Обычный газ это

Природный газ — это один из важнейших сырьевых ресурсов на Земле, который широко используется в быту и промышленности. Представляет собой концентрацию углеводородов, которые образовались в недрах нашей планеты.

Природный газ находится в газообразном состоянии при нормальных условиях (0 градусов Цельсия и давление 760 мм ртутного столба). В таком случае он находится или в горных породах в виде залежей, или в месторождениях нефти в виде газовых шапок. Кроме того, он встречается в растворенном (в нефти и воде) и твердом (газовые гидранты, которые еще называют «горючий лед») состоянии.

Поэтому добыча газа может стать достаточно нетривиальной задачей: приходится приложить немало усилий по его извлечению. Основным способом добычи газа являются скважины, которые необходимо равномерно размещать по территории месторождения. Делается это для уменьшения пластового давления.

Из чего состоит

В химическом составе основу природного газа составляет метан (CH4) — третий по распространенности газ во Вселенной. Доля этого простейшего углеводорода составляет от 80 до 98 процентов. В состав также могут входить другие тяжелые углеводороды, доля которых может колебаться от единиц до сотых долей процента:

Кроме того, могут входить и другие неуглеводородные вещества: водород, сероводород, углекислый газ, азот или гелий.

Физические свойства

Метан (а следовательно, и природный газ) бесцветен и не имеет запаха. При концентрации более 4,4% в воздухе – взрывоопасен, из-за своей высокой горючести. Именно по этим причинам проводят одоризацию газа перед подачей в квартиры: подмешивают специальное вещество (обычно это этантиол) с резким неприятным запахом. Утечку даже 1% такой смеси можно определить по запаху. Особенно важно, что это абсолютно не сказывается на его горении: газовая смесь сжигается полностью, чистым голубым пламенем. Если кислорода для горения недостаточно, то пламя может окраситься в желтый или оранжевый цвет. Подробнее о причинах подобного мы рассказали в этой статье.

Природный газ легче воздуха почти в два раза, поэтому при утечке скапливается вверху, а не около пола. Именно поэтому датчики утечки газа должны устанавливаться как можно выше.

Происхождение

Не поверите, но ученые все еще не пришли к единому мнению насчет происхождения газа. Поэтому на сегодня существует две популярные теории.

Сторонники минеральной теории утверждают, что все химические элементы уже находятся в мантии Земли. Поэтому из-за процесса дегазации углеводороды поднимаются ближе к поверхности, образуя залежи.

Согласно биогенной теории природный газ образовался в результате разложения живых организмов, под действием бактерий, высокого давления и температуры.

Самое удивительное, что газу даже поклонялись! И хотя в 4 веке до нашей эры его уже использовали в Китае для освещения и отопления, на территории современного Азербайджана в 7 веке был воздвигнут храм Атешгях, где проходили служения для огнепоклонников вплоть до 19 века.

А в России?

Впервые в России газ начали использовать почти 210 лет назад. В 1811 году изобретатель Петр Соболевский представил общественности термоламп – прибор для получения газа. По указу Александра Первого изобретатель был награжден орденом. А в 1819 году в Санкт-Петербурге зажглись первые газовые фонари на Аптекарском острове.

Месторождения газа

Самая богатая страна в мире по запасам природного газа – Россия. Практически 25% от всех запасов мира находятся на нашей территории. Самое крупное месторождение в мире находится в Персидском заливе на территории Катара и Ирана. Крупнейшее в России расположено в Ямало-Ненецком автономном округе около поселка Уренгой. Оно занимает третье место в мире и было открыто в 1966 году.

Где используется

Голубое топливо широко используется для отопления, нагрева воды и приготовления пищи. Все чаще автомобили и техника оборудуются газовыми баллонами. Кроме того, газ может использоваться для получения органических веществ, например, пластмассы.

В отличие от других углеводородных ископаемых природный газ является самым чистым топливом. При его сгорании образуется только вода и углекислый газ, без образования копоти и золы. Но экологи бьют тревогу: выбросы большого количества CO2 могут привести к возникновению парникового эффекта и изменению климата. Однако, при сжигании природного газа этих выбросов существенно ниже, чем при использовании нефти.

СМИ и интернет пестрят статьями «Газ – наше все!» и «да что мы можем, кроме самого простого – газ качать?» Одновременно ругают и хвалят Газпром и НОВАТЭК, одновременно газ и двигатель бюджета и тормоз модернизации экономики. Криков и рассуждений пруд пруди, а вот ответов на наши любимые «детские» вопросы найти – постараться надо.

Что такое вообще природный газ, одинаков ли он во всех трубах и во всех скважинах или нет? Почему специалисты по газу говорят, что он не пахнет, а на кухнях у себя мы любую утечку именно носом и чуем? Заглянешь в профессиональные статьи – там сам черт ногу сломит от кубометров, тонн, британских термальных единиц и прочих тонн условного топлива. Так что же происходит на всевозможных буровых установках, компрессорных станциях, отличий газоперерабатывающих заводов от газоперерабатывающих комбинатов, почему так много денег требуется для сжижения газа, а на регазификацию сжиженного – в разы меньше. И почему, в конце концов, сжиженный газ на кораблях-газовозах требует температуры в -162 градуса, а в зажигалках с ним все в порядке и при положительных температурах? Несмотря на задуманную краткость, слов придется нам написать, а вам прочитать достаточно много, так что это только начало, но «порции» большими не будут. Как всегда – минимум формул и объем, необходимый не столько для глубокого погружения в органическую химию и физические свойства газа, сколько для понимания того, насколько непрост такой «простой и привычный» нам природный газ, из чего складывается цена на него, почему газ трубопроводный всегда будет дешевле газа сжиженного, зачем строят в Амурской области газоперерабатывающий завод и чем он будет отличаться от планируемого там же газоперерабатывающего комбината.

