Что такое природный газ и его свойства

Первое упоминание об использовании газа

Первое упоминание об использовании газа в приготовлении еды относится к первому веку нашей эры.

Первая газовая плита установлена в Персии. По приказу царя на месте выхода газа построена дворцовая кухня. Это первый случай, когда уголь и древесина были заменены летучим топливом. Нецелесообразность использования этого топлива заключалась лишь в расточительстве, ведь перекрыть, подожжённый единожды, природный источник невозможно.

Более экономично использовался газ в России для освещения улиц. Только добывался он не из природных недр, а из угля. Для чего в Санкт-Петербурге в 1835 году специально построили завод по производству газа, называвшегося светильным, что отражает его назначение.

Очевидно, метод выделения газа из твёрдого топлива в закрытых резервуарах, послужил прототипом котла Павлова, использующегося в качестве тепловой пушки сотрудниками МЧС. Этот принцип используется в производстве экономичных, экологичных топок для каминов.

Подача осветительного газа к фонарям осуществлялась по магистралям, сильно напоминающим нынешнюю централизованную систему газопровода.

Первое упоминание об использовании газа в приготовлении еды относится к первому веку нашей эры.

Первая газовая плита установлена в Персии. По приказу царя на месте выхода газа построена дворцовая кухня. Это первый случай, когда уголь и древесина были заменены летучим топливом. Нецелесообразность использования этого топлива заключалась лишь в расточительстве, ведь перекрыть, подожжённый единожды, природный источник невозможно.

Более экономично использовался газ в России для освещения улиц. Только добывался он не из природных недр, а из угля. Для чего в Санкт-Петербурге в 1835 году специально построили завод по производству газа, называвшегося светильным, что отражает его назначение.

Очевидно, метод выделения газа из твёрдого топлива в закрытых резервуарах, послужил прототипом котла Павлова, использующегося в качестве тепловой пушки сотрудниками МЧС. Этот принцип используется в производстве экономичных, экологичных топок для каминов.

Подача осветительного газа к фонарям осуществлялась по магистралям, сильно напоминающим нынешнюю централизованную систему газопровода.

История использования природного газа

Голландский врач и химик Ван Гельмонт в начале 17 века лабораторным путем сумел разложить воздух на две составляющие части, назвав эти части газами.

Под газом подразумевалось вещество, способное распространяться по всему доступному объему. Широкую известность слово газ получило после опубликования французским химиком Лавуазье «Начального учебника химии» в 1789 году.

История в древнейшие времена

О горючих газах было известно с древнейших времен. Горящие газовые факелы называли «вечным огнем», им поклонялись, рядом с ними строили храмы и святилища.

«Священные  огни» существовали во многих странах  древнего мира – в Иране, на Кавказе, в Северной Америке, Индии, Китае, и т. д. Еще Марко Поло описывал  использование природного газа в Китае, где его применяли для освещения, отопления, для выпаривания соли.

Что такое природный газ

Природным газом считают смесь газов, образовавшихся в результате разложения органических веществ в недрах Земли. Обычно природный газ собирается на глубинах от одного до нескольких километров, хотя существуют скважины глубиной более 6 км.

В стандартных условиях это газообразное вещество в виде:

• отдельных скоплений (газовые залежи);
• газовой шапки нефтегазовых месторождений.

Большими запасами обладают: Россия, Иран, Туркмения, Азербайджан, страны Персидского залива,  США.

Использование природного газа

Практическое использование горючего газа, началось в середине 19 века после изобретения немецким химиком Робертом Бунзеном газовой горелки.

Бунзеновские горелки работали на искусственном «светильном газе», полученном в процессе переработки каменного угля или горючих сланцев. Очень быстро газовые горелки осветили улицы и жилые дома многих столиц и крупных городов мира.

В Российской Империи газовые горелки одновременно с Петербургом появились во Львове, Варшаве, Москве, Одессе, Харькове и Киеве.

Некоторые разновидности природного газа

Различают природный газ и «попутный» или «нефтяной» газ. Различие между ними заключается в количестве содержащихся в них тяжелых углеводородов. В природном тяжелый углеводород (метан) составляет более 80% от общего состава газа, в «попутном» газе – не более 40%, а остальное – этан, пропан, бутан, и прочие.

