Природный газ с точки зрения химии

Сегодня известно множество разнообразных газов. Какие-то из них человек получает лабораторными способами, из химических веществ, какие-то формируются сами в результате реакций в качестве побочных продуктов. А какие газы рождаются в природе? К основным таким газам естественного, природного происхождения относятся четыре:

Конечно, существуют и некоторые другие — кислород, сероводород, аммиак, инертные газы, монооксид углерода. Однако перечисленные выше являются практически значимыми для людей и используются ими в разных целях, в том числе как топливо.

Природным называется такой газ, который дает нам природа. То есть тот, содержание которого в недрах Земли гораздо выше и больше, чем то его количество, что получают в промышленности в результате химических реакций.

Общепринято называть природным газом метан, однако это не совсем так. Если рассмотреть состав такого газа по фракциям, то можно увидеть следующий его компонентный состав:

метан (до 96%);
этан;
пропан;
бутан;
водород;
углекислый газ;
азот;
сероводород (малые, следовые количества).

Таким образом, выходит, что природный газ — это смесь нескольких газов природного происхождения.

Природный газ: формула

С химической точки зрения природный газ представляет собой смесь углеводородов линейного простого строения — метана, этана, пропана и бутана. Но так как больший объем составляет все же метан, то принято общую формулу природного газа выражать формулой непосредственно метана. Так, получается, что химическая формула природного газа метана -СН₄.

Остальные компоненты имеют следующие эмпирические формулы в химии:

Смесь таких веществ и является природным газом. Формула основного его соединения метана показывает, что содержание углерода в нем очень мало. Это сказывается на его физических свойствах, например, таких как способность гореть бесцветным, совершенно некоптящим пламенем. В то время как другие представители его гомологического ряда (ряда предельных углеводородов или алканов) при горении образуют черное коптящее пламя.

Нахождение в природе

В природе данный газ встречается глубоко под землей, под толстыми и плотными пластами осадочных пород. Существует две основные теории происхождения природного газа в природе.

Теория тектонических движений пород. Сторонники данной теории считают, что углеводороды содержатся в земных недрах всегда и поднимаются в результате тектонических движений и сокращений вверх. Наверху высокое давление и меняющаяся температура превращают их в результате химических реакций в два природных полезных ископаемых — нефть и газ.
Биогенная теория говорит о другом методе, в результате которого образовался природный газ. Формула его отражает качественный состав — углерод и водород, что говорит о том, что в его образовании принимали участие живые органические существа, тела которых были большей частью построены из этих элементов, как и все живое на нашей планете, существующее до сих пор. С течением времени отмершие останки животных и растений опускались все ниже на дно океана, туда, где не существовало ни кислорода, ни бактерий, способных разложить и переработать эту органическую массу. В результате анаэробного окисления произошел распад биомассы, и за миллионы лет сформировалось два источника полезных ископаемых — нефть и газ. При этом основа и того и другого одинакова — это углеводороды и частично низкомолекулярные вещества. Химическая формула газа и нефти это доказывает. Однако при воздействии разных условий формируются и разные продукты: высокое давление и температура — газ, низкие показатели — нефть.

На сегодняшний день основными месторождениями и запасами газа обладают такие страны, как Россия, США, Канада, Иран, Норвегия и Нидерланды.

По своему агрегатному состоянию природный газ не всегда может содержаться только в состоянии газа. Есть несколько вариантов его конденсации:

Газ растворен в молекулах нефти.
Газ растворен в молекулах воды.
Газ образует твердые газогидраты.
При обычных условиях — газообразное соединение.

Каждое из этих состояний имеет свое месторождение и является очень ценным для человека.

Получение в лаборатории и промышленности

Помимо природных мест образования газа, существует ряд способов получить его в лабораторных условиях. Однако эти способы, безусловно, используются только для небольших порций продукта, так как экономически осуществлять синтез природного газа в лаборатории не выгодно.

Гидролизом низкомолекулярного соединения — карбида алюминия: AL₄C₃ + 12H₂O = 3CH₄ + 4AL(OH)_3.
Из ацетата натрия в присутствии щелочи: CH₃COOH + NaOH = CH₄ + Na₂CO_3.
Из синтез-газа: CO+ 3H₂ = CH₄ + H₂O.
Из простых веществ — водорода и углерода — при повышенной температуре и давлении.

Химическая формула природного газа отражается формулой метана, поэтому все реакции, характерные для алканов, характерны и для данного газа.

В промышленности метан получают добычей из природных месторождений и дальнейшей переработкой по фракциям. Также получаемый газ обязательно нуждается в очистке. Ведь формула природного газа метана показывает только часть тех составляющих, что он содержит. А для использования в быту нужен чистый газ, не содержащий других веществ, кроме метана. Отделяемый этан, пропан, бутан и другие газы также находят широкое применение.

Физические свойства

Формула газа дает представление о том, какими физическими свойствами он должен обладать. Рассмотрим, что же это за характеристики.

Бесцветное вещество, не имеющее запаха.
Приблизительная плотность варьируется в пределах 0,7-1 кг/м 3.
Температура горения 650 0 С.
Почти в два раза легче воздуха.
Теплота, выделяемая при сгорании одного кубического метра газа, равна 46 млн Джоулей.
В повышенных концентрациях (свыше 15%) в воздухе газ очень взрывоопасен.
При использовании в качестве топлива проявляет октановое число, равное 130.

