Что такое природный газ: состав, свойства, добыча и как используется

Природный газ: состав

Природный газ, к которому мы все так привыкли у себя на кухне, является близким родственником нефти.

Состоит он по большей части из метана с примесями более тяжелых углеводородов (этана, пропана, бутана).

В естественных природных условиях он также часто содержит примеси других газов (гелия, азота, сероводорода, углекислого газа).

Типичный состав природного газа:

Углеводороды:

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

Примеси:

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

Природный газ исключительно широко распространен в недрах земли. Его можно встретить в толще земной коры на глубине от нескольких сантиметров до 8 километров.

Также как и нефть, природный газ, в процессе миграции в земной коре, попадает в ловушки (проницаемые пласты ограниченные непроницаемой толщей пород), в результате чего формируются газовые месторождения.

Пять крупнейших газовых месторождений России:

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

Природный газ: его свойства, добыча и химический состав

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

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

Применение газа

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

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

Структура потребления природного газа

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

Как добывают газ

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

Как транспортируют газ

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

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

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

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

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

Перспективы и тенденции

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

Рост потребности в газе приводит к поиску новых, часто нетрадиционных, источников газа.

Такими источниками могут быть:

  • Газ из угольных пластов
  • Сланцевый газ
  • Газогидраты

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

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

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

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

Природный газ, основную часть которого составляет метан (92-98%), на сегодняшний день является самым перспективным альтернативным топливом для автомобилей. Природный газ может быть использован в виде топлива как в сжатом (компримированном), так и в сжиженном виде.

Метан — простейший углеводород, бесцветный газ (в нормальных условиях) без запаха, химическая формула — CH4.

Малорастворим в воде, легче воздуха. При использовании в быту, промышленности в метан обычно добавляют одоранты (обычно тиолы) со специфическим «запахом газа». Метан нетоксичен и неопасен для здоровья человека.

Добыча и транспортировка

Газ находится в недрах Земли на глубине от одного до нескольких километров.

Перед началом добычи газа необходимо провести геологоразведочные работы, которые позволяют установить местонахождение залежей. Добывается газ с помощью скважин, специально для этого пробуренных одним из возможных способов. Транспортируют газ чаще всего по газопроводам.

Общая протяженность газораспределительных газопроводов в России составляет более 632 тысячи километров – это расстояние почти в 20 раз больше окружности Земли. Длина магистральных газопроводов на территории России – 162 тысячи километров.

Подробнее о добыче и транспортировке газа можно прочитать в Информатории «Газпрома».

Использование природного газа

Область применения природного газа достаточно широка: его используют для отопления помещений, приготовления пищи, подогрева воды, производства красок, клея, уксусной кислоты и удобрений.

Помимо этого природный газ в сжатом или сжиженном виде может использоваться в качестве моторного топлива на автотранспорте, специальной и сельскохозяйственной технике, железнодорожном и водном транспорте.

90% загрязнения атмосферы приходится на долю транспортных средств.

Перевод транспорта на экологически чистое моторное топливо – природный газ – позволяет сократить выбросы в атмосферу сажи, высокотоксичных ароматических углеводородов, окиси углерода, непредельных углеводородов и окислов азота.

При сжигании 1000 л жидкого нефтяного моторного топлива в воздух вместе с отработавшими газами выбрасывается 180-300 кг оксида углерода, 20-40 кг углеводородов, 25-45 кг окислов азота.

При использовании природного газа вместо нефтяного топлива выброс токсичных веществ в окружающую среду снижается приблизительно в 2-3 раза по оксиду углерода, по окислам азота – в 2 раза, по углеводородам – в 3 раза, по задымленности – в 9 раз, а образование сажи, свойственное дизельным двигателям, отсутствует.

Природный газ  — самое экономичное моторное топливо.

Для его переработки требуются минимальные затраты. По сути, все что нужно сделать с газом перед заправкой автомобиль — это сжать в компрессоре. Сегодня средняя розничная цена 1 куб.м метана (который по своим энергетическим свойситвам равен 1 литру бензина) – 13 рублей. Это в 2-3 раза дешевле бензина или дизельного топлива.

Концентрационные* и температурные** пределы воспламенения природного газа значительно выше, чем у бензина и дизельного топлива.

Метан в два раза легче воздуха и при утечке быстро растворяется в атмосфере.

Согласно «Классификации горючих веществ по степени чувствительности» МЧС России,компримированный природный газ отнесен к самому безопасному, четвертому классу, а пропан-бутан – ко второму.

* Образование взрывоопасной концентрации происходит при содержании паров газа в воздухе от 5 % до 15 %.

В открытом пространстве образование взрывоопасной смеси не происходит.

