Плотность метана горючего газа

Сжимаемость

Сжимаемость пластовых газов – это очень важное свойство природных газов. Объем газа в пластовых условиях на 2 порядка (т.е

примерно в 100 раз) меньше, чем объем его в стандартных условиях на поверхности земли. Это происходит потому, что газ имеет высокую степень сжимаемости при высоких давлениях и температурах.

Степень сжимаемости изображается через объемный коэффициент пластового газа, который представляет отношение объема газа в пластовых условиях к объему того же количества газа при атмосферных условиях.

С явлениями сжимаемости газов и растворимости в них жидких углеводородов тесно связано конденсатообразование. В пластовых условиях с ростом давления жидкие компоненты переходят в газообразное состояние, образуя «газорастворенную нефть» или газоконденсат. При падении давления процесс идет в обратном направлении, т.е. происходит частичная конденсация газа (или пара) в жидкое состояние. Поэтому при добыче газа на поверхность извлекается также и конденсат.

Содержание конденсата в добываемом газе оценивается через конденсатный фактор.

Природный газ

Метан добывают на месторождениях путем бурения скважин в газоносных слоях земной коры, залегающих на глубине от одного до нескольких километров. Транспортировка осуществляется по газопроводам в сжатом от 6 до 70 атм (компримированном) состоянии.

Газ подвергается многоэтапной очистке от примесей – на выходе из скважины, в наземных сепараторах, в компрессорных станциях, что позволяет получить продукт высокой степени чистоты.

Значительно низкие затраты на добычу, переработку и транспортировку природного газа заставляют специалистов рассматривать метан как топливо ближайшего будущего – дешевое, экономичное и безопасное.

Вследствие того, что метан легче воздуха практически в два раза, при утечках он мгновенно улетучивается в атмосферу и, как следствие, в открытых пространствах не представляет опасности для человека.

Общее понятие о строении метана

Определяющая метан формула имеет вид , то есть молекула его образована одним атомом углерода с валентностью IV и четырьмя водородными атомами. На понимании того, как строится эта молекула, основано дальнейшее изучение всех органических соединений.

Электроны в атоме углерода

В основном состоянии углерод характеризуется конфигурацией электронного облака  и валентностью II, поскольку обладает лишь двумя неспаренными внешними электронами:

При сообщении некоторой энергии происходит возбуждение атома, 2s2-электроны распариваются и один из них занимает вакантную орбиталь на 2p-подуровне. В результате атом получает четыре неспаренных электрона и валентность IV:

Углерод во всех органических соединениях четырехвалентен.

Подуровни 2s и 2p стремятся к выравниванию энергий своих электронов, что ведет к перераспределению электронных плотностей их облаков и к изменению их формы. Образуются гибридные 2sp-облака (орбитали). Их количество зависит от того, сколько орбиталей участвует в гибридизации.

Если в нее вступают наряду с 2s все три 2p-орбитали, говорят о гибридизации типа sp3. В этом случае образуются четыре одинаковых гибридных электронных облака. Оси их вследствие взаимного отталкивания располагаются в пространстве таким образом, что атом приобретает форму тетраэдра. Молекулы метана и прочих алканов образованы только sp3-гибридизованным углеродом.

Молекула метана

Углеродный атом в sp3-гибридизованном состоянии вступает в четыре равноправных ковалентных простых σ-связи с водородом. Каждая из них формируется путем перекрывания одной из четырех углеродных 2sp3-орбиталей с 1s1-орбиталью водорода по линии, проходящей через ядра атомов. Ориентация σ-связей соответствует осям гибридных орбиталей, поэтому молекула  имеет тетраэдрическую форму.

Строение молекулы удобно отображать с помощью структурной и электронной формул:

В молекулах метана и его гомологов углерод связывается с наибольшим возможным числом атомов водорода, поэтому углеводороды ряда алканов называют предельными.

Конденсатный фактор

Конденсатный фактор – КФ – это количество сырого конденсата в см3, приходящегося на 1м3 отсепарированного газа.

