Фізико-хімічні властивості природного газу. Видобуток і застосування природного газу

Газоподібний стан речовини - найпоширеніше в порівнянні з іншими агрегатними параметрами з'єднань. Адже в цьому стані знаходяться:

• зірки;
• міжзоряний простір;
• планети;
• атмосфера;
• космос в цілому.
  

Головні відмінні властивості газів - це слабкіміжмолекулярні взаємодії в кристалічній решітці, через які і проявляються всі основні характеристики цих речовин. Газів, безумовно, дуже багато. Однак ми розглянемо найважливіший і третій за поширеністю на нашій планеті - природний.

Природний газ: склад

Якщо характеризувати якісний складприродного газу, то відразу потрібно виділити компоненти двох груп: органічні і неорганічні. Оскільки хоч і прийнято вважати, що він складається з метану, однак це не зовсім так.

До органічних складових належать:

• метан - СН₄;
• пропан - С₃Н₈;
• бутан - С₄Н₁₀;
• етан - С₂Н₄;
• важчі вуглеводні з кількістю атомів вуглецю більше п'яти.

Неорганічні компоненти включають в себе наступні з'єднання:

• водень (в невеликих кількостях) - Н₂;
• вуглекислий газ - СО₂;
• гелій - Чи не;
• азот - N₂;
• сірководень - H₂S.

Яким саме буде склад тієї чи іншої суміші,залежить від джерела, тобто родовища. Цими ж причинами пояснюються і різні фізико-хімічні властивості природного газу. Однак видобувається будь-який з них, і цінність також має кожен. Просто якийсь вид застосовується як паливо, а насичений сторонніми домішками занадто жирно використовується в хімічній галузі для синтезів сполук.

Фізико-хімічні властивості природного газу

Щоб вказати подібні параметри в точності,слід знати, який саме склад газової суміші. Адже якщо в ній переважає в основному метан (до 97%), то характеристики можна приводити, орієнтуючись саме на нього.

Якщо ж неорганічних компонентів або важких вуглеводнів в надлишку (до декількох відсотків), тоді фізико-хімічні властивості природного газу різко змінюються.

Тому можна вказати лише приблизні граничні показники по фізичних характеристиках.

1. Температура самозаймання - 650-700⁰С.
2. Октанове число - 120-130.
3. Не має кольору, смаку і запаху.
4. Легше повітря майже в 2 рази, легко концентрується в верхніх шарах приміщення.
5. Щільність в вигляді звичайного стану (газу) - 0,68-0,85 кг / м³.
6. При стандартних умовах завжди перебувати в газоподібному агрегатному стані.
7. При змішуванні з повітрям в обсягах від 5-15% є вибухонебезпечним.
8. Теплота згоряння - близько 46 МДж / м³.

Крім цього, слід зазначити і хімічну сторону параметрів природного газу.

1. Є сильно горючою речовиною, здатний самозайматися при подачі іскри і без неї при певній температурі.
2. Так як основний компонент - метан, то має всі його хімічними властивостями.
3. Вступає в реакції заміщення, дегідрування, піролізу, піддається рефракції.
4. Стискається і зріджується при низьких температурах і підвищеному тиску.
   

Очевидно, що подібні фізико-хімічні властивості природного газу визначають широкий спектр його використання в промисловості.

Особлива властивість природного газу

Особлива властивість даного з'єднання - цездатність утворювати газогідратні поклади, тобто перебувати в твердому стані. Дані структури є поглинені молекулами пластової води обсяги природного газу в співвідношенні 1/220. Тому подібні поклади є надзвичайно багатими породами. Місця їх зосередження в природі:

• глибинні піддонні шари Світового океану;
• скупчення вічної мерзлоти.

Умови існування - гідродинамічний тиск і низькі температури.

Природні родовища газу

Якщо говорити про зміст природного газу в природі, то можна виділити основні місця концентрації:

1. Це гірська осадова порода, корисна копалина, яке формується протягом багатьох тисячоліть анаеробним розпадом органіки в глибоких шарах земної кори.
2. Розчинений в підземних водах.
3. Входить до складу нафти, формуючи над нею нафтогазову шапку.
4. Залягає у вигляді газогідратів в шарах морського дна і точках крайньої Півночі.

