Человечество знает о существовании природного газа давно. По самым осторожным оценкам, природный газ использовался в Китае для отопления и освещения уже к IV веку до н.э. Для его получения бурили скважины, а трубопроводы делались из бамбука. Кроме того, долгое время яркое пламя, не оставляющее пепла, являлось предметом мистического и религиозного культа для некоторых народов. Например, на Апшеронском полуострове (современная территория Азербайджана) в VII веке был воздвигнут храм огнепоклонников Атешгях, служения в котором проходили вплоть до XIX века.
Само слово «газ» было придумано в начале XVII века фламандским естествоиспытателем Яном Баптистом ван Хельмонтом для обозначения полученного им «мертвого воздуха» (углекислого газа). Хельмонт писал: «Такой пар я назвал газ, потому что он почти не отличается от хаоса древних». Но в данном случае мы имеем дело с одной из форм существования вещества.
Относительно происхождения природного газа среди ученых до сих пор не существует единого мнения. Две основные концепции – биогенная и минеральная – утверждают разные причины образования углеводородных полезных ископаемых в недрах Земли.
- Минеральная теория . Образование полезных ископаемых в пластах горных пород – часть процесса дегазации Земли. Из-за внутренней динамики Земли углеводороды, находящиеся на больших глубинах, поднимаются в зону наименьшего давления, образуя в результате газовые залежи.
- Биогенная теория . Живые организмы, погибшие и опустившиеся на дно водоемов, разлагались в безвоздушном пространстве. Опускаясь все глубже из-за геологических движений, остатки разложившейся органики превратились под воздействием термобарических факторов (температуры и давления) в углеводородные полезные ископаемые, в том числе – в природный газ.
Относительно недавно группой ученых из Института проблем нефти и газа РАН под руководством доктора геолого-минералогических наук Азария Баренбаума была разработана новая концепция происхождения нефти и газа . Согласно этой теории, крупные залежи углеводородов могут возникать не за миллионы лет, как ранее считалось, а лишь за десятилетия.
Природный газ может существовать в виде газовых залежей, находящихся в пластах некоторых горных пород, в виде газовых шапок (над нефтью), а также в растворенном или кристаллическом виде. Также природный газ может находиться в виде газогидратов (гидраты природных газов – это газовые гидраты или клатраты – кристаллические соединения, образующиеся при определенных термобарических условиях из воды и газа).
Природный газ имеет ряд преимуществ по сравнению с другими видами топлива и сырья :
- стоимость добычи природного газа значительно ниже, чем других видов топлива; производительность труда при его добыче выше, чем при добыче нефти и угля;
- отсутствие в природных газах оксида углерода предотвращает возможность отравления людей при утечках газа;
- при газовом отоплении городов и населенных пунктов гораздо меньше загрязняется воздушный бассейн;
- при работе на природном газе обеспечивается возможность автоматизации процессов горения, достигаются высокие КПД;
- высокие температуры в процессе горения (более 2000°С) и удельная теплота сгорания позволяют эффективно применять природный газ в качестве энергетического и технологического топлива.
Газ - более молодое топливо чем нефть. Эпоха природного газа, по сути, началась с открытия в 1959 г. месторождения Гронинген в Нидерландах и последовавших за этим открытий газовых запасов Великобританией в южном бассейне Северного моря в середине 60-х гг.
По данным МЭА, с сначала 70-х гг. доля газа в мировом энергобалансе выросла с 16 до 21% в 2008 г. По данным ВР Statistical Review of World Energy, данная доля в 2008-2010 гг. в мировом потреблении энергии оказалась еще выше - около 24%. В прогнозном исследовании ВР по развитию Мировой энергетики до 2030 года говорится, что природный газ будет самым быстрорастущим видом топлива в ближайшие 25 лет. При этом эксперты Международного энергетического агентства считают, что доля газа в мировом энергобалансе к 2035 году увеличится с 21% до 25%, газ станет вторым после нефти энергоносителем, сместив на третье место уголь.
