Газ это топливный ресурс

Добавил пользователь Евгений Кузнецов
Обновлено: 19.09.2024

Минэнерго подготовило программу развития рынка газомоторного топлива до 2024 года, на которую просит из бюджета 175 млрд руб. Ключевые цели программы — рост количества газовых заправок в 4 раза, продаж газа на них — в 5 раз

Кто получит субсидии и компенсации

Согласно программе, нефтяным и газовым компаниям, которые будут строить новые газовые заправки, предполагается компенсировать от 25 до 40% расходов (исходя из стоимости одной криозаправки в 150 млн руб. и 160 млн руб. для заправки на компримированном газе — АГНКС). Это, по замыслу авторов документа, поможет компаниям окупить убытки от работы станций в первые три года их существования и сократить срок окупаемости до семи-восьми лет.

На эти цели Минэнерго предлагает выделить в 2019–2024 годах 40 млрд руб. Еще 67,5 млрд руб. Минпромторг распределит на поддержку роста автопарка на газе — по 10 млрд руб. в год в течение пяти лет получат производители такого транспорта.

Какими будут результаты программы

По данным авторов программы, сейчас рынку газомоторного топлива мешает развиваться недостаток газозаправочных станций, бункеровочных баз в портах, экипировочных пунктов железных дорог. Еще одной проблемой является недостаточное количество производства как автомобилей на газе, так и карьерной и сельхозтехники, ограниченные возможности перевода существующего парка транспортных средств на газомоторное топливо и высокая стоимость зарубежной газомоторной техники.

В качестве эффекта от реализации программы Минэнерго ждет рост рынка сбыта газа на транспорте внутри страны в пять раз, до 3,8 млрд куб. м в год к 2024 году с 685 млн куб. м в 2018 году. К этому сроку предусмотрено строительство 1,4 тыс. газовых заправок. К 2030 году в оптимистичном сценарии ведомство прогнозирует рост потребления газа на транспорте до 10,7 млрд куб. м в год, а рост автопарка, который сможет использовать газ, — до 700 тыс. единиц.

Газомоторное топливо: планы против реальности

Представитель НОВАТЭКа не ответил на запрос РБК.

Переход на газ дорог, но перспективен

На долю транспорта, который использует бензин и дизельное топливо, приходится около 40% суммарных выбросов загрязняющих веществ в атмосферу и порядка 10% выбросов парниковых газов, согласно данным Минэнерго. Использование природного газа в качестве моторного топлива позволяет снизить выбросы минимум на 5%, повысить ресурс двигателей и срок эксплуатации транспортных средств, считают в министерстве.

Природный газ играет одну из ключевых ролей в мировом энергопотреблении, являясь относительно доступным по цене, экологичным и надежным источником энергии. Мировые запасы природного газа по состоянию на конец 2012 года составили 187,3 трлн. куб. м, из которых 17,6% находятся в России (рис. 1) [1].

За последние 40 лет добыча природного газа в мире увеличилась в более чем в 3 раза и в 2013 г. достигла 3 435 млрд. м 3 , что на 10,5% больше, чем в 2012г. [2]. Согласно данным Международного энергетического агентства за 2013 год [3] Россия занимает второе место по добыче природного газа (656 млрд. м 3 в 2012 г.).

Тенденцией последнего десятилетия является использование природного газа в качестве моторного топлива. Ежегодно число транспортных средств, использующих природный газ в качестве моторного топлива, постоянно растет. В Таблице 1 и на Рисунке 2 показана динамика увеличения количества транспортных средств в мире.

Страна

Россия

90 000

Рисунок 2. Динамика увеличения количества транспортных средств в мире

Возможности применения природного газа

Перспективы и возможности природного газа как универсального энергоносителя будущего не вызывают каких- либо сомнений. Широкое применение природного газа на транспорте, во всех сферах российской экономики позволит кардинально улучшить экологическую обстановку и снизить затраты на ГСМ в бюджетах всех уровней. Созданная в России Единая система газоснабжения охватывает большую часть населённой территории и готова к расширенному использованию.

Для чего же и как может быть использован природный газ?

Природный газ отлично вступает в химическую реакцию горения. Поэтому чаще всего его используют в качестве топлива для получения электрической и тепловой энергий, а также в качестве моторного топлива. Но на основе газа можно сделать еще удобрение, краску и многое другое.

Значительные объемы газа использует также металлургическая промышленность. Но и здесь природный газ также используется как источник энергии — для разогрева доменных печей.

Первичная переработка газа происходит на ГПЗ — газоперерабатывающих заводах. Обычно в природном газе помимо метана содержатся разнообразные примеси, которые необходимо отделить. Это азот, углекислый газ, сероводород, гелий, пары воды. Поэтому в первую очередь газ на ГПЗ проходит специальную обработку — очистку и осушку. Здесь же газ компримируют до давления, необходимого для переработки. На отбензинивающих установках газ разделяют на нестабильный газовый бензин и отбензиненный газ — продукт, который впоследствии и закачивают в магистральные газопроводы. Этот же уже очищенный газ идет на химические заводы, где из него производят метанол и аммиак. А нестабильный газовый бензин после выделения из газа подается на газофракционирующие установки, где из этой смеси выделяются легкие углеводороды: этан, пропан, бутан, пентан. Эти продукты тоже становятся сырьем для дальнейшей переработки. Из них в дальнейшем получают, к примеру, полимеры и каучуки. А смесь пропана и бутана сама по себе является готовым продуктом — ее закачивают в баллоны и используют в качестве бытового топлива.

