Природный газ: происхождение, физические и химические свойства(2018г)

Общие сведения о природном газе. Обзор природного газа

Общие сведения о природном газе. Обзор природного газа.

Природный газ – общая информация

Природный газ, он же газ натуральный  – это наиболее экологически чистый и экономически эффективный энергоноситель современности, не имеющей ни цвета, ни запаха.

Характерный аромат бытового газа придается ему искусственно с целью возможности предотвращения его утечки и дальнейших неприятных последствий, связанных с взрывоопасностью данного вещества.

Внимание!

Операция по введению в газ пахучих веществ называется одоризацией, а вводимое вещество – одорантом – В РФ это тиолы, в частности, этантиол = этилмеркаптан, часто просто “меркаптан”.

Две основные концепции происхождения – биогенная и минеральная – утверждают разные причины образования углеводородных полезных ископаемых в недрах Земли:

  • Минеральная теория. Образование полезных ископаемых в пластах горных пород – часть процесса дегазации Земли. Из-за внутренней динамики Земли углеводороды, находящиеся на больших глубинах, поднимаются в зону наименьшего давления, образуя в результате газовые залежи.
  • Биогенная теория. Живые организмы, погибшие и опустившиеся на дно водоемов, разлагались в безвоздушном пространстве. Опускаясь все глубже из-за геологических движений, остатки разложившейся органики превратились под воздействием термобарических факторов (температуры и давления) в углеводородные полезные ископаемые, в том числе – в природный газ.

Природный газ может существовать:

  • в виде газовых залежей, находящихся в пластах некоторых горных пород,
  • в виде газовых шапок (над нефтью),
  • в растворенном или кристаллическом виде,
  • а также природный газ может находиться в виде газогидратов (гидраты природных газов – это газовые гидраты или клатраты – кристаллические соединения, образующиеся при определенных термобарических условиях из воды и газа).

Природный газ имеет ряд преимуществ по сравнению с другими видами топлива и сырья:

  • стоимость добычи природного газа значительно ниже, чем других видов топлива; производительность труда при его добыче выше, чем при добыче нефти и угля;
  • при газовом отоплении городов и населенных пунктов гораздо меньше загрязняется воздушный бассейн;
  • при работе на природном газе обеспечивается возможность автоматизации процессов горения, достигаются высокие КПД;
  • высокие температуры в процессе горения (более 2000°С) и удельная теплота сгорания позволяют эффективно применять природный газ в качестве энергетического и технологического топлива.

Химический состав (подробнее про природный газ – тут)

Химический состав природного газа достаточно прост. Основную часть этого вида газа составляет метан (CH4) – простейший углеводород (органическое соединение, состоящее из атомов углерода и водорода), его доля в среднем 92%.

В зависимости от содержания метана выделяются две основные группы природного газа:

  • Природный газ группы H (Н–газ, т.е. высококалорийный газ) в связи с высоким содержанием метана (от 87% до 99%) является самым высококачественным. Российский природный газ относится к группе Н и отличается высокой теплотворной способностью. Ввиду высокого содержания метана (~ 98%) он является самым высококачественным природным газом мира.
  • Природный газ группы L (L–газ, т.е. низкокалорийный газ) – это природный газ с менее высоким содержанием метана – от 80% до 87%. Если требования по качеству не выполняются (11,1 кВт-ч/куб.м), то часто газ нельзя поставлять непосредственно конечному потребителю без дополнительной переработки.

Помимо метана в состав природного газа могут входить более тяжелые углеводороды, гомологи метана: этан (C2H6), пропан (C3H8), бутан (C4H10) и некоторые неуглеводородные примеси. В то же время важно, что состав природного газа не постоянен и меняется от месторождения к месторождению.

Физические свойства (подробнее про природный газ – тут)

Ориентировочные физические характеристики (зависят от состава):

  • Плотность: от 0,7 до 1,0 кг/м3 (сухой газообразный, при нормальных условиях) либо 400 кг/м3 (жидкий).
  • Температура возгорания: t = .
  • Теплота сгорания одного м3 природного газа в газообразном состоянии при н.у.: 28-46 МДж, или 6,7-11,0 Мкал.
  • 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.

Источник: http://e4-cem.ru/Guide/GuideMedias/NaturalGas/NaturalGasOverview.html

Физико-химические свойства природного газа: Сухой газ

Вода, залегающая в одном и том же пласте вместе с нефтью или газом, называется пластовой. Таким образом, критическое давление – это предельное давление, при котором и менее которого газ не переходит в жидкое состояние, как бы ни низка была температура.

Теплота сгорания газов выражается в кДж/кг и кДж/м3и является основным показателем, характеризующим газ или топливо.

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.

Идеальный газ — газ, для которого энергия взаимодействия между молекулами пренебрежимо мала по сравнению с кинетической энергией их хаотичного (теплового) движения.

Уравнение состояния для n молей идеального газа, занимающего объем V при температуре Т и давлении р, имеет вид: pV = n R T, где R — газовая постоянная (уравнение Клапейрона — Менделеева).

S — площадь поверхности слоя газа, на которую рассчитывается сила внутреннего трения. В зависимости от состава изменяются и его теплотехнические характеристики.

Приведем некоторые дополнительные показатели качества сухого газа по ГОСТ 5542-87. Одна из основных страниц сайта уже содержит основные свойства сжиженного природного газа.

В качестве дополнения здесь приводится некоторая более детальная информация.

Природный газ относится к полезным ископаемым. Также природный газ может находиться в кристаллическом состоянии в виде естественных газогидратов.

Метан и некоторые другие углеводороды широко распространены в космосе. Позже выяснилось, что запасы природного газа в этом состоянии огромны.

Природный газ находится в земле на глубине от 1000 м до нескольких километров.

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.

Важно!

Газ добывают из недр земли с помощью скважин. Иначе возможны перетоки газа между областями месторождения, а также преждевременное обводнение залежи. Газ выходит из недр вследствие того, что в пласте находится под давлением, многократно превышающем атмосферное.

Это объясняется ростом добычи сланцевого газа (т. н. сланцевая революция). Газ подготавливают по различным схемам.

Согласно одной из них, в непосредственной близости от месторождения сооружается установка комплексной подготовки газа (УКПГ), на которой производится очистка и осушка газа в абсорбционных колоннах. Также целесообразна подготовка газа мембранной технологией.

Для сжижения газ охлаждают при повышенном давлении. К его достоинствам относится также тот факт, что сжиженный газ куда более безопасен при перевозке и хранении, чем сжатый.

Физические свойства газов

Разрабатывались также проекты транспортировки газа с использованием дирижаблей или в газогидратном состоянии, но эти разработки не нашли применения в силу различных причин.

В экологическом отношении природный газ является самым чистым видом органического топлива.

С августа 2004 года по август 2007 года было рекомендовано и поддерживалось регуляторами соотношение 0,10 долларов США за киловатт-час (средняя стоимость нефти — 68 долларов за баррель).

Динамическая вязкость газа

Отсутствие управляемости на рынке газа задерживает установление адекватного ценообразования. Они частично растворены в подземных и наземных водах и нефтях, сорбированы углями и некоторыми глинистыми породами.

Их можно подразделить на газы биохимические, вулканические, метаморфические, воздушного и химического происхождения, газы радиоактивных и термоядерных процессов. Биохимические газы – продукты жизнедеятельности бактерий. Вулканические газы выделяются из недр Земли при извержениях.

Газы, находящиеся в недрах Земли, состоят из N 2 и инертных газов; свободный кислород в них отсутствует. Происхождение природных горючих газов обусловлено биохимическим разложением органического вещества и дальнейшим метаморфизмом последнего под воздействием геохимических факторов.

Основным газом самостоятельных газовых залежей и угольных пластов является метан. В газах, сопутствующих нефти, кроме метана, содержатся значительные количества его гомологов. Кроме того, иногда в газах содержатся Н 2 S, меркаптаны и СО 2.

По составу природные горючие газы иногда разделяют на сухие и жирные. К жирным относятся газы, содержащие 50–100 (и больше) г/м 3 углеводородов от С 3 и выше.

Собственно природные газы обычно относятся к сухим газам, попутные и газоконденсатные – к жирным.

На многих месторождениях природный газ первоначально существует в растворенном состоянии в нефти и выделяется из раствора только при снижении давления. Чистый природный газ не имеет цвета и запаха.

На количество растворенного газа влияют его свойства, природа жидкости и внешние условия (давление, температура).