По содержанию конденсата газы конденсатных месторождений делятся на 4 группы:

Вообще содержание конденсата достигает 1000 и более см3/м3. Например, на Карачаганакском месторождении КФ = 900 – 1130 см3/м3.

Различают сырой и стабильный конденсат. Сырой конденсат представляет собой жидкую фазу, в которой растворены газообразные компоненты.

Стабильный конденсат получают из сырого путем его дегазации. Он состоит только из жидких углеводородов – пентана и высших.

В стандартных условиях газоконденсаты представляют собой бесцветные жидкости с плотностью 0,625 – 0,825 г/см3 с температурой начала кипения от 24С до 92С. Большая часть фракций имеют температуру выкипания до 250С.

Состав

Химический состав природного газа представлен метаном (CH4) — его содержание достигает 98 %. Допускается присутствие более тяжелых углеводородов, к которым относятся:

• бутан (C4H10);
• пропан (C3H8);
• этан (C2H6);
• неуглеводородные вещества: водород (H2), гелий (Не), азот (N2).

Физические свойства вещества:

• бесцветное, без запаха (в чистом виде);
• плотность — 0,7 кг/м3 (в сухом газообразном виде) либо 400 кг/м3 (в жидком виде);
• температура возгорания — 650 градусов.

Природный газ, находящийся в виде пластовых залежей в недрах Земли, имеет газовое состояние в виде отдельных скоплений. В нефти или воде пребывает в растворенном состоянии.

Пропан-бутан технический

Топливом для транспорта и оборудования могут служить не только нефтепродукты, но и сжиженный газ. Он представляет собой смесь сжиженных под давлением углеводородов в виде легкокипящей и легковоспламеняющейся жидкости 4-го класса токсичности. Одним из представителей углеводородных сжиженных газов стал пропан-бутан технический.

Пропан-бутановый газ состоит из пропана и бутана в разном соотношении. Пропан в отдельности способен неконтролируемо расширяться при увеличении температуры, что чревато взрывом. А бутан, хоть и имеет высокую теплопроводность, застывает при температуре ниже 0⁰С. Поэтому для максимально безопасного функционирования топливной системы и отсутствия риска замерзания топливной смеси используется газ пропан-бутан.

Характеристики

Параметры ПБТ регламентированы ГОСТом 52087 и удовлетворяют определенным нормам:

• Доля бутана в общем объеме – до 60% (а для холодных климатических районов – до 25%).
• Жидкий остаток при 20⁰С – до 1,6%.
• Наличие сероводорода (включая меркаптановые серные соединения) – до 0,013%.
• Насыщенность запаха – от 3 баллов.
• Отсутствие в общем объеме воды и щелочей.

Плотность пропан-бутановой смеси указывает на вес 1 литра газа и зависит от компонентного состава вещества (соотношения пропана и бутана в общем объеме) и температуры окружающего воздуха. Например, если плотность газа при температуре 5⁰С равна 562 кг/м3, значит в 1 литре 0,562 кг.

При одинаковых значениях температуры плотность газа с превышением бутана над пропаном будет выше, чем у преимущественно пропановой смеси.

Удельный вес пропан-бутана показывает соотношение веса вещества к объему и прямо пропорционален плотности газа.

Применение ПБТ:

• Топливо для автомобильного транспорта
• Бытовое горючее
• Сырье для предприятий нефтехимии

Свойства газа пропан-бутан

Технический пропан-бутан пригоден к использованию в любом климате, но температура воздуха, окружающего резервуар с газом, не должна быть ниже -20-25⁰С. ПБТ хорошо смешивается с воздухом, до конца и равномерно сгорает, не оставляя сажи. Такое топливо экологичнее и дешевле бензина, обладает высокими эксплуатационными свойствами и может долго храниться в резервуарах, в отличие от природного газа.

Сжиженные газы пожаро- и взрывоопасны, легко воспламеняются, поэтому их транспортировка в баллонах должна производиться с учетом максимальных требований безопасности.

КУПИТЬ ПРОПАН-БУТАН ТЕХНИЧЕСКИЙ

Зачем вообще сжижать газ?