Краска, клей и уксус также могут быть произведены из природного газа. По схеме, похожей на процесс Фишера-Тропша, из природного газа получают метанол (CH₃OH). Он используется в качестве реагента для борьбы с гидратными пробками, которые образуются в трубопроводах при низких температурах. Метанол может стать и сырьем для производства более сложных химических веществ: формальдегида, изоляционных материалов, лаков, красок, клеев, присадок для топлива, уксусной кислоты.

Путем нескольких химических превращений из природного газа получают также минеральные удобрения. На первой стадии это аммиак. Процесс получения аммиака из газа похож на процесс gas-to-liquid, но нужны другие катализаторы, давление и температура. Кстати, аммиак сам по себе является удобрением, а также используется в холодильных установках как хладагент и в качестве сырья для производства азотсодержащих соединений: азотной кислоты, аммиачной селитры, карбамида.

Потенциальные преимущества использования природного газа

По экономическим, экологическим, ресурсным и техническим критериям природный газ еще долго будет оставаться наилучшим моторным топливом.

Главным преимуществом является его экологическая безопасность. Исследования шведских экологов установили, что природный газ на 75% благоприятнее дизельного топлива и на 50% — бензина. Отработавшие газы метановых двигателей на 60% менее вредны для человека, практически не содержат канцерогенных компонентов; на 60-80% меньше разрушают озоновый слой; на 50% меньше способствуют формированию кислотных осадков; на 25% меньше провоцируют возникновения парникового эффекта.

природный газ чище бензина на 37%. Он не образует нагар на поршнях, клапанах и свечах зажигания, не смывает масляную пленку со стенок цилиндров и не разжижает масло в картере. Снижается нагрузка на цилиндро-поршневую группу, двигатель работает мягче и тише;
содержание вредных веществ в выхлопных газах снижается в автомобилях с карбюраторным двигателем — на 70%, с дизельным двигателем — на 53%.

Мировые запасы природного газа существенно превышают запасы нефти. Россия входит в тройку лидеров по объемам запаса природного газа.

Экономия ресурсов имеет первостепенное значение, являясь, по сути, чистой прибылью. КПГ получают на автомобильных газонаполнительных компрессорных станциях (АГНКС) без использования сложных технологических процессов, что отражается в стоимости КПГ.

КПГ — единственный вид моторного топлива, уровень цен на который ограничен законодательно. Согласно постановлению Правительства РФ № 31 от 15.01.1993 предельная отпускная цена на КПГ, производимый на АГНКС, не должна превышать 50% от цены реализуемого в регионе бензина А-76, включая НДС.

При использовании природного газа в качестве моторного топлива в 2-3 раза увеличивается срок службы моторного масла и свечей зажигания на 40% и 35-40% соответственно, увеличивается моторесурс двигателя и межремонтный пробег. При этом не образуется нагар на поршнях, клапанах и свечах зажигания. Природный газ не смывает масляную пленку со стенок цилиндров и не разжижает масло в картере; не содержит вредных примесей, на химическом уровне разрушающих детали камеры сгорания, каталитический нейтрализатор и лямбда зонд. 1 м³ КПГ по пробегу эквивалентен 1 литру высокооктанового бензина.

С точки зрения взрыво-пожаробезопасности природный газ является самым безопасным видом топлива. Природный газ легче воздуха, поэтому при разгерметизации оборудования, в отличие от жидких видов топлива, газ сразу улетучивается, а не оседает. Приказом МЧС № 404 от 10 июля 2009 года, метан отнесен к самому безопасному 4-му классу (слабочувствительные). К примеру: пропан относиться ко 2-му классу (чувствительные вещества), бензин к 3-му (среднечувствительные).

Существует утверждение о том, что установка системы газового питания ведет к увеличению риска возгорания автомобиля. Что тут можно возразить?

В принципе, две топливных системы в одном автомобиле — это усложнение конструкции, и если не следить за состоянием трубок и шлангов (что как для бензиновой, так и для газовой системы входит в перечень работ, выполняемых в рамках ТО), то возможно появление неисправностей, которые могут стать причиной возгорания.

Однако не это вызывает претензии и сомнения. Говорят, как правило, об опасности размещения газового баллона в багажнике, рисуя страшные картины последствий взрыва. И вот что странно: баллон из 3,5-4мм стали, размещенный в багажнике — это страшно и может взорваться, а топливный бак, по толщине не сильно отличающийся от консервной банки, расположенный в арке заднего правого крыла у ВАЗов 01-07 — это нормально.

