоснащение грузовых автомобилей и автобусов для работы на природном газе. Наряду с фактором затрат важным аргументом в пользу природного газа является более низкий уровень выделения в атмосферу вредных веществ.
20 ведущих стран мира по доказанным запасам газа (по итогам 2010 г.)
| Страна | Запасы
(трлн куб. м) | Доля от общемировых (%) | |
| 1 | РФ | 44,76 | 23,9 |
| 2 | Иран | 29,61 | 15,8 |
| 3 | Катар | 25,32 | 13,5 |
| 4 | Туркменистан | 8,03 | 4,3 |
| 5 | Саудовская Аравия | 8,01 | 4,3 |
| 6 | США | 7,71 | 4,1 |
| 7 | ОАЭ | 6,43 | 3,4 |
| 8 | Венесуэла | 5,45 | 2,9 |
| 9 | Нигерия | 5,29 | 2,8 |
| 10 | Алжир | 4,50 | 2,4 |
| 11 | Ирак | 3,16 | 1,7 |
| 12 | Индонезия | 3,06 | 1,6 |
| 13 | Австралия | 2,92 | 1,6 |
| 14 | Китай | 2,80 | 1,5 |
| 15 | Малазия | 2,39 | 1,3 |
| 16 | Египет | 2,21 | 1,2 |
| 17 | Норвегия | 2,04 | 1,1 |
| 18 | Казахстан | 1,84 | 1 |
| 19 | Кувейт | 1,78 | 1 |
| 20 | Канада | 1,72 | 0,9 |
Источник
20 ведущих стран мира по потреблению газа (по итогам 2010 г.)
| Страна | Потребление (млрд куб.м) | Доля от общемирового (%) | |
| 1 | США | 683,4 | 21,7 |
| 2 | РФ | 414,1 | 13 |
| 3 | Иран | 136,9 | 4,3 |
| 4 | Китай | 109,0 | 3,4 |
| 5 | Япония | 94,5 | 3 |
| 6 | Великобритания | 93,8 | 3 |
| 7 | Канада | 93,8 | 3 |
| 8 | Саудовская Аравия | 83,9 | 2,6 |
| 9 | Германия | 81,3 | 2,6 |
| 10 | Италия | 76,1 | 2,4 |
| 11 | Мексика | 68,9 | 2,2 |
| 12 | Индия | 61,9 | 1,9 |
| 13 | ОАЭ | 60,5 | 1,9 |
| 14 | Украина | 52,1 | 1,6 |
| 15 | Франция | 46,9 | 1,5 |
| 16 | Узбекистан | 45,5 | 1,4 |
| 17 | Египет | 45,1 | 1,4 |
| 18 | Таиланд | 45,1 | 1,4 |
| 19 | Нидерланды | 43,6 | 1,4 |
| 20 | Аргентина | 43,3 | 1,4 |
Источник : BP Statistical Review of World Energy 2011
20 ведущих стран мира по добыче газа (по итогам 2010 г.)
| Страна | Добыча
(млрд куб.м) | Доля от общемирового (%) | |
| 1 | США | 611 | 19,3 |
| 2 | Россия | 588,9 | 18,4 |
| 3 | Канада | 159,8 | 5 |
| 4 | Иран | 138,5 | 4,3 |
| 5 | Катар | 116,7 | 3,6 |
| 6 | Норвегия | 106,4 | 3,3 |
| 7 | Китай | 96,8 | 3 |
| 8 | Саудовская Аравия | 83,9 | 2,6 |
| 9 | Индонезия | 82 | 2,6 |
| 10 | Алжир | 80,4 | 2,5 |
| 11 | Нидерланды | 70,5 | 2,2 |
| 12 | Малайзия | 66,5 | 2,1 |
| 13 | Египет | 61,3 | 1,9 |
| 14 | Узбекистан | 59,1 | 1,8 |
| 15 | Великобритания | 57,1 | 1,8 |
| 16 | Мексика | 55,3 | 1,7 |
| 17 | ОАЭ | 51 | 1,6 |
| 18 | Индия | 50,9 | 1,6 |
| 19 | Австралия | 50,4 | 1,6 |
| 20 | Тринидад и Тобаго | 42,4 | 1,3 |
Источник : BP Statistical Review of World Energy 2011
ХХ век принято считать веком нефти и природного газа. И хотя сегодня за окном ХХІ век, ведущее место в мировой экономике по-прежнему принадлежит им. Наряду с углем, нефть и газ являются основным видом топлива. Трудно поверить, но еще три века назад человечеству не было знакомо слово «газ». Впервые оно появилось в XVII веке благодаря голландскому ученому Ван-Гельмонту. Так он назвал вещество (от греческого «хаос»), которое в обычных условиях способно заполнять все доступное ему пространство без скачкообразного изменения свойств, в чем состоит отличие газа от жидких и твердых тел. является смесью газов, которые образуются в земных недрах путем анаэробного разложения органических веществ.
