Откуда берется газ в земле
Природный газ — смесь углеводородов, предмет религиозного культа, спора ученых и важнейший сырьевой ресурс. Он невидим и не имеет запаха. В России его больше, чем где-либо в мире.
Из чего состоит природный газ
Основу природного газа составляет метан (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.
Запах газа
Что интересно, ни один из названных газов не имеет ни цвета, ни запаха. Характерный неприятный запах, с которым в быту сталкивался практически каждый человек, придается газу искусственно и называется одорацией. В качестве одорантов, то есть неприятно пахнущих веществ, обычно используют серосодержащие соединения. Человек может уловить запах одного из самых распространенных одорантов — этантиола — даже если одна часть этого вещества придется на 50 миллионов частей воздуха. Именно благодаря одорации можно легко устанавливать утечки газа.
Этап добавления одоранта
с неприятным запахом.
Природный газ без запаха
Природный газ
с неприятным запахом
Спор ученых
Относительно происхождения природного газа (как, впрочем, и нефти) среди ученых до сих пор не существует единого мнения. Две основные концепции — биогенная и минеральная — утверждают разные причины образования углеводородных полезных ископаемых в недрах Земли.
Минеральная теория
Образование полезных ископаемых в пластах горных пород — часть процесса дегазации Земли. Из-за внутренней динамики Земли углеводороды, находящиеся на больших глубинах, поднимаются в зону наименьшего давления, образуя в результате газовые и нефтяные залежи.
Биогенная теория
Живые организмы, погибшие и опустившиеся на дно водоемов, разлагались в безвоздушном пространстве. Опускаясь все глубже из-за геологических движений, остатки разложившейся органики превратились под воздействием термобарических факторов (температуры и давления) в углеводородные полезные ископаемые, в том числе — в природный газ.
Невидимые поры
Довольно распространено ложное представление о том, что газ находится под землей в неких пустотах, из которых легко полностью извлекается. На самом деле газ может находиться внутри горной породы, имеющей пористую структуру настолько мелкую, что человеческим глазом ее увидеть нельзя. Держа в руках кусок песчаника, извлеченного с огромной глубины, достаточно сложно представить, что внутри заключен природный газ.
Поклонение газу
Человечество знает о существовании природного газа давно. И, хотя уже в IV веке до н. э. в Китае его научились использовать для отопления и освещения, долгое время яркое пламя, не оставляющее пепла, являлось предметом мистического и религиозного культа для некоторых народов. Например, на Апшеронском полуострове (современная территория Азербайджана) в VII веке был воздвигнут храм огнепоклонников Атешгях, служения в котором проходили вплоть до XIX века.
Кстати, недалеко от храма Атешгях в 1859 году была совершена первая в России попытка (довольно кратковременная) использовать природный газ в промышленных целях — на нефтеперегонном заводе в Баку.
Термоламп и первый газ в России
История российской газовой промышленности начинается в 1811 году. Тогда изобретатель Петр Соболевский создал первую установку для получения искусственного газа — термоламп. Выступив с докладом об этом на заседании Всероссийского общества любителей словесности, наук и художеств, по указу Александра I Соболевский был награжден орденом за свое изобретение. А несколькими годами позже, в 1819 году, на Аптекарском острове в Санкт-Петербурге зажглись первые газовые фонари. Таким образом, история газовой промышленности в России началась почти 200 лет назад — в 2011 году у нее был юбилей.
В середине годов XX века во всем СССР было добыто 227,7 млн кубометров газа. В 2010 году Группой «Газпром» было добыто 508,6 млрд кубометров газа.
Россия занимает первое место в мире по объему запасов природного газа. Доля «Газпрома» в этих запасах составляет около 70%. Таким образом, «Газпром» располагает самыми богатыми в мире запасами природного газа.
С наступлением XX века началось активное развитие российской газовой промышленности: впервые разрабатывались газовые месторождения, утилизировался попутный (нефтяной) газ.
Русская смекалка
Однако до XX века в России природный газ являлся побочным продуктом при добыче нефти и назывался попутным газом. Не существовало даже самих понятий газового или газоконденсатного месторождений. Обнаруживались они случайно, например при бурении артезианских скважин. Однако известен случай, когда во время бурения такой скважины находчивый саратовский купец, увидев вместо воды пламя, построил на этом месте стекольный и кирпичный заводы. Промышленники постепенно начали осознавать, что природный газ может быть крайне полезен.
Что такое природный газ
Природный газ — один из лучших видов топлива для бытовых и промышленных нужд. Его используют для газоснабжения жилых частных и многоквартирных домов, как топливо для машин, котельных, ТЭЦ.
