Применение природного газа. Природный газ: состав, свойства. Использование природного газа


Применение природного газа. Природный газ: состав, свойства

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 природного газа, 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% - это пропан-бутан 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 дожимные компрессорные 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 - газораспределительные пункты. 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 топочного мазута. 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 углекислого газа 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.

fb.ru

Применение газа в промышленности

 

 

Газ – наиболее экологически чистый 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.

Немалую роль играет и низкая стоимость добычи газа по сравнению со стоимостью добычи других видов топлива – угля, торфа, нефти. Если принять стоимость угля (в пересчете на 1 т условного топлива) за 100%, то стоимость газа составит только 10 %.

Благодаря высоким потребительским свойствам, низким издержкам добычи и транспортировки, широкой гамме применения во многих сферах человеческой деятельности, природный газ занимает особое место в топливно-энергетической и сырьевой базе. В этой связи наращивание его запасов и потребления идет высокими темпами.

Газовая промышленность – наиболее молодая отрасль топливного комплекса. Газ применяется в народном хозяйстве в качестве топлива в промышленности и в быту, а также и как сырье для химической промышленности. В народном хозяйстве используется природный газ, добываемый из газовых месторождений, газ, добываемый попутно с нефтью, и искусственный газ, извлекаемый при газификации сланцев из угля. Кроме того, используется газ, получаемый при производственных процессах в некоторых отраслях металлургической и нефтеперерабатывающей промышленности.

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.

Глава 2. Место России в мировых запасах природного газа

Россия занимает 1 место в мире по запасам газа; 2 место по объемам ежегодной добычи; 2 место по потреблению газа и обеспечивает 21% мировой торговли данным видом топлива. Порядка 75% газа используется на внутреннем рынке, газ обеспечивает выработку 50% электроэнергии в стране. Благодаря наличию уникальной газотранспортной системы Россия играет важную роль в обеспечении транзита центрально азиатского газа в Европу и страны СНГ [14].

Газовая промышленность России представляет собой совокупность предприятий, осуществляющих геологоразведочные работы на суше и шельфе, бурение эксплуатационных скважин, добычу и переработку природного газа, газового конденсата и нефти, транспорт и распределение, подземное хранение и т.д. В газовой отрасли происходит следующая цепочка операций: геологоразведочные работы > добыча > хранение > переработка > транспортировка > распределение. Субъектный состав рынка газа включает производителей газа, газораспределительные организации, газосбытовые компании и потребителей газа. Структура газового комплекса России показана на рисунке 1.

Текущее состояние сырьевой базы природного газа России характеризуется высокой выработанностью базовых месторождений. Имеется тенденция увеличения доли сложных и трудноизвлекаемых запасов. Проблемы их освоения связаны со сложными природно-климатическими условиями, удаленностью будущих крупных центров добычи газа от сложившихся центров развития газовой промышленности. Отсутствие государственной программы воспроизводства и рационального использования минерально-сырьевой базы оказывает негативное влияние на эффективность геологоразведочных работ. Лидирующее положение в производстве газа занимает ОАО «Газпром». Общество располагает самыми богатыми в мире запасами природного газа.

Рис. 1 – Структура газового комплекса России



biofile.ru

Природный газ - двигатель прогресса на планете

Природный газ – ценнейший энергоноситель, который является экологически чистым типом топлива. Добыча газа ежегодно возрастает, что связано с ростом промышленного производства и увеличением народонаселения планеты.

Наиболее крупным импортером газа является Россия. Большая часть российского газа поставляется по трубопроводам. В основном он идет в Европу. Больше всего газа поступает в Германию (39,8 млрд м³), Турцию (26,2 млрд м³) и Италию (24,9 млрд м³). Небольшая часть российского газа в виде сжиженного природного газа поступает в Японию и Южную Корею.

Роль газа в современном мире

В современной экономике ведущую роль играют энергетические ресурсы. Показателем развития экономики каждого государства является уровень потребления им энергоресурсов. О их важности говорит то, что более 70 % добываемых полезных ископаемых относятся к категории энергоресурсов. Одним из важнейших видов энергоресурсов является природный газ. В настоящее время объем газа в энергетическом балансе планеты составляет около 25 %, а к 2050 году он увеличится до 30 %.

Крупнейшими потребителями газа являются США (646 млрд м³, 2009 г.) и Россия (389,7 млрд м³). Их потребление газа составляет соответственно 22 % и 13,3 % от мирового потребления газа.

Поскольку роль такого энергоресурса, как газ, в мировой экономике очень велика, то большое значение имеют и страны – импортеры газа. Для оценок импорта газа можно воспользоваться последним статистическим сборником компании British Petroleum, выпущенным в середине прошлого года.

В соответствии с этим документом на первом месте по добыче природного газа находятся США, которые добывают 687,6 млрд м³, что составляет 20,5 % всего добытого в мире газа.

