Новости полны сообщениями о небывало дорожающем газе, который может спасти Европу от суровой зимы. Многие десятилетия Россия удерживала первое место в мире по газодобыче. В 21 веке наша страна соревнуется по этому показателю с США, то опережая мирового гегемона, то отходя на второе место.
Так откуда взялось это замечательное полезное ископаемое, обогревающее наши дома, двигающее автомобили и в значительной мере всю экономику планеты? Краткий ответ прост: из живых организмов.
Болото — прекрасный поставщик природного газа. Возможно, в будущем нам придется использовать этот его источник.
Как и нефть, природный газ — это то, что осталось от миллиардов миллиардов живых существ, когда-то живших на поверхности нашей планеты, в ее почве или океане. В основном речь, конечно, о бактериях, но и растения, и животные тоже сделали свой вклад в пополнение запасов нефти и газа.
Дело в том, что при разных видах разложения органических соединений — гниении, брожении, ферментативном разложении — образуются два вида отходов. Первый — это газ. Обычный метан. Тот самый, который так охотно производят коровы, переваривая скушанную на пастбище траву.
Золото (GOLD) и природный газ (NATURAL GAS) плюсуют! Золотой ликует! / Трейдинг в плюс.
Второй тип отходов — жиры: тяжелые молекулы, которые далеко не всегда полностью распадаются на составляющие их атомы. Остатки тяжелой, жирной, фракции отходов — это и есть нефть. А выделившийся метан — наш природный газ.
Коровы, переваривая траву, тоже выделяют природный газ, который обычно называют биогазом. По сути, этот такой же метан, как и в подземных месторождениях, и на биогазе тоже работают электростанции — его добывают из навоза.
Конечно, чтобы запасы газа образовались в земной толще, нужны особые условия. Слой погибших растений и животных должен накапливаться в низине, заливаемой водой и заносимой илом. Эти слои должны накладываться друг на друга, запечатывая распадающуюся органику и изолируя ее от атмосферы.
Если при этом данный участок земной коры будет опускаться, проседать, процесс пойдет особенно эффективно. И за миллионы лет значительные толщи породы буквально пропитаются жировыми остатками и метаном из разложившихся организмов. Именно в таком виде, как пропитка в пористом торте, в земных слоях встречаются чаще всего нефть и газ. Они находятся там под большим давлением. Поэтому когда сверху в поверхности такого «торта» проделывается отверстие — буровая скважина — углеводороды устремляются наверх, в первую очередь газ.
В принципе, не совсем правильно называть природным газом только тот, что выкачивают из-под земли. Еще в 1813 году английский ученый Гэмфри Дэви доказал полную тождественность подземного природного газа с газовыми выделениями британских болот. Теперь мы знаем, почему так происходит: ведь в болотах идет тот же самый процесс, который когда-то привел к образованию газовых залежей — распад органики.
Гидрат метана это, по сути, соединение природного газа и воды. Залежи метангидрата находятся в основном под океанским дном и в зоне вечной мерзлоты на севере Евразии и Канады. Пока они не рассматриваются как промышленно выгодные. Но в будущем человечество наверняка займется их разработкой. Ведь один объем воды может содержать до 220 объемов газа в виде твердого гидрата.
Разбор: природный газ, нефть Brent, коррелятор золота
Значит ли это, что нынешние болота станут для наших далеких потомков газовыми резервуарами. Увы, нет. Ни газ, ни нефть, ни уголь уже не смогут накапливаться в значительных количествах — их запасы исчерпаемы бесповоротно. Причина этого в том, что за миллиарды лет эволюции природа научилась гораздо лучше и быстрее утилизировать собственные отходы. Останки растений и животных разлагаются бактериями и грибками, которых в прошлые эпохи геологической истории просто не было — именно это давало им шанс накопиться и стать такими важными для нас сегодня углеводородами.
А еще из природного газа делают корм для рыб. Об этом мы расскажем в одном из следующих постов.
