Природный газ

Статья на основе материалов из Википедии

Приро́дный газ — смесь газов, образовавшихся в недрах Земли при анаэробном разложении органических веществ.

Природный газ относится к полезным ископаемым. Природный газ в пластовых условиях (условиях залегания в земных недрах) находится в газообразном состоянии — в виде отдельных скоплений (газовые залежи) или в виде газовой шапки нефтегазовых месторождений, либо в растворённом состоянии в нефти или воде. При нормальных условиях (101,325 кПа и 0 °C) природный газ находится только в газообразном состоянии. Также природный газ может находиться в кристаллическом состоянии в виде естественных газогидратов.

Сэр Гемфри Дэви (учёный-химик) ещё в 1813 г. заключил из своих анализов, что рудничный газ есть смесь метана CH4 с небольшим количеством азота N2 и углекислого газа СО2 — то есть, что он качественно тождественен по составу с газом, выделяющимся из болот.

Химический состав

Основную часть природного газа составляет метан (CH4) — от 70 до 98 %. В состав природного газа могут входить более тяжёлые углеводородыгомологи метана:

Природный газ содержит также другие вещества, не являющиеся углеводородами:

Чистый природный газ не имеет цвета и запаха. Для облегчения возможности определения утечки газа в него в небольшом количестве добавляют одоранты — вещества, имеющие резкий неприятный запах (гнилой капусты, прелого сена, тухлых яиц). Чаще всего в качестве одоранта применяется тиолы (меркаптаны), например, этилмеркаптан (16 г на 1000 м³ природного газа).

Физические свойства

Ориентировочные физические характеристики (зависят от состава; при нормальных условиях, если не указано иное):

  • Плотность:
    • от 0,68 до 0,85 кг/м³ (сухой газообразный);
    • 400 кг/м³ (жидкий).
  • Температура самовозгорания: 650 °C;
  • Взрывоопасные концентрации смеси газа с воздухом от 4,4 % до 17 % объёмных;
  • Удельная теплота сгорания: 28—46 МДж/м³ (6,7—11,0 Мкал/м³) (то есть 8-12 кВт·ч/м³);
  • Октановое число при использовании в двигателях внутреннего сгорания: 120—130.
  • Легче воздуха в 1,8 раза, поэтому при утечке не собирается в низинах, а поднимается вверх[1].

Месторождения природного газа

Главная статья: Месторождение природного газа

Глубокое разведочное бурение на нефть и газ в России, по данным Росстата

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.

Огромными запасами природного газа обладают Россия (Уренгойское месторождение), Иран, большинство стран Персидского залива, США, Канада. Из европейских стран стоит отметить Норвегию, Нидерланды. Среди бывших республик Советского Союза большими запасами газа владеют Туркмения, Азербайджан, Узбекистан, а также Казахстан (Карачаганакское месторождение).

Метан и некоторые другие углеводороды широко распространены в космосе. Метан — третий по распространённости газ во Вселенной, после водорода и гелия. В виде метанового льда он участвует в строении многих удалённых от солнца планет и астероидов, однако такие скопления, как правило, не относят к залежам природного газа, и они до сих пор не нашли практического применения. Значительное количество углеводородов присутствует в мантии Земли, однако они тоже не представляют интереса.

Газогидраты

Главная статья: Гидраты природного газа
В науке долгое время считалось, что скопления углеводородов с молекулярным весом более 60 пребывают в земной коре в жидком состоянии, а более лёгкие — в газообразном. Однако во второй половине XX века группа сотрудников Московского института нефти и газа А. А. Трофимук, Н. В. Черский, Ф. А. Требин, Ю. Ф. Макогон, В. Г. Васильев обнаружили свойство природного газа в определённых термодинамических условиях переходить в земной коре в твёрдое состояние и образовывать газогидратные залежи. Позже выяснилось, что запасы природного газа в этом состоянии огромны.

Газ переходит в твёрдое состояние в земной коре, соединяясь с пластовой водой при гидростатических давлениях до 250 атм и сравнительно низких температурах (до +22 °C). Газогидратные залежи обладают несравненно более высокой концентрацией газа в единице объёма пористой среды, чем в обычных газовых месторождениях, так как один объём воды при переходе её в гидратное состояние связывает до 220 объёмов газа. Зоны размещения газогидратных залежей сосредоточены главным образом в районах распространения многолетнемёрзлых пород, а также на небольшой глубине под океаническим дном[2].