В реалиях, газовый баллон, оснащенный запорной арматурой с предохранительными клапанами способен выдержать сильнейший удар, и даже обрыв магистральных трубок не вызовет сколько-нибудь значительной и пожароопасной утечки. Разрушение же баллона может произойти лишь в той ситуации, когда водителю и пассажирам будет, увы, безразлично, что произойдет с ними и с машиной после удара. Например, после наезда грузового состава двигающегося со скоростью в 80 км/ч на неподвижно стоящий автомобиль.

Еще ряд вопросов и возражений касается непосредственно совместимости систем подачи бензина с газовыми системами. В качестве примеров приводят пересыхание резиновых уплотнителей и засорение жиклеров у карбюраторных автомобилей, выход из строя форсунок и бензонасоса у автомобилей с инжекторной подачей топлива.

Здесь нужно обратиться к инструкции по эксплуатации, где черным по белому написано, что у автомобиля, оснащенного газотопливной системой, запуск двигателя должен осуществляться на бензине с последующим переходом на газ, что топливный бак никогда не должен быть пустым, и что бензонасос на автомобилях с электрическими форсунками не отключают. Экономия на топливе не должна доходить до абсурда, если Вы, разумеется, не хотите пополнить ряды противников газа, предварительно потратившись на ремонт системы подачи бензина.

Важным преимуществом метана является независимость его физико-химических свойств от низких температур. Многие владельцы автомобилей, переведенных на пропан-бутан, сталкивались с ситуацией, когда при температуре окружающего воздуха ниже 27 градусов по Цельсию на автомобильных газозаправочных станциях (АГЗС) появлялись обращения к водителям с просьбой ездить на резервном топливе (т.е. бензине) до повышения температуры.

Важным конкурентным преимуществом природного газа является бесперебойность его поставок. Этот факт в последние время по достоинству оценили предприниматели, которые уже используют этот газ на своем автотранспорте. При росте цен на бензин, а главное, возникшем дефиците бензина на многих АЗС, что особенно сильно отмечалось в Томске, автобусы на природном газе не испытывали никаких проблем ни с ценой, ни с наличием топлива. Причина в том, что природный газ — это трубопроводный газ, который поступает к АГНКС по трубопроводу. А в трубопроводе газ есть всегда.

Стагнация использования природного газа в качестве моторного топлива

Основные причины стагнации газомоторного рынка:

В РФ внятная и активная государственная политика по развитию газомоторного бизнеса и использованию на автотранспорте природного газа в качестве моторного топлива до сей поры отсутствовала и только в настоящее время начинает формироваться;
Отсутствие системы стимулирующего государственного регулирования;
В настоящее время проектирование и строительство АГНКС ограничено весьма жесткими требованиями, вследствие чего, требуются высокие капитальные вложения;
Слаборазвитая существующая инфраструктура — не отвечающая требованиям рынка сеть АГНКС и сравнительно мало пунктов переоборудования и технического обслуживания газовых автомобилей;
Низкая доступность газобаллонной техники (высокая стоимость переоборудования, недостаточная распространенность современной газобаллонной техники).

Пути решения

14 мая 2013 года по итогам совещания по вопросу расширения использования природного газа в качестве моторного топлива В.В. Путин подписал перечень поручений. На основании данного поручения был разработан комплексный план мероприятий 2013- 2020 года по расширению использования природного газа в качестве моторного топлива. В данном плане указаны такие мероприятия как:

Создание инфраструктуры для развития рынка газомоторного топлива РФ;
Координация программ развития инфраструктуры участников рынка газомоторного топлива в целях создания синергетических эффектов развития газомоторной отрасли;
Консолидация инвестиционных ресурсов для создания инфраструктуры рынка газомоторного топлива Российской Федерации;
Обеспечение работ по оптимизации законодательства РФ в области газомоторного рынка и создание эффективных механизмов государственного регулирования отрасли;
Создание инфраструктуры развития потребительского спроса.

В Санкт-Петербурге, Рязанской, Воронежской, Челябинской, Оренбургской, Омской и Ростовской областях, Ставропольском крае, республиках Татарстан и Башкортостан запланировано строительство четырех и более АГНКС.

Для развития газомоторной инфраструктуры Инвестиционной программой на 2014 год дополнительно предусмотрено проектирование 206 объектов газомоторной инфраструктуры, включая АГНКС.

В настоящее время ведется активная работа с администрациями субъектов РФ и муниципальных образований:

по подбору площадок для нового строительства сети АГНКС и реконструкции АЗС с целью размещения блоков КПГ;
по резервированию территорий для перспективного строительства сети АГНКС.

С целью развития рынка газомоторного топлива ведется работа с производителями газомоторной техники по увеличению ассортимента производимой продукции и налаживанию выпуска транспортных средств, работающих на газомоторном топливе, а также с производителями оборудования.

Строительство новых газозаправочных станций должно быть максимально синхронизировано с появлением новых АТС, использующих природный газ в качестве моторного топлива. Наиболее перспективно рассматривать в этом направлении перевод государственного и муниципального транспорта (автобусного парка и парка коммунальной техники) и корпоративного автотранспорта компаний, имеющих собственные парки АТС.

Заключение

Использование природного газа в качестве моторного топлива снижает экологический ущерб, в сравнении с АТС, использующими нефтяное топливо, и позволяет экономить средства, затрачиваемые на моторное топливо.

