Естественный газ

Природный газ

Природные газы образуются при разложении веществ растительного и животного происхождения и скапливаются в расщелинах, в пространствах горных пород. Эти газы представляют собой смесь различных углеводородов с преимущественным содержанием метана (82–98 % CH4).

Природные газы всегда содержат примеси в виде азота, водяных паров, иногда углекислого газа (CO2), а также сероводорода и очень редко водорода. В связи с тем, что в этих газах отсутствуют в сколько-нибудь значительных количествах сжимаемые составляющие (пропан, бутан и более высокомолекулярные углеводороды), их в отличие от естественных газов (нефтяных) называют сухими.

Природный газ – источник сырья для химической промышленности; применяется для получения ацетилена, водорода, этилена, пластмасс и других продуктов.

Этот газ обладает токсичными удушающими свойствами. Поэтому для обнаружения и приобретения запаха его одорируют этилмеркантаном.

Природный газ применяют при разделительной и поверхностной кислородной резке стали, сварке стали толщиной 4–5 мм, сварке легкоплавких металлов и сплавов, пайке и других процессах газопламенной обработки, допускающих более низкую температуру пламени, чем при использовании ацетилена.

Смеси природных газов с коксовым, генераторным и другими низкокалорийными газами носят название городских газов, которые также применяются при газопламенной обработке.

ГОСТ 5542-87 регламентирует свойства природных газов, предназначенных в качестве сырья и топлива для промышленного и коммунально-бытового использования.

 Свойства

Природный газ не имеет запаха и цвета, легче воздуха в 2 раза.

Физико-химические показатели природного газа приведены в таблице 1.

Таблица 1 — Физико-химические показатели природного газа ПоказательДанные показателя

Плотность, кг/м3	0,6-0,9
Низшая теплота сгорания, МДж/м3 (ккал/м3),при 20 °С, 101,325 кПа,не менее	31,8 (7600)
Температура пламени, °С	2100–2200
Предел взрываемости в смеси с воздухом по объему, %	от 0,5 до 15
Массовая концентрация сероводорода, г/м3, не более	0,02
Массовая концентрация меркаптановой серы, г/м3,не более	0,036
Объемная доля кислорода, %, не более	1,0
Масса механических примесей в 1 м3, г, не более	0,001
Интенсивность запаха газа при объемной доле 1 % в воздухе, балл, не менее	3

Состав природного газа зависит от характера газового месторождения. Средний состав природных газов некоторых месторождений представлен в таблице 2 (данные 1970-х годов).

Таблица 2 — Средний состав природных газов некоторых месторождений МесторождениеСостав газа, %МетанЭтанПропанБутанПентанУглекислый газСероводородАзот

Уренгойское	99,4	0,3	—	—	—	0,3	—	—
Газлинское	94,2	3,2	0,1	0,1	0,1	0,2	—	2,1
Игримское	93,9	2,3	0,7	0,5	0,5	0,1	—	2,0
Шебелинское	93,6	4,0	0,6	0,7	0,4	0,1	—	0,6
Ачакское	93,4	3,6	0,9	0,4	0,3	0,4	—	1,0
Усть-Вилюйское	92,5	2,8	1,8	0,9	0,4	0,2	—	1,4
Коробковское	88,8	3,5	2,4	1,7	3,4	0,2	—	—
Майкопское	88,7	5,1	1,6	1,0	1,1	1,5	—	1,0
Карадагское	88,6	2,9	1,8	1,0	4,7	0,8	—	0,2
Оренбургское	86,9	4,0	1,4	0,6	0,3	0,1	1,3	5,4
Канчуринское	84,6	5,0	1,9	0,7	1,8	—	—	6,0
Мирненское	82,4	9,6	1,6	0,6	0,6	4,0	—	1,2
Вуктылское	75,7	9,1	3,1	0,7	7,5	0,2	—	3,7
Русский хутор	69,1	11,3	3,3	1,7	8,6	2,7	—	3,3

 Требования безопасности

Природные горючие газы по токсикологической характеристике относятся к веществам 4-го класса опасности по ГОСТ 12.1.007.

Природные горючие газы относятся к группе веществ, способных образовывать с воздухом взрывоопасные смеси.

Что такое природный газ, каков его состав и как его добывают?

Природный газ — газообразные углеводороды, образующиеся в недрах земли. Его относят к полезным ископаемым, а составляющие используются в качестве топлива.