Чистый газ получают только после прохождения его через специальные очистные станции (установки), которые воздвигаются на месте добычи ископаемого.

Применение

Существует несколько основных областей применения природного газа. Ведь помимо основной его составляющей, формула газа которой СН₄, используются и все другие компоненты смеси.

1. Бытовая сфера жизни людей. Сюда относится газ для приготовления пищи, отопления жилых зданий, топлива для котельных и так далее. В газ, который используется для приготовления пищи, добавляют специальные вещества, относящиеся к группе меркаптанов. Делается это для того, чтобы в случае протекания трубы или другого упущения газа люди могли почувствовать его запах и принять меры. Смесь бытового газа (а это смесь пропана и бутана) чрезвычайно взрывоопасна в больших концентрациях. Меркаптаны же делают специфическим и неприятным на запах природный газ. Формула их включает такие элементы, как сера и фосфор, что и придает им такую специфику.

2. Химическое производство. В данной сфере одним из главных начальных веществ для многих реакций получения важных соединений является природный газ, формула которого показывает, в каких синтезах он может принимать участие:

основа при производстве пластмасс, которые являются самым распространенным современным материалом практически для всех сфер промышленности;
сырье при синтезе этина, цианистого водорода и аммиака. Сами перечисленные продукты в дальнейшем идут на производстве многих синтетических волокон и тканей, удобрений и утеплителей в строительстве;
каучук, метанол, органические кислоты — образуются из метана и других веществ. Находят применение практически во всех сферах человеческой жизни;
полиэтилен и многие другие соединения синтетической природы получили благодаря именно метану.

3. Использование в качестве топлива. Причем для любого вида деятельности человека, начиная от заправки соответствующего типа настольных ламп и до работы тепловых электростанций. Данный вид топлива считается экологически правильным и целесообразным на фоне всех альтернативных способов. Однако при сгорании метан образует углекислый газ, как любое другое органическое вещество. А он, как известно, причина парникового эффекта Земли. Поэтому перед людьми стоит задача поиска еще более чистого и качественного источника тепловой энергии.

Пока это все основные источники, которые используют природный газ. Формула его, если брать все комплексные составляющие, показывает, что он практически возобновляемый ресурс, только время для этого нужно очень много. Нашей стране с запасами газа чрезвычайно повезло, ведь такого количество природного ископаемого хватит на много сотен лет не только самой России, но и многим странам мира через экспорт.

Является составной частью нефтяных и газовых природных месторождений. Кроме того, данный газ занимает большую часть объема в воздухе (78%), а также встречается в виде природных соединений селитр в литосфере.

Как простое вещество практически не используется живыми организмами азот. Формула его имеет вид N₂, или, с точки зрения химических связей, N≡N. Наличие такой крепкой связи говорит о высокой стабильности и химической инертности молекулы при обычных условиях. Именно это и объясняет возможность существования большого количества этого газа в свободном виде в атмосфере.

В виде простого вещества азот способен фиксироваться особыми организмами — клубеньковыми бактериями. Они затем перерабатывают в более подходящую форму для растений этот газ и таким образом осуществляют минеральное питание корневых растительных систем.

Есть несколько основных соединений, в виде которых существует в природе азот. Формула их следующая:

оксиды — NO_2, N₂O, N₂O_5;
кислоты — азотистая HNO₂ и азотная HNO₃ (образуются при грозовых разрядах из оксидов в атмосфере воздуха);
селитры — KNO₃, NaNO₃ и так далее.

Человеком азот используется не только в виде газа, но и в жидком состоянии. Он обладает способностью переходить в жидкое состояние при температуре ниже -170 0 С, что позволяет применять его для замораживания растительных и животных тканей, многих материалов. Именно поэтому широкое применение жидкий азот находит в медицине.

Также азот является основой для получения одного из главных своих соединений — аммиака. Производство данного вещества многотоннажно, так как оно очень широко применяется в быту и промышленности (получение каучуков, красителей, пластмасс, синтетических волокон, органических кислот, лакокрасочное производство, взрывчатые вещества и так далее).

Диоксид углерода

Какова формула вещества? Углекислый газ записывается как СО₂. Связь в молекуле ковалентная слабополярная, двойные прочные химические силы между углеродом и кислородами. Это говорит о стабильности и инертности молекулы при обычных условиях. Данный факт подтверждается свободным существованием углекислого газа в атмосфере Земли.

Это вещество является составной частью природного газа и нефти, а также накапливается в верхних слоях атмосферы планеты, вызывая так называемый парниковый эффект.

Огромное количество углекислого газа формируется при сгорании любого вида органического топлива. Будь то уголь, дрова, газ или другое топливо, полное сгорание приводит к образованию воды и этого вещества.

Отсюда и получается, что накопление его в атмосфере неизбежно. Поэтому важной задачей современного общества является поиск альтернативного, дающего минимум парникового эффекта топлива.

Еще одно попутное соединение, встречающееся в составе природных полезных ископаемых, — это водород. Газ, формула которого — Н₂. Самое легкое вещество из всех известных на сегодняшний день.

Благодаря своим особым свойствам занимает в периодической системе два положения — среди щелочных металлов и галогенов. Имея один электрон, способен его как отдавать (металлические свойства, восстановительные), так и принимать (неметаллические свойства, окислительные).

Основная область использования — это экологически чистое топливо, за которым ученые видят будущее. Причины:

неограниченное количество запасов этого газа;
образование в результате горения только воды.

