Природный газ — состав, свойства, нахождение в природе. Где используется природный газ

Топливный газ известен с древних времен. Пламени горящего газа, известному как «вечный огонь», поклонялись, рядом с ним строили храмы и святилища.

Что такое природный газ

Газ является одним из важнейших сырьевых материалов на планете и широко используется в быту и промышленности. Это концентрация углеводородов, образовавшаяся внутри нашей планеты.

Природный газ находится в газообразном состоянии при нормальных условиях (0 градусов Цельсия, давление 760 мм рт. ст.). Затем он обнаруживается либо в скальных породах в виде отложений, либо в нефтяных скважинах в виде газовой оболочки. Он также встречается в растворении (нефть и вода) и в твердых телах (газовые пробки, также известные как «горючий лед»).

Поэтому добыча газа может быть довольно тривиальной задачей. Добыча газа требует больших усилий. Основной метод добычи газа — через скважины. Скважины должны быть равномерно распределены по всему полю. Это делается для снижения давления в резервуаре.

Из чего состоит

Химический состав природного газа — метан (CH4), третий по распространенности газ во Вселенной. На долю этого элементарного углеводорода приходится от 80 до 98 процентов от общего количества. Природный газ может также содержать другие тяжелые углеводороды в количестве от 1 процента до нескольких сотен процентов.

Кроме того, могут присутствовать другие неуглеводороды: водород, сероводород, диоксид углерода, азот или гелий.

Из чего состоит природный газ?

Физические свойства

Метан (и, следовательно, газ) не имеет цвета и запаха. При концентрации выше 4,4% он является легковоспламеняющимся и, следовательно, взрывоопасным. По этим причинам газ имеет запах перед подачей в отсек. Добавляется специальное вещество (обычно этанэтиол) с сильным и неприятным запахом. Утечка даже 1% таких смесей может быть обнаружена по запаху. Особенно важно, чтобы горение вообще не нарушалось. Газовая смесь полностью сгорает, образуя ясное голубое пламя. Если для горения не хватает кислорода, пламя может стать желтым или оранжевым. Причины этого более подробно описаны в данной статье.

Природный газ почти в два раза легче воздуха, поэтому в случае утечки он будет скапливаться вверху, а не у пола. По этой причине детекторы утечки газа следует устанавливать как можно выше.

Существуют две теории происхождения газов: биогенетическая (органическая) теория и небиогенетическая (неорганическая и неорганическая) теория.

Месторождения природного газа

В природе газ может встречаться в следующих формах

  • Газовые залежи в пластах некоторых горных пород. Залежи газообразных углеводородов как правило сосредоточены на глубине от 1000 м. Вопреки распространенному мнению, газ в таких залежах находится не в объемных пустотах, а преимущественно в мелких трещинах, микроскопических порах и каналах горных пород, например, песчаника. В составе такого газа преобладают низшие алканы: метан и этан. Крупнейшие запасы природного газа сосредоточены в России (Уренгойское месторождение), большинстве стран Персидского залива, США и Канаде.
  • Газовые шапки над нефтью и растворенный в нефти газ. Такие газообразные скопления называют Попутный нефтяной газ (ПНГ). В отличие «традиционного» природного газа, ПНГ в своем составе помимо метана и этана содержит значительное количество пропана, бутана и других более тяжелых углеводородов.
  • Газогидратные залежи. Газовые гидраты – это кристаллические соединения, которые образованы путем растворения газообразных углевоородов в пластовой воде при определенных термодинамических условиях – высоких давлениях и относительно низких температурах. 1 объем воды при переходе в гидратное состояние связывает до 220 объемов газа. Такая форма накопления природного газа была открыта во второй половине 20-го века. Газогидратные залежи находятся преимущественно в районах распространения многолетней мерзлоты, а также на относительно небольшой глубине под океанических дном.

Было доказано, что мантия Земли содержит большое количество углеводородов, но в настоящее время это не представляет практического интереса из-за технической недоступности.

