Здравствуйте, в этой статье мы постараемся ответить на вопрос: «Все о природном газе: состав и свойства, добыча и применение природного газа». Если у Вас нет времени на чтение или статья не полностью решает Вашу проблему, можете получить онлайн консультацию квалифицированного юриста в форме ниже.
Туркменистан входит в число мировых лидеров по доказанным запасам природного газа, занимая четвертое место после России, Ирана и Катара. О том, какое это богатство, говорит не только его значение для экономики и национального бюджета страны, но и практически безграничное количество разнообразных продуктов и товаров, которые можно получить путем его переработки.
У многих людей слово «газ» ассоциируется с топливом и газовой плитой. На самом же деле применение его составляющих более обширно:
- гелий – ценное сырьё, используемое в высоких технологиях, например при изготовлении медицинского оборудования и магнитных подушек для длительных поездок в общественном транспорте, при конструировании ядерных реакторов и космических спутников;
- формальдегид, один из производных метана, – сырьё, играющее большую роль в производстве фенопластов (тормозные накладки, бильярдные шары) и смол, являющихся важным компонентом строительных конструкционных материалов (фанера, ДВП), лакокрасочных и теплоизоляционных изделий;
- аммиак – используется в фармацевтической (водный раствор), сельскохозяйственной (удобрения) и пищевой (усилитель вкусовых свойств) отраслях промышленности;
- этан – сырьё, из которого производят полиэтилен;
- уксусная кислота – широко применяется в текстильной промышленности;
- метанол – топливо для автотранспорта.
Современные способы добычи и переработки природного газа
— это большое скопление газов, которое образуется в недрах Земли в процессе анаэробного разложения органических материалов.
Природный газ классифицируется как минеральное сырье. Природный газ встречается в пластовых условиях (условиях залегания в недрах Земли) в газообразном состоянии — в виде отдельных скоплений (газовых залежей) или в виде газовой шапки нефтяных и газовых месторождений, или в растворенном состоянии в нефти или воде. При нормальных условиях (101,325 кПа и 20 °C) природный газ существует только в газообразном состоянии. Природный газ может также встречаться в кристаллическом состоянии в виде гидратов природного газа.
Еще в 1813 году химик сэр Хамфри Дэви на основании своих анализов предположил, что рудничный газ представляет собой смесь метана CH4 с некоторым количеством азота N2 и углекислого газа CO2, то есть качественно идентичен болотному газу.
Все современные методы переработки газа начинаются с анализа структуры месторождения. Добыча полезных ископаемых осуществляется путем бурения газовых скважин по всей очерченной площади месторождения. Если газоносная залежь залегает в мелкозернистой породе или в сочетании с другими химическими элементами, на краю газового месторождения в дополнение к прямому бурению устанавливаются перерабатывающие заводы.
Современные технологии добычи газа позволяют извлекать природные минералы с глубины до 12 000 метров.
Переработка газа начинается с извлечения полезного ископаемого и попутной добычи из нефтяного пласта, в основном путем откачки скопления газа.
В настоящее время очистные и перерабатывающие заводы строятся, когда ожидается, что значительная часть минеральных ресурсов может быть извлечена в течение 10 лет. Перерабатывая сырье сразу после его извлечения из месторождения, эти заводы позволяют значительно сэкономить на транспортных расходах.
В составе природного газа присутствуют:
- 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.
- 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.
- 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.
- Бутан. Бесцветный газ, который имеет специфический запах. Токсичен. Тяжелее воздуха в 2 раза. Плотность его выше, чем у пропана. Используется для заправки некоторых автомобилей.
- 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.
- 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.
- Сероводород. Тяжелый бесцветный газ, имеет специфический запах тухлых яиц. Горючий, взрывоопасный, опасен для здоровья.
Наиболее ценный элемент в составе газа — метан.
Химический состав природного газа зависит от того, на каком месторождении он был добыт.
Хранение и способы транспортировки добытого топлива
Распространенный и относительно недорогой способ транспортировки добытого природного газа — перемещение по трубам. Предварительно его обязательно очищают от различных примесей, которые отрицательно влияют на оборудование. Также газ освобождают от влаги, которая в процессе транспортировки переходит в состояние кристаллогидратов и становится причиной закупорки труб.
Современные трубопроводы выдерживают давление в 75 атмосфер и более. Крупные магистрали транспортируют газ даже в отдаленные регионы страны.
Преимущества данного способа:
- высокая скорость перемещения газа;
- бесперебойная работа;
- минимальные потери газа в процессе транспортировки;
- автоматический режим перемещения ресурса.
Трубопроводы современной конструкции способны перекачивать около 45 миллиардов м3 газа в год.
Также газ перевозят с помощью автоцистерн. Для этого он должен быть в сжиженном состоянии. Этот способ транспортировки требует особой внимательности и осторожности, и оправдан только в том случае, если газ нужно переместить на небольшое расстояние.
Еще один способ перемещения газа — перевозка танкерами (специальными суднами). Вещество в них также транспортируют в сжиженном виде. Его температура должна находиться в пределах 160 градусов. Это безопасный и относительно недорогой, но медленный способ транспортировки.
Что такое природный горючий газ?
Бытует мнение, что газ залегает под землей в пустотах и легко оттуда извлекается, для чего достаточно пробурить скважину. Но в реальности все намного сложнее: газ может находиться внутри пористой породы, может быть растворен в воде, жидких углеводородах, нефти.