Однако полная технология освоения водорода как источника энергии требует доработки еще многих нюансов.

Формулы для расчетов массы, плотности и объема газов

В физике и химии применяются несколько основных способов для расчетов по газам. Так, например, если речь идет об одном из самых основных параметров, таких как масса газа, формула для расчета будет следующей:

m = V*þ, где þ — это плотность вещества, а V — его объем.

Например, если нам нужно рассчитать массу природного газа объемом 1 метр кубический при нормальных условиях, то мы берем стандартное среднее значение его плотности в справочных материалах. Оно будет равно 0,68 кг/м 3 . Теперь, когда мы знаем объем и плотность газа, формула для расчета вполне удовлетворяет требованиям. Тогда:

m (CH₄) = 0,68 кг/м 3 * 1 м 3 = 0,68 кг, так как метры кубические сокращаются.

Формула объема газа, напротив, складывается из показателей массы и плотности. То есть мы можем выразить это значение из приведенной выше конфигурации:

V = m/þ, тогда при стандартных условиях объем 2 кг метана будет равен: 2/0,68 = 2,914 м 3 .

Также в более сложных случаях (когда условия нестандартные) для расчета массы и объема газов используют уравнение Менделеева-Клапейрона, которое имеет вид:

p*V = m/M*R*T, где р — давление газа, V — его объем, m и M — масса и молярная масса соответственно, R — универсальная газовая постоянная, равная 8,314, Т — температура в Кельвинах.

Такая формула объема газа позволяет получать расчеты весьма приближенные к значению идеального газа, который существует чисто гипотетически и используется для абстрактного понятия при решении задач в физике и химии. Также рассчитать объем можно по уравнению Бойля-Мариотта, которое имеет вид:

V=p_н*V_н*T/p*T_н , где значения с индексом н — это значения при нормальных стандартных условиях.

Чтобы расчет был максимально точный и соответствовал действительности, необходимо учитывать такой параметр, как плотность газа. Формула для вычисления этого параметра пока еще вопрос спорный. Принято пользоваться самой обычной простой, которая имеет вид:

þ = m * n, где m — масса молекулы (кг), а n — концентрация, единица измерения — 1/м 3 .

Однако в ряде случаев необходимо использовать другие, более сложные и полные расчеты с несколькими переменными для получения точного и близкого к идеальному результата.

Откуда взялся природный газ.

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.

Природный газ. Свойства, добыча, применение и цена природного газа

Цена на природный газ для стран Евросоюза пересмотрена. В 2016-ом за 1 000 кубометров топлива просили 167 долларов. В 2017-ом, по февральским заявлениям председателя «Газпрома», запросят уже около 180-ти условных единиц.

При этом, доля европейского рынка российской корпорации растет. В прошлом году показатель составлял 31%, в текущем – уже 34%. В частности, на 12,5% увеличены поставки газа в дальнее зарубежье.

В общем, есть и спрос, и перспективы. Отсутствие конкурентов позволяет поднять цены, оставляя Европу приоритетным рынком. О масштабах потребности в топливе не только Запада, но и самой России говорят объемы газопроводов.

Их общая длина в Федерации, к примеру, равна 20-ти экваторам. Причем, этого не хватает. Планируют строить новые сети. Так что, нелишне поговорить о перспективном топливе. Узнаем, чем оно является, отличается и как получается.

Свойства природного газа

Герой статьи имеет смешанный состав. Объем природного газа складывается из нескольких газов . Основной – метан. Его в состав природного газа входит более 90%.

Оставшиеся 10% приходятся на пропан, бутан, азот , углекислый газ, водород и сероводород . Объединяя их под одним названием, эксперты ставят природный газ на 3-е место по распространенности на Земле. По сути же, бронза достается метану.

Природным топливо зовется, поскольку не синтетическое. Газ рождается под землей из продуктов разложения органики. Однако, есть в топливе и неорганическая составляющая, к примеру, гелий .

Точный состав зависит от местности, присутствующих в ее почвах ресурсах. Изначально же, запасы природного газа зарождались в илистых отложениях водоемов. В них оседали отмершие микроорганизмы и растения.

Ни окислиться, ни разложиться они не могли, поскольку микробов в среде не было, да и кислород туда не проникал. В итоге, отложения органики дожидались подвижек земной коры, к примеру, разлома в ней.

Ил проваливался, оказываясь в новой ловушке. В земных недрах на органику воздействовали давление и жар. Схема похожа на образование нефти. Но, для нее достаточно более низких температур и меньшего давления.

К тому же, у нефти крупные молекулы углеводородов. Природный газ – метан низкомолекулярный, как и прочие компоненты топлива. Его частицы микроскопические.

Взаимодействие между молекулами природного газа слабое. Это-то и отличает вещество от прочих агрегатных состояний, то есть жидкостей и камней. Именно от строения зависят главные свойства природного газа. Горючий.

Вещество легко воспламеняется, а при 600-700-от градусах Цельсия самовозгорается. При этом, октановое число топлива равно 120-130-ти. Этот параметр характеризует детонационную стойкость.

Способность противостоять самовозгоранию важна при сжатии. Не секрет, что используют, в основном, сжиженный природный газ. Его создают из обычного при низких температурах и высоком давлении.

Октановое число газа рассчитывается по соотношению легковоспламеняющихся компонентов к тем, которые при сжатии с трудом окисляются. В бензине это, к примеру, н-гептан и изооктан. Отсюда, собственно, и название числа.

