что такое природный газ определение
Классификация и свойства
Природный газ подразделён на 3 основные категории. Они описываются следующими характеристиками:
Применяют его как сырьё и промышленное топливо. Также его активно используют, чтобы получить нитрометан, муравьиную кислоту, фреоны и водород. При распаде углеводородных связей под влиянием тока и температур получается применяемый в промышленности ацетилен. При окислении аммиака с метаном образуется синильная кислота.
В составе природного газа имеет такой список компонентов:
Физические свойства природного ископаемого следующие: температура самовозгорания составляет 650 градусов по шкале Цельсия, плотность природного газа — 0,68−0,85 (в газообразном состоянии) и 400 кг/м3 (жидкий). При смешении с воздухом взрывоопасными считаются концентрации 4,4−17%. Октановое число ископаемого составляет 120−130. Рассчитывают его исходя из соотношения легковоспламеняющихся компонентов к трудно окисляющимся при сжатии. Теплотворность приблизительно равна 12 тысячам калорий на 1 метр кубический. Теплопроводность газа и нефти одинаковая.
При добавлении воздуха природный источник может быстро воспламеняться. В бытовых условиях он поднимается к потолку. Именно оттуда и начинается возгорание. Связано это с лёгкостью метана. А вот воздух примерно в 2 раза тяжелее этого элемента.
В соответствии с химическими характеристиками, ресурс может вступать в реакции дегидрирования, пиролиза и замещения. Когда в составе будет присутствовать более 4% тяжёлых углеводородов, свойства начнут меняться.
Месторождение и добыча
Газ сжижают уже после его добычи. Именно по этой причине мировые запасы считают в кубических метрах. В год может достигаться до 3,6 миллиарда кубометров. Основными странами поставщиками являются Россия, Аравия, Иран, Туркмения, Катар, США, Венесуэла и Объединённые Эмираты.
Мировым лидером по добыче считается Российская Федерация. Основная часть залежь приходится на Уренгой. Там находится приблизительно 16 триллионов кубических метров газа. Также гигантским является и Ямбургское месторождение, где насчитывается 8,2 триллиона газа.
На важность природного ископаемого указывает расход. Скважины бурят по вечной мерзлоте. Для добычи ямбургского топлива необходимо преодолеть 1−3 километра. Из них примерно 50 метров приходится на мерзлоту.
Имеется ещё и Бованенковское месторождение, запасы которого составляют 4,9 триллиона кубических метров. Для местного населения предприятие по добыче и переработке считается местом занятости и дохода.
На днище Баренцева моря были обнаружены залежи ископаемого. Глубина его зарождений — не более 400 метров. На этой местности добыча в полном объёме не разрабатывается. Примерный объём залежей составляет 4 триллиона.
На юге Карского моря тоже имеются источники газа. Там было открыто Ленинградское (примерно 3 триллиона кубометров) и Русановское (779 миллиардов кубов топлива) месторождения.
Транспортировка топлива
Природный газ из недр в скважины поставляется обычным путём. Лёгкая субстанция имеет свойство просачиваться через имеющиеся в породе поры. Область низкого давления создают в скважине. В местах скопления ресурса оно высокое. На крупные залежи бурят несколько скважин, которые располагаются на равном друг от друга расстоянии.
К окончательной транспортировке топливо следует хорошо подготовить. Это обусловлено наличием примесей, которые могут вызывать осложнения с перемещением или же последующим применением. К примеру, из-за водяных паров при определённых условиях могут получаться гидраты, которые будут оседать в различных местах. Это вызовет затруднительное передвижение. Из-за сероводорода на оборудовании может возникать коррозия.
Кроме того, следует произвести тщательную подготовку трубопровода. Широкое применение получили азотные установки, благодаря которой получается инертная среда.
Трубопроводный способ на сегодняшний день обладает большой популярностью. Обслуживание и монтаж труб является довольно дорогой процедурой. Но несмотря на высокую стоимость, такой метод является наиболее выгодным для транспортировки на ближние и средние дистанции.