Якщо ж позначати поширення родовищ газу територіально, то лідерами є такі країни:

• Росія.
• Країни Перської затоки.
• США.
• Канада.
• Іран.
• Казахстан.
• Азербайджан.
• Узбекистан.
• Норвегія.
• Туркменія.
• Нідерланди.

Видобуток в світі складає щорічно приблизно 3643 млрд м³³ на рік. З них тільки на Росію припадає 673,46 млрд м³³.

Температура природного газу, при якій він згоряє, дорівнює 650 ⁰С.Тобто це той показник, при якому він здатний самозайматися. При цьому виділяється більша кількість теплової енергії, ніж при горінні будь-якого іншого виду палива. Природно, це не могло не відбитися на областях використання даної речовини.

Саме тому багато країн, які не мають природних запасів газу, змушені імпортувати його з інших держав. Транспортування здійснюється декількома способами:

• по трубопроводу в газоподібному стані;
• в цистернах по морському шляху - в рідкому вигляді;
• в залізничних вагонах-цистернах - скраплений.

Кожен із шляхів має свої переваги інедоліки. Зокрема, морський і залізничний варіанти більш безпечні, так як хімічна активність скрапленого газу в охолоджених балонах набагато нижче, ніж в газоподібному стані. По трубопроводу ж збільшується дальність передачі і її обсяги, крім того, даний спосіб економічно вигідний.

Метан в складі природного газу

Газ метан є основним сировинним компонентомв складі природної суміші. Його вміст коливається в межах 70-98%. Сам по собі це третій за поширеністю на планеті газ, який входить до складу нафти, міжзоряного простору, атмосфери інших планет.

З точки зору хімії, газ метан - граничнийвуглеводень, що відноситься до ряду насичених аліфатичних з'єднань. Найперший представник алканів або парафінів. Хімічна активність його невелика, він досить спокійний. Здатний вступати в реакції:

• заміщення;
• повного окислення;
• конверсії.

Горить безбарвним некоптящем полум'ям, запаху не має.

Види природного газу

Існує три основних види даної речовини.

1. Сухий природний газ - це такий, в якому метану понад 97%. Тобто вміст домішок, в тому числі інших вуглеводнів, вкрай низька.
2. Худий газ. Так називають суміш, яка містить незначну кількість важких вуглеводнів.
3. Жирний природний газ - той, що багатий на важкі вуглеводні і неорганічні компоненти (азот, водень, гелій, аргон, вуглекислий газ, сірководень).
   

Таке поняття, як коефіцієнт сухості газу,дозволяє оцінити якість сировини, з якого в подальшому буде виготовлятися продукція. Адже сам природний газ - це лише база. Для різних галузей промисловості потрібен свій продукт, тому він проходить ретельну обробку і очищення відповідно до конкретних вимог.

Якість продукції

Якість природного газу безпосередньо залежить відскладу. Якщо метан переважає, то такий продукт буде найкращим як джерело палива. Якщо ж найбільше в складі жирних вуглеводнів, то для хімічної промисловості таку сировину - найбільш підходяще.

Щоб постачати природний газ належногоякості, існують спеціальні хімічні заводи, на яких він проходить ретельне очищення та обробку до подальшої відправки в кінцевий пункт. Методи роботи будуть залежати від того, для яких цілей призначається продукт.

Так, наприклад, якщо він буде використовуватися дляпобутових цілей, то в нього додають спеціальні речовини-одоранти, зокрема меркаптани. Це робиться для того, щоб газ став мати запах, адже тоді в разі витоку його нескладно буде знайти. Все меркаптани мають різкий неприємний запах.

Використання природного газу

Споживання природного газу здійснюється багатьма галузями промисловості і об'єктами. наприклад:

• ТЕЦ.
• Котельні.
• Газові двигуни.
• Хімічне виробництво (виготовлення пластмас і інших матеріалів).
• Паливо для машин.
• Обігрів житлових приміщень.
• Приготування їжі.

Тому світовий видобуток даної сировини так велика, і імпорт і експорт оцінюються в мільярди доларів.

Екологічний аспект

З точки зору чистоти для природи немає кращогоджерела палива, ніж природний газ. Екологічні організації повністю схвалюють його використання. Однак в останні роки згоряння природного газу призводить до накопичення одного з продуктів реакції - діоксиду вуглецю.

А так як він ставиться до парникових газів, то дляпланети його скупчення дуже небезпечні. Тому ведуться множинні роботи, розробляються проекти щодо захисту екологічного стану планети від насувається парникового ефекту.