Теплотворность героя статьи приближена к 12 000 килокалорий на кубический метр. То есть, сгорание природного газа дает в 4 раза больше энергии, чем сжигание бурого угля и в 2 раза больше, чем при работе с антрацитом .

Теплотворность газа равна нефти. При этом, герой статьи выигрывает перед высокомолекулярным углеводородом. В частности, применение природного газа бездымно. И нефть, и угли коптят. К тому же, газ сгорает без остатка. У углей, к примеру, остается непереработанная зола.

Несмотря на экологичность, природный газ опасен. Если добавить 5-15% героя статьи к воздуху, он самовоспламениться. Процесс, естественно, протекает в закрытых помещениях. Дома природный газ, как и в цехах, поднимается к потолкам.

Возгорание начинается оттуда. Причина – легкость метана. Воздух тяжелее почти в 2 раза. Вот молекулы природного газа и поднимаются к потолкам. Распознать явление сложно, ведь ни цвета, ни запаха, ни вкуса у природного газа нет.

С химической точки зрения герой статьи отвечает параметрам метана, то есть, вступает в реакции замещения, пиролиза и дегидрирования. Первые основываются на обмене двух и более веществ атомами. Пиролиз – это разложение при нагреве и в отсутствии кислорода. Дегидрированием же именуют реакции отщепления от органики водорода.

Уже при 4-процентном содержании в природном газе примесей тяжелых углеводородов, свойства героя статьи меняются. Указанные в статье параметры усреднены. Однако, практическую ценность имеет любой газ. Какой природный материал идет вход зависит от целей.

На топливо пускают составы с преобладанием метана. Газ, в котором его меньше 90%, считают техническим, применяют в химической промышленности. Подробности процесса расскажем в отдельной главе. Пока же, разберемся с местами дислокации газа в природе.

Добыча и месторождения природного газа

В природе газ – именно газ. Сжижают его после добычи. Поэтому, мировые запасы топлива исчисляются не в килограммах или литрах, а кубометрах. Разведаны на планете 200 триллионов и 363 миллиона.

Ежегодная добыча достигла 3,6 миллиардов кубометров. Их поставляют Россия , Иран, Катар, Туркмения, США, Аравия, Объединенные эмираты и Венесуэла. Страны перечислены в порядке убывания запасов газа.

Россия , как лидер списка, обладает супергигантским «Уренгойским» месторождением природного газа. Названа залежь в честь поселка, рядом с которым найдена еще в 1966-ом. По запасам топлива «Уренгойское» месторождение занимает 3-е место на Земле.

В недрах сокрыты 16 триллионов кубометров газа. Разрабатывают их с 1978-го, с 1984-го экспортируют в Европу. К 2017-му выработаны 70% запасов, то есть от 16 триллионов кубов осталось около 5-ти.

К гигантским относят и «Ямбурское» месторождение. Находится в том же Ямало-Немецком округе, открыто 2-мя годами позже «Уренгойского». Добыча природного газа в промышленных масштабах ведется с 1980-го. Изначально, запасы месторождения исчислялись 8,2 триллионами кубов. К 2017-му кладовые газа оскудели на 4 триллиона кубометров.

Расход природного гага из месторождения, где скважины бурят в условиях вечной мерзлоты, указывает на важность ресурса. Чтобы добыть ямбурское топливо, преодолевают от 1-го до 3-ех километров грунта. 50 метров из них приходятся на мерзлоту.

На полуострове Ямал находится еще одно северное месторождение газа – «Бованенковское». Его запасы равны 4,9 триллионам кубов. Открыли их еще в 1971-ом, но добывать начали лишь в 2012-ом. Поэтому, по текущим запасам залежь сравнима с «Ямбурским» и «Уренгойским» месторождениями.

На «Бованенковском» промысле ежегодно добывают около 90-та миллиардов кубов природного газа. Для населения полуострова предприятие – доход и место занятости. Хотя, некоторые уезжают на промысел за пределы материка.

Природный газ в России найден и на ее морских просторах. Так, «Штокмановское» месторождение разрабатывается меж Мурманском и Новой землей. Иначе говоря, запасы газа базируются на дне Баренцева моря.

Глубина в месте добычи газа не превышает 400-от метров. В полном объеме месторождение не разрабатывается. Пока, процесс отложен до 2019-го года. Объемы залежи исчисляются почти 4-мя триллионами кубометров газа.

Еще одно морское месторождение природного газа России находится на юге Карского моря. За близость к Санкт-Петербургу названо «Ленинградским», открыто еще во времена СССР. Запасы топлива залежи оцениваются в 3 триллиона кубометров.

На континентальном шельфе Карского моря обнаружено «Русановское» месторождение природного газа. Пока, речь идет о 779-ти миллиардах кубических метров топлива. Прогнозы прочат увеличение цифры до 3-ех триллионов кубов. Осложняет добычу глубина залегания газа. Извлекать его приходится с 1,5-2-ух километров.

Поставка природного газа из недр в скважины ведется естественным путем. Легкая субстанция попросту просачивается через поры в породе. В скважине создается область низкого давления.

Там, где базируется природный газ, оно высокое. Естественно, что топливо стремится в пробуренные человеком отверстия. Самая глубокая скважина в России уходит на 6-километровую глубину, находится на «Уренгойском» месторождении.