На втором месте – Россия с 604,8 млрд м³ (17,8 %).

Необходимо отметить, что выход США на первое место по производству газа связан с разработкой в этой стране технологии сланцевого газа. Эта технология включает закачивание в пробуренную на глубине от 500 до 3 000 м скважину, проходящую через слой сланца, водного раствора под большим давлением. В результате этого происходит гидравлический разрыв пласта и образуются трещины, по которым газ поступает в скважину. Себестоимость такого газа довольно высока, поэтому при низких ценах на газ они становятся нерентабельными.

Использование газа

Природный газ может быть использован в первую очередь как топливо в промышленности и в быту. При этом он имеет ряд преимуществ. Эти преимущества газа таковы:

  • полнота сгорания без копоти и дыма;
  • после его сгорания не образуется зола;
  • легкость розжига и регулировки величины пламени;
  • простота транспортировки к потребителю;
  • отсутствие вредных продуктов сгорания.

Важную роль играет относительная дешевизна добычи газа. Если газ сравнить с углем, то стоимость 1 тонны газа в пересчете на условное топливо составит всего 10 % от стоимости угля.

Газ используется в металлургической, цементной, легкой, пищевой отраслях народного хозяйства в качестве топлива. Газ также используется как сырье для химической промышленности. Часто газ заменяет обычные виды топлива, такие как уголь, мазут или торф. Благодаря высоким качествам газа при его применении увеличивается эффективность производства. Например, в металлургической промышленности использование газа позволяет сэкономить дорогостоящий кокс, увеличить производительность печей и улучшить качество производимого металла. Применение газа на тепловых электростанциях позволяет значительно сэкономить на транспортировке топлива, увеличении времени работы котлов, автоматизации управления электростанцией и сокращении численности необходимого персонала.

В последнее время важным направлением применения газа является использование его в качестве топлива для автомобилей. Такой подход позволяет уменьшить выброс вредных веществ, образующихся при работе автомобильного двигателя, на 40–60 %.

По различным отраслям хозяйства потребление газа разделяется приблизительно таким образом:

  • 45 % газа используется в промышленности;
  • 35 % используется в тепловых электростанциях;
  • 10 % газа идет на нужды жилищно-коммунальной отрасли.

Запасы газа

В связи с большой ролью, которую играет природный газ в экономике планеты, серьезное значение придается запасам газа. При этом с каждым годом данные уточняются. Существует несколько источников информации по запасам газа, выпущенными такими солидными организациями, как ЦРУ, ОПЕК или компания British Petroleum. В соответствии с этой информацией разведанные и подтвержденные запасы газа на планете составляют приблизительно 185 трлн м³. По расчетам ученых этого количества газа может хватить жителям планеты на 63 года.

Американская геологическая служба считает, что в эти запасы необходимо добавить приблизительно 140 трлн м³ не открытых пока запасов, 85 трлн м³ труднодоступных запасов. А всего, как предполагает эта служба, потенциальных запасов газа на планете, кроме разведанных и подтвержденных, может быть еще около 290 трлн м³.

Наибольшее количество разведанных запасов газа расположено на территории России (48,7 трлн м³), что составляет почти четверть объема на Земле. На 2-м месте находится Иран (34 трлн м³), на третьем – Катар (25 трлн м³).

Месторождения природного газа и способы добычи

Влияние потребления газа на экологию планеты

Главной причиной ухудшения экологии Земли является деятельность человека и, в частности, загрязнение атмосферы отходами, возникающими при сжигании топлива. При этом опасность представляет воздействие парниковых газов. К таким газам относятся диоксид углерода СО₂ и метан.

Если сравнивать влияние природного газа с влиянием других типов топлива, то газ создает меньшее количество парниковых газов. Это связано с его химическим составом и большей теплоотдачей. Однако при горении природного газа также образуются парниковые соединения. Например, за 30 лет объем выбросов углерода, связанных с использованием природного газа, увеличился вдвое.

Основную вину за это несут страны с развитой промышленностью. Так США выбрасывают 20 % от всего объема, страны Европы –18 %, а Россия – 15 %.

Определенный вред экологии могут принести новые технологии добычи сланцевого газа в случае неосторожной эксплуатации. Во-первых, это возможность заражения химикатами подземных вод, во-вторых, возможность микроземлетрясений в местах гидроразрыва, в-третьих, возможность утечек метана, являющегося парниковым газом, в атмосферу. Все это требует тщательной подготовки к бурению скважин и анализа последствий такого метода добычи газа.