«Попутный» газ содержится в нефтяных залежах поверх нефти, образуя газовую шапку, которая собирается в пористой породе, покрытой глинистым сланцем.

Глинистый сланец препятствует выходу газа. Иногда во время буровых работ в результате резкого изменения давления газ отделяется от нефти и может происходить его утечка. Недостатком «попутного» газа, является необходимость очистки его от примесей, тогда как природный газ в очистке не нуждается.

Примерный состав природного газа

Газ различных месторождений может иметь различный состав.

В среднем, содержание компонентов таково:

• метан 80-99%
• этан 0,5-0,4 %
• пропан 0,2-1,5%
• бутан 0,1-1%
• пентан 0-1%
• благородные газы (гелий, аргон) – сотые и тысячные доли процента.

Чрезвычайно редко встречаются месторождения горючих веществ с содержанием гелия 5 -8%. Гелий – очень ценный, обладает ярко выраженной химической пассивностью.

В сжиженном состоянии гелий используется для охлаждения ядерных реакторов. В атмосфере гелия выплавляют металлы высокой чистоты.

Природный газ – единственный источник получения гелия. В состав может входить сероводород, из которого получают серу, используемую в промышленности. Прочие вещества могут составлять от  2% до 13%  всего объема.

Каждое пятое месторождение нефти – нефтегазовое, причем часто это месторождение содержит не попутный, а природный газ, имеющий такую же ценность, как и нефть.

Газовая промышленность  России

В дореволюционной России природный газ не использовался, хотя отмечалось его наличие.

Только после Октябрьской революции 1917 года советское правительство поставило задачу о возможностях использования газа, добываемого вместе с нефтью. До конца 30-х годов 20-го века Советская Россия не имела самостоятельной газовой промышленности, она была сопутствующей нефтяной промышленности, а месторождения газа открывались исключительно в процессе разведки и добычи  нефти.

Разведка газовых месторождений началась в 1939 году в Саратовской области: в 1940-м году нашли газ, а в 1941-м году была поставлена первая рабочая скважина.

Нехватка  топлива, возникшая в начале Великой Отечественной войны 1941-1945 гг.. (были временно «потеряны» угольные месторождения Донбасса и нефтяные месторождения Северного Кавказа), заставила с максимальной интенсивностью заняться разведкой и добычей природного газа. Уже в 1941 году в Саратовской и  Куйбышевской областях началась промышленная добыча природного газа.

Суточная производительность одной газовой скважины равнялась 800 тыс. куб.м. газа. Эксплуатация этих месторождений положила начало газовой индустрии. Вначале газ использовался для работы Саратовской ГРЭС, а в 1942 году началось строительство газопровода Саратов – Москва.

Строительством руководил Лаврентий Берия, его закончили в июле 1946 года. На газопроводе ежесуточно работало более 30 тысяч человек. От Саратова до Москвы через 487 преград было вручную проложено 840 км газопровода. Было построено:

• 84 перехода через реки и каналы;
• 250 переходов через железнодорожные пути;
• шесть поршневых компрессорных станций;
• вынуто более 3,5 миллионов кубов грунта.

Газопровод проходил по территориям Саратовской, Пензенской, Тамбовской, Рязанской и Московской областей.

Подача 1 млн. куб. м. газа в Москву заменила ежедневный расход:

• миллиона кубов дров;
• 650 тысяч тонн угля;
• 150 тысяч тонн керосина;
• 100 тысяч тонн топочного мазута.

В послевоенное время были открыты крупные промышленные месторождения в Ставропольском крае, на севере России и в Сибири.

Значение газовой отрасли в экономике России

Значение газовой промышленности определяется, прежде всего, тем, что в структуре мирового потребления топлива и энергии природный газ занимает третье место после нефти и угля — примерно 20%. Большое значение имеет и то, что из трех этих видов первичных энергоресурсов природный газ — самый чистый в экологическом отношении.

