Что мы знаем об углеводородах? Ну разве что что-то из школьной программы по химии, да периодически мелькающее в СМИ слово "метан"… Что мы знаем о природном газе, кроме его взрывоопасных свойств? Каково еще применение природного газа, кроме общеизвестных нам приготовления пищи и отопления жилых построек? Что нового происходит в мире энергопотребления и энергетической безопасности?
Начнем с того, что известная фраза по поводу запаха газа в квартире или на улице не совсем правильна. У который подается нам в квартиры для приготовления пищи или для подогрева воды, нет ни вкуса, ни запаха. То, что мы ощущаем, есть не что иное, как специальная добавка, необходимая для определения утечек газа. Это так называемый одорант, добавляют его на специально оборудованных станциях в следующих пропорциях: 16 мг на одну тысячу кубометров газа.
Основным компонентом природного газа, безусловно, является метан. Его содержание в газовой смеси составляет порядка 89-95%, остальные компоненты - это бутан, пропан, сероводород и так называемые примеси - пыль и негорючие компоненты, кислород и азот. Процент содержания метана зависит от типа месторождения.
Энергия природного газа, выделяемая при сгорании одного кубометра топлива, называется теплотой сгорания. Данная величина является одной из начальных во всех вопросах проектирования газовых объектов, и в разных странах за основу берутся различные значения. В России расчет ведется по низшей теплоте сгорания, в странах Запада, таких как Франция и Великобритания, - по высшей.
Говоря о взрывоопасности природного газа, стоит упомянуть о таких понятиях, как пределы взрываемости и опасная концентрация. Газ взрывается при концентрации его в помещении от 5 до 15 % от объема. Если концентрация ниже, газ не горит, если концентрация более 15%, то газовоздушная смесь горит при дополнительной подаче воздуха. Опасной концентрацией принято называть 1/5 от нижнего предела взрываемости, то есть 1%.
Бутан и пропан нашли свое применение как топливо для автомобилей (сжиженный газ). Также пропан используется для заправки зажигалок. Этан в качестве топлива применяется крайне редко, поскольку является сырьем для производства полиэтилена. Ацетилен крайне горюч и используется при сварке и резке металлов. Применение природного газа, а если быть точнее - метана, нами уже обговаривалось, он используется как горючее топливо в плитах, колонках и котлах.
По типам добываемого газа месторождения делятся на газовые или попутные. Основное различие между ними заключается в проценте содержания углеводородов. В газовых месторождениях содержание метана составляет около 80-90%, в попутных, или, как их принято еще называть, «нефтяных», содержание его не более 50%. Остальные 50% - и отделившаяся от газа нефть. Одним из самых больших минусов газа из попутного месторождения является обязательная его очистка от различных примесей. Получение природного газа бывает также связано с добычей гелия. Подобные месторождения встречаются достаточно редко, гелий считается оптимальным газом для охлаждения ядерных реакторов. Сера, выделяемая из сероводородов, добытых как примесь природного газа, также используется в промышленных целях.
Основным инструментом при добыче природного газа является буровая установка. Это четырехногая вышка высотой около 20-30 метров. К ней подвешивается труба с буром на конце. Труба эта увеличивается по мере увеличения глубины скважины, в процессе бурения в скважину добавляется специальная жидкость, чтобы разрушаемые породы ее не забили.
Осуществляется подача данной жидкости с помощью специальных насосов. Разумеется, стоимость природного газа включает в себя затраты на эксплуатацию и сооружение газодобывающих скважин. От 40 до 60% себестоимости составляют затраты именно на это.
Итак, покинув место добычи, очищенный природный газ поступает на первую компрессорную станцию, или, как ее еще называют, головную. Расположена она чаще всего в непосредственной близости от месторождения. Там с помощью установок газ с высоким давлением поступает в магистральные газопроводы. Для поддержания заданного давления на магистральных газопроводах устанавливаются станции. Поскольку прокладка труб с данной категорией давления внутри городов запрещена, перед каждым крупным городом устанавливается ответвление. Оно уже, в свою очередь, не повышает, а понижает давление. Часть его расходуется крупными потребителями газа - промышленными предприятиями, заводами, котельными. А другая часть поступает в так называемые ГРП - Там давление еще раз понижается. Где применение природного газа нам с вами наиболее знакомо и понятно? Это конфорки плит.