Источник: dzen.ru
Природный газ – история использования органического топлива
Само понятие «газ» (от греч. «хаос» — сияющее пространство) возникло в XVII в. благодаря голландскому химику Я. Б. ван Гельмонту (1580—1644). Ученому удалось разложить воздух на две части: одна из них поддерживала горение, а другая нет. Но поскольку обе они заполняли все доступное пространство без особого изменения своих свойств, чем и отличались от жидкостей и твердых тел, Гельмонт назвал их газами.
В широкий же научный обиход слово «газ» ввел А. Лавуазье (1743―1794), доказав, что углекислый газ (диоксид углерода) — это соединение кислорода с «углем» (углеродом), а вода — соединение кислорода с водородом.
Впрочем, с природным горючим газом (смесью газов, которые образуются в земных недрах путем бескислородного разложения органических веществ) человечество сталкивалось с древнейших времен. Выходя под давлением по трещинам из-под земли, газы нередко воспламенялись, потому люди дали им название «вечные огни». Такие природные факелы были широко распространены в Месопотамии, Иране, у подножий Кавказского хребта, в Северной Америке, Индии, Китае, на Малайских островах и считались священными. Люди поклонялись им, как божеству, и строили рядом храмы.
Первенство в открытии свойств горючего газа принадлежит зороастрийцам, которые издревле почитали естественные факелы на месте стихийных выходов газа на поверхность. Наибольшее количество подобных явлений наблюдалось в Иране и Азербайджане. Вплоть до позапрошлого века над участками долин, горящими ярким пламенем, возводились святилища и проводились религиозные обряды. Одно из таких мест — Атешгях, что значит «дом огня», «место огня», — находится в 30 км от центра Баку, на юго-восточной окраине селения Сураханы Апшеронского полуострова.
Кроме того, существует предание, что примерно за 1000 лет до н. э. один пастух, выпасавший коз у горы Парнас, которая возвышается над греческим городом Дельфы, увидел вырывавшийся из расщелины огонь. Испугавшись, пастух побежал в деревню и рассказал о случившемся, но когда вернулся к скале с отрядом воинов, то обнаружил, что огонь погас. Так родилась легенда о том, что бог солнца Аполлон убил огнедышащего дракона Пифона, охранявшего вход в пещеру, где человек мог узнать будущее. Греки возвели на том месте храм Аполлона, и в нем поселилась предсказательница Пифия.
Первое упоминание об использовании «голубого золота» для приготовления еды относится к I в. н. э., когда персидский царь приказал построить дворцовую кухню аккурат на месте выхода газа. Впервые в истории уголь и древесина были заменены летучим топливом, однако вскоре оказалось, что такое использование газа слишком расточительно, ведь перекрыть подожженный единожды природный источник невозможно.
Уже в Средние века путешественник Марко Поло (1254—1324) отмечал в своих записках, что в некоторых районах Китая природный газ применялся для отопления и освещения. Пару столетий спустя путешественник Энгельберт Кемпфер стал свидетелем того, как жители Апшеронского полуострова используют горючий газ для обжига известняков и приготовления пищи. Более широкое практическое применение этого полезного ископаемого началось лишь в середине XVIII в., хотя для освещения люди все еще использовали светильный газ, получаемый при переработке угля, а для отопления — тот же уголь или нефть.
В 1790-х французский инженер путей сообщения Филипп Лебон начал опыты по получению светильного газа посредством сухой перегонки древесины. Однажды он «бросил горсть древесных опилок в стоявший на огне стеклянный сосуд. Из сосуда поднялся густой дым и, вспыхнув, дал прекрасное яркое пламя».
30 ноября 1799 г. Лебон предложил правительству Франции свой газовый аппарат — «термолампу», которая вырабатывала горючий газ путем сухой перегонки дереваи распределяла свет и тепло по всем комнатам. Власти не прониклись этой идеей, но изобретатель не отчаялся и устроил презентацию в собственном доме — зажег во дворе и саду 1000 газовых рожков-фонарей. В 1801 г. его посетили русские князья В. Долгоруков и Д. Голицын с предложением переехать в Россию, но Лебон отказался. Через три года он умер, а подмастерья газовых дел разбрелись по всей Европе.
