Природный газ. Только газ тому виной

Природный газ является смесью из определенных разновидностей газа, которые образуются глубоко в земле после разложения осадочных органических пород. Это полезное ископаемое, которое должно добываться вместе с нефтью или в качестве самостоятельного вещества.

Свойства природного газа

В естественном состоянии газ представлен в виде отдельных скоплений. Их принято называть газовыми залежами, которые скапливаются в земных недрах, как газовые шапки. Природный газ в некоторых случаях может находиться в глубоких слоях земли в состоянии полного растворения - это нефть или вода. Стандартные условия для образования газа - это наличие температурного режима в двадцать градусов и давление около 0,101325 Паскаля. Стоит отметить, что представленное полезное ископаемое из природного месторождения добывается только в газообразном состоянии - газогидраты.

Главные свойства природного газа - это отсутствие всякого запаха и цвета. Чтобы определить утечку, можно добавить такие вещества, как одоранты, которые имеют сильно выраженный и характерно неприятный запах. В большинстве случаев одорант заменяют на этил-меркаптан. Природный газ достаточно широко используют в качестве топлива на электрических станциях, в черной и цветной металлургии, цементных и стекольных промышленных предприятиях. Он может пригодиться во время производства строительных материалов, для коммунальных и бытовых нужд, а также в качестве уникального сырья для получения органических соединений при синтезе.

В каком состоянии транспортируется газ?

Чтобы значительно упростить задачу транспортировки и дальнейшего хранения газа, его необходимо сжижать. Дополнительное условие - это охлаждение природного газа, если есть постоянное повышенное давление. Свойства природного газа предоставляют возможности для перевозки его в обычных баллонах.

Для транспортировки газа в баллоне его необходимо разделить, после чего он будет состоять в большей части из пропана, а также включать в себя более тяжелые углеводороды. Это происходит потому, что метан и этан не могут находиться в жидких состояниях, особенно если воздух достаточно теплый (18-20 градусов). При транспортировке природного газа необходимо соблюдать все требования и установленные нормы. В противном случае можно столкнуться с взрывоопасными ситуациями.

Что собой представляет сжиженный природный газ?

Сжиженный газ является определенным состоянием природного газа, который охладили при помощи давления. Сжиженный природный газ приводится в такое состояние для того, чтобы его было легче хранить, и он не занимал много места при транспортировке. Таким образом, его можно доставить до конечного потребителя. Плотность газа в два раза меньше плотности бензина. В зависимости от состава его температура кипения может достигать до 160 градусов. Коэффициент сжижения или экономический режим составляет до 95 процентов.

Газ, который находится в скважинах, необходимо тщательным образом подготовить для дальнейшей транспортировки, чтобы привезти его на предприятия. Это могут быть химические заводы, котельные, а также городские газовые сети. Важность правильной подготовки заключается в том, что в природном газе находятся разнообразные примеси, которые вызывают определенные затруднения во время его транспортировки и применения.

Как добывается газ на территории России

Природный газ образуется в процессе смешивания разнообразных видов газа, которые находятся в земной коре. Глубина может достигать почти 2-3 километра. Газ может появиться в результате высокого температурного режима, а также давления. Но доступ кислорода к месту добычи должен полностью отсутствовать.

Добыча природного газа на территории Российской Федерации осуществляется сегодня в самой глубокой скважине. Она располагается возле города Новый Уренгой, где скважина уходит вглубь почти на шесть километров. Газ в этих недрах находится под сильным и высоким давлением. Правильная добыча природного вещества - это бурение скважин. В местах, где есть газ, ставят несколько скважин. Специалисты стараются выполнить бурение равномерно, чтобы пластовые давления имели одинаковое распределение.

Химический состав природного газа

Газ, который добывают из природных месторождений, состоит из углеводородных и не углеводородных компонентов. Природный газ - это метан, который включает в себя более тяжелые гомологи - этан, пропан и бутан. В некоторых случаях можно встретить природное вещество, в котором есть пары пентана и гексана. Углеводород, который содержится в залежах, принято считать тяжелым. Он может образовываться исключительно в процессе образования нефти, а также при преобразовании рассеянных органических веществ.

Помимо углеводородных компонентов, в природном газе имеются примеси диоксида углерода, азота, сероводорода, гелия и аргона. В газонефтяных месторождениях в некоторых случаях присутствуют жидкие пары.

