На сегодняшний день природный газ является одним из самых популярных разновидностей топлива. Он также используется в жилых домах. Несмотря на все меры безопасности, которые используются при контакте с газом, взаимодействие с ним несет некоторый риск. Чем пахнет газ? Как определить его утечку?
Общая характеристика
Метан — в обычных условиях легкий бесцветный газ, без вкуса и запаха.
Однако в метан, используемый в качестве технического газа, могут добавляться одоранты – вещества, имеющие резкий неприятный запах для предупреждения его утечки.
Метан является одним из парниковых газов.
Его вклад в парниковый эффект составляет 4-9 %.
Он пожаро- и взрывоопасен.
Метан, CH4 — простейший по составу предельный углеводород, органическое вещество класса алканов.
В природе содержится в природном газе, добываемом из газовых и газоконденсатных месторождений, в попутном нефтяном газе, в рудничном и болотном газах. Также растворен в нефти, в пластовых и поверхностных водах. В твердом состоянии встречается в виде газогидратов.
Почему это происходит?
Многие интересуются, пахнет ли газ и какими путями возможна его утечка. Большинство из нас хорошо знакомы с запахом природного газа, который используется в современных газовых печах, поэтому обычно мы без труда можем определить утечку. А происходить она может по ряду следующих причин:
Часто утечка природного газа наблюдается при самостоятельном несанкционированном подключении газового оборудования без привлечения компетентных газовых служб.
Часто этот взрывоопасный газ называют «болотным». Всем известен его специфический запах, но на самом деле это — специальные добавки «с запахом газа», которые добавляются для того, чтобы его распознать. При сгорании он практически не оставляет вредных продуктов. Помимо всего прочего, этот газ довольно активно участвует в образовании всем известного парникового эффекта.
— газ, обычно связанный с живыми организмами. Когда в атмосферах Марса и Титана обнаружился метан, у ученых появилась надежда на то, что на этих планетах существует жизнь. На Красной планете метана немного, а вот Титан буквально «залит» им. И уж если не для Титана, то для Марса биологические источники метана столь же вероятны, как и геологические.
Метана много на планетах-гигантах — Юпитере, Сатурне, Уране и Нептуне, где он возник как продукт химической переработки вещества протосолнечной туманности. На Земле он редок: его содержание в атмосфере нашей планеты — всего 1750 частей на миллиард по объему (ppbv).
К материалу «На шахте «Юбилейная» в Кузбассе произошла вспышка метана»
Метан, или «гремучий газ», природный газ без цвета и без запаха, считается смертельным врагом шахтера, так как значительные его массы содержатся в каменноугольных копях, где происходит разложение органических остатков. В шахтах он скапливается в пустотах среди пород, в основном, под кровлей выработок и от малейшей искры может в любой момент взорваться. Обычно выброс метана происходит одновременно с выбросом или обрушением угольной породы. С того самого момента, как начались подземные разработки угля, взрывы метана стали уносить жизни горняков.
Когда еще не было электричества, виноват был обычно открытый огонь — масляные лампы, свечи, факелы, поэтому горнякам под землей запрещалось курить, зажигать спички и так далее. Но бывало и так, что и без взрывов из шахт выносили мертвых горняков, отравившихся рудничным газом. Поэтому с незапамятных времен горняки научились отслеживать своего врага. Сто лет назад они брали под землю клетку с канарейкой, и пока слышалось пение птицы можно было работать спокойно: в шахте нет гремучего газа. Если же канарейка замолкала на долгое время, а еще хуже — навсегда, значит — рядом смерть. В начале XIX века известный химик Х.Дэви изобрел безопасную шахтерскую лампочку, затем на смену ей пришло электричество, но взрывы на угольных шахтах продолжались.