Установка сжижения природного газа позволяет уменьшить объем ресурса примерно в 600 раз. То есть, соотношение природного газа к сжиженному составляет 1 к 600. Именно для этого и производится его сжижение: чтобы уменьшить размеры газовых хранилищ и существенно упростить транспортировку энергетического ресурса, ускорить его прокачку. Ведь гораздо дешевле установить специальную камеру, где газ охлаждается до -160 градусов по Цельсию, нежели строить газовые хранилища, в 600 раз превышающие объем имеющихся.

Как выполняется сжижение природного газа? Никаких специальных сверхмощных холодильников для этого не требуется. Выполняется перекачка газа между ступенями: специальными «комнатами», в которых формируется вакуум.

Химический состав природного газа

Что касается основных веществ, входящих в состав природного газа, то ими являются метан (CH 4), углекислый газ (CO 2) и азот в виде молекул (N 2). Из этих веществ и элементов состоит практически любой природный газ, будь то рудничный или болотный. Что же касается состава природного газа в процентах, то основным веществом, входящим в состав природного газа безусловно является метан. Его доля составляет от 90 до 98% — в зависимости от месторождения газа. Также в состав природного газа входят такие вещества, как бутан, пропан, этан (углеводороды, называемые также гомологами метана, поскольку состоят из одних и тех же химических элементов, различаясь только по количеству атомов углерода и водорода и, соответственно, по структуре молекул). Из неуглеводородных составляющих природного газа отметим, помимо уже описанных азота и диоксида углерода (углекислого газа), водород (H 2), гелий (He) и сероводород (H 2 S).

Сжиженные углеводородные газы

Сжиженный углеводородный газ (СУГ) — это углеводороды или их смеси, которые при нормальном давлении и температуре окружающего воздуха находятся в газообразном состоянии, но при увеличении давления на относительно небольшую величину без изменения температуры переходят в жидкое состояние.

Сжиженные газы получают из попутных нефтяных газов, а также газоконденсатных месторождений. На перерабатывающих заводах из них извлекают этан, пропан, а также газовый бензин. Наибольшую ценность для отрасли газоснабжения имеют пропан и бутан. Их главное преимущество в том, что их легко хранить и перевозить в виде жидкости, а использовать в виде газа. Другими словами, для перевозки и хранения сжиженных газов используются плюсы жидкой фазы, а для сжигания — газообразной.

Сжиженный углеводородный газ получил широкое применение во многих странах мира, включая Россию, для нужд промышленности, жилищного и коммунально-бытового сектора, нефтехимических производств, а также в качестве автомобильного топлива.

Молекула пропана состоит из трех атомов углерода и восьми атомов водорода

Пропан

Для систем газоснабжения, эксплуатируемых в России, наиболее подходящим является технический пропан (C₃H₈), так как он имеет высокую упругость паров вплоть до минус 35°C (температура кипения пропана при атмосферном давлении — минус 42,1°C). Даже при низких температурах из баллона или газгольдера, наполненного пропаном, легко отбирать нужное количество паровой фазы в условиях естественного испарения. Это позволяет устанавливать газовые баллоны со сжиженным пропаном на улице зимой и отбирать паровую фазу при низких температурах.

Бутан

При сгорании молекулы бутана в реакцию вступают четыре атома углерода и десять атомов водорода, что объясняет его большую теплотворную способность по сравнению с пропаном

Бутан (C₄H₁₀) — более дешевый газ, но отличается от пропана низкой упругостью паров, поэтому применяется только при положительных температурах. Температура кипения бутана при атмосферном давлении — минус 0,5°C.

Температура газа в резервуарах системы автономного газоснабжения должна быть положительной, иначе испарение бутановой составляющей СУГ будет невозможно. Для обеспечения температуры газа выше 0°C используется геотермальное тепло: газгольдер для частного дома устанавливается подземно.

Смесь пропана и бутана

В коммунально-бытовой сфере используется смесь пропана и бутана технических (СПБТ), в быту называемая пропан-бутаном. При содержании бутана в СПБТ свыше 60% бесперебойная работа резервуарных установок в климатических условия России невозможна. В таких случаях для принудительного перевода жидкой фазы в паровую применяются испарители СУГ.

