XVIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Природный газ в нашей жизни
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Приро́дный газ — смесь углеводородов, преимущественно метана, с небольшими примесями других газов, добываемая из осадочных горных пород Земли.
С середины XX века природный газ является важным полезным ископаемым, широко используемым в энергетике как энергоноситель и в крупнотоннажной химии как источник углеводородного сырья для синтеза полимеров и азотных удобрений. 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 0 °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 году 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.
Актуальность: природный газ всегда был очень важным элементом в нашей жизни, а его добыча-одним из важнейших стратегических направлений в экономике нашей страны, поэтому выбранная тема очень актуальна.
Цель работы: раскрыть основные направления применения природного газа; обозначить роль природного газа в жизни человека и показать возможные способы экономии природного газа.
Задачи:
Изучить структуру природного газа.
Ознакомиться со способами получения.
Выявить сферы применения.
Обратить внимание на способы экономии.
Происхождение
У ученых до сих пор нет единого мнения по поводу возникновения природного газа. Есть 2 теории, объясняющие его появление:
минеральная (неорганическая);
биогенная (органическая).
Сторонники первой, минеральной, теории считают, что химические элементы, присутствующие в составе ископаемого, были заложены в мантии Земли. По мнению ученых, эти соединения располагаются в глубоких слоях горных пород и представляют собой часть процесса дегазации нашей планеты.
Внутренние движения Земли вызывают поднятие углеводородов, которые образовались в ее глубоких слоях в результате действия высоких температур и давления, ближе к поверхности, где давление наименьшее. Результат таких изменений — появление газовых и нефтяных залежей.
Сторонники минеральной теории подчеркивают, что описанный процесс постоянный, поэтому беспокоиться об истощении запасов природного газа не стоит.
Суть органической теории выражается в следующем: газ образовался из остатков животных и растительных организмов, которые под влиянием высоких температур, а также давления и бактерий, превратились в соединение газообразных углеродов. Последние проникали в пустоты земной коры, формируя пласты газа и нефти. Таким образом, биогенная теория подчеркивает, что природный газ — исчерпываемый природный ресурс
Абиогенная (неорганическая, минеральная) теория.
Минеральную теорию происхождения природного газа и нефти сформулировал в 1877 году Д.И. Менделеев . Он исходил из того, что углеводороды могут образовываться в недрах земли в условиях высоких температур и давлений в результате взаимодействия перегретого пара и расплавленных карбидов тяжелых металлов (в первую очередь железа). В результате химических реакций образуются окислы железа и других металлов , а также различные углеводороды в газообразном состоянии. При этом вода попадает глубоко в недра Земли по трещинам-разломам в земной коре. Образовавшиеся углеводороды, находясь в газообразном состоянии, в свою очередь по тем же трещинам и разломам поднимаются наверх в зону наименьшего давления, образуя в конечном итоге газовые и нефтяные залежи. Данный процесс, по мнению Д.И. Менделеева и сторонников гипотезы, происходит постоянно. Поэтому, уменьшение запасов углеводородов в виде нефти и газа человечеству не грозит.
Химический состав и свойства.
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.
Метан — бесцветное горючее вещество, легче воздуха, устойчив к температурам, без характерного запаха. Метан опасен для здоровья. Им заправляют газовые плиты. Газ может находиться в твердом агрегатном состоянии в виде газовых гидратов.
Этан. Бесцветный газ, без запаха. Немного тяжелее воздуха. Растворяется в спирте. Газ горюч, но не подлежит использованию по назначению. Этан применяют в химической реакции, чтобы в итоге получить этилен. Малотоксичен, представляет опасность для здоровья.
Пропан. Газ без запаха и цвета, обладает высокой степенью токсичности, плохо растворяется водой. Имеет свойство сжижаться, если показатели температуры находятся в пределах комнатной, а также в условиях невысокого давления. Благодаря этому он без труда транспортируется и хранится. Пропан используют в качестве топлива в некоторых автомобилях.