Затаенное дыхание планеты

Когда говорят о культуре, почему-то чаще всего вспоминают литературу и изобразительное искусство, скульптуру, балет, музыку и поэзию. Неумение разбираться во всем этом служит основанием обзывать человека «дикарем». Но наша с вами цивилизация – это не только изящные искусства, не только песни и пляски. Наша цивилизация – цивилизация моторов и электричества, цивилизация нефти, газа, атома. Наша цивилизация – это одухотворенный, неистовый и осмысленный протест против Второго закона термодинамики: мы не хотим и не позволяем расти энтропии на нашей Земле. И делаем мы это потому, что каждый из нас – сгусток энергии, воли и разума, отрицающего тепловую смерть. Наша цивилизация – это неуклонное, год за годом и век за веком покорение энергии, подчинение ее нашему уму и желаниям. Нашу цивилизацию создали удивительные люди – ученые, конструкторы, инженеры, простые рабочие, исповедовавшие религию техносферы, читающие евангелия энергомашин, служившие молебны энергопусков, вместо свечей ставившие громадины опор электропередач, читавшие молитвы законов электромагнетизма, физики и химии. Их схимна – глубочайшие скважины в недоступных местах, покоренные реки, перегороженные плотинами, гудящие провода и тихая, беззвучная мощь атомных реакторов, компрессорные станции, которые гонят сконцентрированную энергию на тысячи и тысячи километров. Совершаемые ими таинства их религии дают нам свет и тепло, заставляют работать двигатели насосов и тепловозов, самолетов и кораблей, автомобилей и ракет. Не зная основ религии и культуры техносферы, имеем ли мы право причислять себя к знатокам культуры?..

Газовое ассорти

То, что мы называем привычной идиомой «природный газ» – всегда смесь разных газов, которые образовались в незапамятные времена в недрах нашей планеты при анаэробном разложении органических веществ. Органические вещества – это понятно, «анаэробный» – значит, при отсутствии воздуха. Сжало-сдавило в тех недрах органику так, что места для воздуха просто не осталось, и осталась органика вот в таких ловушках на миллионы лет. Залегает природный газ в пластах земных пород отнюдь не одинаково, лежит он в разных частях планеты разное количество лет, образуется он при чуточку разных давлениях и температурах, да и органика, из которой он образовался, вовсе не была неким «единым стандартом». Потому в разных месторождениях природный газ – разный. Разное количество химических веществ в его составе, разные пропорции в этом «ассорти», потому и обработка, которой его надо подвергать, прежде, чем «затолкать» в трубу, в топку электростанции и в маленькие конфорки на кухне, на разных месторождениях всякий раз индивидуальна, всякий раз требует творческого подхода к разработке технологий переработки.

Какие-то месторождения природного газа «в полном порядке» – в газовых залежах, добывать его из них легко и приятно. Впрочем, о «легкости» мы еще не раз поговорим, легко это делать только в сравнении с трудами, которые приходится тратить, чтобы забрать его из газовых шапок нефтегазовых месторождений или из раствора в нефти и воде – бывают и такие случаи. При нормальных условиях, то есть при нуле градусов Цельсия и атмосферном давлении в 762 мм ртутного столба (они же – 101,325 кПа, килопаскалей) природный газ всегда в газообразном состоянии, уж простите за это «масло масляное». Встречается газ и в кристаллообразном состоянии, в виде естественных газогидратов, но про подобную газовую экзотику вспомним попозже.

Основная часть природного газа – это метан, его в химической подземной смеси обычно от 70 до 98%. Разброс достаточно большой, но чему тут удивляться – и состав органики, из которой он образовался, мог быть совершенно разным, и температуры с давлением, при которых матушка-природа нам его припасала – тоже разные. СН4 – вот несложная химическая формула метана, к 1 атому углерода «приклеены» 4 атома водорода. Для нас с вами важнее всего, что этот газ, не имеющий ни цвета, ни запаха, чрезвычайно горюч и даже взрывоопасен при концентрации в воздухе выше 4,5%. За время существования нашей цивилизации «на счету» метана жизни сотен тысяч, если не миллионов горняков – именно метан при малейшем нарушении правил безопасности взрывается и горит в шахтах всего мира. Но есть и обратная сторона медали – его теплотворность обеспечивает газовые электростанции тем количеством электроэнергии, которая обеспечивает технологические промышленные производства и нашу с вами комфортную жизнь. Да и в конфорках газовых плит горит все тот же метан, к которому прибавляют остро пахнущие вещества, помогающие нам уловить малейшую его утечку. 1 кубометр метана при сгорании дает столько же тепла, сколько 1,5 кубометра неочищенного природного газа (в среднем, конечно) или 1,2 литра дизельного топлива.

