Какие продукты получаются из природного газа
Природный газ является ценным энергетическим сырьем для различных отраслей промышленности. Он состоит в основном из метана (до 98 %), его гомологов (этана, пропана, бутана), сернистых соединений, углекислого газа, азота и, в небольшом количестве, меркаптанов (слабых кислот). В некоторых месторождениях газа присутствует гелий.
Основная продукция из природного газа — это сырье для энергетики. Почти 40 % переработанного природного газа сжигается на электростанциях. Еще около 30% используется в металлургической промышленности. Примерно по 4% объемов добываемого природного газа применяется для отопления жилых зданий, промышленных предприятий и бытовых нужд населения, на цементных предприятиях, строительстве, в сельском хозяйстве, производстве медикаментов. В США на нужды энергетики и тяжелой промышленности и в качестве бытового топлива используется 98% газа.
В зависимости от содержания в природном газе тяжелых углеводородов, он считается «сухим» (пропан, бутан и пр. менее 50 г/м. куб) или «жирным». Сухой газ легче воздуха, он транспортируется по газопроводам на дальние расстояния. В настоящее время этот самый дешевый способ доставки энергетического сырья потребителю. Для экономики газодобывающих стран экспорт природного газа является важной статьей дохода. Именно сухой газ применяется в качестве топлива.
На компрессорных станциях сухой природный газ сжимается до 200 атм и охлаждается до -162 оС. Такой продукт называется компримированным природным газом. Его можно хранить в жидком виде в подземных хранилищах и использовать для сглаживания пиков потребления сырья в холодной период года. Транспортировка его производится в специальных криоцистернах, чаще всего морским путем, танкерами-газовозами.
Компримированный природный газ является стратегическим энергетическим сырьем на мировом рынке. Его удобно перевозить в районы, отстоящие на десятки тысяч км от мест добычи. По оценкам аналитиков до 2020 года 35% переработанного природного газа в мире будет доставляться заказчику в виде компримированного газа. В настоящее время наметились перспективы применения его в качестве топлива для автотранспорта. Ведущие автоконцерны уже выпускают автомобили, работающие на компримированном газе.
По количеству тяжелых фракций в составе добываемого природного газа различают чисто газовые месторождения (содержащие сухой газ) и газоконденсатные (с большей долей тяжелых гомологов метана). Еще в начальный период переработки природного газа из него выделяют водород, сернистые соединения и сухую серу, имеющие применение во многих отраслях экономики. Ценным сырьем для нефтехимии являются тяжелые углеводороды. В процессе технологической переработки из них получают следующие виды продукции:
• сжиженный углеводородный газ (СУГ);
• различные виды растворителей;
• водород, аммиак, метанол, формальдегид, сажа;
• уксусная кислота;
• синтетические красители;
• пластмассы;
• газы, используемые для консервации сельскохозяйственной продукции и при производстве медикаментов.
Многие газовые месторождения содержат гелий. Этот ценный инертный газ востребован во многих отраслях экономики. Наиболее богатые районы добычи гелия находятся в США и в России (Восточно-Европейские и Сибирские газоносные регионы).
Высокомолекулярные углеводороды являются основой получения СУГ, который применяется вместо бензина для автотранспорта, используется в качестве топлива в быту и промышленности.
Имеются технологии GTL («газ в жидкость»), позволяющие получить высококачественное автомобильное и авиационное топливо СЖТ (синтетическое жидкое топливо). Такие установки на природном газе действуют в Катаре, Малайзии и в ЮАР, однако, чаще всего, сырьем для них является попутный нефтяной газ. Некоторые фирмы в РФ начали выпуск блочных мобильных комплексов по переработке природного газа с использованием технологии GTL.
Если статья оказалась полезной, в качестве благодарности воспользуйтесь одной из кнопок ниже – это немного повысит рейнинг статьи. Ведь в интернете так трудно найти что-то стоящее. Спасибо!
