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.

Состоянии в виде естественных газогидратов .

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 (He) 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

Добыча

Есть также и другие технологии транспортировки газа, например с помощью железнодорожных цистерн . Разрабатывались также проекты транспортировки газа с использованием дирижаблей или в газогидратном состоянии , но эти разработки не нашли применения в силу различных причин.

Экология

Применение

Природный газ широко применяется в качестве горючего в жилых, частных и многоквартирных домах для отопления, подогрева воды и приготовления пищи; как

Природный газ, к которому мы все так привыкли у себя на кухне, является близким родственником нефти. Состоит он по большей части из метана с примесями более тяжелых углеводородов (этана, пропана, бутана). В естественных природных условиях он также часто содержит примеси других газов (гелия, азота, сероводорода, углекислого газа).

Типичный состав природного газа:

Углеводороды :

• Метан – 70-98%
• Этан – 1-10%
• Пропан – до 5%
• Бутан – до 2%
• Пентан – до 1%
• Гексан – до 0,5%

Примеси :

• Азот – до 15%
• Гелий – до 5%
• Углекислый газ – до 1%
• Сероводород – менее 0,1%

Природный газ исключительно широко распространен в недрах земли. Его можно встретить в толще земной коры на глубине от нескольких сантиметров до 8 километров. Также как и нефть, природный газ, в процессе миграции в земной коре, попадает в ловушки (проницаемые пласты ограниченные непроницаемой толщей пород), в результате чего формируются газовые месторождения.

Пять крупнейших газовых месторождений России:

• Уренгойское (газовое)
• Ямбургское (нефтегазоконденсатное)
• Бованенковское (нефтегазоконденсатное)
• Штокмановское (газоконденсатное)
• Ленинградское (газовое)

Природный (углеводородный) газ – частый спутник нефтяных месторождений. Обычно он содержится в нефти в растворенном виде, а в некоторых случаях скапливается в верхней части месторождений, образуя так называемую газовую шапку. В течение длительного времени газ, выделяющийся при добыче нефти, и называемый попутным газом, был нежелательной составляющей процесса добычи. Чаще всего его просто сжигали в факелах.

Только за последние несколько десятков лет человечество научилось достаточно полно использовать все преимущества природного газа. Такая задержка в освоении этого чрезвычайно ценного вида топлива во многом связана с тем, что транспортировка газа и его использование в промышленности и быту требуют достаточно высокого технического и технологического уровня развития. Кроме того, природный газ, смешиваясь с воздухом, образует взрывоопасную смесь, что требует повышенных мер безопасности при его использовании.

Применение газа

Некоторые попытки применения газа предпринимались еще в XIX веке. Светильный газ, как его тогда называли, служил в качестве источника освещения. Разработку газовых месторождений в то время еще не вели, а для освещения использовали газ, добываемый вместе с нефтью. Поэтому такой газ часто называли нефтяным. Таким нефтяным газом, например, долгое время освещалась Казань. Использовали его и для освещения Петербурга и Москвы.

В настоящее время газ играет все более значительную роль в энергетике мира. Спектр его применения очень широк. Он используется в промышленности, в быту, в котельных, ТЭЦ, в качестве моторного топлива для автомашин и как исходное сырье в химической промышленности.

Газ считается относительно чистым видом топлива. При сжигании газа образуется только углекислый газ и вода. При этом выбросы углекислого газа почти в два раза меньше, чем при сжигании угля и в 1,3 раза меньше, чем при сжигании нефти. Не говоря уже о том, что при сжигании нефти и угля остаются еще копоть и зола. Благодаря тому, что из всех ископаемых видов топлива газ является наиболее экологически чистым видом, в энергетике современных мегаполисов он занимает доминирующее положение.

Как добывают газ

Также как и нефть, природный газ добывают при помощи скважин, которые распределяют равномерно по всей площади газового месторождения. Добыча происходит за счет разницы давлений в газоносном пласте и на поверхности. Под действием пластового давления газ выталкивается через скважины на поверхность, где попадет в систему сбора. Далее газ подается на установку комплексной подготовки газа, где его очищают от примесей. Если примесей в добываемом газе незначительное количество, тогда его могут сразу направить на газоперерабатывающий завод, минуя установку комплексной подготовки.

Как транспортируют газ

Транспортировка газа осуществляется преимущественно по трубопроводам. Основные объемы газа транспортируют магистральными газопроводами, где давление газа может достигать 118 атм. Потребителям же газ попадает через распределительные и внутридомовые газопроводы. Сначала газ проходит через газораспределительную станцию, где его давление снижается до 12 атм. Затем по распределительным газопроводам он подается на газорегуляторные пункты, где его давление снова понижают, на этот раз уже до 0,3 атм. После чего по внутридомовым газопроводам газ попадает к нам на кухню.