Выводы

  • При развитии мировой экономики требуется большое количество энергоресурсов типа природного газа.
  • Одним из крупнейших производителей и импортеров газа является Россия.
  • На планете имеются большие запасы газа, и почти четверть таких запасов находится на территории России.
  • Для улучшения экологии Земли необходимо оптимизировать технологии использования газа с целью уменьшения выбросов парниковых газов.

greenologia.ru

Природный газ — ТеплоВики - энциклопедия отопления

Материал из ТеплоВики - энциклопедия отоплении

Горение природного газа Горение природного газа в домашних условиях

Природный газ – это полезное ископаемое в газообразном состоянии. Оно используется в очень широких пределах в качестве топлива. Но сам природный газ как таковой не используется как топливо, из него выделяют его составляющие для отдельного использования. Часто является попутным газом при добыче нефти. Природный газ в пластовых условиях (условиях залегания в земных недрах) находится в газовом состоянии в виде отдельных скоплений (газовые залежи) или в виде газовой шапки нефтегазовых месторождений – это свободный газ; либо в растворённом состоянии в нефти или воде (в пластовых условиях), а в стандартных условиях – только в газовом состоянии. Также природный газ может находиться в виде газогидратов.

Почти на 90% он состоит из углеводородов, главным образом метана (СН4). Содержит и более тяжёлые углеводороды - этан, пропан, бутан, а так же меркаптаны и сероводород (обычно эти примеси вредны), азот и углекислый газ (они в принципе бесполезны, но и не вредны), пары воды, полезные примеси гелия и других инертных газов.

Химический состав

Основную часть природного газа составляет метан (Ch5) - до 98%. В состав природного газа могут также входить более тяжёлые углеводороды — гомологи метана:

А также другие неуглеводородные вещества:

Физические свойства

Ориентировочные физические характеристики (зависят от состава):

  • Плотность:
    • от 0,7 до 1,0 кг/м3 - сухой газообразный, при н. у.
    • 400 кг/м3 -жидкий.
  • Температура возгорания 650 °C.
  • Теплота сгорания одного м3 природного газа в газообразном состоянии при н.у.: 28—46 МДж, или 6,7—11,0 Мкал.
  • Октановое число при использовании в двигателях внутреннего сгорания: 120—130.
  • Концентрационные границы воспламенения (взрыва) природного газа (метана) находятся в диапазоне от 5 до 15 %. Вне этих границ газовоздушная смесь не способна к распространению пламени. При взрыве давление в замкнутом объеме повышается до 0,8... 1 МПа.
  • Чистый природный газ не имеет цвета и запаха. Чтобы можно было определить утечку по запаху, в газ добавляют небольшое количество одорантов (чаще всего в качестве одоранта применяется этил-меркаптан), имеющих сильный неприятный запах, это — одоранты.
  • Природный газ быстро улетучивается и рассеивается в атмосфере, что важно с точки зрения безопасности.

Запасы природного газа

Карта запасов природного газа в мире

Метан и некоторые другие углеводороды широко распространены в космосе. Метан — третий по распространённости газ вселенной, после водорода и гелия. В виде метанового льда он участвует в строении многих удалённых от солнца планет и астероидов, однако такие скопления, как правило, не относят к залежам природного газа, и они до сих пор не нашли практического применения. Значительное количество углеводородов присутствует в мантии Земли, однако они тоже не представляют интереса.

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

Огромными запасами природного газа обладает Россия (Уренгойское месторождение), США, Канада. Из других европейских стран стоит отметить Норвегию, но её запасы невелики. Среди бывших республик Советского Союза большими запасами газа владеет Туркмения, а также Казахстан (Карачаганакское месторождение).

Во второй половине XX века в университете им. И. М. Губкина были открыты природные газогидраты (или гидраты метана). Позже выяснилось, что запасы природного газа в данном состоянии огромны. Они располагаются как под землёй, так и на незначительном углублении под морским дном.

Крупнейшие мировые газодобытчики
Страна 2010 2006
Добыча, млрд куб.м Доля мирового рынка (%) Добыча, млрд куб.м Доля мирового рынка (%)
Российская Федерация 647 673,46 18
Соединенные Штаты Америки 619 667 18
Канада 158
Иран 152 170 5
Норвегия 110 143 4
Китай 98
Нидерланды 89 77,67 2,1
Индонезия 82 88,1 2,4
Саудовская Аравия 77 85,7 2,3
Алжир 68 171,3 5
Узбекистан 65
Туркменистан 66,2 1,8
Египет 63
Великобритания 60
Малайзия 59 69,9 1,9
Индия 53
ОАЭ 52
Мексика 50
Азербайджан 41 1,1
Остальные страны 1440,17 38,4
Мировая добыча газа 100 3646 100

Добыча и обработка природного газа

Газовые месторождения

Залежь нефти или газа представляет собой скопление углеводородов, которые заполняют поры проницаемых пород. Если скопление велико и его эксплуатации экономически целесообразна, залежь считают промышленной. Залежи, занимающие значительные площади, образуют месторождения.