Бутан. Бесцветный газ, который имеет специфический запах. Токсичен. Тяжелее воздуха в 2 раза. Плотность его выше, чем у пропана. Используется для заправки некоторых автомобилей.
Углекислый газ. Без цвета, практически не имеет запаха. Не горюч. В 1,5 раза тяжелее воздуха. Опасен для здоровья человека, хотя является одним из наименее токсичных газов.
Гелий. Бесцветный газ, очень легкий и инертный, специфического запаха не имеет. В нормальных условиях не вступает в реакцию ни с одним из веществ. В отличие от любого другого газа, не существует в твердом состоянии. Не горюч, не токсичен. Представляет опасность для здоровья. Гелием заполняют дирижабли, аэростаты.
Сероводород. Тяжелый бесцветный газ, имеет специфический запах тухлых яиц. Горючий, взрывоопасный, опасен для здоровья.
Наиболее ценный элемент в составе газа — метан.
Химический состав природного газа зависит от того, на каком месторождении он был добыт.
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 применяются тиолы (меркаптаны), например, этилмеркаптан (16 г на 1000 м3 природного газа).
Природный газ считается более экологичным, по сравнению с углём, так как даёт меньший выброс СО2 на единицу получаемой энергии.
Физические свойства
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 самовоспламенения: 600—800 °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
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.
Запасы природного газа.
В структуре мирового потребления энергоносителей природный газ находится на третьем месте после нефти и угля и занимает 25% от общего объёма потребления.
На текущий момент в мире доказанные запасы природного газа составляют 138 трлн. кубометров. Самая большая доля запасов газа приходится на Россию, это 24%, далее идет Иран 18% и замыкает тройку лидеров Катар,11% от мирового объема запаса газа.
Россия имеет богатые залежи природного газа. На текущий день самые крупные разрабатываемые месторождения это:
Главные экспортеры природного газа.
Мировой экспорт газа за последние 20 лет увеличился на 78%, с 528 до 940 млрд. кубометров. Мировым лидером экспорта природного газа является Россия, в 2020 году было экспортировано 238 млрд. кубометров газа, что составляет 26% от общего объема экспорта.
Доля России в экспорте год от года сокращается, это хорошо видно на графике ниже, с 40% в 2000 году до 26% в 2020 году. Перераспределение структуры идет в сторону США, вышедшей на второе место (увеличение с 2000 года объема экспорта газа в 21 раз) и занявшей 15% мирового экспорта, и стран Ближнего востока, таких как Иран, Катар, Саудовская Аравия. Они занимают 14% мирового экспорта, увеличив объемы внешних поставок в 5,5раз.
Говоря об экспорте газа, важно выделить два вида экспортируемого газа:
Трубопроводный природный газ – находится в газообразном виде и имеет температуру окружающей среды.
Сжиженный природный газ (СПГ) - находится в виде жидкости, которая образуется посредством охлаждения газообразного топлива. Его объем меньше в 600 раз по сравнению с трубопроводным газом.
Каждый из этих видов имеет свои особенности транспортировки. Трубопроводный природный газ доставляется потребителям с помощью сети газопроводов непосредственно от месторождения газа. СПГ же можно доставлять из любой точки с помощью танкеров - газовозов по морю и рекам, в автомобильных танкерах, железнодорожных и морских танк-контейнерах. СПГ, по сути, сделал рынок газа глобальным, дав возможность экспортировать газ из отдаленных регионов.
Главные импортеры природного газа
Природный газ нашел применение в различных сферах деятельности человека. Это и производство электроэнергии, и отопление жилых и производственных помещений, транспорт, химическая промышленность. С ростом и развитием экономик стран потребность в природном газе увеличивается. Но не все страны имеют достаточные запасы природного газа и им приходится импортировать природный газ.
Самые крупные мировые импортёры природного газа: Евросоюз, Китай, Канада, США, Индия. На них приходится 66% экспорта природного газа.
Потребность в природном газе, как в других ископаемых, коррелирует с ростом экономики мира и отдельных стран. Мы можем рассмотреть это на примере самого крупного импортера газа - Евросоюза. Рост ВВП коррелирует с ростом импорта газа в Евросоюз. Особенно данная тенденция хорошо просматривается с 2015 по 2020 годы.