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?

Основные свойства

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%.

Основы виды и применение природного газа

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.

Разновидности добываемого природного газа

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.

Как к нам приходит газ?

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.

Как давно он с нами?

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.

Альтернативы нет

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.

Промышленное использование

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.

Только газ тому виной

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.

Природный газ – смесь газов, которая образуется в при разложении органических веществ. Он относится к горючим и используется в качестве топлива и в . Иногда природный газ также называют «голубым топливом» — именно такой цвет имеет пламя, образующееся при его сжигании.

Природный газ может находиться в недрах в газовом состоянии в виде отдельных скоплений или в виде газовой шапки нефтегазовых месторождений. Он также может быть растворён в нефти или воде.

Природный газ состоит в основном из метана (до 98%). Помимо него в состав природного газа входят другие углеводородные соединения (этан, пропан, ), а также водород, сероводород, азот, гелий и углекислый газ. Сам по себе природный газ не имеет цвета и запаха. Так как в больших концентрациях он смертельно опасен для человека, то в него добавляют вещества, имеющие сильный неприятный запах.

Метан широко распространен в космосе: третий по количеству после водорода и гелия. Он является одной из составляющих планет и астероидов, но так как практического применения это не имеет, то в природные запасы газа эта часть не включается. По причине невозможности добычи не принимается во внимание и большое количество углеводородов, содержащихся в земной мантии.

Залежи добываемого природного газа сосредоточены в осадочной оболочке . Считается, что образуются он в результате разложения останков живых организмов. Природный газ образуется при больших температурах и давлениях, чем , поэтому обычно залегает глубже (от одного до нескольких километров от поверхности земли). Наибольшими запасами природного газа обладают (Уренгойское месторождение), .

В недрах газ располагается в микроскопических пустотах, которые называют порами. Они соединены между собой микроскопическими каналами, по которым газ поступает из пор с высоким в поры с более низким давлением. Природный газ добывают из недр земли с помощью скважин, которые размещаются равномерно по всей территории месторождения. Это создаёт равномерное падение пластового давления в залежи. Перед использованием газа из него необходимо удалить примеси, что делается на специальном газоперерабатывающем предприятии. Далее газ отправляют потребителям по специальным трубопроводам.

Есть смесь метана CH 4 с небольшим количеством азота N 2 и углекислого газа СО 2 - то есть, что он качественно тождественен по составу с газом, выделяющимся из болот .

Энциклопедичный YouTube

1 / 4

✪ Природный газ - Это Интересно

✪ Природный газ. Как это работает?

✪ Природный газ и нефть (загадка происхождения и проблема истощения)

✪ № 53. Органическая химия. Тема 14. Источники углеводородов. Часть 1. Природный газ

Субтитры

Химический состав

Основную часть природного газа составляет метан (CH 4) - от 70 до 98 %. В состав природного газа могут входить более тяжёлые углеводороды - гомологи метана :

• этан (C 2 H 6),
• пропан (C 3 H 8),
• бутан (C 4 H 10).

Природный газ содержит также другие вещества, не являющиеся углеводородами:

• гелий (Не) и другие инертные газы .

Чистый природный газ не имеет цвета и запаха. Для облегчения возможности определения утечки газа в него в небольшом количестве добавляют одоранты - вещества, имеющие резкий неприятный запах (гнилой капусты, прелого сена, тухлых яиц). Чаще всего в качестве одоранта применяется тиолы (меркаптаны), например, этилмеркаптан (16 г на 1000 м³ природного газа).

Физические свойства

Ориентировочные физические характеристики (зависят от состава; при нормальных условиях, если не указано иное):

Месторождения природного газа

В осадочной оболочке земной коры сосредоточены огромные залежи природного газа. Согласно теории биогенного (органического) происхождения нефти, они образуются в результате разложения останков живых организмов. Считается, что природный газ образуется в осадочной оболочке при бо́льших температурах и давлениях, чем нефть. С этим согласуется тот факт, что месторождения газа часто расположены глубже, чем месторождения нефти .

Огромными запасами природного газа обладают Россия (Уренгойское месторождение), Иран , большинство стран Персидского залива, США , Канада . Из европейских стран стоит отметить Норвегию , Нидерланды . Среди бывших республик Советского Союза большими запасами газа владеют Туркмения , Азербайджан , Узбекистан , а также Казахстан (Карачаганакское месторождение).