Свойства и состав природного газа

Природный газ горюч и взрывоопасен в соотношении примерно с 10% объемом воздуха.

Он легче воздуха в 1,8 раз, бесцветен и не имеет запаха, эти свойства обусловлены высоким содержанием газообразных алканов (СН4 — С4Н10).

В составе природного газа преобладает метан (СH4), он занимает от 70 до 98%, остальной объем заполнен его гомологами, углекислым газом, сероводородом, меркаптанами, ртутью и инертными газами.

Существует всего 3 группы:

• Первая из них — почти исключающие содержание углеводородов с более чем двумя углеродными соединениями, так называемые сухие газы, получаемые исключительно в месторождениях, предназначенных только для добычи газов.
• Вторая — газы, добываемые одновременно с первичным сырьем. Это сухой, сжиженный газы и газовый бензин, смешанные между собой.
• К третьей группе относятся газы, состоящие из сухого газа и значительного объема тяжелых углеводородов, из коих выделяют бензиновые, лигроиновые и керосиновые. К тому же в составе присутствует незначительное количество других веществ. Добываются эти вещества из газоконденсатных месторождений.

Свойства составляющих веществ

Четыре первых члена гомологического ряда при обычных условиях — горючие газы, не обладающие цветом и запахом, взрывоопасны и горючи:

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.

https://www.youtube.com/watch?v=zkNVpZj-kSw

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:

Формальдегид появляется посредством протекания реакции окисления, а при реакции с серой — сероуглерод.

Разлом углеродных связей метана под воздействием температур и тока реализует получение ацетилена, используемого в промышленности. Синильная кислота производится посредством окисления метана с аммиаком. Метан — производное водорода в генерации аммиака, а также получения синтез-газа происходит с его участием:

Используемого для связки углеводородов, спиртов, альдегидов и других веществ. Метан активно используют в качестве горючего для транспортных средств.

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:

Этан не используют топливной промышленности, основная цель его использования в промышленности — получение этилена.

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.

Применение:

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.

[attention type=yellow]

Пропан зачастую применим при заготовке сырья и переработке металлолома. В быту сферой необходимости является отопление помещений и приготовление пищи на газовых плитах.

[/attention]

Помимо предельных алканов в состав природного газа входят:

Азот

Азот состоит из двух изотопов 14A и 15A, используется для поддержания давления в скважинах при бурении. Для получения азота сжижают воздух и разделяют его разгонкой, этот элемент составляет 78% состава воздуха. В основном его используют для производства аммиака, из которого получают азотную кислоту, удобрения и взрывчатые вещества.

Диоксид углерода

Соединение, переходящее при атмосферном давлении из твердого (сухой лед) в газообразное состояние. Оно выделяется при дыхании живых существ, также содержится в минеральных источниках и воздухе. Диоксид углерода является пищевой добавкой, используется в баллонах огнетушителей и пневматическом оружии.

Сероводород

Очень токсичный газ — самый активный из серосодержащих соединений, а потому очень опасен для человека прямым воздействием на нервную систему. Бесцветный газ в нормальных условиях, характеризующийся сладковатым вкусом и отвратительным запахом протухших яиц. Хорошо растворим в этаноле, в отличие от воды. Из него получают серу, серную кислоту и сульфиты.

Гелий

Это уникальный продукт, медленно накапливающийся в коре Земли.Его получают методом глубокой заморозки содержащих гелий газов. В газообразном состоянии — инертный газ, не обладающий внешним выражением.

Гелий в жидком состоянии, также не имеющая ни запаха, ни цвета, но может поражать живые тканей. Гелий не токсичный, не может взорваться или воспламениться, однако при высоких концентрациях в воздухе вызывает удушье.

Его используют при работе с металлами и в качестве наполнителя воздушных шаров и дирижаблей.

Аргон

Благородный негорючий, не ядовитый, не имеющий вкусовых и цветовых качеств. Добывается как эскортный разделению воздуха на кислород и азот газ. Используется для вытеснения воды и кислорода, с целью продлить срок хранения продуктов питания, его также используют при сварке металлов и резке.

, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Физико-химические свойства природного газа. Добыча и применение природного газа

Газообразное состояние вещества — самое распространенное по сравнению с другими агрегатными параметрами соединений. Ведь в этом состоянии находятся:

• звезды;
• межзвездное пространство;
• планеты;
• атмосфера;
• космос в целом.