Переход сжиженных углеводородных газов в газообразное или жидкое состояние зависит от давления, температуры, объема и состава.

Источник: http://labrowendosin.ru/fiziko-khimicheskie-svoystva-prirodno/

Состав природного газа

Природные газы представлены в основном метаном – СН4 (до 90 – 95 %). Это самый простой по химической формуле газ, горючий, бесцветный, легче воздуха.

В составе природных газов встречаются также этан, пропан, бутан и их гомологи.

Горючие газы являются обязательным спутником нефтей, образуя газовые шапки или растворяясь в нефтях.

  • 1 Метан
  • 2 Углекислый газ и сероводород
  • 3 Азот
  • 4 Инертные газы

Метан

Кроме того, метан встречается также в угольных шахтах, где из-за своей взрывоопасности представляет серьезную угрозу для шахтеров. Известен метан также в виде выделений на болотах – болотный газ.

В зависимости от содержания метана и других (тяжелых) углеводородных газов метанового ряда газы делятся на сухие (бедные) и жирные (богатые).

К сухим относятся газы в основном метанового состава (до 95 – 96 %), в которых содержание других гомологов (этана, пропана, бутана и пентана) незначительно (доли процента). Они более характерны для чисто газовых залежей, где отсутствуют источники обогащения их тяжелыми компонентами, входящими в состав нефти.

Жирные газы – это газы с высоким содержанием «тяжелых» газовых соединений.

Помимо метана, в них содержатся десятки процентов этана, пропана и более высокомолекулярных соединений вплоть до гексана.

Жирные смеси более характерны для попутных газов, сопровождающих нефтяные залежи.

Совет!

Горючие газы являются обычными и естественными спутниками нефти практически во всех ее известных залежах, т.е. нефть и газ неразделимы в силу своего родственного химического состава (углеводородного), общности происхождения, условий миграции и аккумуляции в природных ловушках разного типа.

Исключение представляют так называемые «мертвые» нефти. Это нефти, приближенные к дневной поверхности, полностью дегазированные за счет испарения (улетучивания) не только газов, но и легких фракций самой нефти.

Такая нефть в России известна на Ухте. Это тяжелая вязкая окисленная, почти нетекучая нефть, которая добывается нетрадиционным шахтным способом.

Широкое распространение в мире имеют чисто газовые залежи, где нефть отсутствует, а газ подстилается пластовыми водами.

У нас в России супергигантские газовые месторождения открыты в Западной Сибири: Уренгойское с запасами 5 трлн. м3, Ямбургское — 4,4 трлн.

м3, Заполярное — 2,5 трлн. м3, Медвежье – 1,5 трлн. м3.

Однако, наибольшим распространением отличаются нефтегазовые и газонефтяные месторождения. Совместно с нефтью газ встречается либо в газовых шапках, т.е. над нефтью, либо в растворенном в нефти состоянии. Тогда он называется растворенным газом.

По своей сути нефть с растворенным в ней газом подобна газированным напиткам. При больших пластовых давлениях в нефти растворены значительные объемы газа, а при падении давления до атмосферного в процессе добычи нефть дегазируется, т.е. газ бурно выделяется из газонефтяной смеси.

Такой газ называется попутным.

Естественными спутниками углеводородов являются углекислый газ, сероводород, азот и инертные газы (гелий, аргон, криптон, ксенон), присутствующие в нем в качестве примесей.

Углекислый газ и сероводород

Углекислый газ и сероводород в газовой смеси появляются в основном за счет окисления углеводородов в приповерхностных условиях при помощи кислорода и с участием аэробных бактерий.

На больших глубинах при соприкосновении углеводородов с природными сульфатными пластовыми водами образуются как углекислый газ, так и сероводород.

Со своей стороны сероводород легко вступает в окислительные реакции, особенно под воздействием серных бактерий и тогда выделяется чистая сера.

Таким образом, сероводород, сера и углекислый газ постоянно сопровождают углеводородные газы.

Внимание!

СО2 в газах колеблется от долей до нескольких процентов, но известны залежи природного газа с содержанием углекислоты до 80 – 90 %.

сероводорода в газах также от долей процента до 1 – 2 %, но есть газы с высоким его содержанием.

Примерами могут служить Оренбургское месторождение (до 5 %), Карачаганакское (до 7 – 10 %), Астраханское (до 25 %).

На том же Астраханском месторождении и доля углекислого газа достигает 20 %.

Азот

Азот – N – частая примесь в углеводородных газах. Происхождение азота в осадочных толщах обязано биогенным процессам.

Азот – инертный газ, который в природе почти не вступает в реакции. Он плохо растворим в нефти и в воде, поэтому скапливается либо в свободном состоянии, либо в виде примесей.

азота в природных газах чаще небольшое, но иногда он скапливается и в чистом виде.

Например, на Ивановском месторождении в Оренбургской области выявлена залежь азотного газа в отложениях верхней перми.

Инертные газы

Инертные газы – гелий, аргон и другие, как и азот не вступают в реакции и встречаются в углеводородных газах, как правило, в небольших количествах.

Фоновые значения содержания гелия – 0,01 – 0,15 %, но встречаются и до 0,2 – 10 %. Примером промышленного содержания гелия в природном углеводородном газе является Оренбургское месторождение. Для его извлечения рядом с газоперерабатывающим заводом построен гелиевый завод.

Источник: http://www.geolib.net/oilgasgeology/sostav-prirodnogo-gaza.html

Физические свойства природных газов

Существенное отличие физических свойств газа от физических свойств нефти, выражается, главным образом, в его незначительной плотности, высокой упругости, значительно меньшей вязкости, определяет специфику разработки газовых и газоконденсатных месторождений, заключающуюся в том, что газ добывают, в основном, фонтанным способом.

При этом сложная и протяженная система газоснабжения от залежи до потребления полностью герметична и представляет собой единое целое.

Природный газ – это полезное ископаемое в газообразном состоянии. Оно используется в очень широких пределах в качестве топлива.

Но сам природный газ как таковой не используется как топливо, из него выделяют его составляющие для отдельного использования.

Важно!

Состав природного газа До 98% природного газа составляет метан, также в его состав входят гомологи метана – этан, пропан и бутан. Иногда могут присутствовать углекислый газ, сероводород и гелий.

Таков состав природного газа. Физические свойства Природный газ бесцветен и не имеет запаха (в том случае, если не имеет в своём составе сероводорода), он легче воздуха. Горюч и взрывоопасен.

Ориентировочные физические характеристики (зависят от состава; при нормальных условиях, если не указано другое):

Плотность:от 0,68 до 0,85 кг/м³ относительно воздуха (сухой газообразный);400 кг/м³ (жидкий).

Температура самовозгорания:

  • 650 °C;
  • 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

Приведенные давления и температура

Для объективной оценки забойных давлений и возможности их сравнения вводится понятие приведенного давления.

Измеренные или вычисленные забойные давления приводятся (пересчитываются) к условной горизонтальной плоскости, которой может быть принята любая плоскость в пределах залежи, абсолютная отметка которой известна.

Обычно за плоскость приведения принимают плоскость, проходящую через первоначальный водонефтяной контакт, абсолютная отметка которого определяется при разведке месторождения. Если забои скважин сообщаются через проницаемый пласт, то в них устанавливаются одинаковые приведенные статические давления.

P1 = P +pg h

Приведенная температура – отношение термодинамической температуры вещества к его критической температуре

1) критическая – предельная температура равновесного сосуществования двух фаз (жидкости и её пара), выше которой эти фазы неразличимы

Физические свойства жидкостей в пластовых условиях

Совет!

Сжимаемость воды – это обратимое изменение объема воды в пластовых условиях под действием давления.

Величина коэффициента сжимаемости колеблется в пределах (3-5)-104. Сжимаемость воды уменьшается с увеличением концентрации солей и увеличивается с уве­личением содержания растворенного газа.

Объемный коэффициент пластовой воды Ьв зависит от минерализации, химического состава, газосодержания, пластового давления и температуры. Для пластовых вод нефтя­ных и газовых месторождений Ьв = 0,8-1,2.

Плотность воды в пластовых условиях зависит главным образом от ее минерализации, давления и температуры. В большинстве случаев из-за температуры плотность воды в пла­стовых условиях на 20% меньше, чем в поверхностных.

Вязкость пластовой воды зависит в первую очередь от температуры, минерализации и химического состава. В большинстве случаев вязкость пластовых вод нефтяных и газовых месторождений составляет 0,2-1,5 мПа-сек.