В природном газе практически всегда содержатся более тяжелые углеводороды – этан, пропан и бутан. Этан, С2Н6 точно так же бесцветен и не имеет запаха, но еще более горюч, чем метан, однако как топливо его не используют – намного больше пользы и прибыли можно получить, используя его для производства этилена. Но о химической переработке составляющих природного газа – попозже, пока просто зафиксируем: этан полезнее для химиков, чем для энергетиков.

Молекулы пропана и бутана, Рис.: промтехгаз.рф

Пропан, С3Н8 бесцветен, без запаха. От природного газа его отделяют, поскольку для него есть масса других способов применения. Это им мы режем металл, греем битум и асфальт, это он служит топливом для переносных электрогенераторов, это он находится в баллонах красного цвета на наших дачах и в багажниках автомобилей. Удобен, чертяка – для его хранения в баллонах достаточно давления в 10-15 атмосфер, при горении дает температуру в 466 градусов. Бутан, С4Н1 – бесцветен, но уже имеет специфический запах. Используют в смеси с пропаном как топливо для автомобилей, чтобы повысить октановое число, смесь пропана и бутана горит в наших зажигалках, ценен для химической промышленности как сырье для производства бутилена.

Газовая терминология

И еще пару слов – про запас, на тот случай, если кому-то из вас доведется читать статьи на узкоспециализированных сайтах, статьи профессионалов, которые не просто «глубоко погружены в материал», а которые внутри этого материала просто таки живут. Очень часто в таких источниках мелькают термины, которые с первого взгляда кажутся совершенно непонятными и порой сбивают с толку.

Метан, этан, пропан и бутан частенько «обзывают» загадочным словом «гомологи». Тут ничего хитрого нет, смотрите. Вот метан: 1 атом углерода и 4 атома водорода, СН4. Вот этан: 2 атома углерода и 6 атомов водорода, С2Н6. Добавляем еще 1 атом углерода и еще 2 атома водорода, и вот перед нами формула пропана – С3Н8. Еще 1 атом углерода и еще 2 атома водорода, и вот уже бутан – С4Н10. Гомологи – соединения одного класса, отличающиеся по составу на целое число групп СН2, не более того. Встречается и деление природных газов разных месторождений на сухие (бедные) и жирные (богатые). Тоже ничего хитрого, сухие газы – те, в которых метана порядка 95-96%, а содержание других гомологов незначительно. Сухие газы обычно содержатся в чисто газовых месторождениях, а жирные газы – это обычно попутные нефтяные, в них гомологов метана порой бывает десятки процентов.

Гомологический ряд алканов, Рис.: infourok.ru

Поскольку нефть и газ имеют очень схожий углеводородный состав, газ является естественным спутником нефти, содержится практически во всех известных нефтяных месторождениях. По сути нефть с растворенным в ней газом подобна газированным напиткам. При больших пластовых давлениях газа в нефти много, но после вскрытия нефтяной ловушки давление падает, газ начинает бурно выделяться. Откройте крышку бутылки с лимонадом – вот вам и самая примитивная модель нефтяного месторождения. Сначала газа выделяется много, потом остается только небольшое количество пузырьков. Увидели? Заодно и задумайтесь, так ли легко нефтяникам и газовикам отделить попутный газ от нефти. Ну, а жирный газ содержит столько тяжелых гомологов метана, что из него выгоднее получать сжиженный газ. Видите – фраза, которая до прочтения этой небольшой статьи показалась бы вам абракадаброй, стала уже понятной. Много в жирном газе этана, пропана и бутана, его выгоднее не гнать в магистральный трубопровод для дальнейшего сжигания, а переработать, чтобы получить отдельные составляющие, фракции, в чистом виде. Жирные газы в 99% случаев – это сопутствующие нефтяные газы, которые нужно выделить из нефти, чтобы сделать ее товарной. Товарная нефть, в соответствии с российскими и мировыми стандартами, должна содержать не более 1-2% газа, в силу чего любая нефтяная компания – одновременно и «немножко газовая». Принадлежность любого нефтяного промысла – многоступенчатые сепараторы, в которых от нефти отделяют воду и попутные газы.

Часто встречается еще один термин, обычно в виде аббревиатуры – ШФЛУ, которая расшифровывается как «широкая фракция легких углеводородов». Опять же – тот, кто сочинил такое название, был либо шутником, либо участником всемирного тайного заговора химиков-газовиков или нефтяниками, которые вот так отомстили газовикам за то, что приходится возиться с газом. Вот есть слово «легких» и, по логике, в эту самую фракцию должны в обязательном порядке входить метан и этан. Но – «скажем логике «нет»! В составе ШФЛУ как раз метан и этан должны находиться в минимальном количестве, не более 5%. Это невозможно понять, это нужно просто запомнить: в составе широкой фракции легких углеводородов самых легких углеводородов – нет. ШФЛУ состоит из пропана с бутаном и более тяжелых гомологов. У всех газов, которые тяжелее бутана, тоже есть имена собственные, но звучат они настолько вычурно, что забивать ими голову нет никакого смысла. Обозначают их как «С5 и выше» — вот и все. Более-менее запоминаемое название – пентан, следующий гомолог метана после бутана. «Пента» – пять, формула очевидна – С5Р12. Нефтяники отделяют газ от нефти за счет сепарирования, сжимают его на компрессорах и перегоняют на газовые промысла или сразу на ГПЗ (газоперерабатывающие заводы), и вот там уже от природного газа методом охлаждения отделяют ШФЛУ – замечательное сырье для химической промышленности.