Главные отличительные свойства газов — это слабые межмолекулярные взаимодействия в кристаллической решетке, из-за которых и проявляются все основные характеристики этих веществ. Газов, безусловно, очень много. Однако мы рассмотрим самый важный и третий по распространенности на нашей планете — природный.

Природный газ: состав

Если характеризовать качественный состав природного газа, то сразу нужно выделить компоненты двух групп: органические и неорганические. Поскольку хоть и принято считать, что он состоит из метана, однако это не совсем так.

К органическим составляющим относятся:

• метан — СН4;
• пропан — С3Н8;
• бутан — С4Н10;
• этан — С2Н4;
• более тяжелые углеводороды с количеством атомов углерода больше пяти.

Неорганические компоненты включают в себя следующие соединения:

• водород (в небольших количествах) — Н2;
• углекислый газ — СО2;
• гелий — Не;
• азот — N2;
• сероводород — H2S.

Каким именно будет состав той или иной смеси, зависит от источника, то есть месторождения. Этими же причинами объясняются и различные физико-химические свойства природного газа.

Однако добывается любой из них, и ценность также имеет каждый.

Просто какой-то вид применяется как топливо, а насыщенный посторонними примесями слишком жирно используется в химической отрасли для синтезов соединений.

Чтобы указать подобные параметры в точности, следует знать, каков именно состав газовой смеси. Ведь если в ней преобладает в основном метан (до 97%), то характеристики можно приводить, ориентируясь именно на него.

Если же неорганических компонентов или тяжелых углеводородов в избытке (до нескольких процентов), тогда физико-химические свойства природного газа резко меняются.

Поэтому можно указать лишь приблизительные граничные показатели по физическим характеристикам.

1. Температура самовозгорания — 650-7000С.
2. Октановое число — 120-130.
3. Не имеет цвета, вкуса и запаха.
4. Легче воздуха почти в 2 раза, легко концентрируется в верхних слоях помещения.
5. Плотность в виде обычного состояния (газа) — 0,68-0,85 кг/м3.
6. При стандартных условиях всегда находиться в газообразном агрегатном состоянии.
7. При смешении с воздухом в объемах от 5-15 % является взрывоопасным.
8. Теплота сгорания — около 46 МДж/м3.

Кроме этого, следует отметить и химическую сторону параметров природного газа.

1. Является сильно горючим веществом, способен самовоспламеняться при подаче искры и без нее при определенной температуре.
2. Так как основной компонент — метан, то обладает всеми его химическими свойствами.
3. Вступает в реакции замещения, дегидрирования, пиролиза, подвергается рефракции.
4. Сжимается и сжижается при низких температурах и повышенном давлении.

Очевидно, что подобные физико-химические свойства природного газа определяют широкий спектр его использования в промышленности.

Особое свойство природного газа

Особое свойство рассматриваемого соединения — это способность образовывать газогидратные залежи, то есть находиться в твердом состоянии. Данные структуры представляют собой поглощенные молекулами пластовой воды объемы природного газа в соотношении 1/220. Поэтому подобные залежи являются чрезвычайно богатыми породами. Места их сосредоточения в природе:

• глубинные поддонные слои Мирового океана;
• скопления вечной мерзлоты.

Условия существования — гидродинамическое давление и низкие температуры.

Природные месторождения газа

Если говорить о содержании природного газа в природе, то можно выделить основные места концентрации:

1. Это горная осадочная порода, полезное ископаемое, которое формируется многие тысячелетия анаэробным распадом органики в глубоких слоях земной коры.
2. Растворен в подземных водах.
3. Входит в состав нефти, формируя над ней нефтегазовую шапку.
4. Залегает в виде газогидратов в слоях морского дна и точках крайнего Севера.

Если же обозначать распространение месторождений газа территориально, то лидерами являются следующие страны:

• Россия.
• Страны Персидского залива.
• США.
• Канада.
• Иран.
• Казахстан.
• Азербайджан.
• Узбекистан.
• Норвегия.
• Туркмения.
• Нидерланды.

Добыча в мире составляет ежегодно примерно 3643 млрд м3 в год. Из них только на Россию приходится 673,46 млрд м3.

Температура природного газа, при которой он сгорает, равна 650 0С. То есть это тот показатель, при котором он способен самовоспламеняться. При этом выделяется большее количество тепловой энергии, чем при горении любого другого вида топлива. Естественно, это не могло не отразиться на областях использования данного вещества.