Физические свойства природного газа

Прежде всего отметим, что природный газ, находящийся в чистом виде, бесцветен и не имеет запаха. Для того, чтобы определить утечку газа, в него в малых количествах добавляются так называемые одоранты или вещества, которые имеют резкий и достаточно неприятных запах: например, тиолы, среди которых ведущее место занимает этилмеркаптан. На 1000 кубометров природного газа добавляется обычно не более 15-16 г этилмеркаптана. Плотность природного газа в газообразном состоянии составляет в среднем 0,75 кг на кубический метр. В кристаллическом состоянии плотность достигает 400 кг на м 3 . Самовозгорается природный газ лишь при очень высокой температуре — около 650 градусов по шкале Цельсия. При определенной концентрации природного газа в воздухе (примерно 5-15%) могут происходить взрывы. Также известна и удельная теплота сгорания природного газа, составляющая в среднем 35 МДж/м? или 9 Мкал/м?. При использовании в различных двигателях внутреннего сгорания октановое число природного газа составляет от 120 до 130. Наконец, природный газ приблизительно в 1,8 раз легче воздуха, поэтому при утечке он поднимается вверх, а не собирается в низинах.

Взаимодействие метана с кислородом. Реакция горения

Самый простой представитель алканов

Метан — это газообразное химическое соединение, химическая формула вещества — CH₄. Метан не имеет запаха, не имеет вкуса и является нетоксичным веществом. Предел воспламеняемости газа — его концентрация в воздухе от 5 до 15%.

Основные характеристики метана

Метан — самый простой представитель алканов. Эту группу органических соединений называют предельными, насыщенными или парафиновыми углеводородами.

Они имеют простую связь между атомами углерода в молекуле, остальные валентности каждого углеродного атома насыщены атомами водорода. Самая важная реакция алканов — горение. Горят алканы с образованием паров воды и газообразной двуокиси углерода.

В результате этой реакции в огромных количествах выделяется химическая энергия, которую можно преобразовать в электрическую или тепловую.

Молекула метана

Горение метана используется для получения горячих дымовых газов, энергия которых обеспечивает работу газовой турбины. Во многих населенных пунктах метан подается по трубам в дома и используется для внутреннего отопления и приготовления пищи.

Если сравнивать с другими видами углеводородного топлива, сжигание природного газа (метана) характеризуется меньшим выделением углекислого газа и большим количеством выделяемого тепла.

Здесь вы найдете интересные эксперименты для изучения различных газов.

Система отопления

Процесс горения метана — это взаимодействие метана с кислородом. В результате реакции образуется вода, двуокись углерода и много энергии. Уравнение реакции горения метана:

CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O + 891кДж

Описание реакции

1 молекула метана при взаимодействии с 2 молекулами кислорода образует 1 молекулу двуокиси углерода и 2 молекулы воды. В процессе реакции выделяется тепловая энергия, равная 891 кДж.

Природный газ горит практически без копоти

Если внести в пламя метана фарфоровую крышку от тигля, она не закоптится, так как входящий в состав метана углерод сгорает полностью. Некоптящее пламя — это качественная реакция на предельные углеводороды.

Больше статей о химии:

• Барий Элемент, образующий тяжелые минералы
• Индий Интересные свойства «хрустящего» металла

Делайте эксперименты дома!

Химический состав и строение молекулы метана

Химический состав молекулы метана выражается эмпирической формулой CH₄. Рассмотрим более подробно её строение, для чего необходимо ввести понятие «гибридизации атомных орбиталей в молекуле».

Гибридизацией называется изменение формы и энергии различных орбиталей одного атома, приводящее к образованию одинаковых (гибридных) орбиталей.

В молекуле метана (рис. 1) гибридизации подвергаются одна s-орбиталь и три p-орбитали атома углерода. Вид и число орбиталей, участвующих в гибридизации определяет её тип. В пространстве эти орбитали расположены относительно друг друга под одинаковыми углами и направлены к вершинам тетраэдра.Тип гибридизации атомов углерода в молекуле метана – sp 3 .