Примеси родные и посторонние

Кроме углеводородов, которыми являются перечисленные «зверушки», в природном газе всегда наличествуют и другие вещества. Углекислый газ (СО2) и сероводород (Н2S) в газовой смеси появляются в приповерхностных слоях, где появляется возможность взаимодействовать с кислородом. А на больших глубинах газ вступает во взаимодействие с сульфатными пластовыми водами (воды с содержанием солей серной кислоты), и в результате всевозможных реакций выделяется чистая сера (S). Эти трое – углекислый газ, сероводород и сера в составе природного газа есть всегда.

Попутный нефтяной газ, Рис.: РИАНОВОСТИ

Азот, гелий, аргон и другие инертные газы в составе природного газа тоже присутствует практически всегда, хоть и в минимальных количествах, от 0,01% до 0,15%. Но случаются и редкие исключения – к примеру, в нашем Оренбургском месторождении содержание гелия доходит до 10%, поэтому там рядом с газоперерабатывающим заводом (ГПЗ) построен и работает гелиевый завод.

Кроме того, во всех без исключения нефтеносных и газоносных пластах есть вода, и выходящий из скважины газ всегда содержит то или иное количество воды в виде водяного пара. Наличие водяных паров в газе – это гарантированная коррозия трубопроводов и оборудования и шанс появления в них гидратов, снегоподобного вещества, способного полностью перекрыть сечение трубопровода. При снижении давления в газе, что в многокилометровых газопроводах просто неизбежно, вода выделяется в чистом виде, и на наших северных месторождениях она способна не только заставить ржаветь внутреннюю поверхность труб и оборудования, но еще и просто превратиться в лед. Трубы начинают закупориваться, измерительная и контрольная аппаратура и вовсе выходит из строя.

При таком сложном составе, который еще и разнится от одного месторождения к другому, нет ничего удивительного в том, что природный газ перед любым способом его использования приходится «чистить» – и от того, что вредно, и от того, что слишком ценно, чтобы гореть в топках электростанций.

Не всякий газ пригоден для трубы

Скважина пробурена, магистральный трубопровод проложен – что, стыкуем, врубаем компрессорные станции вдоль трубы, и вот уже все в полном порядке, пора идти подсчитывать прибыль? Да даже мечтать об этом не приходится! Газ, поступающий из скважины, к транспортировке по трубопроводу не готов совершенно, абсолютно и категорически. Прежде всего, он несет с собой механические примеси – пыль, частички грунта. Давление в трубопроводах, которое обеспечивают компрессорные станции – 75 атмосфер, и вот эти самые механические примеси под таким давлением будут внутри трубы вести себя, как наждак, стирая поверхность. Такое же абразивное воздействие получат арматура, детали и оборудование компрессорных и газораспределительных станций, контрольно-измерительная аппаратура.

Все газы тяжелее метана в трубопроводах норовят конденсироваться и оседать в пониженных точках газопроводов, уменьшая их проходное сечение. Наличие водяных паров в газе – это гарантированная коррозия трубопроводов и оборудования, а еще – шанс появления в них гидратов, снегоподобного веществ, способных полностью перекрыть сечение трубопровода. Еще хлеще ведет себя сероводород, который в присутствии влаги образует серную и сернистую кислоты, которые в буквальном смысле слова разъедают трубы, арматуру и оборудование. Углекислый газ понижает температуру сгорания газа, ухудшает его химический состав, и тоже ведет к коррозии. В общем, неподготовленный к транспортировке природный газ – это просто фильм ужасов для любого специалиста по трубопроводам. А потому давайте знакомиться с тем, что обеспечивает всех нас приличным по своему составу газом.

Перерождение газа начинается на его месторождении

Просим любить и жаловать – УКПГ, установка комплексной подготовки газа:

или вот такая – тут в снегу:

Красиво, не так ли? Но универсальной, типовой УКПГ просто не существует – для каждого месторождения приходится подбирать индивидуальный комплект оборудования, ведь в каждом месторождении химический состав природного газа чуточку разный, способ очистки зависит и от климатических, температурных условий местности, в которой находится месторождение. УПКГ не стоит у каждой скважины отдельно, ее делают централизованной для всего месторождения, при разработке которого обычно используется не одна, а множество скважин. Соответственно, приходится монтировать систему труб от скважин к месту расположений УКПГ и в этих «паутинах», кажущихся постороннему глазу полным хаосом, сокрыт понятный только специалистам порядок, продуманность. «Ткнуть трубу и качать бабки»? Ну-ну.