** Нижний предел самовоспламенения метана – 650°C.

Природный газ не образует отложений в топливной системе, не смывает масляную пленку со стенок цилиндров, тем самым снижая трение и уменьшая
износ двигателя.

При сгорании природного газа не образуется твердых частиц и золы, вызывающих повышенный износ цилиндров и поршней двигателя

Таким образом использование природного газа в качестве моторного топлива позволяет увеличить срок службы двигателя в 1,5-2 раза.

Использование природного газа в народном хозяйстве за истекшую семилетку дало экономию в 8 млрд. руб., что в 2 раза превышает все затраты на газовую промышленность за этот период.

Использование природных газов в промышленности, помимо огромной экономии в расходовании твердого и жидкого топлива и резкого со крашения перевозок, приводит к интенсификации производственных процессов.

Природный газ является ценнейшим химическим сырьем, из которого получаются самые разнообразные продукты.

Использование природного газа на ТЭС связано с внедрением прогрессивных газотурбинных и парогазовых энергетических циклов.

Использование природного газа в хозяйстве арабских стран и Ирана проходит ряд последовательных этапов, определяемых величиной разведанных запасов газообразных углеводородов, их качеством, удаленностью от центров потребления и рынков сбыта, способом транспортировки, а также сложившимся уровнем цен на мировом топливно-энергетическом рынке.

Вначале газ используется преимущественно в нефтедобывающей промышленности, затем он становится ведущим видом топлива на электростанциях, промышленных предприятиях и в коммунально-бытовой сфере и, наконец, применяется как химическое сырье с выходом на внешние рынки.

Использование природного газа началось давно, но осуществлялось поначалу лишь в местах его естественных выходов на поверхность.

Использование природного газа позволило достаточно успешно провести практическую реализацию различных способов сводового отопления.

Наиболее распространенным способом во всем мире сводовое отопление осуществляется с помощью шюс-копламенных горелок с разомкнутым факелом. Перспективной представляется также реализация сводового отопления с помощью факельно-сводовых горелок с регулируемой длиной факела, по способу, разработанному УГТУ-УПИ и Первоуральским Новотрубным заводом ( ПНТЗ) — способ ФСО.

Использование природного газа для целей прямого нагрева непосредственно на месте потребления вместо других тепло — и энергоносителей ( горячая вода, пар, электричество) позволяет в 2 и более раз снизить общие затраты на тепло, уменьшить капитальные затраты на строительство котельных, теплотрасс и других систем передачи и распределения энергии.

Кроме того, суммарное снижение потребления энергии и технологии чистого сжигания природного газа дает возможность существенно уменьшить ( в некоторых случаях в десятки раз) выбросы вредных веществ в атмосферу.

Использование природного газа на обычных насосно-компрессорных ГПРС также выгодно, поскольку из-за высокой упругости и отсутствия конденсации паров природного газа резко сокращается расход подаваемого газа на вытеснение сжиженного.

К недостаткам следует отнести большие потери сжиженных углеводородных газов при выходе их в атмосферу и необходимость снабжения сжатым газом.

Использование природного газа на обычных насосно-компрес-сорных ГПРС также выгодно, поскольку из-за высокой упругости и отсутствия конденсации паров природного газа резко сокращается расход подаваемого газа на вытеснение сжиженного.

К недостаткам следует отнести большие потери сжиженных углеводородных газов при выходе их в атмосферу и необходимость снабжения сжатым газом.

Использование природного газа в коксогазовых вагранках позволяет снизить на 40 — 50 % расход кокса.

Использование природных газов в промышленности, помимо огромной экономии в расходовании твердого и жидкого топлива и резкого сокращения перевозок, приводит к интенсификации производственных процессов.

Природный газ является ценнейшим химическим сырьем, из которого получаются самые разнообразные продукты.

Использование природного газа в будущем значительно расширится главным образом в области производства синтетического аммиака, метанола и синтетического каучука.

Использование природного газа позволяет улучшить санитарно-гигиенические условия труда и свести к минимуму загрязнение воздушной среды вредными выбросами, способствует интенсификации работы котлов, промышленных печей, сушильных установок и автоматизации производственных процессов, оказывает существенное влияние на ускорение научно-технического прогресса.

Народнохозяйственная эффективность газоснабжения во многом определяется правильностью выбора методов сжигания, совершенством газоиспользующего оборудования и приборов, своевременностью и качеством проведения пуско-наладочных работ, квалификацией обслуживающего персонала, действенностью системы контроля за использованием газа.

Использование природного газа в качестве топлива повышает производительность общественного труда в использующих его отраслях промышленности.

cyber
Оцените автора
CyberLesson | Быстро освоить программирование Pascal и C++. Решение задач Pascal и C++
Добавить комментарий