Газогидраты
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.
Добыча
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.
Основные способы добычи природного газа:
Бурение. После разведочных работ скважины бурят на глубину, где размещаются пласты полезного ископаемого, а затем укрепляют при помощи обсадных труб и цементирования. Подъем газа на поверхность осуществляется естественным путем: он перемещается к зоне меньшего давления.
Метод гидроразрыва. В этом случае бурят скважины, а затем нагнетают в них мощный водный или воздушный поток, который разрушает перегородки в горной породе. В результате газ под действием давления выходит наружу. В некоторых государствах такой способ добычи природного газа запрещен, так как гидроразрыв может стать причиной сейсмической неустойчивости разрушенных пород.
Подводная добыча. Если газовые запасы находятся под водой, то для их добычи прибегают к использованию гравитационных платформ с бетонным основанием, которое упирается в дно. Оно содержит колонны, с помощью которых осуществляется бурение. На этих же платформах есть резервуары для временного хранения добытого газа. После завершения работ топливо подают на сушу через трубопровод.
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).
Некоторые газовые месторождения выделяют кислый газ, содержащий сероводород (H2S), токсичное соединение при вдыхании. Очистка газа амином, процесс промышленного масштаба, который удаляет кислотные газообразные компоненты, часто используется для удаления сероводорода из природного газа.
Добыча природного газа (или нефти) приводит к снижению давления в пласте. Такое снижение давления, в свою очередь, может привести к проседанию, проседанию грунта выше. Проседание может затронуть экосистемы, водные пути, канализационные и водопроводные системы, фундаменты и так далее[8].
Фрекинг
Гидравли́ческий разры́в пласта́ ) или фре́кинг — один из методов интенсификации работы нефтяных и газовых скважин и увеличения приёмистости нагнетательных скважин. Метод заключается в создании высокопроводимой трещины в целевом пласте для обеспечения притока добываемого флюида (газ, вода, конденсат, нефть либо их смесь) к забою скважины.
После проведения ГРП дебит скважины, как правило, резко возрастает. Метод позволяет «оживить» простаивающие скважины, на которых добыча нефти или газа традиционными способами уже невозможна или малорентабельна. Кроме того, в настоящее время метод применяется для разработки новых нефтяных пластов, извлечение нефти из которых традиционными способами нерентабельно ввиду низких получаемых дебитов. Также применяется для добычи сланцевого газа и газа уплотнённых песчаников.
Обычно на проведении ГРП и других методов интенсификации нефтедобычи специализируются сервисные нефтяные компании.
Технология
Схематичное изображение многостадийного гидроразрыва пласта в горизонтальной скважине при добыче природного газа из сланцевых пород (т. н. «сланцевого газа»).
Технология осуществления ГРП при добыче нефти включает в себя закачку в скважину с помощью мощных насосных станций жидкости разрыва (гель, в некоторых случаях вода, либо кислота при кислотных ГРП) при давлениях выше давления разрыва нефтеносного пласта. Для поддержания трещины в открытом состоянии, как правило, в осадочных горных породах (ОГП) используется расклинивающий агент — проппант, в карбонатных — кислота, которая разъедает стенки созданной трещины. Однако и в карбонатных коллекторах может быть использован проппант.
При добыче нетрадиционного газа ГРП позволяет соединить поры плотных пород и обеспечить возможность высвобождения природного газа. Во время проведения гидроразрыва в скважину закачивается специальная смесь. Обычно она на 99 % состоит из воды и песка (либо пропанта), и лишь на 1 % — из химических реагентов. Состав химических веществ открыт. Среди них, например, гелирующий агент, как правило, природного происхождения, например гуаровая камедь (более 50 % от состава химреагентов), ингибитор коррозии (только при кислотных ГРП), понизители трения, стабилизаторы глин, химическое соединение, сшивающее линейные полимеры, ингибитор образования отложений, деэмульгатор, разжижитель, биоцид (химреагент для уничтожения бактерий), загуститель.
