Он не имеет ни цвета, ни запаха.
Легче воздуха в 1,8 раза.
Горюч и взрывоопасен.
При утечке не собирается в низинах, а поднимается вверх.
Природный газ относится к полезным ископаемым.
Газ - это энергоресурс: 1 млрд м3 газа = 10,46 ТВт*час электроэнергии.
При сжигании 0,083 м3 - 0,125 м3 ( в среднем 0,1 м3) природного газа (в зависимости от состава природного газа и условий его сгорания) образуется 1 кВт*ч тепловой энергии.
Перевод единиц МВт*час в единицы объема для природного газа: 1 МВт*час = 95,3 м3.
Перевод Btu в единицы объема для природного газа: 1000 м3 = 35,8 млн Btu.
Обратный перевод 1 млн Btu = 27,9 м3.
Природный газ в пластовых условиях (условиях залегания в земных недрах) находится:
- в газообразном состоянии - он широко распространен и содержится в пластах горных пород в недрах земли:
- в виде газовых залежей (отдельных скоплений, заключенных в «ловушке» между осадочными породами),
- в виде газовых шапок в нефтяных месторождениях;
- в растворенном состоянии - в нефти и воде;
- в твердом состоянии - в виде газовых гидратов (т.н. «горючий лед») - кристаллических соединений природного газа и воды переменного состава. Газовые гидраты - перспективный источник топлива.
В определенных термодинамических условиях:
- гидростатическое давление (до 250 атм);
- сравнительно низкая температура (до 295°К),
- соединяясь с пластовой водой, может переходить в земной коре в твердое ( кристаллическое ) состояние.
1 нормальный кубический метр газа (Нм3) - внесистемная единица измерения газа, который в газообразном состоянии занимает 1 м3 при нормальных условиях (давление 760 мм ртутного столба, что соответствует 101325 Па, и температура 0 °С).
В ИЮПАК принято системное понятие «стандартных условий» (давление 105 Па,и 0 °С).
Состав природного газа
Основная часть - метан (CH4) - 92 - 98 %.В состав природного газа могут также входить более тяжелые углеводороды - гомологи метана:
- этан (C2H6),
- пропан (C3H8),
- бутан (C4H10).
- водород (H2),
- сероводород (H2S),
- диоксид углерода (СО2),
- азот (N2),
- гелий (Не).
- группы H (высококалорийный газ) - с высоким содержанием метана (от 87% до 99%), самый высококачественный.
- группы L (низкокалорийный газ) - характеризуется менее высоким содержанием метана - от 80% до 87%. Чистый природный газ не имеет цвета и запаха.
В газоконденсатных месторождениях (ГКМ) содержание гомологов метана значительно выше, чем метана.
Больше гомологов метана и у нефтяных попутных газов (ПНГ).
В отдельных газовых месторождениях наблюдается повышенное содержание углекислого газа CO2, сероводорода H2S и азота.
Чтобы можно было определить утечку по запаху, в газ добавляют небольшое количество веществ - Одорантов.
Одорант (Odorant) специально выбирают с сильным неприятным запахом (гнилой капусты, прелого сена, тухлых яиц).
Чаще всего в качестве одоранта применяется этилмеркаптан (16 г / 1000 м3 природного газа).
Для облегчения транспортировки и хранения природного газа его сжижают, охлаждая при повышенном давлении.
Ориентировочные физические характеристики (зависят от состава; при нормальных условиях, если не указано другое):
Плотность природного газа:
- от 0,68 до 0,85 кг/м³ относительно воздуха (сухой газообразный);
- 400 кг/м³ (жидкий).
Взрывоопасные концентрации смеси газа с воздухом от 5 % до 15 % объёмных;
Удельная теплота сгорания: 28-46 МДж/м³ (6,7-11,0 Мкал/м³);
Октановое число при использовании в двигателях внутреннего сгорания: 120-130.
Легче воздуха в 1,8 раз, поэтому при утечке не собирается в низинах, а поднимается вверх.
Месторождения
В осадочной оболочке земной коры сосредоточены огромные залежи природного газа.Согласно теории биогенного (органического) происхождения нефти, они образуются в результате разложения останков живых организмов.
Считается, что природный газ образуется в осадочной оболочке при бо́льших температурах и давлении, чем нефть.
С этим согласуется тот факт, что месторождения газа часто расположены глубже, чем месторождения нефти.
Промышленные месторождения газов природных горючих встречаются в виде:
- обособленных скоплений, не связанных с каким-либо др. полезным ископаемым;
- в виде газонефтяных месторождений, в которых газообразные углеводороды полностью или частично растворены в нефти или находятся в свободном состоянии и заполняют повышенную часть залежи (газовые шапки) или верхние части сообщающихся между собой горизонтов газонефтяной свиты;
- в виде ГКМ, в которых газ обогащен жидкими, преимущественно низкокипящими углеводородами.
Газовые залежи по особенностям их строения разделяются на 2 группы:
- пластовые - где скопления газа приурочены к определенным пластам-коллекторам;
- массивные - не подчиняются в своей локализации определенным пластам
Подземными природными резервуарами служат:
- для 85% газовых месторождений и ГКМ - песчаные, песчано-алевритовые и алевритовые породы, нередко переслоенные глинами;
- в 15% случаев - карбонатные породы.
Залежи формируются в природных ловушках на путях миграции газа.
