Мы еще очень мало знаем о природном газе – его происхождение до сих пор остается загадкой. Остается надеяться, что голубое топливо – поистине неисчерпаемый дар, которого хватит и нам, и нашим потомкам.
Все о природном газе: его состав и свойства, добыча и применение
Наряду с нефтью природный газ имеет большое значение благодаря своей высокой энергоэффективности и экологичности. Он широко используется в качестве топлива, а также служит ценным сырьем для химической промышленности.
И хотя использование газа стало обыденным и повсеместным, он по-прежнему остается сложным и опасным веществом – чтобы попасть в горелку газового прибора, ему требуется долгий и сложный путь.
В этой статье мы рассмотрим основные вопросы, связанные с природным газом – поговорим о его составе и свойствах, опишем этапы добычи, транспортировки и переработки газа, области применения. Мы рассмотрим современные представления о происхождении запасов углеводородов, интересные факты и гипотезы.
Что такое природный газ?
Распространено заблуждение, что газ находится под землей в пустотах и его можно легко добыть, просто пробурив скважину. Однако реальность гораздо сложнее: газ может быть заперт в пористой породе, растворен в воде, жидких углеводородах и нефти.
Чтобы понять, почему так происходит, стоит вспомнить, что слово "газ" происходит от греческогохаосчто отражает принцип сохранения материи". В газообразном состоянии молекулы движутся хаотично, стремясь равномерно заполнить весь возможный объем. Это позволяет им проникать и растворяться в других веществах, включая более плотные жидкости и минералы. Высокое давление и температура значительно ускоряют процесс диффузии. Именно в виде такого "коктейля" природный газ часто находят под поверхностью земли.
Однако сначала давайте объясним, из чего состоит природный газ – его химический состав и физические свойства.
Химический состав
Добываемый из недр земли газ, известный как "природный газ", представляет собой смесь различных газов.
По своему составу он делится на три группы компонентов:
- горючие – углеводороды
- негорючие (балластные вещества) – азот, двуокись углерода, кислород, гелий, водяной пар;
- вредныезагрязняющие вещества – сероводород и меркаптаны.
Первая и основная группа представляет собой набор метановых углеводородов (гомологов) с числом атомов углерода от 1 до 5. Наибольший процент в смеси составляет метан (70-98%), который имеет один атом углерода. Содержание других газов (этана, пропана, бутана, пентана) варьируется от долей до десятых долей процента.
Газ, добываемый из пластов, характеризуется высокой концентрацией метана. В попутном газе, добываемом из нефти, доля метана значительно ниже: 30-60%, но его гомологи выше: 10-20%
Природный или сжиженный – в чем разница?
При выборе источника топлива пользователи могут столкнуться с двумя терминами: природный и сжиженный газ. Первый в основном передается по коммунальным сетям. Гораздо реже его можно приобрести в сжатом состоянии в баллонах. Второй – это традиционный состав газовых баллонов для пропана и бутана.
Характеристики природного газа
Основным компонентом является метан. На его долю приходится не менее 70%.
Остальное распределяется между тяжелыми углеводородами:
- пропан
- бутан; ;
- этан;
- пентан.
В нем также содержатся водород, азот, диоксид углерода и небольшое количество сероводорода. Следует знать, что добываемый естественным путем газ не имеет запаха и цвета. Поэтому природный газ в баллонах обычно обогащен пахучие вещества – веществами с резким запахом.
Для обнаружения утечки не обязательно чувствовать запах. Из-за своей летучести соединение сразу же распространяется по помещению, быстро привлекая внимание.
Если вы почувствовали неприятный запах, первое, что нужно сделать, – открыть окна в помещении, где находится баллон. Затем выйдите на улицу и позвоните в аварийную газовую службу. Никогда не проверяйте концентрацию смеси в воздухе с помощью спички или зажигалки.
Наиболее распространенным пахучим веществом является этанэтиол, который имеет запах гнили или тухлого яйца. В больших количествах это соединение токсично. В низких концентрациях, характерных для классической бытовой газовой смеси, оно совершенно безвредно.
Преимущества сжиженного газа
Сжиженный газ – это пропан и бутан, смешанные в разных пропорциях. Под высоким давлением эти углеводороды превращаются в жидкость и заметно уменьшаются в объеме. Обратный процесс возможен при повышении температуры – нагрев приводит к расширению вещества. Поэтому баллоны для сжиженных углеводородных газов изготавливаются строго по ГОСТу и заполняются не более чем на 85%.
Зимние и летние смеси
Поскольку в жилых помещениях допускается только один 5-литровый баллон, баллоны большой емкости устанавливаются снаружи дома. Следовательно, климатические условия во время эксплуатации могут быть любыми. С учетом этого фактора создаются газовые композиции для теплого и холодного времени года, подробнее о которых можно прочитать здесь.
В чем разница между сезонными вариантами?
Внутри баллона сжиженный газ существует в двух состояниях материи: жидком и газообразном. Интенсивность заполнения газопровода газообразной фракцией напрямую зависит от температуры: при теплых температурах это значение выше, чем при низких.
Из графика видно, что, смешивая пропан и бутан, можно уравновесить испаряемость этих соединений. Именно этот принцип лежит в основе формул "климата".
Это исправляется путем изменения пропорций пропана и бутана. Первый способен испаряться при температуре 42 градуса ниже нуля. Второй теряет эту способность, как только температура превышает ноль.
Поэтому в зимних версиях количество пропана увеличивается. В летних версиях, наоборот, уменьшается. Такой подход позволяет снизить стоимость летних версий за счет более дешевого бутана и обеспечить эффективность зимних версий.