Понятия: нефтяное месторождение, пласт, залежь, объект разработки

Нефтяные и нефтегазовые месторождения — это скопления углеводородов в земной коре, приуроченные к одной или нескольким локализованным геологическим структурам, т.е. структурам, находящимся вблизи одного и того же географического пункта.

Залежью называется естественное локальное единичное скопление нефти в одном или нескольких сообщающихся между собой пластах-коллекторах, т.е. в горных породах, способных вмещать в себе и отдавать при разработке нефть.

Объект разработки — это искусственно выделенное в пределах разрабатываемого месторождения геологическое образование (пласт, массив, структура, совокупность пластов), содержащее промышленные запасы углеводородов, извлечение которых из недр осуществляется при помощи определенной группы скважин или других горнотехнических сооружений.

В объект разработки может быть включен один, несколько или все пласты месторождения.

Внимание!

Основные особенности объекта разработки — наличие в нем промышленных запасов нефти и определенная, присущая данному объекту группа скважин, при помощи которых он разрабатывается.

Рациональная система разработки нефтяных месторождений

Рациональной называют систему разработки, которая обеспечивает наиболее полное извлечение из пластов флюидов при наименьших затратах. Она предусматривает соблюде­ние правил охраны недр и окружающей среды, учитывает природные, производственные и экономические особенности района.

Особенности системы разработки многопластовых месторождений

Существуют три системы разработки многопластового нефтяного месторождения:

система разработки «снизу вверх», при которой нефтяные пласты (залежи) вводятся в разработку последовательно:

каждый вышележащий после разработки нижележащего, причем тот пласт, с которого начинают разработку, носит название базисного, или опорного горизонта (пласта).

Базисный горизонт выбирается по признаку высокой его продуктивности и сортности нефти, причем пласт должен быть хорошо изучен на значительной площади и залегать в условиях, благоприятных для его быстрого разбуривания

– система разработки «сверху вниз», при которой пласты вводятся в разработку: каждый нижележащий после разработки вышележащего. Эта система широко применялась в период, когда преобладал ударный способ бурения.

В настоящее время система разработки «сверху вниз» допускается как исключение при разработке неглубоко залегающих нефтяных пластов, разбуриваемых легкими передвижными станками, при условии, что верхние пласты являются слабо проницаемыми и при прохождении их последующими скважинами на нижележащие пласты исключается поглощение глинистого раствора и сама пачка верхних пластов разрабатывается по системе «снизу вверх».

– система одновременной разработки двух и более пластов (залежей) предусматривает, что каждый из пластов разбуривается одновременно отдельной сеткой скважин.

Эта система применяется при условии, что нефтяные пласты являются высокопродуктивными с хорошо выраженным напорным режимом, разбуриваются быстрыми темпами и эксплуатируются при поддержании пластового давления.

Система разработки эксплуатационных объектов

Система разработки месторождения предусматривает решение и осуществление следующих мероприятий:

1.Выделение эксплуатационных объектов (на многоплановом месторождении) и определение порядка ввода их в разработку.

Эксплуатационный объект —это продуктивный пласт или группа пластсв, разрабатываемые самостоятельной сеткой скважин при обеспечении контроля и регулирования процесса их эксплуатации.

2.Определение числа скважин, размещение их на эксплуата­ционном объекте и порядок ввода скважин в работу.

Важно!

3.Установление режима работы эксплуатационных (иногда и нагнетательных) скважин (определение их дебитор или расхо­до, забойных давлений и изменения этих показателей во времени).

4.Регулирование баланса пластовой энергии в залежах нефти или газа “путем воздействия на пласты в целом.

Системы разработки месторождений можно классифицировать по характеру или порядку осуществления указанных мероприятий следующим образом.

Теория укрупненной скважины

Теория укрупненной скважины наиболее актуальна для газовых и для газоконденсатных месторождений, так как газовые месторождения разрабатываются в режиме истощения пластовой энергии, а большинство газоконденсатных месторождений также разрабатывается без поддержания пластового давления и рано или поздно они переходят на режим истощения пластовой энергии.

В случае нефтяных месторождений, как правило, производится поддержание пластового давления. Поэтому поступление законтурной воды имеет подчиненное значение. Разработка нефтяных месторождений при естественном водонапорном режиме имеет место обычно В случае небольших начальных запасов нефти и хороших кол-лекторских свойств пласта.

Основные понятия фазового состояния многокомпонентных систем

одержат более трёх компонентов, которыми могут быть простые вещества и (или) химические соединения.

Многокомпонентные системы в природе — руды, морская вода, минералы, рассолы соляных озёр, нефти, углеводородные газы и др.

; в технологии — сплавы металлов, солевые смеси, водные растворы солей, смеси органических соединений и т.д.

В нефтепромысловой практике встречаются различные виды фазовых пере­ходов вещества — испарение, конденсация, плавление и др. Наиболее же часто промысловому инженеру приходится иметь дело с фазовыми превращениями растворов.

В системе, находящейся в условиях какого-либо фазового перехода, могут сосуществовать в термодинамическом равновесии одновременно две или несколько различных фаз. Условиями равновесия фаз являются равенство температур и давлений во всех частях системы.

Кроме того, при постоянных температуре и давлении должны быть равными химические потенциалы сопри­касающихся фаз.

Совет!

В многокомпонентных системах условия равповесия фаз насту­пают, когда химические потенциалы данного компонента во всех фазах системы, находящейся в равновесий, становятся равными между собой.

Все фазовые переходы подразделяются на два вида — первого и второго рода.

Простейшими примерами фазовых переходов первого рода являются испа­рение, плавление.

При фазовых превращениях такого рода изменяется объем системы и поглощается (или выделяется) количество теплоты, которое называется скрытой теплотой перехода.

Существование теплоты перехода указывает на изменение энтропии системы. В процессе испарения вещество поглощает теплоту. Его энтропия в газообразном состоянии при данных давлении и температуре больше, чем в жидком.

Следовательно, при фазовом переходе первого рода изме­няются объем Ii энтропия вещества. Характеристику фазового перехода первого рода (эквивалентную описанной выше) можно дать с помощью функции Гиббса

Вопрос 33

Физические свойства природных газов

Существенное отличие физических свойств газа от физических свойств нефти, выражается, главным образом, в его незначительной плотности, высокой упругости, значительно меньшей вязкости, определяет специфику разработки газовых и газоконденсатных месторождений, заключающуюся в том, что газ добывают, в основном, фонтанным способом.

При этом сложная и протяженная система газоснабжения от залежи до потребления полностью герметична и представляет собой единое целое.

Природный газ – это полезное ископаемое в газообразном состоянии. Оно используется в очень широких пределах в качестве топлива.

Но сам природный газ как таковой не используется как топливо, из него выделяют его составляющие для отдельного использования.

Важно!

Состав природного газа До 98% природного газа составляет метан, также в его состав входят гомологи метана – этан, пропан и бутан. Иногда могут присутствовать углекислый газ, сероводород и гелий.

Таков состав природного газа. Физические свойства Природный газ бесцветен и не имеет запаха (в том случае, если не имеет в своём составе сероводорода), он легче воздуха. Горюч и взрывоопасен.

Ориентировочные физические характеристики (зависят от состава; при нормальных условиях, если не указано другое):

Плотность:от 0,68 до 0,85 кг/м³ относительно воздуха (сухой газообразный);400 кг/м³ (жидкий).

Источник: https://infopedia.su/10xd04c.html

Природный газ. Состав, свойства, опасности

Определение

Природный газ – это полезное ископаемое в газообразном состоянии. Оно используется в очень широких пределах в качестве топлива. Но сам природный газ как таковой не используется как топливо, из него выделяют его составляющие для отдельного использования.

Состав природного газа

До 98% природного газа составляет метан, также в его состав входят гомологи метана – этан, пропан и бутан. Иногда могут присутствовать углекислый газ, сероводород и гелий. Таков состав природного газа.

Физические свойства

Природный газ бесцветен и не имеет запаха (в том случае, если не имеет в своём составе сероводорода), он легче воздуха. Горюч и взрывоопасен.

Ниже приведены более подробные свойства компонентов природного газа.

Свойства отдельных составляющих природного газа (рассмотрим подробный состав природного газа)

Метан (CH4) – это бесцветный газ без запаха, легче воздуха. Горюч, но всё же его можно хранить с достаточной лёгкостью.