Широкое применение природного газа во всех сферах российской экономики позволит кардинально снизить затраты на бюджеты всех уровней и улучшить экологическую обстановку.

Газомоторная отрасль динамично развивается, совокупный объем потребления компримированного природного газа (КПГ) за десятилетний период выросли в 10 раз — до 28,6 млрд м 3 [3].

За последние 5 лет экономический эффект от замещения ДТ на КПГ значительно вырос и можно с уверенностью сказать, что он продолжит расти. Так, например, если в 2009 году экономия от замещения топлива составляла 9,3 руб., то в 2014 году составляет уже 23 руб.

Целью данной статьи было повышение информационной составляющей рынка природного газа. В свете приведенных данных можно с уверенностью утверждать, что рынок природного газа ждет большое будущее, в том числе и на территории Российской Федерации.

Список литературы

Цитировать

Природный газ — это полезное ископаемое, представляющее собой углеводороды в газообразном состоянии. Образуются они в недрах земли. Составляющие применяются как топливный ресурс. Газ взрывоопасен и горюч. Запаха и какого-либо оттенка он не имеет, легче воздуха примерно в 1,8 раза. В пластах он залегает в виде шапки из газа нефтегазовых месторождений либо же в качестве отдельных скоплений, может иметь кристаллическое состояние.

Классификация и свойства

Природный газ подразделён на 3 основные категории. Они описываются следующими характеристиками:

Исключает присутствие углеводородов, в которых более 2 углеродных соединений. Их называют сухими и получают только в тех местах, которые предназначаются для добычи.
Добывается наряду с первичным сырьём сжиженный и сухой газ и газообразный бензин, смешанные между собой.
Присутствует в составе большое количество тяжёлых углеводородов и сухой газ. Имеется и незначительный процент примесей. Добывают из месторождений газоконденсатного типа.

Природный газ считается смешанным составом, в котором присутствуют несколько подвидов вещества. Именно по этой причине нет точной формулы компонента. Главным является метан, которого содержится более 90%. Он наиболее устойчив к температуре. Легче воздуха и малорастворим в воде. При горении на открытом воздухе образуется пламя голубого цвета. Мощнейший взрыв происходит в том случае, если соединить метан с воздухом в пропорции 1:10. Если человек вдыхает большую концентрацию этого элемента, то его здоровью может быть нанесён вред.

Применяют его как сырьё и промышленное топливо. Также его активно используют, чтобы получить нитрометан, муравьиную кислоту, фреоны и водород. При распаде углеводородных связей под влиянием тока и температур получается применяемый в промышленности ацетилен. При окислении аммиака с метаном образуется синильная кислота.

В составе природного газа имеет такой список компонентов:

Этан — газообразное вещество, не имеющее цвета. При горении освещает слабо. В воде практически не растворяется, а в спирте может при соотношении 3:2. В качестве топлива его не нашёл применения. Основной целью использования считается производство этилена.
Пропан — хорошо применяемый тип топлива, который в воде не растворяется. При сгорании выделяется большое количество тепла.
Бутан — со специфическим запахом, небольшую токсичность. Отрицательно воздействует на здоровье человека: может поражать нервную систему, вызывает аритмию и асфиксию.
Азот может использоваться для того, чтобы в буровых скважинах поддерживать соответствующее давление. Чтобы получить этот элемент, необходимо сжижать воздух и разделить его путём разгонки. Применяется для изготовления аммиака.
Диоксид углерода — соединение может переходить в газообразное из твёрдого состояния при атмосферном давлении. Находится в воздухе и в минеральных источниках, а также выделяется при дыхании существ. Является пищевой добавкой. является довольно токсичным элементом. Он может негативно отразиться на работе нервной системы человека. Имеет запах протухших яиц, сладковатый привкус и является бесцветным. Отлично растворяется в этаноле. С водой не реагирует. Необходим для получения сульфитов, серной кислоты и серы.
Гелий считается уникальным веществом. Он может скапливаться в земной коре. Получают его путём заморозки газов, в состав которых он входит. При нахождении в газообразном состоянии никак себя внешне не проявляет, в жидком — может поражать живые ткани. Он не способен взрываться и воспламеняться. Но если в воздухе будет присутствовать большая его концентрация, то это может привести к удушью. Применяют для заполнения дирижаблей и воздушных шаров, при работе с металлическими поверхностями.
Аргон — это не имеющий внешних характеристик газ. Его применяют при резке и сварке металлических деталей, а также для того чтобы увеличить срок хранения пищевых продуктов (благодаря этому веществу вытесняется вода и воздух).

Физические свойства природного ископаемого следующие: температура самовозгорания составляет 650 градусов по шкале Цельсия, плотность природного газа — 0,68−0,85 (в газообразном состоянии) и 400 кг/м3 (жидкий). При смешении с воздухом взрывоопасными считаются концентрации 4,4−17%. Октановое число ископаемого составляет 120−130. Рассчитывают его исходя из соотношения легковоспламеняющихся компонентов к трудно окисляющимся при сжатии. Теплотворность приблизительно равна 12 тысячам калорий на 1 метр кубический. Теплопроводность газа и нефти одинаковая.