Запасы природного газа

Главная статья: Мировые запасы природного газа

Добыча и транспортировка

Добыча

Природный газ находится в земле на глубине от 1000 м до нескольких километров (сверхглубокой скважиной недалеко от города Нового Уренгоя получен приток газа с глубины более 6000 метров). В недрах газ находится в микроскопических пустотах (порах). Поры соединены между собой микроскопическими каналами — трещинами, по этим каналам газ поступает из пор с высоким давлением в поры с более низким давлением до тех пор, пока не окажется в скважине. Движение газа в пласте подчиняется определённым законам.

Газ добывают из недр земли с помощью скважин. Скважины стараются разместить равномерно по всей территории месторождения для равномерного падения пластового давления в залежи. Иначе возможны перетоки газа между областями месторождения, а также преждевременное обводнение залежи.

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.

Мировая добыча природного газа в 2014 году составляла 3460,6 млрд м3. Лидирующее положение в добыче газа занимают Россия и США.

В 2005 году в России объём добычи природного газа составил 548 млрд м³. Внутренним потребителям было поставлено 307 млрд м³ через 220 региональных газораспределительных организаций. На территории России расположено 24 хранилища природного газа. Протяжённость магистральных газопроводов в стране составляет 155 тыс. км.

В 2009 году США впервые обогнали Россию не только по объёму добытого газа (624 млрд м³ против 582,3 млрд м³), но и по объёму добычи товарного газа, то есть, идущего на продажу контрагентам[3]. Это объясняется ростом добычи сланцевого газа (т. н. сланцевая революция). В 2010 году Россия вернула себе лидерство в объёмах добываемого газа, нарастив добычу до 647 млрд м³. США же, напротив, снизили добычу до 619 млрд м³[4]. В 2011 году, согласно данным ЦДУ ТЭК РФ, добыча газа в России составила 670,5 млрд м³[5].

Подготовка природного газа к транспортировке

thumb

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, содержащиеся 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. Также целесообразна подготовка газа мембранной технологией.

Для подготовки газа к транспортировке применяются технологические решения с применением мембранного газоразделения, с помощью которого можно выделить тяжёлые углеводороды (C3H8 и выше), азот, углекислый газ, сероводород, а также значительно снизить температуру точки росы по воде и углеводородам перед подачей в ГТС.

Если газ содержит в большом количестве гелий либо сероводород, то газ обрабатывают на газоперерабатывающем заводе, где выделяют серу на установках аминовой очистки и установках Клауса, а гелий — на криогенных гелиевых установках (КГУ). Эта схема реализована, например, на Оренбургском месторождении. Если в газе сероводорода менее 1,5 % об., то также целесообразно рассмотреть мембранную технологию подготовки природного газа, поскольку её применение позволяет снижать капитальные и эксплуатационные затраты в 1,5—5 раза.

Транспортировка природного газа

Также по теме: Газотранспортная система
В настоящее время основным видом транспорта является трубопроводный. Газ под давлением 75 атм прокачивается по трубам диаметром до 1,42 м. По мере продвижения газа по трубопроводу он, преодолевая силы трения как между газом и стенкой трубы, так и между слоями газа, теряет потенциальную энергию, которая рассеивается в виде тепла. Поэтому через определённые промежутки необходимо сооружать компрессорные станции (КС), на которых газ обычно дожимается до давления от 55 до 120 атм и затем 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.
Для сжижения газ охлаждают при повышенном давлении. 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 газовозы. Обычная вместимость современных танкеров составляет от 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.

Есть также и другие технологии транспортировки газа, например с помощью железнодорожных цистерн.

Разрабатывались также проекты транспортировки газа с использованием 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 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 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).

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 (газобаллонное оборудование автомобиля, газовый двигатель), котельных, ТЭЦ, различной техники и др. Сейчас он используется в химической промышленности, как исходное сырьё для получения различных органических веществ, например, пластмасс. Для обнаружения утечек газа без использования специальных приборов в него добавляют в безвредных концентрациях этантиол, обладающий резким характерным запахом.