В 1813 г. в Англии под управлением Самуила Клэге был построен завод по производству искусственного газа из каменного угля для освещения улиц. Вслед за англичанами газовое освещение ввели и немцы, а французы, как ни странно, начали использовать его только в 1819 г., когда искусственным газом были освещены центральные улицы Парижа и зал Музыкальной академии при дворе Людовика XVIII.
Природный газ начал занимать весомое место в мировой энергетике лишь с развитием автопромышленности, коммунальных отопительных систем и нефтепереработки. В 1813 г. химик Гемфри Дэви провел анализ рудничного газа и сделал вывод, что он представляет собой смесь метана CH4 с небольшим количеством азота N2 и углекислого газа СО2, то есть по составу такой газ аналогичен болотному. Позже было открыто, что в состав газа могут входить тяжелые углеводороды (этан, пропан и бутан), а также водород, сероводород, гелий и т. д.
В 1910 г. автолюбитель из американского города Питтсбург обратил внимание на то, что купленный им бензин очень быстро испаряется, и сразу же отправился к знакомому химику Уолтеру Снеллингу, дабы выяснить, в чем причина. Исследовав топливо, Снеллинг обнаружил, что в него входит смесь пропана, бутана и других углеводородных газов, а через несколько лет сконструировал установку деления бензина на жидкие и газообразные составляющие. Первое авто на сжиженном углеводородном газе было испытано в 1913 г., а чуть позже Снеллинг продал патент на пропан за $50 000. К середине ХХ в. люди поняли, что газ можно использовать не только в качестве топлива, но и для варки стекла, закалки металла, опалки тканей, отопления помещений, и началась активная добыча этого полезного ископаемого.
Природный газ находится под землей под давлением, во много раз превышающим атмосферное, и, как только скважина, пробуренная специальной буровой установкой, достигает пласта, на поверхность вырывается мощный газовый поток. Чтобы буровая установка не повредилась и не случилось самовозгорания, поток перекрывают специальными стальными задвижками, после чего под отрегулированным давлением направляют в трубопроводы. Продвигаясь по трубопроводу и преодолевая силу трения, газ теряет потенциальную силу, поэтому на его пути устанавливаются компрессорные станции, которые дожимают его до нужного давления и охлаждают. Поскольку чистый природный газ не пахнет, для определения утечки в него добавляют вещества с резким неприятным запахом (гнилой капусты, прелого сена, тухлых яиц).
В экологическом отношении природный газ является самым чистым видом органического топлива: при его сгорании образуется значительно меньшее количество вредных веществ по сравнению с другими видами горючего. Однако в целом люди сжигают огромное количество разного топлива, что ведет к увеличению содержания углекислого газа в атмосфере и парниковому эффекту. В связи с этим в 1997 г. был подписан Киотский протокол по ограничению парникового эффекта, и к 26 марта 2009 г. его ратифицировала 181 страна мира.
Источник: mir-znaniy.com
«Голубое топливо»: история и перспективы
Когда в середине XVII столетия голландский естествоиспытатель Ван Гельмонт придумал понятие «газ», он и не подозревал, какие страсти будут бушевать вокруг этого короткого слова спустя 400 лет. Действительно, теперь о том, что это фазовое состояние вещества, при котором оно «занимает весь предоставленный ему объем» знают лишь школьники да специалисты. Для всего остального человечества газ – это, в первую очередь, свет, тепло, комфорт и деньги, деньги, деньги… Конечно, речь в этом случае идет о «голубом топливе» — природном газе.
В нашу эпоху, когда все кому не лень прочат нашей «нефтяной» цивилизации скорую гибель из-за исчерпания запасов «черного золота», именно природному газу отводят роль спасителя человечества. И не случайно. На сегодняшний день только разведанных запасов хватит по меньшей мере на век. И, по мнению ученых, это лишь малая часть природной кладовой. При этом, как топливо, природный газ – практически идеальный вариант (экологически чистый, с высокой теплотворной способностью), а как источник углеводородов — почти не уступает нефти.
Итак, что же это за удивительное вещество, ставшее сегодня столь незаменимым, и откуда оно берется? Попробуем разобраться в этом непредвзято.