Следует отметить, что помимо месторождений природного газа на планете, углеводороды присутствуют и в космосе. В частности, метан является третьим по распространенности газом во Вселенной после водорода и Солнца. В виде метанового льда он входит в структуры планет и других тел. Однако эти пласты не считаются газовыми месторождениями и не могут быть добыты при современном уровне технологий.

Метод добычи углеводородного газа аналогичен методу добычи нефти. Газ добывается из недр через скважины. Бурение ведется равномерно по всему месторождению для постепенного снижения пластового давления. Этот метод также предотвращает перетекание газа по площади резервуара и преждевременное обводнение резервуара.

Читайте подробнее в этой статье: добыча газа.

Согласно отчету BP за 2017 год, мировая добыча газа достигла 368 млрд кубометров3, при этом США занимают первое место с 73,45 млрд кубометров, или 20% от общемирового объема. Россия заняла второе место с 635,6 БЦМ3.

Происхождение

Существуют две теории происхождения природного газа: минеральная и биологическая.

Согласно минеральной теории, углеводороды образуются в результате химических реакций глубоко внутри планеты из неорганических соединений под воздействием высокого давления и температуры. Впоследствии, благодаря внутренней динамике планеты, углеводороды поднимаются в зоны с более низким давлением и образуют залежи полезных ископаемых, содержащих природный газ.

Согласно биогенетической теории, природный газ является продуктом анаэробного разложения растительной и животной жизни при высоких температурах и давлении в недрах Земли.

Несмотря на продолжающиеся споры о происхождении углеводородов, биогенетическая теория широко распространена в научном сообществе.

Природный газ может храниться в сжиженном виде и в форме гидратов. Подземное хранение природного газа в резервуарах низкого, среднего и высокого давления и газовых баллонах.

Для природного газа:.

  1. Метан — бесцветное горючее вещество, легче воздуха, устойчив к температурам, без характерного запаха. Метан опасен для здоровья. Им заправляют газовые плиты. Газ может находиться в твердом агрегатном состоянии в виде газовых гидратов.
  2. Этан. Бесцветный газ, без запаха. Немного тяжелее воздуха. Растворяется в спирте. Газ горюч, но не подлежит использованию по назначению. Этан применяют в химической реакции, чтобы в итоге получить этилен. Малотоксичен, представляет опасность для здоровья.
  3. Пропан. Газ без запаха и цвета, обладает высокой степенью токсичности, плохо растворяется водой. Имеет свойство сжижаться, если показатели температуры находятся в пределах комнатной, а также в условиях невысокого давления. Благодаря этому он без труда транспортируется и хранится. Пропан используют в качестве топлива в некоторых автомобилях.
  4. Бутан. Бесцветный газ, который имеет специфический запах. Токсичен. Тяжелее воздуха в 2 раза. Плотность его выше, чем у пропана. Используется для заправки некоторых автомобилей.
  5. Углекислый газ. Без цвета, практически не имеет запаха. Не горюч. В 1,5 раза тяжелее воздуха. Опасен для здоровья человека, хотя является одним из наименее токсичных газов.
  6. Гелий. Бесцветный газ, очень легкий и инертный, специфического запаха не имеет. В нормальных условиях не вступает в реакцию ни с одним из веществ. В отличие от любого другого газа, не существует в твердом состоянии. Не горюч, не токсичен. Представляет опасность для здоровья. Гелием заполняют дирижабли, аэростаты.
  7. Сероводород. Тяжелый бесцветный газ, имеет специфический запах тухлых яиц. Горючий, взрывоопасный, опасен для здоровья.

Метан — самый ценный элемент в составе газа.

Химический состав природного газа зависит от месторождения, из которого он добывается.

Добыча природного газа

Перед добычей природного газа проводится исследование для оценки количества и характера залежей.

Основные методы добычи газа:.