Осушка газа

Содержание влаги в газе при его транспортировании часто вызывает серьезные эксплуатационные затруднения. При определенных внешних условиях (температуре и давлении) влага может конденсироваться, образовывать ледяные пробки и кристаллогидраты, а в присутствии сероводорода и кислорода вызывать коррозию трубопроводов и оборудования. Во избежание перечисленных затруднений газ осушают, снижая температуру точки росы на 5...7 °С ниже рабочей температуры в газопроводе.

Очистка газа от сероводорода и углекислого газа

В горючих газах используемых для газоснабжения городов, содержание сероводорода не должно превышать 2 г на 100 м3 газа. Содержание углекислого газа нормы не лимитируют, однако по технико-экономическим соображениям в транспортируемом газе оно не должно превышать 2%.

Одоризация газа

Природный газ не имеет запаха. Поэтому для своевременного выявления утечек газа ему придают запах - газ одорируют. В качестве одоранта применяют этил-меркаптан (С2Н5SН). По токсичности качественно и количественно он идентичен сероводороду, имеет резкий неприятный запах.

Траспортировка

Трубопровод для транспортировки газа

Основным видом транспорта газа, в настоящее время, является трубопроводный. Газ движется по трубам большого диаметра под давлением 75 атмосфер (7,5 МПа). Продвигаясь по трубопроводу газ, теряет энергию, она тратится на преодоление силы трения как между стенкой трубы и газом, так и между слоями самого газа. Чтобы давление в трубопроводе поддерживалось на заданном уровне, на определённом расстоянии друг от друга необходимо наличие компрессорных станций (КС), которые должны поддерживать давление в трубопроводе на уровне 75 атмосфер. Обслуживание и сооружение трубопровода стоит не малых денег, но, тем не менее, трубопровод является наиболее дешёвым способом транспортировки нефти и газа.

Другим способом транспортировки газа является использование специальных танкеров – газовозов. Это специально оборудованные корабли, для перевозки газа в сжиженном состоянии при определённых условиях. Для транспортировки газа этим способом необходимо кроме самих танкеров провести ряд подготовительных мероприятий для возможности их использования. Нужно протянуть газопровод к берегу моря, построить порт для танкеров, завод для сжижения газа, и сами танкеры. Тем не менее, этот вид транспортировки газа является экономически обоснованным при отдалённости потребителя от мест добычи более 3000 км.

Синтез природного газа

Существуют множество способов получения природного газа из других органических веществ, например отходов сельскохозяйственной деятельности, деревообрабатывающей и пищевой промышленности и т. д.

Видеоматериалы о природном газе

  • Видеоролик о добыче природного газа с древесины
  • Видеоролик о добыче природного газа с дна океана

Применение природного газа

  • Природный газ используется в качестве горючего в многоквартирных и жилых частных домах для приготовления пищи, отопления и подогрева воды. Также его можно использовать как топливо для машин и котельных.
  • Природный газ (метан) применяется как исходное сырье в химической промышленности для получения разнообразных органических веществ, к примеру, пластмасс.
  • Природным газом можно заправлять газовые лампы, предназначенные для освещения. Собственно метан применяется как сырье для производства ацетилена, аммиака, метанола и цианистого водорода. Природный газ является главной сырьевой базой при производстве аммиака. Практически три четверти всего аммиака применяется для производства азотных удобрений. Цианистый водород, получаемый уже из аммиака, вместе с ацетиленом служит первоначальным сырьем для производства различных синтетических волокон. Из ацетилена можно вырабатывать разные пласты-каты, которые довольно широко применяются в промышленности и в быту. Также при помощи него производится ацетатный шелк.
  • В химической промышленности метан используется не только для получения различных пластмасс, но также и для производства каучука, органических кислот и спирта. Именно с использованием природного газа стало возможно создавать многие химические вещества, которые не существуют в природе, например - полиэтилен.
  • Природный газ является одним из лучших видов топлива, которые используются для промышленных и бытовых нужд. Его ценность как горючего состоит также в том, что это минеральное топливо довольно чистое экологически. При его сгорании появляется гораздо меньше вредных веществ, если сравнить с другими видами топлива. Именно поэтому природный газ - это один из основных источников энергии во всей человеческой деятельности.

См.также

Литература

  • Ионин А.А. Газоснабжение. — Москва: Стройиздат, 1989. — 439 с. — ISBN 5-274-00006-1

Источники

ru.teplowiki.org

Физико-химические свойства природного газа. Добыча и применение природного газа

Газообразное состояние вещества - самое распространенное по сравнению с другими агрегатными параметрами соединений. Ведь в этом состоянии находятся:

  • звезды;
  • межзвездное пространство;
  • планеты;
  • атмосфера;
  • космос в целом.