Применение в различных сферах деятельности
Топливо является основной областью применения. Для транспортировки источника по трубопроводу, необходимо ресурс осушить, в противном случае он может вызвать коррозию на поверхности. Также следует из состава убрать углекислый газ и сероводород.
Чтобы избежать неприятных ситуаций, ископаемое одоризируют — добавляют пахучие элементы, которые будут свидетельствовать про утечку. Без обработки могут быть большие потери топлива, так как, с точки зрения химии, запаха оно не имеет.
Помимо этого, газ является горючим веществом для работы кухонных плит и отопительных котлов. Уже появились и газовые лампы для освещения улиц и помещений.
Из метана в химической промышленности добывают аммиак и некоторые пластификаторы. Из него синтезируются цианистый водород, ацетилен и метанол. Из метана производят и синтетический каучук. Происхождение полиэтилена было открыто при работе с природным газом.
Природные газы
Содержание
Приро́дный газ — смесь газов, образовавшаяся в недрах земли при анаэробном разложении органических веществ.
Природный газ относится к полезным ископаемым. Часто является попутным газом при добыче нефти. Природный газ в пластовых условиях (условиях залегания в земных недрах) находится в газовом состоянии в виде отдельных скоплений (газовые залежи) или в виде газовой шапки нефтегазовых месторождений — это свободный газ, либо в растворённом состоянии в нефти или воде (в пластовых условиях), а в стандартных условиях (0,101325 МПа и 20 °С) — только в газовом состоянии. Также природный газ может находиться в виде газогидратов. Англоязычный термин — Compressed Natural Gas (CNG)
Химический состав
а также другие неуглеводородные вещества:
Чистый природный газ не имеет цвета и запаха. Чтобы можно было определить утечку по запаху, в газ добавляют небольшое количество одорантов (чаще всего в качестве одоранта применяэтся этил-меркаптан), имеющих сильный неприятный запах, это — т. н. одоранты.
Для облегчения транспортировки и хранения природного газа его сжижают охлаждая при повышенном давлении.
Физические свойства
Ориентировочные физические характеристики (зависят от состава):
Плотность: от 0,7 до 1,0 кг/м³ (сухой газообразный, при нормальных условиях) либо 400 кг/м³ (жидкий).
Температура возгорания: t = 650 °C.
Теплота сгорания одного м³ природного газа в газообразном состоянии при н.у.: 28—46 МДж, или 6,7—11,0 Мкал. [1] Октановое число при использовании в двигателях внутреннего сгорания: 120—130.
Месторождения природного газа
Огромные залежи природного газа сосредоточены в осадочной оболочке земной коры. Согласно теории биогенного (органического) происхождения нефти они образуются в результате разложения останков живых организмов. Считается, что природный газ образуется в осадочной оболочке при бо́льших температурах и давлениях, чем нефть. С этим согласуется тот факт, что месторождения газа часто расположены глубже, чем месторождения нефти.
Огромными запасами природного газа обладает Россия (Уренгойское месторождение), США, Канада. Из других европейских стран стоит отметить Норвегию, но её запасы невелики. Среди бывших республик Советского Союза большими запасами газа владеет Туркмения, а также Казахстан (Карачаганакское месторождение)
Во второй половине XX века в университете им. И. М. Губкина были открыты природные газогидраты (или гидраты метана). Позже выяснилось, что запасы природного газа в данном состоянии огромны. Они располагаются как под землёй, так и на незначительном углублении под морским дном.
Синтез природного газа
Существуют множество способов получения природного газа из других органических веществ, например отходов сельскохозяйственной деятельности, деревообрабатывающей и пищевой промышленности и т. д.
Добыча и транспортировка
Природный газ находится в земле на глубине от 1000 метров 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, называемых порами. 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. Это делается для равномерного падения пластового давления в залежи. Иначе возможны перетоки газа между областями месторождения, а так же 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.