Этан (C2H6) – бесцветный газ без запаха и цвета, чуть тяжелее воздуха. Также горюч, но не используется как топливо.

Пропан (C3H8) – бесцветный газ без запаха, ядовит. У него имеется полезное свойство: пропан сжижается при небольшом давлении, что позволяет легко отделять его от примесей и транспортировать.

Бутан (C4H10) – по свойствам близок к пропану, но имеет более высокую плотность. Вдвое тяжелее воздуха.

Углекислый газ (CO2) – бесцветный газ без запаха, но с кислым вкусом. В отличие от других компонентов природного газа (за исключением гелия), углекислый газ не горит. Углекислый газ – один из самых малотоксичных газов.

Гелий (He) – бесцветный, очень лёгкий (второй из самых лёгкий газов, после водорода) без цвета и запаха. Крайне инертен, при нормальных условиях не реагирует ни с одним из веществ. Не горит. Не токсичен, но при повышенном давлении может вызывать наркоз, как и другие инертные газы.

Сероводород (H2S) – бесцветный тяжелый газ с запахом тухлых яиц. Очень ядовит, даже при очень маленькой концентрации вызывает паралич обонятельного нерва.

Свойства некоторых других газов, не входящих в состав природного газа, но имеющих применение, близкое к применению природного газа

Этилен (C2H4) – Бесцветный газ с приятным запахом. По свойствам близок к этану, но отличается от него меньшей плотностью и горючестью.

Ацетилен (C2H2) – чрезвычайно горючий и взрывоопасный бесцветный газ. При сильном сжатии способен взрываться. Он не используется в быту из-за очень большого риска пожара или взрыва. Основное применение – в сварочных работах.

Применение

Метан используется как горючее в газовых плитах.

Пропан и бутан – в качестве топлива в некоторых автомобилях. Также сжиженным пропаном заполняют зажигалки.

Этан в качестве горючего используют редко, основное его применение – получение этилена.

Этилен является одним из самых производимых органических веществ в мире. Он является сырьём для получения полиэтилена.

Ацетилен используется для создания очень высокой температуры в металлургии (сверка и резка металлов). Ацетилен очень горюч, поэтому в качестве топлива в автомобилях не используется, да и без этого условия его хранения должны строго соблюдаться.

Сероводород, несмотря на его токсичность, в малых количествах применяется в т.н. сероводородных ваннах. В них используются некоторые антисептические свойства сероводорода.

Основным полезным свойством гелия является его очень маленькая плотность (в 7 раз легче воздуха). Гелием заполняют аэростаты и дирижабли. Водород ещё более лёгок, чем гелий, но в то же время горюч. Большую популярность среди детей имеют воздушные шарики, надуваемые гелием.

Токсичность

Углекислый газ. Даже большие количества углекислого газа никак не влияют на здоровье человека. Однако он препятствует поглощению кислорода при содержании в атмосфере от 3% до 10% по объёму. При такой концентрации начинается удушье и даже смерть.

Гелий. Гелий абсолютно нетоксичен при нормальных условиях из-за его инертности. Но при повышенном давлении возникает начальная стадия наркоза, похожая на воздействие веселящего газа*.

Сероводород. Токсичные свойства этого газа велики. При длительном воздействии на обоняние возникает головокружение, рвота.

Также парализуется обонятельный нерв, поэтому возникает иллюзия отсутствия сероводорода, а на самом деле организм его уже просто не ощущает.

Важно!

Отравление сероводородом наступает при концентрации 0,2–0,3 мг/м3, концентрация выше 1 мг/м3 — смертельна.

Процесс горения

Все углеводороды при полном окислении (избыток кислорода) выделяют углекислый газ и воду.

Например:CH4 + 3O2 = CO2 + 2H2OПри неполном (недостаток кислорода) – угарный газ и воду:2CH4 + 6O2 = 2CO + 4H2OПри ещё меньшем количестве кислорода выделяется мелкодисперсный углерод (сажа):CH4 + O2 = C + 2H2O.

Метан горит голубым пламенем, этан – почти бесцветным, как спирт, пропан и бутан – жёлтым, этилен – светящимся, угарный газ – светло-голубым. Ацетилен – желтоватым, сильно коптит.

Если у Вас дома стоит газовая плита и вместо обычного голубого пламени вы видите жёлтое – знайте, это метан разбавляют пропаном.

Примечания

Гелий, в отличие от любого другого газа, не существует в твёрдом состоянии.

Веселящий газ – это тривиальное название закиси азота N2O.

специалист alternativenergy.ru в области химии, пользователь ресурса – Ivan

Замечания и дополнения к статье – в комментарии.

Источник: https://alternativenergy.ru/index.php?newsid=243

Химические свойства газа

Любое газовое топливо представляет собой смесь различных простых горючих и балластных газов. Химические свойства газа определяют свойства смеси, т. е. газового топлива.

Алканы, т. е. углеводороды предельного ряда, являются основными составляющими горючей части природных и попутных газов. Алканы нередко называют парафинами или углеводородами метанового ряда.

Общая химическая формула алканов – СnН2n+2.

Родоначальником ряда алканов является метан – СН4, далее, по мере увеличения числа атомов углерода в молекуле, следуют: этан – С2Н6, пропан – С3Н8, бутан – С4Н10, пентан – C5H12, гексан – С6Н14 и т. д.

Физические и химические свойства газа предельных углеводородов закономерно изменяются по мере увеличения их молекулярного веса.

В нормальных условиях, т. е. при температуре 0° С и давлении 760 мм рт. ст., первые члены ряда до бутана включительно – газы, не имеющие цвета и запаха, последующие – жидкости. Все алканы, кроме метана, имеют плотность выше плотности воздуха.

Под действием высокой температуры алканы расщепляются, переходят в более простые и стойкие соединения (например, метан, а также алкены), выделяя сажистый углерод и водород. Стойкость алканов против воздействия температуры снижается с увеличением молекулярной массы.

Совет!

углеводородов тяжелее бутана – пентана даже в “сыром” природном газе (т. е. не подвергавшемся обработке) незначительно, поэтому при расчетах химические свойства газа ограничиваются пентаном, суммируя с ним все последующие углеводороды.

Алканы, как и продукты их полного сгорания, не являются ядовитыми. Имеются данные, что высокомолекулярные предельные углеводороды при больших концентрациях в воздухе обладают слабым наркотическим действием.

Алкены, или олефины, входят в заметных количествах в состав искусственных газов, особенно газов крекинга жидкого топлива.

Родоначальником ряда алкенов является этилен.

Общая химическая формула алкенов – СnН2n- Первые три члена этого ряда – этилен (этен) – С2Н4, пропилен (пропен) – С3Н6 и бутилен (бутен) – С4Н8.

Алкены, являющиеся непредельными углеводородами, представляют собой ценное сырье для химической промышленности.

Токсическое действие алкенов сходно с действием алканов, т. е. при высоких концентрациях они обладают наркотическими свойствами.

Водород Н2 имеется во всех искусственных газах. Это горючий газ, не имеющий запаха и цвета, не токсичен. Водород является самым легким из газов, он в 14,5 раз легче воздуха, поэтому низшая объемная теплота его сгорания меньше, чем у других компонентов газового топлива.

Сероводород H2S содержится в большинстве искусственных и некоторых природных газах. Это бесцветный горючий газ тяжелее воздуха (плотность – 1,54 кг/м3), с сильным запахом, напоминающим запах тухлых яиц. Вызывает сильную коррозию металлов.

Внимание!

Сероводород ядовит. Он действует на нервную систему, а также на дыхательные пути и глаза. При концентрациях сероводорода выше 1 мг/л смертельное отравление может произойти почти мгновенно от паралича дыхательных центров.

Допустимая концентрация его в воздухе помещений установлена не более 0,01 мг/л, а в газе, поступающем в городские сети, – не болев 2 г на 100 м3.

Высокая токсичность сероводорода и строгие требования к его содержанию вызывают необходимость очистки газового топлива перед подачей его потребителям.

Окись углерода СО в большом количестве содержится в генераторных газах, являясь наряду с водородом основным горючим компонентом.

Окись углерода – химически стойкий горючий газ, не имеющий цвета. Плотность СО (1,25 кг/м3) незначительно ниже плотности воздуха.

Окись углерода является сильным ядом; концентрация его в воздухе в 1% приводит через 1-2 мин к сильному отравлению и смерти.