Химический состав
Химический состав природного газа достаточно прост. Основную часть этого вида газа составляет метан (CH4) – простейший углеводород (органическое соединение, состоящее из атомов углерода и водорода), его доля превышает 92%.
В зависимости от содержания метана выделяются две основные группы природного газа:
- Природный газ группы H (Н–газ, т.е. высококалорийный газ) в связи с высоким содержанием метана (от 87% до 99%) является самым высококачественным. Российский природный газ относится к группе Н и отличается высокой теплотворной способностью. Ввиду высокого содержания метана (~ 98%) он является самым высококачественным природным газом мира.
- Природный газ группы L (L–газ, т.е. низкокалорийный газ) – это природный газ с менее высоким содержанием метана – от 80% до 87%. Если требования по качеству не выполняются (11,1 кВт-ч/куб.м), то часто газ нельзя поставлять непосредственно конечному потребителю без дополнительной переработки.
Помимо метана в состав природного газа могут входить более тяжелые углеводороды, гомологи метана: этан (C2H6), пропан (C3H8), бутан (C4H10) и некоторые неуглеводородные примеси. В то же время важно, что состав природного газа не постоянен и меняется от месторождения к месторождению.
Физические свойства
Ориентировочные физические характеристики (зависят от состава):
- Плотность: от 0,7 до 1,0 кг/м3 (сухой газообразный, при нормальных условиях) либо 400 кг/м3 (жидкий).
- Температура возгорания: t = 650°C .
- Теплота сгорания одного м3 природного газа в газообразном состоянии при н.у.: 28-46 МДж, или 6,7-11,0 Мкал.
- Октановое число при использовании в двигателях внутреннего сгорания: 120-130.
- Легче воздуха в 1,8 раз, поэтому при утечке не собирается в низинах, а поднимается вверх.
Применение
Обладая такими преимуществами перед другими энергоносителями как, например, экономичность и экологичность, природный газ приобретает все большее значение в промышленности и бытовых хозяйствах.
Природный газ как ископаемый энергоноситель используется главным образом для отопления жилых и промышленных помещений, для приготовления пищи, выработки электроэнергии, а также в промышленно-производственном секторе для выработки тепловой энергии.
В небольшом объеме природный газ используется в качестве моторного топлива. В связи с ростом цен на бензин за последние годы и месяцы возросло количество частного транспорта, переоснащенного на газовые двигатели. Кроме того, осуществляется переоснащение грузовых автомобилей и автобусов для работы на природном газе. Наряду с фактором затрат важным аргументом в пользу природного газа является более низкий уровень выделения в атмосферу вредных веществ.
20 ведущих стран мира по доказанным запасам газа (по итогам 2010 г.)
| Страна | Запасы
(трлн куб. м) | Доля от общемировых (%) | |
| 1 | РФ | 44,76 | 23,9 |
| 2 | Иран | 29,61 | 15,8 |
| 3 | Катар | 25,32 | 13,5 |
| 4 | Туркменистан | 8,03 | 4,3 |
| 5 | Саудовская Аравия | 8,01 | 4,3 |
| 6 | США | 7,71 | 4,1 |
| 7 | ОАЭ | 6,43 | 3,4 |
| 8 | Венесуэла | 5,45 | 2,9 |
| 9 | Нигерия | 5,29 | 2,8 |
| 10 | Алжир | 4,50 | 2,4 |
| 11 | Ирак | 3,16 | 1,7 |
| 12 | Индонезия | 3,06 | 1,6 |
| 13 | Австралия | 2,92 | 1,6 |
| 14 | Китай | 2,80 | 1,5 |
| 15 | Малазия | 2,39 | 1,3 |
| 16 | Египет | 2,21 | 1,2 |
| 17 | Норвегия | 2,04 | 1,1 |
| 18 | Казахстан | 1,84 | 1 |
| 19 | Кувейт | 1,78 | 1 |
| 20 | Канада | 1,72 | 0,9 |
Источник
20 ведущих стран мира по потреблению газа (по итогам 2010 г.)
