Не природный газ. Как давно он с нами? Основы виды и применение природного газа

Ученые пытаются найти однозначный ответ на вопрос, как образуется природный газ и нефть, ещё со времён первого упоминания о них в 10 веке. Однако пока что существуют лишь гипотезы и теории.

Наиболее "популярной" является так называемая органическая, или биогенная, теория возникновения нефти и газа. Согласно ей, углеводороды образуются в результате распада останков живых организмов в толще земли, в условиях без доступа кислорода. Ещё сотни миллионов лет назад, когда на месте материков разливался океан, погибшие его обитатели опускались на дно, превращаясь в ил или осадочные отложения. Поскольку там не было воздуха и бактерий, способствующих гниению, останки не разлагались. Земная кора двигалась, и эта биологическая масса уплотнялась и погружалась всё глубже и глубже, подвергаясь воздействию высоких температур и давления, что поспособствовало возникновению химических реакций, при которых образуются углеводороды (углерод+водород).

Существует также неорганическая (минеральная) теория возникновения углеводородов, основанная на предположении о дегазации недр земли и перемещении газа, содержащегося в её мантии, в менее плотные слои планеты, опять же, в результате смещения земных плит.

Эта теория основана на наблюдениях Менделеева, констатирующих тот факт, что углеводороды в значительной мере распространены в космосе, в том числе и как составляющие атмосферы других космических тел. По поверхности некоторых из них даже текут целые метановые реки (пример: спутник Сатурна Титан)! Следовательно, знакомый нам газ, хоть и относится с органическим веществам, способен образовываться и путём синтеза из неорганических соединений.

Касательно планеты Земля Менделеев обосновывает это так: при возникновении разломов земной коры вглубь поступает вода и, вступая в контакт с карбидами железа, из которого предположительно состоит земное ядро, образует оксиды железа и углеводороды, этан в том числе. В условиях современных реалий подтверждение этой теории нашему миру наболее выгодно, так как позволяет надеяться на то, что если запасы нефти и газа иссякнут, будет возможность синтезировать их искусственно, пока не закончатся на земле запасы воды. Однако органическая теория возникновения углеводородов имеет гораздо больше доказательств.

Газ может скапливаться в виде "газовых шапок" в местах скоплений нефти. На месторождениях нефти практически всегда присутствует и природный газ, ведь это тот же самый углеводород, только высокомолекулярный, в отличие от низкомолекулярной нефти, и для его образования требуется воздействие более высокого давления.

Что же удерживает газ в толще земной коры, не давая ему раствориться в атмосфере?

Также газ содержится в пластах газоносных пород, или коллекторах. Чаще всего это песчаник, но встречаются коллекторы и из известняка или карбоната. Эти породы пористые, и газ легко бы высвободился наружу, если бы не укрывающий коллектор слой глины.

При подтверждении биогенной теории образования природного газа, а подтвердится она с вероятностью 90%, когда-нибудь земные сокровища исчерпают себя, и придётся искать альтернативный способ получения топлива. К счастью, внушительные залежи газа и нефти на территории России, по некоторым расчётам, позволят нам пользоваться этим благом ещё около 70 лет, а это вполне реальный срок для того, чтобы найти решение проблемы исчерпаемости ресурсов.

Природный газ - газообразные углеводороды, образующиеся в недрах земли. Его относят к полезным ископаемым, а составляющие используются в качестве топлива.

Свойства и состав природного газа

Классификация природных газов

Существует всего 3 группы:

• Первая из них - почти исключающие содержание углеводородов с более чем двумя углеродными соединениями, так называемые сухие газы, получаемые исключительно в месторождениях, предназначенных только для добычи газов.
• Вторая - газы, добываемые одновременно с первичным сырьем. Это сухой, сжиженный газы и газовый бензин, смешанные между собой.
• К третьей группе относятся газы, состоящие из сухого газа и значительного объема тяжелых углеводородов, из коих выделяют бензиновые, лигроиновые и керосиновые. К тому же в составе присутствует незначительное количество других веществ. Добываются эти вещества из газоконденсатных месторождений.

Свойства составляющих веществ

Четыре первых члена гомологического ряда при обычных условиях - горючие газы, не обладающие цветом и запахом, взрывоопасны и горючи:

Метан

Первое вещество ряда алканов наиболее устойчиво к температурам. Оно малорастворимо в воде и легче воздуха. Горение метана в воздухе знаменуется появлением голубого пламени. Самый мощный взрыв происходит, при смешивании одного объема метана с десятью объемами воздуха. При других объемных соотношениях тоже происходит взрыв, но меньшей силы. Помимо этого, человеку может быть нанесен непоправимый вред при вдыхании газа высокой концентрации.