Главные отличительные свойства газов - это слабые межмолекулярные взаимодействия в кристаллической решетке, из-за которых и проявляются все основные характеристики этих веществ. Газов, безусловно, очень много. Однако мы рассмотрим самый важный и третий по распространенности на нашей планете - природный.

Природный газ: состав

Если характеризовать качественный состав природного газа, то сразу нужно выделить компоненты двух групп: органические и неорганические. Поскольку хоть и принято считать, что он состоит из метана, однако это не совсем так.

К органическим составляющим относятся:

  • метан - СН4;
  • пропан - С3Н8;
  • бутан - С4Н10;
  • этан - С2Н4;
  • более тяжелые углеводороды с количеством атомов углерода больше пяти.

Неорганические компоненты включают в себя следующие соединения:

  • водород (в небольших количествах) - Н2;
  • углекислый газ - СО2;
  • гелий - Не;
  • азот - N2;
  • сероводород - h3S.

Каким именно будет состав той или иной смеси, зависит от источника, то есть месторождения. Этими же причинами объясняются и различные физико-химические свойства природного газа. Однако добывается любой из них, и ценность также имеет каждый. Просто какой-то вид применяется как топливо, а насыщенный посторонними примесями слишком жирно используется в химической отрасли для синтезов соединений.

Физико-химические свойства природного газа

Чтобы указать подобные параметры в точности, следует знать, каков именно состав газовой смеси. Ведь если в ней преобладает в основном метан (до 97%), то характеристики можно приводить, ориентируясь именно на него.

Если же неорганических компонентов или тяжелых углеводородов в избытке (до нескольких процентов), тогда физико-химические свойства природного газа резко меняются.

Поэтому можно указать лишь приблизительные граничные показатели по физическим характеристикам.

  1. Температура самовозгорания - 650-7000С.
  2. Октановое число - 120-130.
  3. Не имеет цвета, вкуса и запаха.
  4. Легче воздуха почти в 2 раза, легко концентрируется в верхних слоях помещения.
  5. Плотность в виде обычного состояния (газа) - 0,68-0,85 кг/м3.
  6. При стандартных условиях всегда находиться в газообразном агрегатном состоянии.
  7. При смешении с воздухом в объемах от 5-15 % является взрывоопасным.
  8. Теплота сгорания - около 46 МДж/м3.

Кроме этого, следует отметить и химическую сторону параметров природного газа.

  1. Является сильно горючим веществом, способен самовоспламеняться при подаче искры и без нее при определенной температуре.
  2. Так как основной компонент - метан, то обладает всеми его химическими свойствами.
  3. Вступает в реакции замещения, дегидрирования, пиролиза, подвергается рефракции.
  4. Сжимается и сжижается при низких температурах и повышенном давлении.

Очевидно, что подобные физико-химические свойства природного газа определяют широкий спектр его использования в промышленности.

Особое свойство природного газа

Особое свойство рассматриваемого соединения - это способность образовывать газогидратные залежи, то есть находиться в твердом состоянии. Данные структуры представляют собой поглощенные молекулами пластовой воды объемы природного газа в соотношении 1/220. Поэтому подобные залежи являются чрезвычайно богатыми породами. Места их сосредоточения в природе:

  • глубинные поддонные слои Мирового океана;
  • скопления вечной мерзлоты.

Условия существования - гидродинамическое давление и низкие температуры.

Природные месторождения газа

Если говорить о содержании природного газа в природе, то можно выделить основные места концентрации:

  1. Это горная осадочная порода, полезное ископаемое, которое формируется многие тысячелетия анаэробным распадом органики в глубоких слоях земной коры.
  2. Растворен в подземных водах.
  3. Входит в состав нефти, формируя над ней нефтегазовую шапку.
  4. Залегает в виде газогидратов в слоях морского дна и точках крайнего Севера.

Если же обозначать распространение месторождений газа территориально, то лидерами являются следующие страны:

  • Россия.
  • Страны Персидского залива.
  • США.
  • Канада.
  • Иран.
  • Казахстан.
  • Азербайджан.
  • Узбекистан.
  • Норвегия.
  • Туркмения.
  • Нидерланды.

Добыча в мире составляет ежегодно примерно 3643 млрд м3 в год. Из них только на Россию приходится 673,46 млрд м3.

Температура природного газа, при которой он сгорает, равна 650 0С. То есть это тот показатель, при котором он способен самовоспламеняться. При этом выделяется большее количество тепловой энергии, чем при горении любого другого вида топлива. Естественно, это не могло не отразиться на областях использования данного вещества.

Именно поэтому многие страны, не имеющие природных запасов газа, вынуждены импортировать его из других государств. Транспортировка осуществляется несколькими способами:

Каждый из путей имеет свои преимущества и недостатки. В частности, морской и железнодорожный варианты более безопасные, так как химическая активность сжиженного газа в охлажденных баллонах гораздо ниже, чем в газообразном состоянии. По трубопроводу же увеличивается дальность передачи и ее объемы, кроме того, данный способ экономически выгоден.

