Как добывают природный газ?

Физические характеристики компонентов.

Компонент состава газа	Мольная масса	Плотность кг/м3	Плотность по отношению к воздуху	Температура сжижения,С
Метан СН4	16,04	0,72	0,55		-161,5
Этан С2Н6	30,07	1,36	1,05	-89
Пропан С3Н8	44,09	2,02	1,55	-42
Бутан С4Н10	58,12	2,70	2,08	-1
Пентан С5Н12	72,15	3,22	2,50	+36

Критические параметры некоторых веществ.

Газ	Критическая t С	Критическое Р МПа
Метан СН4	-82,1	4,649
Этан С2Н6	32,1	4,954
Пропан С3Н8	95,6	4,404
Бутан С4Н10	152,8	225
Пентан С5Н12	196,6	232
Углекислый газ СО2	31,1	468
Сероводород Н2S	100,4	—
Азот N2	147,1	311
Воздух	140,7	310

Теплота сгорания газа — это количество теплоты,выделяемое при полном сгорании единицы объема газа.

Различают высшую и низшую теплоту сгорания.

Высшая теплота сгорания — количество теплоты, которая выделиться при полном сгорании единицы объема газа, с учетом конденсации водяных паров, образующихся при окислении водорода.

Низшей теплотой сгорания называется количество теплоты, которое выделится при полном сгорании единицы объема газа без учета теплоты, которая выделяется при конденсации водяных паров.

В расчетах обычно используют понятие низшей теплоты сгорания топлива в силу того, что отходящие продукты сгорания имеют относительно высокую температуру, значительно выше, чем температура точки росы, при которой и происходит конденсация водяных паров, содержащихся в продуктах питания.

Компонент смеси	Метан	Этан	Пропан	Бутан
Низшая теплота сгорания,кДж/м3	35880	64450	92940	118680

Природный газ

Ключевые слова конспекта: Углеводородное сырьё. Природный газ. Конверсия метана. Пиролиз. Синтез-газ.

Состав природного газа

Бюджет Российской Федерации в немалой степени зависит от добычи и экспорта природных ископаемых, которые называют углеводородным сырьём. К таким подземным богатствам относят природный газ, попутный нефтяной газ, нефть, каменный уголь, горючие сланцы.

Владение природными источниками углеводородов и контроль над ними играют немаловажную роль в мировой политике: служат основой интеграции экономик различных стран или причиной военных конфликтов.

В недрах нашей планеты под большим давлением содержится одно из важнейших полезных ископаемых — природный газ. Он представляет собой смесь предельных углеводородов и неорганических газов, образовавшихся в результате бактериального разложения органических останков без доступа воздуха. Содержание отдельных компонентов природного газа зависит от месторождения. Однако в любом случае в природном газе преобладает метан, количество других предельных углеводородов резко сокращается с уменьшением их относительной молекулярной массы.

Использование природного газа и его переработка

Природный газ — важнейший вид топлива, поскольку он обладает рядом неоспоримых преимуществ перед другими энергоресурсами:

• 1) дешевизна (это самый экономичный вид топлива);
• 2) высокая теплотворная способность;
• 3) лёгкость транспортировки (по газопроводам);
• 4) экологичность (минимальное количество вредных выбросов при сгорании). В последнем преимуществе легко убедиться, ещё раз проанализировав уравнение реакции горения метана. При полном сгорании этого углеводорода воздух практически не загрязняется вредными выбросами, поскольку продукты горения углеводородов — это углекислый газ и водяной пар:

СН₄ + 2O₂  →  СO₂ + 2Н₂O

Метан горит бесцветным пламенем, а пропан и бутан, сжиженной смесью которых заполняют резервуар газовой зажигалки, — светящимся пламенем. Различие в характере пламени объясняется разной массовой долей углерода в указанных алканах.

Россия обладает огромными запасами природного газа, занимая по этому показателю первое место в мире. Наиболее крупным является Уренгойское месторождение, расположенное на севере нашей страны, в Ямало-Ненецком автономном округе. Богаты природным газом Иран, страны Персидского залива, США, Канада. Государства Европы, напротив, — крупнейшие потребители голубого топлива, поскольку собственные запасы этого природного ископаемого там довольно скудны.

Природный газ используют для обеспечения работы тепловых электростанций, котельных установок, доменных и стекловаренных печей. Бытовой газ — это тот же природный газ, только с добавкой специальных компонентов, позволяющих по запаху определить его утечку из газовых труб или бытовых приборов.

