Доклад на тему газ полезное ископаемое

Доклады и сообщения
География
Природный газ

Понятие «природный газ» — обобщенный термин для сочетания газов, образующихся в результате разрушения всевозможных органических веществ в толще земной коры под высоким давлением.

1. Основные свойства

Физические качества определяются агрегатным состоянием смеси. 1 кубический метр сухого газа весит меньше 1 кг, а сжиженного газа— около полутонны. Температура самовозгорания — порядка 650 градусов Цельсия.

В составе обнаруживаются как простые углеводороды (преобладает метан), так и другие газы (водород, азот, сероводород.). При содержании кислорода выше 5% смесь становится взрывоопасной.

В естественном состоянии газ бесцветный и не имеет характерного запаха. Примеси, которые добавляются чуть позже, могут обладать цветом или запахам и помогают своевременно обнаружить утечку.

2. Залежи

Крупнейшие запасы этого природного ископаемого обнаружены на территории РФ, территории африканских государств. Среди европейских стран лидерами являются Нидерланды и Норвегия. Огромное количество месторождений скрыты под толщей мирового океана.

3. Добыча и транспортировка

В среднем глубина месторождений природного газа порядка 1 км, но есть и исключения. Глубина залегания газосодержащих слоев коры может достигать порядка 10 км (так были обнаружены некоторые месторождения на территории Ямало-Ненецкого автономного округа).

Залежи газа представляет собой миллиарды мельчайших пор, сообщенных между собой. Содержимое находится в них под высоким давлением. При бурении скважины начинается поступление (из области высокого давления в область низкого).

Дальнейшая транспортировка может быть различной. В сжиженном состоянии удобным способом будет использование газовозов, но большая часть добываемого газа перемещается через газопроводы.

4. Применение

Экологическая безопасность и невысокая себестоимость обуславливает практически повсеместную распространенность в виде топлива как для бытовых нужд, так и в промышленности.

Изначально природный газ относился к побочным продуктам нефтедобычи. Позднее были разработаны технологии транспортировки и химическая промышленность тоже не обошла вниманием это полезное ископаемое. Углеводороды, входящие в состав, служат отличным источником материала для производства различных видов пластмасс, резины.

Вариант №2

Природный газ является одним из представителей полезных ископаемых, он представляет собой смесь различных газов. В большинстве случаев его используют как горючее, реже в качестве сырья в химической промышленности. Он образуется глубоко под землей из органических веществ в результате действия высоких температур, а также давления.

При нормальных внешних условиях данный газ находится в газообразном состоянии. Но его можно найти и в кристаллическом состоянии в порах горных пород. Природный газ не имеет ни цвета, ни запаха. Можно отметить, что в быту газ имеет неприятный запах. Данная мера используется для того, чтобы граждане смогли обнаружить наличие газа в воздухе и своевременно принять меры. Чаще всего для придания газу резкого и неприятного запаха используют этилмеркаптан.

В состав природного газа входит метан, его часть составляет более 90%. Помимо метана, в составе данного газа присутствуют: пропан, бутан, этан, также есть и часть других газов — водорода, азота и углекислого газа.

Природный газ образовался в природных условиях из низкомолекулярных углеводородов, которые в свою очередь получились на больших глубинах в результате воздействия высоких температур и большого давления на илистые осадки. С течением времени эти осадки ушли глубоко под землю из-за осадков и деятельности живых организмов.

Добыча природного газа происходит из земли на глубине более километра. Глубоко под землей данный газ находится в порах горных пород. Также данный газ добывают из месторождений, скоплений газа в пустотах, с помощью скважин. Газ выходит через скважину из-за разницы давления, глубоко под землей, которое в несколько раз превышает атмосферное.

В современном мире данный газ широко используют для отопления домов, как частных, так и многоквартирных, а также нагрева воды и так далее. Данный газ получил широкое применение в промышленности, в большинстве случаев его используют как топливо, а также широко применяется и в химической промышленности, с помощью него получают пластмассы и другие органические вещества.

Одним из главных плюсов использования данного вида топлива является то, что его транспортировка на значительные расстояния относительно дешевая. Для улучшения транспортировки газ сжижают и охлаждают при повышенном давлении, в результате чего увеличивается поток вещества.

Для хранения природного газа создают подземные газохранилища, но нередко используют и природные естественные пещеры, что сокращает расходы.

