Природный газ. Его свойства, добыча и химический состав. Откуда на земле столько нефти,газа,угля? (1 фото)

Есть смесь метана CH 4 с небольшим количеством азота N 2 и углекислого газа СО 2 - то есть, что он качественно тождественен по составу с газом, выделяющимся из болот .

Энциклопедичный YouTube

1 / 4

✪ Природный газ - Это Интересно

✪ Природный газ. Как это работает?

✪ Природный газ и нефть (загадка происхождения и проблема истощения)

✪ № 53. Органическая химия. Тема 14. Источники углеводородов. Часть 1. Природный газ

Субтитры

Химический состав

Основную часть природного газа составляет метан (CH 4) - от 70 до 98 %. В состав природного газа могут входить более тяжёлые углеводороды - гомологи метана :

• этан (C 2 H 6),
• пропан (C 3 H 8),
• бутан (C 4 H 10).

Природный газ содержит также другие вещества, не являющиеся углеводородами:

• гелий (Не) и другие инертные газы .

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):

Месторождения природного газа

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

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 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 .

Запасы природного газа

Добыча и транспортировка

Природный газ находится в земле на глубине от 1000 м до нескольких километров. Сверхглубокой скважиной недалеко от города Новый Уренгой 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 м 3 . Лидирующее положение в добыче газа занимают Россия и США.

Подготовка природного газа к транспортировке

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 (C 3 H 8 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

Транспортировка природного газа

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 танкеры . Обычная вместимость современных танкеров составляет от 150 000 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.

Также есть и другие технологии транспортировки газа, например с помощью железнодорожных цистерн.

Разрабатывались также проекты транспортировки газа с использованием

ХХ век принято считать веком нефти и природного газа. И хотя сегодня за окном ХХІ век, ведущее место в мировой экономике по-прежнему принадлежит им. Наряду с углем, нефть и газ являются основным видом топлива. Трудно поверить, но еще три века назад человечеству не было знакомо слово «газ». Впервые оно появилось в XVII веке благодаря голландскому ученому Ван-Гельмонту. Так он назвал вещество (от греческого «хаос»), которое в обычных условиях способно заполнять все доступное ему пространство без скачкообразного изменения свойств, в чем состоит отличие газа от жидких и твердых тел. является смесью газов, которые образуются в земных недрах путем анаэробного разложения органических веществ.

С выходом природного горючего газа на поверхность земли человечество сталкивалось с древнейших времен. При выходе на поверхность газ часто воспламенялся. Такой факел мог существовать долгое время, его называли «вечным огнем». Такой огонь считался священным, ему поклонялись как божеству и рядом воздвигали храмы. Первые сведения о «священном огне» встречаются у Масуди (X в.). Чаще всего газовые факелы встречались в Месопотамии, Иране, Индии, Китае, у подножья Кавказских гор, в Северной Америке. Марко Поло отмечал в своих записках, что в некоторых районах Китая природный газ применялся для отопления и освещения. По свидетельству известного путешественника Кемпфера, жители Апшеронского полуострова использовали горючий газ для обжига известняков и приготовления пищи (1682—1686 годах). Однако, только в середине XIX в. началось его практическое использование, в промышленных же целях природный горючий газ стали широко использовать в 20-х годах двадцатого столетия.

Природный газ добывают из земных глубин через скважины. Обычно газ находится под землей под давлением. Это давление во много раз выше атмосферного. Разность давлений в газоносном пласте и системе сбора является движущей силой. Как только скважина достигает пласта, на поверхность вырывается мощный газовый поток. Чтобы газовый фонтан не повредил буровую установку, чтобы не случилось самовозгорания, его перекрывают специальными стальными задвижками, после чего под отрегулированным давлением (75 атм) направляют в трубопроводы диаметром до 1,42 м. Продвигаясь по трубопроводу, газ теряет потенциальную силу, т.к. преодолевает силу трения между слоями газа, Возникает трение газа и со стенками трубы. Поэтому, на определенных расстояниях устанавливаются специальные компрессорные станции, где газ дожимается до нужного давления (от 55 до 120 атм) и охлаждается. Несмотря на большие расходы, связанные со строительством и обслуживанием трубопровода, это наиболее экономный способ транспортировки газа на сотни километров. Для транспортировки газа также используются специальные суда (танкеры). В этих газовозах газ перевозится в специализированных изотермических емкостях в сжиженном состоянии. Такой способ доставки газа более экономичный и безопасный. Существуют также технологии доставки газа с помощью железнодорожных цистерн. Хранят газ в газгольдерах — специальных герметических стальных резервуарах в сжатом или сжиженном состоянии. Чтобы газохранилища выдерживали давление сжиженного газа, их делают сферическими. В качестве газохранилища могут использоваться пустоты в недрах земли, возникающие после добычи полезных ископаемых. Это могут быть выработанные месторождения нефти и газа водоносные песчаные пласты, перекрытые сверху и снизу глинистыми породами.

