Альтернативная энергия альтернативная энергетика, возобновляемые источники энергии, энергетические ресурсы планеты

Хранение и транспортировка

Добытый природный газ хранится в специальных герметичных, газонепроницаемых резервуарах.

Для сжиженного сырья предназначены специальные стальные емкости, которые имеют двойные стенки. Они также могут изготавливаться из прочных сплавов алюминия. Как правило, между стенками прокладывается нетеплопроводный материал, препятствующий нагреванию газа.

Самые большие газохранилища создаются под землей. В качестве стенок выступают плотные горные пласты. Для того чтобы породы не подверглись разрушению, их бетонируют. Хранилище для сжиженных газов может быть в виде глубокой горной выработки. Оно представляет собой котлован или яму, которая герметично закрывается металлическим люком.

Основной способ транспортировки газа — трубопроводный. Движение осуществляется по трубам с большим диаметром.

Давление составляет 75 атмосфер. Оно стабильно поддерживается на определенном уровне, благодаря наличию компрессорных станций, расположенных на фиксированном расстоянии друг от друга.

Транспортировка газа также осуществляется с помощью танкеров (газовозов).

На них перевозится сжиженный газ при термобарических условиях. Этот способ подразумевает проведение ряда подготовительных процессов для использования танкеров.

К морскому берегу требуется протянуть газопровод, оборудовать завод для сжижения и построить порт.

Данный метод транспортирования экономически обоснован, особенно если потребитель находится на расстоянии более 3000 км от пункта добычи.

Объемы добычи в России

Российским природным газом пользуется не только наша страна. Мы обеспечиваем голубым топливом такие государства: Германия, Голландия, Турция, Италия. Также сюда относятся бывшие братские республики: Литва, Латвия, Эстония, Беларусь и Армения.

По данным геологических служб, нашей стране принадлежит около 25% всех мировых запасов голубого топлива. В объемном исчислении это равно примерно 45 трлн м3. Если бы мы не экспортировали его в друге местности, то могли использовать сами на протяжении 70-90 лет.

Из общего числа добытого нашей страной газа, а это около 640 млрд кубических метров, примерно 35% идет на экспорт, что приносит государству немалый и стабильный доход

Кроме финансовой стабильности благодаря продаже газа мы имеем много дружески настроенных государств в Европе, а это очень важно при решении различных споров

Если рассчитать объемы добычи голубого топлива на душу населения, то получится около 4 000 кубометров на одного жителя страны. При этом необходимая потребность составляет около 2800 кубических метров на человека.

Газовым царством называют Сибирь: там добывают примерно около 90% всего объема голубого топлива в России. Остальные месторождения почти равномерно разбросаны по Северному Кавказу, Сахалину, Поволжью, в Астраханской и Иркутской областях.

Вот список крупнейших месторождений:

  • Сахалин-3 – около 18 млрд м3 добывается за год;
  • Заполярное – самое большое и мощное хранилище природного газа в стране, около 130 млрд. м3 в год;
  • Штокмановское – около 24 млрд м3;
  • Уренгойское – 36,8 млрд м3;
  • Бованенковское – 67, 5 млрд м3, в основном идет на экспорт в Европу;
  • Ковыктинское – 23 млрд м3 кубометров в год.

Из всех 250 газодобывающих компаний страны:

  • 80 – из состава ВИНК (холдингов);
  • Газпром и его 15 дочерних предприятий;
  • НОВАТЭК – 9 подразделений;
  • 3 предприятия системы СРП;
  • 144 частные и независимые компании.

Добыча голубого топлива в России – это миллиардные прибыли страны и стабильная экономика.

Метан

Кроме того, метан встречается также в угольных шахтах, где из-за своей взрывоопасности представляет серьезную угрозу для шахтеров. Известен метан также в виде выделений на болотах – болотный газ.

В зависимости от содержания метана и других (тяжелых) углеводородных газов метанового ряда газы делятся на сухие (бедные) и жирные (богатые).