Газ – лучший вид топлива. Его отличают полнота сгорания без дыма и копоти; отсутствие золы после сгорания; легкость розжига и регулирования процесса горения; высокий коэффициент полезного действия топливоиспользующих установок; экономичность и простота транспортировки к потребителю; возможность хранения в сжатом и сжиженном состоянии; отсутствие вредных веществ.

Использование газа разнообразно: основная часть направляется на нужды энергетики (топливо для тепловых электростанций, котельных); другая используется как технологическое топливо для сушки различной продукции (выпаривания водных растворов); на бытовое потребление в коммунальном хозяйстве.

Газ в сжиженном или сжатом виде применяется в двигателях внутреннего сгорания в автомобилях, и возможно его использование в самолетах. Энергетическое использование природного газа определяется высокой теплотворной способностью, простотой технологического оборудования для сжигания газа и минимальным загрязнением среды.

Он — самый перспективный вид топлива в мире.

Со второй половины XX в. природный газ получает очень широкое применение как сырье для ряда отраслей промышленности.

Самым крупным потребителем газа как технологического сырья стала химическая промышленность, в которой выделяется азотное производство.

На использовании природного газа основаны производства аммиака и всех видов азотных удобрений, метилового спирта, мировое получение которых уже достигает десятков миллионов тонн и продолжает расти быстрыми темпами. Значительное количество газа идет на изготовление сажи для резины и многих других химикатов.

Кормовые белковые вещества (кормовые дрожжи) также вырабатываются из природного газа. Он участвует в процессах прямого восстановления железа (бездоменное получение металла), а также в доменном процессе при выплавке чугуна.

Природный газ — также источник химического сырья, в том числе — получение серы газовой из сероводорода ряда месторождений. Газовая сера существенно увеличила общие мировые ресурсы серосодержащего сырья.

Попутно с природным газом в некоторых месторождениях извлекают гелий, относящийся к благородным газам. Он широко применяется в криогенной технике, для создания инертных сред, а также в аэронавтике.

При разработке газоконденсатных залежей природного газа выделяют газоконденсат (смесь жидких углеводородов) — моторное топливо и ценное сырье для производства органических химических продуктов. В этом отношении он близок к попутному газу нефтедобычи. Некоторые месторождения природного газа содержат чистый азот, который также утилизируется в ряде производств. Кроме того, как природный, так и попутный нефтяной газ при необходимости закачивается обратно в нефтяные пласты для поддержания высокого давления в процессе добычи нефти.

Попутный нефтяной газ, извлекаемый в процессе добычи нефти, также является высококалорийным топливом, но еще большую ценность представляет как сырье для нефтехимической и химической промышленности.

Он содержит много этана, пропана, бутана и т.д., идущих па получение пластмасс, синтетических каучуков и других продуктов. В отличие от целевой добычи природного газа попутный зачастую сжигается в факелах в местах добычи нефти.

Он требует разделения на фракции на специальных газоперерабатывающих заводах (ГПЗ), строительство которых или не предусматривается или запаздывает к началу добычи нефти.

Газовая промышленность – отрасль топливной промышленности, охватывающая разведку и эксплуатацию месторождений природного газа, дальнее газоснабжение по газопроводам, производство искусственного газа из угля и сланцев, переработку газа, использование его в различных отраслях промышленности и коммуникально – бытового хозяйства.

Газовая промышленность является одной из составных частей топливно-энергетического комплекса (ТЭК), в состав которого входят предприятия по добыче и переработке всех видов топлива (топливная промышленность), производству электроэнергии и её транспортировке (электроэнергетика).

Развитие топливной промышленности, казалось бы, обусловлено в первую очередь имеющимися запасами различных видов топлива: ведь если их нет, то не может быть их добычи.

Однако действительность сложнее. Огромным размерам территории России мы обязаны тем, что в нашей стране имеются большие запасы топлива, причём всех его видов. Поэтому решающий критерий разработки месторождений — экономический. Надо решить, какое именно из имеющихся месторождений целесообразно и наиболее эффективно разрабатывать.

Роль отдельных видов топлива в экономике России менялась. В начале века большое значение имели дрова.