В состав УКПГ входят (мы просто перечислим, не раскрывая подробных технических и технологических деталей):

Каким бы ни был состав газа на том или ином месторождении, в магистральный газопровод должна поступать одна и та же смесь, требования к которой собраны в ОСТ 51.40-83. В них – предельные нормы содержания воды, углекислого газа, тяжелых углеводородов, сероводорода, кислорода, температура газа при том или ином времени года и требования по теплоте сгорания. Только в таком виде газ допускают до поступления в магистральный газопровод – не прямиком из недр Земли, а после многоступенчатой системы очистки, осушки, подогрева или охлаждения. По сути, каждое УКПГ – большая химическая и физическая лаборатория, исправность функционирования которых обеспечивают специалисты с высшим образованием, соглашающиеся трудиться в очень непростых порой условиях. Мы с вами прекрасно знаем, что наш газ добывается в Сибири, в полярных районах, на шельфах северных морей. Полярные ночи, морозы и снегопады – специалисты и аппаратура обязаны выдерживать все, что выпадает на их долю. Да-да, ради того, чтобы мы поутру могли спокойно кипятить чайник и жарить яичницу, включив на кухне свет, днем и ночью работают те, о ком мы так редко вспоминаем.

УКПГ, которую вы видели на фотографии – далеко не самая большая и не самая мощная. В октябре 1966 года была запущена Пунгинская УПКГ мощностью 6 млрд кубометров газа в год, и на тот момент это был всесоюзный рекорд. В мае 1972 была запущена УКПГ на Медвежьем месторождении – 8,5 млрд кубов в год, в 1993 начала работу УКПГ Комсомольского месторождения, удерживающая пальму первенства и поныне – 32 млрд кубометров ежегодно.

Химия – не только жизнь, но еще и деньги

И совсем отдельная история – как приходится подготавливать природный газ к сжижению, как выглядит сам процесс сжижения и почему получить жидкий газ на Ямале удается немного дешевле, чем в Персидском заливе. Да, заодно разберемся, почему жидкий газ в зажигалке остается жидким и при дневной температуре, а газ, который везут по морю специализированные танкеры, должен иметь температуру -160 градусов и не выше. В том, что мы называем «природным газом» – множество тайн и загадок, которые таковыми стали просто потому, что химию в школе мы изучали давным-давно, да, порой, еще и кое-как. Попробуем вспомнить, заодно присоединив к забытому информацию сугубо экономическую – что сколько стоит, что выгоднее оставлять сырьем, а что – переработать, прикинув выгодную глубину переработки. Наука наукой, а деньги любят счет. Вряд ли будущие статьи будут трудными для понимания, ведь молекулы куда как менее загадочны и таинственны, чем атом, так что нет сомнений – справимся!

Благодаря высокой энергоэффективности и экологичности природный газ, наряду с нефтью, имеет первостепенное значение. Он широко используется в качестве топлива, а также служит ценным сырьем для химической промышленности.

И хотя использование газа стало повседневным и привычным, он все также остается непростым по составу и довольно опасным веществом — чтобы попасть в горелку газового прибора оно проходит длинный и сложный путь.

В статье мы разберем основные вопросы, связанные с природным горючим газом — поговорим о его составе и свойствах, опишем этапы добычи, транспортировки и переработки газа, сферы его применения. Рассмотрим современные представления о происхождении запасов углеводородов, интересные факты и гипотезы.

Что такое природный горючий газ?

Бытует мнение, что газ залегает под землей в пустотах и легко оттуда извлекается, для чего достаточно пробурить скважину. Но в реальности все намного сложнее: газ может находиться внутри пористой породы, может быть растворен в воде, жидких углеводородах, нефти.

Чтобы понять, почему это происходит, достаточно вспомнить, что слово «газ» происходит от греческого «хаос», которое отражает принцип поведения вещества. В газообразном состоянии молекулы движутся хаотически, стремясь равномерно заполнить весь возможный объем. За счет этого они способны проникать и растворяться в других веществах, в том числе и более плотных жидкостях и минералах. Высокое давление и температура значительно усиливают процесс диффузии. Часто именно в виде такого «коктейля» природный газ содержится в недрах.

Но для начала поговорим о том, из чего состоит газ и что он из себя представляет — рассмотрим химический состав и физические свойства природного горючего газа.

Особенности химического состава

Газ, добываемый из недр, который называют «природным», – это смесь различных газов.

По составу он делится на три группы компонентов:

Первая и главная группа представляет собой набор углеводородов метанового ряда (гомологов) с количеством атомов углерода от 1 до 5. Наибольший процент в смеси составляет метан (от 70 до 98 %), имеющий один атом углерода. Содержание остальных газов (этана, пропана, бутана, пентана) колеблется от единиц до десятых долей процента.

Для газа, добываемого из месторождений, характерна высокая концентрация метана. В попутном, извлекаемого из нефти, доля метана намного ниже: 30 – 60%, а гомологов выше: 10 – 20 %

Кроме углеводородов в смеси могут присутствовать негорючие вещества в небольших количествах: сероводород, азот, углекислый газ, оксид углерода, водород и другие. Но, в зависимости от месторождения, пропорции углеводородов, как и состав других газов, могут значительно колебаться.

