Плотность природного газа

Подобно жидкостям, газы обладают текучестью и  сопротивляются деформации. В отличие  от жидкостей, газы не имеют фиксированного объёма и не образуют свободной поверхности, а стремятся заполнить весь доступный  объём (например, сосуда). 

Газообразное  состояние — самое распространённое состояние вещества Вселенной (межзвёздное  вещество, туманности, звёзды, атмосферы  планет и т.д.). По химическим свойствам  газы и их смеси весьма разнообразны — от малоактивных инертных газов  до взрывчатых газовых смесей. К газам иногда относят не только системы из атомов и молекул, но и системы из других частиц — фотонов, электронов, броуновских частиц, а также плазму. 

Слово «газ» (голл. Gas) было придумано в начале XVII века голландским естествоиспытателем Я. Б. ван Гельмонтом (Jean Baptiste van Helmont), для обозначения полученного им «мёртвого воздуха» (углекислого газа). Согласно, Я. И. Перельману, Гельмонт писал: «Такой пар я назвал газ, потому что он почти не отличается от хаоса древних». 

 
 

Согласно  В. Вундту, звуковой строй этого слова целиком определяется смысловыми отголосками тех терминов и выражений, которые для учёного сознания того времени обозначали родственные идеи и образы. По мнению Вундта, прежде всего Гельмонт думал, что открытый им газ напоминает первобытный хаос. Кроме того, на Гельмонта действовало представление слова blas (ср. немецкое blasen), которое он употреблял для обозначения холодного воздуха, исходящего из звёзд. Наконец, сюда же примешивалась мысль о слове Geist, соответствующем латинскому spiritus, так как газ, под которым Гельмонт подразумевал, главным образом, углекислоту, по латыни передавался через spiritus silvestris («лесной дух»). Некоторые подозревают воздействие немецкого gasen — «кипеть». 

В Российской Федерации для обозначения газов М. В. Ломоносов употреблял термин «упругие жидкости», но он не прижился. 

Газ в  ионизированном состоянии способен проводить электрический ток. Основных способа ионизации газа два: термическая  ионизация и ионизация электрическим  ударом. Кроме того, существует так называемый самостоятельный электрический разряд. 

Термическая ионизация - придание атомам достаточной  кинетической энергии для отрыва электрона от ядра и последующей  ионизации вследствие повышения  температуры газа и тепловое движение атомов газа, приводящее ко столкновениям и превращением их в кинетическую энергию. Температуры, необходимые для ионизации газов, очень высоки (например, для водорода этот показатель составляет 6 000° К). Этот тип ионизации газов распространен преимущественно в природе. 

При низкой температуре газ также может  проводить ток, если мощность его  внутреннего электрического поля превышает  некоторое пороговое значение. Пороговое  значение в данном случае - достижение электроном под действием электрического поля достаточной кинетической энергии, необходимо для ионизации атома. Далее электроны снова разгоняются электрическим полем для ионизации и ионизируют два атома и т. д. - Процесс стает цепным. В конечном итоге все свободные электроны достигнут позитивного электрода, позитивные ионы - негативного электрода. Данный тип ионизации распространен преимущественно в промышленности. 

В планетарном  масштабе газ в атмосфере удерживается гравитацией. 

Также газом часто кратко называют природный  газ. 

Приро́дный  газ (Compressed Natural gas) — смесь газов, образовавшаяся в недрах земли при анаэробном разложении органических веществ. 
 
 

Природный газ относится к полезным ископаемым. Часто является попутным газом при  нефтяной добыче. Природный газ в  пластовых условиях (условиях залегания в земных недрах) находится в газообразном состоянии — в виде отдельных скоплений (газовые залежи) или в виде газовой шапки нефтегазовых месторождений, либо в растворённом состоянии в черного золота или воде. В стандартных условиях (101,325 кПа и 20 °С) природный газ находится только в газообразном состоянии. 

Также природный газ может находиться в виде естественных газогидратов. 

- Химический  состав. 

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

- этан (C2H6), 

- Пропан (C3H8), 

- C4H10 (бутан), 

а также  другие неуглеводородные вещества: 

- Водород  (H2), 

- сероводород  (H2S), 

- диоксид  углерода (СО2), 

- азот (N2), 

- гелий  (Не). 

Чистый природный газ не имеет цвета и запаха. Чтобы можно было определить утечку по запаху, в газ добавляют небольшое количество веществ, имеющих сильный неприятный запах (т. н. одорантов). Чаще всего в качестве одоранта применяется этилмеркаптан. 

Для облегчения транспортировки и хранения природного газа его сжижают, охлаждая при повышенном давлении. 

- Физические  свойства. 

Ориентировочные физические характеристики (зависят  от состава): 

Плотность: от 0,7 до 1,0 кг/м³ (сухой газообразный, при нормальных условиях) либо 400 кг/м³ (жидкий). 

Температура возгорания: t = 650 °C. 