Метан в составе природного газа

Газ метан является основным сырьевым компонентом в составе природной смеси. Его содержание колеблется в пределах 70-98%. Сам по себе это третий по распространенности на планете газ, который входит в состав нефти, межзвездного пространства, атмосферы других планет.

С точки зрения химии, газ метан - предельный углеводород, относящийся к ряду насыщенных алифатических соединений. Самый первый представитель алканов или парафинов. Химическая активность его невелика, он достаточно спокоен. Способен вступать в реакции:

  • замещения;
  • полного окисления;
  • конверсии.

Горит бесцветным некоптящим пламенем, запаха не имеет.

Виды природного газа

Существует три основных вида рассматриваемого вещества.

  1. Сухой природный газ - это такой, в котором метана более 97%. То есть содержание примесей, в том числе других углеводородов, крайне низкое.
  2. Тощий газ. Так называют смесь, содержащую незначительное количество тяжелых углеводородов.
  3. Жирный природный газ - тот, что богат на тяжелые углеводороды и неорганические компоненты (азот, водород, гелий, аргон, углекислый газ, сероводород).

Такое понятие, как коэффициент сухости газа, позволяет оценить качество сырья, из которого в дальнейшем будет изготовляться продукция. Ведь сам природный газ - это лишь база. Для разных отраслей промышленности нужен свой продукт, поэтому он проходит тщательную обработку и очистку в соответствии с конкретными требованиями.

Качество продукции

Качество природного газа напрямую зависит от состава. Если метан преобладает, то такой продукт будет самым лучшим как источник топлива. Если же больше всего в составе жирных углеводородов, то для химической промышленности такое сырье - наиболее подходящее.

Чтобы поставлять природный газ надлежащего качества, существуют специальные химические заводы, на которых он проходит тщательную очистку и обработку до дальнейшей отправки в конечный пункт. Методы работы будут зависеть от того, для каких целей предназначается продукт.

Так, например, если он будет использоваться для бытовых целей, то в него добавляют специальные вещества-одоранты, в частности меркаптаны. Это делается для того, чтобы газ стал иметь запах, ведь тогда в случае утечки его несложно будет обнаружить. Все меркаптаны имеют резкий неприятный запах.

Использование природного газа

Потребление природного газа осуществляется многими отраслями промышленности и объектами. Например:

  • ТЭЦ.
  • Котельные.
  • Газовые двигатели.
  • Химическое производство (изготовление пластмасс и прочих материалов).
  • Топливо для машин.
  • Обогрев жилых помещений.
  • Приготовление пищи.

Поэтому мировая добыча данного сырья так велика, и импорт и экспорт оцениваются в миллиарды долларов.

Экологический аспект

С точки зрения чистоты для природы нет лучшего источника топлива, чем природный газ. Экологические организации полностью одобряют его использование. Однако в последние годы сгорание природного газа приводит к накоплению одного из продуктов реакции - диоксида углерода.

А так как он относится к парниковым газам, то для планеты его скопления очень опасны. Поэтому ведутся множественные работы, разрабатываются проекты по защите экологического состояния планеты от надвигающегося парникового эффекта.

fb.ru

Добыча и применение природного газа в жизни людей

Жизнь без доступа к энергии является просто трудной. Самые обыденные задачи, такие как подогрев воды для  приготовления еды, может потребовать труда весь день. Иногда труд по добыче энергии может быть физически изнурительным, в некоторых случаях опасным и часто с печальными последствиями для здоровья.

Более одного миллиарда людей во всем мире сталкиваются с энергетической бедностью и это может служить общей целью, которая выходит за пределы политических, культурных и региональных причин.

Основным применением природного газа является получение тепла и электричества через газовые электростанции.

Считается, что повсеместное применение природного газа значительно облегчит жизнь людей.

Основное применение — топливо

Доступ к  электроэнергии вырабатываемой с помощью газа является единственным наиболее важным фактором в улучшении жизни людей и повышении экономических возможностей, имеющихся в их общинах.

  • Доступ к освещению превращает образование из занятий на открытом воздухе в течение дня, в помещение в любое время!
  • Простой холодильник может продлить срок годности фруктов на более длительный срок.
  • Наличие электричества является краеугольным камнем и позволяет предприятиям работать, позволяя отрасли выпускать продукцию.

Два основных пути добычи энергии

Все новые потребности в источниках будут поступать из развивающихся стран. Потребление энергии продолжается и прогнозируется удвоение мирового потребления энергии в двух параллельных направлениях.

  • Первый путь — существуют приоритетные источники углерода, которые устанавливают цели и политику, стимулируя их.
  • Другой путь реагирует на спрос и предложение, присущее мировой экономике и приводит к массовому развитию генерации электроэнергии через традиционный уголь.