В 2005 году в России объём добычи природного газа составил 548 млрд м³. Внутренним потребителям было поставлено 307 млрд м³ через 220 региональных газораспределительных организаций. На территории России расположено 24 хранилища природного газа. Протяжённость магистральных газопроводов России составляет 155 тыс. км.
| Страна | 2008 | 2006 | ||
| Добыча, млрд куб.м | Доля мирового рынка (%) | Добыча, млрд куб.м | Доля мирового рынка (%) | |
| Россия | 673,46 | 18 | ||
| Соединенные Штаты Америки | 667 | 18 | ||
| Алжир | 171,3 | 5 | ||
| Иран | 170 | 5 | ||
| Норвегия | 143,6 | 4 | ||
| Индонезия | 88,1 | 2,4 | ||
| Саудовская Аравия | 85,7 | 2,3 | ||
| Нидерланды | 77,67 | 2,1 | ||
| Малайзия | 69,9 | 1,9 | ||
| Туркменистан | 66,2 | 1,8 | ||
| Остальные страны | 1440,17 | 39,5 | ||
| Мировая добыча нефти | 100 | 3646 | 100 | |
Подготовка природного газа к транспортировке
Газ, поступающий из скважин, необходимо подготовить к транспортировке конечному пользователю — химический завод, котельная, городские газовые сети. Необходимость подготовки газа вызвана присутствием в нём кроме целевых компонентов (целевыми для различных потребителей являются разные компоненты) примесей, вызывающих затруднения при транспортировке либо применении. Так, пары воды, содержащейся в газе, при определённых условиях могут образовывать гидраты или, конденсируясь, скапливаться в различных местах (изгиб трубопровода, например), 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. Такая схема реализована на Уренгойском месторождении.
Если газ содержит в большом количестве гелий либо сероводород, то газ обрабатывают на газоперерабатывающем заводе, где выделяют гелий и серу. Эта схема реализована, например, на Оренбургском месторождении..
Транспортировка природного газа
В настоящее время основным видом транспорта является трубопроводный. Газ под давлением 75 атмосфер движется по трубам диаметром до 1,4 метра. По мере продвижения газа по трубопроводу он теряет энергию, преодолевая силы трения как между газом и стенкой трубы, так и между слоями газа. Поэтому через определённые промежутки необходимо сооружать компрессорные станции (КС), на которых газ дожимается до 75 атм. Сооружение и обслуживание трубопровода весьма дорогостояще, но тем не менее — это наиболее дешёвый способ транспортировки газа и нефти.
Кроме трубопроводного транспорта используют специальные танкеры — газовозы. Это специальные корабли, на которых газ перевозится в сжиженном состоянии при определённых термобарических условиях. Таким образом для транспортировки газа этим способом необходимо протянуть газопровод до берега моря, построить на берегу сжижающий газ завод, порт для танкеров, и сами танкеры. Такой вид транспорта считается экономически обоснованным при отдалённости потребителя сжиженного газа более 3000 км.
В 2004 международные поставки газа по трубопроводам составили 502 млрд м³, сжиженного газа — 178 млрд м³.
Также есть и другие проекты транспортировки газа, например с помощью дирижаблей, или в газогидратном состоянии, но эти проекты не нашли широкого применения в силу различных причин.
Экология
Применение
Природный газ широко применяется в качестве горючего, для отопления жилых домов, как топливо для машин, электростанций и др. Сейчас он используется в химической промышленности как исходное сырьё для получения различных органических веществ, например пластмасс. В XIX в. природный газ использовался в первых светофорах и для освещения (применялись газовые лампы).
Что такое природный газ
Природный газ — смесь углеводородов, предмет религиозного культа, спора ученых и важнейший сырьевой ресурс. Он невидим и не имеет запаха. В России его больше, чем где-либо в мире.
Из чего состоит природный газ
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.
Запах газа
Спор ученых
Относительно происхождения природного газа (как, впрочем, и нефти) среди ученых до сих пор не существует единого мнения. Две основные концепции — биогенная и минеральная — утверждают разные причины образования углеводородных полезных ископаемых в недрах Земли.
Минеральная теория
Образование полезных ископаемых в пластах горных пород — часть процесса дегазации Земли. Из-за внутренней динамики Земли углеводороды, находящиеся на больших глубинах, поднимаются в зону наименьшего давления, образуя в результате газовые и нефтяные залежи.
