Природный газ. Его свойства, добыча и химический состав. Что такое природный газ
Газовая промышленность Российской Федерации является одной из составных частей топливно-энергетического комплекса. В ее состав входят предприятия по производству электроэнергии и ее транспортировке (электроэнергетика), добыче и переработке всех видов топлива (это топливная промышленность).
Развитие топливной промышленности обусловлено в первую очередь имеющимися запасами различных видов топлива. Ведь если их нет, то не может быть их добычи. Однако в действительности сложнее.
Природный газ занимает одно из особых мест в топливно-энергетической и сырьевой базе благодаря высоким потребительским свойствам, низким издержкам добычи и транспортировки, широкой гамме применения во многих сферах человеческой деятельности. На сегодняшний день идет высокими темпами наращивание запасов природного газа и его потребления.
Природный газ является ценнейшим минеральным ресурсом, как самое дешевое экологичное топливо в период подготовки к переходу на более широкое использование альтернативных нетрадиционных видов электроэнергии (ветра, солнца, приливной, внутреннего тепла земли). Именно поэтому необходим тщательный анализ газовой промышленности, как одной из самых важных отраслей для экономики России. Его отличают:
Упрощенность добычи, не нуждается в искусственном откачивании;
Готов к использованию без промежуточных переработок;
Транспортировка как в газообразном, так и в жидком состоянии;
Минимальные выбросы вредных веществ при сгорании;
Удобство подачи топлива в уже газообразном состоянии при его сжатии (меньшая себестоимость оборудования, использующего данный вид топлива);
Запасы наиболее обширные, чем другие виды топлива (меньше рыночная стоимость);
Использование в больших отраслях народного хозяйства;
Достаточное количество в недрах России;
Выбросы самого топлива при авариях менее токсичны для окружающей среды;
Высокая температура горения для использования в технологических схемах народного хозяйства.
Использование природного газа приводит к повышению эффективности общественного производства. Потому что добыча природного газа обходится значительно дешевле добычи нефти и угля. Если рассмотреть стоимость угля (в пересчете на 1 тонн условного топлива) за 100%, то стоимость газа будет равна только 10%.
Также природный газ является одним из самых высокоэкономичных источников топливно-энергетических ресурсов. Природный газ обладает высокой естественной производительностью труда, что способствует широкому использованию его во многих отраслях народного хозяйства. Благоприятные естественные предпосылки природного газа и высокий уровень научно-технического прогресса в его транспортировке во многом обеспечивает ускоренное развитие газодобывающей промышленности.
Газовая промышленность РФ еще совсем молодая отрасль топливного комплекса. В ее состав входят следующие элементы:
Добыча природного газа;
Добыча попутного газа;
Производство горючего газа из угля и сланцев;
Хранение газа.
Основные доказанные источники сосредоточены в двух регионах - в странах СНГ и Ближнего Востока, несмотря на большое распространение разведанных запасов газа на земном шаре.
компримированный природный газ моторное топливо
Из общего объема разведанных запасов на Западную Сибирь приходится 36,2 трлн куб. м (77,7%), на шельф северных морей - 3,2 трлн куб. м (6,8%), на Восточную Сибирь и Дальний Восток - 2,8 трлн куб. м (6%) (см. рис. 1.1). В общем, разведанные запасы газа в России (свободный газ и газовые "шапки") составляют примерно 48 трлн куб. м.
Рис. 1.1
Как видно из рисунка 1.1 почти 73% запасов газа расположено в 22 уникальных (свыше 500 млрд куб. м газа) месторождениях, таких как Оренбургское, Уренгойское, Ямбургское, Заполярное и др. В 104 крупных месторождениях содержится около 24% запасов газа, и лишь 3% разведанных запасов приходится на многочисленные (663) мелкие и средние месторождения Федеральная служба государственной статистики [Электронный ресурс] - Режим доступа: http: //irkutskstat. gks.ru/ (дата обращения: 02. 05.2016). .