Активное применение природного газа берет свое начало в середине 19 века, после изобретения газовой горелки. Причем изначальное использование его сейчас для нас не совсем привычно. Сначала применялся он для освещения улиц.
В Советском Союзе до конца 30-х годов прошлого века самостоятельной газовой отрасли не существовало. Месторождения газа открывались случайно, лишь при разведке нефтяных скважин. Активное использование природного газа началось с времен Великой Отечественной войны. Нехватка топлива, в связи с потерей части угольных и нефтяных месторождений, дала мощный толчок развитию газовой отрасли. Уже после окончания войны газовая отрасль активно развивалась и постепенно стала одной из самых энергоэффективных.
Пожалуй, лучшим доказательством преимущества природного газа как наиболее удобного источника энергии являются показатели Москвы. Подключение газа позволило ежедневно экономить один миллион кубов дров, 0,65 миллионов тонн угля, 150 тысяч тонн керосина и почти столько же И все это было заменено 1 млн. куб. м газа. Далее последовала постепенная газификация всей страны и поиск новых месторождений. Позже были найдены огромные запаса газа в Сибири, которые и эксплуатируются по сей день.
Использование природного газа не ограничивается только приготовлением пищи - хоть и опосредовано, он применяется для подачи тепла в жилые дома. Большинство крупных городских котельных в Европейской части России используют в качестве основного топлива именно природный газ.
Также все чаще природный газ используют в химической промышленности как сырье для получения различных органических веществ. Все большее количество автомобильных гигантов разрабатывают автомобили на альтернативных видах топлива, в том числе водороде и природном газе.
С точки зрения экологии природный газ можно назвать одним из самых безопасных видов органического топлива. Однако подключение газа во многие сферы жизни человека и последующее сжигание привело к многократному увеличению содержания в атмосфере. Иначе этот процесс носит название "парниковый эффект". И это крайне негативно сказывается на климате нашей планеты. Однако новые технологии и уровень производства в последнее время максимально снижают уровень выбросов в атмосферу. Напомним, газ - один из наиболее безопасных видов топлива.
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.
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.
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.
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:
Большими запасами обладают: Россия, Иран, Туркмения, Азербайджан, страны Персидского залива, США.
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.
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.
Газ различных месторождений может иметь различный состав.
В среднем, содержание компонентов таково:
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.
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:
Газопровод проходил по территориям Саратовской, Пензенской, Тамбовской, Рязанской и Московской областей.
Подача 1 млн.
м. газа в Москву заменила ежедневный расход:
В послевоенное время были открыты крупные промышленные месторождения в Ставропольском крае, на севере России и в Сибири.
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.
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.
Многие из нас подвержены заблуждению, что природный газ – прозрачный газ с резкий запахом, горящий голубым пламенем.
Самое время эти заблуждения развеять, узнать больше про основные свойства природного газа и изучить его состав.
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.
Плотность газа в обычном его состоянии – 0,68-0,85 кг/м3.
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).
Природный газ – настоящее сокровище, необходимое во множестве сфер жизнедеятельности человека, например:
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.
Определение
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.
Состав природного газа
До 98% природного газа составляет метан, также в его состав входят гомологи метана - этан, пропан и бутан. Иногда могут присутствовать углекислый газ, сероводород и гелий. Таков состав природного газа.
Физические свойства
Природный газ бесцветен и не имеет запаха (в том случае, если не имеет в своём составе сероводорода), он легче воздуха. Горюч и взрывоопасен.
Ниже приведены более подробные свойства компонентов природного газа.
Свойства отдельных составляющих природного газа (рассмотрим подробный состав природного газа)
Метан (CH4) – это бесцветный газ без запаха, легче воздуха. Горюч, но всё же его можно хранить с достаточной лёгкостью.