На крупные залежи газа приходится по нескольку скважин. Их бурят на одинаковом удалении друг от друга, делают равноценными. Иначе, давление природного газа в пластах земной коры распределяется неравномерно.

Часть скважин просто останется незаполненной. Если же сделать лишь одно отверстие в грунте, оно быстро обводняется, то есть, заполняется водой. Влага устремляется в поры пород, ранее занятые топливом, в общем, идет за ним попятам.

Применение природного газа

Очевидное применение героя статьи – топливо. Чтобы транспортировать газ по трубам, его осушают. Влага в составе газа вызывает коррозию труб, а при минусовых температурах образует пробки льда, закупоривая проходы.

Освобождают героя статьи и от сероводорода с углекислым газом. Последний не регламентируется нормами , но невыгоден экономически. Сероводорода должно быть не более 2-ух граммов на 100 кубометров.

Для предотвращения несчастных случаев, природный газ одоризируют. Иначе говоря, топливо насыщают пахучими компонентами. Они сигнализируют об утечке газа. Поскольку само топливо запаха не имеет, без обработки можно потерять миллионы кубометров.

Кроме топлива в машинах и котельных, газ служит горючим. На нем работают отопительные котлы, кухонные плиты. Некоторые обзаводятся газовыми лампами, освещая ими дома и дворы.

Добыча природного газа на море

В химической промышленности природный газ, точнее метан из него, служит сырьем для получения аммиака и ряда пластификаторов. Ацетилен, метанол и цианистый водород – тоже синтезируются из природного газа. Из ацетилена, к примеру, делают ацетатный шелк. Цианистый водород тоже, во многом, идет на синтетические волокна.

Еще одна стезя применения метана из газа – каучук . Природный вариант делают из сока каучукового дерева . Синтетический же каучук основан на переработке метана. Из него же делают спирты и органические кислоты .

До начала работы промышленников с природным газом человечество не знало полиэтилена. Правда, с исторической точки зрения добычу героя статьи начали еще во 2-ом веке нашей эры. Первопроходцами стали китайцы.

Они добывали газ без скважин. На ископаемое наткнулись в поисках подземных растворов поваренной соли . Искали ее с помощью связок стеблей бамбука. К их концам прикрепляли металлические копья. Вот и замена буров.

Наружу раствор соли выкачивали клапанами из кожи . Они напоминали кузнечные меха. Газ пришел на поверхность вместе с раствором соли . Китайцы смекнули сжигать его, дабы выпаривать минерал.

После осушения соли, решили проводить топливо по трубам из бамбука в свои хижины. В общем, простейший вариант газопровода существовал еще 8 веков назад. В те поры за природное топливо не платили. В современности каждый кубометр – деньги . Ознакомимся с ценниками.

Цена природного газа

Стоимость газа, во многом, определяет политический фактор. Россия , как монополист рынка, диктует правила. Из объективных факторов на цену топлива влияет форма его транспортировка. Сжижение и перевозка в баллонах дорогостояща. Поставка газа в его естественном виде напрямую по трубам выгоднее.

Порой, на стоимость газа влияет природа. После урагана «Катрин», к примеру, в США сократили добычу топлива. Соответственно, ценник на него подскочил. Ураган прошелся по газодобывающим местностям.

Цена газа, как правило, делится на стоимость для чужих и своих. Так, стоимость кубометра российского газа внутри страны не превышает 8 рублей 80 копеек. Таков тариф 2017-го года в Саратовской области.

В Псковской, для сравнения, платят 5 рублей 46 копеек. Этот тариф близок к действующему в большинстве газифицированных регионах. Соответственно, 1 000 кубометров стоит не более 8 800-от рублей, а обычно, около 5 500-от.

Минимальный ценник на текущий год для европейцев – около 11 000 рублей. Это цена покупки у россиян. За топливо в своих домах жители Запада, естественно, заплатят больше.

Полезные ископаемые: Природный газ

Природный газ – полезное ископаемое группы осадочных горных пород, которое являет собой смесь газов. Этот ресурс возник в результате разложения органических веществ в недрах Земли. Экологи признают природный газ самым чистым видом органического топлива.

Характеристики и виды природного газа

Характеристика природного газа зависит от его состава. Он легче воздуха в 1,8 раза, температура самовозгорания 650°C. Сухой газ имеет плотность от 0,68 кг/м 3 до 0,85 кг/м 3 , а жидкий 400 кг/м 3 . Смесь газа с воздухом от 5% до 15% объёма — является взрывоопасной. Удельная теплота сгорания от 8-12 квт-ч/м 3 . При использовании природного газа в двигателях внутреннего сгорания октановое число равняется от 120 до 130.

Большая часть природного газа – это смесь газоподобных углеводородов. Основную часть составляет метан (СН₄— до 98%), а также тяжелые углеводороды – этан С₂Н₆, пропан С₃Н₈, бутан С₄Н₁₀. В состав входят и другие неуглеродные вещества: водород Н₂, сероводород Н₂S, диоксид углерода СО₂, азот N₂, гелий Не.

В чистом виде природный газ не имеет ни цвета, ни запаха. Для облегчения определения места утечки, к нему подмешивают одоранты, вещества с неприятным запахом.