На самом деле, разновидностей природных горючих газов (ПГГ) на Земле достаточно много. Под этим термином специалисты подразумевают естественные газообразные смеси углеводородов различного состава. По способу добычи они различаются на собственно природный газ, добываемый из чисто газовых месторождений, попутный газ, получаемый при добыче нефти (он растворен в ней), и газоконденсат – продукт, находящийся под большим давлением в пластах и содержащий ряд тяжелых нефтяных фракций. Кроме того, на Земле существуют значительные объемы твердых гидратов природного газа, но их промышленное использование – дело отдаленной перспективы. Надо сказать, что сегодня именно Россия лидирует в мире по запасам ПГГ (более трети мирового баланса).
О происхождении газовых месторождений у ученых не существует единого мнения. Впрочем, большинство из них согласны с тем, что в основе полей лежат скопления органических остатков, которые при разложении выделяли легкие углеводороды, скапливающиеся в межпородных полостях и трещинах.
Преобладающим компонентом (от 85 до 99%) всех природных горючих газов является метан (CH4). По содержанию более тяжелых углеводородов все ПГГ условно разделяются на сухие (или «тощие») – менее 150 г/м3, средние – от 150 до 300 г/м3 и жирные (или богатые) – более 300 г/м3.
Наибольший интерес с точки зрения современной промышленности представляет именно сухой природный газ, поскольку при сгорании он дает меньше всего вредных выбросов. Свойства его практически совпадают со свойствами метана (см. «Сравнительную таблицу свойств горючих углеводородов»). При этом, имея более высокую, чем у тяжелых углеводородов удельную теплоту сгорания (в пересчете на молекулу), это соединение практически не дает зольных остатков. Заметим, что метан не имеет запаха, а известный всем неприятный запах — это запах этилмеркаптана, который в минимальных количествах добавляется в газ на городской газораспределительной станции (ГРС). Это делается для того, чтобы вовремя заметить утечку.
Сравнительная таблица свойств горючих углеводородов
Показатель Водород Метан Пропан н-Бутан
Химическая формула H2 CH4 C3H8 C4H10
Молекулярная масса 2,016 16,043 44,097 58,124
Теплота сгорания, МДж/м3 — высшая — низшая 12,8 39,93 99,17 128,5
10,83 35,76 91,14 118,53
Теоретически необходимое кол-во воздуха для горения, м3/м3 2,38 9,52 23,8 30,94
Теоретически необходимое кол-во кислорода для горения, м3/м3 0,5 2,0 5,0 6,5
Объём влажных продуктов сгорания, м3/м3CO2 — 1,0 3,0 4,0
H2O 1,0 2,0 4,0 5,0
N2 1,88 7,52 18,8 24,44
Всего 2,88 10,52 25,8 33,44
Температура воспламенения, °C 410-590 545-800 504-588 430-569
Октановое число — 110 125 91
Жаропроизводительность, °C 2210 2045 2110 2120
На сегодняшний день природный газ – это наиболее удобное, легкое в использовании топливо. Несмотря на то, что метан — один из наиболее опасных парниковых газов, он является наиболее экологически чистым горючим. Это происходит из-за того, что CH4 сгорает полностью и в атмосферу выделяется намного меньше вредных веществ, чем при применении других видов. Масштабное исследование, проведенное в США Управлением по охране окружающей среды и Институтом исследований газа, показало, что при переходе экономики на природный газ в атмосферу при его добыче будет выделяться относительно больше метана, но зато значительно снизится количество других вредных выбросов. На практике ПГГ уже сейчас стали одними из самых эффективных моторных топлив для автомобилей, локомотивов, самолетов и ракет, одновременно снижая интенсивность загрязнения атмосферы на 40-60%.
Именно поэтому природный газ может стать основой переходной мировой энергетики, сведя к минимуму проблемы от уменьшения доли нефти в ней. По оценкам экспертов ООН, следующие два десятилетия во всем мире на рынке энергоносителей все возрастающую роль будет играть природный газ.