Построенные в 40-50 -х годах ХХ века шахты были уже оснащены контрольно-измерительным оборудованием, правда, его чувствительность была не намного выше, чем у канарейки. В наши дни канарейку заменили головные светильники, совмещенные с метаноискателями, и автоматические установки локализации взрывов метана и угольной пыли в начальной стадии их возникновения. Для того, чтобы максимально сократить возможность пожаров и других ЧП на угольных шахтах, под землей начинают устанавливать специальные датчики, которые из забоя передают информацию на поверхность: содержание метана, других газов, температуру воздуха. Диспетчер контролирует ситуацию в любом уголке горных выработок. Главное предназначение системы автоматического контроля — исключение взрыва при выбросе газа. Как только концентрация метана превышает допустимую норму (в зависимости от участка шахты — от 0,75% до 2%), аппаратно-программный комплекс (КАГИ) полностью отключает напряжение на всем электрооборудовании данного участка, также перед проведением работ на шахте проводятся меры предварительной дегазации.
Несмотря на это и сегодня шахтеры нередко все еще пользуются дедовским способом — берут с собой в забои канареек. Но птица стоит дорого, поэтому в некоторых шахтах горняки экономят и берут с собой вместо канарейки чифирь (крепко заваренный чай). По словам горняков, в потенциально опасных туннелях необходимо смочить чифирем язык: очень горький на вкус напиток становится сладковатым и отдает металлом там, где есть повышенная концентрация метана, а это верный знак того, что из этого места нужно уходить.
Природный газ (Natural gas) — смесь газов, образовавшихся в недрах Земли при анаэробном разложении органических веществ — катагенетического преобразования органического вещества осадочных горных пород.
Он не имеет ни цвета, ни запаха.
Легче воздуха в 1,8 раза.
Горюч и взрывоопасен.
При утечке не собирается в низинах, а поднимается вверх.
Природный газ относится к полезным ископаемым.
Газ — это энергоресурс: 1 млрд м3 газа = 10,46 ТВт*час электроэнергии.
При сжигании 0,083 м3 — 0,125 м3 ( в среднем 0,1 м3) природного газа (в зависимости от состава природного газа и условий его сгорания) образуется 1 кВт*ч тепловой энергии.
Перевод единиц МВт*час в единицы объема для природного газа: 1 МВт*час = 95,3 м3.
Перевод Btu в единицы объема для природного газа: 1000 м3 = 35,8 млн Btu.
Обратный перевод 1 млн Btu = 27,9 м3.
Природный газ в пластовых условиях (условиях залегания в земных недрах) находится:
При стандартных условиях (101,325 кПа и 20 °C) природный газ находится только в газообразном состоянии.
В определенных термодинамических условиях:
Газогидратные залежи обладают более высокой концентрацией газа в единице объема пористой среды, чем в обычных газовых месторождениях, так как 1 объем воды при переходе ее в гидратное состояние связывает до 220 объемов газа.
1 нормальный кубический метр газа (Нм3) — внесистемная единица измерения газа, который в газообразном состоянии занимает 1 м3 при нормальных условиях (давление 760 мм ртутного столба, что соответствует 101325 Па, и температура 0 °С).
В ИЮПАК принято системное понятие «стандартных условий» (давление 105 Па,и 0 °С).
Состав природного газа
Основная часть — метан (CH4) — 92 — 98 %.
В состав природного газа могут также входить более тяжелые углеводороды — гомологи метана:
а также другие неуглеводородные вещества:
В зависимости от содержания метана выделяются 2 основные группы природного газа:
Многие газовые месторождения, залегающие на глубине не более 1,5 км, состоят из метана с небольшими примесями его гомологов (этапа, пропана, бутана), азота, аргона, иногда углекислого газа и сероводорода, но с глубиной содержание гомологов метана обычно растет.
В газоконденсатных месторождениях (ГКМ) содержание гомологов метана значительно выше, чем метана.
Больше гомологов метана и у нефтяных попутных газов (ПНГ).
В отдельных газовых месторождениях наблюдается повышенное содержание углекислого газа CO2, сероводорода H2S и азота.
Чтобы можно было определить утечку по запаху, в газ добавляют небольшое количество веществ — Одорантов.
Одорант (Odorant) специально выбирают с сильным неприятным запахом (гнилой капусты, прелого сена, тухлых яиц).
Чаще всего в качестве одоранта применяется этилмеркаптан (16 г / 1000 м3 природного газа).
Для облегчения транспортировки и хранения природного газа его сжижают, охлаждая при повышенном давлении.