Метан может находиться в твердом агрегатном состоянии в виде газовых гидратов.

Применение:

Его используют в качестве промышленного топлива и сырья. Метан применяют для получения ряда важных продуктов - водорода, фреонов, муравьиной кислоты, нитрометана и многих других веществ. С помощью для производства метилхлорида и его гомологичных соединений, метан подвергают хлорированию. При незаконченном сгорании метана получается мелкодисперсный углерод:

CH4 + O2 = C + 2H2O

Формальдегид появляется посредством протекания реакции окисления, а при реакции с серой - сероуглерод.

CH4 + H2O -> CO+ 3H2

Используемого для связки углеводородов, спиртов, альдегидов и других веществ. Метан активно используют в качестве горючего для транспортных средств.

Этан

Углеводород предельного ряда С2Н6 - это бесцветное вещество в газообразном состоянии, слабо освещающее при горении. Растворяется в спирте в отношении 3:2, как говорится, «подобное в подобном», но почти нерастворим в воде. При температуре свыше 600° С, в отсутствие ускорителя реакции этан разлагается на этилен и водород:

CH4 + H2O -> CO+ 3H2

Этан не используют топливной промышленности, основная цель его использования в промышленности - получение этилена.

Пропан

Этот газ плохо растворяется водой и является широко используемым видом топлива. Он производит много тепла при сгорании, практичен в использовании. Пропан - побочный продукт процесса kracking в нефтепромышленности.

Бутан

Имеет малую токсичность,специфический запах, обладает одурманивающими свойствами, вдыхание бутана вызывает асфиксию и сердечную аритмию, негативно влияет на нервную систему. Появляется при крекинге попутного нефтяного газа.

Применение:

Неоспоримыми достоинствами пропана являются низкая стоимость простота транспортировки. Пропан-бутановую смесь используют в качестве топлива в населенных пунктах, где не подведен природный газ, при обработке легкоплавких материалов с небольшой толщиной, вместо ацетилена. Пропан зачастую применим при заготовке сырья и переработке металлолома. В быту сферой необходимости является отопление помещений и приготовление пищи на газовых плитах.

Помимо предельных алканов в состав природного газа входят:

Азот

Азот состоит из двух изотопов 14A и 15A, используется для поддержания давления в скважинах при бурении. Для получения азота сжижают воздух и разделяют его разгонкой, этот элемент составляет 78% состава воздуха. В основном его используют для производства аммиака, из которого получают азотную кислоту, удобрения и взрывчатые вещества.

Диоксид углерода

Соединение, переходящее при атмосферном давлении из твердого (сухой лед) в газообразное состояние. Оно выделяется при дыхании живых существ, также содержится в минеральных источниках и воздухе. Диоксид углерода является пищевой добавкой, используется в баллонах огнетушителей и пневматическом оружии.

Сероводород

Очень токсичный газ - самый активный из серосодержащих соединений, а потому очень опасен для человека прямым воздействием на нервную систему. Бесцветный газ в нормальных условиях, характеризующийся сладковатым вкусом и отвратительным запахом протухших яиц. Хорошо растворим в этаноле, в отличие от воды. Из него получают серу, серную кислоту и сульфиты.

Гелий

Это уникальный продукт, медленно накапливающийся в коре Земли.Его получают методом глубокой заморозки содержащих гелий газов. В газообразном состоянии - инертный газ, не обладающий внешним выражением. Гелий в жидком состоянии, также не имеющая ни запаха, ни цвета, но может поражать живые тканей. Гелий не токсичный, не может взорваться или воспламениться, однако при высоких концентрациях в воздухе вызывает удушье. Его используют при работе с металлами и в качестве наполнителя воздушных шаров и дирижаблей.

Аргон

Благородный негорючий, не ядовитый, не имеющий вкусовых и цветовых качеств. Добывается как эскортный разделению воздуха на кислород и азот газ. Используется для вытеснения воды и кислорода, с целью продлить срок хранения продуктов питания, его также используют при сварке металлов и резке.

Многие ли в наше время могут сразу дать определение природному газу? Знают ли его историю и химический состав? Очевидно нет, ведь в Google найдется все.

Итак.

Природный газ — смесь углеводородов, представляющая собой нечто эфемерное, то, что нельзя потрогать, увидеть и без запаха. Основу природного газа составляет метан (CH4) - простейший углеводород (органическое соединение, состоящее из атомов углерода и водорода). Обычно в его состав также входят более тяжелые углеводороды, гомологи метана: этан (C2H6), пропан (C3H8), бутан (C4H10) и некоторые неуглеводородные примеси.

В поисках истины.

Ученые до сих пор не могут прийти к единому мнению относительно происхождения природного газа , и своем споре разбились на два лагеря, пытаясь доказать возникновение газа, предложили две основные теории.

