Важко уявити розвиток сучасного людського суспільства без використання горючих копалин. До них, крім нафти і вугілля, відноситься природний газ, склад і застосування якого ми і розглянемо.
Підземна кухня природи
Близько 400-600 млн років тому на глибині від 1 до 3-6 км відбувалися складні геохімічні процеси. Вони привели до утворення вуглецевої суміші, що знаходиться в газоподібному стані, яку ми називаємо природним газом. Наука досі не прийшла до єдиної думки про механізм утворення цього виду природних копалин, що є одним з головних енергоносіїв.
Як утворився природний газ
Існує дві відповіді на питання про походження природного газу. Перший дають такі корифеї хімічної науки, як російський вчений Д. Менделєєв і француз П. Сабатьє. Вони висунули теорію мінерального (вулканічного) походження природного газу, виходячи з якої ще на первинних стадіях формування Землі як планети метали, що входять до складу земної ядра, з`єднувалися з вуглецем, утворюючи карбіди. Під дією паранормальних температур, тиску і каталізаторів вода перетворювалася на водяну пару, вступала в реакції з CaH2, AlH3, LiH, і в глибинах планети синтезувалися газоподібні вуглеводні, особливо метан (CH4) І етан (C2H6). Як доказ Сабатье змоделював вищеописані процеси в своїй лабораторії і отримав суміш метану і його гомологів.
У прихильників теорії органічного походження горючих копалин, серед яких був творець вчення про біосферу академік В. Вернадський, інше бачення: вони вважають, що природний газ утворився із залишків рослинних і тваринних організмів, вимерлих в кінці палеозойської ери, які під дією бактерій, високого тиску і температури перетворилися в суміш газоподібних вуглеців. Саме біохімічні процеси і забезпечили, на думку академіка В. Вернадського, всім відомий склад природного газу: 80-98% метану, 2-3% його найближчих гомологів - етану, пропану, бутану, пентану, а також невелика кількість домішок - сірководню, вуглекислого газу, азоту.
Природний газ як суміш алканів
Розглядаючи склад природного газу з точки зору хімічної систематики, доречно нагадати, що левову частку в ньому займають граничні вуглеводні - алкани. Їх ще називають насиченими. Підкоряючись загальній формулі CnH2n + 2, легко вивести формулу найпростішого алкана, що має всього один атом карбону в своїй молекулі. Це метан - CH4. Незважаючи на простоту будови, саме вміст цієї речовини обумовлює якість природного газу. Якщо присутність метану, який входить до складу природного газу, вище 86%, то таке паливо називається висококалорійним і відноситься до групи H.
Російський природний газ відрізняється граничною теплотворностью (98%) і є найякіснішим в світі.
Специфіка складу газових родовищ
Відомо, що малюнок так званих папілярних ліній на подушечках пальців у кожної людини індивідуальний. Так само унікальний хімічний склад природного газу, видобутого з різних родовищ. Він різниться за змістом алканів.
Уренгойское родовище в Росії є найбагатшим. Склад природного газу (у відсотках), який там видобувають, виглядає наступним чином: метану - 87, етану - 6,2, пропану - 3,4, бутану - 1,98, пентана - 0,76, діоксиду вуглецю - 0,12 , азоту - 1,1. Російське родовище Ведмеже, в якому видобувають природний газ тільки H-групи, відрізняється своїм складом. Так, метану в ньому більше на 12%, етану менше на 6%, а пропану на 3%.
Росія - газовий гігант
Видобуток газу в Росії зосереджена переважно в Західному Сибіру, на Далекому Сході, в Волго-Уральської нафтогазоносної провінції. Ядром промислово-енергетичного комплексу країни по праву вважають Ямбургское і Уренгойское родовища. У них зосереджено 9,4 трлн кубометрів газу. У Заполярном родовищі знаходиться 4,4, трлн мsup3- цієї корисної копалини, а в Ведмежому - 1,6. На базі цих унікальних нафтогазових запасів і був створений Західно-Сибірський програмно-цільовий територіально-виробничий комплекс. Таким чином, за запасами природного газу Росія займає одне з перших місць в світі.
Способи видобутку природного газу
З огляду на геологічні особливості освіти газоподібної суміші алканів, а саме їх пластовий залягання, застосовують так зване роторне буріння. Газовидобувні установки орієнтовані, перш за все, на умови, в яких сформувався конденсат. Він може мати вигляд скупчення суміші між шарами вапняку або сланцю. Часто зустрічаються так звані «газові шапки», розташовані над покладами нафти. Рідше природний газ утворює розчини у воді (газогідрати) або нафти.
Внаслідок буріння газ піднімається на поверхню, підкоряючись фізичним законам переходу речовини із зони високого тиску в зону його мінімального значення. Такий спосіб буріння називається методом фонтанної експлуатації. Потім отримане пальне сепарується, тобто відділяється від води і твердих частинок гірських порід і направляється в промисловий газосборний пункт. Далі його транспортують в магістральні газопроводи, звідки він надходить до кінцевого споживача.
перспективний попутник
Склад і властивості природного газу залежать від особливостей самих родовищ. Звідси їх градація на газові, газоконденсатні і нафтові.
Нафтові гази, звані попутними, зазвичай розчинені в нафті і виділяються під час її видобутку. У попутних міститься менше метану, але набагато більше його гомологів - етану і пропану. Якщо раніше в середині ХХ століття попутні гази не знаходили широкого застосування, і їх спалювали смолоскиповим способом, то зараз ситуація докорінно змінилася. Їх вловлюють в технологічному циклі видобутку нафти в спеціальні резервуари - трапи.
Попутні гази, багаті пропаном і бутаном називають жирними. З них реакцією дегідрування (відщеплення) атомів водню при нагріванні і в присутності каталізаторів добувають алкени - ненасичені вуглеводні, такі як пропен і бутадієн. Вони, в свою чергу, служать сировиною для хімії органічного синтезу. Наприклад, з них отримують каучуки і пластмаси.
Чи варто «ставити» на сланці
Ще одним різновидом є сланцевий газ, що видобувається зі сланцю - гірської породи органічного походження. Якщо порівняти склад природного газу, одержуваного зі сланцю, з класичним зразком газового родовища Н-групи, то показники гірше і в змісті метану (менше 85%), і в теплоті згоряння, яка більш ніж в 2,5 рази нижче.
Отже, розглянемо склад природного газу в процентах, одержуваного зі сланців:
метан | Етан | пропан | Вуглекислий газ | азот |
80,3% | 8,1% | 2,3% | 1,4% | 7,9% |
Технології горизонтального буріння і гідророзриву, що використовуються у видобутку сланцевого газу, по-варварськи знищують природні ландшафти, а коктейль із 85 хімічних речовин, закачуваних вглиб шурфів з метою розриву земної кори, здатний убити все живе, що зустрічається на його шляху.
Газова промисловість як основа важкої індустрії
Природний газ і нафта називають «кров`ю», що живить все без винятку галузі промисловості, сільського господарства та житлово-комунального комплексу країни. Метан, що входить до складу природного газу, є не тільки паливом, а й вихідним ланкою в ланцюзі реакцій органічного синтезу, що забезпечує економіку необхідними з`єднаннями і матеріалами: пластмасами, спиртами, лаками, барвниками.
При спалюванні 1 кубометра газу виділяється до 54,4 кДж теплоти, тому він є одним з кращих видів палива для побутових і промислових потреб. Зростає область застосування природного газу в якості моторного палива. Життєзабезпечення та безпеку держави прямо пов`язана з його споживанням. Цінність цього виду природного сировини найкраще виражена в його назві - «блакитне золото».