Этан (C2H6) – бесцветный газ без запаха и цвета, чуть тяжелее воздуха. Также горюч, но не используется как топливо.
Пропан (C3H8) – бесцветный газ без запаха, ядовит. У него имеется полезное свойство: пропан сжижается при небольшом давлении, что позволяет легко отделять его от примесей и транспортировать.
Бутан (C4H10) – по свойствам близок к пропану, но имеет более высокую плотность. Вдвое тяжелее воздуха.
Углекислый газ (CO2) – бесцветный газ без запаха, но с кислым вкусом. В отличие от других компонентов природного газа (за исключением гелия), углекислый газ не горит. Углекислый газ – один из самых малотоксичных газов.
Гелий (He) – бесцветный, очень лёгкий (второй из самых лёгкий газов, после водорода) без цвета и запаха. Крайне инертен, при нормальных условиях не реагирует ни с одним из веществ. Не горит. Не токсичен, но при повышенном давлении может вызывать наркоз, как и другие инертные газы.
Сероводород
(H2S) – бесцветный тяжелый газ с запахом тухлых яиц. Очень ядовит, даже при очень маленькой концентрации вызывает паралич обонятельного нерва.
Свойства некоторых других газов, не входящих в состав природного газа, но имеющих применение, близкое к применению природного газа
Этилен (C2H4) – Бесцветный газ с приятным запахом. По свойствам близок к этану, но отличается от него меньшей плотностью и горючестью.
Ацетилен (C2H2) – чрезвычайно горючий и взрывоопасный бесцветный газ. При сильном сжатии способен взрываться. Он не используется в быту из-за очень большого риска пожара или взрыва. Основное применение – в сварочных работах.
Применение
Метан используется как горючее в газовых плитах.
Пропан и бутан – в качестве топлива в некоторых автомобилях. Также сжиженным пропаном заполняют зажигалки.
Этан в качестве горючего используют редко, основное его применение – получение этилена.
Этилен является одним из самых производимых органических веществ в мире. Он является сырьём для получения полиэтилена.
Ацетилен используется для создания очень высокой температуры в металлургии (сверка и резка металлов). Ацетилен очень горюч, поэтому в качестве топлива в автомобилях не используется, да и без этого условия его хранения должны строго соблюдаться.
Сероводород , несмотря на его токсичность, в малых количествах применяется в т.н. сероводородных ваннах. В них используются некоторые антисептические свойства сероводорода.
Основным полезным свойством гелия является его очень маленькая плотность (в 7 раз легче воздуха). Гелием заполняют аэростаты и дирижабли. Водород ещё более лёгок, чем гелий, но в то же время горюч. Большую популярность среди детей имеют воздушные шарики, надуваемые гелием.
Токсичность
Углекислый газ. Даже большие количества углекислого газа никак не влияют на здоровье человека. Однако он препятствует поглощению кислорода при содержании в атмосфере от 3% до 10% по объёму. При такой концентрации начинается удушье и даже смерть.
Гелий. Гелий абсолютно нетоксичен при нормальных условиях из-за его инертности. Но при повышенном давлении возникает начальная стадия наркоза, похожая на воздействие веселящего газа*.
Сероводород . Токсичные свойства этого газа велики. При длительном воздействии на обоняние возникает головокружение, рвота. Также парализуется обонятельный нерв, поэтому возникает иллюзия отсутствия сероводорода, а на самом деле организм его уже просто не ощущает. Отравление сероводородом наступает при концентрации 0,2–0,3 мг/м3, концентрация выше 1 мг/м3 - смертельна.
Процесс горения
Все углеводороды при полном окислении (избыток кислорода) выделяют углекислый газ и воду. Например:
CH4 + 3O2 = CO2 + 2H2O
При неполном (недостаток кислорода) - угарный газ и воду:
2CH4 + 6O2 = 2CO + 4H2O
При ещё меньшем количестве кислорода выделяется мелкодисперсный углерод (сажа):
CH4 + O2 = C + 2H2O.