3, 4, 10 класс, окружающий мир по химии

Природный газ

Химический состав[править | править код]

Основную часть природного газа составляет метан (CH4) — от 70 до 98 %. В состав природного газа могут входить более тяжёлые углеводороды — гомологи метана[1]:

этан (C2H6),
пропан (C3H8),
бутан (C4H10),
пентан (C5H12).

Природный газ содержит также другие вещества, не являющиеся углеводородами:

водород (H2),
сероводород (H2S),
углекислый газ (СО2)[1],
азот (N2)[1],
гелий (He) и другие инертные газы.

Чистый природный газ не имеет цвета и запаха. Для облегчения возможности определения утечки газа в него в небольшом количестве добавляют одоранты — вещества, имеющие резкий неприятный запах (гнилой капусты, прелого сена, тухлых яиц). Чаще всего в качестве одоранта применяется тиолы (меркаптаны), например, этилмеркаптан (16 г на 1000 м³ природного газа).

Природный газ считается более экологичным, по сравнению с углем, так как дает меньший выброс СО2 на единицу получаемой энергии[2].

Физические свойства[править | править код]

Ориентировочные физические характеристики (зависят от состава; приведены при нормальных условиях, если не указано иное):

Плотность:
- от 0,68 до 0,85 кг/м³ (сухой газообразный);
- 400 кг/м³ (жидкий).
Температура самовозгорания: 650 °C;
Температуры конденсации-испарения −161,5 °С[3];
Взрывоопасные концентрации смеси газа с воздухом от 4,4 % до 17 % объёмных;
Удельная теплота сгорания: 28—46 МДж/м³ (6,7—11,0 Мкал/м³)[4] (то есть 8-12 кВт·ч/м³);
Октановое число при использовании в двигателях внутреннего сгорания: 120—130.
Легче воздуха в 1,8 раза, поэтому при утечке не собирается в низинах, а поднимается вверх[5].

Месторождения природного газа[править | править код]

Глубокое разведочное бурение на нефть и газ в России, по данным Росстата

В осадочной оболочке земной коры сосредоточены огромные залежи природного газа. Согласно теории биогенного (органического) происхождения нефти, они образуются в результате разложения останков живых организмов. Считается, что природный газ образуется в осадочной оболочке при бо́льших температурах и давлениях, чем нефть. С этим согласуется тот факт, что месторождения газа часто расположены глубже, чем месторождения нефти.

Крупнейшими запасами природного газа обладают: Россия (Уренгойское месторождение, Газпром обладает 17 % мировых запасов газа), Иран, большинство стран Персидского залива, США, Канада. Среди европейских стран — Норвегия и Нидерланды. Среди бывших республик Советского Союза большими запасами газа владеют Туркмения, Азербайджан, Узбекистан, а также Казахстан (Карачаганакское месторождение).

Метан и некоторые другие углеводороды широко распространены в космосе. Метан — третий по распространённости газ во Вселенной после водорода и гелия. В виде метанового льда он участвует в строении многих удалённых от солнца планет и астероидов, однако такие скопления, как правило, не относят к залежам природного газа, и они до сих пор не нашли практического применения. Значительное количество углеводородов присутствует в мантии Земли, однако они тоже не представляют интереса.

Газогидраты[править | править код]

В науке долгое время считалось, что скопления углеводородов с молекулярным весом более 60 пребывают в земной коре в жидком состоянии, а более лёгкие — в газообразном. Однако во второй половине XX века группа сотрудников Московского института нефти и газа А. А. Трофимук, Н. В. Черский, Ф. А. Требин, Ю. Ф. Макогон, В. Г. Васильев обнаружили свойство природного газа в определённых термодинамических условиях переходить в земной коре в твёрдое состояние и образовывать газогидратные залежи. Позже выяснилось, что запасы природного газа в этом состоянии огромны[6].

Газ переходит в твёрдое состояние в земной коре, соединяясь с пластовой водой при гидростатических давлениях до 250 атм и сравнительно низких температурах (до +22 °C). Газогидратные залежи обладают несравненно более высокой концентрацией газа в единице объёма пористой среды, чем в обычных газовых месторождениях, так как один объём воды при переходе её в гидратное состояние связывает до 220 объёмов газа. Зоны размещения газогидратных залежей сосредоточены главным образом в районах распространения многолетнемёрзлых пород, а также на небольшой глубине под океаническим дном[6].