Виды природного газа:

сжиженный (СУГ);
болотный;
нефтяной;
угольный;
газовые гидраты;
сланцевый;
светильный;
коксовый;
компримированный или сжатый (КПГ);
попутный нефтяной;
по ярусам и подъярусам земляного пласта мелового периода, откуда он добывается сегодня – туронский, сеноманский, валанжинский, ачимовский.

Месторождение природного газа

В основном, залежи природного газа находятся в осадочной оболочке земной коры. Огромными запасами природного газа владеет Россия (Уренгойское месторождение), в Европе – Норвегия, Нидерланды, большинство стран Персидского залива, Иран, Канада, США, большие залежи есть в Азербайджане, Узбекистане, Туркмении и Казахстане. Газовые гидраты в огромном количестве присутствуют на большой глубине под морским дном, также и под землей.

Добыча природного газа

Перед проведением добычи, сначала проводят разведку – гравитациоанную, магнитную, сейсмическую или геохимическую. Однако единственный достоверный способ выяснить, есть ли под вами запас газа, – бурение скважины. Природный газ находится на глубине от одного километра. В недрах Земли газ находится в микроскопических порах, которые соединены между собой каналами – трещинами, по них под высоким давлением этот важный ресурс проникает в поры более низкого давления до тех пор, пока не окажется внутри скважин. Все это осуществляется в соответствии с законом Дарси – фильтрации газов и жидкостей в пористой среде. Газ выходит из недр в результате того, что в скважинах он находится под давлением, что в несколько раз превышает атмосферное.

Газ добывают с помощью скважин, которые равномерно распределяют по всей площади месторождения. Это делается для равномерного падения пластового давления в залежи. Добытый газ подготавливают к транспортировке. Транспортируют газ трубопроводами, специальными танкерами-газовозами, железнодорожными цистернами.

Использование природного газа

Природный газ используют как высокоэкономичное топливо для электростанций, для цементной и стеклянной промышленности, черной и цветной металлургии, производства стройматериалов, получения различных органических соединений. Этот важный ресурс используется для и для коммунально-бытовых нужд. Источник энергии для мегаполисов, моторное топливо, краска, клей, уксус, аммиак – все это мы имеем благодаря природному газу.

Природный газ – сырье, а не готовое топливо

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

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

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

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

Что такое природный газ

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

С точки зрения экологии газ – самое чистое природное топливо, ведь при горении он выделяет намного меньше вредных соединений, чем дрова, уголь или нефть.
Это качество делает его востребованным во всех странах мира. Государства, имеющие на своей территории крупные месторождения, используют его и для своих нужд, и для продажи другим народам. Природа подарила России богатейший Уренгой, Казахстану – Карачаганакское месторождение, не обделила она и страны Персидского залива, США, Канаду.

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

Происхождение природного газа

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

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

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

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

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

Свойства природного газа

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Необходимость очистки

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

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

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

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

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

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

Запах газа

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

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

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

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

В этой статье узнаете про металлоемкое машиностроение.

Природный газ: происхождение, физические и химические свойства

Природный газ Происхождение, физические и химические свойства. — презентация

1 Природный газ Происхождение, физические и химические свойства

2 Эта история насчитывает не века, а тысячелетия: в IV веке до н. э. китайцы обогревались и освещали жилища при помощи бездымного голубоватого огня.

3 Слово «газ» придумал примерно в 1600 г. голландский химик Гельмонт, произведя его от греческого «хаос», означавшего у древних греков понятие «сияющее пространство». Гельмонту удалось разложить воздух на две части: одна из них поддерживала горение, а другая нет. Он назвал их «газами», то есть составными частями пространства. Поддерживает горение

4 Слово «газ» придумал примерно в 1600 г. голландский химик Гельмонт, произведя его от греческого «хаос», означавшего у древних греков понятие «сияющее пространство». Гельмонту удалось разложить воздух на две части: одна из них поддерживала горение, а другая нет. Он назвал их «газами», то есть составными частями пространства. Не поддерживает горение

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

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

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

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

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

10 Свойства природного газа Природный газ не обособленное вещество – это смесь разных компонентов, основной из которых – метан. Дополнительными составляющими кроме метана являются углеводороды: этан; пропан; бутан; водород; сероводород; диоксид углерода; азот; гелий.

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

12 Доставка Газопроводы имеют протяженность много тысяч километров, начальной энергии потока не хватит, чтобы преодолеть такие расстояния. Какими бы гладкими ни были внутренние поверхности, все равно возникает сила трения, газ теряет скорость и нагревается. Чтобы отправить его дальше, строятся компрессорные станции, где голубое топливо охлаждают и придают ему дополнительное давление.

13 С точки зрения экологии газ – самое чистое природное топливо, ведь при горении он выделяет намного меньше вредных соединений, чем дрова, уголь или нефть. Это качество делает его востребованным во всех странах мира. Государства, имеющие на своей территории крупные месторождения, используют его и для своих нужд, и для продажи другим народам.

Физические и химические свойства природного газа

Значительная составляющая природного газа – метан (70 — 98%), затем идут этан, пропан и бутан; среди газов неорганической природы в состав природного газа могут входить моно- и диоксид углерода, азот, инертные газы, водород, сероводород. Химический состав природного газа (объемное содержание каждого из газов) может меняться в зависимости от месторождения.

Химические свойства природного газа

Поскольку природный газ представляет собой смесь газов, то невозможно указать, какие химические свойства для него характерны, т.к. для каждого вещества, входящего в его состав характерны свои, особые химические свойства.