Метан горит голубым пламенем, этан - почти бесцветным, как спирт, пропан и бутан - жёлтым, этилен - светящимся, угарный газ - светло-голубым. Ацетилен - желтоватым, сильно коптит. Если у Вас дома стоит газовая плита и вместо обычного голубого пламени вы видите жёлтое - знайте, это метан разбавляют пропаном.
Примечания
Гелий
, в отличие от любого другого газа, не существует в твёрдом состоянии.
Веселящий газ
– это тривиальное название закиси азота N2O.
Замечания и дополнения к статье - в комментарии.
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.
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 :
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:
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):
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
Цена на природный газ для стран Евросоюза пересмотрена. В 2016-ом за 1 000 кубометров топлива просили 167 долларов. В 2017-ом, по февральским заявлениям председателя «Газпрома», запросят уже около 180-ти условных единиц.
При этом, доля европейского рынка российской корпорации растет. В прошлом году показатель составлял 31%, в текущем – уже 34%. В частности, на 12,5% увеличены поставки в дальнее зарубежье.
В общем, есть и спрос, и перспективы. Отсутствие конкурентов позволяет поднять цены, оставляя Европу приоритетным рынком. О масштабах потребности в топливе не только Запада, но и самой говорят объемы газопроводов.
Их общая длина в Федерации, к примеру, равна 20-ти экваторам. Причем, этого не хватает. Планируют строить новые сети. Так что, нелишне поговорить о перспективном топливе. Узнаем, чем оно является, отличается и как получается.
Свойства природного газа
Герой имеет смешанный состав. Объем природного газа складывается из нескольких . Основной – метан. Его в состав природного газа входит более 90%.
Оставшиеся 10% приходятся на пропан, бутан, , углекислый газ, и . Объединяя их под одним названием, эксперты ставят природный газ на 3-е место по распространенности на Земле. По сути же, бронза достается метану.
Природным топливо зовется, поскольку не синтетическое. Газ рождается под землей из продуктов разложения органики. Однако, есть в топливе и неорганическая составляющая, к примеру, .
Точный состав зависит от местности, присутствующих в ее почвах ресурсах. Изначально же, запасы природного газа зарождались в илистых отложениях водоемов. В них оседали отмершие микроорганизмы и растения.
Ни окислиться, ни разложиться они не могли, поскольку микробов в среде не было, да и кислород туда не проникал. В итоге, отложения органики дожидались подвижек земной коры, к примеру, разлома в ней.
Ил проваливался, оказываясь в новой ловушке. В земных недрах на органику воздействовали давление и жар. Схема похожа на образование нефти. Но, для нее достаточно более низких температур и меньшего давления.
К тому же, у крупные молекулы углеводородов. Природный газ – метан низкомолекулярный, как и прочие компоненты топлива. Его частицы микроскопические.
Взаимодействие между молекулами природного газа слабое. Это-то и отличает вещество от прочих агрегатных состояний, то есть жидкостей и камней. Именно от строения зависят главные свойства природного газа. Горючий .
Вещество легко воспламеняется, а при 600-700-от градусах Цельсия самовозгорается. При этом, октановое число топлива равно 120-130-ти. Этот параметр характеризует детонационную стойкость.
Способность противостоять самовозгоранию важна при сжатии. Не секрет, что используют, в основном, сжиженный природный газ . Его создают из обычного при низких температурах и высоком давлении.
Октановое число газа рассчитывается по соотношению легковоспламеняющихся компонентов к тем, которые при сжатии с трудом окисляются. В бензине это, к примеру, н-гептан и изооктан. Отсюда, собственно, и название числа.
Теплотворность героя статьи приближена к 12 000 килокалорий на кубический метр. То есть, сгорание природного газа дает в 4 раза больше энергии, чем сжигание и в 2 раза больше, чем при работе с .
Теплотворность газа равна нефти. При этом, герой статьи выигрывает перед высокомолекулярным углеводородом. В частности, применение природного газа бездымно. И нефть, и коптят. К тому же, газ сгорает без остатка. У углей, к примеру, остается непереработанная зола.