Природный газ используют не только в качестве топлива, но и как важнейшее сырьё для химической промышленности.

Взаимодействие метана с перегретым водяным паром называют конверсией. В результате этой реакции образуется смесь газообразных продуктов — оксида углерода(II) и водорода в соотношении 1:3:

СН₄ + Н₂O  →  СО + 3Н₂

Такую смесь называют синтез-газом. Это название отражает назначение продукта конверсии: его используют для получения синтетического бензина (смеси предельных углеводородов, содержащих от 6 до 12 атомов углерода в молекуле), а также синтеза кислородсодержащего органического вещества (с которым вы познакомитесь в начале следующей главы нашего учебника) — метилового спирта: 

Пиролизом (нагреванием без доступа воздуха) природного газа в зависимости от условий проведения процесса получают углерод (сажу), водород и ацетилен. Уравнение реакции пиролиза метана вам уже известно.

Наряду с природным газом одним из самых ценных природных ископаемых считается нефть, которой будет посвящён следующий конспект.

Конспект урока по химии «Природный газ». В учебных целях использованы цитаты из пособия «Химия. 10 класс : учеб, для общеобразоват. организаций : базовый уровень / О. С. Габриелян, И. Г. Остроумов, С. А. Сладков. — М. : Просвещение». Выберите дальнейшее действие:

• Вернуться к Списку конспектов по химии
• Найти конспект в Кодификаторе ОГЭ по химии
• Найти конспект в Кодификаторе ЕГЭ по химии

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.

Спор ученых

Относительно происхождения природного газа (как, впрочем, и нефти) среди ученых до сих пор не существует единого мнения. Две основные концепции — биогенная и минеральная — утверждают разные причины образования углеводородных полезных ископаемых в недрах Земли.

Минеральная теория

Образование полезных ископаемых в пластах горных пород — часть процесса дегазации Земли. Из-за внутренней динамики Земли углеводороды, находящиеся на больших глубинах, поднимаются в зону наименьшего давления, образуя в результате газовые и нефтяные залежи.

Биогенная теория

Живые организмы, погибшие и опустившиеся на дно водоемов, разлагались в безвоздушном пространстве. Опускаясь все глубже из-за геологических движений, остатки разложившейся органики превратились под воздействием термобарических факторов (температуры и давления) в углеводородные полезные ископаемые, в том числе — в природный газ.

Невидимые поры

Довольно распространено ложное представление о том, что газ находится под землей в неких пустотах, из которых легко полностью извлекается. На самом деле газ может находиться внутри горной породы, имеющей пористую структуру настолько мелкую, что человеческим глазом ее увидеть нельзя. Держа в руках кусок песчаника, извлеченного с огромной глубины, достаточно сложно представить, что внутри заключен природный газ.

Поклонение газу

Человечество знает о существовании природного газа давно. И, хотя уже в IV веке до н. э. в Китае его научились использовать для отопления и освещения, долгое время яркое пламя, не оставляющее пепла, являлось предметом мистического и религиозного культа для некоторых народов. Например, на Апшеронском полуострове (современная территория Азербайджана) в VII веке был воздвигнут храм огнепоклонников Атешгях, служения в котором проходили вплоть до XIX века.

Кстати, недалеко от храма Атешгях в 1859 году была совершена первая в России попытка (довольно кратковременная) использовать природный газ в промышленных целях — на нефтеперегонном заводе в Баку.

Русская смекалка

Однако до XX века в России природный газ являлся побочным продуктом при добыче нефти и назывался попутным газом. Не существовало даже самих понятий газового или газоконденсатного месторождений. Обнаруживались они случайно, например при бурении артезианских скважин. Однако известен случай, когда во время бурения такой скважины находчивый саратовский купец, увидев вместо воды пламя, построил на этом месте стекольный и кирпичный заводы. Промышленники постепенно начали осознавать, что природный газ может быть крайне полезен.

История российской газовой промышленности начинается в 1811 году. Тогда изобретатель Петр Соболевский создал первую установку для получения искусственного газа — термоламп. Выступив с докладом об этом на заседании Всероссийского общества любителей словесности, наук и художеств, по указу Александра I Соболевский был награжден орденом за свое изобретение. А несколькими годами позже, в 1819 году, на Аптекарском острове в Санкт-Петербурге зажглись первые газовые фонари. Таким образом, история газовой промышленности в России началась почти 200 лет назад — в 2011 году у нее был юбилей.