Расчет пропорций в зависимости от климата
При определении рекомендуемых пропорций за точку отсчета был взят средний российский показатель. Минимальное содержание пропана в зимней версии ограничено 70%. В летнем варианте допускается 50%.
SPBT означает смесь пропана и технического бутана – пропорции корректируются по мере необходимости. BT – технический бутан – содержит 60% бутана. PT – технический пропан – минимум 75% пропана.
Какие риски связаны с бытовым газом?
Какой бы газ ни подавался в жилые дома, из сети или баллонов, при неправильном обращении он может быть смертельным.
Читайте эту статью здесь: [link_webnavoz]Почему взрываются газовые баллоны: основные причины аварий[/link_webnavoz].
Взрывоопасные ситуации возникают при критическом повышении концентрации метана (выше 15% от общего объема воздуха в помещении). При температуре выше 650 °C возможно самовозгорание.
В природном газе, подаваемом в дома, практически отсутствуют токсичные вещества. Однако в повседневной жизни существует множество случаев, когда утечка приводит к серьезным травмам или даже смерти. Основной причиной этого является углекислый газкоторый проникает в помещение и и вытесняет кислород из окружающей среды, вызывая удушье.
Еще одной негативной характеристикой метана является высокая горючесть и взрывоопасность. Уровень риска зависит от ряда дополнительных факторов, в частности от давления и температуры окружающей среды.
Если происходит утечка газа, он смешивается с воздухом, образуя взрывоопасную смесь. Небольшая искра, пламя от сигареты, зажигалки, спички или любого электрического импульсного устройства может вызвать взрыв на лестничных клетках, в квартирах или домах.
Электроприборы, работающие от батареек или аккумуляторов, особенно опасны в закрытых помещениях с газом. Из-за высокого содержания метана даже включенный мобильный телефон и ноутбук могут стать причиной взрыва или пожара.
О чем говорит цвет пламени горелки?
Пламя на газовой плите или котле часто имеет разный цвет. Цвет зависит от качества газа, подаваемого на пламя. Он используется для оценки физических и химических свойств топливной смеси.
Качественное топливо с однородной структурой отличается равномерное горениеравномерное, с насыщенным синий цвет цветом пламени. Такой газ сгорает полностью, выделяя максимальное количество тепла и минимальное количество вредных веществ.
На чистоту горения влияет содержание водорода. Однако если в пламени появляется красное свечение…. красный, оранжевый или оранжевый или желтый.Это указывает на проблему.
Причин может быть две:
- Дисбаланс в топливно-воздушной смеси.
- Плохое качество энергоносителя.
Ненормальный цвет пламени в горелке указывает на наличие нежелательных примесей, неполное сгорание топлива и образование угарного газа. Поэтому оба случая являются потенциально опасными.
Дисбаланс в топливной смеси может быть вызван недостаточной или избыточной подачей воздуха или засорением горелки сажей, пылью или пылью. Может случиться так, что подаваемый в дом газ имеет низкую плотностьЭто может не обеспечить оптимальный уровень нагрева.
Если вы заметили ненормальный цвет пламени в горелке, обратитесь в газовую компанию или соответствующие органы. Низкокачественное топливо опасно в использовании, приводит к увеличению расходов, преждевременному износу газового оборудования и различным аварийным ситуациям
В такой ситуации для нормальной работы системы требуется большое количество сырья и, как следствие, увеличиваются счета за коммунальные услуги. Виновниками обычно являются управляющие компании, которые увеличивают свои доходы за счет намеренного снижения содержания углерода и двуокиси углерода в энергоносителе.
Этан
Этан – это газ без запаха и цвета. Он является представителем углеводородов. Дегидрирование при 550-650 0С приводит к этилену, выше 800 0С – к ацетилену. Встречается в природных и попутных газах в количестве до 10%. Его выделяют путем дистилляции при низкой температуре. Значительные количества этана выделяются при крекинге сырой нефти. В лабораторных условиях он образуется в реакции Вурца. Это основное сырье для производства винилхлорида и этилена.
Это прозрачный газ без запаха. Он нетоксичен и в 14,5 раз легче воздуха. По внешнему виду он ничем не отличается от воздуха. Высокая реакционная способность, широкий диапазон вспышки, очень взрывоопасен. Содержит почти все органические соединения. Самый трудносжимаемый газ. Свободный водород очень редко встречается в природе, но в виде соединений он очень распространен.
Применение горючих газов
Горючие газы имеют высокую теплотворную способность и поэтому являются очень экономичным энергетическим топливом. Они широко используются в коммунальном хозяйстве, на электростанциях, в металлургической, стекольной, цементной и пищевой промышленности, в качестве моторного топлива, а также в производстве строительных материалов.
Использование горючих газов в качестве сырья для производства органических соединений, таких как формальдегид, метиловый спирт, уксусная кислота, ацетон, ацетальдегид, определяется наличием в их составе углеводородов. Метан, как основной компонент горючего природного газа, широко используется в производстве различных органических продуктов. Синтез-газ, продукт конверсии метана с кислородом или водяным паром, используется для получения аммиака и различных видов спиртов. При пиролизе и дегидрировании метана образуется ацетилен, а также водород и сажа. Водород, в свою очередь, используется для синтеза аммиака. Из горючих газов, в основном этана, получают этилен и пропилен, которые затем используются в качестве сырья для производства пластмасс, искусственных волокон и синтетических каучуков.
Сжиженный метан является перспективным топливом для многих областей экономики. Использование сжиженных газов во многих случаях дает большие экономические преимущества, позволяя снизить материальные затраты на транспортировку и решить проблему газоснабжения в некоторых районах, что позволяет создавать запасы сырья для химической промышленности.