| Страна | Потребление (млрд куб.м) | Доля от общемирового (%) | |
| 1 | США | 683,4 | 21,7 |
| 2 | РФ | 414,1 | 13 |
| 3 | Иран | 136,9 | 4,3 |
| 4 | Китай | 109,0 | 3,4 |
| 5 | Япония | 94,5 | 3 |
| 6 | Великобритания | 93,8 | 3 |
| 7 | Канада | 93,8 | 3 |
| 8 | Саудовская Аравия | 83,9 | 2,6 |
| 9 | Германия | 81,3 | 2,6 |
| 10 | Италия | 76,1 | 2,4 |
| 11 | Мексика | 68,9 | 2,2 |
| 12 | Индия | 61,9 | 1,9 |
| 13 | ОАЭ | 60,5 | 1,9 |
| 14 | Украина | 52,1 | 1,6 |
| 15 | Франция | 46,9 | 1,5 |
| 16 | Узбекистан | 45,5 | 1,4 |
| 17 | Египет | 45,1 | 1,4 |
| 18 | Таиланд | 45,1 | 1,4 |
| 19 | Нидерланды | 43,6 | 1,4 |
| 20 | Аргентина | 43,3 | 1,4 |
Источник : BP Statistical Review of World Energy 2011
20 ведущих стран мира по добыче газа (по итогам 2010 г.)
| Страна | Добыча
(млрд куб.м) | Доля от общемирового (%) | |
| 1 | США | 611 | 19,3 |
| 2 | Россия | 588,9 | 18,4 |
| 3 | Канада | 159,8 | 5 |
| 4 | Иран | 138,5 | 4,3 |
| 5 | Катар | 116,7 | 3,6 |
| 6 | Норвегия | 106,4 | 3,3 |
| 7 | Китай | 96,8 | 3 |
| 8 | Саудовская Аравия | 83,9 | 2,6 |
| 9 | Индонезия | 82 | 2,6 |
| 10 | Алжир | 80,4 | 2,5 |
| 11 | Нидерланды | 70,5 | 2,2 |
| 12 | Малайзия | 66,5 | 2,1 |
| 13 | Египет | 61,3 | 1,9 |
| 14 | Узбекистан | 59,1 | 1,8 |
| 15 | Великобритания | 57,1 | 1,8 |
| 16 | Мексика | 55,3 | 1,7 |
| 17 | ОАЭ | 51 | 1,6 |
| 18 | Индия | 50,9 | 1,6 |
| 19 | Австралия | 50,4 | 1,6 |
| 20 | Тринидад и Тобаго | 42,4 | 1,3 |
Источник : BP Statistical Review of World Energy 2011
ОПРЕДЕЛЕНИЕ
Природный газ – это смесь газов (органической и неорганической природы), образовавшихся в недрах Земли при анаэробном разложении органических веществ. Полезное ископаемое.
Значительная составляющая природного газа – метан (70 — 98%), затем идут этан, пропан и бутан; среди газов неорганической природы в состав природного газа могут входить моно- и диоксид углерода, азот, инертные газы, водород, сероводород. Химический состав природного газа (объемное содержание каждого из газов) может меняться в зависимости от месторождения.
Химические свойства природного газа
Поскольку природный газ представляет собой смесь газов, то невозможно указать, какие химические свойства для него характерны, т.к. для каждого вещества, входящего в его состав характерны свои, особые химические свойства. Однако, можно сказать, что для природного газа характерно горение, причем из всех веществ, входящих в состав природного газа на воздухе сгорают только углеводороды (метан, этан и т.д.) и монооксид углерода. Продукты реакции горения природного газа:
CH 4 + 2O 2 = CO 2 +2H 2 O;
2C 2 H 6 + 7O 2 = 4CO 2 + 6H 2 O;
2C 3 Н 8 + 10O 2 = 6CO 2 + 8H 2 O;
2CO + O 2 = 2CO 2 .