Рис. 1. Строение молекулы метана.

При образовании молекулы метана sp 3 — гибридизованные орбитали атома углерода перекрываются с p-орбиталями атомов водорода. Гибридные орбитали атома углерода направлены к вершинам воображаемого тетраэдра, что и объясняет тетраэдрическую форму молекулы метана.

2.3 Уравнения состояния реальных газов

Обобщенный закон Клайперона – Менделеева – уравнение
состояния идеальных газов.

PV = mRT,(2.16)

где
Р— абсолютное давление6 давление, Па; V – объем, м3; m –масса газа, кг; Т – абсолютная температура,
К;R – универсальнаягазовая постоянная,Дж/ кг ×К , (8314,3
Дж/моль×К).

Для идеального
газаотношениеPVmRT=z =1,илидля единицы
массы PV=zRT,где z – коэффициент
сверхсжимаемости реального газа, характеризующий отклонениегаза от идеального, т.е. чем больше
отклонение от идеального газа, тем больше zотлично от 1.

Прогресс науки и техники потребовал разработки более
точного уравнения состояния природных газов, способного правильно описывать
изменение их свойств при давлениях до 100 МПа и температурах до 573 К в процессах добычи газа и при давлениях до 20 МПа и
низких температурах (до 93 К) в процессах переработки природных газов.

В решении этой
проблемы выяви­лись два направления:

-добавление в
уравнение состояния идеального газа большего числа констант.

-введение
поправочного коэффициента z, учитывающего
отклонение реального газа от идеального, в уравнении состояния идеального газа
(коэффициента сверхсжимаемости).

Уравнение
Ван-дер-Ваальса

В 1879г. голландский физик Ван-дер-Ваальс предложил
учестьсилы взаимодействия и объем
молекул следующим образом:

,(2.17)

где- константа сцепления
молекул, Па; v =Vm — удельный объем газа, м3/ кг;b — поправка
на собственный объем молекул (при шарообразных молекулах это учетверенный объем
молекул,выражает внутреннее
давление (равнодействующая сил притяжения всех молекул объема V). ;.(2.18)

Уравнение состояния Ван-дер-Ваальсадовольно точно описывает из­менение свойств
реальных газов при давлениях до 10 МПа и тем­пературах от 283 до 293 К.

Виды

Выделяют несколько разновидностей природного газа.

Сухой

В составе сухого газа преобладает метан, и в относительно небольших количествах содержатся этан и тяжелые углеводороды. Сухой газ также называют нефтяным, так как он является попутным на месторождениях нефти.

Сухой Природный газ

Бедный

Бедный газ получают на каждой стадии гидрогенизации. Его очищают от сероводорода и углекислого газа. В нем содержится около 55 % водорода, 30 % метана, до 6 % этана.

Полученная фракция отправляется на установку глубокого охлаждения и разделения газа.

Жирный

Это нефтерастворенный газ, в составе которого присутствует большое количество гомологов метана и тяжелых углеводородов (от С3 и выше). Жирный газ в естественном виде не подходит в качестве топлива: он подлежит переработке на заводах.

Сырой

Сырой газ — природное горючее вещество, относящееся к группе углеводородных. Отличительная особенность — повышенное содержание тяжелых углеводородов (более 15 %). К сырым газам относятся попутные газы нефтяных залежей, а также газоконденсатных.

Сырой газ подлежит осушке, отбензиниванию и последующей очистке на газоперерабатывающих заводах.

Метан

Кроме того, метан встречается также в угольных шахтах, где из-за своей взрывоопасности представляет серьезную угрозу для шахтеров. Известен метан также в виде выделений на болотах – болотный газ.

В зависимости от содержания метана и других (тяжелых) углеводородных газов метанового ряда газы делятся на сухие (бедные) и жирные (богатые).

