Природный газ, благодаря своей энергетической эффективности и благоприятном воздействии на окружающую среду, по значимости стоит рядом с нефтью. Его применяют как топливо и используют в качестве сырья для химических производств.
Несмотря на то что газ стал обыденным, остается состав его сложным и потенциально опасным. Путь к горелке газового прибора – долгий и трудный.
В статье рассмотрим природный горючий газ: состав, свойства, добыча, транспортировка, переработка, применение.
Проанализируем современные взгляды на происхождение углеводородов, изучим интересные факты и гипотезы.
Что такое природный горючий газ?
Многие считают, что газ залегает под землей в пустотах и легко извлекается путем бурения скважин. В действительности это упрощение: газ может находиться внутри пористых пород, растворенным в воде, жидких углеводородах или нефти.
Для понимания причин этого явления достаточно вспомнить происхождение слова «газ» из древнегреческого языка. хаосГазообразное состояние вещества характеризуется хаотическим движением молекул, стремищихся равномерно заполнить весь доступный объем. Это свойство позволяет газу проникать и растворяться в других материалах, включая более плотные жидкости и минералы. Высокая температура и давление усиливают диффузию. Часто природный газ в земных недрах встречается именно в таком виде, как смесь с другими веществами.
Сначала обсудим состав и свойства природного горючего газа.
Особенности химического состава
Добываемый из земли газ, именуемый «природным», представляет собой смесь разных газов.
По составу он делится на три группы компонентов:
- горючие – углеводороды;
- негорючие (балластыПарниковый эффект обусловлен газами, такими как азот, углекислый газ, кислород, гелий и водяной пар.
- вредные примеси – сероводород и меркаптаны.
Первая группа – это гомологи метанового ряда с одним по пятью атомами углерода. В смеси преобладает метан (70-98 %), имеющий один атом углерода. Остальные газы (этан, пропан, бутан, пентана) составляют от единиц до десятых долей процента.
В смеси помимо углеводородов иногда присутствуют негорючие вещества: сероводород, азот, углекислый газ, оксид углерода, водород и другие. Однако соотношение углеводородов, равно как состав других газов, может меняться в зависимости от месторождения.
Физические свойства газа
По физическим свойствам метан СН4 не имеет цвета и запахаВещество чрезвычайно воспламеняемо. При концентрациях более 4,5% в атмосфере – взрывоопасенВвиду отсутствия запаха данное свойство представляет серьёзную угрозу и проблему. Метан поглощается углем, что особенно опасно в шахтах.
О причинах взрывов газа в жилищах мы публиковали информацию ранее. этом материале.
Чтобы обнаруживать утечки газа, перед транспортировкой в него добавляют вещества с резким запахом – одоранты. Обычно это соединения серы – этантиол или этилмеркаптан. Количество одоранта подбирают так, чтобы при концентрации газа 1% утечка была ощутима.
Откуда берется газ в недрах земли?
Несмотря на то, что человек использует газ уже более двух веков, происхождение газа из глубин Земли остаётся спорным вопросом.
Основные теории происхождения
Существуют две основные теории его происхождения:
- минеральнаяПроцесс образования газа обусловлен выделением (дегазацией) углеводородов из глубинных, более плотных слоёв земли и подъёмом их в зоны с пониженным давлением.
- органическая (биогенная)Согласно этому определению, газ образуется при разложении остатков живых существ при повышенном давлении, температуре и без доступа воздуха.
В месторождении газ может существовать как самостоятельное скопление, в виде газовой шапки, растворенный в нефти или воде, или в форме газогидратов. В последнем случае залежи располагаются в пористых породах между непроницаемыми пластами глины. Чаще всего такими породами являются уплотненный песчаник, карбонаты и известняки.
Газ располагается выше нефти из-за меньшей плотности, в то время как вода, имея большую плотность, находится внизу и поддерживает весь пласт с нефтью и газом.
Давление газа в пласте увеличивается с глубиной залегания. Примерно каждые 10 метров прирост составляет 0,1 МПа. Встречаются пласты с аномально высоким давлением, например на Ачимовских отложениях Уренгойского месторождения оно может достигать 600 атмосфер и выше при глубине залегания от 3800 до 4500 метров.
Интересные факты и гипотезы
Ранее предполагалось, что мировые ресурсы нефти и газа могут закончиться к началу XXI века. Так, в 1965 году американский геофизик Хабберт высказывал подобное мнение.
По мнению доктора геолого-минералогических наук В.В. Полеванова, заблуждения возникают из-за того, что теория органического происхождения нефти и газа до сих пор пользуется поддержкой большинства учёных. Д.И. Менделеев ранее обосновал теорию о неорганическом глубинном происхождении нефти, а позднее это подтвердили Кудрявцев и В.Р. Ларин.