Ориентировочные физические характеристики (зависят от состава; при нормальных условиях, если не указано другое):
Плотность природного газа:
Температура самовозгорания: 650 °C;
Взрывоопасные концентрации смеси газа с воздухом от 5 % до 15 % объёмных;
Удельная теплота сгорания: 28-46 МДж/м³ (6,7-11,0 Мкал/м³);
Октановое число при использовании в двигателях внутреннего сгорания: 120-130.
Легче воздуха в 1,8 раз, поэтому при утечке не собирается в низинах, а поднимается вверх.
Месторождения
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 давлении, чем нефть.
С этим согласуется тот факт, что месторождения газа часто расположены глубже, чем месторождения нефти.
Промышленные месторождения газов природных горючих встречаются в виде:
Природный газ находится в земле на глубине от 1000 метров до нескольких километров в отложениях всех геологических систем, начиная с конца протерозоя и на различных глубинах, но чаще всего до 3 км.
Газовые залежи по особенностям их строения разделяются на 2 группы:
Среди пластовых наиболее распространены сводовые залежи, сохраняемые мощной глинистой или галогенной покрышкой.
Подземными природными резервуарами служат:
Месторождение — это несколько залежей, подчиненных единой геологической структуре.
Залежи формируются в природных ловушках на путях миграции газа.
Миграция происходит в результате:
Сверхглубокой скважиной недалеко от г. 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 определенным законам.
Для разведки газа проводят геологоразведочные работы (ГРР).
Для добычи газа обустраивают нефтегазовый промысел.
Газ добывают из недр земли с помощью скважин.
Скважины стараются разместить равномерно по всей территории месторождения.
Это делается для равномерного падения пластового давления в залежи.
Иначе возможны перетоки газа между областями месторождения, а также преждевременное обводнение скважин.
Газ выходит из недр вследствие того, что в пласте находится под давлением, многократно превышающем атмосферное.
Структура месторождений различны для складчатых и платформенных условий.
В складчатых районах выделяются 2 группы структур: связанные с антиклиналями и моноклиналями.
В платформенных районах — 4 группы структур:
Все газовые месторождения и ГКМ приурочены к определенному газонефтеносному осадочному (осадочно-породному) бассейну, представляющему собой автономные области крупного и длительного погружения в современной структуре земной коры.
Различают 4 группы:
Огромными запасами природного газа обладают Россия, Иран, большинство стран Персидского залива, США, Канада.
Из европейских стран — Норвегия, Нидерланды.
Среди бывших республик СССР большими запасами газа владеет Туркмения, Азербайджан,Узбекистан а также Казахстан.
Наиболее крупными месторождениями в РФ являются:
Газли — 445 млрд м3 в Средней Азии;
Шебелинское — 390 млрд м3 на Украине.
США — 8,3 трлн м3, Алжир — 4,0 трлн м3, Иран — 3,1 трлн м3, Нидерланды — 2,3трлн м3;
Крупнейшие месторождения (в трлн м3): в США — Панхандл-Хьюготон -1,96; в Нидерландах — Слохтерен (Гронинген) -1,65; в Алжире — Хасси-Рмель -около 1.
В 2011 г, согласно данным ЦДУ ТЭК РФ, добыча газа в России составила 670,5 млрд м³ /год
Добыча и подготовка
Природный газ добывается на нефтегазопромыслах.
Осушка — 1я стадия обработки природного газа:
Отбираемый газ уносится вместе с содержащейся в пластах водой.
Пары воды в газе усложняют техпроцесс его транспортировки по газопроводам.
Для очистки природного газа от сероводорода чаще применяют процесс Клауса:
SO2 + 2H2S = 3S + 2H2O.
Сероводород и меркаптаны:
Применение
Преимущества природного газа перед нефтью и углем:
Недостатки газа, как энергоносителя:
Сырье для газохимии
Метан — простейший углеводород, бесцветный газ без запаха. Его химическая формула — CH4. Малорастворим в воде, легче воздуха. При использовании в быту, промышленности в метан обычно добавляют одоранты со специфическим «запахом газа». Основной компонент природных (77—99%), попутных нефтяных (31—90%), рудничного и болотного газов (отсюда другие названия метана — болотный или рудничный газ).