Предельная концентрация СО в воздухе рабочей зоны цехов по существующим нормам не более 0,03 мг/л при длительной работе и не более 0,05 мг/л при пребывании в загазованной атмосфере до 1 ч.

Окись углерода является продуктом неполного сгорания углерода и может находиться в продуктах сгорания любого топлива, содержащего углерод или углеродные соединения.

Важно!

Сероуглерод CS2 в небольших количествах входит в состав газов, получаемых при сухой перегонке топлив, содержащих серу. Температура кипения сероуглерода +46° С, т. е.

при обычных условиях он является жидкостью. Пары сероуглерода в 2,6 раза тяжелее воздуха. Высокие концентрации паров сероуглерода в воздухе приводят к отравлению.

Предельно допустимая концентрация в рабочей зоне 0,01 мг/л.

Цианистый водород HCN – сильнейший яд, содержащийся в небольших количествах в газах сухой перегонки топлива. Предельное содержание HCN в газах, применяемых для городского газоснабжения, Пе выше 0,05 мг/л, предельно допустимая концентрация в воздухе промышленных предприятий – 0,0003 мг/л.

Кроме перечисленных выше горючих газов и паров искусственные газы содержат некоторое количество смол, аммиака, нафталина. Эти соединения, представляющие большую ценность для химической промышленности, извлекаются из газового топлива в установках улавливания или очистки газа.

В качестве балластных примесей во всех газах, как природных, так и искусственных, имеются азот N2, водяные пары Н2О и двуокись углерода СО2. Азот и двуокись углерода не токсичны и не агрессивны, т. е. не обладают коррозионными свойствами.

Наличие водяных паров может привести к образованию конденсата, усиленной коррозии трубопроводов и образованию гидратных пробок при дальнем транспорте природного газа.

Во избежание этого природные и попутные газы перед подачей в магистральные трубопроводы подвергают осушке, при которой одновременно удаляется и двуокись углерода.

Источник: http://gas-boiler.su/chemical-properties-gas.html

Природные и искусственные газы и их состав. Основные свойства природного газа. – 27 Мая 2015 – Энергетика и механика

Природные и искусственные газы и их состав

Горючие газы, используемые для сжигания в топках котлов и печей, по своему происхождению разделяются на природные и искусственные.

К природным газам относятся газы, добываемые из недр земли, ак искусственным — получаемые на газовых, нефте-перерабатывающих, металлургических заводах из твердого или жидкого топлива.

Искусственными газами являются доменный, коксовый, генераторный, газ пиролиза нефти. Газообразные топлива представляют собой смеси различных газов, наряду с горючими газами в смеси могут использоваться и негорючие газы. В составе природного газа (табл. 3.

1) горючими компонентами являются метан СН4 (75… 99,3 %), этан С2Н6, пропан С3Н8, бутан С4Н,о, пентан С5Н12 и другие углеводороды (0,1 …20,4%), водород Н2 (0… 1,5 %). Негорючую часть топлива (т.е.

балласт) составляют диоксид углерода (углекислый газ) С02, азот N2 (0,6…5,2 %).

В составе промышленных горючих газов (табл. 3.1) содержится метан СН4 (0,3… 25,5 %), монооксид углерода СО (6,5… 27 %), водород Н2 (5…59,8%), балласт — N2, 02, С02 (может составлять 5,9…67,9 %).

Основные свойства природного газа

Природный газ, добываемый из недр земли, не имеет вкуса, цвета и запаха. Для придания запаха с целью распознавания его в воздухе в случае утечки используется одоризация — внесение в газ сильнопахнущего вещества.

В качестве одоранта используется этил меркаптан в количестве 16 г на 1 000 м3 природного газа. Это позволяет обнаружить природный газ при концентрации его в воздухе 1 %, что составляет 1/5 нижнего предела взрываемости.

Важнейшей теплотехнической характеристикой природного газа является теплота сгорания — количество теплоты, выделяющееся при сгорании 1 м3 сухого газа и зависящее от того, в каком агрегатном состоянии находится в продуктах горения вода, выделяющаяся из топлива и образующаяся при сгорании водорода и углеводородов, — в парообразном или жидком. Если в продуктах горения все водяные пары конденсируются и образуют жидкую фазу, то теплота сгорания называется высшей QCB. Если же конденсации водяного пара не происходит, то теплоту сгорания называют низшей QH = 35,8. Таблица 3.1

Состав и теплота сгорания природных и искусственных газов

* Доменный газ — колошниковый газ доменных печей; коксовый газ — газ коксовых печей. Обычно продукты горения покидают котельные установки при температуре, при которой не происходит конденсации водяных паров, поэтому в теплотехнических расчетах используется величина Qкоторая для природного газа близка к теплоте сгорания метана и составляет 35,8 МДж/м3 (8 550 ккал/м3).

Плотность природного газа (метана) при нормальных условиях (0°С и 0,1 МПа, т.е. 760 мм рт. ст.) рг = 0,73 кг/м3. Плотность воздуха при тех же условиях рв = 1,293 кг/м3. Таким образом, природный газ легче воздуха примерно в 1,8 раза. Поэтому при утечках газа он будет подниматься вверх и скапливаться у потолка, перекрытий, верхней части топки.

Температура самовоспламенения природного газа /воспл = 645… 700 °С. Это означает, что любая смесь газа с воздухом после нагревания до этой температуры воспламенится сама без источника зажигания и будет гореть. Концентрационные границы воспламенения (взрыва) природного газа (метана) находятся в диапазоне 5… 15 %.

Вне этих границ газовоздушная смесь не способна к распространению пламени. При взрыве давление в замкнутом объеме повышается до 0,8… 1 МПа.

К преимуществам природного газа по сравнению с другими видами топлива (в первую очередь с твердыми) относятся

  • высокая теплота сгорания;
  • относительно низкая стоимость;
  • отсутствие складских помещений для хранения;
  • относительно высокая экологичность, характеризующаяся отсутствием в продуктах горения твердых включений и меньшим количеством вредных газообразных выбросов;
  • легкость автоматизации процесса сжигания; возможность повышения коэффициента полезного действия (КПД) котельного агрегата;
  • облегчение труда обслуживающего персонала.

Источник: http://geyz.ru/news/prirodnye_i_iskusstvennye_gazy_i_ikh_sostav_osnovnye_svojstva_prirodnogo_gaza/2015-05-27-762

Природный газ — физические свойства

Природный газ это смесь газов, появившаяся в глубине земли при анаэробном разложении органических веществ. Природный газ относится к полезным ископаемым. При нормальных условиях природный газ находится только в газообразном состоянии.

В основном, природный газ состоит из метана (около 95%), но также в него входит этан, пропан, бутан и другие. У чистого природного газ нет ни вкуса ни запаха.

Природный газ самовозгарается при 600 градусах, он легче воздуха почти в 2 раза, и поэтому при скапливании в помещении поднимается вверх.

Считается, что месторождения природного газа возникли в результате разложения погибших живых организмов. Но всё же его происхождение остается не вполне ясным.

Совет!

Первые научные гипотезы о происхождении газа и нефти были изложены голландским ученым Ван-Гельмонтом. Природные газы, находящиеся в нефтегазовых залежах прочно связаны с нефтью.

В последние годы все большую популярность обретает теория абиогенного происхождения углеводородов.

Спор между учеными может быть разрешен благодаря работе, выполненной в Институте геологии и минералогии СО РАН. Ученые разработали технологию, позволяющую определить источник углерода, вошедшего в состав природного газа.

Природный газ — это важнейший источник энергии для уменьшения загрязнения и поддержания в норме экологической обстановки в мире. Имеет ряд преимуществ по сравнению с остальными источниками энергии — безопасность и экономичность.

Природный газ также является самым чистым топливом.

Состоит природный газ из метана, при сгорании он выделяет углекислоту и водный пар, это та же смесь, которую мы выдыхаем, когда мы дышим воздухом на улице.

Но с другой стороны, выпускает незначительное количество двуокиси серы и нитрогенных окислов, практически не содержит твёрдых частиц и других вредный веществ.

Использование природного газа вместо угля и мазута будет способствовать разрешению экологически напряженной ситуации на нашей планете.

Его использование также свидетельствует о цивилизованности его потребителей, о их неравнодушии к судьбе человечества. Природный газ сокращает эмиссию загрязняющих частиц в атмосфере.

Увеличенное потребление природного газа может потенциально уменьшит эмиссию многих самых вредных загрязняющих агентов.

