что такое голубое топливо
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.
Химический состав природного газа
Помимо углеводородной составляющей, природный газ может содержать неорганические газообразные соединения:
Физические свойства природного газа
Вследствие своего состава природный газ горюч. Чистый газ горит голубым пламенем, поэтому его иногда называют «голубым топливом». Примеси же могут окрашивать пламя в различные цвета. Также пламя начинает желтить при недостатке кислорода, что приводит к неполному сгоранию газа и образованию копоти и угарного 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.
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.
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.
Что такое «голубой газ» и может ли он стать «убийцей Tesla»
В конце 2019 года инвестор Джимми Менгель опубликовал презентацию, в которой заявил, что нашел новую технологию, которая сделает электромобили, питающиеся от литиевых аккумуляторов, такие как Tesla, устаревшими. Секрет новой силовой установки, по словам Менгеля, заключается в эффективном использовании «голубого газа» — экологичного топлива, которое не наносит вред окружающей среде.
На самом деле «голубой газ» — не что иное, как водород. А технология, которую так расхваливал Менгель, называется водородными топливными элементами. Транспорт с такими установками уже начинает появляться по всему миру. Однако, по распространению ему далеко даже до электромобилей. Мы уже рассказывали про все проблемы водородного транспорта, и большая часть из них так до сих пор и остается нерешенной.
Первые водородные автомобили публике представили в 1959 году. С тех пор множество производителей, такие как Honda, Toyota и Hyundai, представили свои концепты такого транспорта, но продать больше 10 тысяч авто они так и не смогли. Проблема с этим типом транспорта заключается прежде всего в топливной инфраструктуре. Электромобиль можно зарядить в своем гараже от подведенной к дому сети, а вот установить у себя бак со взрывоопасным водородом вам вряд ли кто-то разрешит.
Водородные заправки сегодня тоже строить не спешат: для этого нужно как-то перевозить газ от вырабатывающих его заводов к заправкам, но в обычных цистернах под давлением делать это очень опасно. Пожалуй, это одна из главных причин, по которой в ближайшее время мы вряд ли увидим бум водородных автомобилей. Однако, вполне может быть, что водородные топливные элементы будут гораздо выгоднее для грузовых машин, чем для легковых. Более того, использование такой силовой установки может быть лучше, чем применение электродвигателя.
Заправлять такие машины можно было бы на начальном и конечном пункте маршрута, где были бы установлены электролизеры, добывающие H2 из воды. Но даже несмотря на это, водородная индустрия вряд ли вырастет в ближайшие годы на 11666%, как предполагает Джимми Менгель, и «убьет Tesla».
Что такое «голубой газ» и может ли он стать «убийцей Tesla»
В конце 2019 года инвестор Джимми Менгель опубликовал презентацию, в которой заявил, что нашел новую технологию, которая сделает электромобили, питающиеся от литиевых аккумуляторов, такие как Tesla, устаревшими. Секрет новой силовой установки, по словам Менгеля, заключается в эффективном использовании «голубого газа» — экологичного топлива, которое не наносит вред окружающей среде.
На самом деле «голубой газ» — не что иное, как водород. А технология, которую так расхваливал Менгель, называется водородными топливными элементами. Транспорт с такими установками уже начинает появляться по всему миру. Однако, по распространению ему далеко даже до электромобилей.
Первые водородные автомобили публике представили в 1959 году. С тех пор множество производителей, такие как Honda, Toyota и Hyundai, представили свои концепты такого транспорта, но продать больше 10 тысяч авто они так и не смогли. Проблема с этим типом транспорта заключается прежде всего в топливной инфраструктуре. Электромобиль можно зарядить в своем гараже от подведенной к дому сети, а вот установить у себя бак со взрывоопасным водородом вам вряд ли кто-то разрешит.
Водородные заправки сегодня тоже строить не спешат: для этого нужно как-то перевозить газ от вырабатывающих его заводов к заправкам, но в обычных цистернах под давлением делать это очень опасно. Пожалуй, это одна из главных причин, по которой в ближайшее время мы вряд ли увидим бум водородных автомобилей. Однако, вполне может быть, что водородные топливные элементы будут гораздо выгоднее для грузовых машин, чем для легковых. Более того, использование такой силовой установки может быть лучше, чем применение электродвигателя.
Заправлять такие машины можно было бы на начальном и конечном пункте маршрута, где были бы установлены электролизеры, добывающие H2 из воды. Но даже несмотря на это, водородная индустрия вряд ли вырастет в ближайшие годы на 11666%, как предполагает Джимми Менгель, и «убьет Tesla».
Сакральная тайна голубого топлива
Поговорим о газомоторном топливе. Простым языком, не влезая в научные дебри и не пускаясь в строгие экономические и экологические рассуждения и обоснования. Ибо до нас сказано: газ – это выгодно. Газ – это экологично. Вот и мы о том же. И все же немного о другом.