На 90–95% метан имеет биологическое происхождение. Травоядные копытные животные, такие как коровы и козы, испускают пятую часть годового выброса метана: его вырабатывают бактерии в их желудках. Другими важными источниками служат термиты, рис-сырец, болота, фильтрация естественного газа (это продукт прошлой жизни) и фотосинтез растений. Вулканы вносят в общий баланс метана на Земле менее 0,2%, но источником и этого газа могут быть организмы прошлых эпох. Промышленные выбросы метана незначительны. Таким образом, обнаружение метана на планете типа Земли указывает на наличие там жизни.
Метан образуется при термической переработке нефти и нефтепродуктов (10—57% по объёму), коксовании и гидрировании каменного угля (24—34%). Лабораторные способы получения: сплавление ацетата натрия со щелочью, действие воды на метилмагнийиодид или на карбид алюминия.
В лаборатории получают нагреванием натронной извести (смесь гидроксидов натрия и калия) или безводного гидроксида натрия с уксусной кислотой. Для этой реакции важно отсутствие воды, поэтому и используется гидроксид натрия, так как он менее гигроскопичен.
Запах газа
В бытовых целях используется газ метан. Его концентрация составляет около 98-99 %. Чем пахнет газ? Метан является летучей субстанцией, которая не имеет ни вкуса, ни запаха. Что же ощущают люди, когда в очередной раз они открывают газовую конфорку? Дело в том, что из соображений безопасности и легкого обнаружения утечки в метан добавляют дополнительные пахучие вещества — одоранты, благодаря которым это становится возможным.
Одоранты добавляют на газораспределительных станциях при подготовке газа к дальнейшей эксплуатации. Чем пахнет газ, который используется в бытовых целях? Его запах знаком каждому человеку, который имеет дома газовую плиту. Некоторые сравнивают его с запахом тухлой капусты, однако на самом деле сложно описать его.
Применение метана
Метан — наиболее термически устойчивый насыщенный углеводород. Его широко используют как бытовое и промышленное топливо и как сырьё для промышленности. Так, хлорированием метана производят метилхлорид, метиленхлорид, хлороформ, четырёххлористый углерод.
При неполном сгорании метана получают , при каталитическом окислении — , при взаимодействии с серой — .
Термоокислительный крекинг и метана— важные промышленные методы получения .
Автомобильное топливо
Метан широко используется в качестве моторного топлива для автомобилей. Однако плотность природного метана в тысячу раз ниже плотности бензина. Поэтому, если заправлять автомобиль метаном при атмосферном давлении, то для равного с бензином количества топлива понадобится бак в 1000 раз больше. Чтобы не возить огромный прицеп с топливом, необходимо увеличить плотность газа. Это можно достичь сжатием метана до 20–25 МПа (200–250 атмосфер). Для хранения газа в таком состоянии используются специальные баллоны, которые устанавливаются на автомобилях.
Метан и парниковый эффект
Метан является . Если степень воздействия углекислого газа на климат условно принять за единицу, то парниковая активность метана составит 23 единицы. Содержание в атмосфере метана росло очень быстро на протяжении последних двух столетий.
Сейчас среднее содержание метана CH4 в современной атмосфере оценивается как 1,8 ppm (parts per million, частей на миллион). И, хотя это в 200 раз меньше, чем содержание в ней углекислого газа (CO2), в расчете на одну молекулу газа парниковый эффект от метана — то есть его вклад в рассеивание и удержание тепла, излучаемого нагретой солнцем Землей — существенно выше, чем от СО2. Кроме того, метан поглощает излучение Земли в тех «окошках» спектра, которые оказываются прозрачными для других парниковых газов. Без парниковых газов — СO2, паров воды, метана и некоторых других примесей средняя температура на поверхности Земли была бы всего –23°C , а сейчас она около +15°C.
Метан высачивается на дне океана через трещины земной коры, выделяется в немалом количестве при горных разработках и при сжигании лесов. Недавно обнаружен новый, совершенно неожиданный источник метана — высшие растения, но механизмы образования и значение данного процесса для самих растений пока не выяснены.
Профилактические меры
Гораздо легче предотвратить утечку газа, нежели исправлять ее последствия. Также очень важно знать, как пахнет газ, для того, чтобы безошибочно определить проблемы.