  • К сухим относятся газы в основном метанового состава (до 95 – 96 %), в которых содержание других гомологов (этана, пропана, бутана и пентана) незначительно (доли процента). Они более характерны для чисто газовых залежей, где отсутствуют источники обогащения их тяжелыми компонентами, входящими в состав нефти.
  • Жирные газы – это газы с высоким содержанием «тяжелых» газовых соединений. Помимо метана, в них содержатся десятки процентов этана, пропана и более высокомолекулярных соединений вплоть до гексана. Жирные смеси более характерны для попутных газов, сопровождающих нефтяные залежи.

Горючие газы являются обычными и естественными спутниками нефти практически во всех ее известных залежах, т.е. нефть и газ неразделимы в силу своего родственного химического состава (углеводородного), общности происхождения, условий миграции и аккумуляции в природных ловушках разного типа.

Исключение представляют так называемые «мертвые» нефти. Это нефти, приближенные к дневной поверхности, полностью дегазированные за счет испарения (улетучивания) не только газов, но и легких фракций самой нефти.

Такая нефть в России известна на Ухте. Это тяжелая вязкая окисленная, почти нетекучая нефть, которая добывается нетрадиционным шахтным способом.

Широкое распространение в мире имеют чисто газовые залежи, где нефть отсутствует, а газ подстилается пластовыми водами. У нас в России супергигантские газовые месторождения открыты в Западной Сибири: Уренгойское с запасами 5 трлн. м3, Ямбургское — 4,4 трлн. м3, Заполярное — 2,5 трлн. м3, Медвежье – 1,5 трлн. м3.

Однако, наибольшим распространением отличаются нефтегазовые и газонефтяные месторождения. Совместно с нефтью газ встречается либо в газовых шапках, т.е. над нефтью, либо в растворенном в нефти состоянии. Тогда он называется растворенным газом. По своей сути нефть с растворенным в ней газом подобна газированным напиткам. При больших пластовых давлениях в нефти растворены значительные объемы газа, а при падении давления до атмосферного в процессе добычи нефть дегазируется, т.е. газ бурно выделяется из газонефтяной смеси. Такой газ называется попутным.

Естественными спутниками углеводородов являются углекислый газ, сероводород, азот и инертные газы (гелий, аргон, криптон, ксенон), присутствующие в нем в качестве примесей.

Откуда берется газ в недрах земли?

Хотя люди научились применять газ более 200 лет назад, до настоящего времени нет единого мнения, откуда берется газ в недрах земли.

Основные теории происхождения

Существуют две основные теории его происхождения:

  • минеральная, объясняющая образование газа процессами дегазации углеводородов из более глубоких и плотных слоев земли и поднятием их в зоны с меньшим давлением;
  • органическая (биогенная), согласно которой газ – это продукт разложения остатков живых организмов в условиях повышенного давления, температуры и отсутствия воздуха.

В месторождении газ может находиться в виде отдельного скопления, газовой шапки, раствора в нефти или воде, либо газогидратов. В последнем случае залежи находятся в пористых породах между газонепроницаемыми пластами глины. Чаще всего такими породами являются уплотненный песчаник, карбонаты, известняки.

Доля обычных газовых месторождений составляет всего 0,8%. Немного больший процент приходится на глубинный, угольный и сланцевый газ – от 1, 4 до 1,9 %. Наиболее распространенными видами залежей являются водорастворенные газы и гидраты – приблизительно в равных пропорциях (по 46,9%)

Поскольку газ легче нефти, а вода тяжелее, положение ископаемых в пласте всегда одинаковое: газ сверху нефти, а вода подпирает снизу все нефтегазовое месторождение.

Газ в пласте находится под давлением. Чем глубже залежи, тем оно выше. В среднем, на каждые 10 метров, прирост давления составляет 0,1 МПа. Существуют пласты с аномально высоким давлением. Например, на Ачимовских отложениях Уренгойского месторождения оно достигает 600 атмосфер и выше при глубине залегания от 3800 до 4500 м.

