Природный газ: свойства, способы добычи и производства. Где используется природный газ

Природный газ представляет собой сложную смесь газообразных углеводородов, образующихся в процессе разложения органических веществ внутри земной коры. Обычно большие запасы природного газа располагаются на глубине от одного километра до нескольких километров, хотя фактическое бурение может производиться на глубине более шести километров. При нормальных физических условиях природный газ существует в газообразном состоянии и может проявляться в разных формах.

Что такое природный газ

Природный газ — это одно из самых значимых сырьевых ресурсов нашей планеты, который находит широкое применение как в бытовом, так и в промышленном секторах. По своей сути, природный газ является комплексом углеводородов, которые сформировались в недрах Земли на протяжении миллионов лет.

Находясь в своем естественном состоянии, природный газ проявляется как газ при нормальных атмосферных условиях, которые определяются температурой 0 градусов Цельсия и давлением в 760 мм рт. ст. Он может находиться в различных формах: как отложение в скальных породах, так и в нефтяных пластаках в виде газового чехла. Также природный газ можно обнаружить в растворенной форме (в соединении с водой и нефтью) и в виде твердых образований, таких как газовые гидраты, которые иногда нередко называют «горючий лед».

Добыча природного газа — процесс достаточно сложный и требующий значительных ресурсов. Основным методом, используемым для извлечения газа, является бурение скважин, которые должны быть равномерно распределены по всему газовому месторождению. Это делается для оптимизации снижения давления в резервуаре и максимизации извлечения газа.

Из чего состоит

Основным компонентом природного газа является метан (CH₄), который является третьим по распространенности газом во Вселенной. Его содержание в природном газе варьируется от 80% до 98% от общего объема смеси. Однако природный газ может также содержать множество других углеводородов, включая тяжелые углеводороды, в количестве от 1% до нескольких процентов от общего содержания.

Кроме углеводородов, в состав природного газа могут входить и другие соединения, не относящиеся к углеводородам, такие как водород, сероводород, углекислый газ, азот и гелий. Эти примеси, в зависимости от их концентрации, могут влиять на характеристики природного газа и его экономическую стоимость.

Физические свойства

Метан, как и весь природный газ, не имеет ни цвета, ни запаха. Однако стоит отметить, что при концентрации более 4,4% он становится легковоспламеняющимся, что делает его потенциально взрывоопасным. Чтобы минимизировать риски утечек газа, природный газ обрабатывается специальными добавками, которые придают ему характерный резкий и неприятный запах. Это специальное вещество, как правило, этиантиол, помогает обнаружить утечку даже при минимальных концентрациях — до 1% таких добавок.

Интересно, что природный газ полностью сгорает, образуя чистое голубое пламя, что является желаемым результатом сжигания. Если же кислорода не хватает, пламя может приобретать желтый или оранжевый цвет. Эти особенности горения газа объясняются в данном контексте более подробно, учитывая химические реакции, происходящие во время горения.

Поскольку природный газ почти в два раза легче воздуха, он будет подниматься вверх и скапливаться в верхних слоях помещения в случае утечки. Это предопределяет необходимость установки детекторов утечек газа на высоких уровнях.

Пропан (C₃H₈) — это еще один вид газа, который является бесцветным, но токсичным. В отличие от метана, пропан может сжижаться при комнатной температуре и невысоком давлении (12-15 бар), что облегчает его транспортировку и хранение.

Газ, получаемый промышленными методами

Помимо естественных источников, производство газового топлива также может осуществляться искусственными методами. Промышленно изготовленные газы в своей основе используют природные углеводороды, и их наименование восходит к исходным материалам, из которых они произведены, будь то жидкие или твердые топлива.

• Нефтяные газы — это продукты, полученные в процессе обработки нефти или стабилизации бензина (или газолина). В ходе добычи нефти также образуется значительное количество соединительных газов, которые химически не сильно отличаются (включая пропан, бутан, изобутан), но их происхождение варьируется.
• Коксовые газы образуются как побочный продукт при проведении высокотемпературного процесса дегазации угля, а при более низких температурах аналогичный газ представляет собой городской газ.
• Сланцевый газ добывается из горячего сланцевого масла в условиях отсутствия доступа воздуха.
• Термин «газогенератор» происходит от установок, которые превращают материалы, такие как древесина, уголь и торф, в пар или газ, генерируя тепло при температуре вплоть до 1000°C.