Вся эта огромная газораспределительная инфраструктура представляет собой поистине масштабную картину. Сотни и сотни тысяч километров газопроводов, опутавших собой практически всю территорию России. Если всю эту паутину газопроводов вытянуть в одну линию, то ее длины хватит, чтобы достать от Земли до Луны и обратно. И это только газотранспортная система России. Если же говорить о всей мировой газотранспортной инфраструктуре, то речь будет идти уже о миллионах километров трубопроводов.

Поскольку природный газ не обладает ни запахом, ни цветом, то для того, чтобы можно было оперативно обнаружить утечки газа, ему искусственно придается неприятный запах. Этот процесс называется одоризацией и происходит на газораспределительных станциях. В качестве одорантов, то есть неприятно пахнущих веществ, обычно используют серосодержащие соединения, например этантиол (EtSH).

Потребление газа носит сезонный характер. Зимой его потребление увеличивается, а летом снижается. Чтобы сгладить сезонные колебания в потреблении газа, вблизи крупных промышленных центров создают подземные хранилища газа (ПХГ). Это могут быть истощившиеся газовые месторождения, приспособленные под хранение газа или искусственно созданные подземные соляные пещеры. Летом излишки транспортируемого газа направляют в ПХГ, а зимой наоборот, возможный недостаток мощностей трубопроводной системы компенсируют отбором газа из хранилищ.

В мировой практике помимо газопроводов природный газ часто транспортируют в сжиженном виде посредством специальных судов – газовозов (метановозов). В сжиженном виде объем природного газа уменьшается в 600 раз, что удобно не только для транспортировки, но и для хранения. Для сжижения газ охлаждают до температуры конденсации (-161,5 °С) в результате чего он превращается в жидкость. В таком охлажденном виде он и транспортируется. Основными производителями сжиженного природного газа являются Катар, Индонезия, Малайзия, Австралия и Нигерия.

Перспективы и тенденции

Благодаря своей экологической чистоте и постоянному совершенствованию техники и технологий, как в добыче, так и в использовании газа, этот вид топлива приобретает все большую популярность. Компания BP, например, прогнозирует опережающий рост спроса на газ по сравнению с другими видами ископаемого топлива.

Рост потребности в газе приводит к поиску новых, часто нетрадиционных, источников газа. Такими источниками могут быть:

• Газ из угольных пластов
• Сланцевый газ
• Газогидраты

♦ Газ из угольных пластов начали добывать только в конце 1980-х годов. Впервые это было сделано в США, где была доказана коммерческая целесообразность такого вида добычи. В России Газпром начал испытывать этот метод с 2003 года, начав пробную добычу метана из угольных пластов в Кузбассе. Добычу газа из угольных пластов осуществляют и в других странах - Австралии, Канаде и Китае.

♦ Сланцевый газ . Сланцевая революция в добыче газа, случившаяся в США в последнее десятилетие, не сходит с первых полос периодической печати. Развитие технологии горизонтального бурения и позволило добывать газ из низкопроницаемых сланцев в объемах окупающих затраты на его извлечение. Феномен бурного развития добычи сланцевого газа в США подстегивает и другие страны к развитию данного направления. Помимо США активные работы по добыче сланцевого газа ведутся в Канаде. Также значительным потенциалом по развитию масштабной добычи сланцевого газа обладает Китай.

♦ Газогидраты . Значительная часть природного газа находится в кристаллическом состоянии в виде так называемых газогидратов (гидратов метана). Крупные запасы газогидратов существуют в океанах и в зонах вечной мерзлоты материков. В настоящее время оцениваемые запасы газа в виде газогидратов превосходят вместе взятые запасы нефти, угля и обычного газа. Разработкой экономически целесообразных технологий по добыче газогидратов усиленно занимаются в Японии, США и некоторых других странах. Особенно этой теме уделяет внимание Япония, лишенная традиционных запасов газа и вынужденная закупать этот вид ресурса по чрезвычайно высоким ценам.

Природный газ в качестве топлива и источника химических элементов имеет большое будущее. В отдаленной перспективе именно его рассматривают в качестве основного вида топлива, который будет использоваться в период перехода мировой энергетики на более чистые возобновляемые ресурсы.

Природный газ

Природный газ -- смесь газов, образовавшихся в недрах Земли при анаэробном разложении органических веществ.

Природный газ относится к полезным ископаемым. Природный газ в пластовых условиях (условиях залегания в земных недрах) находится в газообразном состоянии -- в виде отдельных скоплений (газовые залежи) или в виде газовой шапки нефтегазовых месторождений, либо в растворённом состоянии в нефти или воде. При стандартных условиях (101,325 кПа и 20°C) природный газ находится только в газообразном состоянии. Также природный газ может находиться в кристаллическом состоянии в виде естественных газогидратов.

Сэр Гемфри Дэви (ученый-химик) еще в 1813 г. заключил из своих анализов, что рудничный газ есть смесь метана CH4 с небольшим количеством азота N2 и углекислого газа СО 2 -- то есть, что он качественно тождественен по составу с газом, выделяющимся из болот.