Минеральная теория

Согласно этой теории все химические элементы, из которых состоит природный газ и нефть изначально заложены в мантии Земли, представляя собой залежи полезных ископаемых. находясь глубоко в пластах горных пород являются частью процесса дегазации Земли. Из-за внутренних движений Земли углеводороды, находящиеся на больших глубинах поднимаются ближе к поверхности, туда, где образуется наименьшее давление, таким образом, в результате появляются нефтяные и газовые залежи.

Биогенная теория.

Приверженцы этой теории считают, что природный газ образовался из остатков растительных и животных организмов, вымерших в конце палеозойской эры, которые под действием бактерий, высокого давления и температуры превратились в смесь газообразных углеродов. Именно биохимические процессы и обеспечили химический коктейль природного газа: 80-98% метана, 2-3% его ближайших гомологов – этана, пропана, бутана, пентана, а также небольшое количество примесей – сероводорода, углекислого газа, азота.

Газ видишь? Нет. А он есть.

Большинство людей, далеких от газовой отрасли, представляют, что газ, находящийся под землей подобен ценным ископаемым, занимает собой некие пустоты в недрах земли, и легко полностью извлекается. Но это не совсем верно. Природный газ действительно находится глубоко под землей, внутри горных пород, имеющих пористую структуру, но поры на столько микроскопические, что их невооружённым глазом разглядеть почти нереально. Поэтому, взяв в руки извлеченный из недр земли небольшой кусок песчаника, сложно осознать, что внутри заключен природный газ.

Священный огонь.

Древний зороастрийский храм Атешгях

У многих народов огонь вызывал благоговейный трепет. Люди поклонялись огню, огонь любили, огонь ненавидели.

Человечество знает о существовании природного газа давно. И, хотя уже в IV веке до н. э. в Китае его научились использовать для отопления и освещения, долгое время яркое пламя, не оставляющее пепла, являлось предметом мистического и религиозного культа для некоторых народов. Например, на Апшеронском полуострове (современная территория Азербайджана) в VII веке был воздвигнут храм огнепоклонников Атешгях, почитаемый в разное время зороастрийцами, индуистами и сикхами. Храм возник на месте «вечных» неугасимых огней - горящих выходов естественного газа, благодаря чему храм и носит название «Атешгях», что означает «Дом огня». Служения в нем проходили вплоть до XIX века. Однако, сами зороастрийцы говорят, что они не поклоняются огню как таковому, а почитают Творца (Q’rt’), символом которого является огонь.

Добыть и использовать.

«Человечеству всего около 200 тыс. лет. А добыча газа началась только в прошлом веке»

Человек всегда и везде ищет выгоду. Вот и персидский царь в I веке н.э., увидев огонь, горевший и день и ночь, не требующий дополнительного топлива приказал построить дворцовую кухню на месте где газ выходил на поверхность. Природный газ впервые применили в 1821 году в городе Фредония, штат Нью-Йорк.

На заметку: Общая протяженность газопроводов в России в два раза больше, чем расстояние от Земли до Луны или в 20 раз больше, чем протяженность экватора.

Смесь углеводородов, предмет религиозного культа, спора ученых и важнейший сырьевой ресурс. Он невидим и не имеет запаха. В России его больше, чем где-либо в мире.

Из чего состоит природный газ

Основу природного газа составляет метан (CH 4) - простейший углеводород (органическое соединение, состоящее из атомов углерода и водорода). Обычно в его состав также входят более тяжелые углеводороды , гомологи метана: этан (C 2 H 6), пропан (C 3 H 8), бутан (C 4 H 10) и некоторые неуглеводородные примеси.

Природный газ может существовать в виде газовых залежей, находящихся в пластах некоторых горных пород, в виде газовых шапок (над нефтью), а также в растворенном или кристаллическом виде.

Запах газа

Что интересно, ни один из названных газов не имеет ни цвета, ни запаха. Характерный неприятный запах, с которым в быту сталкивался практически каждый человек, придается газу искусственно и называется одорацией. В качестве одорантов , то есть неприятно пахнущих веществ, обычно используют серосодержащие соединения. Человек может уловить запах одного из самых распространенных одорантов - этантиола - даже если одна часть этого вещества придется на 50 миллионов частей воздуха. Именно благодаря одорации можно легко устанавливать утечки газа.

Этап добавления одоранта
с неприятным запахом.

Природный газ без запаха

Природный газ
с неприятным запахом

Спор ученых

Относительно происхождения природного газа (как, впрочем, и нефти) среди ученых до сих пор не существует единого мнения. Две основные концепции - 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 и нефтяные 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.