Физические свойства газа

По физическим свойствам метан СН4 не имеет цвета и запаха, очень горюч. При концентрациях в воздухе более 4,5% – взрывоопасен. Это его свойство, в сочетании с отсутствием запаха, представляет большую угрозу и проблему. Особенно в шахтах, так как метан абсорбируется углем.

О причинах взрыва газа в бытовых условиях мы писали в этом материале.

Для придания газу запаха, с целью обнаружения его утечек, перед транспортировкой в него добавляют специальные вещества с неприятным запахом – одоранты. Чаще всего, это серосодержащие соединения — этантиол или этилмеркаптан. Долю примеси подбирают таким образом, чтобы была ощутима утечка при концентрации газа в 1%.

Главным преимуществом голубого топлива является высокая удельная теплота сгорания — 39 МДж/кг. При этом выделяются безвредные вещества: вода и углекислый газ. Это также немаловажный фактор, позволяющий применять метан в быту

Откуда берется газ в недрах земли?

Хотя люди научились применять газ более 200 лет назад, до настоящего времени нет единого мнения, откуда берется газ в недрах земли.

Основные теории происхождения

Существуют две основные теории его происхождения:

В месторождении газ может находиться в виде отдельного скопления, газовой шапки, раствора в нефти или воде, либо газогидратов. В последнем случае залежи находятся в пористых породах между газонепроницаемыми пластами глины. Чаще всего такими породами являются уплотненный песчаник, карбонаты, известняки.

Доля обычных газовых месторождений составляет всего 0,8%. Немного больший процент приходится на глубинный, угольный и сланцевый газ — от 1, 4 до 1,9 %. Наиболее распространенными видами залежей являются водорастворенные газы и гидраты — приблизительно в равных пропорциях (по 46,9%)

Поскольку газ легче нефти, а вода тяжелее, положение ископаемых в пласте всегда одинаковое: газ сверху нефти, а вода подпирает снизу все нефтегазовое месторождение.

Газ в пласте находится под давлением. Чем глубже залежи, тем оно выше. В среднем, на каждые 10 метров, прирост давления составляет 0,1 МПа. Существуют пласты с аномально высоким давлением. Например, на Ачимовских отложениях Уренгойского месторождения оно достигает 600 атмосфер и выше при глубине залегания от 3800 до 4500 м.

Интересные факты и гипотезы

Еще не так давно считалось, что мировые запасы нефти и газа должны исчерпаться уже в начале XXI века. Например, об этом писал в 1965 году авторитетный американский геофизик Хабберт.

До настоящего времени многие страны продолжают наращивать темпы добычи газа. Никаких реальных признаков, что запасы углеводородов заканчиваются, не наблюдается

По мнению доктора геолого-минералогических наук В.В. Полеванова, подобные заблуждения вызваны тем, что теория органического происхождения нефти и газа до сих пор общепринята и владеет умами большинства ученых. Хотя еще Д.И. Менделеев обосновал теорию о неорганическом глубинном происхождении нефти, а затем это было доказано Кудрявцевым и В.Р. Лариным.

Но против органического происхождения углеводородов говорят многие факты.

Вот некоторые из них:

Выдвинутая Лариным гипотеза изначально гидридной Земли объясняет происхождение углеводородов путем реакции водорода с углеродом в глубинах земли и последующей дегазацией метана.

Согласно ей, нет никаких древних залежей юрского периода. Вся нефть и газ могли образоваться в пределах от 1 до 15 тысяч лет назад. По мере отбора запасы могут постепенно пополнятся, что замечено на давно выработанных и заброшенных нефтяных месторождениях.

Как происходит добыча и транспортировка?

Процесс добычи природного горючего газа начинается со строительства скважин. В зависимости от залегания газоносного пласта их глубина может достигать 7 км. По мере бурения в скважину опускается труба (обсадная колонна). Для предотвращения выхода газа через пространство между трубой и стенками скважины делается тампонаж – заполнение зазора глиной либо цементом.

По окончанию строительства буровая вышка убирается и на головку обсадной колонны устанавливается фонтанная арматура. Она представляет собой конструкцию из задвижек и клапанов, служит для отбора газа из скважины.

Количество скважин может быть достаточно большим.

На фонтанную арматуру возлагается несколько функций: она удерживает в подвешенном состоянии в скважине насосно-компрессорные трубы, управляет рабочими режимами,  измеряет параметры внешней и внутренней части скважины

Весь цикл добычи природного горючего газа происходит в три этапа:

Даже незначительные концентрации сероводорода, водяного пара или твердых частиц приводят к быстрой коррозии, образованию гидрата и механическим повреждениям внутренней поверхности трубопровода.

Окончательная подготовка к транспортировке происходит на головных сооружениях. Она включает в себя доочистку и удаление углеводородного конденсата, охлаждение газа для уменьшения его объема.

Основным видом транспортировки газа на большие расстояния является магистральный газопровод. Он представляет собой систему сложных инженерных сооружений от самих трубопроводов до подземных хранилищ.

В конечном пункте магистрали находятся газораспределительные станции (ГРС). Здесь происходит последняя очистка от примесей пыли и жидкостей, понижение давления до уровня, необходимого потребителям, его стабилизация, учет расхода газа и добавление одоранта.

Другим распространенным видом транспортировки метана являются морские перевозки специальными судами – газовозами.