Несмотря на экологичность, природный газ опасен. Если добавить 5-15% героя статьи к воздуху, он самовоспламениться. Процесс, естественно, протекает в закрытых помещениях. Дома природный газ , как и в цехах, поднимается к потолкам.
Возгорание начинается оттуда. Причина – легкость метана. Воздух тяжелее почти в 2 раза. Вот молекулы природного газа и поднимаются к потолкам. Распознать явление сложно, ведь ни цвета, ни запаха, ни вкуса у природного газа нет.
С химической точки зрения герой статьи отвечает параметрам метана, то есть, вступает в реакции замещения, пиролиза и дегидрирования. Первые основываются на обмене двух и более веществ атомами. Пиролиз – это разложение при нагреве и в отсутствии кислорода. Дегидрированием же именуют реакции отщепления от органики водорода.
Уже при 4-процентном содержании в природном газе примесей тяжелых углеводородов, свойства героя статьи меняются. Указанные в статье параметры усреднены. Однако, практическую ценность имеет любой газ. Какой природный материал идет вход зависит от целей.
На топливо пускают составы с преобладанием метана. Газ, в котором его меньше 90%, считают техническим, применяют в химической промышленности. Подробности процесса расскажем в отдельной главе. Пока же, разберемся с местами дислокации газа в природе.
Добыча и месторождения природного газа
В природе газ – именно газ. Сжижают его после добычи. Поэтому, мировые запасы топлива исчисляются не в килограммах или литрах, а кубометрах. Разведаны на планете 200 триллионов и 363 миллиона.
Ежегодная добыча достигла 3,6 миллиардов кубометров. Их поставляют , Иран, Катар, Туркмения, США, Аравия, Объединенные эмираты и Венесуэла. Страны перечислены в порядке убывания запасов газа.
Как лидер списка, обладает супергигантским «Уренгойским» месторождением природного газа . Названа залежь в честь поселка, рядом с которым найдена еще в 1966-ом. По запасам топлива «Уренгойское» месторождение занимает 3-е место на Земле.
В недрах сокрыты 16 триллионов кубометров газа. Разрабатывают их с 1978-го, с 1984-го экспортируют в Европу. К 2017-му выработаны 70% запасов, то есть от 16 триллионов кубов осталось около 5-ти.
К гигантским относят и «Ямбурское» месторождение. Находится в том же Ямало-Немецком округе, открыто 2-мя годами позже «Уренгойского». Добыча природного газа в промышленных масштабах ведется с 1980-го. Изначально, запасы месторождения исчислялись 8,2 триллионами кубов. К 2017-му кладовые газа оскудели на 4 триллиона кубометров.
Расход природного гага из месторождения, где скважины бурят в условиях вечной мерзлоты, указывает на важность ресурса. Чтобы добыть ямбурское топливо, преодолевают от 1-го до 3-ех километров грунта. 50 метров из них приходятся на мерзлоту.
На полуострове Ямал находится еще одно северное месторождение газа – «Бованенковское». Его запасы равны 4,9 триллионам кубов. Открыли их еще в 1971-ом, но добывать начали лишь в 2012-ом. Поэтому, по текущим запасам залежь сравнима с «Ямбурским» и «Уренгойским» месторождениями.
На «Бованенковском» промысле ежегодно добывают около 90-та миллиардов кубов природного газа. Для населения полуострова предприятие – доход и место занятости. Хотя, некоторые уезжают на промысел за пределы материка.
Природный газ в России найден и на ее морских просторах. Так, «Штокмановское» месторождение разрабатывается меж Мурманском и Новой землей. Иначе говоря, запасы газа базируются на дне Баренцева моря.
Глубина в месте добычи газа не превышает 400-от метров. В полном объеме месторождение не разрабатывается. Пока, процесс отложен до 2019-го года. Объемы залежи исчисляются почти 4-мя триллионами кубометров газа.
Еще одно морское месторождение природного газа находится на юге Карского моря. За близость к Санкт-Петербургу названо «Ленинградским», открыто еще во времена СССР. Запасы топлива залежи оцениваются в 3 триллиона кубометров.