Правда, СО2 относят к вредным для планеты парниковым газам. Но в отличие от оксида углерода СО, он не токсичен. Мы спокойно выдыхаем СО2, и никто еще от этого не умер.
Да, в газовом топливе есть примеси, но мы рассматриваем идеальный вариант. Ведь главный аргумент апологетов газификации – чистый выхлоп газового двигателя.
А теперь попробуйте сделать то же самое с бензином. Зажгите бензиновую горелку, разогрейте суп, включите телевизор… Угорите довольно быстро. А почему? А потому что бензин сгорает иначе, чем газ. Бензин – это сложная смесь углеводородов. Единой химической формулы у него нет – можно написать лишь приблизительную структурную формулу со статистическим соотношением атомов углерода C и атомов водорода Н (еще раз см. таблицу).
Компоненты бензина имеют молекулы разной длины и сгорают по-разному. Углеводороды с особо длинными и разветвленными молекулами дают опасные для здоровья вещества. К слову, именно они сгорают не полностью и образуют нагар и отложения в двигателе.
Кроме того, оксида углерода СО (смертельного угарного газа!) при сгорании бензина образуется более чем достаточно. Именно по этим причинам конструкторы бензиновых ДВС озаботились созданием катализаторов – дожигать СО и несгоревшие углеводороды СН. А еще – восстанавливать опасные оксиды азота NOХ, преобразуя их в азот и воду.
Справедливости ради отметим, что при сгорании сверхбедных газовых смесей оксиды азота тоже образуются. И для достижения норм Euro V и Euro VI их тоже надо нейтрализовать. Но в целом экологических проблем, сопоставимых с бензиновыми, у газа нет.
А теперь давайте представим альтернативную историю автомобиля начиная с конца XIX века. Все ездят на газе, сложные дорогие катализаторы так и не появляются, двигатели работают на сверхбедных смесях с катализаторами оксидов азота, и все счастливы. Реально? Вполне. Однако бензин взял верх… Почему?
Прежде чем продолжить, отметим: бензин и газ совершенно разные топлива. И считать их близнецами-братьями большая ошибка. Газ нельзя хранить подобно бензину. Чтобы налил в резервуар – и пусть ждет своей очереди. Нужны баллоны, давление, особая инфраструктура заправки, специальное оборудование на автомобиле, собственная система управления подачей газа в цилиндры.
Логично ожидать, что и двигатель на газе будет работать не как на бензине, а по-своему, особо. И если кто-то скажет, мол, переключил тумблер на газ и поехал дальше, знайте: человек не понимает, что происходит. Под капотом его автомобиля началась другая жизнь. Таинственная. Не бензиновая.
Как только начинается очередная газовая кампания, наш журнал приглашают на пресс-конференции. Рассказывают о могучих грузовиках на метане, грядущих сетях газовых заправок, новых маслах для газовых двигателей и прочей замечательной жизни, что сулит нам голубое топливо. А потом все замирает – до прихода очередной волны.
Да, при каждой волне что-то происходит. Даже рождаются новые поколения газовой аппаратуры. Когда-то обходились простой трубкой, ведущей от газового редуктора к карбюратору, и электромагнитным клапаном для отсечения подачи бензина. Как и почему это работало, никто толком не понимал, поскольку карбюратор изначально не предназначен для приготовления газовоздушной смеси. Но как-то работало. Потом появляются газовые форсунки и электронные системы управления подачей газа – довольно интересные и сложные, но, опять же, встроенные в бензиновый мотор. Подчеркнем: изначально бензиновый.
Volkswagen и Honda выводят на рынок двухтопливные автомобили – под бензин и газ, либо сжатый природный, либо сжиженный нефтяной. В некоторых странах владельцев газовых автомобилей всячески поощряют – освобождают от налогов и т. д.
Умные люди пишут строгие научные и популярные статьи и книги. Компании производят и продают газовое оборудование для установки на бензиновые автомобили. Рассказывают, какая замечательная штука газ – «все станет вокруг голубым и зеленым». Примеры можно продолжить.
Но так или иначе, массовой газификации автомобильного транспорта не происходит. Почему? А что если одновременно с заявлениями властей о газификации автомобильного транспорта идут какие-то процессы, потребителю неведомые? Это не может не настораживать: значит, что-то опять пошло не так? Что именно и почему?
Почему после очередной газовой кампании наступает спад? Откуда волны вместо плавного подъема? Куда делись многочисленные «Газели» с красными газовыми баллонами на раме? Совсем недавно их было пруд пруди, а теперь по пальцам пересчитать можно. Почему и Volkswagen, и Honda выпускают газовые автомобили только малыми сериями для ограниченного сегмента рынка, преимущественно для регионов, где существуют реальные льготы для их владельцев? Почему, в конце концов, за добрые 50 лет попыток тотальной газификации так и не удалось ликвидировать бензин как класс?