Природный газ это лучший вид топлива. Он сгорает без выделения дыма и копоти, легко разжигается и процесс его сгорания легко поддается контролю.

В наше время этот важнейший природный ресурс широко используется в качестве топлива и сырья для химической промышленности.

Природный газ по своим энергетическим свойствам уступает только нефти, которая выделяет больше энергии при сгорании, но природный газ проще в использовании и практически не требует обработки перед использованием в отличии от нефти, которую для потребления сначала нужно переработать, а затем только уже пускать по ее непосредственному назначению.

Хоть природный газ и имеет меньший КПД сгорания по сравнению с углем, зато он стоит на ступень выше угля по потребительским свойствам. Главной целью потребления газа является сохранение экологии планеты.

Запасы природного газа на нашей планете огромны. Значительными запасами природного газа владеют Иран, Россия,США, Канада.

Внимание!

В последние годы появилась тенденция к развитию получения и транспортировки компримированного природного газа, также разработка транспортных средсв и заправочных станций для работы на нем.

И напоследок видео про поиск, разведку и бурение скважины под природный газ.

Источник: http://mingas.ru/2010/07/prirodnyj-gaz-fizicheskie-svojstva/

Газы природные горючие

ГАЗЫ ПРИРОДНЫЕ ГОРЮЧИЕ (а. соmbustible natural gases; н. naturliche Brenngase; ф. gaz naturels соmbustibles; и.

gases соmbustibles naturales) — смеси углеводородов метанового ряда и неуглеводородных компонентов, встречающиеся в осадочном чехле земной коры в виде свободных скоплений, а также в растворённом (в нефти и пластовых водах), рассеянном (сорбированные породами) и твёрдом (в газогидратных залежах) состояниях.

Состав и свойства газов природных горючих.

Углеводороды метанового ряда представлены метаном (содержание которого часто превышает 85-90%), этаном, пропаном, бутанами и реже пентаном (содержание которых колеблется от 0,1% в газах газовых месторождений до 20 и более в газах нефтяных попутных и увеличивается с глубиной залегания).

Углеводороды тяжелее пентана присутствуют в основном в газах нефтяных и газоконденсатных месторождений. Неуглеводородные компоненты представлены главным образом азотом, углекислым газом, водяными парами, кроме того, некоторые газы обогащены соединениями серы (сероводород, меркаптаны, сероокись углерода и др.), гелием, аргоном, встречаются водород, ртуть, пары летучих жирных кислот. углекислого газа меняется от долей процента до 10-15%, иногда более, например в Астраханском месторождении концентрация CO2 22%.

  1. Концентрация азота в газах природных горючих обычно не превышает 10% (часто 2-3%),
  2. в газах отдельных нефтегазоносных бассейнов его содержание может достигать 30-50% (например, в Волго-Уральском) и более;
  3. известны месторождения с преимущественным содержанием азота (Чу-Сарысуйская газоносная область: Амангельдинское месторождение — 80% N2 и 16% CH4;

Учаральское месторождение — 99% N2).

Количество сероводорода обычно не превышает 2-3%; как исключение известны газовые залежи с содержанием сероводорода 15-20% и более (Астраханское месторождение — 22,5%). Концентрации гелия в большинстве случаев составляют сотые и тысячные доли процента; в США и Канаде имеются месторождения с содержанием гелия 5-8% (Ратлснейк — 7,6%, Модл-Дом — 7,2%).

Факторами, определяющими влажность газа, являются давление, температура, состав, а также количество солей, растворённых в воде, контактирующей с данным газом.

Чем больше в газах природных горючих тяжёлых углеводородов и азота, тем ниже его влажность. Наличие сероводорода и углекислого газа увеличивает его влажность.

При промысловой обработке, транспортировке и переработке газов природных горючих наличие паров воды в них приводит к образованию конденсата водяных паров и ледяных пробок, что осложняет эксплуатацию газопроводов и аппаратов.

Наличие влаги в газах при повышенном давлении и пониженных температурах вызывает образование и отложение в газопроводах и технологических аппаратах гидратов углеводородных газов.

Для удаления влаги из газов используют различные физические и физико-химические методы осушки газов. Основные физические свойства газов природных горючих приведены в табл. 1. Теплота сгорания газов природных горючих 32,7 МДж/м3.

Важно!

Методы анализа газов природных горючих.

Для оценки товарных характеристик, выбора направлений рационального использования добываемого газа и выбора технологических процессов промысловой обработки и заводской переработки природных газов производится их анализ, который включает определение:

  • компонентного состава газа (содержание метана, этана, пропана, бутанов, пентанов, гексанов, ароматических углеводородов, двуокиси углерода, азота, гелия, неона, водорода);
  • содержания сероводорода, меркаптанов и других соединений серы;
  • теплоты сгорания газа; плотности газа;
  • влажности газа;
  • содержания примесей, вносимых в газ в процессе его добычи и обработки, таких, как пары метанола, гликолей.

Компонентный состав газов определяется хроматографическим методом. Для разделения углеводородов и двуокиси углерода используют способ газожидкостной хроматографии. Для выявления азота, кислорода, гелия, водорода, неона и легких углеводородов (метан, этан) применяют адсорбционную хроматографию.

Разделение производят на цеолитах, активированном угле, алюмогеле и др. При хроматографическом анализе природных газов используют детекторы по теплопроводности, а углеводородных компонентов, содержащихся в малых количествах, — детекторы ионизации в водородном пламени.

сероводорода и меркаптанов определяется химическим методом: сероводород поглощается из газа раствором подкисленного хлористого кадмия, а меркаптаны — раствором подщелоченного хлористого кадмия с последующим йодометрическим анализом образовавшихся сульфида и меркаптида кадмия в поглотительных растворах.

Общая органическая сера определяется ламповым анализом, теплота сгорания газов — сжиганием газа в проточных калориметрах, в калориметрической бомбе или расчетом по химическому составу газа.

В проточных калориметрах теплоту сгорания устанавливают измерением выделяемого тепла при полном сгорании определенного количества газа, поглощаемого непрерывно протекающим потоком воды;

в калориметрической бомбе — путем сжигания в кислороде определенного объема газа, определения количества тепла, выделяющегося при сгорании газа, измерением приращения температуры воды.

Оценка теплоты сгорания по химическому составу газа производится по величинам теплот сгорания чистых компонентов газовой смеси и их процентного содержания в газе. Плотность газа устанавливается весовым пикнометрическим анализом, методом расчёта по химическому составу газа и автоматическими приборами — плотномерами различных типов.

Для определения влажности газа применяют метод измерения температуры точки росы, электролитический и абсорбционный методы. паров метанола и гликолей в газе устанавливают хроматографическим методом.

Происхождение газов природных горючих. Большинство исследователей придерживается органической теории происхождения углеводородов, по которой нефть и газ — продукты преобразования рассеянного в осадочных породах органического вещества.

Газообразные углеводороды генерируются, согласно этой теории, главным образом в процессе переработки т.н.

гумусового и сапропелевого органического вещества, накопление которого происходит преимущественно в прибрежно-морских и озёрных условиях в песчано-алевролитовых осадках в слабовосстановительных и окислительных обстановках.

Совет!

В связи с этим угленосные и континентально-субугленосные формации, характеризующиеся наиболее высокими содержаниями в породах органического вещества гумусовой природы, являются газопроизводящими отложениями.

Такими преимущественно газоносными отложениями являются, например, сеноманские отложения на севере Западной Сибири, угленосные толщи карбона Днепровско-Донецкой впадины, пермские отложения Северного моря, угленосные пенсильванские породы бассейна Аркола (США), субугленосные отложения свиты морроу (пенсильваний) во впадине Анадарко (США) и др.

Образование газов природных горючих у земной поверхности и в недрах Земли происходит в результате биохимических и химических процессов. На самых ранних стадиях биохимического превращения захороненного органического вещества различного типа на глубине 1,5-4 км образуется в основном метан.

На этой глубине протекают процессы, связанные с химическим и термо-каталитическим изменением органического вещества. Ниже 5-6 км начинается газовая метановая зона, где газ генерируется в результате термокаталитического процесса из органического вещества сапропелевого и гумусового типов и из нефти.

Согласно неорганической или абиогенной теории, нефть и газ образуются в результате синтеза углерода и водорода в условиях высоких температур и давлений глубинных зон земной коры.

Формирование газовых залежей происходит в результате миграции газа из материнских толщ и аккумуляции их в природных резервуарах.