Невидимые поры

Довольно распространено ложное представление о том, что газ находится под землей в неких пустотах, из которых легко полностью извлекается. На самом деле газ может находиться внутри горной породы, имеющей пористую структуру настолько мелкую, что человеческим глазом ее увидеть нельзя. Держа в руках кусок песчаника, извлеченного с огромной глубины, достаточно сложно представить, что внутри заключен природный газ.

Поклонение газу

Человечество знает о существовании природного газа давно. И, хотя уже в IV веке до н. э. в Китае его научились использовать для отопления и освещения, долгое время яркое пламя, не оставляющее пепла, являлось предметом мистического и религиозного культа для некоторых народов. Например, на Апшеронском полуострове (современная территория Азербайджана) в VII веке был воздвигнут храм огнепоклонников Атешгях, служения в котором проходили вплоть до XIX века.

Кстати, недалеко от храма Атешгях в 1859 году была совершена первая в России попытка (довольно кратковременная) использовать природный газ в промышленных целях - на нефтеперегонном заводе в Баку.

Термоламп и первый газ в России

История российской газовой промышленности начинается в 1811 году. Тогда изобретатель Петр Соболевский создал первую установку для получения искусственного газа - термоламп. Выступив с докладом об этом на заседании Всероссийского общества любителей словесности, наук и художеств, по указу Александра I Соболевский был награжден орденом за свое изобретение. А несколькими годами позже, в 1819 году, на Аптекарском острове в Санкт-Петербурге зажглись первые газовые фонари. Таким образом, история газовой промышленности в России началась почти 200 лет назад - в 2011 году у нее был юбилей.

В середине 20-х годов XX века во всем СССР было добыто 227,7 млн кубометров газа. В 2010 году Группой «Газпром» было добыто 508,6 млрд кубометров газа.

Россия занимает первое место в мире по объему запасов природного газа. Доля «Газпрома» в этих запасах составляет около 70%. Таким образом, «Газпром» располагает самыми богатыми в мире запасами природного газа.

С наступлением XX века началось активное развитие российской газовой промышленности: впервые разрабатывались газовые месторождения, утилизировался попутный (нефтяной) газ.

Русская смекалка

Однако до XX века в России природный газ являлся побочным продуктом при добыче нефти и назывался попутным газом. Не существовало даже самих понятий газового или газоконденсатного месторождений. Обнаруживались они случайно, например при бурении артезианских скважин. Однако известен случай, когда во время бурения такой скважины находчивый саратовский купец, увидев вместо воды пламя, построил на этом месте стекольный и кирпичный заводы. Промышленники постепенно начали осознавать, что природный газ может быть крайне полезен.

Погибшие живые организмы опускались на дно моря и попадали в такие условия, где они не могли распадаться ни в результате окисления (на дне моря практически нет воздуха и кислорода), ни под действием . В итоге эти организмы образовывали илистые осадки.

Под действием геологических движений эти осадки опускались на все большие глубины, проникали в недра земли. В течение миллионов лет осадки подвергались действию высоких давлений и температур. В результате этого воздействия в этих отложениях проходил процесс, при котором углерод, в них содержащийся, перешел в соединения, которые называются углеводородами.

Высокомолекулярные углеводороды (с большими молекулами) – это жидкие вещества. Из них и образовалась нефть. А вот низкомолекулярные углеводороды – это газы. Из последних как раз и образуется природный газ. Только для образования газа требуются более высокие температуры и давление. Поэтому на месторождении нефти всегда есть и природный газ.

Со временем отложения нефти и газа ушли на большую глубину. За миллионы лет их перекрыли осадочные породы.

Природный газ – это смесь газов, а не однородная субстанция. Основную часть этой смеси, порядка 98%, составляет газ метан. Кроме метана в состав природного газа входят этан, пропан, бутан и немного неуглеводородных элементов – водород, азот, углекислый газ, сероводород.

Где располагается природный газ

Природный газ находится в недрах земли на глубине порядка 1000 м и глубже. Там он заполняет микроскопические пустоты – поры, которые соединены между собой трещинами. По этим трещинам газ в земле может двигаться от пор с высоким давлением в поры с низким.

Также газ может располагаться в виде газовой шапки над месторождением нефти. Кроме того, он может находиться и в растворенном состоянии – в нефти или воде. Чистый природный газ не имеет цвета и запаха.

Добыча и транспортировка газа

Газ добывается из земли при помощи скважин. За счет того, что на глубине давление больше, газ вырывается из скважин через трубу.

Для облегчения транспортировки и хранения природный газ сжижают, воздействуя низкими температурами при повышенном давлении. Метан и этан не могут существовать в жидком состоянии, поэтому газ разделяют. В результате в баллонах перевозят только смесь пропана и более тяжелых углеводородов.