Много фактов опровергает органическое происхождение углеводородов.
Вот некоторые из них:
- Месторождения найдены на глубине до 11 километров в кристаллических фундаментах, где теоретически невозможно существование органических соединений.
- Органическая теория объясняет лишь 10 процентов запасов углеводородов, оставшиеся 90 процентов остаются неясными.
- В 2000 году космический зонд «Кассини» обнаружил на спутнике Сатурна Титане огромные запасы углеводородов в виде озер, превосходящих земные по объёму многократно.
Гипотеза Ларина о первоначальной гидридной Земле объясняет возникновение углеводородов реакцией водорода с углеродом в земной толще, а также последующей дегазацией метана.
По её мнению, нет древних залежей юрского периода. Вся нефть и газ могли появиться в промежутке от одной до пятнадцати тысяч лет назад. Запасы могут постепенно восстанавливаться по мере разработки, что наблюдается на давно эксплуатируемых и заброшенных месторождениях.
Как происходит добыча и транспортировка?
Добыча природного горючего газа начинается со строительства скважин глубиной до 7 километров, что зависит от залегания газоносного пласта. В процессе бурения в скважину опускается обсадная труба, а пространство между ней и стенками скважины заполняется глиной или цементом для предотвращения выхода газа.
После завершения строительства буровую установку демонтируют, а на оголовки обсадных колонн монтируют фонтановую арматуру. Это устройство из задвижек и клапанов предназначено для отбора газа из скважины.
Скважин может быть много.
Добыча природного газового топлива делится на три стадии.
- Разработка газового месторожденияПроцесс бурения приводит к образованию перепада давления, что и заставляет газ перемещаться по залежи к скважинам.
- Эксплуатация газовых скважин. В данном этапе газ движется по обсадной колонне.
- Сбор и подготовка к транспортировкеГаз из всех фонтанных арматур направляется на технологические комплексы УКПГ, где происходит его осушка. очистка от вредных примесей.
Даже малые количества сероводорода, водяного пара и твердых примесей вызывают быструю коррозию, образование гидратов и механические повреждения внутри трубы.
Перед отправкой газ очищают и охлаждают на выбросных сооружениях.
Газ транспортируют на большие расстояния преимущественно… магистральный газопроводЭто система сложных инженерных конструкций, охватывающая как труби, так и … подземных хранилищ.
В конечном пункте магистрали располагаются газораспределительные станции (ГРС). Там выполняется последняя очистка от пыли и жидкостей, давление понижается до нужного потребителям уровня, стабилизируется, производится учет расхода газа и добавляется одорант.
Метан также перевозится морем на специализированных судах, называемых газовозами.
На заводах СПГ газ превращается в жидкое состояние двумя этапами: сначала метан охлаждают до -50°С, а затем до -163°С. При этом его объем сокращается в 600 раз.
Переработка и сфера применения
Высокая горючесть природного газа определяет его основное применение: как топливо на заводах, фабриках, ТЭЦ, котельных, в учреждениях, жилых домах, сельскохозяйственных объектах и многих других. использования газа в быту.
Добыча и переработка нефти непременно приводят к выделению попутного газа. Иногда количество этого газа может быть значительным, достигая до 300 кубических метров на один кубический метр сырой нефти.
В ряде месторождений добываемый природный попутный газ сжигают, вместо того чтобы использовать его. В России подобным образом теряется до 25% полезных ископаемых.
Часть попутного газа направляется на заводы по переработке. Там из него получают чистый сухой газ, применяемый для обогрева. Также значимой частью является смесь лёгких углеводородов.
Затем её разделяют на фракции в особых установках. Так образуются углеводороды: пропан, бутан, изобутан, пентан. Чтобы сократить объем, упростить транспортировку и хранение, сжижают.
Пропаном и бутаном отапливают дома. баллонным газом Часть направляется для автомобилей. Остальное отправляют на переработку на нефтехимических заводах.
При нагревании до высокой температуры (пиролиз) из них получают основное сырье для всех синтетических материалов – мономеры: этилен, пропилен, бутадиен. Под воздействием катализаторов мономеры соединяются в полимеры. В результате получаются ценнейшие материалы как каучук, ПВХ, полиэтилен и многие другие.
Выводы и полезное видео по теме
Документальный фильм демонстрирует газ зрителям понятно и доступно.
Этот обучающий фильм рассказывает о магистральных трубопроводах для транспортировки газа.
Многое до сих пор неясно о происхождении природного газа. Будем надеяться, что это голубое топливо станет неизменно доступным для нас и наших потомков.
Есть вопросы по прочитанному? Хотите добавить статью комментариями, фактами или фотографиями? Пишите в форме обратной связи ниже.