Ввиду сложности физики и недоступности прямому наблюдению процесса развития трещины гидроразрыва пласта для оценки технологических параметров при проведении ГРП и геометрических размеров созданной трещины применяют специализированное программное обеспечение — симуляторы гидроразрыва пласта.
Для того, чтобы не допустить утечки жидкости для ГРП из скважины в почву или подземные воды, крупные сервисные компании применяют различные способы изоляции пластов, такие как многоколонные конструкции скважин и использование сверхпрочных материалов в процессе цементирования.
Угроза здоровью
Химические вещества, используемые при ГРП, попадают в питьевую воду, и это приводит к повышению вероятности ряда заболеваний у живущих рядом людей. В исследовании на мышах беременных самок поили загрязнённой водой, что привело к серьёзному ухудшению иммунитета у потомства.
Проблематика
Возможны ситуации, при которых гидроразрыв пласта приводит к ожидаемому результату (увеличению дебита скважины), однако вместе с этим происходит поступление в скважину не только нефти, но и сопутствующих вод (например при непредвиденном нарушении герметичности близлежащего коллектора с водой), что приводит к скачку уровня обводнённости скважины и может свести на нет положительный эффект метода.
История
Проведение первого в мире ГРП приписывается компании Halliburton, выполнившей его в США в 1947 году. В качестве жидкости разрыва в тот момент использовалась техническая вода, в качестве расклинивающего агента — речной песок. Позже ГРП применялся и в СССР; теоретические основы метода разработали советские учёные Христианович С. А. и Желтов Ю. П. (1953 год), их исследования оказали значительное влияние на развитие метода ГРП в мире.
Впервые в мире гидроразрыв угольного пласта (для добычи метана из угольных пластов) был произведён в 1954 году в Донбассе.
ГРП используют также при разработке нетрадиционных месторождений: для добычи газа уплотнённых песчаников, а также сланцевого газа и легкой нефти из низкопроницаемых пород (многостадийный ГРП в протяжённых горизонтальных скважинах).
Сегодня метод ГРП довольно часто применяется как государственными, так и частными добывающими компаниями в качестве метода интенсификации добычи нефти и газа.
Использование ГРП в России.
Частные нефтяные компании «ЮКОС» и «Сибнефть» использовали на своих месторождениях метод ГРП. Ряд журналистов и экспертов тогда утверждали, что этот метод добычи нефти является варварским и приводит к разграблению месторождений. Аналогичные критические утверждения делал президент «Роснефти» Сергей Богданчиков.
В то же время и «Роснефть» широко применяла метод ГРП: по состоянию на 2009—2010 год «Роснефть» была в числе крупнейших клиентов нефтесервисной компании Schlumberger, специализирующейся на проведении гидроразрывов. В начале ноября 2006 на Приобском нефтяном месторождении, эксплуатируемом ООО «РН-Юганскнефтегаз» (дочернее предприятие государственной компании «Роснефть», получившей контроль над основным активом «ЮКОСа» — «Юганскнефтегазом»), при участии специалистов компании NewcoWellService был произведён крупнейший в России гидроразрыв нефтяного пласта. В пласт было закачано 864 тонны расклинивающего агента (пропанта). Операция велась семь часов и транслировалась в прямом эфире через интернет в офис «Юганскнефтегаза». В настоящее время в компании «Роснефть» делается более 2 тысяч операций по ГРП в год, абсолютное большинство новых скважин вводится в действие при помощи этого метода.
В 2016 году «Газпром нефть» впервые в России провела сначала 18-стадийный, а затем и 30-стадийный гидроразрыв пласта на горизонтальных скважинах Южно-Приобского месторождения) в ХМАО.
Запреты на применение гидроразрыва и их отмена
В июле 2011 года парламент Франции принял закон, запрещающий применение технологии гидравлического разрыва геологических пластов на территории страны. В октябре 2013 года Конституционный совет Франции в решении по иску американской фирмы Schuepbach Energy LLC постановил, что закон о запрете применения технологии гидроразрыва пласта от 13 июля 2011 года не противоречит конституции страны.