Следует отметить, что газовая промышленность является источником получения значительного дохода государства, поэтому на ее развитие уходит достаточно большое количество денежных средств и внимания со стороны правительства. Это ведет к тому, что отрасль постоянно развивается, усовершенствуется. Это объясняется тем, что внедряются новые трубопроводы, которые являются качественными и надежными. Используются уникальные технологии добычи газа, техника и современное оборудование. Это все приводит к тому, что газовая промышленность постоянно развивается и становится источником такого большого дохода, что за эти средства можно развить другую отрасль. Открываются новые месторождения газа, что увеличивает прибыль. С уверенностью можно сказать, что газовую промышленность ожидает эффективное и постоянное развитие, которое будет сказываться на экономике страны в целом. Также следует отметить, что в качестве монополиста выступает компания "Газпром", поэтому можно не волноваться о том, что газовый сектор будет неустойчивым, поскольку единая структура монополиста не даст произойти распаду хозяйственных связей, как это могло бы быть в конкурентной среде. При этом компания постоянно внедряет новые инновационные технологии, участвует в различных проектах, а так же вся ее деятельность направлена на то, чтобы увеличить эффективность газовой промышленности.
На сегодня спрос на газ в России растет. Газ потребляют свыше 2 тыс. городов, 3,5 тыс. поселков городского типа, более 190 тыс. сельских населенных пунктов. Доля газа в топливном балансе России составляет 48,8%. За последнее десятилетие объемы поставок голубого топлива на внутреннем рынке существенно возросли. Можно с уверенностью утверждать о значительном потенциале роста, поскольку на текущий момент газификация в сельской местности достигает лишь 31%.
Газ используется в металлургической, цементной, легкой, пищевой отраслях народного хозяйств 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%.
В России с использованием природного газа производится 93% чугуна, 59% мартеновской стали, 49% проката черных металлов, 100% огнеупоров, 89% листового стекла и 45% сборного железобетона. Удельный вес природного газа в потреблении топливно-энергетических ресурсов электростанциями достигает 61% Федеральная служба государственной статистики [Электронный ресурс] - Режим доступа: http: //irkutskstat. gks.ru/ (дата обращения: 02. 05.2016). .
Машиностроительная промышленность является также одним из крупных потребителей природного газа. В топливном балансе машиностроительной промышленности на долю горючего газа приходится около 40%. Нагревательные и термические печи являются основными потребителями. Применение в этих печах природного газа вместо других видов топлива позволяет снизить стоимость нагрева, улучшить его качество, повысить кпд печей и создать более благоприятные санитарно-гигиенические условия в производственных помещениях. Предприятия этой отрасли имеют разнообразную структуру потребления энергии.
Наличие на предприятиях технологического оборудования с различным температурным режимом открывает возможность широкого применения метода комплексного использования природного газа. Большой интерес в промышленной энергетике представляют автономные комбинированные схемы использования природного газа для одновременной выработки тепловой и электрической энергии. В таких установках природный газ сжигается в газовой турбине или двигателе внутреннего сгорания, служащих для привода электрогенераторов.
Способ прямого восстановления железа из руд также основан на использовании газового топлива. В вагранках применение газа снижает расход кокса вдвое.
В пищевой промышленности газ используется для сушки овощей, фруктов, пищевых продуктов, выпечки хлебобулочных и кондитерских изделий. В качестве теплоносителей широко распространены следующие газы: воздух и реже газообразные продукты экзотермических процессов (окисления аммиака, получения серного ангидрида и др.), продукты горения.
Использование природного газа открывает широкие возможности для создания простых, менее металлоемких и более экономичных котлов (паровых и водогрейных), работающих на природном газе. Коэффициент полезного действия котельных установок на электростанциях при переводе с твердого на газовое топливо увеличивается на 1-4%; уменьшается на 21-26% количество обслуживающего персонала. Суммарное снижение расхода топлива за счет повышения коэффициента полезного действия и снижения расхода электроэнергии на собственные нужды составляет 6-7%. Сжигание природного газа в топках котлов малой производительности увеличивает коэффициент полезного действия по сравнению с котлами, использующими твердое топливо, на 7-20% (в зависимости от сорта топлива) и позволяет повысить производительность на 30% и более.
