Природный газ — состав, свойства, нахождение в природе

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.

Природный газ – экологичное моторное топливо

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 — экономичное моторное топливо

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.

А знаете ли вы, что…

Чистый природный газ не имеет цвета и запаха. Чтобы можно было определить утечку бытового газа по запаху, в него добавляют небольшое количество веществ, имеющих сильный неприятный запах. Чаще всего для этой цели используют этилмеркаптан.

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.

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 транспортируют и где используют природный газ?

Природный газ добывают 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.

Применение сжиженного газа

Помимо того, что природный газ подаётся по разветвлённой сети трубопроводов практически в каждую квартиру, иногда используется и сжиженный природный газ (пропан-бутан), который имеет повышенную теплоту сгорания, что позволяет быстрее и интенсивнее обогревать помещение. Удобно использовать СПГ для обеспечения газом коммунальных и промышленных объектов, которые находятся на существенном отдалении от главных магистралей и газораспределительных узлов. Это прекрасная альтернатива и настоящее спасение для загородных домов и коттеджей. Этот тип газа широко используется в качестве топлива для различных видов транспорта и сейчас он составляет ощутимую конкуренцию бензину, поскольку стоит значительно дешевле, а по своим характеристикам даже производительнее и экономнее. Кроме того, сжиженный природный газ на сегодняшний день вытесняет и другие виды топлива, такие как каменный уголь и мазут.

Поскольку сейчас очень важна экологичность, именно у СПГ есть это преимущество: при сгорании он не выделяет в атмосферу вредных веществ, а само оборудование значительно меньше изнашивается и поэтому служит дольше. Это ещё одна экономия. Сейчас сжиженный природный газ не составляет труда купить даже в маленьких объёмах. Баллоны с сжиженным газом на 200 миллилитров массово используются для газовых горелок при приготовлении еды на природе, им даже заправляют зажигалки.

На сегодняшний день газ является самым востребованным топливом и пока что достойная альтернатива ему не найдена и не разработана.

Общее описание применяемого в быту газа.

В быту чаще всего используется природный газ, который на 98% состоит из метана, а оставшиеся 2% составляют различные примеси углеводородистых соединений: бутана, пропана, этана, гексана и пентана. Тот газ, который подаётся в дома и используется для приготовления пищи на плите и нагревания воды в газовой колонке, может также содержать небольшое количество азота, сероводорода и водяных паров.

Мало кто знает, что природный газ используется также в качестве сырья для производства огромного количества вещей, которыми мы пользуемся ежедневно. Его применяют как один из компонентов при производстве пластмассы, удобрений для сада, многих лекарственных препаратов и даже некоторых видов тканей.

Как к нам приходит газ?

Итак, покинув место добычи, очищенный природный газ поступает на первую или, как ее еще называют, головную. Расположена она чаще всего в непосредственной близости от месторождения. Там с помощью установок газ с высоким давлением поступает в магистральные газопроводы. Для поддержания заданного давления на магистральных газопроводах устанавливаются дожимные компрессорные станции. Поскольку прокладка труб с данной категорией давления внутри городов запрещена, перед каждым крупным городом устанавливается ответвление. Оно уже, в свою очередь, не повышает, а понижает давление. Часть его расходуется крупными потребителями газа — промышленными предприятиями, заводами, котельными. А другая часть поступает в так называемые ГРП — газораспределительные пункты. Там давление еще раз понижается. Где применение природного газа нам с вами наиболее знакомо и понятно? Это конфорки плит.

Как давно он с нами?

Активное применение природного газа берет свое начало в середине 19 века, после изобретения газовой горелки. Причем изначальное использование его сейчас для нас не совсем привычно. Сначала применялся он для освещения улиц.
В Советском Союзе до конца 30-х годов прошлого века самостоятельной газовой отрасли не существовало. Месторождения газа открывались случайно, лишь при разведке нефтяных скважин. Активное использование природного газа началось с времен Великой Отечественной войны. Нехватка топлива, в связи с потерей части угольных и нефтяных месторождений, дала мощный толчок развитию газовой отрасли. Уже после окончания войны газовая отрасль активно развивалась и постепенно стала одной из самых энергоэффективных.