При добавлении воздуха природный источник может быстро воспламеняться. В бытовых условиях он поднимается к потолку. Именно оттуда и начинается возгорание. Связано это с лёгкостью метана. А вот воздух примерно в 2 раза тяжелее этого элемента.

В соответствии с химическими характеристиками, ресурс может вступать в реакции дегидрирования, пиролиза и замещения. Когда в составе будет присутствовать более 4% тяжёлых углеводородов, свойства начнут меняться.

Месторождение и добыча

Газ сжижают уже после его добычи. Именно по этой причине мировые запасы считают в кубических метрах. В год может достигаться до 3,6 миллиарда кубометров. Основными странами поставщиками являются Россия, Аравия, Иран, Туркмения, Катар, США, Венесуэла и Объединённые Эмираты.

Мировым лидером по добыче считается Российская Федерация. Основная часть залежь приходится на Уренгой. Там находится приблизительно 16 триллионов кубических метров газа. Также гигантским является и Ямбургское месторождение, где насчитывается 8,2 триллиона газа.

На важность природного ископаемого указывает расход. Скважины бурят по вечной мерзлоте. Для добычи ямбургского топлива необходимо преодолеть 1−3 километра. Из них примерно 50 метров приходится на мерзлоту.

Имеется ещё и Бованенковское месторождение, запасы которого составляют 4,9 триллиона кубических метров. Для местного населения предприятие по добыче и переработке считается местом занятости и дохода.

На днище Баренцева моря были обнаружены залежи ископаемого. Глубина его зарождений — не более 400 метров. На этой местности добыча в полном объёме не разрабатывается. Примерный объём залежей составляет 4 триллиона.

На юге Карского моря тоже имеются источники газа. Там было открыто Ленинградское (примерно 3 триллиона кубометров) и Русановское (779 миллиардов кубов топлива) месторождения.

Транспортировка топлива

Природный газ из недр в скважины поставляется обычным путём. Лёгкая субстанция имеет свойство просачиваться через имеющиеся в породе поры. Область низкого давления создают в скважине. В местах скопления ресурса оно высокое. На крупные залежи бурят несколько скважин, которые располагаются на равном друг от друга расстоянии.

К окончательной транспортировке топливо следует хорошо подготовить. Это обусловлено наличием примесей, которые могут вызывать осложнения с перемещением или же последующим применением. К примеру, из-за водяных паров при определённых условиях могут получаться гидраты, которые будут оседать в различных местах. Это вызовет затруднительное передвижение. Из-за сероводорода на оборудовании может возникать коррозия.

Кроме того, следует произвести тщательную подготовку трубопровода. Широкое применение получили азотные установки, благодаря которой получается инертная среда.

Трубопроводный способ на сегодняшний день обладает большой популярностью. Обслуживание и монтаж труб является довольно дорогой процедурой. Но несмотря на высокую стоимость, такой метод является наиболее выгодным для транспортировки на ближние и средние дистанции.

Помимо трубопровода, газ могут перевозить в специальных газовозах. Это суда со специальными изотермическими ёмкостями, температурный показатель в которых может составлять -160 градусов. Этот способ на расстояния более 2 тысяч километров считается экономически выгодным.

Применение в различных сферах деятельности

Топливо является основной областью применения. Для транспортировки источника по трубопроводу, необходимо ресурс осушить, в противном случае он может вызвать коррозию на поверхности. Также следует из состава убрать углекислый газ и сероводород.

Чтобы избежать неприятных ситуаций, ископаемое одоризируют — добавляют пахучие элементы, которые будут свидетельствовать про утечку. Без обработки могут быть большие потери топлива, так как, с точки зрения химии, запаха оно не имеет.

Помимо этого, газ является горючим веществом для работы кухонных плит и отопительных котлов. Уже появились и газовые лампы для освещения улиц и помещений.

Из метана в химической промышленности добывают аммиак и некоторые пластификаторы. Из него синтезируются цианистый водород, ацетилен и метанол. Из метана производят и синтетический каучук. Происхождение полиэтилена было открыто при работе с природным газом.

Природный газ – полезное ископаемое, представляющее собой смесь газообразных углеводородов природного происхождения, состоящую главным образом из метана и примесей других алканов. Иногда в составе также присутствует некоторое количество углекислого газа, азота, сероводорода и гелия.

Вследствие своего состава природный газ представляет собой чрезвычайно ценное сырье, из которого выделяют отдельные компоненты или более простые смеси.

Месторождения природного газа

В природе газ может находиться в следующих формах:

Доказано, что большое количество углеводородов находится в мантии Земли, но в настоящее время, ввиду технической недоступности, они не представляют практического интереса.

Помимо залежей газа в недрах планеты, необходимо упомянуть, что углеводороды встречаются и в космосе. В частности, метан является третьим по распространенности газом во Вселенной после водорода и гелия. В форме метанового льда он входит в структуру планет и других космических тел. Однако такие образования не относят к залежам природного газа и при настоящем уровне развития технологий не могут быть извлечены.