Теплота сгорания одного м³ природного газа в  газообразном состоянии при н.у.: 28—46 МДж, или 6,7—11,0 Мкал. Сжиженный  природный газ имеет теплоту  сгорания 92—96 МДж/м³ (22—23 Мкал/м³). 

Октановое число при использовании в двигателях внутреннего сгорания: 120—130. 

- Месторождения  природного газа. 

Метан и некоторые другие углеводороды широко распространены в космосе. Метан  — третий по распространённости газ  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. 
 
 

 Огромные  залежи природного газа сосредоточены  в осадочной оболочке земной  коры. Согласно теории биогенного (органического) происхождения черного  золота 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 черного золота. 

Огромными газовыми запасами обладает Россия (Уренгойское  месторождение), США, Страна кленового  листа. Из других европейских стран  стоит отметить Норвегию, но её запасы невелики. Среди бывших республик  Союза Советских Социалистических Республик (CCCP) большими запасами природного газа владеет Туркмения, а также Казахстан (Карачаганакское месторождение). 
 
 

 Во  второй половине XX века в университете им. И. М. Губкина были открыты природные газогидраты (или гидраты метана). Позже выяснилось, что газовые запасы в данном состоянии огромны. Они располагаются как под землёй, так и на незначительном углублении под морским дном. 

Существуют  множество способов получения природного газа из других органических веществ, например отходов сельскохозяйственной деятельности, деревообрабатывающей и пищевой промышленности и т. д. 

- Добыча  и транспортировка. 

Природный газ находится в земле на глубине  от 1000 метров до нескольких километров. Сверхглубокой скважиной недалеко от города Новый Уренгой получен  приток газа с глубины более 6000 метров. В недрах газ находится в микроскопических пустотах, называемых порами. 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 добывают из недр земли с помощью скважин. Скважины стараются разместить равномерно по всей территории месторождения. Это делается для равномерного падения пластового давления в залежи. Иначе возможны перетоки газа между областями месторождения, а так же преждевременное обводнение залежи. 
 
 

 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. 

В 2005 году в Российской Федерации объём  добычи природного газа составил 548 млрд м³. Внутренним потребителям было поставлено 307 млрд м³ через 220 региональных газораспределительных организаций. На территории Российской Федерации расположено 24 хранилища природного газа. Протяжённость магистральных нефтепроводов Российской Федерации составляет 155тыс. км. 

- Подготовка  природного газа к транспортировке  и его транспортировка. 

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

Газ подготавливают по различным схемам. Согласно одной  из них, в непосредственной близости от месторождения сооружается установка  комплексной подготовки газа (УКПГ), на котором производится очистка и осушка газа. Такая схема реализована на Уренгойском месторождении. 

Если  газ содержит в большом количестве гелий либо сероводород, то газ обрабатывают на газоперерабатывающем заводе, где  выделяют гелий и серу. Эта схема  реализована, например, на Оренбургском месторождении. 
 
 

В настоящее  время основным видом транспорта является трубопроводный. Газ под  давлением 75 атмосфер движется по трубам диаметром до 1,4 метра. По мере продвижения  газа по газопроводу он теряет энергию, преодолевая силы трения как между газом и стенкой трубы, так и между слоями газа. Поэтому через определённые промежутки необходимо сооружать компрессорные станции (КС), на которых газ дожимается до 75 атм. Сооружение и обслуживание нефтепровода весьма дорогостояще, но тем не менее — это наиболее дешёвый способ транспортировки газа и черного золота. 
 
 

  
 
 

 Кроме  трубопроводного транспорта используют  специальные танкеры — газовозы. 
 
 

 Это  специальные корабли, на которых  газ перевозится в сжиженном  состоянии при определённых термобарических условиях. Таким образом для транспортировки газа этим способом необходимо протянуть нефтепровод до берега моря, построить на берегу сжижающий газ завод, порт для танкеров, и сами танкеры. Такой вид транспорта считается экономически обоснованным при отдалённости приобретателя сжиженного газа более 3000 км. 

В 2004 международные  поставки газа по газопроводам составили 502 млрд м³, сжиженного газа — 178 млрд м³. 

Также есть и другие проекты транспортировки  газа, например с помощью дирижаблей, или в газогидратном состоянии, но эти проекты не нашли широкого применения в силу различных причин. 
 
 

- Экология. 

В экологическом  отношении природный газ является самым чистым видом минерального топлива. При сгорании его 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 заметному увеличению содержания  углекислого газа в атмосфере, который, как и метан, является парниковым газом. Большинство ученых именно это обстоятельство считают причиной наблюдающегося в настоящее время потепления климата. В связи с этим в 1997 г. был подписан Киотский протокол по ограничению парникового эффекта. Ахатов А.Г. разработал для условий Российской Федерации модель гибких механизмов Киотского протокола, задействование которых позволит значительно пополнить доходную часть федерального бюджета.