• К сухим относятся газы в основном метанового состава (до 95 – 96 %), в которых содержание других гомологов (этана, пропана, бутана и пентана) незначительно (доли процента). Они более характерны для чисто газовых залежей, где отсутствуют источники обогащения их тяжелыми компонентами, входящими в состав нефти.
• Жирные газы – это газы с высоким содержанием «тяжелых» газовых соединений. Помимо метана, в них содержатся десятки процентов этана, пропана и более высокомолекулярных соединений вплоть до гексана. Жирные смеси более характерны для попутных газов, сопровождающих нефтяные залежи.

Горючие газы являются обычными и естественными спутниками нефти практически во всех ее известных залежах, т.е. нефть и газ неразделимы в силу своего родственного химического состава (углеводородного), общности происхождения, условий миграции и аккумуляции в природных ловушках разного типа.

Исключение представляют так называемые «мертвые» нефти. Это нефти, приближенные к дневной поверхности, полностью дегазированные за счет испарения (улетучивания) не только газов, но и легких фракций самой нефти.

Такая нефть в России известна на Ухте. Это тяжелая вязкая окисленная, почти нетекучая нефть, которая добывается нетрадиционным шахтным способом.

Широкое распространение в мире имеют чисто газовые залежи, где нефть отсутствует, а газ подстилается пластовыми водами. У нас в России супергигантские газовые месторождения открыты в Западной Сибири: Уренгойское с запасами 5 трлн. м3, Ямбургское – 4,4 трлн. м3, Заполярное – 2,5 трлн. м3, Медвежье – 1,5 трлн. м3.

Однако, наибольшим распространением отличаются нефтегазовые и газонефтяные месторождения. Совместно с нефтью газ встречается либо в газовых шапках, т.е. над нефтью, либо в растворенном в нефти состоянии. Тогда он называется растворенным газом. По своей сути нефть с растворенным в ней газом подобна газированным напиткам. При больших пластовых давлениях в нефти растворены значительные объемы газа, а при падении давления до атмосферного в процессе добычи нефть дегазируется, т.е. газ бурно выделяется из газонефтяной смеси. Такой газ называется попутным.

Естественными спутниками углеводородов являются углекислый газ, сероводород, азот и инертные газы (гелий, аргон, криптон, ксенон), присутствующие в нем в качестве примесей.

Физические свойства

Метан в стандартных условиях (атмосферное давление и температура 0°C) представляет собой газ без цвета и запаха плотностью  (легче воздуха). Основные свойства приведены в таблице.

Наименование параметра:	Значение:
Цвет	без цвета
Запах	без запаха
Вкус	без вкуса
Агрегатное состояние (при 20 °C и атмосферном давлении 1 атм.)	газ
Плотность (при 20 °C и атмосферном давлении 1 атм.), кг/м3	0,6682
Плотность (при 0 °C и атмосферном давлении 1 атм.), кг/м3	0,7168
Плотность (при -164,6 °C и атмосферном давлении 1 атм.), кг/м3	415
Температура плавления, °C	-182,49
Температура кипения, °C	-161,58
Температура самовоспламенения, °C	537,8
Критическая температура*, °C	-82,4
Критическое давление, МПа	4,58
Критический удельный объём,  м3/кг	0,0062
Взрывоопасные концентрации смеси газа с воздухом, % объёмных	от 4,4 до 17,0
Удельная теплота сгорания, МДж/кг	50,1
Коэффициент теплопроводности (при 0 °C и атмосферном давлении 1 атм.), Вт/(м·К)	0,0302
Коэффициент теплопроводности (при 50 °C и атмосферном давлении 1 атм.), Вт/(м·К)	0,0361
Молярная масса, г/моль	16,04
Растворимость в воде, г/кг	0,02

* при температуре выше критической температуры газ невозможно сконденсировать ни при каком давлении.

Хранение и транспортировка

Основная трудность использования природного газа — это транспортировка и хранение из-за его низкой плотности. Трубопроводы природного газа экономичны, но непрактичны через океаны. Многие существующие трубопроводы в Северной Америке близки к исчерпанию своей пропускной способности, что побудило некоторых политиков в более холодном климате публично заявить о потенциальной нехватке.