Источник
Природный газ – полезное ископаемое, добываемое из недр Земли. Для его использования в промышленных целях он подвергается специальной переработке для очищения от нежелательных примесей.
Природный газ
Он относится к горным породам и представляет собой сложное соединение из совокупности газов. Главный компонент – метан. Другие углеводороды:
- азот;
- бутан;
- гелий;
- пропан;
- сероводород.
Используется как топливо. Применяется в основных направлениях промышленной химии.
Газ образуется после процесса разложения живых организмов в осадочной оболочке и поднятия их на уровень с меньшим давлением. Это возможно только при изначальном высоком давлении и температуре. Он располагается глубже, чем залежи нефти.
В земле он находится в виде отдельных образований в газообразном состоянии. В воде или нефти его можно обнаружить в растворенном виде. Это ископаемое прозрачное, без запаха. Специфический аромат ему придается с помощью одоризации.
Есть несколько версий возникновения этого вещества.
- В начале развития Земли большую часть занимал океан. Существовавшие в нем живые организмы со временем погибали, накапливаясь в пространстве, в котором не было бактерий и доступа к воздуху. Это помогало противостоять разложению. Со временем эти организмы погружались все глубже. Высокая температура и сильное давление способствовали их химическому воздействию с водородом. В результате этого образовались углеводороды.
- Геологические процессы стали причиной поднятия углеводородов с глубин земной коры наверх, где было меньшее давление. В результате появились газовые, нефтяные залежи.
Именно этих основных версий, объясняющих появление природного газа, придерживаются ученые.
Экологическое значение
Природный газ наносит минимальный ущерб окружающей среде. Данный вид топлива экологически чист. При его горении практически не выделяется вредных отходов, в отличие от угля, дров и нефти. Но существует другая опасность для биосферы.
За прошлый век было использовано большое количество топлива, включая природный газ. Это повлекло за собой увеличение доли углекислого газа в атмосфере. Ученые обеспокоены, что из-за этого возможен парниковый эффект с последующим глобальным потеплением. Как результат – таяние ледников, поднятие уровня воды Мирового океана.
В 1997 году многие страны мира подписали Киотский протокол, чтобы помочь остановить процесс глобального потепления. Он является дополнительным документом к конвенции ООН 1992 года об изменении климата. Международное соглашение было подписано в городе Киото (Япония).
Протокол ратифицирован 192 странами. На эти страны приходится больше половины мировых загрязнений. Главная цель государств – сокращение выбросов парниковых газов. Ученые ищут другие пути получения топливной энергии.
После этого последовало внедрение программы по преодолению техноэкологического кризиса. Задачей является преобразование цен на источники энергии, исходя из их топливной калорийности.
Добыча
В России целенаправленная добыча газа в промышленных масштабах зародилась в прошлом веке. До этого его обнаруживали случайно при бурении скважин для доступа к воде или поиске нефти.
Залежи природного газа находятся не только в земляных пустотах, но и в горных породах с пористой структурой. Благодаря этому процесс добычи его на поверхность упрощается. Он может находиться на разной глубине.
Добыча полезного ископаемого состоит из нескольких этапов. К ним относятся:
- работы по определению места и глубины залежи минеральных образований;
- приготовление скважин, они не делаются глубже, чем 12 километров;
- бурение проводится на всей территории, где располагается полезное ископаемое, это помогает достичь уменьшения давления на природный газ и облегчить добычу из недр земной коры;
- извлечение, в процессе поддерживается разное давление в пласте с веществом и земной оболочке;
- наружу он выходит по установленным скважинам, попадая в механизм сбора, во время этого происходит извлечение и попутных образований, которые находятся в нефти;
- транспортировка, сначала газ проверяется на количество наличия в нем посторонних примесей, при превышении нормы его очищают в краткие сроки на специальных установках в зоне месторождения и добычи;
- если примесей мало, то ископаемое перевозят на территорию завода для переработки.