Физические свойства природного газа
Природный газ при нахождении в недра Земли может находится в газообразном состоянии (газовые залежи), в виде газовой «шапки» нефтегазовых месторождений, в растворенном виде в нефти или в воде. Чистый природный газ не обладает запахом и цветом. Температура возгорания природного газа 650С. Природный газ в 1,8 газ легче воздуха.
Получение природного газа
Природный газ добывают из недр Земли с помощью скважин. Газ выходит из недр вследствие того, что в пласте находится под давлением, многократно превышающем атмосферное. Таким образом, движущей силой является разность давлений в пласте и системе сбора.
Применение природного газа
Основное направление использования природного газа — в качестве горючего для отопления жилых домов, подогрева воды и приготовления пищи; в качестве топливо для машин, котельных, ТЭЦ и др. Также, природный газ используют в химической промышленности (сырьё для получения различных органических веществ).
Примеры решения задач
ПРИМЕР 1
| Задание | природный газ одного из месторождений содержит 85% метана, 6% этана, 3% оксида углерода (II), 4,5% углекислого газа, 1,5% азота и инертных газов по объему. Какой объем воздуха потребуется для сжигания 1м 3 этого газа. Объемная доля кислорода в воздухе – 21%. |
| Решение |
Сжигание природного газа на воздухе происходит из-за окислительной способности кислорода, входящего в его состав. Среди газов, входящих в состав природного газа реакции горения подвергаются только углеводороды и оксид углерода (II). Запишем уравнения реакций горения этих газов в кислороде.
2CO + O 2 = 2CO 2 (3). V(CH 4) = 1000×0,85 = 850 л; V(C 2 H 6) = 1000×0,06 = 60 л; V(CО) = V gas ×φ (CО)/100%; V(CО) = 1000×0,03 = 30 л. По 1 уравнению n(CH 4) : n(O 2) = 1:2, следовательно, n(O 2) = 2× n(CH 4) = 2× 850 /22,4 = 76 моль. Тогда объем кислорода, необходимый для сжигания 850 л метана: V(O 2) 1 = 76×22,4 = 1702 л. По 2 уравнению n(C 2 H 6) : n(O 2) = 2:7, следовательно, n(O 2) = 7/2× n(C 2 H 6) = 7/2× 60 /22,4 = 9,4 моль. Тогда объем кислорода, необходимый для сжигания 850 л метана: V(O 2) 2 = 9,4×22,4 = 210,6 л. По 3 уравнению n(CО) : n(O 2) = 2:1, следовательно, n(O 2) = 1/2× n(CО) = 1/2× 30 /22,4 = 0,7 моль. Тогда объем кислорода, необходимый для сжигания 850 л метана: V(O 2) 3 = 0,7×22,4 = 15,7 л. V sum = V(O 2) 1 + V(O 2) 2 + V(O 2) 3 = 1702 + 210,6 + 15,7 = 1928,3 л. Т.к. объемная доля кислорода в воздухе 21%, то объем воздуха, необходимый для сжигания природного газа: V = V(O 2) sum / 0,21 = 1928,3 / 0,21 = 9182 л = 0,9182 м 3 . |
| Ответ | Объем воздуха – 0,9182 м. |
ПРИМЕР 2
| Задание | природный газ одного из месторождений содержит 92% метана, 4% этана, 7% пропана, 2% углекислого газа и 1% азота. Какой объем кислорода потребуется для сжигания 200л этого газа. |
| Решение |
Среди газов, входящих в состав природного газа реакции горения в кислороде подвергаются только углеводороды. Запишем уравнения реакций горения этих газов в кислороде.