Подавляющее число залежей газов природных горючих связано с осадочными породами и приурочено к природным резервуарам, состоящим из коллектора и ограничивающих его пород-покрышек.

К коллекторам относятся горные породы, обладающие способностью вмещать жидкость или газ (пески, песчаники, алевролиты, трещиноватые известняки и доломиты и др.).

Экранирующими породами являются глины, аргиллиты, соленосные отложения, реже плотные карбонатные породы.

Залежи газов природных горючих чаще всего образуются в ловушках структурного типа, имеющих форму свода, а также могут быть связаны с ловушками литологических, стратиграфических типов и приурочены к рифам.

Сводовые залежи приурочены к антиклинальным складкам, литологической залежи — к областям изменения физических свойств пород, выклинивания вверх по восстанию пласта-коллектора или линзовидного его залегания. Стратиграфические залежи образуются в результате срезания и несогласного перекрытия коллектора слабо проницаемыми отложениями.

Газы природные горючие в газовых залежах находятся под пластовым давлением, которое создаётся давлением вышележащих горных пород и напором пластовых вод. В большинстве случаев пластовое давление соответствует гидростатическому, т.е.

давлению столба воды высотой, равной глубине залегания пласта. Известны также газовые залежи, в которых пластовое давление выше или ниже гидростатического.

Залежи с аномально высокими пластовыми давлениями наиболее часто приурочены к глубоким горизонтам, а также к толщам, сложенным пластичными глинами.

Внимание!

Поисково-разведочные работы на газах природных горючих включают выявление залежей, подсчёт запасов и подготовку их к разработке.

Задачами разведки чисто газовых залежей являются определение формы и размеров залежи, параметров коллекторов, вмещающих газов природных горючих, эксплуатационных характеристик.

Задачей разведки газовых залежей с нефтяной оторочкой является также установление промышленного значения как газовой, так и нефтяной части.

Методы разведки предусматривают определение положения контактов залежей, их наклона, смещения, применение опытно-промышленной эксплуатации, подсчёт запасов газа объёмным методом и по методу падения пластового давления и др. (см. разведка газовых месторождений).

Подавляющая часть разведанных запасов природного газа (более 90%) заключена в чисто газовых или газоконденсатных месторождениях. В распределении залежей газа, так же как и нефти, наблюдается пространственная обособленность, или зональность (см. карту).

Разведанные запасы газа в мире (начале 1981, оценка) более 70 трлн. м3. Из недр добыто около 25 трлн. м3 (распределение добычи и запасов по странам см. в ст. газовая промышленность).

Всего в мире известно более 10 тысяч газовых месторождений, однако основные запасы газа сосредоточены в небольшом числе уникальных (более 1 трлн. м3) и крупнейших (0,1-1,0 трлн.

м3) газовых и газоконденсатных месторождений (табл. 2 и табл. 3, продолжение табл. 3).

Важно!

Уникальные и крупнейшие газовые месторождения в промышленно развитых капиталистических и развивающихся странах известны в США, Канаде, Алжире, Иране, Австралии, Великобритании, Нидерландах и др. табл. 3).

В США наиболее значительные по запасам газа месторождения открыты на Аляске (Прадхо-Бей), во впадине Анадарко (Панхандл-Хьюготон, Мокейн-Лаверн), в Пермском бассейне (Пакетт, Гомес), Мексиканском бассейне (Монро).

Крупные месторождения газов природных горючих расположены в акваториях Северного моря и на прилегающей суше (Лимен, Индефатигейбл, Гронинген, Фригг и др.), в Персидском заливе (Парс, Кенган и др.), у побережья Австралии (Норт-Ранкин), на Арктических островах Канады (Кинг-Кристиан, Дрейк-Пойнт и др.), более мелкие — в Средиземном море, а также в Черном, Каспийском, Охотском морях.

Анализ распределения начала запасов газа по 180 наиболее крупным (более 30 млрд.

м3) месторождениям мира показывает, что в кайнозойских отложениях сосредоточено 11 %, в мезозойских — 65,5% и палеозойских 23,5%.

На глубине до 1000 м заключено 13,6% запасов газа, в интервале 1000-3000 м — 73,4%, 3000-5000 м — 12,9% и ниже 5000 м — 1,1%.

Из общей суммы начала запасов газа этих месторождений с песчаными коллекторами связано 76,3% запасов, с карбонатными — 23,7%. Глинистыми покрышками контролируется 65,7% запасов газа, соленосными — 34,3%. Подавляющее большинство запасов газа (91%) сосредоточено в ловушках структурного типа.

В CCCP разведанные запасы газа (начале 1978) 28,8 трлн. м3, из которых на европейские районы приходится 4,1 трлн. м3, или 14,1%, на районы Сибири и Дальнего Востока 21,5 трлн. м3, или 74,6%, на районы Средней Азии и Казахстана 3,2 трлн. м3, или 11,3%.

Открыто более 800 газовых, газонефтяных и газоконденсатных месторождений, из которых 6 месторождений — Уренгойское, Ямбургское, Бованенковское, Заполярное, Медвежье и Оренбургское — имеют запасы газа более 1 трлн.

Совет!

м3 каждое и содержат половину запасов страны, 34 месторождения — от 100 млрд м3 до 1 трлн м3 и 50 месторождений — от 30 млрд.

м3 до 100 млрд м3, что в сумме составляет 92% разведанных запасов газа газов природных горючих, содержащие более 3% этана и являющиеся сырьем для газохимической промышленности, широко распространены на территории CCCP (65% ресурсов газов природных горючих).

Наиболее крупные ресурсы таких газов сосредоточены в Тимано-Печорском регионе, Урало-Поволжье, Западной Сибири, восточной Сибири, Западном Узбекистане, Днепровско-Донецкой впадине.

Добыча газов природных горючих включает извлечение газов из недр, сбор газа, учет и подготовку газа к транспортировке (см. разработка газовых месторождений), а также эксплуатацию скважин и наземного оборудования.

Разработку газового месторождения осуществляет газовый промысел, который представляет собой сложное, размещенное на большой территории, производственные предприятие.

Особенность добычи газов природных горючих из недр по сравнению с добычей твердых полезных ископаемых состоит в том, что весь сложный путь газа от пласта до потребителя герметизирован.

Перед транспортировкой газов природных горючих к местам потребления их подвергают переработке (см. очистка газа, осушка газов).

Транспорт газов природных горючих осуществляется по магистральным трубопроводам, либо водным транспортом на специальных танкерах. Газопроводы CCCP объединены в Единую систему газоснабжения, которая обеспечивает высокую надежность подачи газа народному хозяйству (см. газотранспортная система).

Внимание!

Применение. Газы природные горючие — высокоэффективный энергоноситель и ценное химические сырье.

В CCCP применяются в чёрной и цветной металлургии (13,9%), в промышленности строительных материалов (8%), машиностроении (8,7%), химической (9,1%) и других отраслях промышленности, на электростанциях (24%), для коммунально-бытовых нужд (12%), в сельском хозяйстве (1,2%) и др.

Эффективность использования газов природных горючих максимальна (из расчёта на 1000 м3) при использовании в качестве сырья в химической промышленности (74-95 руб.) и в технологических процессах нагрева и обжига различных материалов (9-64 руб.), минимальна для энергетических целей (3,6 руб. в электростанциях и 6,4-8,7 руб. в котельных).

В 70-х гг. значительно увеличилась доля газов природных горючих в структуре потребления первичных топливно-энергетических ресурсов страны (24%). Преимущества газов природных горючих перед другими видами топлива:

  1. высокая теплота сгорания; отсутствие вредных примесей;
  2. простота распределения потребителям и отдельным агрегатам;
  3. лёгкость управления режимом горения; возможность обеспечения при их применении более гигиеничных условий труда и снижения вредных выбросов в атмосферу.

Во многих технологических процессах весьма эффективна замена электроэнергии и пара продуктами сгорания газов природных горючих. Так, при замене электроэнергии коэффициент использования первичного топлива возрастает с 0,35 до 0,6-0,7.

Применение газов природных горючих сокращает удельный расход топлива в доменном производстве на 10% (с повышением производительности на 2-4%), в мартеновском производстве на 5-7% (с повышением производительности на 7-10%), в процессах нагрева металла на 2-5%, при производстве метанола на 8-10%.