Биогенная теория
Живые организмы, погибшие и опустившиеся на дно водоемов, разлагались в безвоздушном пространстве. Опускаясь все глубже из-за геологических движений, остатки разложившейся органики превратились под воздействием термобарических факторов (температуры и давления) в углеводородные полезные ископаемые, в том числе — в природный газ.
Невидимые поры
Довольно распространено ложное представление о том, что газ находится под землей в неких пустотах, из которых легко полностью извлекается. На самом деле газ может находиться внутри горной породы, имеющей пористую структуру настолько мелкую, что человеческим глазом ее увидеть нельзя. Держа в руках кусок песчаника, извлеченного с огромной глубины, достаточно сложно представить, что внутри заключен природный газ.
Поклонение газу
Человечество знает о существовании природного газа давно. И, хотя уже в IV веке до н. э. в Китае его научились использовать для отопления и освещения, 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.
Кстати, недалеко от храма Атешгях в 1859 году была совершена первая в России попытка (довольно кратковременная) использовать природный газ в промышленных целях — на нефтеперегонном заводе в Баку.
Термоламп и первый газ в России
История российской газовой промышленности начинается в 1811 году. Тогда изобретатель Петр Соболевский создал первую установку для получения искусственного газа — термоламп. Выступив с докладом об этом на заседании Всероссийского общества любителей словесности, наук и художеств, по указу Александра I Соболевский был награжден орденом за свое изобретение. А несколькими годами позже, в 1819 году, на Аптекарском острове в Санкт-Петербурге зажглись первые газовые фонари. Таким образом, история газовой промышленности в России началась почти 200 лет назад — в 2011 году у нее был юбилей.
В середине годов XX века во всем СССР было добыто 227,7 млн кубометров газа. В 2010 году Группой «Газпром» было добыто 508,6 млрд кубометров газа.
Россия занимает первое место в мире по объему запасов природного газа. Доля «Газпрома» в этих запасах составляет около 70%. Таким образом, «Газпром» располагает самыми богатыми в мире запасами природного газа.
С наступлением XX века началось активное развитие российской газовой промышленности: впервые разрабатывались газовые месторождения, утилизировался попутный (нефтяной) газ.
Русская смекалка
Однако до XX века в России природный газ являлся побочным продуктом при добыче нефти и назывался попутным газом. Не существовало даже самих понятий газового или газоконденсатного месторождений. Обнаруживались они случайно, например при бурении артезианских скважин. Однако известен случай, когда во время бурения такой скважины находчивый саратовский купец, увидев вместо воды пламя, построил на этом месте стекольный и кирпичный заводы. Промышленники постепенно начали осознавать, что природный газ может быть крайне полезен.
Природный газ: свойства, состав, технология добычи и применение
Природный газ — это ресурс, который пользуется большим спросом, в результате чего его запасы быстро уменьшаются. Страны-лидеры по наличию его залежей — Россия и США. По оценкам ученых, интенсивная добыча этого исчерпываемого ресурса приведет к тому, что его запасы будут истощены через 50–70 лет.
Происхождение
У ученых до сих пор нет единого мнения по поводу возникновения природного газа. Есть 2 теории, объясняющие его появление:
Сторонники первой, минеральной, теории считают, что химические элементы, присутствующие в составе ископаемого, были заложены в мантии Земли. По мнению ученых, эти соединения располагаются в глубоких слоях горных пород и представляют собой часть процесса дегазации нашей планеты.
Внутренние движения Земли вызывают поднятие углеводородов, которые образовались в ее глубоких слоях в результате действия высоких температур и давления, ближе к поверхности, где давление наименьшее. Результат таких изменений — появление газовых и нефтяных залежей.
Сторонники минеральной теории подчеркивают, что описанный процесс постоянный, поэтому беспокоиться об истощении запасов природного газа не стоит.
Суть органической теории выражается в следующем: газ образовался из остатков животных и растительных организмов, которые под влиянием высоких температур, а также давления и бактерий, превратились в соединение газообразных углеродов. Последние проникали в пустоты земной коры, формируя пласты газа и нефти. Таким образом, биогенная теория подчеркивает, что природный газ — исчерпываемый природный ресурс.