Однако, можно сказать, что для природного газа характерно горение, причем из всех веществ, входящих в состав природного газа на воздухе сгорают только углеводороды (метан, этан и т.д.) и монооксид углерода.

Продукты реакции горения природного газа:

CH4 + 2O2 = CO2 +2H2O;

2C2H6 + 7O2 = 4CO2 + 6H2O;

2C3Н8 + 10O2 = 6CO2 + 8H2O;

Физические свойства природного газа

Природный газ при нахождении в недра Земли может находится в газообразном состоянии (газовые залежи), в виде газовой «шапки» нефтегазовых месторождений, в растворенном виде в нефти или в воде. Чистый природный газ не обладает запахом и цветом. Температура возгорания природного газа 650С. Природный газ в 1,8 газ легче воздуха.

Получение природного газа

Природный газ добывают из недр Земли с помощью скважин. 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.

Применение природного газа

Основное направление использования природного газа — в качестве горючего для отопления жилых домов, подогрева воды и приготовления пищи; в качестве топливо для машин, котельных, ТЭЦ и др. Также, природный газ используют в химической промышленности (сырьё для получения различных органических веществ).

Примеры решения задач

Понравился сайт? Расскажи друзьям!

Химический состав и физические свойства газа

Химический состав и физические свойства газа

Так как раздел сайта «Диагностика» будет рассматриваться в основном на примере подземных газопроводов, давайте для начала рассмотрим, что же из себя представляет газ.

Итак, природные газы – это газы, содержащиеся в недрах Земли, а также газы земной атмосферы. Они частично растворены в подземных и наземных водах и нефти, сорбированы углями и некоторыми глинистыми породами.

Природные газы выделяются из недр Земли при вулканической деятельности по тектоническим трещинам, связанным с газоносными пластами, выносятся минеральными источниками. Их можно подразделить на газы биохимические, вулканические, метаморфические, воздушного и химического происхождения, газы радиоактивных и термоядерных процессов.

К природным газам относятся также горючие газы, скопляющиеся в породах-коллекторах в виде самостоятельных газовых залежей или же сопутствующие нефтяным залежам, и горючие газы, заключенные в угольных пластах.

Происхождение природных горючих газов обусловлено биохимическим разложением органического вещества и дальнейшим метаморфизмом последнего под воздействием геохимических факторов. Кроме того, горючие газы образуются при взаимодействии паров воды с карбидами металлов, а также СО и Н 2.

Наибольшее значение имеет природный газ из газоносных пластов – одно из основных горючих ископаемых, занимающее ключевые позиции в топливно-энергетических балансах многих государств, важное сырье для химической промышленности.

Более чем на 90% он состоит из углеводородов, главным образом метана СН 4.

Содержит и более тяжелые углеводороды – этан, пропан, бутан, а также меркаптаны и сероводород (обычно эти примеси вредны), азот и углекислый газ (они в принципе бесполезны, но и не вредны), пары воды, полезные примеси гелия и других инертных газов.

В ископаемом природном газе содержатся углеводороды с низкой молекулярной массой. Он имеет приблизительно такой состав (по объему): 80–98% метана, 2–3% его ближайших гомологов – этана, пропана, бутана и небольшое количество примесей – сероводорода, азота, благородных газов, оксида углерода (IV) и водяного пара.

Основным газом самостоятельных газовых залежей и угольных пластов является метан. В газах, сопутствующих нефти, кроме метана, содержатся значительные количества его гомологов.

Теплота сгорания сухого природного газа 33,52–35,61 МДж/м 3 (8000–8500 ккал/м 3).

По способу добычи природные горючие газы разделяются на собственно природные газы, добываемые из чисто газовых месторождений, практически не содержащих нефти; попутные газы, растворенные в нефти и добываемые вместе с нею, и газы газоконденсатных месторождений, находящиеся в пластах под давлением и содержащие (в результате так называемого «обратного» испарения) керосиновые, а иногда и соляровые фракции нефти. Собственно природные газы и газы газоконденсатных месторождений выходят на поверхность Земли под значительным давлением (50–100 aт); попутные газы выделяются из нефти в сепараторах под небольшим избыточным давлением либо при разрежении. Природные и попутные газы в основном состоят из алканов, незначительного количества цикланов и ароматических углеводородов, небольших количеств азота и аргона, а также содержат следы гелия и водорода. 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.

Почти все природные горючие газы совсем не имеют запаха или имеют весьма слабый запах, по которому их сложно распознать. Вследствие этого трудно своевременно обнаружить присутствие газа в помещениях и принять меры по предотвращению накопления газа, избежав пожаров, взрывов и отравлений.

Для того, чтобы можно было своевременно обнаружить газ, не имеющий собственного специфического запаха, ему искусственно придают запах, т.е. одоризируют. Вещества, применяемые для искусственной одоризации газа, называются одорантами, а аппараты, в которых происходит одоризация, – одоризаторами.

Применяемые для одоризации газа вещества должны отвечать ряду требований, основные из которых следующие:

— запах одоранта должен быть резким и специфическим, то есть отличаться от иных запахов жилых и других помещений;

— одоранты и продукты их сгорания должны быть физиологически безвредными и не действовать на газопроводы, приборы и обстановку помещений;

— одорант должен быть недефицитным.

В качестве одорантов наибольшее распространение получили органические сернистые соединения (меркаптаны, сульфиды и дисульфиды), применяемые как в виде индивидуальных химических веществ (например этилмеркаптан), так и в виде технических промышленных продуктов, содержащих указанные сернистые органические соединения (колодорант, пенталарм, каптан и др.).