Перевозка газа осуществляется с помощью трубопровода. Транспортировка проводится под давлением. Другой способ связан с использованием танкеров-газовозов. Они перевозят вещество в жидком состоянии при температуре ниже 60 градусов при повышенном давлении.
Только пройдя эти основные этапы, возможна добыча подходящего к применению природного газа. Он должен быть без большого количества примесей.
Переработка
Полезное ископаемое образовалось в каменноугольный период, в момент появления пород с пористой структурой, нефти и угольных пластов. Большую часть природного газа содержит метан, но у него есть некоторое количество примесей, что делает его неоднородным. Это затрудняет перевозку и дальнейшее использование. Применяются основные направления переработки.
После добычи он проходит первичную переработку сушки для удаления из него пара воды и серы. Затем он отправляется на завод. Цель – принятие компонентами газа товарного вида для дальнейшего применения. Важно, чтобы при осуществлении данного плана не нанести непоправимый ущерб окружающей среде.
Переработка природного газа выполняется тремя способами:
- Термохимическим. Применяется термическое воздействие. В результате этого возникают непредельные углеводороды. Способ возможен только при высоких температурах и давлении.
- Физико-энергетическим. Данная технология способствует сжатию и делению газа на компоненты. Используется сильное нагревание или охлаждение. Чаще всего к этому способу обращаются на участках добычи полезного ископаемого. Сжимание и деление происходит благодаря компрессорам и нефтяным насосам.
- Химико-каталитическим. Метан модифицируется в синтез-газ для возможности осуществления переработки. Используется парциальное окисление или паровая, углекислая конверсия. В химическом методе полученное вещество не нуждается в разделении компонентов.
Только при помощи данных способов возможна переработка природного газа, освобождение его от ненужных примесей.
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.
( 2 оценки, среднее 5 из 5 )
Источник
Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 16 октября 2017; проверки требуют 47 правок.
Природный газ — большое скопление газов, образовавшихся в недрах Земли при анаэробном разложении органических веществ.
Природный газ относится к полезным ископаемым. Природный газ в пластовых условиях (условиях залегания в земных недрах) находится в газообразном состоянии — в виде отдельных скоплений (газовые залежи) или в виде газовой шапки нефтегазовых месторождений, либо в растворённом состоянии в нефти или воде. При нормальных условиях (101,325 кПа и 20 °C) природный газ находится только в газообразном состоянии. Также природный газ может находиться в кристаллическом состоянии в виде естественных газогидратов.
Сэр Гемфри Дэви (учёный-химик) ещё в 1813 г. заключил из своих анализов, что рудничный газ есть смесь метана CH4 с небольшим количеством азота N2 и углекислого газа СО2 — то есть, что он качественно тождественен по составу с газом, выделяющимся из болот.
Химический состав[править | править код]
Основную часть природного газа составляет метан (CH4) — от 70 до 98 %. В состав природного газа могут входить более тяжёлые углеводороды — гомологи метана[1]:
- этан (C2H6),
- пропан (C3H8),
- бутан (C4H10),
- пентан (C5H12).
Природный газ содержит также другие вещества, не являющиеся углеводородами:
- водород (H2),
- сероводород (H2S),
- углекислый газ (СО2)[1],
- азот (N2)[1],
- гелий (He) и другие инертные газы.
Чистый природный газ не имеет цвета и запаха. Для облегчения возможности определения утечки газа в него в небольшом количестве добавляют одоранты — вещества, имеющие резкий неприятный запах (гнилой капусты, прелого сена, тухлых яиц). Чаще всего в качестве одоранта применяется тиолы (меркаптаны), например, этилмеркаптан (16 г на 1000 м³ природного газа).
Природный газ считается более экологичным, по сравнению с углем, так как дает меньший выброс СО2 на единицу получаемой энергии[2].