Также широкое применение природный газ нашел в коммунально-бытовом хозяйстве. И невозможно представить существование нашего мира без этого полезного вещества. Жизнь просто остановилась бы. Использование природного газа в быту современного человека настолько привычно и обыденно, что казалось, так было всегда. Пользоваться газовым оборудованием очень удобно, и, главное, экономически выгодно. По сути, газовые плиты, газовые колонки, водонагреватели газовые выполняют ту же работу, что и их электрические аналоги, но просят за свой труд гораздо меньшую оплату. Особенно, если действовать грамотно, и кроме газового оборудования иметь дома счетчики газа.
Применение сжиженного газа для отопления теплиц в холодное время года позволяет автоматизировать процесс обогрева, а также повысить уровень производства углекислого газа для успешного фотосинтеза тепличных растений. Дополнительное тепло требуется даже для небольших коровников или конюшен, также сжиженный газ эффективно используется для осуществления сушки перьев или их утилизации.
Сжиженный газ незаменим во многих областях фермерской деятельности и используется не только для отопления производственных и жилых помещений. Благодаря высокой теплотворной способности пропана можно выращивать, обрабатывать и сохранять урожай с максимальной эффективностью, соблюдая необходимый уровень экологической безопасности.
Применяя сжиженный газ в качестве энергии для зерносушилки, требуется установить систему автономного газоснабжения. В зависимости от мощности производства устанавливаются емкости различного объема. От газового хранилища проводится подземный газопровод к оборудованию, использующему газ. Количество газа в емкости можно контролировать с помощью аппаратов телеметрии, это позволит своевременно осуществлять поставки топлива.
В холодное время года для производства тепла в парниках и теплицах используют разнообразные системы обогрева, при этом основополагающим фактором экономической выгоды является источник энергии.
Использование энергосберегающего оборудования, такого как инфракрасные обогреватели позволит снизить затраты на сжиженный газ. Лучистое отопление характеризуется ограниченными теплопотерями, эффективным использованием ресурсов и минимальными выбросами в атмосферу. Для удаленных от магистралей объектов использование сжиженного газа - оптимальное решение.
Фермерские хозяйства обычно расположены на значительном удалении от основных энергетических магистралей. В то же время энергия является одним из важнейших факторов в деятельности фермы: энергоснабжение требуется для отопления помещений и подогрева воды, сжигания органических отходов, производства пара и других технологических процессов. Указанные задачи эффективно решаются установкой системы автономного газоснабжения. Сжиженный газ является оптимальным источником энергии, если фермерское хозяйство расположено вдали от сетей природного газа. Доставка сжиженного газа осуществляется по всей территории России, даже в самые удаленные районы. Превосходная теплотворная способность и эффективность пропана позволит сохранить ваш доход самой суровой зимой.
В медицинской практике распространено применение различных газов. Наиболее распространенными являются кислород и азот.
Широта применения медицинского кислорода достаточно велика - это и обогащение газовых смесей, используемых при нарушениях дыхания, при декомпрессионной болезни, для лечения астматической болезни различной этиологии, для профилактики гипоксии - при изготовлении кислородных коктейлей и наполнении кислородных подушек. Наиболее популярны сейчас кислородные концентраторы, в связи с их безопасностью, надежностью, мобильностью, экономической выгодностью и, конечно, высокой концентрацией "производимого" кислорода - до 95%. Основные источники кислорода - это в первую очередь кислородные концентраторы, специальные устройства для химического получения кислорода, а затем системы кислородообогащения и баллоны с жидким или газообразным кислородом. Медицинский кислород отличается от любого другого своей более высокой концентрацией и отсутствием различных примесей.
Необходимо применение медицинского кислорода в неотложных ситуациях, при проведении обширных хирургических операций, при наркозах, где требуется искусственная вентиляция легких, при проведении реанимационных мероприятий. Такие серьезные заболевания как инсульт, инфаркт, хроническая дыхательная недостаточность так же требуют лечения кислородом. Но в России медицинский кислород является одним из самых дорогих лекарственных средств - во многие больницы нашей страны кислород привозят из других городов.