Для бытовых и производственных целей используют как природные, так и искусственные газы, получаемые при окислении воздухом, углекислым газом, кислородом или водяным паром твердого или жидкого топлива. Среди естественных полезных ископаемых, которые относятся к топливно-энергетической группе, природный газ занимает одно из основных мест в области использования его в народном хозяйстве. Это — лучший вид топлива, для которого характерны: легкость розжига; полное сгорание без дыма, копоти и золы; регулирование процесса горения; высокая теплота сгорания. Природный горючий газ используют в качестве горючего в топках промышленных предприятий, в котельных центрального отопления, а также в быту (газовые плиты). В больших городах с централизованным газоснабжением природный или искусственный газ поступает по трубопроводам непосредственно к горелкам газовых плит. Кроме того, осуществляется и местное газоснабжение. В этом случае газ в сжиженном виде доставляют потребителям в баллонах, автомобильных и железнодорожных цистернах, в специальных емкостях. Не менее важен газ и для химической промышленности, где его используют как сырье для производства различных синтетических веществ и материалов, многие из которых вообще не существуют в природе (например, полиэтилен). Мировые запасы природного газа оцениваются в 630 млрд. тут или 4,9% от всей суммы топливных ресурсов. Газовая отрасль имеет огромный потенциал в мировой экономике. Многие предприниматели и бизнесмены уже давно вкладывают немалые денежные средства в эту отрасль. Сегодня купить акции новатэка можно и в интернете. Среди стран, обладающих самыми крупными запасами природного газа, стоит выделить в первую очередь такие страны, как Россия, Иран, США, Канада, страны Персидского залива. Среди стран Европы следует выделить Норвегию и Нидерланды, из стран бывшего СССР — Азербайджан, Туркмению, Казахстан и Узбекистан. По добыче газа России принадлежит одно из лидирующих мест в мире.

Ученые пытаются найти однозначный ответ на вопрос, как образуется природный газ и нефть, ещё со времён первого упоминания о них в 10 веке. Однако пока что существуют лишь гипотезы и теории.

Наиболее "популярной" является так называемая органическая, или биогенная, теория возникновения нефти и газа. Согласно ей, углеводороды образуются в результате распада останков живых организмов в толще земли, в условиях без доступа кислорода. Ещё сотни миллионов лет назад, когда на месте материков разливался океан, погибшие его обитатели опускались на дно, превращаясь в ил или осадочные отложения. Поскольку там не было воздуха и бактерий, способствующих гниению, останки не разлагались. Земная кора двигалась, и эта биологическая масса уплотнялась и погружалась всё глубже и глубже, подвергаясь воздействию высоких температур и давления, что поспособствовало возникновению химических реакций, при которых образуются углеводороды (углерод+водород).

Существует также неорганическая (минеральная) теория возникновения углеводородов, основанная на предположении о дегазации недр земли и перемещении газа, содержащегося в её мантии, в менее плотные слои планеты, опять же, в результате смещения земных плит.

Эта теория основана на наблюдениях Менделеева, констатирующих тот факт, что углеводороды в значительной мере распространены в космосе, в том числе и как составляющие атмосферы других космических тел. По поверхности некоторых из них даже текут целые метановые реки (пример: спутник Сатурна Титан)! Следовательно, знакомый нам газ, хоть и относится с органическим веществам, способен образовываться и путём синтеза из неорганических соединений.

Касательно планеты Земля Менделеев обосновывает это так: при возникновении разломов земной коры вглубь поступает вода и, вступая в контакт с карбидами железа, из которого предположительно состоит земное ядро, образует оксиды железа и углеводороды, этан в том числе. В условиях современных реалий подтверждение этой теории нашему миру наболее выгодно, так как позволяет надеяться на то, что если запасы нефти и газа иссякнут, будет возможность синтезировать их искусственно, пока не закончатся на земле запасы воды. Однако органическая теория возникновения углеводородов имеет гораздо больше доказательств.