Танкеры могут использоваться для перевозки сжиженного природного газа (СПГ) через океаны, а автоцистерны могут перевозить сжиженный или сжатый природный газ (КПГ) на более короткие расстояния. Они могут транспортировать природный газ непосредственно конечным потребителям или в точки распределения, такие как трубопроводы, для дальнейшей транспортировки. Они могут иметь более высокую стоимость, требуя дополнительных установок для сжижения или сжатия в точке добычи, а затем газификации или декомпрессии на объектах конечного использования или в трубопроводе.

В прошлом природный газ, полученный в процессе добычи нефти, нельзя было выгодно продать, и его просто сжигали на нефтяном месторождении (так называемое сжигание на факеле). Эта расточительная практика сейчас является незаконной во многих странах, тем более что она приводит к загрязнению атмосферы Земли парниковыми газами. Кроме того, теперь компании осознают, что ценность газа может быть достигнута с помощью СПГ, КПГ или других методов транспортировки для конечных пользователей в будущем. Теперь газ снова закачивается обратно в пласт для последующего извлечения. Это также способствует перекачке нефти, поддерживая более высокое подземное давление.

В Саудовской Аравии в конце 1970-х годов была создана «Основная газовая система», которая устранила необходимость сжигания на факелах. Природный газ используется для производства электроэнергии и тепла для опреснения. Точно так же некоторые свалки, которые также выбрасывают метановые газы, были созданы для улавливания метана и выработки электроэнергии.

Природный газ часто хранится в подземных кавернах, образованных внутри истощенных газовых резервуаров из предыдущих газовых скважин, соляных куполов или в резервуарах в виде сжиженного природного газа.Газ закачивается в периоды низкого спроса и извлекается в периоды повышенного спроса. Хранение рядом с конечными конечными пользователями помогает наилучшим образом удовлетворить изменчивые потребности, но это не всегда возможно.

Смесь пропан-бутан

Пропан-бутановые смеси, в том числе автомобильные, являются наиболее известными и востребованными газовыми составами. Сжиженные углеводородные газы (СУГ) добывают при добычи нефти путем разделения непосредственно нефти и попутного нефтяного газа (ПНГ), далее специальных установках из ПНГ выделяют Пропан (С3Н8) и Бутан (С4Н10), из которых подготавливают топливную смесь.

Пропан-бутановая смесь более тяжелая по сравнению с воздухом, поэтому при утечке газ «стелется» по земле и накапливается в помещении, что токсично и взрывоопасно. Именно фактор безопасности следует рассматривать, как один из основополагающих, при выборе вида газомоторного топлива. 

Применение природного газа

Прежде всего, природный газ в современном мире применяется в качестве горючего и топлива. Так, во многих многоквартирных и частных домах люди используют природный газ для приготовления пищи, подогрева воды, отопления. Что же касается другого применения природного газа в виде топлива, то в последнее время он активно используется не только в качестве топлива для различных ТЭЦ и котельных, но и как горючее для топливных систем некоторых автомобилей. Кроме того, современные инженеры и конструкторы наладили даже выпуск транспорта, работающего на природном газе — например, автобусов. В химической промышленности природный газ используется в качестве сырья для изготовления всевозможных веществ — например, различных пластиков и пластмасс. А на заре своей добычи во многих европейских и североамериканских городах природный газ использовался в качестве уличного освещения и применялся он даже в самых первых светофорах.

Источники и получение метана

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

Хранение и способы транспортировки добытого топлива

Распространенный и относительно недорогой способ транспортировки добытого природного газа — перемещение по трубам. Предварительно его обязательно очищают от различных примесей, которые отрицательно влияют на оборудование. Также газ освобождают от влаги, которая в процессе транспортировки переходит в состояние кристаллогидратов и становится причиной закупорки труб.

Современные трубопроводы выдерживают давление в 75 атмосфер и более. Крупные магистрали транспортируют газ даже в отдаленные регионы страны.

Преимущества данного способа:

• высокая скорость перемещения газа;
• бесперебойная работа;
• минимальные потери газа в процессе транспортировки;
• автоматический режим перемещения ресурса.