Реальность развития энергетики может быть приведена в пример прогнозам развития Индии. К 2022 году Индия планирует получить 100 ГВт из новых солнечных батарей и относительно небольшое количество 50 МВт новых угольных.

Однако, простой расчет вероятной эмиссии этих двух источников показывает, что есть технологии добычи нового поколения электричества из натурального газа. Результат будет на 20% меньше выбросов.

Развитие мирового рынка газа

Есть доминирующие мысли перейти на безуглеводородные источники. Хотя природный газ не безуглеродный источник, он имеет преобразующую роль в активизации развивающихся стран. Обильно доступен по всему миру, и более транспортабелен, чем что-либо. Мировой рынок газа является более стабильным. В качестве выработки электроэнергии, это как базовая альтернатива углю и резервный источник для возобновляемой генерации. Хотя этот источник энергии содержит углерод, но не связан с большими выбросами в атмосферу.

При использовании в качестве транспортного моторного топлива, использование природного газа оказывает существенную пользу качеству воздуха как традиционный вид топлива и может быть одинаково доступным.

При развертывании в качестве топлива для приготовления пищи сжиженный газ обеспечивает важные преимущества для здоровья и может уменьшить лишние 4 миллиона ежегодных смертей приписываемые при приготовлении более неэффективному топливу из биомассы.

Как экономический ингредиент, применение природного газа может расширить возможности промышленного развития в качестве химического сырья, компонентов удобрений, прямым источником энергии и поставщик электроэнергии.

Возможен ли переход  на другие источники

Пытаясь стимулировать развитие энергии из возобновляемых источников энергии без ископаемого топлива создается критическая нерешаемая задача.

Применение природного газа настолько внедрилось во все сферы деятельности человека, что прямой переход на альтернативные источники в ближайшее время не возможен.

Однако добыча имеет дорогостоящие разработки и требует соответствующего масштаба, чтобы создать доступные результаты для потребителей. Чтобы реализовать преимущества применения природного газа, мы должны быть готовы признать, возможности и недостатки этого сравнительно лучшего ископаемого источника энергии.

Соответствующие разработки природного газа требуют решения проблем развития для обеспечения его производства, за приемлемую цену и с гарантированной доставкой. Разработка месторождений должна рассматривать условия рынка, импорт и экспорт балансов, соответствующие нормативные схемы налогообложения и соответствующую инфраструктуру.

Применение природного газа играет важную роль для раскрытия своего потенциала во многих развивающихся странах, особенно в Азии и Восточной Африке. Решению проблемы изменения климата, созданию условий для экономического процветания, выход из нищеты может помочь энергия при применении природного газа.

Что еще делают с применением газа

Кроме основного применения как источника энергии из газа изготавливается много чего.

Из него изготавливают сырье в виде красок, уксусной кислоты, минеральных удобрений, органических веществ в виде пластмасс и её производных.

beelead.com

происхождение, физические и химические свойства

Зажигая горелку на кухне, мало кто из хозяек задумывается, как давно люди стали использовать природный газ в качестве топлива. Эта история насчитывает не века, а тысячелетия: в IV веке до н. э. китайцы обогревались и освещали жилища при помощи бездымного голубоватого огня.

В России промышленная разработка месторождений природного газа началась в прошлом веке, а до этого его находили только при добыче нефти или бурении скважин для воды.

Русская смекалка всегда помогала людям с пользой применять все, что встречается на пути. Когда в Саратовской губернии один купец начал бурить артезианскую скважину и обнаружил не воду, а огонь, он с выгодой воспользовался ситуацией и организовал там стекольное и кирпичное производство.

Другие промышленники переняли его опыт, и бесполезный подземный газ стал постепенно превращаться в ценное топливо.

Что такое природный газ

Одно из важнейших полезных ископаемых – природный газ, который используют и как топливо, и для нужд химической промышленности. Это бесцветное и не имеющее запаха вещество бывает очень опасным.

Без специальных приборов невозможно определить, что в воздухе присутсвует огнеопасный компонент, который может оказаться причиной пожара.

С точки зрения экологии газ – самое чистое природное топливо, ведь при горении он выделяет намного меньше вредных соединений, чем дрова, уголь или нефть. Это качество делает его востребованным во всех странах мира. Государства, имеющие на своей территории крупные месторождения, используют его и для своих нужд, и для продажи другим народам. Природа подарила России богатейший Уренгой, Казахстану – Карачаганакское месторождение, не обделила она и страны Персидского залива, США, Канаду.

Недра земли создали не только огромные подземные резервуары природного газа – его запасы хранятся и в более компактном виде. В холодных регионах и под дном океана, где гидростатическое давление доходит до 250 атмосфер, происходит соединение газа с пластовой водой и образуется твердое вещество – газогидрат. В небольших объемах находится огромное количество природного топлива, в связанном виде газ уменьшается до 220 раз.