Применение ГРП при разведке природного газа из сланцевых пород было запрещено парламентом Болгарии в январе 2012 года.
В сентябре 2013 года правительство Нидерландов ввело временный запрет на применение технологии гидроразрыва пласта для добычи газа. В декабре 2014 года правительство Марка Рютте приняло резолюцию о продлении запрета на использование технологии гидроразрыва в Нидерландах до 2016 года.
В США власти штатов Вермонт (2012 год) и Нью-Йорк (декабрь 2014 года) запретили проводить добычу газа методом гидроразрыва пласта на своей территории.
В 2014 году Великобритания отменила запрет на добычу сланцевого газа методом гидроразрыва пласта, введённый после двух небольших землетрясений в 2011 году рядом с Блэкпулом, вызванных добычей сланцевого газа. Аналогичное решение приняли власти ЮАР в сентябре 2012 года.
Крекинг природного газа.
Промышленые способы получения ацетилена.
Карбидный способ
При получении ацетилена карбидным способом вначале получают карбид касьция, прокаливая в электрических печах смесь извести и кокса:
Затем карбид кальция разлагают водой, при этом выделяется ацетилен:
Этот способ требует больших затрат поэтому карбидный ацетилен дорог.
Крекинг природного газа.
В последние годы большие кол-ва ацетилена получают из природного газа термическим, каталитическим крекингом метана или электрокрекингом:
2СН4 →СНΞСН+2Н2 при температуре 1500˚
Гомологи метена образуют ацетилен при более низкой температуре:
С2Н6→СНΞСН+2Н2 при температуре 1200˚.
Транспортировка природного газа
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 году международные поставки газа по трубопроводам составили 502 млрд м3, сжиженного газа — 178 млрд м3. При этом доля сжиженного газа в общем объёме поставок быстро растёт, превысив к 2018 году 40 % (323 млрд м3) и по имеющимся прогнозам увеличится до 60 % к 2040 году.
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.
Виды природного газа.
Выделяют несколько разновидностей природного газа.
Сухой
В составе сухого газа преобладает метан, и в относительно небольших количествах содержатся этан и тяжелые углеводороды. Сухой газ также называют нефтяным, так как он является попутным на месторождениях нефти.
Бедный
Бедный газ получают на каждой стадии гидрогенизации. Его очищают от сероводорода и углекислого газа. В нем содержится около 55 % водорода, 30 % метана, до 6 % этана.
Полученная фракция отправляется на установку глубокого охлаждения и разделения газа.
Тощий
Тощий газ — еще одно название сухого газа, в котором преобладает метан на фоне невысокого содержания этана.
Жирный
Это нефтерастворенный газ, в составе которого присутствует большое количество гомологов метана и тяжелых углеводородов (от С3 и выше). Жирный газ в естественном виде не подходит в качестве топлива: он подлежит переработке на заводах.
Сырой
Сырой газ — природное горючее вещество, относящееся к группе углеводородных. Отличительная особенность — повышенное содержание тяжелых углеводородов (более 15 %). К сырым газам относятся попутные газы нефтяных залежей, а также газоконденсатных.
Сырой газ подлежит осушке, отбензиниванию и последующей очистке на газоперерабатывающих заводах.
Сжиженный природный газ
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 объём 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 ёмкостях[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.
В СССР первые установки сжижения природного газа известны с 1946 года. Однако промышленного применения СПГ в СССР не получил. В России первый крупнотоннажный завод СПГ запущен в 2009 году в рамках проекта «Сахалин-2»
Экология
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 учёные 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).
Решение проблем газодобывающей отрасли.
Газодобыча – перспективное направление, в которое инвестируются деньги, внедряются инновационные технические и научные достижения. Это позволяет постепенно внедрять экологически безопасные методы добычи природных ресурсов. Но нужно искать пути решения экологических проблем газовой промышленности, которые уже существует на данный момент.