Химический состав природного газа

Основным компонентом природного газа является метан (CH₄) – его содержание варьируется в диапазоне 70 - 98%. Кроме него в состав могут входить более тяжелые насыщенные углеводороды – гомологи метана:

Помимо углеводородной составляющей, природный газ может содержать неорганические газообразные соединения:

водород
сероводород
углекислый газ
азот
инертные газы (преимущественно гелий)

Физические свойства природного газа

Смесь с воздухом в диапазоне концентраций от 4,4 до 17% взрывоопасна. Поэтому важно контролировать содержание газа в окружающей атмосфере, а также вовремя принимать соответствующие меры в случае его утечки.

Природный газ бесцветен и не имеет запаха, за исключением случаев повышенного содержания в его составе сероводорода. В связи с этим, для облегчения обнаружения утечек газа, к нему в небольших концентрациях добавляют специальные одоранты – вещества с резким неприятным запахом. В качестве одорантов преимущественно используются серосодержащие соединения, например, тиолы (меркаптаны). Стандартная концентрация таких добавок составляет 16 г на 1000 м 3 . Однако человек способен уловить присутствие одного из самых распространенных одорантов – этилмеркаптана, даже при его концентрации в воздухе 2*10 -6 % по объему.

Физические свойства природного газа зависят от его компонентного состава, однако в большинстве случаев основные параметры укладываются в диапазоны, приведенные в таблице ниже.

©PetroDigest.ru
Плотность	0,65. 0,85 кг/м³ (сухой газообразный); 400. 500 кг/м³ (сжиженный)
Температура самовоспламенения	Около 650 °C
Удельная теплота сгорания:	28. 46 МДж/м³ (6,7. 11,0 Мкал/м³ или 8. 12 кВт·ч/м³)

Добыча природного газа

Методы добычи газообразных углеводородов схожи с добычей нефти – газ извлекают из недр с помощью скважин. Для того, чтобы пластовое давление залежи падало постепенно, скважины размещают равномерно по всей территории месторождения. Такой метод также препятствует возникновению перетоков газа между областями месторождения и преждевременному обводнению залежи.

Более подробнов статье: Добыча природного газа.

Согласно отчету BP в 2017 год мировая добыча природного газа составила 3680 млрд м 3 . Лидером по добыче стала США - 734,5 млрд м 3 , или 20% от общего мирового показателя. Россия заняла вторую строчку с 635,6 млрд м 3 .

Происхождение

Существует две теории происхождения природного газа: минеральная и биогенная.

По минеральной теории, углеводороды образуются в результате химической реакции глубоко в недрах нашей планеты из неорганических соединений под действием высоких давлений и температур. Далее вследствие внутренней динамики Земли, углеводороды поднимается в зону наименьшего давления, образуя залежи полезных ископаемых, в том числе газа.

Согласно биогенной теории, природный газ образовался в недрах Земли в результате анаэробного разложения органических веществ растительного и животного происхождения под действием высоких температур и давлений.

Несмотря на продолжающиеся споры относительно происхождения углеводородов, в научном сообществе выигрывает биогенная теория.

Транспортировка

Подготовка газа к транспортировке

Несмотря на то, что на некоторых месторождениях газ отличается исключительно качественным составом, в общем случае природный газ – это не готовый продукт. Помимо целевого содержания компонентов (при этом целевые компоненты могут различаться в зависимости от конечного пользователя), в газе содержаться примеси, которые затрудняют транспортировку и являются нежелательными при применении.

Например, пары воды могут конденсироваться и скапливаться в различных местах трубопровода, чаще всего, изгибах, мешая таким образом продвижению газа. Сероводород – сильный коррозионный агент, пагубно влияющий на трубопроводы, сопоуствуеющее оборудование и емкости для хранения.

В связи с этим, перед отправкой в магистральный нефтепровод или на нефтехимический завод газ проходит процедуру подготовки на газоперерабатывающем заводе (ГПЗ).

Первый этап подготовки – очистка от нежелательных примесей и осушка. После этого газ компримируют – сжимают до давления, необходимого для переработки. Традиционно природный газ сжимают до давления 200 — 250 бар, что приводит к уменьшению занимаемого объема в 200 — 250 раз.

Далее идет этап отбензинивания: на специальных установках газ разделяют на нестабильный газовый бензин и отбензиненный газ. Именно отбензиненный газ направляется в магистральные газопроводы и на нефтехимические производства.

Нестабильный газовый бензин подается на газофракционирующие установки, где из него выделяют легкий углеводороды: этан, пропан, бутан, пентан. Данные вещества также являются ценным сырьем, в частности для производства полимеров. А смесь бутана и пропана – уже готовый продукт, используемый, в частности, в качестве бытового топлива.

Газопровод

Основным видом транспортировки природного газа является его прокачка по трубопроводу.

Стандартный диаметр трубы магистрального газопровода составляет 1,42 м. Газ в трубопроводе прокачивается под давлением 75 атм. По мере продвижения по трубе, газ, за счет преодоления сил трения, постепенно теряет энергию, которая рассеивается в виде тепла. В связи с этим, через определенные промежутки на газопроводе сооружаются специальные компрессорные станции подкачки. На них газ дожимается до необходимого давления и охлаждается.

