Гази природні горючі

Га́зи приро́дні горю́чі — суміші газів земної кори; вуглеводні метанового ряду та невуглеводневих компонентів, здатних горіти.

Поширення і склад

Трапляються в осадовому чохлі земної кори як вільні скупчення, а також у розчиненому (в нафті, пластових водах), розсіяному (сорбовані породами) і твердому (в газогідратних покладах) станах.

Розташування природного газу в земній корі: найближче до поверхні — метан вугільних родовищ; нижче — конвенційні родовища природного газу та попутного нафтового газу; ще нижче — газ, закупорений у щільних породах; під ним — насичені газом сланці (газ сланцевий).

Класифікація

За вмістом етану й пропану:

  • етан-пропанова (C2H6 > C3H8);
  • пропан-етанова (C3H8 > C2H6);
  • змішана (характеризується однаковими або близькими співвідношеннями етану й пропану).

За фазовим станом:

  • сухий газ (характеризується відсутністю в сепараторі рідини, що конденсується);
  • жирний газ із газовим чинником 10 000–18 000 м33 і рідиною густиною менше 0,74 г/см3;
  • конденсатний газ із газовим чинником від 1 400 до 12 500 м33 і рідиною густиною між 0,78 і 0,74 г/см3;
  • нафта з високою усадкою з газовим чинником від 180 до 1400 м33 і густиною 0,74–0,80 г/см3;
  • нафта з низькою усадкою з газовим чинником менше 180 м33 і густиною понад 0,80 г/см3.

Залежно від типу родовищ:

  • природні (видобувають із газових родовищ);
  • нафтові (видобувають із нафтових родовищ разом із нафтою, з якої вони виділяються при зниженні тиску нижче від тиску насичення нафти газом);
  • гази газоконденсатних родовищ — газоподібні вуглеводні, з яких при зниженні тиску нижче від тиску конденсації виділяється вуглеводнева рідинна фаза — газовий конденсат (суміш пентану і вищих гомологів метану).

Характеристика

Хімічний склад

Гази природні горючі є сумішшю парафінових вуглеводнів від СН4 до С5Н12 (алкани), азоту, вуглекислого газу, сірководню, кисню, водню, оксиду вуглецю, сірчистого газу, аргону, ксенону, неону, гелію, криптону, парів ртуті, летких жирних кислот та ін. Газові компоненти представлені окремими атомами та складними хімічними сполуками.

Закономірних змін концентрацій вуглеводнів при зміні глибини залягання газовмісних відкладів зазвичай не спостерігається. Поклади до глибини 2–3 км мають більш різноманітний склад, ніж на великих глибинах, де відбувається стабілізація концентрацій вуглеводнів. Зв’язку концентрацій вуглеводнів із віком газовмісних відкладів не виявлено, оскільки у відкладах будь-якого віку трапляється практично весь інтервал коливання концентрації вуглеводнів.

У більшості газових покладів концентрація метану — у межах 90–95 %, максимальні концентрації досягають 99 %.

Фізичні властивості

Основні фізико-хімічні властивості, параметри, які характеризують газ (газоконденсат) за умов пластових тисків і температури: густина;

  • в’язкість;
  • вологовміст;
  • розчинність;
  • зворотна конденсація;
  • критична температура і тиск;
  • об’ємний коефіцієнт;
  • коефіцієнт стисливості.

Газ природний горючий без кольору й запаху. Для визначення його витоку за запахом перед подачею споживачам додають одорант — речовину з різким специфічним запахом (зазвичай, етилмеркаптан — C2H5SH або суміш природних меркаптанів — C2H3P).

Вологість газу визначають: тиск, температура, склад, концентрація солей, розчинених у воді, яка контактує з цим газом. Наявність важких вуглеводнів і азоту знижує вологість природного газу, сірководню та вуглекислого газу — збільшує.

Осереднені фізико-хімічні характеристики

Густина: с = 0,7 кг/мі (сухий газоподібний) або 400 кг/мі (рідкий);

температура займання: t = 650 °C;

теплота згоряння: 16–34 МДж/мі (для газоподібного);

октанове число під час використання у двигунах внутрішнього згоряння: 120–130;

вологість: у пластових умовах завжди насичений парами води; в газоносних породах завжди міститься зв’язана, підошовна або крайова вода.

Походження та локалізація родовищ

Існують органічна (біогенна) й неорганічна (абіогенна) теорії походження природних вуглеводнів.

Згідно з органічною теорією, газоподібні вуглеводні генеруються у процесі перетворення гумусової та сапропелевої органічної речовини. За неорганічною теорією, нафта і газ утворюються внаслідок синтезу з вуглецю та водню в умовах високих температур і тиску глибинних зон земної кори. Формування газових покладів відбувається внаслідок міграції газу з материнських товщ і акумуляції їх у природних резервуарах. Більшість розвіданих запасів природного газу (понад 90 %) — у газових або газоконденсатних родовищах. Розвідані запаси газу в світі — понад 80 трлн м3. Із надр видобуто близько 50 трлн м3. Щорічно видобувають близько 2 трлн м3 газу.