Метан и некоторые другие углеводороды широко распространены в космосе . Метан - третий по распространённости газ во 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.

Газогидраты

В науке долгое время считалось, что скопления углеводородов с молекулярным весом более 60 пребывают в земной коре в жидком состоянии, а более лёгкие - в газообразном. Однако во второй половине XX века группа сотрудников А. А. Трофимук, Н. В. Черский, Ф. А. Требин, Ю. Ф. Макогон, В. Г. Васильев обнаружили свойство природного газа в определённых термодинамических условиях переходить в земной коре в твёрдое состояние и образовывать газогидратные залежи . Позже выяснилось, что запасы природного газа в этом состоянии огромны.

Газ переходит в твёрдое состояние в земной коре, соединяясь с пластовой водой при гидростатических давлениях до 250 атм и сравнительно низких температурах (до +22 °C ). Газогидратные залежи обладают несравненно более высокой концентрацией газа в единице объёма пористой среды, чем в обычных газовых месторождениях, так как один объём воды при переходе её в гидратное состояние связывает до 220 объёмов газа. Зоны размещения газогидратных залежей сосредоточены главным образом в районах распространения многолетнемёрзлых пород , а также на небольшой глубине под океаническим дном .

Запасы природного газа

Добыча и транспортировка

Природный газ находится в земле на глубине от 1000 м до нескольких километров. Сверхглубокой скважиной недалеко от города Новый Уренгой получен приток газа с глубины более 6000 метров. В недрах газ находится в микроскопических пустотах (порах). Поры соединены между собой микроскопическими каналами - трещинами, по этим каналам газ поступает из пор с высоким давлением в поры с более низким давлением до тех пор, пока не окажется в скважине. Движение газа в пласте подчиняется определённым законам .

Газ добывают из недр земли с помощью скважин . Скважины стараются разместить равномерно по всей территории месторождения, для равномерного падения пластового давления в залежи. Иначе возможны перетоки газа между областями месторождения, а также преждевременное обводнение залежи.

Газ выходит из недр вследствие того, что в пласте находится под давлением, многократно превышающем атмосферное . Таким образом, движущей силой является разность давлений в пласте и системе сбора.

Мировая добыча природного газа в 2014 году составляла 3460,6 млрд м 3 . Лидирующее положение в добыче газа занимают Россия и США.

Подготовка природного газа к транспортировке

Газ, поступающий из скважин, необходимо подготовить к транспортировке конечному пользователю - химический завод, котельная , ТЭЦ , городские газовые сети. Необходимость подготовки газа вызвана присутствием в нём, кроме целевых компонентов (целевыми для различных потребителей являются разные компоненты), также и примесей, вызывающих затруднения при транспортировке либо применении. Так, пары воды, содержащиеся в газе, при определённых условиях могут образовывать гидраты или, конденсируясь, скапливаться в различных местах (например, изгиб трубопровода), мешая продвижению газа; сероводород вызывает сильную коррозию газового оборудования (трубы, ёмкости теплообменников и т. д.). Помимо подготовки самого газа, необходимо подготовить и трубопровод. Широкое применение здесь находят азотные установки , которые применяются для создания инертной среды в трубопроводе.

Газ подготавливают по различным схемам. Согласно одной из них, в непосредственной близости от месторождения сооружается установка комплексной подготовки газа (УКПГ), на которой производится очистка и осушка газа в абсорбционных колоннах . Такая схема реализована на Уренгойском месторождении . Также целесообразна подготовка газа мембранной технологией.

Для подготовки газа к транспортировке применяются технологические решения с применением мембранного газоразделения, с помощью которого можно выделить тяжёлые углеводороды (C 3 H 8 и выше), азот, углекислый газ, сероводород, а также значительно снизить температуру точки росы по воде и углеводородам перед подачей в ГТС.