Еще один используемый в медицине газ, но в более малых объемах - гелий. Газообразный чистый гелий используется для производства дыхательных смесей. Воздух, наполненный гелием, в несколько раз легче обычного воздуха и дышать им, соответственно, в несколько раз проще. Наиболее распространены в медицине смеси гелия и кислорода из-за их оптимальной вязкости. Применяется такой "гелиевый" воздух для лечения астмы, удушья и других заболеваний, связанных с трудностями в дыхании.
Так же как и кислород, азот находит свое применение в жидком и газообразном виде. В медицинской практике распространение его применения составляет около 90%. Используется он для сохранения крови, кровесодержащих препаратов, кровезаменителей, для сохранения в замороженном виде различных органов и тканей, а так же для приготовления некоторых порошковых лекарств. Не стоит забывать про еще одну область, где применяется медицинский азот - ингаляционный наркоз. Закись азота используют в оперативной гинекологии, болезненных родах, при хирургических операциях и иногда даже при инфаркте миокарда, так как его токсическое воздействие на дыхательную и сердечно - сосудистую системы крайне незначительно. Закись азота используют также при обезболивании приступов острого панкреатита, для купирования болевого синдрома при острой коронарной недостаточности. Поставка медицинского азота осуществляется в специальных стальных баллонах объемом 10л, заправленных на предприятиях.
На сегодняшний день природный газ является наиболее экономичным, экологичным и безопасным топливом. Стоимость 1 куб. м газа по состоянию на 1 мая 2016 года для транспорта в среднем по России составляет 14 р. Природный газ относится к самому безопасному классу горючих веществ. При этом двигатель такого транспортного средства соответствует высочайшим стандартам - Евро-5 и Евро-6. В качестве моторного топлива используется природный газ двух видов: компримированный (КПГ) и сжиженный (СПГ).
Целевые сегменты рынка: компримированный природный газ - пассажирский, легкий грузовой, легковой транспорт и коммунальная техника; сжиженный природный газ - магистральный автомобильный, железнодорожный, водный транспорт, карьерная и сельскохозяйственная техника.
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. В технике используется свыше 30 различных газов. Газы в технике применяются, главным образом, в качестве топлива; сырья для химической промышленности: химических агентов при сварке, газовой химико-термической обработке металлов, создании инертной или специальной атмосферы, в некоторых биохимических процессах и др.; теплоносителей; рабочего тела для выполнения механической работы (огнестрельное оружие, реактивные двигатели и снаряды, газовые турбины, парогазовые установки, пневмотранспорт и др.): физической среды для газового разряда (в газоразрядных трубках и др. приборах).
Природный газ - газообразные углеводороды, образующиеся в недрах земли. Его относят к полезным ископаемым, а составляющие используются в качестве топлива.
Свойства и состав природного газа
Природный газ горюч и взрывоопасен в соотношении примерно с 10% объемом воздуха. Он легче воздуха в 1,8 раз, бесцветен и не имеет запаха, эти свойства обусловлены высоким содержанием газообразных алканов (СН4 - С4Н10). В составе природного газа преобладает метан (СH4), он занимает от 70 до 98%, остальной объем заполнен его гомологами, углекислым газом, сероводородом, меркаптанами, ртутью и инертными газами.
Классификация природных газов
Существует всего 3 группы:
- Первая из них - почти исключающие содержание углеводородов с более чем двумя углеродными соединениями, так называемые сухие газы, получаемые исключительно в месторождениях, предназначенных только для добычи газов.
- Вторая - газы, добываемые одновременно с первичным сырьем. Это сухой, сжиженный газы и газовый бензин, смешанные между собой.
- К третьей группе относятся газы, состоящие из сухого газа и значительного объема тяжелых углеводородов, из коих выделяют бензиновые, лигроиновые и керосиновые. К тому же в составе присутствует незначительное количество других веществ. Добываются эти вещества из газоконденсатных месторождений.