Газ может скапливаться в виде "газовых шапок" в местах скоплений нефти. На месторождениях нефти практически всегда присутствует и природный газ, ведь это тот же самый углеводород, только высокомолекулярный, в отличие от низкомолекулярной нефти, и для его образования требуется воздействие более высокого давления.

Что же удерживает газ в толще земной коры, не давая ему раствориться в атмосфере?

Также газ содержится в пластах газоносных пород, или коллекторах. Чаще всего это песчаник, но встречаются коллекторы и из известняка или карбоната. Эти породы пористые, и газ легко бы высвободился наружу, если бы не укрывающий коллектор слой глины.

При подтверждении биогенной теории образования природного газа, а подтвердится она с вероятностью 90%, когда-нибудь земные сокровища исчерпают себя, и придётся искать альтернативный способ получения топлива. К счастью, внушительные залежи газа и нефти на территории России, по некоторым расчётам, позволят нам пользоваться этим благом ещё около 70 лет, а это вполне реальный срок для того, чтобы найти решение проблемы исчерпаемости ресурсов.

Природный газ является смесью из определенных разновидностей газа, которые образуются глубоко в земле после разложения осадочных органических пород. Это полезное ископаемое, которое должно добываться вместе с нефтью или в качестве самостоятельного вещества.

Свойства природного газа

В естественном состоянии газ представлен в виде отдельных скоплений. Их принято называть газовыми залежами, которые скапливаются в земных недрах, как газовые шапки. Природный газ в некоторых случаях может находиться в глубоких слоях земли в состоянии полного растворения - это нефть или вода. Стандартные условия для образования газа - это наличие температурного режима в двадцать градусов и давление около 0,101325 Паскаля. Стоит отметить, что представленное полезное ископаемое из природного месторождения добывается только в газообразном состоянии - газогидраты.

Главные свойства природного газа - это отсутствие всякого запаха и цвета. Чтобы определить утечку, можно добавить такие вещества, как одоранты, которые имеют сильно выраженный и характерно неприятный запах. В большинстве случаев одорант заменяют на этил-меркаптан. Природный газ достаточно широко используют в качестве топлива на электрических станциях, в черной и цветной металлургии, цементных и стекольных промышленных предприятиях. Он может пригодиться во время производства строительных материалов, для коммунальных и бытовых нужд, а также в качестве уникального сырья для получения органических соединений при синтезе.

В каком состоянии транспортируется газ?

Чтобы значительно упростить задачу транспортировки и дальнейшего хранения газа, его необходимо сжижать. Дополнительное условие - это охлаждение природного газа, если есть постоянное повышенное давление. Свойства природного газа предоставляют возможности для перевозки его в обычных баллонах.

Для транспортировки газа в баллоне его необходимо разделить, после чего он будет состоять в большей части из пропана, а также включать в себя более тяжелые углеводороды. Это происходит потому, что метан и этан не могут находиться в жидких состояниях, особенно если воздух достаточно теплый (18-20 градусов). При транспортировке природного газа необходимо соблюдать все требования и установленные нормы. В противном случае можно столкнуться с взрывоопасными ситуациями.

Что собой представляет сжиженный природный газ?

Сжиженный газ является определенным состоянием природного газа, который охладили при помощи давления. Сжиженный природный газ приводится в такое состояние для того, чтобы его было легче хранить, и он не занимал много места при транспортировке. Таким образом, его можно доставить до конечного потребителя. Плотность газа в два раза меньше плотности бензина. В зависимости от состава его температура кипения может достигать до 160 градусов. Коэффициент сжижения или экономический режим составляет до 95 процентов.

Газ, который находится в скважинах, необходимо тщательным образом подготовить для дальнейшей транспортировки, чтобы привезти его на предприятия. Это могут быть химические заводы, котельные, а также городские газовые сети. Важность правильной подготовки заключается в том, что в природном газе находятся разнообразные примеси, которые вызывают определенные затруднения во время его транспортировки и применения.

Как добывается газ на территории России

Природный газ образуется в процессе смешивания разнообразных видов газа, которые находятся в земной коре. Глубина может достигать почти 2-3 километра. Газ может появиться в результате высокого температурного режима, а также давления. Но доступ кислорода к месту добычи должен полностью отсутствовать.

Добыча природного газа на территории Российской Федерации осуществляется сегодня в самой глубокой скважине. Она располагается возле города Новый Уренгой, где скважина уходит вглубь почти на шесть километров. Газ в этих недрах находится под сильным и высоким давлением. Правильная добыча природного вещества - это бурение скважин. В местах, где есть газ, ставят несколько скважин. Специалисты стараются выполнить бурение равномерно, чтобы пластовые давления имели одинаковое распределение.