CH 4 + 2O 2 = CO 2 +2H 2 O (1); 2C 2 H 6 + 7O 2 = 4CO 2 + 6H 2 O (2); 2C 3 Н 8 + 10O 2 = 6CO 2 + 8H 2 O (3). Найдем объемы сгорающих газов, зная их объемные доли (см. условие задачи): V(CH 4) = V gas ×φ (CH 4)/100%; V(CH 4) = 200×0,92 = 184 л; V(C 2 H 6) = V gas ×φ (C 2 H 6)/100%; V(C 2 H 6) = 200×0,04 = 8 л; V(C 3 Н 8) = V gas ×φ (C 3 Н 8)/100%; V(C 3 Н 8) = 200×0,01 = 2 л. По 1 уравнению n(CH 4) : n(O 2) = 1:2, следовательно, n(O 2) = 2× n(CH 4) = 2× 184 /22,4 = 16 моль. Тогда объем кислорода, необходимый для сжигания 850 л метана: V(O 2) 1 = 16×22,4 = 358,4 л. По 2 уравнению n(C 2 H 6) : n(O 2) = 2:7, следовательно, n(O 2) = 7/2× n(C 2 H 6) = 7/2× 8 /22,4 = 1,25 моль. Тогда объем кислорода, необходимый для сжигания 850 л метана: V(O 2) 2 = 1,25×22,4 = 28 л. По 3 уравнению n(C 3 Н 8) : n(O 2) = 2:10, следовательно, n(O 2) = 5× n(C 3 Н 8) = 5× 2 /22,4 = 0,4 моль. Тогда объем кислорода, необходимый для сжигания 850 л метана: V(O 2) 3 = 0,4×22,4 = 8,96 л. Суммарный объем кислорода, затраченный на сжигание природного газа составит: V sum = V(O 2) 1 + V(O 2) 2 + V(O 2) 3 = 358,4 + 28 + 8,96 = 395,36 л. |
| Ответ | Объем кислорода — 395,36 л. |
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).
Чистый природный газ не имеет цвета и запаха. Чтобы можно было определить утечку по запаху, в газ добавляют небольшое количество веществ, имеющих сильный неприятный запах (гнилой капусты, прелого сена, тухлых яиц) (т. н. одорантов). Чаще всего в качестве одоранта применяется этилмеркаптан (16г на 1000 куб.м.природного газа).
Для облегчения транспортировки и хранения природного газа его сжижают , охлаждая при повышенном давлении.
Физические свойства
Ориентировочные физические характеристики (зависят от состава; при нормальных условиях, если не указано другое):
Свойство газа находиться в твердом состоянии в земной коре
В науке долгое время считалось, что скопления углеводородов с молекулярным весом более 60 пребывают в земной коре в жидком состоянии, а более легкие - в газообразном. Однако российские ученые А. А. Трофим4ук, Н. В. Черский, Ф. А. Требин, Ю. Ф. Макогон, В. Г. Васильев обнаружили свойство природного газа в определенных термодинамических условиях переходить в земной коре в твердое состояние и образовывать газогидратные залежи . Это явление было признано как научное открытие и занесено в Государственный реестр открытий СССР под № 75 с приоритетом от 1961 г.
Газ переходит в твердое состояние в земной коре, соединяясь с пластовой водой при гидростатических давлениях (до 250 атм) и сравнительно низких температурах (до 295°К). Газогидратные залежи обладают несравненно более высокой концентрацией газа в единице объема пористой среды, чем в обычных газовых месторождениях, так как один объем воды при переходе ее в гидратное состояние связывает до 220 объемов газа. Зоны размещения газогидратных залежей сосредоточены главным образом в районах распространения многолетнемерзлых пород , а также под дном Мирового океана.
Месторождения природного газа
В осадочной оболочке земной коры сосредоточены огромные залежи природного газа. Согласно теории биогенного (органического) происхождения нефти, они образуются в результате разложения останков живых организмов. Считается, что природный газ образуется в осадочной оболочке при бо́льших температурах и давлениях, чем нефть. С этим согласуется тот факт, что месторождения газа часто расположены глубже, чем месторождения нефти .