  1. Бурение. После разведочных работ скважины бурят на глубину, где размещаются пласты полезного ископаемого, а затем укрепляют при помощи обсадных труб и цементирования. Подъем газа на поверхность осуществляется естественным путем: он перемещается к зоне меньшего давления.
  2. Метод гидроразрыва. В этом случае бурят скважины, а затем нагнетают в них мощный водный или воздушный поток, который разрушает перегородки в горной породе. В результате газ под действием давления выходит наружу. В некоторых государствах такой способ добычи природного газа запрещен, так как гидроразрыв может стать причиной сейсмической неустойчивости разрушенных пород.
  3. Подводная добыча. Если газовые запасы находятся под водой, то для их добычи прибегают к использованию гравитационных платформ с бетонным основанием, которое упирается в дно. Оно содержит колонны, с помощью которых осуществляется бурение. На этих же платформах есть резервуары для временного хранения добытого газа. После завершения работ топливо подают на сушу через трубопровод.

После извлечения газ направляется в блок очистки и блок обработки для удаления различных примесей в его составе.

Применение и использование природного газа

Природный газ покрывает потребности штата в отоплении, производстве электроэнергии и в быту.

Природный газ используется в следующих отраслях промышленности

  • металлургическая промышленность (экономит до 15 % кокса, снижает себестоимость стали и чугуна, повышает производительность труда на 10 % и более);
  • электроснабжение (природный газ, используемый на электростанциях, уменьшает затраты на топливо и тем самым снижает себестоимость электроэнергии);
  • цементная, текстильная, стекольная, пищевая (газ повышает производительность труда и снижает себестоимость продукции).

В качестве топлива используется природный газ:.

  • моторное топливо;
  • полимеры и каучуки (сырьем для них становятся выделенные из газа легкие углеводороды);
  • сложные химические вещества (лаки, краски, изоляционные материалы, формальдегид).

Он используется в качестве топлива:. Природный газ намного дешевле и экологичнее нефтепродуктов.

LPG или сырой газ — это природный газ, относящийся к группе углеводородов, характеризующийся высоким содержанием (>15%) тяжелых углеводородов, начиная с пропана C3h8 Выше. Такой состав газа характерен для газовых и нефтеконденсатных месторождений.

Хранение и транспортировка

Природный газ хранится в:.

  • В мокрых газгольдерах или газгольдерах высокого давления.Первые имеют стабильное давление при переменном объёме хранения. Вторые – наоборот. Так как, и те и другие требуют значительных капитальных затрат и не обеспечивают сезонные колебания уровня потребления, то в настоящее время строительство новых газгольдеров приостановлено.
  • На концевых участках магистральных газопроводов, выступающих в качестве своеобразных временных накопителей в ночное время суток.
  • В надземных и подземных хранилищах. Достаточно часто в качестве их используют пустые полости бывших месторождений, а также искусственно сооружённые пустоты на месте водоносных пластов.
  • Кроме того, газ хранят в изотермических резервуарах и ёмкостях шарообразной или цилиндрической формы, которые изготавливают из материалов, обладающих малой степенью температурного расширения.

Природный газ транспортируется в основном по трубопроводам, а также грузовым транспортом в цистернах и баллонах. Резервуары используются там, где имеются подходящие водные пути.

Хранение газа

Сфера применения

Глобальное использование природного газа основано на двух уникальных характеристиках этого углеводорода Он обеспечивает большое количество тепла при сгорании — голубое топливо — и его способность транспортироваться в больших количествах на небольшие расстояния при низких эксплуатационных расходах. Он также используется в качестве сырья для многих веществ, применяемых в химической промышленности.

Пятью крупнейшими «сверхгигантскими» месторождениями в мире являются.

  • Южный парс/Северное, расположенное на территории Ирана и Катара – 28 трлн. м 3 .
  • Галканыш (ЮжныйИолотань) – Туркмения. Запасы: 21,4 трлн. м 3 .
  • Уренгойское – Россия. 10,2 трлн. м 3 .
  • Хейнсвиль – США. 7 трлн. м 3 .
  • Ямбургское – Россия. 5,2 трлн. м 3 .