Химический состав природного газа

Газ, который добывают из природных месторождений, состоит из углеводородных и не углеводородных компонентов. Природный газ - это метан, который включает в себя более тяжелые гомологи - этан, пропан и бутан. В некоторых случаях можно встретить природное вещество, в котором есть пары пентана и гексана. Углеводород, который содержится в залежах, принято считать тяжелым. Он может образовываться исключительно в процессе образования нефти, а также при преобразовании рассеянных органических веществ.

Помимо углеводородных компонентов, в природном газе имеются примеси диоксида углерода, азота, сероводорода, гелия и аргона. В газонефтяных месторождениях в некоторых случаях присутствуют жидкие пары.

Природный газ - полезное ископаемое группы осадочных горных пород, которое являет собой смесь газов. Этот ресурс возник в результате разложения органических веществ в недрах Земли. Экологи признают природный газ самым чистым видом органического топлива.

Характеристики и виды природного газа

Характеристика природного газа зависит от его состава. Он легче воздуха в 1,8 раза, температура самовозгорания 650°C. Сухой газ имеет плотность от 0,68 кг/м 3 до 0,85 кг/м 3 , а жидкий 400 кг/м 3 . Смесь газа с воздухом от 5% до 15% объёма - является взрывоопасной. Удельная теплота сгорания от 8-12 квт-ч/м 3 . При использовании природного газа в двигателях внутреннего сгорания октановое число равняется от 120 до 130.

Большая часть природного газа - это смесь газоподобных углеводородов. Основную часть составляет метан (СН 4 - до 98%), а также тяжелые углеводороды - этан С 2 Н 6 , пропан С 3 Н 8 , бутан С 4 Н 10 . В состав входят и другие неуглеродные вещества: водород Н 2 , сероводород Н 2 S, диоксид углерода СО 2 , азот N 2 , гелий Не.

В чистом виде природный газ не имеет ни цвета, ни запаха. Для облегчения определения места утечки, к нему подмешивают одоранты, вещества с неприятным запахом.

Виды природного газа:

• сжиженный (СУГ);
• болотный;
• нефтяной;
• угольный;
• газовые гидраты;
• сланцевый;
• светильный;
• коксовый;
• компримированный или сжатый (КПГ);
• попутный нефтяной;
• по ярусам и подъярусам земляного пласта мелового периода, откуда он добывается сегодня - туронский, сеноманский, валанжинский, ачимовский.

Месторождение природного газа

В основном, залежи природного газа находятся в осадочной оболочке земной коры. Огромными запасами природного газа владеет Россия (Уренгойское месторождение), в Европе - Норвегия, Нидерланды, большинство стран Персидского залива, Иран, Канада, США, большие залежи есть в Азербайджане, Узбекистане, Туркмении и Казахстане. Газовые гидраты в огромном количестве присутствуют на большой глубине под морским дном, также и под землей.

Добыча природного газа

Перед проведением добычи, сначала проводят разведку - гравитациоанную, магнитную, сейсмическую или геохимическую. Однако единственный достоверный способ выяснить, есть ли под вами запас газа, - бурение скважины. Природный газ находится на глубине от одного километра. В недрах Земли газ находится в микроскопических порах, которые соединены между собой каналами - трещинами, по них под высоким давлением этот важный ресурс проникает в поры более низкого давления до тех пор, пока не окажется внутри скважин. Все это осуществляется в соответствии с законом Дарси - фильтрации газов и жидкостей в пористой среде. Газ выходит из недр в результате того, что в скважинах он находится под давлением, что в несколько раз превышает атмосферное.

Газ добывают с помощью скважин, которые равномерно распределяют по всей площади месторождения. Это делается для равномерного падения пластового давления в залежи. Добытый газ подготавливают к транспортировке. Транспортируют газ трубопроводами, специальными танкерами-газовозами, железнодорожными цистернами.

Использование природного газа

Природный газ используют как высокоэкономичное топливо для электростанций, для цементной и стеклянной промышленности, черной и цветной металлургии, производства стройматериалов, получения различных органических соединений. Этот важный ресурс используется для и для коммунально-бытовых нужд. Источник энергии для мегаполисов, моторное топливо, краска, клей, уксус, аммиак - все это мы имеем благодаря природному газу.