Норма удельного расхода применяемого одоранта зависит как от его природы, так и от состава и свойств одорируемого газа, а также от климатических условий.

К примеру этилмеркаптан составляет не более 16мг на 1000 м3 природного газа.

Плотность природного газа полностью зависит от его состава и находится в пределах с = 0,73 — 0,85 кг/м3.

Химические свойства природного газа

Продукты реакции горения природного газа:

CH4 + 2O2 = CO2 +2H2O;

2C2H6 + 7O2 = 4CO2 + 6H2O;

2C3Н8 + 10O2 = 6CO2 + 8H2O;

Применение природного газа

Основное направление использования природного газа — в качестве горючего для отопления жилых домов, подогрева воды и приготовления пищи; в качестве топливо для машин, котельных, ТЭЦ и др. Также, природный газ используют в химической промышленности (сырьё для получения различных органических веществ).

Углекислый газ – продукт не полного сгорания природного газа. 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.

Метан в смеси с воздухом взрывоопасен, а именно: до 5 % — газ не горит;
от 5 до 15 % — газ взрывается; (пределы взрываемости) больше 15 % — газ горит при подаче воздуха. Т.е. при внесении огня смесь мгновенно воспламеняется и выделяет большое количество тепла. Давление при этом увеличивается в 10 раз и мгновенно составляет (0,8—1,0 МПа).

Поэтому и возникает мгновенный взрыв. Температурой воспламенения называется температура топливовоздушной смеси, смесь при которой загорается без источника воспламенения. Для природного газа она находится в пределах 645-700°С, а это температура любой электрической искры или даже кончика сигареты во время затяжки.

Природный газ примерно в два раза легче воздуха и он быстро улетучивается в атмосферу.

Что такое природный газ, каков его состав и как его добывают?

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

Свойства и состав природного газа

Природный газ горюч и взрывоопасен в соотношении примерно с 10% объемом воздуха.

Он легче воздуха в 1,8 раз, бесцветен и не имеет запаха, эти свойства обусловлены высоким содержанием газообразных алканов (СН4 — С4Н10).

В составе природного газа преобладает метан (СH4), он занимает от 70 до 98%, остальной объем заполнен его гомологами, углекислым газом, сероводородом, меркаптанами, ртутью и инертными газами.

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:

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.

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:

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

Разлом углеродных связей метана под воздействием температур и тока реализует получение ацетилена, используемого в промышленности. Синильная кислота производится посредством окисления метана с аммиаком. Метан — производное водорода в генерации аммиака, а также получения синтез-газа происходит с его участием:

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

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:

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

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.

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.

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 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.

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.

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.

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.

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. 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.

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.

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.

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.

Ниже представлена Продукция из природного газа.

Природный газ — навигатор, описание сайта

Метан топливо будущего

Природный газ как переходная технология

Переработка попутного газа

Потери газа

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:

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:

Водород. Это бесцветный, нетоксичный газ, который не имеет вкуса и запаха. Водород легковоспламеним и опасен.
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.
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.
Сероводород. Очень токсичный газ с явно выраженным запахом тухлых яиц.

К негорючим можно отнести:

Азот –без запаха, цвета и вкуса. Азот не взаимодействует с кислородом и считается инертным.
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.
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:

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.
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.

Природный газ

Природный газ — смесь углеводородов, предмет религиозного культа, спора ученых и важнейший сырьевой ресурс. Он невидим и не имеет запаха.

Углеводороды — органические соединения, молекулы которых состоят из атомов углерода и водорода. Углеводороды образуют гомологические ряды, члены которых характеризуются закономерными изменениями химических и физических свойств, общей формулой и исходной структурой. В природе углеводороды встречаются в газообразном, жидком и твердом состояниях.

Из чего состоит природный газ

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.

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.

Метан — болотный газ, CH4, — природный горючий газ, встречающийся в осадочном чехле земной коры в виде свободных скоплений (залежей), в растворенном (в нефти, пластовых и поверхностных водах), рассеянном, сорбированном (породами и органическим веществом) и твердом (газогидратном) состояниях. плотность метана по воздуху: 0,555 (20 °С); молекулярная масса: 16,04; температура плавления: −182 °С; температура плавления: −182 °С; критическое давление: 4,58 МПа; критическая температура: −82,4 °С; температура вспышки: −187,8 °С;

температура самовоспламенения: 537,8 °С.

Запах природного 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.

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 происхождения природного газа
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 происхождения природного газа
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. Состав, свойства, опасности

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.

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.

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.

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

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.

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

Источники:

http://www.ptfm.ru/natgas/
http://tvoi-uvelirr.ru/prirodnyj-gaz-svojstva-dobycha-primenenie-i-cena-prirodnogo-gaza/
http://xn----8sbiecm6bhdx8i.xn--p1ai/%D0%BF%D1%80%D0%B8%D1%80%D0%BE%D0%B4%D0%BD%D1%8B%D0%B9%20%D0%B3%D0%B0%D0%B7.html
http://greenologia.ru/eko-problemy/dobycha-gaza/syre-a-ne-gotovoe-toplivo.html
http://greenomak.ru/ekologicheskie-problemy/prirodnyj-gaz-proishozhdenie-fizicheskie-i-himicheskie-svojstva.html