Физические свойства[править | править код]
Ориентировочные физические характеристики (зависят от состава; приведены при нормальных условиях, если не указано иное):
- Плотность:
- от 0,68 до 0,85 кг/м³ (сухой газообразный);
- 400 кг/м³ (жидкий).
- Температура самовозгорания: 650 °C;
- Температуры конденсации-испарения −161,5 °С[3];
- Взрывоопасные концентрации смеси газа с воздухом от 4,4 % до 17 % объёмных;
- Удельная теплота сгорания: 28—46 МДж/м³ (6,7—11,0 Мкал/м³)[4] (то есть 8-12 кВт·ч/м³);
- Октановое число при использовании в двигателях внутреннего сгорания: 120—130.
- Легче воздуха в 1,8 раза, поэтому при утечке не собирается в низинах, а поднимается вверх[5].
Месторождения природного газа[править | править код]
Глубокое разведочное бурение на нефть и газ в России, по данным Росстата
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 давлениях, чем нефть. С этим согласуется тот факт, что месторождения газа часто расположены глубже, чем месторождения нефти.
Крупнейшими запасами природного газа обладают: Россия (Уренгойское месторождение, Газпром обладает 17 % мировых запасов газа), Иран, большинство стран Персидского залива, США, Канада. Среди европейских стран — Норвегия и Нидерланды. Среди бывших республик Советского Союза большими запасами газа владеют Туркмения, Азербайджан, Узбекистан, а также Казахстан (Карачаганакское месторождение).
Метан и некоторые другие углеводороды широко распространены в космосе. Метан — третий по распространённости газ во Вселенной после водорода и гелия. В виде метанового льда он участвует в строении многих удалённых от солнца планет и астероидов, однако такие скопления, как правило, не относят к залежам природного газа, и они до сих пор не нашли практического применения. Значительное количество углеводородов присутствует в мантии Земли, однако они тоже не представляют интереса.
Газогидраты[править | править код]
В науке долгое время считалось, что скопления углеводородов с молекулярным весом более 60 пребывают в земной коре в жидком состоянии, а более лёгкие — в газообразном. Однако во второй половине XX века группа сотрудников Московского института нефти и газа А. А. Трофимук, Н. В. Черский, Ф. А. Требин, Ю. Ф. Макогон, В. Г. Васильев обнаружили свойство природного газа в определённых термодинамических условиях переходить в земной коре в твёрдое состояние и образовывать газогидратные залежи. Позже выяснилось, что запасы природного газа в этом состоянии огромны[6].
Газ переходит в твёрдое состояние в земной коре, соединяясь с пластовой водой при гидростатических давлениях до 250 атм и сравнительно низких температурах (до +22 °C). Газогидратные залежи обладают несравненно более высокой концентрацией газа в единице объёма пористой среды, чем в обычных газовых месторождениях, так как один объём воды при переходе её в гидратное состояние связывает до 220 объёмов газа. Зоны размещения газогидратных залежей сосредоточены главным образом в районах распространения многолетнемёрзлых пород, а также на небольшой глубине под океаническим дном[6].
Добыча и транспортировка[править | править код]
Добыча[править | править код]
Природный газ находится в земле на глубине от 1000 м до нескольких километров (сверхглубокой скважиной недалеко от города Нового Уренгоя получен приток газа с глубины более 6000 метров). 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 определённым законам.
Газ выходит из недр вследствие того, что в пласте находится под давлением, многократно превышающем атмосферное; таким образом, движущей силой является разность давлений в пласте и системе сбора.
Газ добывают из недр земли с помощью скважин. Скважины стараются разместить равномерно по всей территории месторождения для равномерного падения пластового давления в залежи. Иначе возможны перетоки газа между областями месторождения, а также преждевременное обводнение залежи.