В середине 20-х годов XX века во всем СССР было добыто 227,7 млн кубометров газа. В 2010 году Группой «Газпром» было добыто 508,6 млрд кубометров газа.

Россия занимает первое место в мире по объему запасов природного газа. Доля «Газпрома» в этих запасах составляет около 70%. Таким образом, «Газпром» располагает самыми богатыми в мире запасами природного газа.

С наступлением XX века началось активное развитие российской газовой промышленности: впервые разрабатывались газовые месторождения, утилизировался попутный (нефтяной) газ.

Источники

• https://www.syl.ru/article/468416/fizicheskie-svoystva-prirodnogo-gaza-ispolzovanie-prirodnogo-gaza
• https://sovet-ingenera.com/gaz/standart/prirodnyy-gaz.html
• http://www.gazprominfo.ru/articles/natural-gas/
• https://svarkaipayka.ru/material/zashhitnyie-gazyi/prirodnyiy-gaz-smes-ili-chistoe-veshhestvo.html
• https://petrodigest.ru/info/terms/p-ru-terms/prirodnyj-gaz

Результаты переработки

Полученное вещество после переработки используется не только как источник энергии. Выделяются следующие продукты переработки нефти и газа:

• аммиак – необходим для производства удобрений, полимеров, растворителя, нашатырного спирта; бесцветен, присутствует сильный специфический запах;
• анилин – основа для создания красок, полиуретана, каучука; бесцветная жидкость с резким запахом, плохая растворимость в воде;
• гелий – применяется для высоких технологий при изготовлении медицинских изделий и ядерных реакторов, спутников; необходим геологам, так как они с помощью гелиевой съемки определяют глубинные разломы на поверхности земной коры, нет цвета, вкуса и запаха;
• метанол – используется как растворитель и топливный элемент, жидкость без цвета, но присутствует запах этилового спирта; принимать внутрь смертельно опасно;
• уксусная кислота – нужна при изготовлении текстильной продукции, не в сильной концентрации для кулинарии, применяется как растворитель, присутствует резкий запах и кислый вкус;
• формальдегид – применяется в производстве строительных материалов, фенопластов, хорошо работает в качестве антисептика, консерванта для косметических средств, бесцветен, нет резкого запаха;
• этан – из него изготавливаются изделия из пластмассы, необходим для получения соединения этилена; нет цвета, вкуса и запаха.

Продукты переработки природного газа являются востребованным сырьем во многих отраслях промышленности. Главное – использовать их исключительно в своих областях применения.

Природный газ – ценное минеральное образование из недр Земли. Используется как необходимый источник тепловой энергии. Некоторые его производные применяются во многих отраслях промышленности. После извлечения обязательно проходит процесс переработки природного газа для очищения его от ненужных примесей.

Популярные сегодня темы

Скелет человека
Скелет – совокупность костей, которые отличаются между собой по форме, размеру и прочности

Он является важной частью человеческого организма. В его состав также входят суставы и сухожилия.

Каучук
Каучук – это тугой, но податливый и эластичный материал

Получают его из млечного сока тропических растений. Известно об этом веществе стало во время географических открытий Колумба

Бобры
Бобрами называется род млекопитающих, представляющих отряд грызунов. В мире существует два вида этих удивительных животных — канадский бобр и обыкновенный речной бобр.

Физика
Физика — это наука, изучающая свойства материи, инерцию, силы и движение. Физика объясняет происходящее в нашем мире на основе фундаментальных законов и принципов

Реактивное движение
Реактивное движение – это механическое явление, один из способов тела передвигаться в пространстве. Оно происходит под действием силы, которая называется реактивной тягой

Река Волга
Волга считается самой могущественной и длинной рекой в России. Длина составляет больше 3500 км. Исток берет начало в районе Валдайской возвышенности и впадает в Каспийское море.

2.2.4 Тепловые свойства природных газов

Теплоемкость природного газа

Удельной теплоемкостью называется количество
теплоты, которое необходимо подвести к единице массы вещества, чтобы изменить
его температуру на 1 градус.

Для
газов различают удельные теплоемкости: изобарную с_р (р=const) и
изохорную с_v (v=const)

Изобарная молярная теплоемкость природных
газов определяется по формуле:

с_р=0,523(8,36+0,00892t)М_i3/4, (2.10)

где t-температура, °С;М_i-молекулярная масса I-го компонента природного газа.