На континентальном шельфе Карского моря обнаружено «Русановское» месторождение природного газа. Пока, речь идет о 779-ти миллиардах кубических метров топлива. Прогнозы прочат увеличение цифры до 3-ех триллионов кубов. Осложняет добычу глубина залегания газа. Извлекать его приходится с 1,5-2-ух километров.
Поставка природного газа из недр в скважины ведется естественным путем. Легкая субстанция попросту просачивается через поры в породе. В скважине создается область низкого давления.
Там, где базируется природный газ, оно высокое. Естественно, что топливо стремится в пробуренные человеком отверстия. Самая глубокая скважина в уходит на 6-километровую глубину, находится на «Уренгойском» месторождении.
На крупные залежи газа приходится по нескольку скважин. Их бурят на одинаковом удалении друг от друга, делают равноценными. Иначе, давление природного газа в пластах земной коры распределяется неравномерно.
Часть скважин просто останется незаполненной. Если же сделать лишь одно отверстие в грунте, оно быстро обводняется, то есть, заполняется водой. Влага устремляется в поры пород, ранее занятые топливом, в общем, идет за ним попятам.
Применение природного газа
Очевидное применение героя статьи – топливо. Чтобы транспортировать газ по трубам, его осушают. Влага в составе газа вызывает коррозию труб, а при минусовых температурах образует пробки льда, закупоривая проходы.
Освобождают героя статьи и от сероводорода с углекислым газом. Последний не регламентируется , но невыгоден экономически. Сероводорода должно быть не более 2-ух граммов на 100 кубометров.
Для предотвращения несчастных случаев, природный газ одоризируют. Иначе говоря, топливо насыщают пахучими компонентами. Они сигнализируют об утечке газа. Поскольку само топливо запаха не имеет, без обработки можно потерять миллионы кубометров.
Кроме топлива в машинах и котельных, газ служит горючим. На нем работают отопительные котлы, кухонные плиты. Некоторые обзаводятся газовыми лампами, освещая ими дома и дворы.
Добыча природного газа на море
В химической промышленности природный газ, точнее метан из него, служит сырьем для получения и ряда пластификаторов. Ацетилен, метанол и цианистый водород – тоже синтезируются из природного газа. Из ацетилена, к примеру, делают ацетатный шелк. Цианистый водород тоже, во многом, идет на синтетические волокна.
Они добывали газ без скважин. На ископаемое наткнулись в поисках подземных растворов поваренной . Искали ее с помощью связок стеблей бамбука. К их концам прикрепляли металлические копья. Вот и замена буров.
Наружу раствор соли выкачивали клапанами из . Они напоминали кузнечные меха. Газ пришел на поверхность вместе с раствором . Китайцы смекнули сжигать его, дабы выпаривать минерал.
После осушения соли, решили проводить топливо по трубам из бамбука в свои хижины. В общем, простейший вариант газопровода существовал еще 8 веков назад. В те поры за природное топливо не платили. В современности каждый кубометр – . Ознакомимся с ценниками.
Цена природного газа
Газа, во многом, определяет политический фактор. , как монополист рынка, диктует правила. Из объективных факторов на топлива влияет форма его транспортировка. Сжижение и перевозка в баллонах дорогостояща. Поставка газа в его естественном виде напрямую по трубам выгоднее.
Порой, на стоимость газа влияет природа. После урагана «Катрин», к примеру, в США сократили добычу топлива. Соответственно, ценник на него подскочил. Ураган прошелся по газодобывающим местностям.
Газа, как правило, делится на стоимость для чужих и своих. Так, стоимость кубометра российского газа внутри страны не превышает 8 80 копеек. Таков тариф 2017-го года в Саратовской области.
В Псковской, для сравнения, платят 5 рублей 46 копеек. Этот тариф близок к действующему в большинстве газифицированных регионах. Соответственно, 1 000 кубометров стоит не более 8 800-от рублей, а обычно, около 5 500-от.
Минимальный ценник на текущий год для европейцев – около 11 000 рублей. Это цена покупки у россиян. За топливо в своих домах жители Запада, естественно, заплатят больше.