Свойства составляющих веществ
Четыре первых члена гомологического ряда при обычных условиях - горючие газы, не обладающие цветом и запахом, взрывоопасны и горючи:
Метан
Первое вещество ряда алканов наиболее устойчиво к температурам. Оно малорастворимо в воде и легче воздуха. Горение метана в воздухе знаменуется появлением голубого пламени. Самый мощный взрыв происходит, при смешивании одного объема метана с десятью объемами воздуха. При других объемных соотношениях тоже происходит взрыв, но меньшей силы. Помимо этого, человеку может быть нанесен непоправимый вред при вдыхании газа высокой концентрации.
Метан может находиться в твердом агрегатном состоянии в виде газовых гидратов.
Применение:
Его используют в качестве промышленного топлива и сырья. Метан применяют для получения ряда важных продуктов - водорода, фреонов, муравьиной кислоты, нитрометана и многих других веществ. С помощью для производства метилхлорида и его гомологичных соединений, метан подвергают хлорированию. При незаконченном сгорании метана получается мелкодисперсный углерод:
CH4 + O2 = C + 2H2O
Формальдегид появляется посредством протекания реакции окисления, а при реакции с серой - сероуглерод.
Разлом углеродных связей метана под воздействием температур и тока реализует получение ацетилена, используемого в промышленности. Синильная кислота производится посредством окисления метана с аммиаком. Метан - производное водорода в генерации аммиака, а также получения синтез-газа происходит с его участием:
CH4 + H2O -> CO+ 3H2
Используемого для связки углеводородов, спиртов, альдегидов и других веществ. Метан активно используют в качестве горючего для транспортных средств.
Этан
Углеводород предельного ряда С2Н6 - это бесцветное вещество в газообразном состоянии, слабо освещающее при горении. Растворяется в спирте в отношении 3:2, как говорится, «подобное в подобном», но почти нерастворим в воде. При температуре свыше 600° С, в отсутствие ускорителя реакции этан разлагается на этилен и водород:
CH4 + H2O -> CO+ 3H2
Этан не используют топливной промышленности, основная цель его использования в промышленности - получение этилена.
Пропан
Этот газ плохо растворяется водой и является широко используемым видом топлива. Он производит много тепла при сгорании, практичен в использовании. Пропан - побочный продукт процесса kracking в нефтепромышленности.
Бутан
Имеет малую токсичность,специфический запах, обладает одурманивающими свойствами, вдыхание бутана вызывает асфиксию и сердечную аритмию, негативно влияет на нервную систему. Появляется при крекинге попутного нефтяного газа.
Применение:
Неоспоримыми достоинствами пропана являются низкая стоимость простота транспортировки. Пропан-бутановую смесь используют в качестве топлива в населенных пунктах, где не подведен природный газ, при обработке легкоплавких материалов с небольшой толщиной, вместо ацетилена. Пропан зачастую применим при заготовке сырья и переработке металлолома. В быту сферой необходимости является отопление помещений и приготовление пищи на газовых плитах.
Помимо предельных алканов в состав природного газа входят:
Азот
Азот состоит из двух изотопов 14A и 15A, используется для поддержания давления в скважинах при бурении. Для получения азота сжижают воздух и разделяют его разгонкой, этот элемент составляет 78% состава воздуха. В основном его используют для производства аммиака, из которого получают азотную кислоту, удобрения и взрывчатые вещества.
Диоксид углерода
Соединение, переходящее при атмосферном давлении из твердого (сухой лед) в газообразное состояние. Оно выделяется при дыхании живых существ, также содержится в минеральных источниках и воздухе. Диоксид углерода является пищевой добавкой, используется в баллонах огнетушителей и пневматическом оружии.
Сероводород
Очень токсичный газ - самый активный из серосодержащих соединений, а потому очень опасен для человека прямым воздействием на нервную систему. Бесцветный газ в нормальных условиях, характеризующийся сладковатым вкусом и отвратительным запахом протухших яиц. Хорошо растворим в этаноле, в отличие от воды. Из него получают серу, серную кислоту и сульфиты.