Тогда
для смеси газов формула (17) преобразуется следующим образом:

,(2.11)

где y_i-молярная
доля I-го компонента в смеси, с_рi-изобарная молярная
теплоемкость I-го компонента.

Изобарная молярная теплоемкость реальных природных
газов зависит от давления и от температуры с_р=с_р(t)+Dc_p(P,t),(2.12)

где Dc_p(P,t)-изотермическая
поправка теплоемкости на давление, ее можно определить по номограмме в зависимости
от приведенных параметров.

Для
приближенных расчетов при 0,02≤Р_пр≤4, 1,3≤Т_пр≤2,5

Dc=32,600Р_пр/Т_пр4
кДж/(кмоль∙К)(2.13)

Теплоемкость неуглеводородных компонентов (N₂, H₂S и СО₂) примерно
равна 0,5 теплоемкости углеводорода с одинаковой молярной массой.

Теплотоворная способность или теплота сгорания – количество тепла, выделяемое при сгорании при
определенных условиях (чаще всего при Р=0,013 МПа и Т=288К).
Единицы измерения- МДж/кг, МДж/м3 (ккал/кг, ккал/м3). Различают
высшую и низшую теплоту сгорания. Для получения низшей теплоты сгорания из
высшей вычитают тепло, расходуемое на испарение гигроскопической воды.
Присутствие в смесиинертных газов
понижает теплоту сгорания. При сгорании 1кг каменного угля выделяется 9
ккал,1кг нефти – 11 ккал, 1м3 газа
— 7 ккал.

Дросселирование–
расширение газа при прохождении через дроссель — местноегидравлическое сопротивление (вентиль, кран,
сужение трубопровода и т.д.), сопровождающееся изменением температуры.
Дросселирование – термодинамический процесс, характеризующийся постоянством
энтальпии (i = const).В процессе дросселирования реального
природного газа при его движении через штуцер, задвижку, регулятор давления,
клапан-отсекатель, колонны труб в скважине, неплотности в оборудовании
промыслов уменьшается температура газа.

Изменение температуры газов и жидкостей
при изоэнтальпийном расширении называется эффектом Джоуля-Томсона или дроссель-эффектом, а D_iчастоназывают коэффициентом Джоуля-Томсона.

D_i = (¶Т¶р)_i= [T
(¶V¶Т)_p –V]/с_p, илиD_i= DТDР,
(2.14)

где DТ – изменение температуры, а DР- изменение давления. Среднее
значение коэффициента Джоуля—Томсона для природ­ного газа изменяется от 2 до 4 К/МПа в зависимости от составагаза, падения
давления и начальной температуры газа. Для приближенных расчетов среднее
значение коэффициента Джоуля—Томсона можно принимать равным 3
К/МПа.У жидко­стей D_i, <;0, поэтому при дросселировании они нагреваются.
Для наибольшего снижения температуры газа в штуцере необходимо удалять жидкость
из газового потока до его поступления в штуцер.Среднее
значение коэффициента Джоуля—Томсона для нефти изменяется от 0,4 до 0,6 К/МПа,
для воды оно составляет 0,235 К/МПа.

Транспортировка

Подготовка газа к транспортировке

Несмотря на то, что на некоторых месторождениях газ отличается исключительно качественным составом, в общем случае природный газ – это не готовый продукт. Помимо целевого содержания компонентов (при этом целевые компоненты могут различаться в зависимости от конечного пользователя), в газе содержаться примеси, которые затрудняют транспортировку и являются нежелательными при применении.

Например, пары воды могут конденсироваться и скапливаться в различных местах трубопровода, чаще всего, изгибах, мешая таким образом продвижению газа. Сероводород – сильный коррозионный агент, пагубно влияющий на трубопроводы, сопоуствуеющее оборудование и емкости для хранения.

В связи с этим, перед отправкой в магистральный нефтепровод или на нефтехимический завод газ проходит процедуру подготовки на газоперерабатывающем заводе (ГПЗ).

Первый этап подготовки – очистка от нежелательных примесей и осушка. После этого газ компримируют – сжимают до давления, необходимого для переработки. Традиционно природный газ сжимают до давления 200 — 250 бар, что приводит к уменьшению занимаемого объема в 200 — 250 раз.

Далее идет этап отбензинивания: на специальных установках газ разделяют на нестабильный газовый бензин и отбензиненный газ. Именно отбензиненный газ направляется в магистральные газопроводы и на нефтехимические производства.