Трубопроводы современной конструкции способны перекачивать около 45 миллиардов м3 газа в год.

Также газ перевозят с помощью автоцистерн. Для этого он должен быть в сжиженном состоянии

Этот способ транспортировки требует особой внимательности и осторожности, и оправдан только в том случае, если газ нужно переместить на небольшое расстояние

Еще один способ перемещения газа — перевозка танкерами (специальными суднами). Вещество в них также транспортируют в сжиженном виде. Его температура должна находиться в пределах 160 градусов. Это безопасный и относительно недорогой, но медленный способ транспортировки.

Природный газ может храниться как в сжиженном состоянии, так и в форме гидратов. Практикуется подземное хранение газа в емкостях и газгольдерах низкого, среднего и высокого давления.

МЕТАН

АБВГДЕЖЗИКЛМНОПРСТУФХЦЧШЩЭЮЯ

МЕТАН (рудничный, болотный газ) СН4, мол. м. 16,04; бесцв. газ без запаха; т. пл. -182,48 °С, т. кип. -161,49 °С: d4-164 0,415; tкрит -82,4°С, pкрит 4,6 МПа, dкрит 160,4 кг/м3; С0p 2,22кДж/(кг.

К); DH0исп 8,22 кДж/моль, DH0обр -84,9 кДж/моль, DH0сгор -882 кДж/моль; S0298 186,2 Дж/(моль.К); DG0обр — 50,6 кДж/моль. Р-римость в воде (г в 100 мл): 0,005563, 0,003308 и 0,00170 соотв. при 0, 20 и 100 °С; раств. в этаноле, эфире, ССl4, в углеводородах. Молекула метана имеет тетраэдрич.

строение (sp -гибридизация углеродного атома).

Метан-первый член гомологич. ряда насыщенных углеводородов, наиб. устойчив к хим. воздействиям. Подобно др. алканам вступает в р-ции радикального замещения (гало-генирования, сульфохлорирования, сульфоокисления, нитрования и др.), но обладает меньшей реакц. способностью.

Специфична для метана р-ция с парами воды, к-рая протекает на Ni/Al2O3 при 800-900 °С или без катализатора при 1400-1600 °С; образующийся синтез-газ м. б. использован для синтеза метанола, углеводородов, уксусной к-ты, аце-тальдегида и др. продуктов.

Нек-рые характерные для метана р-ции приведены на схеме:

Разрабатываются р-ции окислит. дегидроизомеризации метана в этилен и др. углеводороды, а также прямого окисления метана в метанол и формальдегид на оксидных катализаторах,

Метан-основной компонент природного и рудничного газов (до 98%), образуется также в результате анаэробного (ме-танового) брожения целлюлозы (болотный газ, биогаз). Метан составляет основу атмосферы ряда планет — Сатурна, Юпитера и его спутника Титана.

В пром-сти метан выделяют из природного или крекинг-газа низкотемпературной дистилляцией или адсорбцией на цеолитах. М. б. получен также гидрированием СО и СО2 на катализаторе при 200-300 °С. В лаб. условиях получают сплавлением ацетата Na с NaOH, гидролизом карбида Аl или разложением метилмагнийгалогенидов.

В составе природного коксового и биогазов метан используют в качестве топлива. В пром-сти его применяют для получения синтез-газа, водорода, ацетилена, техн. углерода, HCN, метил- и метиленхлоридов, СНСl3, ССl4, CH3NO2, фреонов.

С воздухом метан образует взрывоопасные смеси, что является осн. причиной взрывов на угольных шахтах. Т. всп. -187,9 °С, т. самовоспл. 537,8 °С, КПВ 5-15%. Метан нетоксичен, ПДК 300 мг/м3.

===

1987; «Успехи химии», 1989, т. 58, в. 1. А. А. Братков.

Страница «МЕТАН» подготовлена по материалам химической энциклопедии.

АБВГДЕЖЗИКЛМНОПРСТУФХЦЧШЩЭЮЯ