Затем они постепенно начали вытесняться углём (к 50-м гг. угольная промышленность давала более половины всего топлива). А позже начался рост нефти и газа. В 1994 г. общее производство первичной энергии в России составило 1410 млн. т. условного топлива. Доля газа, как самого дешёвого топлива, в последние годы быстро росла (за счёт сокращения добычи нефти и угля).

Газ в больших количествах используется в качестве топлива в металлургической, стекольной, цементной, керамической, легкой и пищевой промышленности, полностью или частично заменяя такие виды топлива, как уголь, кокс, мазут, или является сырьем в химической промышленности.

Крупнейшим потребителем газа в промышленности является черная металлургия. В доменных печах частичное применение природного газа дает экономию дефицитного кокса до 15% (1 куб.

м природного газа заменяет 0,9 – 1,3 кг кокса), повышает производительность печи, улучшает качество чугуна, снижает его стоимость. В вагранках применение газа снижает расход кокса вдвое.

Способ прямого восстановления железа из руд также основан на использовании газового топлива.

В металлургии и машиностроении природный газ используется также для отопления прокатных, кузнечных, термических и плавильных печей и сушил. В металлообработке использование газа повысило коэффициент полезного действия печей почти в 2 раза, а время нагрева деталей сократилось на 40%.

Применение газа в металлургии, кроме того, удлиняет сроки службы футеровки. Снижается количество серы в чугуне.

Применение природного газа в стекольной промышленности взамен генераторного газа повышает производительность стекловаренных печей на 10 – 13% при одновременном снижении удельного расхода топлива на 20 – 30%. Себестоимость цемента снижается на 20 – 25%.

В кирпичном производстве цикл сокращается на 20%, а производительность труда возрастает на 40%.

При внедрении природного газа в стекловарении требуются специальные меры по доведению светимости газа (то есть по повышению теплоотдачи от факела к стекломассе) до уровня светимости факела на жидком топливе, то есть в 2 – 3 раза, что достигается путем сажеобразования в газовой среде.

В пищевой промышленности газ применяется для сушки пищевых продуктов, овощей, фруктов, выпечки хлебобулочных и кондитерских изделий.

При использовании газа на электростанциях уменьшаются эксплуатационные расходы, связанные с хранением, приготовлением и потерями топлива и эксплуатацией системы золоудаления, увеличивается межремонтный пробег котлов, не занимаются земли для золоотвалов, снижается расход электроэнергии на собственные нужды, уменьшается количество эксплуатационного персонала, снижаются капитальные затраты.

Итак, продукция рассматриваемой отрасли обеспечивает промышленность (около 45% общего народнохозяйственного потребления), тепловую электроэнергетику (35%), коммунальное бытовое хозяйства (более 10%). Газ – самое экологически чистое топливо и ценное сырье для производства химической продукции. Теперь рассмотрим, каков состав газовой промышленности.

В её состав входят следующие элементы:

• — добыча природного газа; добыча попутного газа;
• — производство горючего газа из угля и сланцев; хранение газа.

Попутные газы не могут быть направлены в магистральный газопровод, потому что тяжелые углеводороды при охлаждении или сжатии выделяются в трубе в виде жидкости, которая при контакте с влагой образует гидратную пробку, уменьшающую сечение газопровода или полностью закупоривающую его.

Поэтому эти газы направляются на газоперерабатывающие (газобензиновые) заводы, где из них извлекаются тяжелые углеводороды и другие компоненты, после чего отбензиненный (сухой) газ, состоящий в основном из метана, направляется потребителям.

Потребление газа не бывает равномерным в течение года, снижается в летние месяцы и повышается в зимние.

Для сглаживания неравномерного потребления и создания аварийного запаса газа у крупных потребителей, например в городах, строили специальные хранилища – газгольдеры, в которых накапливался избыточный газ.

Газгольдеры имеют ряд существенных недостатков – они дороги, занимают большие площади и недостаточны по объему.

Проблема накопления газа в больших количествах была решена, когда был разработан способ создания подземных хранилищ газа.

Газовая промышленность не является чисто монопродуктовой отраслью.

Как используют газ?