Процессы переработки

Вспомогательное

Разделение.

Процесс выявления природного газа непосредственно в окружающей среде часто приводит к его загрязнению различными жидкими и твердыми частицами. Данная форма газа не пригодна для транспортировки или последующего применения, что делает необходимость очистки весьма актуальной.

Сепарация — это процесс, который применяется для очистки природного газа. Он включает в себя разделение сырья на газы, жидкости и твердые частицы, после чего осуществляется удаление нежелательных жидких и твердых компонентов. Этот физический процесс основан на действиях силы тяжести и инерции, которые воздействуют на среду, обладающую различным удельным весом.

Абсорбционная сушка

Интересной и важной технологией, используемой в газовой отрасли, является абсорбционная сушка природного газа. Этот метод заключается в применении специальных жидкостей, называемых абсорбентами, которые способны поглощать из природного газа содержащуюся в нем воду. В качестве абсорбента, как правило, используется гликоль, а в России наиболее распространен диэтиленгликоль (ДЭГ). Гликоль характеризуется отсутствием токсичности, стабильностью во время использования, а также способности к простым регенерационным системам.

В процессе абсорбции газа и абсорбента происходит движение в противоположных направлениях: газ поднимается, а абсорбент проходит вниз, эффективно высушивая природный газ и отправляя впитавший влагу абсорбент на повторное использование через специальные системы.

Готовность.

Кислотные компоненты

Природный газ подвержен влиянию различных примесей, к которым относятся диоксид углерода, сероводород, угарный газ и диоксид серы. Эти соединения значительно снижают энергетическую ценность углеводородного топлива, а также могут вызывать коррозию оборудования и трубопроводов.

Для удаления кислотных компонентов применяются как сухие, так и мокрые процессы, которые основаны на различной растворимости веществ, входящих в состав природного газа.

Разделение углеводородных газов на фракции.

Фракционное разделение углеводородов — это технологический процесс, в ходе которого получают такие компоненты, как благородные газы, легкие углеводороды, топливные газы, а также сырье для химического производства. Этот процесс выполняется на специализированных производственных установках, находящихся вблизи горнодобывающих и промышленных объектов. Основополагающими физико-химическими процессами, заложенными в технологии сепарации, являются:

• Абсорбция.
• Адсорбция.
• Химическая абсорбция.
• Уплотнение.
• Конденсация.
• Коррекция при низких температурах.
• Комбинированные методы.

Современные газофракционирующие установки обеспечивают автоматизированные процессы разделения, позволяя получать необходимые сырьевые компоненты с заданной концентрацией.

Хранение и транспортировка

Природный газ хранится в различных формах и условиях:

• В хранилищах жидкого газа или в высоконапорных контейнерах. В случае с жидким газом поддерживается стабильное давление, тогда как в случае с газом высокого давления объем хранения варьируется в зависимости от потребностей. Оба типа хранилищ требуют значительных капиталовложений, и в связи со сезонными колебаниями потребления строительство новых резервуаров на текущий момент приостановлено.
• Конечный участок магистрального газопровода также выполняет функцию временного хранилища на ночь.
• Нередко природный газ хранится в наземных и подземных хранилищах, которые могут быть представителями как пустот в ранее использовавшихся газовых месторождениях, так и искусственно созданными полостями.
• Дополнительные условия хранения могут обеспечиваться в изотермических резервуарах и цилиндрических или сферических контейнерах, которые изготавливаются из материалов с низким коэффициентом теплового расширения.

Транспортировка природного газа в основном осуществляется через газопроводы, а также с помощью грузовиков, которые перевозят газ в специальных резервуарах и баллонах. В районах, где имеются доступные водные пути, для транспортировки могут быть использованы специальные газовые танкеры.

Применение природного газа в стекольной промышленности, вместо традиционного генераторного газа, позволяет увеличивать производительность стекольного производства на 10-13% и снижает потребление специального топлива на 20-30%. При этом затраты на цемент также снижаются на 20-25%.