Газ добывают из недр земли с помощью скважин . Скважины стараются разместить равномерно по всей территории месторождения. Это делается для равномерного падения пластового давления в залежи. Иначе возможны перетоки газа между областями месторождения, а также преждевременное обводнение залежи.
Газ выходит из недр вследствие того, что в пласте находится под давлением, многократно превышающем атмосферное . Таким образом, движущей силой является разность давлений в пласте и системе сбора.
См. также: Список стран по добыче газа
| Страна | ||||
| Добыча, млрд куб.м |
Доля мирового рынка (%) |
Добыча, млрд куб.м |
Доля мирового рынка (%) |
|
| Российская Федерация | 647 | 673,46 | 18 | |
| Соединенные Штаты Америки | 619 | 667 | 18 | |
| Канада | 158 | |||
| Иран | 152 | 170 | 5 | |
| Норвегия | 110 | 143 | 4 | |
| Китай | 98 | |||
| Нидерланды | 89 | 77,67 | 2,1 | |
| Индонезия | 82 | 88,1 | 2,4 | |
| Саудовская Аравия | 77 | 85,7 | 2,3 | |
| Алжир | 68 | 171,3 | 5 | |
| Узбекистан | 65 | |||
| Туркменистан | 66,2 | 1,8 | ||
| Египет | 63 | |||
| Великобритания | 60 | |||
| Малайзия | 59 | 69,9 | 1,9 | |
| Индия | 53 | |||
| ОАЭ | 52 | |||
| Мексика | 50 | |||
| Азербайджан | 41 | 1,1 | ||
| Остальные страны | 1440,17 | 38,4 | ||
| Мировая добыча газа | 100 | 3646 | 100 |
Подготовка природного газа к транспортировке
Завод для подготовки природного газа.
Газ, поступающий из скважин, необходимо подготовить к транспортировке конечному пользователю - химический завод, котельная , ТЭЦ , городские газовые сети. Необходимость подготовки газа вызвана присутствием в нём, кроме целевых компонентов (целевыми для различных потребителей являются разные компоненты), также и примесей, вызывающих затруднения при транспортировке либо применении. Так, пары воды, содержащейся в газе, при определённых условиях могут образовывать гидраты или, конденсируясь, скапливаться в различных местах (например, изгиб трубопровода), мешая продвижению газа; сероводород вызывает сильную коррозию газового оборудования (трубы, ёмкости теплообменников и т. д.). Помимо подготовки самого газа, необходимо подготовить и трубопровод. Широкое применение здесь находят азотные установки , которые применяются для создания инертной среды в трубопроводе.
Газ подготавливают по различным схемам. Согласно одной из них, в непосредственной близости от месторождения сооружается установка комплексной подготовки газа (УКПГ), на которой производится очистка и осушка газа в абсорбционных колоннах . Такая схема реализована на Уренгойском месторождении .
Если газ содержит в большом количестве гелий либо сероводород , то газ обрабатывают на газоперерабатывающем заводе, где выделяют гелий и серу. Эта схема реализована, например, на Оренбургском месторождении.
Транспортировка природного газа
В настоящее время основным видом транспорта является трубопроводный. Газ под давлением 75 атм прокачивается по трубам диаметром до 1,4 м. По мере продвижения газа по трубопроводу он теряет потенциальную энергию, преодолевая силы трения как между газом и стенкой трубы, так и между слоями газа, которая рассеивается в виде тепла. Поэтому через определённые промежутки необходимо сооружать компрессорные станции (КС), на которых газ дожимается до 75 атм и охлаждается. Сооружение и обслуживание трубопровода весьма дорогостоящи, но тем не менее - это наиболее дешёвый с точки зрения начальных вложений и организации способ транспортировки газа на небольшие и средние расстояния.