Основную часть природного газа составляет метан (CH4) -- от 92 до 98%. В состав природного газа могут также входить более тяжёлые углеводороды -- гомологи метана:

• · этан (C2H6),
• · пропан (C3H8),
• · бутан (C4H10).

А также другие неуглеводородные вещества:

• · водород (H2),
• · сероводород (H2S),
• · диоксид углерода (СО2),
• · азот (N2),
• · гелий (Не)

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, например, этилмеркаптан (16г на 1000 куб.м. 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 бомльших 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)

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.

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.

Применение природного газа

Природный газ широко применяется в качестве горючего в жилых, частных и многоквартирных домах для отопления, подогрева воды и приготовления пищи; как топливо для машин (газотопливная система автомобиля), котельных, ТЭЦ и др. Сейчас он используется в химической промышленности как исходное сырьё для получения различных органических веществ, например, пластмасс. В XIX веке природный газ использовался в первых светофорах и для освещения (применялись газовые лампы)

Природным газом называется смесь таких газов, которые образовались в земных недрах при разложении различных органических веществ. Конечно, состав природного газа стоит определять с поправкой на конкретные образцы. Однако у всех природных газов несомненно много общих веществ и химических элементов в строении, а также любой природный газ имеет приблизительно тот же физический состав и свойства, что и другие. Об этом мы с вами и поговорим.

Общие сведения

Природный газ - одно из важнейших полезных ископаемых, активно применяемых в промышленности и в быту. В условиях залегания (или, как говорят газовики, в пластовых условиях) природный газ находится исключительно в газообразном состоянии либо в виде так называемой «газовой шапки» в общих месторождениях нефти и газа, либо в виде газовых залежей (то есть, отдельных скоплений), либо в растворенном виде - в воде или в нефти. Правда, при определенных условиях природный газ может находиться не только в газообразном, но и в твердом состоянии в виде кристаллов.

Химический состав природного газа

Что касается основных веществ, входящих в состав природного газа, то ими являются метан (CH 4), углекислый газ (CO 2) и азот в виде молекул (N 2). Из этих веществ и элементов состоит практически любой природный газ, будь то рудничный или болотный. Что же касается состава природного газа в процентах, то основным веществом, входящим в состав природного газа безусловно является метан. Его доля составляет от 90 до 98% - в зависимости от месторождения газа. Также в состав природного газа входят такие вещества, как бутан, пропан, этан (углеводороды, называемые также гомологами метана, поскольку состоят из одних и тех же химических элементов, различаясь только по количеству атомов углерода и водорода и, соответственно, по структуре молекул). Из неуглеводородных составляющих природного газа отметим, помимо уже описанных азота и диоксида углерода (углекислого газа), водород (H 2), гелий (He) и сероводород (H 2 S).

Физические свойства природного газа

Прежде всего отметим, что природный газ, находящийся в чистом виде, бесцветен и не имеет запаха. Для того, чтобы определить утечку газа, в него в малых количествах добавляются так называемые одоранты или вещества, которые имеют резкий и достаточно неприятных запах: например, тиолы, среди которых ведущее место занимает этилмеркаптан. На 1000 кубометров природного газа добавляется обычно не более 15-16 г этилмеркаптана. Плотность природного газа в газообразном состоянии составляет в среднем 0,75 кг на кубический метр. В кристаллическом состоянии плотность достигает 400 кг на м 3 . Самовозгорается природный газ лишь при очень высокой температуре - около 650 градусов по шкале Цельсия. При определенной концентрации природного газа в воздухе (примерно 5-15%) могут происходить взрывы. Также известна и удельная теплота сгорания природного газа, составляющая в среднем 35 МДж/м? или 9 Мкал/м?. При использовании в различных двигателях внутреннего сгорания октановое число природного газа составляет от 120 до 130. Наконец, природный газ приблизительно в 1,8 раз легче воздуха, поэтому при утечке он поднимается вверх, а не собирается в низинах.

Применение природного газа

Прежде всего, природный газ в современном мире применяется в качестве горючего и топлива. Так, во многих многоквартирных и частных домах люди используют природный газ для приготовления пищи, подогрева воды, отопления. Что же касается другого применения природного газа в виде топлива, то в последнее время он активно используется не только в качестве топлива для различных ТЭЦ и котельных, но и как горючее для топливных систем некоторых автомобилей. Кроме того, современные инженеры и конструкторы наладили даже выпуск транспорта, работающего на природном газе - например, автобусов. В химической промышленности природный газ используется в качестве сырья для изготовления всевозможных веществ - например, различных пластиков и пластмасс. А на заре своей добычи во многих европейских и североамериканских городах природный газ использовался в качестве уличного освещения и применялся он даже в самых первых светофорах.

← Вернуться