Мировая добыча природного газа в 2014 году составляла 3460,6 млрд м³. Лидирующее положение в добыче газа занимают Российская Федерация (в 2005 году объём добычи составил 548 млрд м³) и США (в 2009 году США впервые обогнали Россию не только по объёму добытого газа (624 млрд м³ против 582,3 млрд м³), но и по объёму добычи товарного газа, то есть, идущего на продажу контрагентам; в 2010 году Россия вернула себе лидерство в объёмах добываемого газа, нарастив добычу, США же, напротив, снизили добычу).
Транспортировка природного газа[править | править код]
Газ, поступающий из скважин, необходимо подготовить к транспортировке конечному пользователю — химический завод, котельная, ТЭЦ, городские газовые сети. Необходимость подготовки газа вызвана присутствием в нём, кроме целевых компонентов (целевыми для различных потребителей являются разные компоненты), также и примесей, вызывающих затруднения при транспортировке либо применении. Так, пары воды, содержащиеся в газе, при определённых условиях могут образовывать гидраты или, конденсируясь, скапливаться в различных местах (например, изгиб трубопровода), мешая продвижению газа; сероводород вызывает сильную коррозию газового оборудования (трубы, ёмкости теплообменников и т. д.). Помимо подготовки самого газа, необходимо подготовить и трубопровод. Широкое применение здесь находят азотные установки, которые применяются для создания инертной среды в трубопроводе.
В настоящее время основным видом транспорта является трубопроводный. Газ под давлением 75 атм прокачивается по трубам диаметром до 1,42 м. По мере продвижения газа по трубопроводу он, преодолевая силы трения как между газом и стенкой трубы, так и между слоями газа, теряет потенциальную энергию, которая рассеивается в виде тепла. Поэтому через определённые промежутки необходимо сооружать компрессорные станции (КС), на которых газ обычно дожимается до давления от 55 до 120 атм и затем охлаждается. Сооружение и обслуживание трубопровода весьма дорогостоящи, но тем не менее это наиболее дешёвый с точки зрения начальных вложений и организации способ транспортировки газа на небольшие и средние расстояния.
Кроме трубопроводного транспорта широко используют специальные танкеры — газовозы, специальные суда, на которых газ перевозится в сжиженном состоянии в специализированных изотермических ёмкостях при температуре от −160 до −150 °С.
Такой метод транспортировки является значительно более экономичным, чем трубопроводный, начиная с расстояний до потребителя сжиженного газа более 2000—3000 км, так как основную стоимость составляет не транспортировка, а погрузочно-разгрузочные работы, но требует более высоких начальных вложений в инфраструктуру, чем трубопроводный. К его достоинствам относится также тот факт, что сжиженный газ куда более безопасен при перевозке и хранении, чем сжатый.
В 2004 г. международные поставки газа по трубопроводам составили 502 млрд м³, сжиженного газа — 178 млрд м³. При этом доля сжиженного газа в общем объеме поставок быстро растет, превысив к 2018 году 40 % (323 млрд м³) и по имеющимся прогнозам увеличится до 60 % к 2040 году.[7]
Есть также и другие технологии транспортировки газа, например с помощью железнодорожных цистерн. Разрабатывались также проекты транспортировки газа с использованием дирижаблей или в газогидратном состоянии, но эти разработки не нашли применения в силу различных причин.
Сжиженный природный газ[править | править код]
С целью транспортировки очищенный от примесей природный газ сжижают, охлаждая его до температуры конденсации −161,5 °С. Полученную жидкость называют сжиженным природным газом (СПГ). Основное преимущество СПГ — занимаемый объем меньше в 600 раз. Перед поставкой потребителю СПГ возвращают в газообразное состояние на регазификационных терминалах[3].
СПГ производится на ожижительных установках. СПГ перевозят в специальных криогенных емкостях[3].
В промышленных целях первый СПГ был получен в 1917 году в США. За ненадобностью технология не совершенствовалась до середины XX века, и только в 1941 году была совершена следующая попытка произвести СПГ. Производство СПГ достигло промышленных масштабов в середине 1960-х годов[3].