Кроме трубопроводного транспорта широко используют специальные танкеры - газовозы . Это специальные суда, на которых газ перевозится в сжиженном состоянии в специализированных изотермических емкостях при температуре от −160 до −150 °С. При этом степень сжатия достигает 600 раз в зависимости от потребностей. Таким образом, для транспортировки газа этим способом, необходимо протянуть газопровод от месторождения до ближайшего морского побережья, построить на берегу терминал, который значительно дешевле обычного порта, для сжижения газа и закачки его на танкеры, и сами танкеры . Обычная вместимость современных танкеров составляет от 150 000 до 250 000 м³. Такой метод транспортировки является значительно более экономичным, чем трубопроводный, начиная с расстояний до потребителя сжиженного газа более 2000-3000 км, так как основную стоимость составляет не транспортировка, а погрузочно - разгрузочные работы, но требует более высоких начальных вложений в инфраструктуру, чем трубопроводный. К его достоинствам относится также тот факт, что сжиженный газ куда более безопасен при перевозке и хранении, чем сжатый.
В 2004 г. международные поставки газа по трубопроводам составили 502 млрд м³, сжиженного газа - 178 млрд м³.
Также есть и другие технологии транспортировки газа, например с помощью железнодорожных цистерн.
Были так же проекты использования дирижаблей или в газогидратном состоянии , но эти разработки не нашли применения в силу различных причин.
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 некоторому незначительному 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 некоторыми странами 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 ценобразования. Средняя стоимость газа при указанном соотношении - 648 долларов за 1000 м³.
Применение
Автобус, работающий на природном газе
Природный газ широко применяется в качестве горючего в жилых, частных и многоквартирных домах для отопления, подогрева воды и приготовления пищи; как топливо для машин (газотопливная система автомобиля), котельных , ТЭЦ и др. Сейчас он используется в химической промышленности как исходное сырьё для получения различных органических веществ, например, пластмасс. В XIX веке природный газ использовался в первых светофорах и для освещения (применялись газовые лампы)
Примечания
Ссылки
- Химический состав природного газа различных месторождений, его теплота сгорания, плотность
| Нефтегазовый комплекс | |
|---|---|
| Геофизическая разведка | Нефтепромысловое дело (Моделирование пласта-коллектора) | Геология нефти | Сейсмология | Петрофизика |
| Методы добычи нефти и газа | Бурение | Вскрытие (нефтяного пласта) | Каротаж | Пробоотборник | Механизированная (насосно-компрессорная) добыча (Погружной насос | Газлифт) | Подземный ремонт скважины | Плазменно-импульсное воздействие | Третичный метод нефтедобычи (Нагнетание пара в пласт | Закачка химических реагентов) |
| Типы буровых установок | Буровая вышка | Станок-качалка | Нефтяная платформа (Стационарная нефтяная платформа | Морская нефтяная платформа, свободно закреплённая ко дну | Полупогружная нефтяная буровая платформа | Мобильная морская платформа с выдвижными опорами | Буровое судно | Нефтяная платформа с растянутыми опорами | Плавучая установка для добычи, хранения и отгрузки нефти) |
Природный газ отлично вступает в химическую реакцию горения. Поэтому чаще всего из него получают энергию - электрическую и тепловую. Но на основе газа можно сделать еще удобрение, топливо, краску и многое другое.
Зеленое топливо
В России около половины поставок газа приходится на энергетические компании и коммунальное хозяйство. Даже если в доме нет газовой плиты или газового водонагревателя, все равно свет и горячая вода, скорее всего, получены с использованием природного газа.
Природный газ - самое чистое среди углеводородных ископаемых топлив. При его сжигании образуются только вода и углекислый газ, в то время как при сжигании нефтепродуктов и угля образуются еще копоть и зола. Кроме того, эмиссия парникового углекислого газа при сжигании природного газа самая низкая, за что он получил название «зеленое топливо». Благодаря своим высоким экологическим характеристикам природный газ занимает доминирующее место в энергетике мегаполисов.