Из чего состоит природный газ
Основу природного газа составляет метан (CH4) — простейший углеводород. Обычно в его состав также входят более тяжелые углеводороды: этан, пропан, бутан. Также в состав природных газов в качестве примесей входят водород, сероводород, азот, углекислота, гелий и др. инетрные газы. Из этих газов только гелий, содержание которого достигает иногда 8 % общего количества присутствующих в природном резервуаре газов, представляет определенный промышленный интерес.
Запах газа
Природный газ не имеет ни цвета, ни запаха. Запах придается газу искусственно (одорация) для того, чтобы можно было предотвратить утечку. В качестве одорантов, то есть неприятно пахнущих веществ, обычно используют серосодержащие соединения (запах тухлых яиц и пр.). Человек может уловить запах этантиола, одного из самых распространенных одорантов, даже если одна часть этого вещества придется на 50 млн частей воздуха.
Добыча
Природный газ содержится в природных резервуарах: в виде газовых залежей, находящихся в пластах некоторых горных пород, в виде газовых шапок (над нефтью), а также в растворенном или кристаллическом виде. Залегают подземные источники на глубине от нескольких сотен метров до нескольких километров. Природный газ можно классифицировать как попутный (associated), если он встречается над нефтью, и как несвзвязанный, самостоятельный, не связанный с нефтью (nonassociated), когда газовые залежи располагаются отдельно от неё. В нефтегазовых резервуарах природный газ может быть обнаружен в свободном состоянии в виде газа, растворенного в нефти или воде, а также в виде сжиженного газа. Представление о том, что газ находится под землей в неких пустотах, из которых легко полностью извлекается, ошибочно. Природный газ заключен в мельчайшие трещины и поры, которыми обладают горные породы. Добыча природного газа осуществляется с помощью скважин. Газ выходит из недр вследствие того, что в пласте (в микроскопических порах и трещинах) давление многократно превышают атмосферное. Поэтому разность давлений в пласте и системе сбора и является движущей силой, которая заставляет газ подниматься наверх.
Сланцевый природный газ
Сланцевый газ (англ. shale gas) добывают из горючих сланцев (слоистые осадочные породы) и состоящий преимущественно из метана. Сланцевый газ распределен в небольших порах осадочных пород: горючих сланцев или уплотненных песчанников. Если в обычных месторождениях поры в породе обычно соединены между собой и выдают большой приток газа на поверхность, то в сланцевых месторождениях поры изолированы друг от друга, поэтому добывать газ из них нужно с помощью особой технологии — гидроразыва пласта (фрекинг). Эта технология подразумевает закачку в скважину под большим давлением жидкости (воды или особых гелей). Она создает трещины в породе, по которым газ из пор поступает на поверхность.
Обработка и транспортировка природного газа
Извлеченный на поверхность газ непригоден к немедленному использованию, так содержит много примесей и воды. Обработка на специальных предприятиях позволяет снизить количество примесей до минимума, а также осушить газ и придать ему знакомый запах. В результате газ становится пригодным для отправки конечному потребителю. Транспортировка осуществляется несколькими способами: по трубопроводам, газовозами-танкерами и железнодорожными цистернами. В последних двух случаях газ транспортируют в сжиженном состоянии (СПГ).
Что такое природный газ и откуда он берется
Природный газ — это полезное ископаемое, важнейший сырьевой ресурс, смесь углеводородов, предмет религиозного культа, спора ученых, инструмент экономического и политического влияния.
Авторы материала
Р. О. Самсонов, К. И. Джафаров
«Российская газовая энциклопедия», издание 2020 года
Природный газ — это горючий газ, добываемый в основном из земной коры (литосферы), представляющий собой смесь углеводородных (в основном метан CH₄ до 98% об.) и неуглеводородных соединений и элементов (азота N₂, двуокиси углерода CO₂, сероводорода H₂S, гелия He и др.). Все входящие в газ компоненты не действуют друг на друга химически. В пластовых условиях природный газ находится в газообразной фазе либо в растворенном виде в нефти или воде, а в стандартных условиях — только в газообразной фазе. Физическими параметрами, определяющими состояние данного газа, являются давление, объем и температура. Основным источником метана на Земле является природный газ.
CH4 — молекула метана
Относительно происхождения природного газа метана СН₄ (как, впрочем, и нефти) среди ученых до сих пор не существует единого мнения. Две основные концепции утверждают разные причины образования углеводородных полезных ископаемых в недрах Земли. Первая концепция происхождения нефти и газа называется органической, или биогенной (греч. «биос» — жизнь, «генесис» — происхождение), вторая — минеральной, неорганической, или абиогенной (греч. «а» — не).
Обе точки зрения, оперирующие современными знаниями, которыми располагают науки о Земле, физика, химия, биология, сохраняют в настоящее время устойчивый антагонизм и решительное неприятие выводов друг друга.
Углекислый газ (диоксид углерода)
Он не пригоден для поддержания жизни. Однако именно им «питаются» растения, превращая его в органические вещества. К тому же он является своеобразным «одеялом» Земли. Если этот газ вдруг исчезнет из атмосферы, на Земле станет гораздо прохладнее, а дожди практически исчезнут.
«Одеяло Земли»
Углекислый газ (двуокись углерода, диоксид углерода, CO2) формируется при соединении двух элементов: углерода и кислорода. Он образуется в процессе сжигания угля или углеводородных соединений, при ферментации жидкостей, а также как продукт дыхания людей и животных. В небольших количествах он содержится и в атмосфере, откуда он ассимилируется растениями, которые, в свою очередь, производят кислород.
Углекислый газ бесцветен и тяжелее воздуха. Замерзает при температуре −78.5°C с образованием снега, состоящего из двуокиси углерода. В виде водного раствора он образует угольную кислоту, однако она не обладает достаточной стабильностью для того, чтобы ее можно было легко изолировать.
Углекислый газ — это «одеяло» Земли. Он легко пропускает ультрафиолетовые лучи, которые обогревают нашу планету, и отражает инфракрасные, излучаемые с ее поверхности в космическое пространство. И если вдруг углекислый газ исчезнет из атмосферы, то это в первую очередь скажется на климате. На Земле станет гораздо прохладнее, дожди будут выпадать очень редко. К чему это в конце концов приведет, догадаться нетрудно.
Правда, такая катастрофа нам пока еще не грозит. Скорее даже, наоборот. Сжигание органических веществ: нефти, угля, природного газа, древесины – постепенно увеличивает содержание углекислого газа в атмосфере. Значит, со временем надо ждать значительного потепления и увлажнения земного климата. Кстати, старожилы считают, что уже сейчас заметно теплее, чем было во времена их молодости.
Двуокись углерода выпускается жидкая низкотемпературная, жидкая высокого давления и газообразная. Ее получают из отбросных газов производств аммиака, спиртов, а также на базе специального сжигания топлива и других производств. Газообразная двуокись углерода – газ без цвета и запаха при температуре 20°С и давлении 101,3 кПа (760 мм рт. ст.), плотность – 1,839 кг/м 3 . Жидкая двуокись углерода – просто бесцветная жидкость без запаха.
Углекислый газ нетоксичен и невзрывоопасен. При концентрациях более 5% (92 г/м 3 ) двуокись углерода оказывает вредное влияние на здоровье человека — она тяжелее воздуха и может накапливаться в слабо проветриваемых помещениях у пола. При этом снижается объемная доля кислорода в воздухе, что может вызвать явление кислородной недостаточности и удушья.
Получение двуокиси углерода
В промышленности углекислый газ получают из печных газов, из продуктов разложения природных карбонатов (известняк, доломит). Смесь газов промывают раствором карбоната калия, который поглощает углекислый газ, переходя в гидрокарбонат. Раствор гидрокарбоната при нагревании разлагается, высвобождая углекислоту. При промышленном производстве газ закачивается в баллоны.
В лабораторных условиях небольшие количества получают взаимодействием карбонатов и гидрокарбонатов с кислотами, например мрамора с соляной кислотой.
«Сухой лед» и прочие полезные свойства диоксида углерода
В повседневной практике углекислый газ используется достаточно широко. Например, газированная вода с добавками ароматных эссенций – прекрасный освежающий напиток. В пищевой промышленности диоксид углерода используется и как консервант — он обозначается на упаковке под кодом Е290, а также в качестве разрыхлителя теста.
Углекислотными огнетушителями пользуются при пожарах. Биохимики нашли, что удобрение. воздуха углекислым газом весьма эффективное средство для увеличения урожайности различных культур. Пожалуй, такое удобрение имеет единственный, но существенный недостаток: применять его можно только в оранжереях. На заводах, производящих диоксид углерода, сжиженный газ расфасовывают в стальные баллоны и отправляют потребителям. Если открыть вентиль, то из отверстия с шипением вырывается. снег. Что за чудо?
Все объясняется просто. Работа, затраченная на сжатие газа, оказывается значительно меньше той, которая требуется на его расширение. И чтобы как-то компенсировать возникающий дефицит, углекислый газ резко охлаждается, превращаясь в «сухой лед». Он широко используется для сохранения пищевых продуктов и перед обычным льдом имеет значительные преимущества: во-первых, «хладопроизводительность» его вдвое выше на единицу веса; во-вторых, он испаряется без остатка.
Углекислый газ используется в качестве активной среды при сварке проволокой, так как при температуре дуги углекислота разлагается на угарный газ СО и кислород, который, в свою очередь, и входит во взаимодействие с жидким металлом, окисляя его.
Углекислота в баллончиках применяется в пневматическом оружии и в качестве источника энергии для двигателей в авиамоделировании.
- Двуокись углерода высокой чистоты марки 4.0
- Двуокись углерода жидкая высший сорт (99,8%)