Кто-то скажет: нефтяные короли не дают. Не согласимся. Газовое топливо можно получать из той же нефти. Но главное не в этом. Электричество! Электромобили. По идее, нефтяные короли должны были восстать против них. Однако не восстают. И даже не собираются. Сегмент электромобилей, еще недавно считавшийся несерьезным – электростанций не напасемся для электропарка, сырья для изготовления батарей на всех не хватит! – сегодня стремительно растет, набирает обороты. Передовые технические решения, электрические заправки по всему миру, даже Китай раскинул целую сеть, не говоря уже о США и Норвегии. Норвегии! Это же нефтедобывающая страна!
И еще. Раньше мировые промышленные гиганты соревновались за лидерство в области двигателей, работающих на жидком топливе. Кто сделает лучше – сначала мощней, потом экономичнее, экологичнее? Даешь даунсайзинг и даунспидинг! Теперь они бьются за электромобиль, батареи, гибридные технологии. А почему не за газ? Людей 50 лет уговаривали, что лучше газового автомобиля ничего нет, а электромобиль взял и обогнал его, как стоячего. Почему же газ так и остался в стороне от мирового технического прогресса?
И теперь главный вопрос: что скрывали от нас эти 50 лет? Кажется, мы нашли ответ…
Что такое природный газ
Природный газ — смесь углеводородов, предмет религиозного культа, спора ученых и важнейший сырьевой ресурс. Он невидим и не имеет запаха. В России его больше, чем где-либо в мире.
Из чего состоит природный газ
Природный газ может существовать в виде газовых залежей, находящихся в пластах некоторых горных пород, в виде газовых шапок (над нефтью), а также в растворенном или кристаллическом виде.
Запах газа
Спор ученых
Относительно происхождения природного газа (как, впрочем, и нефти) среди ученых до сих пор не существует единого мнения. Две основные концепции — биогенная и минеральная — утверждают разные причины образования углеводородных полезных ископаемых в недрах Земли.
Минеральная теория
Образование полезных ископаемых в пластах горных пород — часть процесса дегазации Земли. Из-за внутренней динамики Земли углеводороды, находящиеся на больших глубинах, поднимаются в зону наименьшего давления, образуя в результате газовые и нефтяные залежи.
Биогенная теория
Живые организмы, погибшие и опустившиеся на дно водоемов, разлагались в безвоздушном пространстве. Опускаясь все глубже из-за геологических движений, остатки разложившейся органики превратились под воздействием термобарических факторов (температуры и давления) в углеводородные полезные ископаемые, в том числе — в природный газ.
Невидимые поры
Довольно распространено ложное представление о том, что газ находится под землей в неких пустотах, из которых легко полностью извлекается. На самом деле газ может находиться внутри горной породы, имеющей пористую структуру настолько мелкую, что человеческим глазом ее увидеть нельзя. Держа в руках кусок песчаника, извлеченного с огромной глубины, достаточно сложно представить, что внутри заключен природный газ.
Поклонение газу
Человечество знает о существовании природного газа давно. И, хотя уже в IV веке до н. э. в Китае его научились использовать для отопления и освещения, долгое время яркое пламя, не оставляющее пепла, являлось предметом мистического и религиозного культа для некоторых народов. Например, на Апшеронском полуострове (современная территория Азербайджана) в VII веке был воздвигнут храм огнепоклонников Атешгях, служения в котором проходили вплоть до XIX века.
Кстати, недалеко от храма Атешгях в 1859 году была совершена первая в России попытка (довольно кратковременная) использовать природный газ в промышленных целях — на нефтеперегонном заводе в Баку.
Термоламп и первый газ в России
История российской газовой промышленности начинается в 1811 году. Тогда изобретатель Петр Соболевский создал первую установку для получения искусственного газа — термоламп. Выступив с докладом об этом на заседании Всероссийского общества любителей словесности, наук и художеств, по указу Александра I Соболевский был награжден орденом за свое изобретение. А несколькими годами позже, в 1819 году, на Аптекарском острове в Санкт-Петербурге зажглись первые газовые фонари. Таким образом, история газовой промышленности в России началась почти 200 лет назад — в 2011 году у нее был юбилей.
В середине годов XX века во всем СССР было добыто 227,7 млн кубометров газа. В 2010 году Группой «Газпром» было добыто 508,6 млрд кубометров газа.
Россия занимает первое место в мире по объему запасов природного газа. Доля «Газпрома» в этих запасах составляет около 70%. Таким образом, «Газпром» располагает самыми богатыми в мире запасами природного газа.
С наступлением XX века началось активное развитие российской газовой промышленности: впервые разрабатывались газовые месторождения, утилизировался попутный (нефтяной) газ.
Русская смекалка
Однако до XX века в России природный газ являлся побочным продуктом при добыче нефти и назывался попутным газом. Не существовало даже самих понятий газового или газоконденсатного месторождений. Обнаруживались они случайно, например при бурении артезианских скважин. Однако известен случай, когда во время бурения такой скважины находчивый саратовский купец, увидев вместо воды пламя, построил на этом месте стекольный и кирпичный заводы. Промышленники постепенно начали осознавать, что природный газ может быть крайне полезен.