Гелий
Это уникальный продукт, медленно накапливающийся в коре Земли.Его получают методом глубокой заморозки содержащих гелий газов. В газообразном состоянии - инертный газ, не обладающий внешним выражением. Гелий в жидком состоянии, также не имеющая ни запаха, ни цвета, но может поражать живые тканей. Гелий не токсичный, не может взорваться или воспламениться, однако при высоких концентрациях в воздухе вызывает удушье. Его используют при работе с металлами и в качестве наполнителя воздушных шаров и дирижаблей.
Аргон
Благородный негорючий, не ядовитый, не имеющий вкусовых и цветовых качеств. Добывается как эскортный разделению воздуха на кислород и азот газ. Используется для вытеснения воды и кислорода, с целью продлить срок хранения продуктов питания, его также используют при сварке металлов и резке.
Определение
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.
Состав природного газа
До 98% природного газа составляет метан, также в его состав входят гомологи метана - этан, пропан и бутан. Иногда могут присутствовать углекислый газ, сероводород и гелий. Таков состав природного газа.
Физические свойства
Природный газ бесцветен и не имеет запаха (в том случае, если не имеет в своём составе сероводорода), он легче воздуха. Горюч и взрывоопасен.
Ниже приведены более подробные свойства компонентов природного газа.
Свойства отдельных составляющих природного газа (рассмотрим подробный состав природного газа)
Метан (CH4) – это бесцветный газ без запаха, легче воздуха. Горюч, но всё же его можно хранить с достаточной лёгкостью.
Этан (C2H6) – бесцветный газ без запаха и цвета, чуть тяжелее воздуха. Также горюч, но не используется как топливо.
Пропан (C3H8) – бесцветный газ без запаха, ядовит. У него имеется полезное свойство: пропан сжижается при небольшом давлении, что позволяет легко отделять его от примесей и транспортировать.
Бутан (C4H10) – по свойствам близок к пропану, но имеет более высокую плотность. Вдвое тяжелее воздуха.
Углекислый газ (CO2) – бесцветный газ без запаха, но с кислым вкусом. В отличие от других компонентов природного газа (за исключением гелия), углекислый газ не горит. Углекислый газ – один из самых малотоксичных газов.
Гелий (He) – бесцветный, очень лёгкий (второй из самых лёгкий газов, после водорода) без цвета и запаха. Крайне инертен, при нормальных условиях не реагирует ни с одним из веществ. Не горит. Не токсичен, но при повышенном давлении может вызывать наркоз, как и другие инертные газы.
Сероводород
(H2S) – бесцветный тяжелый газ с запахом тухлых яиц. Очень ядовит, даже при очень маленькой концентрации вызывает паралич обонятельного нерва.
Свойства некоторых других газов, не входящих в состав природного газа, но имеющих применение, близкое к применению природного газа
Этилен (C2H4) – Бесцветный газ с приятным запахом. По свойствам близок к этану, но отличается от него меньшей плотностью и горючестью.
Ацетилен (C2H2) – чрезвычайно горючий и взрывоопасный бесцветный газ. При сильном сжатии способен взрываться. Он не используется в быту из-за очень большого риска пожара или взрыва. Основное применение – в сварочных работах.
Применение
Метан используется как горючее в газовых плитах.
Пропан и бутан – в качестве топлива в некоторых автомобилях. Также сжиженным пропаном заполняют зажигалки.
Этан в качестве горючего используют редко, основное его применение – получение этилена.
Этилен является одним из самых производимых органических веществ в мире. Он является сырьём для получения полиэтилена.
Ацетилен используется для создания очень высокой температуры в металлургии (сверка и резка металлов). Ацетилен очень горюч, поэтому в качестве топлива в автомобилях не используется, да и без этого условия его хранения должны строго соблюдаться.
Сероводород , несмотря на его токсичность, в малых количествах применяется в т.н. сероводородных ваннах. В них используются некоторые антисептические свойства сероводорода.
Основным полезным свойством гелия является его очень маленькая плотность (в 7 раз легче воздуха). Гелием заполняют аэростаты и дирижабли. Водород ещё более лёгок, чем гелий, но в то же время горюч. Большую популярность среди детей имеют воздушные шарики, надуваемые гелием.