Для доставки непосредственно до потребителя от магистрального газопровода отводят трубы меньшего диаметра — газораспределительные сети.

Транспортировка СПГ

Что делать с труднодоступными районами, находящимися вдали от основных магистральных газопроводов? В такие районы газ транспортируется в сжиженном состоянии (сжиженный природный газ, СПГ) в специальных криогенных емкостях по морю, и по суше.

По морю сжиженный газ перевозится на газовозах (СПГ-танкерах), судах оборудованных изотермическими емкостями.

СПГ перевозят также и сухопутным транспортом, как железнодорожным, так и автомобильными. Для этого используются специальных цистерны с двойными стенками, способными поддерживать необходимую температуру определенное время.

Применение природного газа

Главным образом природный газ используется для обеспечения отопления, производства электроэнергии, и для бытовых нужд населения. Например, в России около 50% поставок приходится на энергетические компании и коммунальное хозяйство. Кроме этого, он находит применение в качестве топлива для транспортных средств, сырья при производстве пластмасс и других органических веществ.

Более подробно: Что делают из природного газа?

Экология

Природный газ является самым чистым среди углеводородных ископаемых топлив. В идеале, при его сгорании образуется только вода и углекислый газ, в то время как сгорание нефтепродуктов сопровождается образованием копоти и золы.

Конечно, сами по себе выбросы большого количества углекислого газа в атмосферу не безопасны. По мнению некоторых ученых, они могут привести к возникновению парникового эффекта, и как следствие, – к существенному потеплению климата. Однако стоит отметить, что и в этом отношении природный газ выигрывает - эмиссия CO₂ при его сжигании существенно ниже, чем у нефтяного топлива.

Сжигание ископаемого топлива для получения энергии вносит существенный вклад в климатический кризис. Чтобы смягчить его последствия, необходимо искать новые способы добывать энергию. Выходом может стать биотопливо

Что такое биотопливо

Биологическое топливо — это горючее растительного или животного происхождения. Предполагается, что оно заменит традиционные виды топлива из исчерпаемых ресурсов на те, которые производятся из возобновляемого сырья.

Например, к биотопливу можно отнести обычные дрова или рапсовое масло. Однако дизель и бензин вытеснили эти виды топлива, так как они дешевле, а массовая автомобилизация требовала больших объемов топлива.

Почему люди вновь вернулись к биотопливу? Первая причина — климатический кризис, который усугубляется выбросами парниковых газов от использования ископаемого топлива. На транспорт приходится практически четверть от всей эмиссии углекислого газа, связанной с производством энергии. С 1970 года объем выбросов парниковых газов в транспортном секторе вырос вдвое, из которых 80% приходится на дорожный транспорт.

Вторая причина — поиск возобновляемых источников энергии, так как запасы нефти и угля вскоре могут полностью закончится. Сюда же можно добавить и скачки цен на углеводороды.

Виды биотоплива

Твердое
Жидкое
Газообразное

Твердое биотопливо

Самый типичный и древний вид твердого биотоплива — дрова. Однако сейчас в чистом виде и в крупных масштабах их уже почти не используют. Наиболее ходовым твердым видом биотоплива стали пеллеты, получаемые из древесных опилок или коры, соломы, оливковых косточек, ореховой скорлупы или шелухи семечек подсолнечника. Также пеллеты делают из навоза крупного рогатого скота.

Пеллеты заменяют уголь, дрова и солярку. При сгорании они не выделяют вредных веществ и практически не дымят (в отличие от угля и дизеля). Кроме того, они более энергоэффективны, чем обычные дрова. Плюс пеллетов также в минимальном содержании золы, что снижает потребность в обслуживании печей и котлов. Кроме того, они имеют самую низкую цену по сравнению с другими видами биотоплива.

Жидкое биотопливо

Биоэтанол — наиболее популярное и массовое жидкое биотопливо. Его получают путем ферментации крахмала или сахара. Бразилия и США входят в число лидеров по производству биоэтанола. В США биотопливо на основе этанола производят из кукурузы и обычно смешивают с бензином для получения гибридного топлива. В целом в США на биотопливо приходится 5% от всего энергопотребления. В Бразилии биотопливо на основе этанола делают из сахарного тростника, а в Англии даже производят из сахарной свеклы.

Биодизель — второе по популярности жидкое биотопливо. Биодизель делают в основном из масличных растений, таких как соя или масличная пальма, и в меньшей степени из других масляных продуктов, например, отходов кулинарного жира после жарки во фритюре. Биодизель используется в дизельных двигателях и обычно смешивается с нефтяным дизельным топливом в различных пропорциях.

Биобутанол — четырехуглеродный спирт, который также относится к биотопливу. Его делают из того же сырья, что и этанол. Преимущества биобутанола по сравнению с биоэтанолом заключаются в том, что биобутанол не смешивается с водой, имеет более высокое содержание энергии и более низкое давление паров, что означает более низкую летучесть в результате испарения.