Пути решения:
Сокращение расхода топлива.
Фильтрация испарений, образующихся при горении газа.
Уменьшение потерь ресурса при транспортировке.
Замена трубопроводов на новые для уменьшения рисков аварий и утечек.
Восстановление почвы в регионах с иссякшими месторождениями.
Внедрение альтернативных источников энергии.
Изменение технологии переработки газа.
Для разрешения экологических проблем требуется комплексный подход. Одновременно с негативным влиянием газодобычи нужно снижать пагубное воздействие других вредных источников.
Применение и использование природного газа
Природный газ обеспечивает потребности государства в обеспечении отопления, производства электроэнергии и бытовых нужд населения.
Природный газ используется в следующих отраслях:
металлургическая промышленность (экономит до 15 % кокса, снижает себестоимость стали и чугуна, повышает производительность труда на 10 % и более);
электроснабжение (природный газ, используемый на электростанциях, уменьшает затраты на топливо и тем самым снижает себестоимость электроэнергии);
цементная, текстильная, стекольная, пищевая (газ повышает производительность труда и снижает себестоимость продукции).
На основе газа изготавливают:
моторное топливо;
полимеры и каучуки (сырьем для них становятся выделенные из газа легкие углеводороды);
сложные химические вещества (лаки, краски, изоляционные материалы, формальдегид).
Используемый как топливо, природный газ намного дешевле и безопаснее для экологии, чем нефтепродукты.
Корма для животных и рыб
Богатые белком корма для животных и рыб получают путём скармливания природного газа бактериям Methylococcus capsulatus в промышленных масштабах.
Другое
Природный газ также используется в производстве тканей, стекла, стали, пластмасс, красок, синтетических масел и других продуктов. Окислительное дегидрирование этана приводит к образованию этилена, который может быть превращён в этиленэпоксид, этиленгликоль, ацетальдегид или другие олефины. Пропан может быть превращён в пропилен или окислен до акриловой кислоты и акринитрила.
Практическая часть.
Для выполнения практической части я посетил ООО “Газпром Межрегионгаз Нальчик” по улице Мечникова 89 города Нальчик.
Общество с ограниченной ответственностью «Газпром межрегионгаз Нальчик» образовано 27 июня 2016 года и является одним из звеньев в системе региональных компаний по реализации газа, входящих в ООО «Газпром межрегионгаз» (дочернее предприятие ПАО «Газпром»).
Основными направлениями деятельности Общества являются обеспечение бесперебойной поставки газа в договорных объёмах потребителям Кабардино-Балкарской Республики, своевременное осуществление расчётов с поставщиками и потребителями газа, оперативное управление режимами газоснабжения, внедрение автоматизированной системы коммерческого учета газа на территории Республики.
ГАЗОВОЕ СНАБЖЕНИЕ КБР
В ходе посещения ООО «Газпром межрегионгаз Нальчик» мною получена следующая информация: На 1 января 2020 года уровень газификации региона составил 96,8%, в том числе городов — 98%, сельской местности — 95,2%.
По итогам реализации пятилетней программы к 2026 году будет полностью завершена технически возможная сетевая газификация Кабардино-Балкарской Республики.
Кабардино-Балкарская Республика а 2022 году вошла в топ-5 по догазификации в общероссийском рейтинге. Это было отмечено на совещании Правительства КБР по вопросам реализации перечня поручений Президента Российской Федерации по газоснабжению субъектов России под председательством руководителя федерального штаба Заместителя Председателя Правительства РФ Александра Новака.
Согласно правилам рейтинга, детально рассматриваются 11 критериев, среди которых наличие в регионе утвержденных планов-графиков в составе программы газификации, процент исполненных договоров до границ участка от общего количества заключенных договоров, уровень спецнадбавки на транспортировку газа и другие.
Одним из важнейших критериев рейтинга является процент подключенных домовладений к газопроводу. Программа заработала в республике в сентябре 2021 года. На сегодняшний день в ней числятся 1122 домовладения, поступило 763 заявки от населения, заключено 576 договоров, из которых больше половины уже исполнены. То есть, по президентской программе социальной газификации газ уже подведен к 355 домовладениям. Газораспределительной организацией достигнуты плановые показатели 2021 года, и к концу текущего года планируется завершить все мероприятия по программе догазификации в республике.
«Газпром» видит свою миссию в надежном, эффективном и сбалансированном обеспечении потребителей природным газом, другими видами энергоресурсов и продуктами их переработки.
«Газпром» является примером эффективного использования экологичных технологий по всей производственной цепочке. Компания обеспечивает одно из самых низких значений углеродного следа продукции среди крупнейших нефтегазовых компаний.
В связи с большой ролью, которую играет природный газ в экономике планеты, серьезное значение придается запасам газа. При этом с каждым годом данные уточняются. Существует несколько источников информации по запасам газа, выпущенными такими солидными организациями, как ЦРУ, ОПЕК или компания British Petroleum. В соответствии с этой информацией разведанные и подтвержденные запасы газа на планете составляют приблизительно 185 трлн м³. По расчетам ученых этого количества газа может хватить жителям планеты на 63 года.
Следовательно, запасы газа на планете исчерпаемы, и, в свою очередь хотел бы предложить некоторые пути экономии природного газа.
Говоря об экономии газа, мы подразумеваем частные дома и коттеджи, так как в квартирах потребление газа сводится, в основном, к приготовлению пищи на плите, и расход газа при этом небольшой. Другое дело частный дом, который отапливается газом. Ученые подсчитали, что для дополнительного нагрева воздуха в доме всего на 1 °С (например, температура помещения 24 °С), необходимо увеличить подачу тепла, а, следовательно, и газа на 7–10%. В результате — лишние затраты, которых можно избежать, применяя 4 рациональных способа экономии теплоресурсов: не перегревать помещение, использовать конденсационные котлы, использовать энергию солнца, или подойти к решению проблемы кардинальным образом — заменить дорогостоящий газ более дешёвой энергией альтернативных источников.
На практике эти способы экономии газа выглядят следующим образом:
Способ № 1. Исключить перегрев помещения
Чтобы поддерживать комфортную температуру в помещении и при этом не перегревать, можно установить регуляторы и самим задавать необходимую температуру. Например, утром, когда вы уходите на работу и в доме никого не остается, регулятор понижает температуру до 17 °С, так как нецелесообразно поддерживать высокую температуру в помещении, когда там никого нет, и поднимает температуру до комфортной 22–24 °С к моменту возвращения домой. С помощью регулятора вы можете настроить график температур в вашем доме, т. е. задавать необходимую температуру там, где требуется и когда требуется, причем график может быть составлен как на сутки, так и на неделю. Современные системы автоматики способны поддерживать температуру с точностью до 0,5 °С, поэтому вы сами можете контролировать затраты и, соответственно, экономить. Также эффективна и экономически выгодна более современная погодозависимая автоматика. Принцип ее работы базируется на учете разности температур в доме и за окном. Например, с утра температура на улице обычно увеличивается и, если нагрузку котла не снижать, через несколько часов температура в помещении будет значительно выше заданного значения и, следовательно, лишнее тепло будет потеряно при проветривании. Погодозависимый регулятор же заблаговременно начинает снижать мощность котла и таким образом экономить газ. К тому же новое поколение погодозависимого регулятора позволяет выбирать наиболее дешевый источник энергии для обогрева в соответствии с условиями и периодом: учитывает тарифы на газ и электроэнергию (в т. ч. пиковые и ночные тарифы) и подбирает наиболее экономный вариант работы отопительной системы. В итоге, использование погодозависимого регулятора экономит газ до 20–25% в течение года, а его установка окупится уже менее чем за один отопительный сезон. Бонусом, кроме экономии, вы получаете желаемый комфорт, надежность и здоровье: автоматика сама предупреждает об ошибках, есть функции защиты от замерзания и даже защиты от легионеллеза — инфекционного заболевания по типу пневмонии.
Способ № 2. Применение конденсационных котлов
Этот способ уже проверен десятилетиями «успешной экономии» в развитых странах. Принцип работы конденсационных котлов основан на использовании отработанных газов (выхлопа) — конденсата водяных паров из дымовых газов, который ранее выбрасывался в атмосферу, — для получения дополнительного тепла, так сказать, направлять в мирное русло. Для сравнения: температура отработанных газов на выходе у конденсационного котла составляет 50–60 °С, в то время как у обычного котла эта же температура — 120–180 °С.Основное преимущество конденсационных газовых котлов — это существенная экономия газа до 15%! Кроме того, котлы стабильно работают даже при недостаточном давлении газа в сети, имеют глубокую модуляцию (автоматическое изменение мощности котла) до 20%, а также повышенный уровень шумоизоляции.
На сегодня конденсационные котлы — самый экономичный вид котлов. В их поддержку говорит и то, что с 2015 года в Европе запрещена продажа неконденсационных котлов.
Способ № 3. Использование солнечной энергии
Этот способ прост и весьма популярен. Он дает возможность в солнечные дни даже в холодное время года обогревать помещение и греть воду. Например, на подогрев горячей воды, по статистике, тратится населением до 20% тепловой энергии в год. В климатических условиях России эту энергию с успехом можно заменить на энергию солнца. В этом поможет установка гелиосистем с солнечными коллекторами, которые аккумулируют энергию солнечного излучения, что в солнечные дни позволит и подогревать воду, и частично использовать солнечное тепло для обогрева помещений, и даже поддерживать температуру (если требуется) в бассейне. Важным является тот факт, что используя энергию солнца, вы можете не только снизить потребление газа, но и перейти в более низкий тарифный план — платить существенно меньше за каждый потребленный кубометр газа. Кроме существенной экономии от внедрения солнечных коллекторов, установленных на крыше, можно значительно уменьшить количество вредных выбросов в атмосферу.
Способ № 4. Отказ от потребления газа.
100% сэкономить на газе, можно отказавшись от него вовсе. Заменить газ могла бы электрическая энергия, но стоимость удельного киловатта электричества намного выше, чем стоимость равноценного количества газа. Кроме того, электрические сети и подстанции не всегда рассчитаны на мощность, требующуюся для отопления дома, поэтому обычные электрические котлы и нагреватели не решают данную проблему и не удешевляют затраты.
Я предлагаю оптимальное решение — использование тепловых насосов, которые при затрате 1 кВт электроэнергии позволяют получить 2,3–4,8 кВт тепла в зависимости от температуры источника тепла (грунт, вода или воздух). К примеру, воздушный тепловой насос производительностью 15 кВт может сэкономить в год до 4500 м³ газа, отапливая дом, бассейн и осуществляя нагрев воды. Неоспоримым аргументом в выборе теплового насоса является и тот факт, что летом он способен охлаждать помещение, и не нужно тратиться на покупку кондиционера — снова колоссальная экономия. А главное преимущество — вы обеспечите тепло в своем доме, независимо от ситуации с поставками газа в нашу страну!
Заключение.
Изучив данную тему, я пришел к следующему выводу: значение природного газа в нашей жизни очень велико, он оказывает большое влияние на нашу жизнь. Природный газ - это исчерпаемый природный ресурс, у которого нет достойных аналогов, которые смогли бы заменить его в нашем быту. Трудно представить себе жизнь без природного газа. Он значительно облегчает жизнь: используется в качестве отопления и для приготовления пищи в жилых домах и квартирах, а также используется в качестве топлива для транспортных средств, поэтому очень важно беречь природный газ.
Литература и информационные источники.
https://ru.wikipedia.org/wiki/Природный_газ
https://ru.wikipedia.org/wiki/Гидравлический_разрыв_пласта
https://uglevodorody.ru/publ/prirodnyy-gaz-svoystva-sostav-tehnologiya-dobychi-i-primenenie
https://fin-plan.org/blog/investitsii/mirovoy-rynok-gaza/
https://втораяиндустриализация.рф/otkuda-beretsya-neft/