Происхождение природного газа

Сотни миллионов лет назад на месте сегодняшних материков плескался океан. Погибшие обитатели водной стихии падали на дно и превращались в ил. Они не могли разлагаться, поскольку там не было ни воздуха для окисления, ни бактерий, вызывающих гниение. Движение земной коры способствовало погружению этих масс все дальше вглубь. Высокое давление и температура вызывали химические реакции, при которых углерод органических остатков соединялся с водородом, и образовывались новые вещества – углеводороды.

Если давление и температура были не очень высокими, получались высокомолекулярные жидкости, которые со временем превратились в нефть. Когда эти параметры достигали больших величин, образовывались низкомолекулярные газы.

Соединения покрывались осадочными породами и оказались глубоко под поверхностью земли. Геологи находят эти полезные ископаемые на глубине от одного до шести километров.

Существует и другая теория образования природных газов. Некоторые ученые считают, что углеводороды в результате тектонических движений постепенно поднимаются наверх, где давление не так велико, и образуют большие скопления нефти и газа.

Земные породы не монолитны – в них есть мелкие трещины и поры. Газообразные вещества заполняют эти пустоты, поэтому природный газ есть не только в крупных месторождениях, но и в камнях, находящихся на большой глубине.

Свойства природного газа

Природный газ не обособленное вещество – это смесь разных компонентов, основной из которых – метан.

Невозможно найти два абсолютно идентичных образца из разных месторождений: в каждом из них состав индивидуален.

Для его образования были использованы разные органические остатки, условия протекания химических реакций тоже не были одинаковыми.

Ни один ученый не сможет дать вам химическую формулу природного газа – он может только сообщить процентный состав входящих в него веществ. Дополнительными составляющими кроме метана являются углеводороды:

  • этан;
  • пропан;
  • бутан;
  • водород;
  • сероводород;
  • диоксид углерода;
  • азот;
  • гелий.

Из химического состава вытекают и физические свойства природного топлива. Точных параметров тоже нет, ведь они зависят от процентного соотношения компонентов:

  • плотность – 0,68–0,85 кг/м3 в газообразном и 400 кг/м3 в жидком виде;
  • самовозгорание – при температуре 650 °C;
  • удельная теплота сгорания – 28–46 МДж/м³.

Поскольку природный газ почти в два раза легче воздуха, он поднимается вверх. Человек не может задохнуться, оказавшись на дне низины. Но есть другая опасность: если в воздухе присутствует от 5 до 15 % объема природного газа, смесь становится взрывоопасной.

На его основе разработана газотопливная система, применяемая в автомобилях. Октановое число природного газа, используемого в двигателях, – от 120 до 130.

Горение природного газа процесс достаточно сложный, при котором  химическая энергия преобразуется в тепло. Горение бывает полным и неполным.

Необходимость очистки

На первый взгляд, в использовании газа нет ничего сложного. Проложить трубы, пробурить скважину – и голубое топливо, находящееся в недрах под большим давлением, само потечет к котлам и плитам. Но не все так просто – природный газ содержит примеси, которые могут причинить вред трубопроводам, приборам или здоровью людей.

В глубине земли много влаги, которая может вступать в химические реакции или создавать конденсат, а большое количество его мешает проходу газа. Сероводород вызывает ржавление металла, и оборудование быстро приходит в негодность. Чтобы удалить из сырья вредные компоненты, на месторождениях устанавливают специальные станции очистки.

Доставка

Газопроводы имеют протяженность много тысяч километров, начальной энергии потока не хватит, чтобы преодолеть такие расстояния.

Какими бы гладкими ни были внутренние поверхности, все равно возникает сила трения, газ теряет скорость и нагревается.

Чтобы отправить его дальше, строятся компрессорные станции, где голубое топливо охлаждают и придают ему дополнительное давление.

Существуют и другие способы транспортировки газа, но пока трубопроводы являются самыми экономичными.

Запах газа

Природный газ не имеет запаха, так почему же жильцы квартир сразу чувствуют, если где-то происходит утечка? Для нашей безопасности в голубое топливо добавляют специальные одоранты, малейшее присутствие которых чувствительно для обоняния человека. Обычно в этой роли выступают меркаптаны, имеющие настолько неприятный запах, что не заметить его невозможно.

На всем протяжении своей истории человечество обогревалось, сжигая различные виды топлива.

Сейчас самым экономичным и безопасным признан природный газ, но у него есть недостаток, характерный для любого горючего сырья: при сжигании в атмосферу выбрасывается углекислый газ, создающий парниковый эффект.

Ученые всего мира заняты поисками альтернативных источников тепловой энергии, но пока они их ищут, голубое топливо будет востребовано во всех уголках земного шара.

greenologia.ru