С выходом природного горючего газа на поверхность земли человечество сталкивалось с древнейших времен. При выходе на поверхность газ часто воспламенялся. Такой факел мог существовать долгое время, его называли «вечным огнем». Такой огонь считался священным, ему поклонялись как божеству и рядом воздвигали храмы. Первые сведения о «священном огне» встречаются у Масуди (X в.). Чаще всего газовые факелы встречались в Месопотамии, Иране, Индии, Китае, у подножья Кавказских гор, в Северной Америке. Марко Поло отмечал в своих записках, что в некоторых районах Китая природный газ применялся для отопления и освещения. По свидетельству известного путешественника Кемпфера, жители Апшеронского полуострова использовали горючий газ для обжига известняков и приготовления пищи (1682—1686 годах). Однако, только в середине XIX в. началось его практическое использование, в промышленных же целях природный горючий газ стали широко использовать в 20-х годах двадцатого столетия.
Природный газ добывают из земных глубин через скважины. Обычно газ находится под землей под давлением. Это давление во много раз выше атмосферного. Разность давлений в газоносном пласте и системе сбора является движущей силой. Как только скважина достигает пласта, на поверхность вырывается мощный газовый поток. Чтобы газовый фонтан не повредил буровую установку, чтобы не случилось самовозгорания, его перекрывают специальными стальными задвижками, после чего под отрегулированным давлением (75 атм) направляют в трубопроводы диаметром до 1,42 м. 
Продвигаясь по трубопроводу, газ теряет потенциальную силу, т.к. преодолевает силу трения между слоями газа, Возникает трение газа и со стенками трубы. Поэтому, на определенных расстояниях устанавливаются специальные компрессорные станции, где газ дожимается до нужного давления (от 55 до 120 атм) и охлаждается. Несмотря на большие расходы, связанные со строительством и обслуживанием трубопровода, это наиболее экономный способ транспортировки газа на сотни километров. Для транспортировки газа также используются специальные суда (танкеры). В этих газовозах газ перевозится в специализированных изотермических емкостях в сжиженном состоянии. Такой способ доставки газа более экономичный и безопасный. Существуют также технологии доставки газа с помощью железнодорожных цистерн. Хранят газ в газгольдерах — специальных герметических стальных резервуарах в сжатом или сжиженном состоянии. Чтобы газохранилища выдерживали давление сжиженного газа, их делают сферическими. В качестве газохранилища могут использоваться пустоты в недрах земли, возникающие после добычи полезных ископаемых. Это могут быть выработанные месторождения нефти и газа водоносные песчаные пласты, перекрытые сверху и снизу глинистыми породами.
Для бытовых и производственных целей используют как природные, так и искусственные газы, получаемые при окислении воздухом, углекислым газом, кислородом или водяным паром твердого или жидкого топлива. Среди естественных полезных ископаемых, которые относятся к топливно-энергетической группе, природный газ занимает одно из основных мест в области использования его в народном хозяйстве. Это — лучший вид топлива, для которого характерны: легкость розжига; полное сгорание без дыма, копоти и золы; регулирование процесса горения; высокая теплота сгорания. Природный горючий газ используют в качестве горючего в топках промышленных предприятий, в котельных центрального отопления, а
также в быту (газовые плиты). В больших городах с централизованным газоснабжением природный или искусственный газ поступает по трубопроводам непосредственно к горелкам газовых плит. Кроме того, осуществляется и местное газоснабжение. В этом случае газ в сжиженном виде доставляют потребителям в баллонах, автомобильных и железнодорожных цистернах, в специальных емкостях. Не менее важен газ и для химической промышленности, где его используют как сырье для производства различных синтетических веществ и материалов, многие из которых вообще не существуют в природе (например, полиэтилен). Мировые запасы природного газа оцениваются в 630 млрд. тут или 4,9% от всей суммы топливных ресурсов. Газовая отрасль имеет огромный потенциал в мировой экономике. Многие предприниматели и бизнесмены уже давно вкладывают немалые денежные средства в эту отрасль. Сегодня купить акции новатэка можно и в интернете. Среди стран, обладающих самыми крупными запасами природного газа, стоит выделить в первую очередь такие страны, как Россия, Иран, США, Канада, страны Персидского залива. Среди стран Европы следует выделить Норвегию и Нидерланды, из стран бывшего СССР — Азербайджан, Туркмению, Казахстан и Узбекистан. По добыче газа России принадлежит одно из лидирующих мест в мире.