Миграция происходит в результате:
- статической или динамической нагрузки горных пород, выжимающих газ,
- при свободной диффузии газа из областей высокого давления в зоны меньшего давления.
- внерезервуарная региональная - сквозь мощные толщи пород различной проницаемости по капиллярам, порам, разломам и трещинам,
- внутрирезервуарная локальная - внутри хорошо проницаемых пластов - коллекторов.
В недрах газ находится в микроскопических пустотах (порах).
Поры соединены между собой микроскопическими каналами - трещинами, по этим каналам газ поступает из пор с высоким давлением в поры с более низким давлением до тех пор, пока не окажется в скважине.
Движение газа в пласте подчиняется определенным законам.
Для разведки газа проводят геологоразведочные работы (ГРР).
Для добычи газа обустраивают нефтегазовый промысел.
Газ добывают из недр земли с помощью скважин.
Скважины стараются разместить равномерно по всей территории месторождения.
Это делается для равномерного падения пластового давления в залежи.
Иначе возможны перетоки газа между областями месторождения, а также преждевременное обводнение скважин.
Газ выходит из недр вследствие того, что в пласте находится под давлением, многократно превышающем атмосферное.
Структура месторождений различны для складчатых и платформенных условий.
В складчатых районах выделяются 2 группы структур: связанные с антиклиналями и моноклиналями.
В платформенных районах - 4 группы структур:
- куполовидные и брахиантиклинальные поднятия,
- эрозионные и рифовые массивы,
- моноклинали,
- синклинальные прогибы.
Различают 4 группы:
- приуроченные к внутриплатформенным прогибам (например, Мичиганский и Иллинойсский бассейн США, Волго-Уральская НГП РФ);
- приуроченные к прогнутым краевым частям платформ (например, Зап.-Сибирский в РФ);
- контролируемые впадинами возрожденных гор (бассейны Скалистых гор в США, бассейны Ферганской и Таджикской впадин в Таджикистане);
- связанные с предгорными и внутренними впадинами молодых альпийских горных сооружений (Калифорнийский бассейн в США, сахалинский бассейн в РФ).
Из европейских стран - Норвегия, Нидерланды.
Среди бывших республик СССР большими запасами газа владеет Туркмения, Азербайджан,Узбекистан а также Казахстан.
Наиболее крупными месторождениями в РФ являются:
- Уренгойское - 4 трлн м3, Заполярное - 1,5 трлн м3, приуроченные к меловым отложениям Западно-Сибирского бассейна,
- Вуктыльское - 750 млрд м3, Оренбургское - 650 млрд м3 -в Волго-Уральской НГП,
- Ставропольское - 220 млрд м3 на Северном Кавказе.
Шебелинское - 390 млрд м3 на Украине.
США - 8,3 трлн м3, Алжир - 4,0 трлн м3, Иран - 3,1 трлн м3, Нидерланды - 2,3трлн м3.
Крупнейшие месторождения (в трлн м3): в США - Панхандл-Хьюготон -1,96; в Нидерландах - Слохтерен (Гронинген) -1,65; в Алжире - Хасси-Рмель -около 1.
В 2011 г, согласно данным ЦДУ ТЭК РФ, добыча газа в России составила 670,5 млрд м³ /год
Добыча и подготовка
Природный газ добывается на нефтегазопромыслах.Осушка - 1я стадия обработки природного газа:
- абсорбция специальными жидкостями (гликолями);
- адсорбция твердыми поглотителями;
- дросселирование.
Пары воды в газе усложняют техпроцесс его транспортировки по газопроводам.
Сероочистка
Для очистки природного газа от сероводорода чаще применяют процесс Клауса: SO2 + 2H2S = 3S + 2H2O.Сероводород и меркаптаны:
- вызывают коррозию газопроводов,
- обуславливают появление диоксида серы при сжигании газа,
- отравляют катализаторы газохимической переработки.
Применение
Энергоноситель- газы природные горючие - высокоэкономичное энергетическое фоссильное топливо, теплота сгорания 32,7 Мдж/м3 (7800 ккал/м3) и выше;
- применяется как топливо на тепловых электростанциях (ТЭС),
- высокая теплотворная способность,
- возможность сетевой ( трубопроводной) или танкерной доставки к любому потребителю;
- отсутствие золы при горении.
- наличие соединений серы, которые при горении превращаются в диоксид серы (SO2);
- горение газа также приводит к образованию СО2 - парникового газа, который способствует повышению температуры атмосферы;
- горение газа в топках котлов ТЭС при высокой температуре сопровождается окислением азота воздуха, поэтому в дымовых газах ТЭС есть токсичные оксиды азота.
- в чёрной и цветной металлургии,
- цементной и стекольной промышленности,
- при производстве стройматериалов и для коммунально-бытовых нужд,
- для производства метилового спирта, формальдегида, ацетальдегида, уксусной кислоты, ацетона и др. органических соединений,
- конверсией кислородом или водяным паром из метана получают синтез-газ (CO+H2) - сырье для получения аммиака, спиртов и др. органических продуктов,
- пиролизом и дегидрогенизацией метана получают ацетилен, сажу и водород - сырье для синтеза аммиака,
- для получения олефиновых углеводородов: этилена и пропилена - сырья для дальнейшего органического синтеза. Из них производят пластические массы, синтетические каучуки, искусственные волокна и др. продукты.