См. также

Примечания

  1. Молярная масса метана — 16 г/моль, средняя молярная масса воздуха — 29 г/моль.
  2. Государственный реестр научных открытий СССР. Научное открытие № 75 «Свойство природных газов находиться в твёрдом состоянии в земной коре».
  3. США перехватили у России лидерство в добыче природного газа // Deutsche Welle, 13.01.2010
  4. World natural gas production in 2010 — Enerdata, 2011
  5. С начала 2011 года добыча газа составила 670544,4 млн м³ — ЦДУ ТЭК РФ, 2012

Ссылки

Каустобиолиты (горючие полезные ископаемые)
Угольный рядТорф  • Бурый уголь  • Каменный уголь  • Антрацит  • Горючие сланцы  • Доманик
Нефтяной и нафтоидный рядНефть  • Природный газ  • Газовый конденсат  • Асфальт  • Мальта  • Озокерит  • Кероген  • Сапропель  • Сапропелиты
Основные виды органического топлива
Ископаемое{{Navbox subgroup
Возобновляемое
и биологическое
Валежник • Дрова • Кизяк • Навоз • Древесный уголь • Этанол • Биодизель • Биоэтанол • Бутанол-1 • Метанол • Свалочный газ • Болотный газ • Биогаз • Биоводород
ИскусственноеДоменный газ • Светильный газ • Коксовый газ • трет-Бутилметиловый эфир • Синтез-газ • Синтетическое топливо • Генераторный газ • Водород • Водоугольное топливо • Пековый кокс
Нефтегазовый комплекс
Геофизическая разведкаНефтепромысловое дело (Моделирование пласта-коллектора) | Геология нефти и газа | Сейсмология | Петрофизика
Методы добычи нефти и газаБурение | 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 установокБуровая 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)
Транспортировка и переработкаНефтехранилище | Трубопровод ( Нефтепровод | Газопровод) | Нефтеперерабатывающий завод | (Переработка нефти | Многократное испарение | Нефтехимический синтез | Сухая перегонка | Нефтехимия | Висбрекинг | Гидрокрекинг | Каталитический крекинг | Каталитический риформинг | Крекинг | Процесс Клауса | Термолиз) | Коксование
Юридический аспектСоглашение о разделе продукции | Система налогообложения при выполнении соглашений о разделе продукции | концессионное соглашение | Сервисное соглашение | Лицензия на добычу нефти и газа | Роялти
Крупные ТНК и
международные организации
Sinopec | Royal Dutch Shell | ExxonMobil | BP | PetroChina | Total | Chevron | Газпром | ОАПЕК | ОПЕК | (Корзина ОПЕК)
Сорта товарной нефти
(Классификации нефти)
Brent | Dubai Crude | ESPO | Sokol | Tengiz | Urals | West Texas Intermediate
Типы сырьяНефть | Газовый конденсат | Попутный нефтяной газ | Природный газ | Сжиженный нефтяной газ | Битуминозные пески | Мальта | Нефтяные воды | Озокерит | Природный битум | Природный асфальт
Нефтепродукты и газпродуктыJP-8 | HCNG | Авиакеросин | Асфальт | Асфальтены | Бензин | Галоша | Бензол | Битумы нефтяные | Вазелин | Газойль | Газолин | Гексадекан | Генераторный газ | Горюче-смазочные материалы | Гудрон | Дизельное топливо | Ксилолы | Керосин | Креолин | Лигроин | Мазут | Метан | Метан угольных пластов | трет-Бутилметиловый эфир | Моторные масла | Нефтяной кокс | Нефтяные масла | Парафин | Петролейный эфир | Полипропилен | Присадка | Пропан | Пропилен | Свалочный газ | Синтез-газ | Технический углерод | Толуол | Уайт-спирит | Церезин | Этилен
ИсторияНефтяной кризис 1973 года | Энергетический кризис 1979 года | Перепроизводство нефти в 1980-х годах | Энергетический кризис 2000-х | Основатели нефтегазовой индустрии | История нефтегазовой индустрии | Национализация нефтедобычи | Семь сестёр | Standard Oil
Некоторые числовые параметрыОбъёмный фактор | Коэффициент теплового расширения | Глубина переработки нефти
См. такжеПик нефти | Банк качества нефти | Баррель (американский нефтяной) | Дебит | Нефтеотдача (КИН) | Энергетический кризис