Огромные шарообразные резервуары не позволят спутать газовоз с другими типами судов. Они представляют собой термосы поддерживающие постоянную необходимую температуру для жидкого метана -163 °С

Превращение газа в жидкое состояние производится на специальных заводах СПГ. Процесс происходит в два этапа: сначала метан охлаждается до -50 °С, а затем до -163 °С. При этом его объем уменьшается в 600 раз.

Переработка и сфера применения

Высокая горючесть природного газа определяет его основное применение. Он используется в виде топлива на заводах, фабриках, ТЭЦ, котельных, учреждениях, в жилых домах, сельскохозяйственных объектах и многих других. Рекомендуем ознакомиться с правилами использования газа в быту.

Добыча и переработка нефти всегда сопровождается выделением сопутствующего газа. В некоторых случаях его объемы могут быть внушительными и составлять до 300 кубометров на один куб сырой нефти.

Но существует большое количество месторождений, где природный попутный газ не используется, а сжигается в факелах. Например, по всей России таким образом теряется до 25% полезного сырья.

Часть попутного газа поступает на газоперерабатывающие заводы. Из него получают очищенный сухой газ, который используется для отопления. Другой ценной составляющей является смесь легких углеводородов.

На схеме показана общая картина процесса переработки добываемого газа. Роль конечных продуктов для современной химической промышленности трудно переоценить

Далее она разделяется на фракции в специальных установках. В результате получаются такие углеводороды как пропан, бутан, изобутан, пентан. Для уменьшения объема, удобства транспортировки и хранения их сжижают.

Переоборудование автомобилей на газ быстро окупается и дает ощутимую экономию средств. Расширение сети газовых заправок способствует увеличению парка авто с ГБО. Выигрывают не только водители, но и пешеходы, которым не приходится дышать вредными выхлопами

Пропан и бутан применяют для отопления домов баллонным газом либо для автомобилей. Но большая часть поступает на дальнейшую переработку на нефтехимические производства.

Путем высокотемпературного нагрева (пиролиза) из них получают главное сырье для всех синтетических материалов – мономеры: этилен, пропилен, бутадиен. Под действием катализаторов они соединяются в полимеры. На выходе получаются такие ценнейшие материалы как каучук, ПВХ, полиэтилен и многие другие.

Выводы и полезное видео по теме

В документальный фильме доступно и наглядно рассказано о газе:

Этот учебный фильм посвящен магистральному транспорту газа:

Нам еще далеко не все известно о природном газе — его происхождение по-прежнему таит много загадок. Остается надеяться, что голубое топливо – действительно неисчерпаемый дар, которого хватит и нам, и нашим потомкам.

Газ присутствует во многих сферах жизнедеятельности. На нем работают двигатели транспортных средств, им отапливают помещения, его используют в качестве энергоносителя в разных бытовых и промышленных устройствах. Не плохо бы узнать, из чего состоит, какие свойства имеет и что за опасности скрывает в себе этот универсальный вид топлива, ведь верно?

Мы расскажем о том, какое топливо подается в жилые помещения, рассмотрим виды бытового газа и разберем, что входит в его состав. Также напомним правила эксплуатации, которые необходимо знать каждому, кто пользуется газовым оборудованием в быту.

Какой газ подается в жилые дома?

Бытовым газом называют важнейший сырьевой ресурс, необходимый для подогрева воды, приготовления пищи и организации системы отопления в быту. Он представляет собой смесь горючих газообразных веществ и некоторых дополнительных субстанций.

Разновидности бытового газа

По сравнению с другими источниками энергии газ обладает множеством преимуществ: быстро разжигается, не выделяет копоть и дым при сгорании, практически не содержит вредных компонентов и твердых примесей. Процесс горения голубого топлива легко контролировать.

Существует два основных типа газа, используемого в бытовых условиях:

Через централизованные системы отопления и газоснабжения в жилые помещения подается природный газ, добываемый из недр земли и предварительно очищенный от ряда примесей. Этот вид топлива считается наиболее дешевым, доступным и удобным для многоквартирных домов.

Природный газ приносит в дом уют и тепло, позволяет качественно обогреть помещение, быстро приготовить еду. Это универсальный энергоноситель, выделяющий большое количество тепла при сгорании

А вот сжиженной пропан-бутановой смеси характерна большая теплота сгорания, но при этом она намного взрывоопаснее. Баллоны с жидким газом нуждаются в правильной транспортировке, настройке и подключении. При их эксплуатации крайне важно соблюдать особые меры безопасности. Зачастую баллоны или газгольдеры устанавливают в частных домах, на дачных участках.

Поскольку метан вдвое легче воздуха, при утечках он скапливается вверху. Пропан-бутановая смесь, наоборот, уходит вниз. Это нужно учитывать в чрезвычайных ситуациях.

Состав и давление газа в трубопроводах

Прежде, чем оказаться в магистральных трубопроводах, ведущих к жилым домам, природный газ проходит предварительную переработку и несколько степеней очистки. В ходе процедур в топливо добавляют необходимые примеси, делая состав максимально эффективным и безопасным для применения.