Де-Зенинг.

На начальном этапе переработка газа осуществляется на газоперерабатывающих заводах. Природный газ, как правило, содержит множество различных примесей, которые необходимо удалить. Эти примеси могут включать азот, углекислый газ, сероводород и водяной пар. Поэтому газ в первую очередь проходит предварительную обработку на заводах, где его очищают и сушат. Процесс включает сжатие газа до давления, необходимого для дальнейшей очистки. На стадиях очистки газ разделяется на нестабильный бензин и отбензиненный газ, который поступает на транспортировку по трубопроводам.

Нестабильный бензин отделяется от газа и направляется на газофракционирующую установку, откуда извлекаются легкие углеводороды, такие как этан, пропан, бутан и пентан. Эти углеводороды могут служить сырьем для дальнейшей переработки, применяясь, например, для производства полимеров и шин. Сама смесь пропана и бутана представляется как конечный продукт, который затем хранится в баллонах и используется в качестве бытового топлива.

Краски, клей, уксус.

Метанол (CH₃

Природный газ также находит свое место в производстве минеральных удобрений, в частности, на первом этапе используется аммиак. Процесс перевода аммиака из газовой формы в жидкую имеет много общего с процессом конверсии газа, но требует применения различных катализаторов, температурных условий и давления в установках.

Сам по себе аммиак активно используется как удобрение, эффективный хладагент в механизмах холодильной техники, а также как исходное сырьё для производства азотных соединений, таких как азотная кислота, аммиачная селитра и мочевина.

Газовая промышленность представляет собой важный сектор топливной отрасли, охватывающий в себе такие процессы как разведка и эксплуатация месторождений природного газа, транспортировка газа на большие дистанции по трубопроводам, производство искусственного газа на основе угольной и сланцевой основы, переработка природного газа и его дальнейшее использование в различных отраслях промышленности.

Что такое природный газ

Природный газ — это сбалансированное сочетание газов, которые формируются в результате разложения органических соединений под воздействием высокого давления и температуры в недрах земли. Наиболее значительные суммы этого ресурса находятся на глубине от одного до нескольких километров; однако фактическое бурение для извлечения газа может происходить также и на глубине более шести километров. Это важно учитывать, поскольку требования к оборудованию и технологии бурения варьируются в зависимости от глубины.

Крупные запасы природного газа располагаются в таких странах, как Россия, Иран, Туркменистан, Азербайджан, государства Персидского залива и Соединенные Штаты Америки.

Использование природного газа

Фактическая эксплуатация природного газа как топлива началась в середине XIX века, когда немецкий химик Роберт Бунзен изобрел газовую горелку.

Горелки Бунзена работали на искусственном «ярком газе», который получали из переработанных угля или сланца. Эти нововведения быстро открыли новые горизонты для освещения улиц и домов в крупных городах и столицах по всему миру.

В Российской империи газовые горелки начали свое внедрение в таких городах, как Львов, Варшава, Москва, Одесса, Харьков и Киев, а также в Санкт-Петербурге.

Некоторые разновидности природного газа

Существует важная дифференциация между природным газом и так называемым «привязанным» или «нефтяным» газом, которая основывается на уровне содержания в них тяжелых углеводородов. В природном газе содержание тяжелых углеводородов, включая метан, превышает 80% от общей массы газа, в то время как в связанном газе этот процент составляет менее 40%. Остальные компоненты этого газа больше склоняются к наличию этана, пропана и бутана.

Привязанный газ сосредоточен в подземных нефтяных пластах, находясь над нефтью и образуя газовый чехол, который аккумулируется в пористых слоях, покрытых сланцем.

Шифер, как правило, служит барьером, препятствующим выходу газа. В процессе бурения иногда происходят резкие изменения давления, которые могут привести к разрыву связи между газом и нефтью, способствуя утечкам. Однако стоит обратить внимание на недостаток связанного газа — он требуется в обязательном порядке очищать от различных загрязнений, в то время как природный газ часто не нуждается в столь сложных очистных процессах.