Добыча и транспортировка[править | править код]

Добыча[править | править код]

Природный газ находится в земле на глубине от 1000 м до нескольких километров (сверхглубокой скважиной недалеко от города Нового Уренгоя получен приток газа с глубины более 6000 метров). В недрах газ находится в микроскопических пустотах (порах). Поры соединены между собой микроскопическими каналами — трещинами, по этим каналам газ поступает из пор с высоким давлением в поры с более низким давлением до тех пор, пока не окажется в скважине.
Движение газа в пласте подчиняется определённым законам.
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.

Газ добывают из недр земли с помощью скважин. Скважины стараются разместить равномерно по всей территории месторождения для равномерного падения пластового давления в залежи. Иначе возможны перетоки газа между областями месторождения, а также преждевременное обводнение залежи.

Мировая добыча природного газа в 2014 году составляла 3460,6 млрд м³. Лидирующее положение в добыче газа занимают Российская Федерация (в 2005 году объём добычи составил 548 млрд м³) и США (в 2009 году США впервые обогнали Россию не только по объёму добытого газа (624 млрд м³ против 582,3 млрд м³), но и по объёму добычи товарного газа, то есть, идущего на продажу контрагентам; в 2010 году Россия вернула себе лидерство в объёмах добываемого газа, нарастив добычу, США же, напротив, снизили добычу).

Транспортировка природного газа[править | править код]

Газ, поступающий из скважин, необходимо подготовить к транспортировке конечному пользователю — химический завод, котельная, ТЭЦ, городские газовые сети. Необходимость подготовки газа вызвана присутствием в нём, кроме целевых компонентов (целевыми для различных потребителей являются разные компоненты), также и примесей, вызывающих затруднения при транспортировке либо применении. Так, пары воды, содержащиеся в газе, при определённых условиях могут образовывать гидраты или, конденсируясь, скапливаться в различных местах (например, изгиб трубопровода), мешая продвижению газа; сероводород вызывает сильную коррозию газового оборудования (трубы, ёмкости теплообменников и т. д.). Помимо подготовки самого газа, необходимо подготовить и трубопровод. Широкое применение здесь находят азотные установки, которые применяются для создания инертной среды в трубопроводе.

В настоящее время основным видом транспорта является трубопроводный. Газ под давлением 75 атм прокачивается по трубам диаметром до 1,42 м. По мере продвижения газа по трубопроводу он, преодолевая силы трения как между газом и стенкой трубы, так и между слоями газа, теряет потенциальную энергию, которая рассеивается в виде тепла. Поэтому через определённые промежутки необходимо сооружать компрессорные станции (КС), на которых газ обычно дожимается до давления от 55 до 120 атм и затем охлаждается. Сооружение и обслуживание трубопровода весьма дорогостоящи, но тем не менее это наиболее дешёвый с точки зрения начальных вложений и организации способ транспортировки газа на небольшие и средние расстояния.

Кроме трубопроводного транспорта широко используют специальные танкеры — газовозы, специальные суда, на которых газ перевозится в сжиженном состоянии в специализированных изотермических ёмкостях при температуре от −160 до −150 °С.
Такой метод транспортировки является значительно более экономичным, чем трубопроводный, начиная с расстояний до потребителя сжиженного газа более 2000—3000 км, так как основную стоимость составляет не транспортировка, а погрузочно-разгрузочные работы, но требует более высоких начальных вложений в инфраструктуру, чем трубопроводный. К его достоинствам относится также тот факт, что сжиженный газ куда более безопасен при перевозке и хранении, чем сжатый.
В 2004 г. международные поставки газа по трубопроводам составили 502 млрд м³, сжиженного газа — 178 млрд м³. При этом доля сжиженного газа в общем объеме поставок быстро растет, превысив к 2018 году 40 % (323 млрд м³) и по имеющимся прогнозам увеличится до 60 % к 2040 году.[7]

Есть также и другие технологии транспортировки газа, например с помощью железнодорожных цистерн. Разрабатывались также проекты транспортировки газа с использованием дирижаблей или в газогидратном состоянии, но эти разработки не нашли применения в силу различных причин.

Сжиженный природный газ[править | править код]

С целью транспортировки очищенный от примесей природный газ сжижают, охлаждая его до температуры конденсации −161,5 °С. Полученную жидкость называют сжиженным природным газом (СПГ). Основное преимущество СПГ — занимаемый объем меньше в 600 раз. Перед поставкой потребителю СПГ возвращают в газообразное состояние на регазификационных терминалах[3].