Нестабильный газовый бензин подается на газофракционирующие установки, где из него выделяют легкий углеводороды: этан, пропан, бутан, пентан. Данные вещества также являются ценным сырьем, в частности для производства полимеров. А смесь бутана и пропана – уже готовый продукт, используемый, в частности, в качестве бытового топлива.

Газопровод

Основным видом транспортировки природного газа является его прокачка по трубопроводу.

Стандартный диаметр трубы магистрального газопровода составляет 1,42 м. Газ в трубопроводе прокачивается под давлением 75 атм. По мере продвижения по трубе, газ, за счет преодоления сил трения, постепенно теряет энергию, которая рассеивается в виде тепла. В связи с этим, через определенные промежутки на газопроводе сооружаются специальные компрессорные станции подкачки. На них газ дожимается до необходимого давления и охлаждается.

Для доставки непосредственно до потребителя от магистрального газопровода отводят трубы меньшего диаметра — газораспределительные сети.

Газопровод

Транспортировка СПГ

Что делать с труднодоступными районами, находящимися вдали от основных магистральных газопроводов? В такие районы газ транспортируется в сжиженном состоянии (сжиженный природный газ, СПГ) в специальных криогенных емкостях по морю, и по суше.

По морю сжиженный газ перевозится на газовозах (СПГ-танкерах), судах оборудованных изотермическими емкостями.

СПГ перевозят также и сухопутным транспортом, как железнодорожным, так и автомобильными. Для этого используются специальных цистерны с двойными стенками, способными поддерживать необходимую температуру определенное время.

Примечания[править | править код]

1. ↑ .
2. . Про сад и дом. Дата обращения: 10 мая 2020.
3. ↑ .
4. Газы природные горючие — статья из Большой советской энциклопедии. 
5. Молярная масса метана — 16 г/моль, средняя молярная масса воздуха — 29 г/моль.
6. ↑ Трофимук, А. А. Геологическое строение и нефтегазоносность восточной части Сибирской платформы : Материалы Всесоюзного совещания по оценке нефтегазоносности территории Якутии / А. А. Трофимук, Н. В. Черский. — М. : Недра : Наука, 1968. — 522 с. — УДК .
7. . web.archive.org (1 января 2011). Дата обращения: 10 января 2022.
8. . www.npc.org. Дата обращения: 10 января 2022.
9. . gaszbut.com.ua. Дата обращения: 10 января 2022.
10. . Deutsche Welle (4 марта 2019). Дата обращения: 19 марта 2019.
11. . Дата обращения: 12 сентября 2019.

Популярные темы сообщений

• Кипение жидкости

  Кипение является процессом преобразования жидкости в пар, в течение которого парообразование происходит не только с поверхности жидкости, но и из её объема под воздействием большой температуры и давления.

• Мигель де Сервантес Сааведра

  Наряду с писательской деятельностью, известный драматург и поэт Мигель де Сервантес Сааведра занимал и должность и военной сфере. Его произведения пополнили список мировой классической литературы, заняв достойное место в его рядах.

• Цветок Астра

  Идеальным садовым цветком является астра. Этот цветок красив, не требует специального ухода. Эти цветы оказались в Европе в начале XVIII века. Первая страна, которая была покорена этим цветком, была Франция. Первоначально астра росла в Китае,

• Дельфины

  Дельфины-морские млекопитающие, обладающие высоко развитым интеллектом. Обитают в различных морях и океанах. Наиболее изученный вид-афалины. Название «дельфин» имеет корни из греческого языка. Означает «ребенок» или «новорождённый младенец»,

• Серебряный век

  Литература – это одна из важнейших ветвей в области искусства. Хотя бы потому что, не читай бы мы все книги, были бы мы необразованными дикарями, которые умеют только бить друг друга. А ведь именно это и грозит современному поколению,

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:

• горючие – углеводороды;
• негорючие (балласты) – азот, углекислый газ, кислород, гелий, пары воды;
• вредные примеси – сероводород и меркаптаны.

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.

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 СН4не 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%.

Запах газа

Что интересно, ни один из названных газов не имеет ни цвета, ни запаха. Характерный неприятный запах, с которым в быту сталкивался практически каждый человек, придается газу искусственно и называется одорацией. В качестве одорантов, то есть неприятно пахнущих веществ, обычно используют серосодержащие соединения. Человек может уловить запах одного из самых распространенных одорантов — этантиола — даже если одна часть этого вещества придется на 50 миллионов частей воздуха. Именно благодаря одорации можно легко устанавливать утечки газа.