Природный газ: свойства, состав, технология добычи и применение

Природный газ: свойства, состав, технология добычи и применение

Природный газ — это ресурс, который пользуется большим спросом, в результате чего его запасы быстро уменьшаются. Страны-лидеры по наличию его залежей — Россия и США. По оценкам ученых, интенсивная добыча этого исчерпываемого ресурса приведет к тому, что его запасы будут истощены через 50–70 лет.

Происхождение

У ученых до сих пор нет единого мнения по поводу возникновения природного газа. Есть 2 теории, объясняющие его появление:

• минеральная (неорганическая);
• биогенная (органическая).

Сторонники первой, минеральной, теории считают, что химические элементы, присутствующие в составе ископаемого, были заложены в мантии Земли. По мнению ученых, эти соединения располагаются в глубоких слоях горных пород и представляют собой часть процесса дегазации нашей планеты.

Внутренние движения Земли вызывают поднятие углеводородов, которые образовались в ее глубоких слоях в результате действия высоких температур и давления, ближе к поверхности, где давление наименьшее. Результат таких изменений — появление газовых и нефтяных залежей.

Сторонники минеральной теории подчеркивают, что описанный процесс постоянный, поэтому беспокоиться об истощении запасов природного газа не стоит.

Суть органической теории выражается в следующем: газ образовался из остатков животных и растительных организмов, которые под влиянием высоких температур, а также давления и бактерий, превратились в соединение газообразных углеродов. Последние проникали в пустоты земной коры, формируя пласты газа и нефти. Таким образом, биогенная теория подчеркивает, что природный газ — исчерпываемый природный ресурс.

Состав

Химический состав природного газа представлен метаном (CH4) — его содержание достигает 98 %. Допускается присутствие более тяжелых углеводородов, к которым относятся:

• бутан (C4H10);
• пропан (C3H8);
• этан (C2H6);
• неуглеводородные вещества: водород (H2), гелий (Не), азот (N2).

Физические свойства вещества:

• бесцветное, без запаха (в чистом виде);
• плотность — 0,7 кг/м3 (в сухом газообразном виде) либо 400 кг/м3 (в жидком виде);
• температура возгорания — 650 градусов.

Природный газ, находящийся в виде пластовых залежей в недрах Земли, имеет газовое состояние в виде отдельных скоплений. В нефти или воде пребывает в растворенном состоянии.

Месторождения

В зависимости от количества запасов, пласты этого природного ресурса классифицируют на:

• супергигантские (более 5 триллионов м3);
• гигантские (от 1 до 5 триллионов м3);
• крупные (100 миллиардов м3 — 1 триллион м3);
• средние (10–100 миллиардов м3);
• мелкие (до 10 миллиардов м3).

Крупнейшие месторождения природного газа находятся в территориальных водах Катара и Ирана, России, Туркмении и США.

Виды

Выделяют несколько разновидностей природного газа.

Сухой

В составе сухого газа преобладает метан, и в относительно небольших количествах содержатся этан и тяжелые углеводороды. Сухой газ также называют нефтяным, так как он является попутным на месторождениях нефти.

Сухой Природный газ

Бедный

Бедный газ получают на каждой стадии гидрогенизации. Его очищают от сероводорода и углекислого газа. В нем содержится около 55 % водорода, 30 % метана, до 6 % этана.

Полученная фракция отправляется на установку глубокого охлаждения и разделения газа.

Тощий

Тощий газ — еще одно название сухого газа, в котором преобладает метан на фоне невысокого содержания этана.

Жирный

Это нефтерастворенный газ, в составе которого присутствует большое количество гомологов метана и тяжелых углеводородов (от С3 и выше). Жирный газ в естественном виде не подходит в качестве топлива: он подлежит переработке на заводах.

Сырой

Сырой газ — природное горючее вещество, относящееся к группе углеводородных. Отличительная особенность — повышенное содержание тяжелых углеводородов (более 15 %). К сырым газам относятся попутные газы нефтяных залежей, а также газоконденсатных.

Сырой газ подлежит осушке, отбензиниванию и последующей очистке на газоперерабатывающих заводах.

Компоненты

В составе природного газа присутствуют:

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

Наиболее ценный элемент в составе газа — метан.

Химический состав природного газа зависит от того, на каком месторождении он был добыт.

Добыча природного газа

Прежде чем приступить к добыче газа, выполняют геологоразведочные работы, которые позволяют оценить объемы и характер залежей.

Основные способы добычи природного газа:

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

природный газ добыча

После добычи газ отправляют на предприятия по очистке и переработке, чтобы избавиться от различных примесей в его составе.

Применение и использование природного газа

Природный газ обеспечивает потребности государства в обеспечении отопления, производства электроэнергии и бытовых нужд населения.

Природный газ используется в следующих отраслях:

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

На основе газа изготавливают:

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

Используемый как топливо, природный газ намного дешевле и безопаснее для экологии, чем нефтепродукты.

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.

Природный газ может храниться как в сжиженном состоянии, так и в форме гидратов. Практикуется подземное хранение газа в емкостях и газгольдерах низкого, среднего и высокого давления.

Влияние на экологию

Природный газ относится к наиболее чистым веществам по сравнению с остальными видами углеводородного топлива. Его сгорание не сопровождается образованием золы и копоти с последующим выбросом в атмосферу, что характерно для нефтепродуктов.

Но и полностью безопасным для экологии это вещество назвать нельзя. При сгорании природного газа образуется углекислый газ, который в больших объемах вреден и при выбрасывании в атмосферу может стать причиной парникового эффекта и изменения климата.

https://uglevodorody.ru/publ/prirodnyy-gaz-svoystva-sostav-tehnologiya-dobychi-i-primenenie