Именно поэтому многие страны, не имеющие природных запасов газа, вынуждены импортировать его из других государств. Транспортировка осуществляется несколькими способами:

Каждый из путей имеет свои преимущества и недостатки. В частности, морской и железнодорожный варианты более безопасные, так как химическая активность сжиженного газа в охлажденных баллонах гораздо ниже, чем в газообразном состоянии. По трубопроводу же увеличивается дальность передачи и ее объемы, кроме того, данный способ экономически выгоден.

Метан в составе природного газа

Газ метан является основным сырьевым компонентом в составе природной смеси. Его содержание колеблется в пределах 70-98%. Сам по себе это третий по распространенности на планете газ, который входит в состав нефти, межзвездного пространства, атмосферы других планет.

С точки зрения химии, газ метан — предельный углеводород, относящийся к ряду насыщенных алифатических соединений. Самый первый представитель алканов или парафинов. Химическая активность его невелика, он достаточно спокоен. Способен вступать в реакции:

• замещения;
• полного окисления;
• конверсии.

Горит бесцветным некоптящим пламенем, запаха не имеет.

Виды природного газа

Существует три основных вида рассматриваемого вещества.

1. Сухой природный газ — это такой, в котором метана более 97%. То есть содержание примесей, в том числе других углеводородов, крайне низкое.
2. Тощий газ. Так называют смесь, содержащую незначительное количество тяжелых углеводородов.
3. Жирный природный газ — тот, что богат на тяжелые углеводороды и неорганические компоненты (азот, водород, гелий, аргон, углекислый газ, сероводород).

Такое понятие, как коэффициент сухости газа, позволяет оценить качество сырья, из которого в дальнейшем будет изготовляться продукция. Ведь сам природный газ — это лишь база. Для разных отраслей промышленности нужен свой продукт, поэтому он проходит тщательную обработку и очистку в соответствии с конкретными требованиями.

Качество природного газа напрямую зависит от состава. Если метан преобладает, то такой продукт будет самым лучшим как источник топлива. Если же больше всего в составе жирных углеводородов, то для химической промышленности такое сырье — наиболее подходящее.

Чтобы поставлять природный газ надлежащего качества, существуют специальные химические заводы, на которых он проходит тщательную очистку и обработку до дальнейшей отправки в конечный пункт. Методы работы будут зависеть от того, для каких целей предназначается продукт.

Так, например, если он будет использоваться для бытовых целей, то в него добавляют специальные вещества-одоранты, в частности меркаптаны. Это делается для того, чтобы газ стал иметь запах, ведь тогда в случае утечки его несложно будет обнаружить. Все меркаптаны имеют резкий неприятный запах.

Использование природного газа

Потребление природного газа осуществляется многими отраслями промышленности и объектами. Например:

• ТЭЦ.
• Котельные.
• Газовые двигатели.
• Химическое производство (изготовление пластмасс и прочих материалов).
• Топливо для машин.
• Обогрев жилых помещений.
• Приготовление пищи.

Поэтому мировая добыча данного сырья так велика, и импорт и экспорт оцениваются в миллиарды долларов.

Экологический аспект

С точки зрения чистоты для природы нет лучшего источника топлива, чем природный газ. Экологические организации полностью одобряют его использование. Однако в последние годы сгорание природного газа приводит к накоплению одного из продуктов реакции — диоксида углерода.

А так как он относится к парниковым газам, то для планеты его скопления очень опасны. Поэтому ведутся множественные работы, разрабатываются проекты по защите экологического состояния планеты от надвигающегося парникового эффекта.

Добыча природного газа

Природный газ относится к числу невосполнимых полезных ископаемых. Согласно одной из наиболее популярных теорий они образуются в ходе длительного процесса анаэробного разложения живых организмов в толщах почвы под действием высоких температуры и давления.

В составе добываемого сырья встречается метан, бутан, этан, пропан и другие соединения. Природный газ не имеет запаха и цвета. В России добыча и переработка этого ископаемого начались около 200 лет назад. В первое время газ считался побочным продуктом нефтедобычи (оба вида топлива обычно залегают рядом друг с другом).

Однако впоследствии добывать данные ископаемые начали отдельно.

Газовые месторождения

Российская Федерация имеет крупнейшие запасы газа в мире. Вторым по запасам этого ископаемого считаются США. Следом за ним идут некоторые страны с постсоветского пространства (Азербайджан, Узбекистан, Казахстан) и государства, расположенные на территории Персидского залива. Добыча природного газа ведется по всему миру.