Состав
Химический состав природного газа представлен метаном (CH4) — его содержание достигает 98 %. Допускается присутствие более тяжелых углеводородов, к которым относятся:
Физические свойства вещества:
Природный газ, находящийся в виде пластовых залежей в недрах Земли, имеет газовое состояние в виде отдельных скоплений. В нефти или воде пребывает в растворенном состоянии.
Месторождения
В зависимости от количества запасов, пласты этого природного ресурса классифицируют на:
Крупнейшие месторождения природного газа находятся в территориальных водах Катара и Ирана, России, Туркмении и США.
Выделяют несколько разновидностей природного газа.
Сухой
Бедный
Бедный газ получают на каждой стадии гидрогенизации. Его очищают от сероводорода и углекислого газа. В нем содержится около 55 % водорода, 30 % метана, до 6 % этана.
Полученная фракция отправляется на установку глубокого охлаждения и разделения газа.
Тощий
Жирный
Это нефтерастворенный газ, в составе которого присутствует большое количество гомологов метана и тяжелых углеводородов (от С3 и выше). Жирный газ в естественном виде не подходит в качестве топлива: он подлежит переработке на заводах.
Сырой
Сырой газ — природное горючее вещество, относящееся к группе углеводородных. Отличительная особенность — повышенное содержание тяжелых углеводородов (более 15 %). К сырым газам относятся попутные газы нефтяных залежей, а также газоконденсатных.
Сырой газ подлежит осушке, отбензиниванию и последующей очистке на газоперерабатывающих заводах.
Компоненты
В составе природного газа присутствуют:
Химический состав природного газа зависит от того, на каком месторождении он был добыт.
Добыча природного газа
Прежде чем приступить к добыче газа, выполняют геологоразведочные работы, которые позволяют оценить объемы и характер залежей.
Основные способы добычи природного газа:
После добычи газ отправляют на предприятия по очистке и переработке, чтобы избавиться от различных примесей в его составе.
Применение и использование природного газа
Природный газ обеспечивает потребности государства в обеспечении отопления, производства электроэнергии и бытовых нужд населения.
Природный газ используется в следующих отраслях:
На основе газа изготавливают:
Используемый как топливо, природный газ намного дешевле и безопаснее для экологии, чем нефтепродукты.
Хранение и способы транспортировки добытого топлива
Распространенный и относительно недорогой способ транспортировки добытого природного газа — перемещение по трубам. Предварительно его обязательно очищают от различных примесей, которые отрицательно влияют на оборудование. Также газ освобождают от влаги, которая в процессе транспортировки переходит в состояние кристаллогидратов и становится причиной закупорки труб.
Современные трубопроводы выдерживают давление в 75 атмосфер и более. Крупные магистрали транспортируют газ даже в отдаленные регионы страны.
Преимущества данного способа:
Трубопроводы современной конструкции способны перекачивать около 45 миллиардов м3 газа в год.
Также газ перевозят с помощью автоцистерн. Для этого он должен быть в сжиженном состоянии. Этот способ транспортировки требует особой внимательности и осторожности, и оправдан только в том случае, если газ нужно переместить на небольшое расстояние.
Еще один способ перемещения газа — перевозка танкерами (специальными суднами). Вещество в них также транспортируют в сжиженном виде. Его температура должна находиться в пределах 160 градусов. Это безопасный и относительно недорогой, но медленный способ транспортировки.
Природный газ может храниться как в сжиженном состоянии, так и в форме гидратов. Практикуется подземное хранение газа в емкостях и газгольдерах низкого, среднего и высокого давления.
Влияние на экологию
Природный газ относится к наиболее чистым веществам по сравнению с остальными видами углеводородного топлива. Его сгорание не сопровождается образованием золы и копоти с последующим выбросом в атмосферу, что характерно для нефтепродуктов.
Но и полностью безопасным для экологии это вещество назвать нельзя. При сгорании природного газа образуется углекислый газ, который в больших объемах вреден и при выбрасывании в атмосферу может стать причиной парникового эффекта и изменения климата.