Наряду с поставками по магистральным трубопроводам природного газа производятся нефть, конденсат, сера, сжиженные газы, машиностроительная и сельскохозяйственная продукция и т.п.

Однако основу отрасли, обеспечивающую ее конкурентные преимущества, составляет Единая система газоснабжения (ЕСГ), которая объединяет добычу и транспорт природного газа в единую технологическую, техническую и экономическую систему в рамках России, связанную с газоснабжающими системами центрально-азиатских и закавказских республик СНГ и имеющую свое продолжение в системах поставки российского газа в три европейские страны СНГ и двадцать других государств Европы.

ОАО «Газпром» – крупнейшая газовая компания в мире.

Основные направления деятельности – геологоразведка, добыча, транспортировка, хранение, переработка и реализация газа и других углеводородов. Государство является собственником контрольного пакета акций Газпрома – 50,002%.

Газпром видит свою миссию в максимально эффективном и сбалансированном газоснабжении потребителей Российской Федерации, выполнении с высокой степенью надежности долгосрочных контрактов по экспорту газа.

Стратегической целью является становление ОАО «Газпром» как лидера среди глобальных энергетических компаний, посредством освоения новых рынков, диверсификации видов деятельности, обеспечения надежности поставок.

Природный газ: состав и основные свойства

Многие из нас подвержены заблуждению, что природный газ – прозрачный газ с резкий запахом, горящий голубым пламенем.

Самое время эти заблуждения развеять, узнать больше про основные свойства природного газа и изучить его состав.

Состав природного газа

Мы привыкли ассоциировать понятие «природный газ» с метаном, однако оно вмещает в себя целую смесь газов и различных примесей.

Так называемый «дикий» метан, только что вырвавшийся из толщи земных пород, представляет смесь газов: метан (90-98%), углекислый газ и азот.

Также в этом потоке могут присутствовать пропан, бутан, водород, этан, сероводород и гелий.

Переработка природного газа, помимо метана, позволяет извлечь целый ряд других продуктов, широко используемых в промышленности и в хозяйстве: сера, пропан и бутан, мазут, дизельное топливо, бензин 92 и 95.

Физико-химические характеристики природного газа

• очищенный метан не имеет запаха и вкуса, а тот резкий запах, что мы чувствуем при утечке газа – результат одоризации (ароматизации) метана перед подачей потребителю;
• самовозгорается при температуре 650-700 С;
• почти в 2 раза легче воздуха, поэтому при утечке концентрируется в верхних слоях постройки.

Плотность газа в обычном его состоянии – 0,68-0,85 кг/м3.

• при понижении температуры до -160 градусов способен сжиматься до 600 раз (сжиженный газ);
• становится взрывоопасным при смешении с воздухом в объёме 5-15 %;
• при сгорании выделяет углекислый газ и водород;
• способен находиться в твёрдом состоянии в виде газо-гидратных залежей.

 

Виды природного газа

• сухой (с содержанием метана более 97%);
• тощий (самый распространенный вид, содержащий достаточную долю метана и незначительный процент тяжелых углеводородов);
• жирный (вмещающий в себя значительное количество тяжелых углеводородов и элементов неорганической материи – азот, аргон, сероводород, гелий, углекислый газ).

Области применения газа

Природный газ – настоящее сокровище, необходимое во множестве сфер жизнедеятельности человека, например:

• ТЭЦ;
• газовые двигатели;
• топливо для наземного транспорта;
• хозяйственные нужды (обогрев помещения и приготовление пищи);
• производство оружия;
• производство удобрений;
• создание инертных сред;
• нефтяная и горнодобывающая промышленность;
• производство пластмасс.

Влияние газа на экологию

Казалось бы, всем хорош природный газ, однако есть у него и “тёмная” сторона.

При сгорании он выделяет значительное количество углекислого газа, тем самым оказывая разрушительное действие на озоновый слой Земли. Также в атмосфере накапливается такое вещество, как диоксид углерода – ещё один “побочный эффект” реакции горения газа, классифицируемый как парниковый газ. Следовательно, ситуация с угрожающим нам парниковым эффектом усугубляется ещё и из-за газовой промышленности.