Причем разработка залежей голубого топлива не ограничивается территорией суши. Его активно добывают с морского дна. В России месторождения газа в основном располагаются за Уральскими горами. Также они встречаются на Северном Кавказе и Черном море.

Самые большие запасы голубого топлива обнаружены в следующих месторождениях:

• Уренгойское. Оно находится в Ямало-Ненецком АО. По объему запасов природного газа это месторождение является вторым в мире.
• Находкинское. Это месторождение также относится к ЯНАО. К его разработке приступили в 2004 году. По оценкам, запасы газа в нем достигают 275 миллиардов куб.м.
• Ангаро — Ленское. Находится в Иркутской области. Разведывательные данные свидетельствуют, что в месторождении скопилось порядка 1,4 триллиона куб.м. газа.
•  Ковыктинское. Расположено неподалеку от Иркутска. Относится к числу наиболее сложных с точки зрения добычи месторождений, так как часть территории покрыта слоем вечной мерзлоты. По предварительным оценкам, здесь залегает около 2-х триллионов куб.м. газа и примерно 120 миллионов тонн жидкого конденсата.
• Штокманское. Еще одно месторождение, относящееся к категории крупнейших. Оно находится примерно 600 км от Мурманска и включает в себя порядка 3,8 триллиона куб.м. газа. Из-за большой глубины залегания ископаемых добыча на этом месторождении пока не ведется.

Все крупные и большинство мелких месторождений в РФ принадлежит Газпрому. Газовый монополист, добывающий и перерабатывающий более 74% всех российских запасов топлива, занимает 20-процентную долю мирового рынка. Газпром помимо основных своих задач проводит также газификацию страны.

Разведка газовых месторождений и методы добычи

Перед началом добычи проводится геологическая разведка территории, где, возможно, имеются залежи голубого топлива. Они позволяют определить примерные запасы газа и перспективность разработки месторождения. Разведка местности проводится одним из следующим методов:

• Гравитационная. В ходе которой специалисты оценивают силу тяжести горных пород. О наличие газа свидетельствуют области, обладающие более низкой плотностью.
• Магнитная. Она основывается на разной магнитной проницаемости пород.
• Сейсмическая. Такая геологическая разведка предполагает использование специальной аппаратуры, которая посылает сквозь земные слои волны различной длины и улавливает отраженное эхо.
• Геохимическая. Проводится изучение подземных вод на уровень концентрации в них определенных химических соединений.
• Бурение. Считается наиболее точным методом геологоразведки. Однако бурение является и самым дорогостоящим способом исследования месторождений.

Существует несколько достаточно эффективных методов добычи природного газа. К ним относятся:

• Одно из самых основных направлений это конечно же, бурение. Природный газ заполняет множество пустот в земных породах, соединяясь между собой каналами. При бурении скважины топлива под естественным давлением начинает подниматься вверх. Чтобы обеспечить равномерную добычу, саму скважину создают в виде «лесенки», а ее стенки укрепляются обсадными трубами.
• Гидроразрыв пласта. Такой метод также предполагает бурение скважин, в которые затем нагнетается большое количество водного или воздушного потока. Этот подход позволяет разрушить перегородки, образовавшиеся в горной породе, благодаря чему весь газ под давлением выходит наружу.
• Добыча под водой. Добыча газа под водой ведется со специальных платформ, бетонное основание которых упирается в дно. Именно в последние встраиваются колонны, посредством которых ведется бурение скважин, и резервуары для временного хранения топлива. Далее газ по трубопроводу отправляется на сушу, где его обрабатывают традиционным способом.

Добываемый газ содержит множество разнообразных примесей. Поэтому его оправляются на специальную станцию, которую обычно строят рядом с месторождением. Перерабатывать ископаемые необходимо, так как нужно удалить из них примеси и разные включения такие как песок и вода.

Впоследствии голубое топливо отправляется на хранение. Для этого его предварительно охлаждают до температуры в -160 градусов и заполняют им емкости из алюминиевых сплавов или стали. В основном газохранилища возводят под землей.

Для транспортировки газа конечным потребителям и экспортных поставок используются специальные магистральные трубопроводы, по которым газ поставляется на газораспределительные станции, где проводится снижение давления, но и добавление одоранта (этил меркаптан) вещество которое придает газу характерный запах и позволяет предотвратить незаметную утечку газа.

