Природный газ - сырье, а не готовое топливо

Зажигая горелку на кухне, мало кто из хозяек задумывается, как давно люди стали использовать природный газ в качестве топлива. Эта история насчитывает не века, а тысячелетия: в IV веке до н. э. китайцы обогревались и освещали жилища при помощи бездымного голубоватого огня.

В России промышленная разработка месторождений природного газа началась в прошлом веке, а до этого его находили только при добыче нефти или бурении скважин для воды.

Русская смекалка всегда помогала людям с пользой применять все, что встречается на пути. Когда в Саратовской губернии один купец начал бурить артезианскую скважину и обнаружил не воду, а огонь, он с выгодой воспользовался ситуацией и организовал там стекольное и кирпичное производство.

Другие промышленники переняли его опыт, и бесполезный подземный газ стал постепенно превращаться в ценное топливо.

Что такое природный газ

Одно из важнейших полезных ископаемых – природный газ, который используют и как топливо, и для нужд химической промышленности. Это бесцветное и не имеющее запаха вещество бывает очень опасным.

Без специальных приборов невозможно определить, что в воздухе присутсвует огнеопасный компонент, который может оказаться причиной пожара.

С точки зрения экологии газ – самое чистое природное топливо, ведь при горении он выделяет намного меньше вредных соединений, чем дрова, уголь или нефть.

Это качество делает его востребованным во всех странах мира. Государства, имеющие на своей территории крупные месторождения, используют его и для своих нужд, и для продажи другим народам. Природа подарила России богатейший Уренгой, Казахстану – Карачаганакское месторождение, не обделила она и страны Персидского залива, США, Канаду.

Недра земли создали не только огромные подземные резервуары природного газа – его запасы хранятся и в более компактном виде. В холодных регионах и под дном океана, где гидростатическое давление доходит до 250 атмосфер, происходит соединение газа с пластовой водой и образуется твердое вещество – газогидрат. В небольших объемах находится огромное количество природного топлива, в связанном виде газ уменьшается до 220 раз.

Происхождение природного газа

Сотни миллионов лет назад на месте сегодняшних материков плескался океан. Погибшие обитатели водной стихии падали на дно и превращались в ил. Они не могли разлагаться, поскольку там не было ни воздуха для окисления, ни бактерий, вызывающих гниение. Движение земной коры способствовало погружению этих масс все дальше вглубь. Высокое давление и температура вызывали химические реакции, при которых углерод органических остатков соединялся с водородом, и образовывались новые вещества – углеводороды.

Если давление и температура были не очень высокими, получались высокомолекулярные жидкости, которые со временем превратились в нефть. Когда эти параметры достигали больших величин, образовывались низкомолекулярные газы.

Соединения покрывались осадочными породами и оказались глубоко под поверхностью земли. Геологи находят эти полезные ископаемые на глубине от одного до шести километров.

Существует и другая теория образования природных газов. Некоторые ученые считают, что углеводороды в результате тектонических движений постепенно поднимаются наверх, где давление не так велико, и образуют большие скопления нефти и газа.

Земные породы не монолитны – в них есть мелкие трещины и поры. Газообразные вещества заполняют эти пустоты, поэтому природный газ есть не только в крупных месторождениях, но и в камнях, находящихся на большой глубине.

Свойства природного газа

Природный газ не обособленное вещество – это смесь разных компонентов, основной из которых – метан.

Невозможно найти два абсолютно идентичных образца из разных месторождений: в каждом из них состав индивидуален.

Для его образования были использованы разные органические остатки, условия протекания химических реакций тоже не были одинаковыми.

Ни один ученый не сможет дать вам химическую формулу природного газа – он может только сообщить процентный состав входящих в него веществ. Дополнительными составляющими кроме метана являются углеводороды:

• этан;
• пропан;
• бутан;
• водород;
• сероводород;
• диоксид углерода;
• азот;
• гелий.

Из химического состава вытекают и физические свойства природного топлива. Точных параметров тоже нет, ведь они зависят от процентного соотношения компонентов:

• плотность – 0,68–0,85 кг/м3 в газообразном и 400 кг/м3 в жидком виде;
• самовозгорание – при температуре 650 °C;
• удельная теплота сгорания – 28–46 МДж/м³.

Поскольку природный газ почти в два раза легче воздуха, он поднимается вверх. Человек не может задохнуться, оказавшись на дне низины. Но есть другая опасность: если в воздухе присутствует от 5 до 15 % объема природного газа, смесь становится взрывоопасной.

На его основе разработана газотопливная система, применяемая в автомобилях. Октановое число природного газа, используемого в двигателях, – от 120 до 130.

Горение природного газа процесс достаточно сложный, при котором  химическая энергия преобразуется в тепло. Горение бывает полным и неполным.

Необходимость очистки

На первый взгляд, в использовании газа нет ничего сложного. Проложить трубы, пробурить скважину – и голубое топливо, находящееся в недрах под большим давлением, само потечет к котлам и плитам. Но не все так просто – природный газ содержит примеси, которые могут причинить вред трубопроводам, приборам или здоровью людей.

В глубине земли много влаги, которая может вступать в химические реакции или создавать конденсат, а большое количество его мешает проходу газа. Сероводород вызывает ржавление металла, и оборудование быстро приходит в негодность. Чтобы удалить из сырья вредные компоненты, на месторождениях устанавливают специальные станции очистки.

Доставка

Газопроводы имеют протяженность много тысяч километров, начальной энергии потока не хватит, чтобы преодолеть такие расстояния.

Какими бы гладкими ни были внутренние поверхности, все равно возникает сила трения, газ теряет скорость и нагревается.

Чтобы отправить его дальше, строятся компрессорные станции, где голубое топливо охлаждают и придают ему дополнительное давление.

Существуют и другие способы транспортировки газа, но пока трубопроводы являются самыми экономичными.

Запах газа

Природный газ не имеет запаха, так почему же жильцы квартир сразу чувствуют, если где-то происходит утечка? Для нашей безопасности в голубое топливо добавляют специальные одоранты, малейшее присутствие которых чувствительно для обоняния человека. Обычно в этой роли выступают меркаптаны, имеющие настолько неприятный запах, что не заметить его невозможно.

На всем протяжении своей истории человечество обогревалось, сжигая различные виды топлива.

Сейчас самым экономичным и безопасным признан природный газ, но у него есть недостаток, характерный для любого горючего сырья: при сжигании в атмосферу выбрасывается углекислый газ, создающий парниковый эффект.

Ученые всего мира заняты поисками альтернативных источников тепловой энергии, но пока они их ищут, голубое топливо будет востребовано во всех уголках земного шара.

Какие существуют проблемы машиностроения в России читайте в наших публикациях.

В этой статье узнаете про металлоемкое машиностроение.