Алжир, Нидерланды, Казахстан и Азербайджан также обладают крупнейшими месторождениями (до 5 триллионов кубометров).

Мировые запасы

По оценкам, к 2020 году общие мировые запасы голубого топлива вырастут до 196,8 триллиона кубометров. Большая часть из них приходится на Ближний Восток, Калифорнию и Африку. Поэтому неудивительно, что в России доказанные запасы составляют 47,8 триллиона кубических метров, а в России, по некоторым данным, 38,0 триллиона кубических метров. Учитывая сложность оценки и большую погрешность, это нормально и доказывает, что наша страна обладает пятой частью мировых запасов голубого топлива.

Следующие страны являются крупнейшими производителями газа на начало 2020 года.

  • США – 920,9 млрд. м 3 .
  • Россия – 679 млрд. м 3 .
  • Иран – 244,2 млрд. м 3 .
  • Катар – 178,1 млрд. м 3 .
  • Китай – 177,6 млрд. м 3 .

Недавнее возвышение США на первое место можно объяснить текущим политическим климатом и революцией сланцевого газа. Однако ближайшее будущее покажет, как долго сохранится такая пропорция добычи газа.

Природный газ является самым чистым из всех углеводородных ископаемых видов топлива. В идеале он сжигает только воду и углекислый газ, в то время как нефтепродукты производят сажу и золу.

Физические свойства природного газа:

Наименование параметра: Значение:
Внешние признаки без цвета, запаха и вкуса
Плотность, кг/м 3 :
Сухой газообразный от 0,68 до 0,85
Жидкий 400
Температура самовозгорания, °C 650
Взрывоопасные концентрации смеси газа с воздухом, % объёмных от 4,4 до 17
Удельная теплота сгорания, МДж/м³ 28-46
Удельная теплота сгорания, Мкал/м³ 6,7-11
Удельная теплота сгорания, кВт·ч/м³ 8-12
Октановое число при использовании в двигателях внутреннего сгорания 120-130
Легче воздуха в 1,8 раза. При утечке не собирается в низинах, а поднимается вверх.

Газовые месторождения находятся глубоко под землей, на глубине от одного до нескольких километров. Поэтому их добыча требует бурения. Самые глубокие скважины находятся на глубине более 6 км.

Внутри земли газ находится в небольших пустотах (порах), которые имеют определенные горные породы. Поры соединены друг с другом небольшими каналами, называемыми трещинами. Поры и трещины удерживают газ под высоким давлением, гораздо более высоким, чем атмосферное давление. Газ движется через поры и трещины и перетекает из пор высокого давления в поры низкого давления.

При бурении скважины, по естественному закону, газ стремится полностью попасть в ствол скважины и направиться в зону низкого давления. Поэтому разность давлений между пластом и поверхностью является естественной движущей силой, выталкивающей газ из земли.

Природный газ добывается из недр земли не из одной, а из многих скважин. Скважины стараются располагать равномерно по всей площади резервуара, чтобы давление в резервуаре равномерно снижалось за счет отложений. В противном случае газ может переливаться между участками хранилища, вызывая преждевременное высыхание хранилища.

Поскольку получаемый газ содержит много примесей, сразу после добычи он очищается специальным оборудованием и передается потребителю.

Применение и использование природного газа:

Природный газ используется в качестве топлива и сырья в химической промышленности для производства различных органических материалов, таких как пластмассы.

Примечание: © фотографии //www.pexels.com, //pixabay.com

Сжиженный природный газ Метан Уотерхаус Какие четыре класса источников газа типа покупки воздуха для населения Тема презентация рецептор горения вещество компонент компонент применение применение масса положение тепловое давление стоимость м3 температура характеристики тип преобразование куб поле горения какой объем плотность горнодобывающая промышленность потребление состав положение Цена газа давление м3 стоимость характеристика добыча сжигание использование потребление расход кубовый запас производство плотность

Оцените статью
megavorota.com.ua
Добавить комментарий