Сегодня добыча газа – это одна из важнейших отраслей промышленности России. Она формирует значительную часть бюджета страны.

Состав природного газа

Природные газы представлены в основном метаном – СН4 (до 90 – 95 %). Это самый простой по химической формуле газ, горючий, бесцветный, легче воздуха. В состав природного газа входит также этан, пропан, бутан и их гомологи. Горючие газы являются обязательным спутником нефтей, образуя газовые шапки или растворяясь в нефтях.

• Метан
• Углекислый газ и сероводород
• Азот
• Инертные газы

Углекислый газ и сероводород

Углекислый газ и сероводород в газовой смеси появляются в основном за счет окисления углеводородов в приповерхностных условиях при помощи кислорода и с участием аэробных бактерий.

На больших глубинах при соприкосновении углеводородов с природными сульфатными пластовыми водами образуются как углекислый газ, так и сероводород.

Со своей стороны сероводород легко вступает в окислительные реакции, особенно под воздействием серных бактерий и тогда выделяется чистая сера.

[attention type=red]

Таким образом, сероводород, сера и углекислый газ постоянно сопровождают углеводородные газы.

[/attention]

СО2 в газах колеблется от долей до нескольких процентов, но известны залежи природного газа с содержанием углекислоты до 80 – 90 %.

сероводорода в газах также от долей процента до 1 – 2 %, но есть газы с высоким его содержанием. Примерами могут служить Оренбургское месторождение (до 5 %), Карачаганакское (до 7 – 10 %), Астраханское (до 25 %). На том же Астраханском месторождении и доля углекислого газа достигает 20 %.

Инертные газы

Инертные газы – гелий, аргон и другие, как и азот не вступают в реакции и встречаются в углеводородных газах, как правило, в небольших количествах.

Фоновые значения содержания гелия – 0,01 – 0,15 %, но встречаются и до 0,2 – 10 %. Примером промышленного содержания гелия в природном углеводородном газе является Оренбургское месторождение. Для его извлечения рядом с газоперерабатывающим заводом построен гелиевый завод.

Природный газ: происхождение, физические и химические свойства

Зажигая горелку на кухне, мало кто из хозяек задумывается, как давно люди стали использовать природный газ в качестве топлива. Эта история насчитывает не века, а тысячелетия: в IV веке до н. э. китайцы обогревались и освещали жилища при помощи бездымного голубоватого огня.

В России промышленная разработка месторождений природного газа началась в прошлом веке, а до этого его находили только при добыче нефти или бурении скважин для воды.

Русская смекалка всегда помогала людям с пользой применять все, что встречается на пути. Когда в Саратовской губернии один купец начал бурить артезианскую скважину и обнаружил не воду, а огонь, он с выгодой воспользовался ситуацией и организовал там стекольное и кирпичное производство.

Другие промышленники переняли его опыт, и бесполезный подземный газ стал постепенно превращаться в ценное топливо.

Что такое природный газ

Одно из важнейших полезных ископаемых – природный газ, который используют и как топливо, и для нужд химической промышленности. Это бесцветное и не имеющее запаха вещество бывает очень опасным.

Без специальных приборов невозможно определить, что в воздухе присутсвует огнеопасный компонент, который может оказаться причиной пожара.

С точки зрения экологии газ – самое чистое природное топливо, ведь при горении он выделяет намного меньше вредных соединений, чем дрова, уголь или нефть.
Это качество делает его востребованным во всех странах мира. Государства, имеющие на своей территории крупные месторождения, используют его и для своих нужд, и для продажи другим народам. Природа подарила России богатейший Уренгой, Казахстану – Карачаганакское месторождение, не обделила она и страны Персидского залива, США, Канаду.

Недра земли создали не только огромные подземные резервуары природного газа – его запасы хранятся и в более компактном виде.

В холодных регионах и под дном океана, где гидростатическое давление доходит до 250 атмосфер, происходит соединение газа с пластовой водой и образуется твердое вещество – газогидрат.

В небольших объемах находится огромное количество природного топлива, в связанном виде газ уменьшается до 220 раз.

Происхождение природного газа

Сотни миллионов лет назад на месте сегодняшних материков плескался океан. Погибшие обитатели водной стихии падали на дно и превращались в ил.

Они не могли разлагаться, поскольку там не было ни воздуха для окисления, ни бактерий, вызывающих гниение. Движение земной коры способствовало погружению этих масс все дальше вглубь.