Токсичность
Углекислый газ. Даже большие количества углекислого газа никак не влияют на здоровье человека. Однако он препятствует поглощению кислорода при содержании в атмосфере от 3% до 10% по объёму. При такой концентрации начинается удушье и даже смерть.
Гелий. Гелий абсолютно нетоксичен при нормальных условиях из-за его инертности. Но при повышенном давлении возникает начальная стадия наркоза, похожая на воздействие веселящего газа*.
Сероводород . Токсичные свойства этого газа велики. При длительном воздействии на обоняние возникает головокружение, рвота. Также парализуется обонятельный нерв, поэтому возникает иллюзия отсутствия сероводорода, а на самом деле организм его уже просто не ощущает. Отравление сероводородом наступает при концентрации 0,2–0,3 мг/м3, концентрация выше 1 мг/м3 - смертельна.
Процесс горения
Все углеводороды при полном окислении (избыток кислорода) выделяют углекислый газ и воду. Например:
CH4 + 3O2 = CO2 + 2H2O
При неполном (недостаток кислорода) - угарный газ и воду:
2CH4 + 6O2 = 2CO + 4H2O
При ещё меньшем количестве кислорода выделяется мелкодисперсный углерод (сажа):
CH4 + O2 = C + 2H2O.
Метан горит голубым пламенем, этан - почти бесцветным, как спирт, пропан и бутан - жёлтым, этилен - светящимся, угарный газ - светло-голубым. Ацетилен - желтоватым, сильно коптит. Если у Вас дома стоит газовая плита и вместо обычного голубого пламени вы видите жёлтое - знайте, это метан разбавляют пропаном.
Примечания
Гелий
, в отличие от любого другого газа, не существует в твёрдом состоянии.
Веселящий газ
– это тривиальное название закиси азота N2O.
Замечания и дополнения к статье - в комментарии.
Газ - это одно из наиболее широко используемых полезных ископаемых. Он применяется во многих областях жизнедеятельности человека в качестве топлива и позволяет выполнять задачи, которые были недостижимы ранее. Природный газ, также как уголь или нефть, добывается из земных недр при помощи специального оборудования. Он образовывался под действием высокой температуры и давления из остатков органических веществ животного происхождения на протяжении тысяч лет.
Довольно неоднороден, в зависимости от мест залегания и различных внешних факторов в него могут входить в разных количествах: азот, этан, бутан, пропан, водород, сероводород и т. д.
Как используют газ в современном мире?
В основном, газ используют как топливо для автомобилей, тепловых электростанций, горючее для обогрева жилых и складских помещений, а также для нагрева и приготовления пищи. Он широко применяется в химической и топливо-энергетической отраслях промышленности. Из-за доступной цены и абсолютной экологичности (газ считается самым безвредным в природе минеральным топливо) он используется как для бытовых, так и для промышленных нужд по всей планете.
Как используют природный газ в химической промышленности?
Применение природного газа в химической промышленности позволило синтезировать такие вещества, как полиэтилен, который ранее не существовал в природе. Кроме того, его используют в качестве сырья для создания разнообразных органических веществ: кислот, спирта, пластмасс, каучука и т. д.
Сам по себе природный газ не имеет запаха и цвета. Из-за данной особенности он не может использоваться в чистом виде, так как его утечка будет абсолютно незаметна. Чтобы обезопасить людей, в газ добавляют вещества, имеющие неприятный запах, такие, как этилмеркаптан.
Как транспортируют и где используют природный газ?
Природный из скважин, после чего его очищают от различных примесей, добавляют ароматизатор и подают в трубопровод под давлением в 75 атмосфер. Он перекачивается по газотранспортной системе до распределительных станций, от которых направляется к потребителям под значительно меньшим давлением.
Также существует способ сжижения природного газа, который позволяет транспортировать его с помощью специальных танкеров. Дальнейшее использование подобного газа ничем не отличается от предыдущего варианта. В порту газ выкачивается и подается в газотранспортную систему.
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 (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.
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 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.