Следуя от места добычи до систем теплоснабжения и кухонных плит, газ преодолевает десятки тысяч километров по подземным, подводным, наземным или наводным магистралям. С точки зрения сложности устройства они бывают одно- и многоступенчатыми

Основную долю топливной смеси составляет метан. В зависимости от региона добычи его содержание варьируется от 80 до 98% от общего объема. Именно количество метана служит показателем качества энергоносителя.

В составе бытового газа также присутствуют:

Кроме этого, топливо может содержать незначительную часть паров воды и азота. Свойства и характеристики почти полностью определяются метаном, но могут меняться под влиянием количественного и качественного состава смеси.

В системах газопроводов, по которым циркулирует топливо, создается очень высокое давление – выше 2,5 МПа и до 10 МПа. Под таким давлением газ перемещается на большие расстояния и между населенными пунктами.

Поскольку подобный показатель неприемлем для бытового потребления, при поступлении на газораспределительные станции его значительно снижают, проводя дополнительную очистку метана. Так, до потребителей газ перемещается под давлением до 5 кПа (низкого давления), от 5 кПа до 0,3 МПа (диапазон среднего) и 0,3 МПа до 1,2 МПа (диапазон высокого давления). Подробнее нормативы давления в газопроводе мы рассмотрели в следующем материале.

Причины специфического запаха газа

Сам по себе в чистом виде метан не обладает характерным запахом и цветом. Что такого добавляют в бытовой газ, чтобы он характерно пахнул? Определить утечку с помощью обоняния возможно благодаря тому, что в газ подмешивают небольшое количество веществ, обладающих резким неприятным запахом.

Эти вещества называют одорантами. Они придают топливной смеси специфический запах прелого сена, тухлых яиц или гнилой капусты, который предупреждает об опасности и вероятной утечке газа в помещении.

Одоранты не делают газ более токсичным. В незначительной концентрации эти субстанции не опасны для здоровья, легко испаряются и носят предупреждающий характер. В случае превышения концентрационных пределов вещества могут вызывать головную боль, тошноту

В качестве одорантов применяют серосодержащие органические соединения, чаще всего – этилмеркаптан или этантиол. Их распыляют в структуру топливной смеси с помощью специальных установок во время переработки.

Чем опасен бытовой газ?

Какой бы газ ни поступал в жилые дома, по магистральному газопроводу или от баллона, при неправильном обращении он бывает смертельно опасен.

Взрывоопасные ситуации возникают в момент критических повышений концентрации метана (более 15% от общего объема воздуха в помещении). При температурах выше 650 °C возможно самовозгорание

В составе подаваемого в дома природного газа почти нет токсичных веществ. Но в быту происходит множество случаев, когда в результате утечки наносится серьезный вред организму или даже наступает смерть. Основная причина этого – углекислый газ, который попадает в помещение и вытесняет кислород из окружающего пространства, вызывая удушье.

Еще одна негативная особенность метана – высокая пожаро- и взрывоопасность. Уровень риска определяется многими дополнительными факторами, в частности – давлением и окружающей температурой.

При утечке газ смешивается с воздухом, образуя взрывоопасную смесь. Источником воспламенения в подъездах, квартирах и домах может стать незначительная искра, пламя от сигареты, зажигалки, спички, любой прибор, в работе которого используются электрические импульсы

Особую опасность в замкнутых загазованных помещениях представляет электрооборудование, устройства, работающие от аккумуляторов и батареек. При высоком процентном соотношении метана даже включенный мобильный телефон и ноутбук способны спровоцировать взрыв или возгорание.

Взрывы бывают настолько сильными, что практически полностью разрушают жилье. Поэтому, услышав характерный запах в квартире, желательно не пользоваться электроприборами и отключить электричество в щитовой.

О чем говорит цвет пламени в конфорках?

Пламя на газовой плите или в котле часто имеет разные оттенки. Цвет зависит от того, какого качества газ поступает в квартиры. По нему судят о физико-химических показателях топливной смеси.

Качественное топливо с однородной структурой отличается равномерным горением, насыщенно голубым цветом огня. Такой газ полностью сгорает, выделяя при этом максимальное количество тепла и минимум вредных веществ.

На чистоту горения влияет содержание водорода. Если же в пламени появляются язычки красного, оранжевого или желтого цвета, это свидетельствует о наличии проблемы.

Причины может быть две:

Ненормальный цвет пламени в горелке говорит о наличии нежелательных примесей, неполном сгорании топлива и образовании угарного газа. Поэтому оба случая потенциально опасны.

Дисбаланс в топливной смеси может возникать из-за недостаточного или избыточного притока воздуха, засоренности горелки сажей, пылью, копотью. Бывает, что к дому подается газ низкой плотности, не способный обеспечить оптимальный уровень нагрева.

Обнаружив нестандартный оттенок пламени в горелке, обратитесь к газовщикам или в ответственные органы. Низкокачественное топливо опасно при использовании, приводит к повышению расходов, преждевременному износу газового оборудования и разным аварийным ситуациям

В данной ситуации для нормальной работы системы требуются большие объемы ресурса, а, следовательно, растут счета по коммунальным платежам. Обычно виновниками являются управляющие компании, которые увеличивают свои доходы, намеренно снижая содержание углеводорода и углекислоты в энергоносителе.