Очень важно проводить профилактические меры, которые заключаются в следующем:
Также категорически запрещается самостоятельно устанавливать газовое оборудование. Этим должен заниматься только сертифицированный специалист.
Свойства метана
Метан горит в воздухе голубоватым пламенем, при этом выделяется энергия около 39 МДж на 1м3. С воздухом образует . Особую опасность представляет метан, выделяющийся при подземной разработке месторождений полезных ископаемых в горные выработки, а также на угольных обогатительных и брикетных фабриках, на сортировочных установках. Так, при содержании в воздухе до 5–6% метан горит около источника тепла (температура воспламенения 650—750 °С), от 5–6% до 14–16% взрывается, свыше 16% может гореть при притоке кислорода извне. Снижение при этом концентрации метана может привести к взрыву. Кроме того, значительное увеличение концентрации метана в воздухе бывает причиной удушья (например, концентрации метана 43% соответствует 12% O2).
Взрывное горение распространяется со скоростью 500—700 м/сек; давление газа при взрыве в замкнутом объёме равно 1 Мн/м2. После контакта с источником тепла воспламенение метана происходит с некоторым запаздыванием. На этом свойстве основано создание предохранительных взрывчатых веществ и взрывобезопасного электрооборудования. На объектах, опасных из-за присутствия метана (главным образом, угольные шахты), вводится т.н. газовый режим.
При 150-200 °С и давлении 30-90 атм метан окисляется до
Метан образует соединения включения — газовые гидраты, широко распространенные в природе.
Что делать?
Как пахнет газ при утечке? Его можно обнаружить по характерному кисловатому аромату, который довольно специфичен. При высокой концентрации запах становится сильным и ярко выраженным. При обнаружении подобных изменений воздуха первым делом нужно найти газовый кран и полностью перекрыть его. В это время рекомендовано не дышать или закрыть нос материей, так как газ чрезвычайно токсичен.
При невозможности закрыть газ или его высокой концентрации рекомендовано открыть окна и двери нараспашку для того, чтобы снизить его концентрацию в квартире.
Также рекомендовано обесточить жилище, так как даже незначительная искра в выключателе может привести к воспламенению газа.
Недопустимым считается курение или использование каких-либо легковоспламеняющихся веществ. Рекомендуется оповестить соседей об утечке газа. После этого важно вызвать газовую службу, в обязанности который входит выявить и устранить утечку газа, а также починить неисправное газовое оборудование.
Промышленное производство
Метан в промышленных и лабораторных условиях получается в результате следующих химических реакций:
Химические свойства метана
Почти не растворяется в воде и других полярных растворителях.
Зато растворяется в некоторых неполярных органических веществах (метанол, ацетон, бензол, тетрахлорметан, диэтиловый эфир и другие).
Метан по токсикологической характеристике относится к веществам 4го класса опасности (малоопасным веществам) по ГОСТ 12.1.007.
Метан трудно вступает в химические реакции.
В обычных условиях не реагирует с концентрированными кислотами, расплавленными и концентрированными щелочами, щелочными металлами, галогенами (кроме фтора), перманганатом калия и дихроматом калия в кислой среде.
Химические свойства метана аналогичны свойствам других представителей ряда алканов.
Так как метан в большом количестве встречается в природе (например, содержится в природном газе, попутном нефтяном газе и выделяется при крекинге нефтепродуктов), его, как правило, не получают искусственно.
Его выделяют при очистке и сепарации из природного газа, ПНГ и нефти при перегонке.
Кроме того, его получают из метаногидратов (гидратов природного газа), в процессе эксплуатации биогазовых установок и пр.
Признаки утечки газа
Чем пахнет газ? Он имеет ярко-выраженный запах, который помогает определить утечку. Однако в ряде случаев, в том числе и из-за проблем с обонянием, некоторые люди могут не заметить его утечку. Что делать в таких случаях? Нужно обратить внимание на другие симптомы, так, например, при большой концентрации вещества в воздухе появляются такие симптомы:
Данные признаки называются газовым отравлением, потому что указывают на насыщение им крови. По характерным симптомам можно определить утечку газа.