За оцінками Світового енергетичного конгресу (1998), розвідані запаси газу складали (мільярди тонн палива умовного): світові — 172,8; Європи — 6,5; України — 1,1.

У світі відомо понад 10 тисяч газових родовищ. Основні запаси газу зосереджені в унікальних (більше за 1 трлн м3) і найбільших (0,1–1,0 трлн м3) газових і газоконденсатних родовищах.

На території України відкрито понад 120 родовищ — у Придніпровсько-Донецькій і Передкарпатській нафтогазоносних областях, Причорномор’ї, акваторії Азовського моря.

Використання

Газ природний горючий — високоефективний енергоносій та цінна хімічна сировина. Від початку видобутку його широко використовували як енергетичну сировину на теплоелектростанціях, у побуті.

Застосування газів горючих природних скорочує питому витрату палива в доменному виробництві на 10 % (із підвищенням продуктивності на 2–4 %), у мартенівському виробництві — на 5–7 % (із підвищенням продуктивності на 7–10 %), у процесах нагрівання металу — на 2–5 %, при виробництві метанолу — на 8–10 %. Гази природні горючі уможливлюють принципово нові технологічні процеси — швидкісне конвективне й радіаційне нагрівання, спалювання безпосередньо в рідинах і розплавах, безокиснювальне нагрівання металів тощо.

Цінна хімічна сировина для виробництва метанолу, формальдегіду, оцтової кислоти, ацетону та інших органічних сполук. Конверсією киснем або водяною парою з метану (основного компонента газу горючого природного) отримують синтез-газ (СО + Н2), широко застосовуваний для отримання аміаку, спиртів та інших органічних продуктів; піролізом і дегідрогенізацією метану — ацетилен, сажу, водень.

Використовують для отримання олефінових вуглеводнів, зокрема етилену й пропілену, які є сировиною для органічного синтезу. З них виробляють пластичні маси, синтетичні каучуки, штучні волокна та ін. Сірководневмісні гази використовують для отримання елементарної сірки.

Додатково

За прогнозами Римського клубу, відповідно до біогенної теорії походження газів природних горючих, вичерпання їхніх планетарних запасів з урахуванням нових розвіданих ресурсів слід очікувати близько 2050.

У багатьох технологічних процесах ефективна заміна електроенергії та пари продуктами згоряння газів природних горючих. Так, при заміні електроенергії коефіцієнт використання первинного палива зростає від 0,35 до 0,6–0,7.

Література

  1. Бойко В. С., Бойко Р. В. Тлумачно-термінологічний словник-довідник з нафти і газу : в 2 т. Київ : Міжнародна економічна фундація, 2004–2006.
  2. Мала гірнича енциклопедія : у 3 т. / За ред. В. С. Білецького. Донецьк : Східний видавничий дім, 2004–2013.
  3. Саранчук В. І., Ільяшов М. О., Ошовський В. В. та ін. Основи хімії і фізики горючих копалин. Донецьк : Східний видавничий дім, 2008. 640 с.
  4. Топільницький П. І. Переробка нафтових і природних газів. 2-ге вид. Львів : Львівська політехніка, 2008. 260 с.
  5. Андріїшин М. П., Марчук Я. С., Бойченко С. В. та ін. Газ природний, палива та оливи. Одеса : Астропринт, 2010. 230 c.
  6. The Future of Natural Gas: An Interdisciplinary MIT Study. Massachusetts : Massachusetts Institute of Technology, 2011. 308 p.
  7. Кизим М. О., Лелюк О. В. Нетрадиційний природний газ у світі та Україні: запаси та перспективи видобутку. Харків : ІНЖЕК, 2012. 156 c.
  8. Райтер П. М., Карпаш О. М., Яворський А. В. та ін. Природний газ: інноваційні рішення для сталого розвитку. Івано-Франківськ : Івано-Франківський національний технічний університет нафти і газу, 2014. 398 c.
  9. Українська нафтогазова енциклопедія / За ред. В. Іванишина. Львів : Сполом, 2015. 604 с.
  10. Cerbe G. Grundlagen der Gastechnik — Gasbeschaffung, Gasverteilung, Gasverwendung. München : Hanser Verlag, 2017. 791 p.
  11. Energy and the Environment // United States Environmental Protection Agency. URL: http://www.epa.gov/cleanenergy/energy-and-you/affect/natural-gas.html
  12. Erdgasversorgung in Deutschland // Bundesministerium für Wirtschaft und Energie. URL: https://www.bmwi.de/Redaktion/DE/Artikel/Energie/gas-erdgasversorgung-in-deutschland.html
==Автор ВУЕ==

В. С. Білецький

В. С. Бойко

Покликання на цю статтю

Покликання на цю статтю: Білецький В. С., Бойко В. С. Гази природні горючі // Велика українська енциклопедія. URL: https://vue.gov.ua/Гази природні горючі (дата звернення: 7.12.2021).


Оприлюднено

Статус гасла: Оприлюднено
Оприлюднено:
14.11.2021


Офіційний телеграм-канал ВУЕОфіційний телеграм-канал ВУЕ