Если газ содержит в большом количестве гелий либо сероводород , то газ обрабатывают на газоперерабатывающем заводе, где выделяют серу на установках аминовой очистки и установках Клауса, а гелий - на криогенных гелиевых установках (КГУ). Эта схема реализована, например, на Оренбургском месторождении. Если в газе сероводорода менее 1,5 % об., то также целесообразно рассмотреть мембранную технологию подготовки природного газа, поскольку её применение позволяет снижать капитальные и эксплуатационные затраты в 1,5-5

Транспортировка природного газа

В настоящее время основным видом транспорта является трубопроводный. Газ под давлением 75 атм прокачивается по трубам диаметром до 1,42 м. По мере продвижения газа по трубопроводу он, преодолевая силы трения как между газом и стенкой трубы, так и между слоями газа, теряет потенциальную энергию, которая рассеивается в виде тепла. Поэтому через определённые промежутки необходимо сооружать компрессорные станции (КС), на которых газ обычно дожимается до давления от 55 до 120 атм и затем охлаждается. Сооружение и обслуживание трубопровода весьма дорогостоящи, но тем не менее это наиболее дешёвый с точки зрения начальных вложений и организации способ транспортировки газа на небольшие и средние расстояния.

Кроме трубопроводного транспорта широко используют специальные танкеры - газовозы . Это специальные суда, на которых газ перевозится в сжиженном состоянии в специализированных изотермических емкостях при температуре от −160 до −150 °С.

Для сжижения газ охлаждают при повышенном давлении. При этом степень сжатия достигает 600 раз в зависимости от потребностей. Таким образом, для транспортировки газа этим способом, необходимо протянуть газопровод от месторождения до ближайшего морского побережья, построить на берегу терминал, который значительно дешевле обычного порта, для сжижения газа и закачки его на танкеры, и сами танкеры . Обычная вместимость современных танкеров составляет от 150 000 до 250 000 м³ . Такой метод транспортировки является значительно более экономичным, чем трубопроводный, начиная с расстояний до потребителя сжиженного газа более 2000-3000 км, так как основную стоимость составляет не транспортировка, а погрузочно-разгрузочные работы, но требует более высоких начальных вложений в инфраструктуру, чем трубопроводный. К его достоинствам относится также тот факт, что сжиженный газ куда более безопасен при перевозке и хранении, чем сжатый.

В 2004 г. международные поставки газа по трубопроводам составили 502 млрд м³, сжиженного газа - 178 млрд м³.

Также есть и другие технологии транспортировки газа, например с помощью железнодорожных цистерн.

Разрабатывались также проекты транспортировки газа с использованием

Некоторые частные случаи

• Идеальный газ - газ, в котором взаимодействие между молекулами сводится к парным столкновениям, причём время межмолекулярного столкновения много меньше среднего времени между столкновениями. Идеальный газ является простейшим модельным объектом молекулярной физики .

Уравнение состояния идеального газа

• Реальный газ - газ, в котором учитывается взаимодействие между молекулами. Уравнение состояния реального газа часто строится методами теории возмущений , при этом отличие от уравнения состояния идеального газа описывается набором вириальных коэффициентов.
• Газ ван-дер-Ваальса - частный случай реального газа с достаточно простым модельным уравнением состояния. Важнейшим свойством газа ван-дер-Ваальса является существование в такой простой модели фазового перехода газ-жидкость.
• Частично или полностью ионизованный газ называется плазмой .

Также газом часто кратко называют природный газ .

Этимология

• модифицированным методом NX19 мод;
• модифицированным уравнением состояния GERG-91 мод;
• уравнением состояния AGA8-92DC;
• уравнением состояния ВНИЦ СМВ.

Теплоёмкость

Термическая ионизация

Термическая ионизация - придание атомам достаточной кинетической энергии для отрыва электрона от ядра и последующей ионизации вследствие повышения температуры газа и тепловое движение атомов газа, приводящее к столкновениям и превращением их в кинетическую энергию. Температуры, необходимые для ионизации газов, очень высоки (например, для водорода этот показатель составляет 6 000 К). Этот тип ионизации газов распространен преимущественно в природе.

Ионизация электрическим ударом

При низкой температуре газ также может проводить ток, если мощность его внутреннего электрического поля превышает некоторое пороговое значение. Пороговое значение в данном случае - достижение электроном под действием электрического поля достаточной кинетической энергии, необходимо для ионизации атома. Далее электроны снова разгоняются электрическим полем для ионизации и ионизируют два атома и т. д. - процесс становится цепным. В конечном итоге все свободные электроны достигнут позитивного электрода, позитивные ионы - негативного электрода. Данный тип ионизации распространен преимущественно в промышленности.

• Любое вещество на высоких температурах и в инертной среде является газом.