На газе можно ездить
Природный газ может использоваться как моторное топливо. Сжатый (или компримированный) метан стоит в два раза дешевле 76-го бензина, продлевает ресурс двигателя и способен улучшить экологию городов. Двигатель на природном газе соответствует экологическому стандарту Евро-4. Газ можно использовать для обычных автомобилей, сельскохозяйственного, водного, воздушного и железнодорожного транспорта.
Компримированный газ получают на автомобильных газонаполнительных компрессорных станциях (АГНКС) путем сжатия природного газа, поступающего по газопроводу, до 20–25 МПа (200–250 атмосфер).
Еще из природного газа можно производить жидкие моторные топлива по технологии «газ-в-жидкость» (gas-to-liquid, GTL). Поскольку природный газ - достаточно инертный продукт, практически всегда при переработке на первом этапе его превращают в более реакционно-способную парогазовую смесь - так называемый синтез-газ (смесь СО и Н 2).
Далее ее направляют на синтез для получения жидкого топлива. Это может быть так называемая синтетическая нефть, дизельное топливо, а также смазочные масла и парафины.
Впервые жидкие углеводороды из синтез-газа получили немецкие химики Франц Фишер и Ганс Тропш еще в 1923 году. Правда, тогда в качестве источника водорода они использовали уголь. В настоящее время различные варианты метода Фишера-Тропша используются во многих представленных на рынке процессах превращения газа в жидкие углеводороды.
Отбензинивание
Первичная переработка газа происходит на ГПЗ - газоперерабатывающих заводах .
Обычно в природном газе помимо метана содержатся разнообразные примеси, которые необходимо отделить. Это азот, углекислый газ, сероводород, гелий , пары воды.
Поэтому в первую очередь газ на ГПЗ проходит специальную обработку - очистку и осушку. Здесь же газ компримируют до давления, необходимого для переработки. На отбензинивающих установках газ разделяют на нестабильный газовый бензин и отбензиненный газ - продукт, который впоследствии и закачивают в магистральные газопроводы. Этот же уже очищенный газ идет на химических заводы, где из него производят метанол и аммиак.
А нестабильный газовый бензин после выделения из газа подается на газофракционирующие установки, где из этой смеси выделяются легкие углеводороды: этан, пропан, бутан, пентан. Эти продукты тоже становятся сырьем для дальнейшей переработки. Из них в дальнейшем получают, к примеру, полимеры и каучуки. А смесь пропана и бутана сама по себе является готовым продуктом - ее закачивают в баллоны и используют в качестве бытового топлива.
Краска, клей и уксус
По схеме, похожей на процесс Фишера-Тропша, из природного газа получают метанол (CH 3 OH). Он используется в качестве реагента для борьбы с гидратными пробками, которые образуются в трубопроводах при низких температурах. Метанол может стать и сырьем для производства более сложных химических веществ: формальдегида, изоляционных материалов, лаков, красок, клеев, присадок для топлива, уксусной кислоты.
Путем нескольких химических превращений из природного газа получают также минеральные удобрения. На первой стадии это аммиак. Процесс получения аммиака из газа похож на процесс gas-to-liquid, но нужны другие катализаторы, давление и температура.
Аммиак сам по себе является удобрением, а также используется в холодильных установках как хладагент и в качестве сырья для производства азотсодержащих соединений: азотной кислоты, аммиачной селитры, карбамида.
Как получается аммиак
Вначале природный газ очищают от серы, затем он смешивается с подогретым водяным паром и поступает в реактор, где проходит через слои катализатора. Эта стадия называется первичным риформингом, или парогазовой конверсией. Из реактора выходит газовая смесь, состоящая из водорода, метана, углекислого (СО 2) и угарного газов (СО). Далее эта смесь направляется на вторичный риформинг (паровоздушная конверсия), где смешивается с кислородом из воздуха, паром и азотом в необходимом соотношении. На следующем этапе из смеси удаляют СО и СО 2 . После этого смесь водорода и азота поступает собственно на синтез аммиака.