В СССР первые установки сжижения природного газа известны с 1946 года.[8] Однако промышленного применения СПГ в СССР не получил. В России первый крупнотоннажный завод СПГ запущен в 2009 году в рамках проекта «Сахалин-2»[3].
Компримированный природный газ[править | править код]
Компримированный (сжатый) природный газ — природный газ, сжатый на компрессорной станции до давления 200—245 кг/см2 для использования в качестве топлива в двигателях внутреннего сгорания. Компримирование газа производится на автомобильных газонаполнительных компрессорных станциях, куда газ поставляется от магистральных трубопроводов. Компримированный природный газ используется на легковых автомобилях, пассажирском и лёгком грузовом транспорте, коммунальной технике[9]
Экология[править | править код]
В экологическом отношении природный газ является самым чистым видом органического топлива. При его сгорании образуется значительно меньшее количество вредных веществ по сравнению с другими видами топлива. Однако сжигание человечеством огромного количества различных видов топлива, в том числе природного газа, за последние полвека привело к увеличению содержания углекислого газа в атмосфере, который является парниковым газом. Некоторые ученые на этом основании делают вывод об опасности возникновения парникового эффекта и как следствие — потепление климата. В связи с этим в 1997 году был подписан Киотский протокол по ограничению парникового эффекта. По состоянию на 26 марта 2009 года Протокол был ратифицирован 181 страной мира (на эти страны совокупно приходится более чем 61 % общемировых выбросов).
Применение[править | править код]
Автобус, работающий на природном газе
Природный газ широко применяется в качестве горючего в жилых, частных и многоквартирных домах для отопления, подогрева воды и приготовления пищи; как топливо для машин (газобаллонное оборудование автомобиля, газовый двигатель), котельных, ТЭЦ, различной техники и др. Сейчас он используется в химической промышленности, как исходное сырьё для получения различных органических веществ, например, пластмасс. Для обнаружения утечек газа без использования специальных приборов в него добавляют в безвредных концентрациях этантиол, обладающий резким характерным запахом.
- Газовая плита
- Газовый водонагреватель
- Газовый котёл
См. также[править | править код]
- Месторождение природного газа
- Метан угольных пластов
- Гидраты природных газов
- Болотный газ
- Сланцевый газ
- Синтетические аналоги природного газа
- Сжиженный природный газ
- Газпром
- Международный газовый союз
- Нефть
Примечания[править | править код]
Литература[править | править код]
- Роддатис, К. Ф. Табл. 2.9. Средний состав природного газа, его теплота сгорания, плотность, объемы воздуха и продуктов сгорания при а=1 : [арх. 4 сентября 2011] // Справочник по котельным установкам малой производительности / К. Ф. Роддатис, А. Н. Полтарецкий. — М. : Энергоатомиздат, 1989. — С. 36−37. — 488 с. : ил. — 64 000 экз. — ББК 31.361. — УДК 621.182 (035.5)(G). — ISBN 5-283-00018-4.
- ГОСТ Р 53367-2009 : Газ горючий природный. Определение серосодержащих компонентов хроматографическим методом : Издание официальное : [арх. 5 ноября 2013]. — М. : Стандартинформ, 2010.
Ссылки[править | править код]
- ExxonMobil пророчит газу светлое будущее : [арх. 31 июля 2013] // Вокруг газа : электр. журн.. — 2011. — 28 января.
- Добыча газа в мире в 2011-м году : [арх. 4 марта 2016] // Вокруг газа : электр. журн.. — 2012. — 28 июня.
- Alexey. «Газовые гиганты» : [арх. 19 июня 2008] // Природа.SU : электр. журн.. — 2008. — 7 мая. — Блог.
- Что такое сжиженный природный газ. Информаторий. ПАО «Газпром». Дата обращения 5 июня 2019. Архивировано 25 ноября 2011 года.
- Что такое природный газ. Информаторий. ПАО «Газпром». Дата обращения 5 июня 2019. Архивировано 25 ноября 2011 года.
Источник