Альтернативы нет

Пожалуй, лучшим доказательством преимущества природного газа как наиболее удобного источника энергии являются показатели Москвы. Подключение газа позволило ежедневно экономить один миллион кубов дров, 0,65 миллионов тонн угля, 150 тысяч тонн керосина и почти столько же И все это было заменено 1 млн. куб. м газа. Далее последовала постепенная газификация всей страны и поиск новых месторождений. Позже были найдены огромные запаса газа в Сибири, которые и эксплуатируются по сей день.

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.

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:

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.

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.

Безопасность

С точки зрения взрыво-пожаробезопасности природный газ является самым безопасным видом топлива. Природный газ легче воздуха, поэтому при разгерметизации оборудования, в отличие от жидких видов топлива, газ сразу улетучивается, а не оседает. Приказом МЧС № 404 от 10 июля 2009 года, метан отнесен к самому безопасному 4-му классу (слабочувствительные).

К примеру: пропан относиться ко 2-му классу (чувствительные вещества), бензин к 3-му (среднечувствительные).

Существует утверждение о том, что установка системы газового питания ведет к увеличению риска возгорания автомобиля. Что тут можно возразить?

В принципе, две топливных системы в одном автомобиле — это усложнение конструкции, и если не следить за состоянием трубок и шлангов (что как для бензиновой, так и для газовой системы входит в перечень работ, выполняемых в рамках ТО), то возможно появление неисправностей, которые могут стать причиной возгорания.

Однако не это вызывает претензии и сомнения. Говорят, как правило, об опасности размещения газового баллона в багажнике, рисуя страшные картины последствий взрыва. И вот что странно: баллон из 3,5-4мм стали, размещенный в багажнике — это страшно и может взорваться, а топливный бак, по толщине не сильно отличающийся от консервной банки, расположенный в арке заднего правого крыла у ВАЗов 01-07 — это нормально.

В реалиях, газовый баллон, оснащенный запорной арматурой с предохранительными клапанами способен выдержать сильнейший удар, и даже обрыв магистральных трубок не вызовет сколько-нибудь значительной и пожароопасной утечки. Разрушение же баллона может произойти лишь в той ситуации, когда водителю и пассажирам будет, увы, безразлично, что произойдет с ними и с машиной после удара. Например, после наезда грузового состава двигающегося со скоростью в 80 км/ч на неподвижно стоящий автомобиль.

Еще ряд вопросов и возражений касается непосредственно совместимости систем подачи бензина с газовыми системами. В качестве примеров приводят пересыхание резиновых уплотнителей и засорение жиклеров у карбюраторных автомобилей, выход из строя форсунок и бензонасоса у автомобилей с инжекторной подачей топлива.

Здесь нужно обратиться к инструкции по эксплуатации, где черным по белому написано, что у автомобиля, оснащенного газотопливной системой, запуск двигателя должен осуществляться на бензине с последующим переходом на газ, что топливный бак никогда не должен быть пустым, и что бензонасос на автомобилях с электрическими форсунками не отключают. Экономия на топливе не должна доходить до абсурда, если Вы, разумеется, не хотите пополнить ряды противников газа, предварительно потратившись на ремонт системы подачи бензина.

Дополнительные преимущества

Важным преимуществом метана является независимость его физико-химических свойств от низких температур. Многие владельцы автомобилей, переведенных на пропан-бутан, сталкивались с ситуацией, когда при температуре окружающего воздуха ниже 27 градусов по Цельсию на автомобильных газозаправочных станциях (АГЗС) появлялись обращения к водителям с просьбой ездить на резервном топливе (т.е. бензине) до повышения температуры.

Еще одним плюсом природного газа является то, что его нельзя испортить. Этот продукт поступает, по сути, из недр земли прямо в «бак» автомобиля. Происходит только его необходимая очистка и осушка на специальных установках.

Важным конкурентным преимуществом природного газа является бесперебойность его поставок. Этот факт в последние время по достоинству оценили предприниматели, которые уже используют этот газ на своем автотранспорте. При росте цен на бензин, а главное, возникшем дефиците бензина на многих АЗС, что особенно сильно отмечалось в Томске, автобусы на природном газе не испытывали никаких проблем ни с ценой, ни с наличием топлива. Причина в том, что природный газ – это трубопроводный газ, который поступает к АГНКС по трубопроводу. А в трубопроводе газ есть всегда.