Высокое давление и температура вызывали химические реакции, при которых углерод органических остатков соединялся с водородом, и образовывались новые вещества – углеводороды.

Если давление и температура были не очень высокими, получались высокомолекулярные жидкости, которые со временем превратились в нефть. Когда эти параметры достигали больших величин, образовывались низкомолекулярные газы.

Соединения покрывались осадочными породами и оказались глубоко под поверхностью земли. Геологи находят эти полезные ископаемые на глубине от одного до шести километров.

[attention type=green]

Существует и другая теория образования природных газов. Некоторые ученые считают, что углеводороды в результате тектонических движений постепенно поднимаются наверх, где давление не так велико, и образуют большие скопления нефти и газа.

[/attention]

Земные породы не монолитны – в них есть мелкие трещины и поры. Газообразные вещества заполняют эти пустоты, поэтому природный газ есть не только в крупных месторождениях, но и в камнях, находящихся на большой глубине.

Свойства природного газа

Природный газ не обособленное вещество – это смесь разных компонентов, основной из которых – метан.

Невозможно найти два абсолютно идентичных образца из разных месторождений: в каждом из них состав индивидуален.

Для его образования были использованы разные органические остатки, условия протекания химических реакций тоже не были одинаковыми.

Ни один ученый не сможет дать вам химическую формулу природного газа – он может только сообщить процентный состав входящих в него веществ. Дополнительными составляющими кроме метана являются углеводороды:

• этан;
• пропан;
• бутан;
• водород;
• сероводород;
• диоксид углерода;
• азот;
• гелий.

Из химического состава вытекают и физические свойства природного топлива. Точных параметров тоже нет, ведь они зависят от процентного соотношения компонентов:

• плотность – 0,68–0,85 кг/м3 в газообразном и 400 кг/м3 в жидком виде;
• самовозгорание – при температуре 650 °C;
• удельная теплота сгорания – 28–46 МДж/м³.

Поскольку природный газ почти в два раза легче воздуха, он поднимается вверх. Человек не может задохнуться, оказавшись на дне низины. Но есть другая опасность: если в воздухе присутствует от 5 до 15 % объема природного газа, смесь становится взрывоопасной.

На его основе разработана газотопливная система, применяемая в автомобилях. Октановое число природного газа, используемого в двигателях, – от 120 до 130.

Горение природного газа процесс достаточно сложный, при котором  химическая энергия преобразуется в тепло. Горение бывает полным и неполным.

Необходимость очистки

На первый взгляд, в использовании газа нет ничего сложного. Проложить трубы, пробурить скважину – и голубое топливо, находящееся в недрах под большим давлением, само потечет к котлам и плитам. Но не все так просто – природный газ содержит примеси, которые могут причинить вред трубопроводам, приборам или здоровью людей.

В глубине земли много влаги, которая может вступать в химические реакции или создавать конденсат, а большое количество его мешает проходу газа. Сероводород вызывает ржавление металла, и оборудование быстро приходит в негодность. Чтобы удалить из сырья вредные компоненты, на месторождениях устанавливают специальные станции очистки.

Доставка

Газопроводы имеют протяженность много тысяч километров, начальной энергии потока не хватит, чтобы преодолеть такие расстояния.

Какими бы гладкими ни были внутренние поверхности, все равно возникает сила трения, газ теряет скорость и нагревается.

Чтобы отправить его дальше, строятся компрессорные станции, где голубое топливо охлаждают и придают ему дополнительное давление.

Существуют и другие способы транспортировки газа, но пока трубопроводы являются самыми экономичными.

Запах газа

Природный газ не имеет запаха, так почему же жильцы квартир сразу чувствуют, если где-то происходит утечка? Для нашей безопасности в голубое топливо добавляют специальные одоранты, малейшее присутствие которых чувствительно для обоняния человека. Обычно в этой роли выступают меркаптаны, имеющие настолько неприятный запах, что не заметить его невозможно.

На всем протяжении своей истории человечество обогревалось, сжигая различные виды топлива.

Сейчас самым экономичным и безопасным признан природный газ, но у него есть недостаток, характерный для любого горючего сырья: при сжигании в атмосферу выбрасывается углекислый газ, создающий парниковый эффект.

Ученые всего мира заняты поисками альтернативных источников тепловой энергии, но пока они их ищут, голубое топливо будет востребовано во всех уголках земного шара.

В этой статье узнаете про металлоемкое машиностроение.