Так говорил Заратустра
Но как же возникла идея использовать горючий природный газ для утилитарных целей? Обратимся к истории. «Послушай о другом огненном псе: он говорит действительно из сердца земли. Дыхание его из золота и золотого дождя: так хочет сердце его…» — примерно так, по мнению Ф.Ницше, говорил легендарный Заратустра (Зороастр, в греческой транскрипции) об огне. Сейчас трудно утверждать, пользовался ли великий немецкий философ какими-нибудь историческими источниками или просто выдумал эту реплику, но, сам того не зная, очень точно описал свойства природного газа. Этот «огненный пес» исходит из земных недр, а его «дыхание» поистине становится настоящим золотым дождем.
На самом деле, первенство в открытии замечательных свойств природного газа действительно принадлежит огнепоклонникам-зороастрийцам, которые и сегодня почитают естественные факелы на месте стихийных выходов газовых месторождений на поверхность. Особенно много подобных явлений наблюдалось и наблюдается в Иране и Азербайджане (знаменитые «огненные плато»). Над горящими ярким, недымным пламенем, участками долин вплоть до позапрошлого века возводились святилища, где и проходили обряды этой древнейшей религии. Интересно, что ее адепты есть и сейчас, это, прежде всего, иранские гебры и ассирийцы, компактно проживающие в Армении. Хорошо были знакомы с природным газом и в Китае, где, по свидетельству известного средневекового путешественника Марко Поло (XIII в), этот дар земли использовали вполне прагматично – для отопления и освещения.
Может показаться странным, но в европейских странах и Америке природный газ не играл никакой практической роли фактически до конца XIX в. Лишь с началом индустриального бурения на нефть к природному и сопутствующему газам стали присматриваться промышленники. Использовать же их для производственных целей начали лишь в 70-х годах позапрошлого века, примерно тогда же появились первые газопроводы.
Тем не менее, широкого распространения применение природного газа тогда не нашло. Для освещения использовали светильный газ, получаемый при переработке угля, для отопления – тот же уголь или нефть. И лишь с развитием автопромышленности и нефтепереработки, когда стало очевидно, что «топить нефтью — все равно, что топить ассигнациями» (слова Д.И. Менделеева), природный газ начал занимать подобающее место в энергобалансе человечества.
Интересна и типична история газовой отрасли в России, где первые серьезные попытки разведки и промышленного использования месторождений природного газа начались лишь после Гражданской войны, в середине 20-х г.
По-настоящему сильный толчок развитию газовой отрасли придала, как ни странно, Великая Отечественная война. Испытывая недостаток топлива (практически вся нефть уходила на горюче-смазочные материалы для военных нужд, а богатые угольные месторождения Украины были оккупированы), страна начала массово переходить на использование природного и попутного газа для коммунальных и промышленных нужд.
За годы войны было открыто несколько газовых месторождений в Саратовской области и под Бугурусланом (Оренбургская область). Это дало колоссальный прирост добычи: за пять лет (с 1943 по 1948 г.) она возросла с 3,2 до 5,2 миллиарда кубических метров в год. К этому же времени (1946 г.) относится и пуск в строй первого магистрального газопровода Саратов-Москва, который положил начало развитию газотранспортных систем страны.
Поскольку важность газового хозяйства для экономики страны к середине пятидесятых годов стала очевидной, 2 августа 1956 года Совет Министров СССР постановил образовать Главное управление газовой промышленности при Совете Министров СССР — Главгаз СССР.
Пик развития газового комплекса пришелся на 60-е годы. Именно тогда были разведаны грандиозные газоносные месторождения на севере Тюменской области. Их открытие дало новый толчок развитию промышленности Урала и Центра Сибири. 20 января 1969 г. было образовано Всесоюзное Министерство газовой промышленности.
Сегодня газовая промышленность России стала одной из основных составляющих экономики страны. Только разведанные запасы «голубого топлива» составляют более 46 триллионов кубических метров. Интересно, что около 80 процентов из них приходятся на месторождения Западной Сибири.
За прошедшие годы была создана уникальная, не имеющая аналогов в мире газотранспортная система, включающая более 150 тысяч километров магистральных газопроводов, 689 компрессорных цехов мощностью более 42 миллионов киловатт, 22 объекта подземного хранения газа. Протяженность газораспределительных сетей составляет 359 тысяч километров. Это позволяет удовлетворить не только потребности России, но и обеспечить экологически чистым горючим всю Европу.