Диметиловый эфир. Его можно получить из биомассы, но в промышленных масштабах исходным сырьем для него остается природный газ. Плюс такого топлива в том, что его энергоэффективность практически равна дизельному топливу, однако плотность энергии у диметилового эфира вдвое ниже, чем у дизельного топлива, поэтому для него требуется топливный бак в два раза больше. К тому же для транспортных средств нужна специально разработанная система для работы двигателя на диметиловом эфире.

Сейчас инженеры активно разрабатывают новое поколение жидкого биотоплива, полученного с помощью водорослей. Водоросли выращивают в больших бассейнах или на фермах, они превращают солнечный свет в энергию и хранят ее в виде масла. Масло извлекается механически (при прессовке биомассы) или с помощью химических растворителей, которые разрушают стенки клеток. Дальнейшая переработка и очистка дает биотопливо, подходящее для использования в качестве альтернативы традиционным видам топлива.

Газообразное биотопливо

Биогаз — это газ, состоящий в основном из метана и углекислого газа в различных пропорциях в зависимости от состава органического вещества, из которого он был получен. Основными источниками биогаза являются отходы животноводства и сельского хозяйства, сточные воды и органика из бытовых отходов. Биогаз образуется в результате процессов биологического разложения без доступа кислорода (анаэробное сбраживание).

Биоводород — аналог обычного водорода, который получают из биомассы. Термохимический способ представляет собой нагрев исходного сырья без доступа кислорода до высоких температур, например, древесных отходов, при котором выделяется водород и другие попутные газы. При биохимическом способе получения биоводорода в биомассу добавляют специальные микроорганизмы, которые ее разлагаются с выделением водорода.

Плюсы и минусы биотоплива

Преимущества:

Возобновляемость ресурса. Ископаемое топливо — это иссякаемый источник энергии, который со временем закончится. Поскольку биотопливо производится из растительных веществ, оно теоретически является возобновляемым.
Снижение негативного влияния на окружающую среду. При сжигании биотоплива количество углекислого газа снижается до 65%, что сокращает вклад отрасли в изменение климата. Кроме того, биоэтанол и биодизель содержат меньшие концентраций таких химических веществ как хлор и сера. Это означает, что биотопливо помогает снизить выбросы этих загрязнителей в атмосферу.
Экономическая безопасность. Биотопливо можно производить на месте, создавая рабочие места в том же регионе, где оно будет потребляться, тем самым сокращая транспортные расходы и выбросы. Кроме того, производство собственного биотоплива снижает зависимость страны от поставок нефти из других государств.
Долговечность двигателя. Поскольку биотопливо содержит меньше примесей в сравнении с традиционными видами топлива, то и двигатели будут загрязняться меньше и реже выходить из строя.

Недостатки:

Потеря лесов. Производство биотоплива требует огромных территорий под выращивание сырья. Это может привести к массовым вырубкам лесов, чтобы освободить площади.
Продовольственный кризис. Производство биотоплива может повлиять на экономику, связанную с ценами и доступностью продуктов питания, так как пахотные земли будут отводиться под культуры для биотоплива, а не для пищи.
Деградация почвы. Выращивание одних и тех же культур (монокультур) приведет к истощению почвы и росту числа вредителей. Для борьбы с ними будут использовать химические пестициды, как следствие — снижение плодородия почвы и потеря биоразнообразия.
Использование ресурсов. Количество энергии, производимой с помощью биотоплива, значительно меньше, чем от сжигания ископаемого топлива, а это означает, что для удовлетворения энергетических потребностей того же количества людей требуется гораздо больше земли, воды и удобрений.
Энергетические затраты. При оценке экономических выгод от биотоплива необходимо учитывать энергию, необходимую для его производства. Например, в процессе выращивания кукурузы для этанола используются ископаемые виды топлива при производстве удобрений, транспортировке кукурузы и перегонке этанола. В этом отношении этанол, полученный из кукурузы, дает относительно небольшой выигрыш в энергии.

Где используется биотопливо

Пока речь в основном идет о потреблении его в домашних условиях. Обычно твердые виды биотоплива используют в бедных странах, где нет других источников энергии, для приготовления пищи, стирки и уборки или для обогрева самого дома. 80% всего потребляемого сегодня биотоплива используется как раз для этих целей. 18% биотоплива задействовано в промышленности как источник энергии и смазочных материалов. Биотопливо часто упоминают в качестве альтернативы бензину для автомобилей, но сейчас только 2% используется в транспортной отрасли.

Перспективы биотоплива

На сегодняшний день из развитых стран США являются крупнейшим производителем биотоплива, на них приходится почти 40% мирового рынка. Всего в 2019 году мировое производство биотоплива превысило 1,8 тыс. баррелей, доля на рынке которого составила $136 млрд. Пока это стало рекордом. Из-за пандемии коронавируса мировой рынок биотоплива упал примерно на 8% впервые за 20 лет.

У биотоплива есть шанс занять только часть рынка, поскольку его потенциал ограничивают искусственно. Так, в ЕС действуют правила, запрещающие использовать более 7% продовольственных культур в качестве сырья для биотоплива. В краткосрочной перспективе биотопливо не требует замены существующей инфраструктуры и двигателей, но маловероятно, что весь энергетический комплекс сможет перейти исключительно на него.

Читайте также: