Фізичні властивості природного газу. Використання природного газу

Природний газ сировинної і енергетичної бази будь-якої країни, в тому числі і Росії, займає особливе місце. Цей вид палива відрізняється низькими витратами видобутку, зберігання та транспортування і при цьому високими споживчими якостями. Які фізичні властивості природного газу та сфера його застосування — про це читайте далі у статті.

Трохи історії

Обігрівати і висвітлювати свої житла з використанням природного газу чоловік почав ще в давнину. Першими застосовувати для цієї мети блакитне паливо китайці навчилися. Ще в IV тис. до н. е. на території Піднебесної люди опалювали будинки з використанням такого вогню.

Власне, саме слово «газ» було придумано в 1600 р. голландським ученим Гельмонтом. По суті, воно являє собою спотворене грецьке слово «хаос», що в перекладі означає «сяючий простір».

Що собою являє

Формула природного газу виглядає наступним чином: СН4. Являє собою цей вид палива, по суті, звичайний корисна копалина. Видобувають природний газ в землі там, де мільйони років тому плескався доісторичний океан. Тисячі і тисячі загиблих мешканців водної стихії падали на дно і поступово перетворювалися в мул. Розкладатися належним чином вони при цьому не могли з-за нестачі кисню і відсутність бактерій.

Із-за зрушень земної кори такі відкладення поступово занурювалися все глибше і глибше, піддаючись впливу високих температур і тиску. У результаті В таких масах починали відбуватися реакції, при яких вуглець органіки, з’єднуючись з воднем. При не дуже високих температурах при цьому утворювалася нафту. При підвищенні ж цього параметра органіка перетворювалася на природний газ, фізичні властивості якого нині дозволяють використовувати його в самих різних сферах людського життя.

Як видобувають

Залягає цей вид палива в природі, таким чином, зазвичай на дуже великій глибині в землі. У більшості випадків природний газ, як нафта, добувають методом буріння свердловин. Також це корисна копалина може підніматися на поверхню із дна морів і океанів зі спеціальних платформ. Іноді для видобутку блакитного палива використовують і метод гідророзриву. У цьому випадку в землі спочатку бурять свердловину. Потім у неї накачують велику кількість води або повітря. В результаті перегородки, наявні в гірських породах, руйнуються і метан починає надходити на поверхню.

Сфера використання природного газу

Газова промисловість у багатьох країнах є одним з основних джерел доходу держави. Саме таким чином справа у тому числі і в Росії. Природного газу в нашій країні видобувається багато. Дуже широка і сфера використання блакитного палива у нас в країні. Велика частина природного газу в РФ йде, звичайно ж, на опалення помешкань. На даний момент у нас у країні споживають метан у комунальній сфері більш ніж в 2 тис. міст і 3,5 тис. селищ.

Питома теплота згоряння природного газу досить висока. Тому в нашій країні широко використовують не тільки для опалення, але і для термічної обробки харчових продуктів.

Також блакитне паливо є популярним:

  • у металургійній і цементній промисловості;

  • у легкій і харчовій.

Крім цього, таке корисне копалину широко використовується в хімічній промисловості в якості сировини. Працювати на газу сьогодні може не тільки різного роду опалювальне і нагрівальне устаткування, але і, наприклад, автомобілі. Для двигунів легкових і вантажних машин таке паливо використовується в зрідженому вигляді. При цьому варто газ дешевше бензину і солярки і до того ж відрізняється меншою пожежонебезпекою.

Склад природного газу

Компонентами блакитного палива є відразу кілька речовин. Хімічний склад природного газу та властивості цієї речовини, звичайно ж, безпосередньо взаємопов’язані. Утворюється цей вид палива з органіки. Тому найбільше такий газ містить вуглеводнів. Основним компонентом блакитного палива є метан. Його до складу такого газу входить близько 98%. Також компонентами цього корисних копалин є:

  • етан;

  • бутан;

  • пропан.

У невеликих кількостях природний газ містить також неуглеводородные речовини:

  • водень;

  • діоксид вуглецю;

  • сірководень;

  • гелій;

  • азот.

Які існують види

У побуті і промисловості використовується в основному саме утворилося на місці океанів мільйони років тому в товщі землі паливо. Формула у природного газу, широко експлуатується людиною, як ми з’ясували — СН4. Такий вид палива може бути звичайним або скрапленим.

Також розрізняють такі види природного газу:

  • нафтовий;

  • болотний;

  • сланцевий;

  • вугільний і коксовий.

Деякі з цих речовин можуть також застосовуватися людиною, наприклад, у промисловості. Однак експлуатуються ці різновиди все ж набагато рідше, ніж метановий природний газ.

Основні фізичні властивості

Відмінною особливістю природного газу, крім усього іншого, є те, що він не має кольору і запаху. Також цей вид палива не відноситься до групи токсичних або отруйних речовин. Однак природний газ при цьому все ж є речовиною пожежо — і вибухонебезпечним. Перед використанням, наприклад, для обігріву будинків в нього в обов’язковому порядку додають особливі леткі речовини, що надають йому запаху. Такий захід дозволяє швидко виявляти витоки і приймати відповідні заходи.

Основні фізичні властивості природний газ має наступні:

  • щільність — 0.72 кг/м3;

  • температура, що розвивається при згорянні — 1600-2000 °С;

  • температура займання — 645 °С;

  • теплотворна здатність — 8500 Ккал при згорянні 1 м3.

Щільність метану у нижче, ніж у повітря. Тому при витоку він піднімається вгору і через деякий час розсіюється. Питома теплота згоряння природного газу дорівнює 50 Мдж/кг

Якими ще характеристиками відрізняється

Метан, як вже згадувалося, є речовиною вибухонебезпечним. Саме тому при використанні природного газу належить дотримувати певні заходи щодо недопущення його загоряння. У будь-якому випадку обладнання, призначене для транспортування, закачування і експлуатації блакитного палива повинні бути максимально надійним та мати великий запас міцності.

Відомо, що вибухонебезпечним є не власне сам природний газ, а його суміші з повітрям. При концентрації цього летючого речовини менше 5% і 15% в приміщенні може виникнути пожежа. Проте небезпеки вибуху в даному випадку не існує. Такий розвиток подій можливий тільки при концентрації метану в діапазоні від 5 до 15%.

При спалюванні природного газу утворюються такі, наприклад, речовини, як СО2, толуол, бензол, діоксид азоту та ін. При неповному згорянні цього виду палива, крім усього іншого, приміщення може заповнити і небезпечний для життя людини чадний газ.

Цікавою особливістю метану, крім усього іншого, є й те, що він здатний досить легко і швидко переходити в рідкий стан. Для цього газу потрібно просто створити особливі умови. Переходить це речовина у рідкий стан при атмосферному тиску 720 мм Hg. ст. і температурі -162 °С.

Крім усього іншого, має і такі природний газ фізичні властивості:

  • щільність в рідкому стані — 400 кг/м3.

  • тиск вибухової хвилі — 8,5 кг/см2;

  • швидкість вибухової хвилі — у 1,5-3,5 км/с.

Як вже згадувалося, природний газ у скрапленому стані, крім усього іншого, може використовуватися і в якості автомобільного палива. В даному випадку він закачується в балони, які потім включаються в паливну систему машини. Октановим числом цей вид автомобільного палива характеризується в 120-130.

Яким чином може транспортуватися

Переміщують видобуте з надр природний газ до різного роду споживачам, як і нафта, зазвичай по прокладеним під землею магістралях. По трубах блакитне паливо перекачується при цьому під тиском до 75 атмосфер. Діаметр магістралі для газу зазвичай мають на 1,42 м.

По всій протяжності трубопроводу, призначеного для транспортування блакитного палива, на деякій відстані один від одного обладнуються компресорні станції. Справа в тому, що, проходячи по магістралях, природний газ поступово втрачає потенційну енергію. На компресорних станціях тому паливо піддається дожиму для створення необхідного тиску.

По воді природний газ може транспортуватися в спеціальних танкерах. У таких суднах перевозять газ у зрідженому стані. Іноді цей вид палива може транспортуватися та в залізничних цистернах.

Яким чином проводиться підготовка до транспортування та використання

Видобутий в надрах природний газ зазвичай містить, крім усього іншого, вологу. Це, в свою чергу, може викликати серйозні ускладнення при експлуатації блакитного палива. При певних умовах волога в природному газі починає конденсуватися. А це, в свою чергу, може призвести до корозії стінок трубопроводу. У морози ж волога в магістралях легко утворює крижані затори, що звичайно ж, є неприпустимим.

Щоб уникнути виникнення подібних проблем, природний газ після видобутку зазвичай піддається осушення. Для цього на підприємстві знижують температуру точки роси на 5-7 °С нижчою робочою в магістралі.

Також перед подачею споживачеві природний газ може очищатися від сірководню і вуглекислого газу. Першого в блакитному паливі, згідно нормативам, повинно міститися не більше 2 г на 100 м3. При цьому очищення природного газу від вуглекислого здійснюється зазвичай з метою зниження концентрації останнього до 2%.

Одоризація

Запаху природний газ, як ми з’ясували, не має. Проте витоку можуть бути насправді дуже небезпечними. Накопичуючись в обмеженому стінами приміщенні, природний газ здатний викликати у людини ядуха. Відбувається це із-за нестачі кисню. Температура згоряння у природного газу вище, ніж у того ж бензину. Проте, як ми з’ясували, блакитне паливо є до всього іншого ще і речовиною вибухонебезпечним.

Для виявлення витоків природного газу піддається одоризації. Для того щоб паливо набуло легко вловимий запах, у нього в більшості випадків додають етил-меркаптан. За ступенем токсичності цей газ ідентичний сірководню і має такий же різкий і неприємний запах.