Экология

В экологическом отношении природный газ является самым чистым видом органического топлива. При его сгорании образуется значительно меньшее количество вредных веществ по сравнению с другими видами топлива. Однако сжигание человечеством огромного количества различных видов топлива, в том числе природного газа, за последние полвека привело к увеличению содержания углекислого газа в атмосфере, который является парниковым газом. Некоторые ученые на этом основании делают вывод об опасности возникновения парникового эффекта и как следствие — потепление климата. В связи с этим в 1997 году был подписан Киотский протокол по ограничению парникового эффекта. По состоянию на 26 марта 2009 года Протокол был ратифицирован 181 страной мира (на эти страны совокупно приходится более чем 61 % общемировых выбросов).

Следующим шагом было внедрение в действие с весны 2004 года негласной альтернативной глобальной программы ускоренного преодоления последствий техноэкологического кризиса. Основой программы стало установление адекватного ценообразования на энергоносители по их топливной калорийности. Цена определяется исходя из стоимости получаемых энергий на конечном потреблении из единицы измерения энергоносителя. С августа 2004 года по август 2007 года было рекомендовано и поддерживалось регуляторами соотношение 0,10 долларов США за киловатт-час (средняя стоимость нефти — 68 долларов за баррель). С августа 2007 года была произведена ревальвация соотношения до 0,15 долларов за киловатт-час (средняя стоимость нефти — 102 доллара за баррель). Финансово-экономический кризис внёс свои коррективы, но указанное соотношение будет восстановлено регуляторами. Отсутствие управляемости на рынке газа задерживает установление адекватного ценообразования.

Переработка

Полезное ископаемое образовалось в каменноугольный период, в момент появления пород с пористой структурой, нефти и угольных пластов. Большую часть природного газа содержит метан, но у него есть некоторое количество примесей, что делает его неоднородным. Это затрудняет перевозку и дальнейшее использование. Применяются основные направления переработки.

После добычи он проходит первичную переработку сушки для удаления из него пара воды и серы. Затем он отправляется на завод. Цель – принятие компонентами газа товарного вида для дальнейшего применения. Важно, чтобы при осуществлении данного плана не нанести непоправимый ущерб окружающей среде.

Переработка природного газа выполняется тремя способами:

1. Термохимическим. Применяется термическое воздействие. В результате этого возникают непредельные углеводороды. Способ возможен только при высоких температурах и давлении.
2. Физико-энергетическим. Данная технология способствует сжатию и делению газа на компоненты. Используется сильное нагревание или охлаждение. Чаще всего к этому способу обращаются на участках добычи полезного ископаемого. Сжимание и деление происходит благодаря компрессорам и нефтяным насосам.
3. Химико-каталитическим. Метан модифицируется в синтез-газ для возможности осуществления переработки. Используется парциальное окисление или паровая, углекислая конверсия. В химическом методе полученное вещество не нуждается в разделении компонентов.

Только при помощи данных способов возможна переработка природного газа, освобождение его от ненужных примесей.

Результаты переработки

Полученное вещество после переработки используется не только как источник энергии. Выделяются следующие продукты переработки нефти и газа:

• аммиак – необходим для производства удобрений, полимеров, растворителя, нашатырного спирта; бесцветен, присутствует сильный специфический запах;
• анилин – основа для создания красок, полиуретана, каучука; бесцветная жидкость с резким запахом, плохая растворимость в воде;
• гелий – применяется для высоких технологий при изготовлении медицинских изделий и ядерных реакторов, спутников; необходим геологам, так как они с помощью гелиевой съемки определяют глубинные разломы на поверхности земной коры, нет цвета, вкуса и запаха;
• метанол – используется как растворитель и топливный элемент, жидкость без цвета, но присутствует запах этилового спирта; принимать внутрь смертельно опасно;
• уксусная кислота – нужна при изготовлении текстильной продукции, не в сильной концентрации для кулинарии, применяется как растворитель, присутствует резкий запах и кислый вкус;
• формальдегид – применяется в производстве строительных материалов, фенопластов, хорошо работает в качестве антисептика, консерванта для косметических средств, бесцветен, нет резкого запаха;
• этан – из него изготавливаются изделия из пластмассы, необходим для получения соединения этилена; нет цвета, вкуса и запаха.

Продукты переработки природного газа являются востребованным сырьем во многих отраслях промышленности. Главное – использовать их исключительно в своих областях применения.

Природный газ – ценное минеральное образование из недр Земли. Используется как необходимый источник тепловой энергии. Некоторые его производные применяются во многих отраслях промышленности. После извлечения обязательно проходит процесс переработки природного газа для очищения его от ненужных примесей.

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.