Чтобы понять, почему это происходит, достаточно вспомнить, что слово «газ» происходит от греческого «хаос», которое отражает принцип поведения вещества. В газообразном состоянии молекулы движутся хаотически, стремясь равномерно заполнить весь возможный объем. За счет этого они способны проникать и растворяться в других веществах, в том числе и более плотных жидкостях и минералах. Высокое давление и температура значительно усиливают процесс диффузии. Часто именно в виде такого «коктейля» природный газ содержится в недрах.
Но для начала поговорим о том, из чего состоит газ и что он из себя представляет — рассмотрим химический состав и физические свойства природного горючего газа.
Как к нам приходит газ?
Итак, покинув место добычи, очищенный природный газ поступает на первую компрессорную станцию, 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.
Что такое природный газ?
Не существует единой химической формулы природного газа – в каждом месторождении он имеет состав с различным соотношением входящих в него компонентов.
Природный газ – это смесь углеводородов, большую часть которых составляет метан. Остальными компонентами являются: бутан, пропан, этан, водород, сероводород, гелий, азот, диоксид углерода.
Природный газ не имеет цвета и запаха, его наличие в воздухе невозможно определить без помощи специальных приборов. Знакомый каждому человеку запах придаётся газу искусственным путём (одоризацией). Благодаря этому процессу имеется возможность ощущать присутствие газа в воздухе и предотвращать опасные для жизни ситуации.
Сколько в России сжигается попутного газа?
Удивительно, но достоверной информации о количестве сжигаемого газа никто не знает. Существуют лишь ориентировочные оценки, которые существенно разнятся. Так, к примеру, по оценке спутников «шпионов», которые с орбиты Земли наблюдают за горящими российскими факелами, суммарно сжигается порядка 60 миллиардов кубических метров газа в год. По официальным оценкам экологов — примерно 13 миллиардов. По оценкам компаний по добыче нефти не более 10 миллиардов, а на одном из заседаний Президент РФ Владимир Путин озвучил цифру в 20 миллиардов кубических метров. А вот любопытные данные Счетной палаты (источник). Так, в 2009 году, по её данным, только семь крупнейших нефтяных , «Лукойл», ТНК-BP, «Газпром нефть», «Русснефть», «Башнефть» и «Славнефть») сожгли в факелах 19,96 млрд м³ попутного нефтяного газа, что составило 64,3 %(!)
общей его добычи. В любом случае, даже средневзвешенные оценки показывают, что в факелах каждый год сгорает такое количество газа, которое сопоставимо с третью (!) объема экспорта газа в Европу. Что-же делать с этим огромным ресурсом, который не приносит никакой прибыли, да еще и съедает дополнительные деньги? Вопрос пока остается открытым.
Добыча природного газа:
Залежи природного газа находятся глубоко в земле, на глубине от одного до нескольких километров. Поэтому, чтобы добыть его необходимо пробурить скважину. Самая глубокая скважина имеет глубину более 6 километров.
В недрах Земли газ находится микроскопических пустотах – порах, которыми обладают некоторые горные породы. Поры соединены между собой микроскопическими каналами – трещинами. В порах и трещинах газ находится под высоким давлением, которое намного превышает атмосферное. Природный газ движется в порах и трещинах, поступая из пор с высоким давлением в поры с более низким давлением.
При бурении скважины газ вследствие действия физических законов полностью поступает в скважину, стремясь в зону низкого давления. Таким образом, разность давления в месторождении и на поверхности Земли является естественной движущей силой, которая выталкивает газ из недр.
Газ добывают из недр земли с помощью не одной, а нескольких и более скважин. Скважины стараются разместить равномерно по всей территории месторождения для равномерного падения пластового давления в залежи. Иначе возможны перетоки газа между областями месторождения, а также преждевременное обводнение залежи.
Так как добытый газ содержит множество примесей, то его сразу же после добычи очищают на специальном оборудовании, после чего транспортируют потребителю.
Особенность попутного нефтяного газа
Попутный нефтяной газ, или сокращённо ПНГ – это вещество, залегающее в нефтяных месторождениях. Оно образуется над основным пластом и в его толще в результате снижения давления до показателей ниже давления насыщения нефти. Его концентрация зависит от того, насколько глубоко залегает нефть, и варьируется в пределах от 5 м3 в верхнем слое до нескольких тысяч м3 в нижнем.
Как правило, при вскрытии пласта нефтяники натыкаются на так называемую газообразную «шапку». Углеводородные газы существуют и самостоятельно, и присутствуют в самой нефти в жидком виде, отделяясь от неё в процессе добычи и переработки. Сам газ состоит преимущественно из метана и более тяжелых углеводородов. Его химический состав зависит от внешних факторов, таких как география расположения пласта.
Метан (а следовательно, и природный газ) бесцветен и не имеет запаха. При концентрации более 4,4% в воздухе – взрывоопасен, из-за своей высокой горючести. Именно по этим причинам проводят одоризацию газа перед подачей в квартиры: подмешивают специальное вещество (обычно это этантиол) с резким неприятным запахом. Утечку даже 1% такой смеси можно определить по запаху. Особенно важно, что это абсолютно не сказывается на его горении: газовая смесь сжигается полностью, чистым голубым пламенем. Если кислорода для горения недостаточно, то пламя может окраситься в желтый или оранжевый цвет. Подробнее о причинах подобного мы рассказали в этой статье.
Природный газ легче воздуха почти в два раза, поэтому при утечке скапливается вверху, а не около пола. Именно поэтому датчики утечки газа должны устанавливаться как можно выше.