СПГ производится на ожижительных установках. СПГ перевозят в специальных криогенных емкостях[3].

В промышленных целях первый СПГ был получен в 1917 году в США. За ненадобностью технология не совершенствовалась до середины XX века, и только в 1941 году была совершена следующая попытка произвести СПГ. Производство СПГ достигло промышленных масштабов в середине 1960-х годов[3].

В СССР первые установки сжижения природного газа известны с 1946 года.[8] Однако промышленного применения СПГ в СССР не получил. В России первый крупнотоннажный завод СПГ запущен в 2009 году в рамках проекта «Сахалин-2»[3].

Компримированный природный газ[править | править код]

Компримированный (сжатый) природный газ — природный газ, сжатый на компрессорной станции до давления 200—245 кг/см2 для использования в качестве топлива в двигателях внутреннего сгорания. Компримирование газа производится на автомобильных газонаполнительных компрессорных станциях, куда газ поставляется от магистральных трубопроводов. Компримированный природный газ используется на легковых автомобилях, пассажирском и лёгком грузовом транспорте, коммунальной технике[9]

Экология[править | править код]

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 топлива. Однако сжигание человечеством огромного количества различных видов топлива, в том числе природного газа, за последние полвека привело к увеличению содержания углекислого газа в атмосфере, который является парниковым газом. Некоторые ученые на этом основании делают вывод об опасности возникновения парникового эффекта и как следствие — потепление климата. В связи с этим в 1997 году был подписан Киотский протокол по ограничению парникового эффекта. По состоянию на 26 марта 2009 года Протокол был ратифицирован 181 страной мира (на эти страны совокупно приходится более чем 61 % общемировых выбросов).

Применение[править | править код]

Автобус, работающий на природном газе

Природный газ широко применяется в качестве горючего в жилых, частных и многоквартирных домах для отопления, подогрева воды и приготовления пищи; как топливо для машин (газобаллонное оборудование автомобиля, газовый двигатель), котельных, ТЭЦ, различной техники и др. Сейчас он используется в химической промышленности, как исходное сырьё для получения различных органических веществ, например, пластмасс. Для обнаружения утечек газа без использования специальных приборов в него добавляют в безвредных концентрациях этантиол, обладающий резким характерным запахом.

Газовая плита
Газовый водонагреватель
Газовый котёл

См. также[править | править код]

Месторождение природного газа
Метан угольных пластов
Гидраты природных газов
Болотный газ
Сланцевый газ
Синтетические аналоги природного газа
Сжиженный природный газ
Газпром
Международный газовый союз
Нефть

Примечания[править | править код]

Литература[править | править код]

Роддатис, К. Ф. Табл. 2.9. Средний состав природного газа, его теплота сгорания, плотность, объемы воздуха и продуктов сгорания при а=1 : [арх. 4 сентября 2011] // Справочник по котельным установкам малой производительности / К. Ф. Роддатис, А. Н. Полтарецкий. — М. : Энергоатомиздат, 1989. — С. 36−37. — 488 с. : ил. — 64 000 экз. — ББК 31.361. — УДК 621.182 (035.5)(G). — ISBN 5-283-00018-4.
ГОСТ Р 53367-2009 : Газ горючий природный. Определение серосодержащих компонентов хроматографическим методом : Издание официальное : [арх. 5 ноября 2013]. — М. : Стандартинформ, 2010.

Ссылки[править | править код]

ExxonMobil пророчит газу светлое будущее : [арх. 31 июля 2013] // Вокруг газа : электр. журн.. — 2011. — 28 января.
Добыча газа в мире в 2011-м году : [арх. 4 марта 2016] // Вокруг газа : электр. журн.. — 2012. — 28 июня.
Alexey. «Газовые гиганты» : [арх. 19 июня 2008] // Природа.SU : электр. журн.. — 2008. — 7 мая. — Блог.
Что такое сжиженный природный газ. Информаторий. ПАО «Газпром». Дата обращения 5 июня 2019. Архивировано 25 ноября 2011 года.
Что такое природный газ. Информаторий. ПАО «Газпром». Дата обращения 5 июня 2019. Архивировано 25 ноября 2011 года.

Источник