Газы природные горючие позволяют осуществить принципиально новые технологические процессы — скоростной конвективный и радиационный нагрев, сжигание непосредственно в жидкостях и расплавах, безокислительный нагрев металлов и т.д.

Газы природные горючие — ценное химические сырьё для производства метанола, формальдегида, уксусной кислоты, ацетона и других органических соединений.

Конверсией кислородом или водяным паром из метана (основного компонента газов природных горючих) получают синтез-газ (CO + Н2), широко применяемый для получения аммиака, спиртов и других органических продуктов; пиролизом и дегидрогенизацией (см. гидрогенизация) метана — ацетилен, сажу и водород.

Газы природные горючие применяют также для получения олефиновых углеводородов, прежде всего этилена и пропилена, которые в свою очередь являются сырьём для дальнейшего органического синтеза.

Из них производят пластические массы, синтетические каучуки, искусственные волокна и др. Сероводородсодержащие газы используют для получения элементарной серы.

Источник: http://www.mining-enc.ru/g/gazy-prirodnye-goryuchie

Состав и основные свойства природного газа

Природный газ представляет собой топливо, которое используется как в быту, так и в производстве. Рассмотрим свойства этого полезного ископаемого, а также вопрос, какую опасность оно может принести.

Состав и свойства природного газа

Основным элементом газа является метан. Его в нем насчитывается 98%. Помимо него в составе ископаемого есть следующие компоненты:

  1. Бутан.
  2. Этан.
  3. Пропан.
  4. Углекислый газ.
  5. Оксид углерода.
  6. Гелий.
  7. Водород.

В составе можно выделить горючую и негорючую части. Чем больше горючая часть – тем больше тепла выдается. В составе каждого газа горючие и негорючие компоненты представлены в разном количестве, этим и определяется разница в свойствах газов. Также в каждом содержатся также вредные примеси.

К горючим составляющим относятся:

  1. Водород. Это бесцветный, нетоксичный газ, который не имеет вкуса и запаха. Водород легковоспламеним и опасен.
  2. Метан представляет собой бесцветный газ без запаха и вкуса. Он безопасен для человека. Так как при низких температурах метан сжимается, то он является отличным перспективным энергоносителем. Природный газ, в составе которого больше всего метана, является хорошим сырьем для промышленности. Свойства его во многом определяются именно наличием в его составе большого количества метана.
  3. Оксид углерода – это бесцветный газ без запаха и вкуса, который имеет большую температуру возгорания. Если в составе слишком много оксида углерода –существенно возрастает удельная теплота сгорания, а также температура горения низкокалорийного газа. В высококалорийных увеличение количества углерода в его составе приводит к изменению свойств природного газа – удельная теплота сгорания сильно понижается. Оксид углерода, который есть во многих природных газах, является высокотоксичным веществом.
  4. Сероводород. Очень токсичный газ с явно выраженным запахом тухлых яиц.

К негорючим можно отнести:

  1. Азот –без запаха, цвета и вкуса. Азот не взаимодействует с кислородом и считается инертным.
  2. Углекислый. Это бесцветный газ, имеющий кисловатый запах и вкус. Слишком сильная концентрация этого вещества в природном газе влияет на его основные свойства. В частности, слишком большая концентрация может привести к отравлению организма.
  3. Кислород. Газ не имеет цвета, запаха и вкуса. Если он содержится в природном газе, то сильно снижает его удельную теплоту сгорания, а также делает его взрывоопасным.

Физико-химические свойства природного газа полностью определяются его составом. При этом физические свойства обычно для всех одинаковы:

  • не имеет запаха, за исключением газов, в составе которых есть сероводород;
  • не имеет цвета;
  • он намного легче воздуха;
  • взрывоопасен и горюч.

Опасные свойства природного газа

Природный газ обладает несколькими опасными свойствами:

  1. Токсичность. Это самое опасное свойство. Она зависит от состава газа. Например, метан и этан в чистом виде не ядовиты,  но при недостатке кислорода в воздухе приводят к удушью. Опасны для здоровья также газы, в составе которых слишком много оксида углерода и сероводорода. И если определить наличие сероводорода и спастись от негативных последствий просто, то почувствовать оксид углерода удается не всегда, поэтому риск отравления возрастает.
  2. Взрываемость. Все природные газы, в составе которых есть кислород, образуют вещество, которое легко может взорваться при наличии источника огня. Каждый газ имеет определенную температуру воспламенения, которая зависит от его молярной массы. Природные газы взрываются не всегда, а только в том случае, если в их составе слишком много кислорода.

Источник: http://remrep.ru/sostav-i-osnovnye-svojstva-prirodnogo-gaza.html

Состав природного газа

Природным газом называется смесь таких газов, которые образовались в земных недрах при разложении различных органических веществ. Конечно, состав природного газа стоит определять с поправкой на конкретные образцы.

Однако у всех природных газов несомненно много общих веществ и химических элементов в строении, а также любой природный газ имеет приблизительно тот же физический состав и свойства, что и другие.

Об этом мы с вами и поговорим.

Общие сведения

Природный газ — одно из важнейших полезных ископаемых, активно применяемых в промышленности и в быту.

В условиях залегания (или, как говорят газовики, в пластовых условиях) природный газ находится исключительно в газообразном состоянии либо в виде так называемой «газовой шапки» в общих месторождениях нефти и газа, либо в виде газовых залежей (то есть, отдельных скоплений), либо в растворенном виде — в воде или в нефти. Правда, при определенных условиях природный газ может находиться не только в газообразном, но и в твердом состоянии в виде кристаллов.

Химический состав природного газа

Что касается основных веществ, входящих в состав природного газа, то ими являются метан (CH4), углекислый газ (CO2) и азот в виде молекул (N2).

Из этих веществ и элементов состоит практически любой природный газ, будь то рудничный или болотный.

Важно!

Что же касается состава природного газа в процентах, то основным веществом, входящим в состав природного газа безусловно является метан. Его доля составляет от 90 до 98% – в зависимости от месторождения газа.

Также в состав природного газа входят такие вещества, как бутан, пропан, этан (углеводороды, называемые также гомологами метана, поскольку состоят из одних и тех же химических элементов, различаясь только по количеству атомов углерода и водорода и, соответственно, по структуре молекул).

Из неуглеводородных составляющих природного газа отметим, помимо уже описанных азота и диоксида углерода (углекислого газа), водород (H2), гелий (He) и сероводород (H2S).

Физические свойства природного газа

Прежде всего отметим, что природный газ, находящийся в чистом виде, бесцветен и не имеет запаха.

Для того, чтобы определить утечку газа, в него в малых количествах добавляются так называемые одоранты или вещества, которые имеют резкий и достаточно неприятных запах: например, тиолы, среди которых ведущее место занимает этилмеркаптан.

На 1000 кубометров природного газа добавляется обычно не более 15-16 г этилмеркаптана. Плотность природного газа в газообразном состоянии составляет в среднем 0,75 кг на кубический метр. В кристаллическом состоянии плотность достигает 400 кг на м3.

Самовозгорается природный газ лишь при очень высокой температуре — около 650 градусов по шкале Цельсия. При определенной концентрации природного газа в воздухе (примерно 5-15%) могут происходить взрывы.

Также известна и удельная теплота сгорания природного газа, составляющая в среднем 35 МДж/м? или 9 Мкал/м?. При использовании в различных двигателях внутреннего сгорания октановое число природного газа составляет от 120 до 130. Наконец, природный газ приблизительно в 1,8 раз легче воздуха, поэтому при утечке он поднимается вверх, а не собирается в низинах.

Применение природного газа

Прежде всего, природный газ в современном мире применяется в качестве горючего и топлива. Так, во многих многоквартирных и частных домах люди используют природный газ для приготовления пищи, подогрева воды, отопления.

Что же касается другого применения природного газа в виде топлива, то в последнее время он активно используется не только в качестве топлива для различных ТЭЦ и котельных, но и как горючее для топливных систем некоторых автомобилей.

Кроме того, современные инженеры и конструкторы наладили даже выпуск транспорта, работающего на природном газе — например, автобусов.

Совет!

В химической промышленности природный газ используется в качестве сырья для изготовления всевозможных веществ — например, различных пластиков и пластмасс.

А на заре своей добычи во многих европейских и североамериканских городах природный газ использовался в качестве уличного освещения и применялся он даже в самых первых светофорах.

Источник: https://elhow.ru/ucheba/himija/sostav-vecshestv/sostav-prirodnogo-gaza

Поделиться:
Нет комментариев

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.