Исторически сложилось, что газовая отрасль в нашей стране сильно централизована. Это очевидно и сегодня: почти 90% производства и распределения газа в России принадлежит «естественной монополии» — ОАО «ГАЗПРОМ», которая и занимается всем газовым комплексом. Небольшую часть рынка занимают «ЛУКОЙЛ» и более мелкие компании, которые в основном занимаются освоением и переработкой попутных газов. Надо сказать, что существующая централизация не мешает динамичному развитию отрасли. Об этом говорит и принятие Целевой государственной программы газификации, в которой ведущая роль отводится именно ГАЗПРОМу.
Несмотря на все выгоды и преимущества, природный газ относят к невозобновляемым природным ресурсам. Очевидно, что, наращивая добычу, необходимо задуматься о более эффективных способах разработки и применения «голубого топлива». Для этого нужно, во-первых, перевооружение газовой промышленности на базе современных энерго- и ресурсосберегающих технологий, а, во-вторых, значительное повышение энергоэффективности использования газа в производстве и в быту.
Сегодня благодаря благоприятной рыночной конъюнктуре у газовой отрасли есть для этого все возможности. Все большее внимание уделяется модернизации всего хозяйства – от автоматизации и компьютеризации промыслов и газопроводов до технологического перевооружения бытовых потребителей природного газа. Все это требует совместных усилий ученых и специалистов не только газодобывающих, но и других отраслей народного хозяйства, где ПГГ уже используются или планируется их использование в перспективе.
Например, все большее распространение получает строительство газотурбинных теплоэлектростанций, которые стали реальной альтернативой атомной энергетике. Имея практически такую же производительность, подобные станции не дают вредных радиоактивных отходов и безопасны при использовании.
Строительство газотурбинной ТЭЦ (точнее, монтаж ее блоков-модулей) можно закончить за несколько месяцев. Затраты на строительство окупаются за 1,5 — 2 года. Себестоимость одного киловатта, полученного на такой станции, в 12 раз меньше, чем на АЭС. Газотурбинные установки, заключенные в звуконепроницаемые контейнеры, практически бесшумны, поэтому станции можно ставить вблизи жилья без строительства длинных коммуникаций.
Развиваются энергоэффективные технологии и в ЖКХ. Все большее распространение получают новейшие системы обеспечения комфорта, такие как поквартирное отопление (ПО). Очевидным преимуществом ПО является снижение потребительских затрат.
Например, за два года эксплуатации таких систем в Смоленске в домах различной этажности стоимость коммунальных услуг на теплоснабжение и горячее водоснабжение на одну семью по сравнению с централизованной системой уменьшилась почти в 6 раз. Снизилось и потребление газа. Это вызвано тем, что при монтаже систем ПО применяется новейшее энергоэффективное и безопасное котельное оборудование, КПД которого достигает 95%.
Надо сказать, что сегодня существуют технологии, позволяющие повысить этот и без того высокий показатель. По свидетельству специалистов ARISTON (сегодня это один из мировых лидеров по производству бытового и промышленного газового оборудования), коэффициент полезного действия современных конденсационных котлов (например, АСО) может достигать 107%!
Несмотря на кажущуюся физическую абсурдность такой цифры, она объясняется просто. Если взглянуть на приведенную выше таблицу, можно увидеть, что газ имеет две теплоты сгорания – высшую и низшую. Разница между ними – это так называемая «скрытая теплота парообразования». Раньше ее не удавалось «поймать» и тепло вместе с паром в прямом смысле слова «вылетало в трубу». Сегодня благодаря современным технологиям эту проблему удалось решить, что дало еще почти 10% полезного действия по сравнению с обычными теплогенераторами.
Итак, эпоха нефти постепенно уходит в прошлое. Человечество больше не может позволить себе «топить ассигнациями». У нас на глазах рождается «новый прекрасный мир» — мир будущего, где достойное место займет такой уникальный и полезный источник энергии, как природный газ. И, возможно, именно благодаря ему, наконец, придет долгожданный «золотой век» нашей цивилизации, в наступление которого верил легендарный Заратустра…
По информации Пресс-службы ООО «Мерлони Термосанитари Русь»
Источник: www.msouz.ru