Интересные факты и гипотезы

Еще не так давно считалось, что мировые запасы нефти и газа должны исчерпаться уже в начале XXI века. Например, об этом писал в 1965 году авторитетный американский геофизик Хабберт.

До настоящего времени многие страны продолжают наращивать темпы добычи газа. Никаких реальных признаков, что запасы углеводородов заканчиваются, не наблюдается

По мнению доктора геолого-минералогических наук В.В. Полеванова, подобные заблуждения вызваны тем, что теория органического происхождения нефти и газа до сих пор общепринята и владеет умами большинства ученых. Хотя еще Д.И. Менделеев обосновал теорию о неорганическом глубинном происхождении нефти, а затем это было доказано Кудрявцевым и В.Р. Лариным.

Но против органического происхождения углеводородов говорят многие факты.

Вот некоторые из них:

  • открыты месторождения на глубинах до 11 км, в кристаллических фундаментах, где существование органики не может быть даже теоретически;
  • с помощью органической теории можно объяснить только 10 % запасов углеводородов, остальные 90% необъяснимы;
  • космический зонд «Кассини» обнаружил в 2000 году на спутнике Сатурна Титане гигантские ресурсы углеводорода в виде озер, на несколько порядков превышающих земные.

Выдвинутая Лариным гипотеза изначально гидридной Земли объясняет происхождение углеводородов путем реакции водорода с углеродом в глубинах земли и последующей дегазацией метана.

Согласно ей, нет никаких древних залежей юрского периода. Вся нефть и газ могли образоваться в пределах от 1 до 15 тысяч лет назад. По мере отбора запасы могут постепенно пополнятся, что замечено на давно выработанных и заброшенных нефтяных месторождениях.

Способы переработки природного газа

Перед подачей природного газа в главный газопровод, данное сырье не требуется дополнительно очищать, это преимущество перед нефтью (которую следует подвергнуть первичной подготовке, перед подачей в нефтепровод), дает значительную экономию средств при транспортировке.

Перед тем как получить окончательный химический и производственный состав, газовая смесь подвергается вторичной переработке на заводах химической индустрии, которая, в зависимости от применяемых технологий, подразделяется на главные и вторичные способы переработки газа.

Физическая переработка

Этот способ основан на физико-энергетических показателях. Добытый ископаемый материал подвергается глубокому сжатию и разделяется на фракции путем воздействия высоких температур.

При переходе от низких температур к высоким, сырье интенсивно очищается от примесей. Использование мощных компрессоров, позволяет производить переработку на месте газодобычи. При выкачке газа с нефтеносного пласта используют нефтяные насосы, которые отличаются сравнительной дешевизной.

Свойства природного газа

Использование химических реакций

При химико-каталитической переработке происходят процессы, связанные с переходом метана в синтезированный газ, с последующей переработкой. Химические способы подразумевают использование двух методов:

  • паровая, углекислотная конверсия;
  • парциальное окисление.

Последний способ является наиболее энергосберегающим и удобным, поскольку скорость химической реакции при парциальном окислении довольно высокая, отпадает необходимость использовать дополнительные катализаторы.

Использование в качества инструмента воздействия на ископаемое сырье высоких и низких температур называют термохимическим способом переработки природного газа. При температурном воздействии на данное сырье образуются такие химические соединения, как этилен, пропилен и пр. Сложность такого вида переработки заключается в использовании оборудования способного выдать нагрев до 11 тыс. градусов при одновременном увеличении давления до трех атмосфер.

Современные технологии для переработки природного газа используют дополнительный синтез метана, позволяющий удвоить количество выделяемого водорода. Водород представляет собой натуральное сырье, из которого выделяют аммиак, являющийся материалом для получения азотной кислоты, компонентов аммония, анилина и пр.

Продукты переработки газа и сфера их применения

В процессе добычи и очистки газа, помимо основного своего использования как топлива (80%), из составляющих компонентов получают несколько продуктов переработки.

Клей Фенопласт который производят после переработки метана

При переработке выделенного метана, химическим путем извлекают его главную производную – формальдегиды. Данные компоненты используют в производстве фенопластов, которые широко применяются при производстве строительного материала (прессовка фанеры, производство ДВП, теплоизоляция на основе пенопласта и минеральной ваты).

Смолы. Данный компонент широко используется для производства лаков и строительных красителей.

При первичной очистке ископаемого выделяют гелий, который используется при производстве высокоточного (часто медицинского) оборудования и в космической отрасли.

При производстве сельскохозяйственных удобрений используют аммиак, производную составляющую, выделяемую из водорода. Пищевая промышленность использует данный компонент как натуральный канцероген. При разработке новых лекарственных форм используется водный раствор аммиака.

В основе производства полиэтилена и пластмасс находится такой продукт переработки, как этан.

Выделенный метанол используется как компонент транспортного топлива.

Кислоты. Легкая (бумажное и текстильное производство) промышленность использует выделенные из газа кислоты (уксусная) при производстве необходимых красителей.

В оборонном комплексе используется нитрат аммония, являющийся основой при производстве взрывчатых веществ.

Современные технологии переработки газа, экономия и рациональное использование ресурсов позволяют применять альтернативные виды топлива для удовлетворения увеличивающихся потребностей промышленности и населения в энергоносителях.

Колошниковый газ

Колошниковый газ – это побочный продукт доменных печей, восстановленный на выходе из печи.

Вместе с газом из доменной печи выносится значительное количество пыли, содержание которой при плавке на подготовленной руде составляет 30-40 г/м3, а при применении пылеватых руд достигает 50-100 г/м3. Применение в качестве топлива газа, загрязненного пылью, для многих современных горелок и агрегатов недопустимо. Поэтому газ очищают от пыли до остаточной концентрации 0,01-0,02 г/м3.

Газ подвергают последовательно грубой, полутонкой и тонкой очистке. При грубой очистке пыль осаждают в результате увеличения объема газа и снижения его скорости, когда газ переходит из меньшего сечения в большее. Это происходит в пылеуловителях с радиальным подводом газа и циклонах с тангенциальным подводом газа. В этих пылеуловителях осаждается до 80 % всей пыли и содержание пыли уменьшается до 1-4 г/м3.

Рис. 6. Колошниковый газ горит

Рис. 7. Колошниковый газ в структурной схеме плавки чугуна

Полутонкую очистку газа обычно осуществляют в мокрых пылеуловителях, например в скрубберах, в которых газ проходит через деревянные насадки, а навстречу ему движется поток воды, разбрызгиваемой форсунками. Пыль захватывается водой и уносится вместе с ней. Производительность скрубберов составляет более 25 тыс. м3 газа в час при расходе воды до 0,0027 м3/м3 газа. Степень очистки при работе печей на низком давлении – около 0,5 г/м3, а при высоком давлении достигает 0,05 г/м3.

Тонкую очистку газа осуществляют чаще всего по мокрому способу в электрофильтрах или дезинтеграторах и иногда сухим способом в фильтрах из тканей или синтетических материалов.

Роль газа в современном мире

В современной экономике ведущую роль играют энергетические ресурсы. Показателем развития экономики каждого государства является уровень потребления им энергоресурсов

О их важности говорит то, что более 70 % добываемых полезных ископаемых относятся к категории энергоресурсов. Одним из важнейших видов энергоресурсов является природный газ

В настоящее время объем газа в энергетическом балансе планеты составляет около 25 %, а к 2050 году он увеличится до 30 %.

Крупнейшими потребителями газа являются США (646 млрд м³, 2009 г.) и Россия (389,7 млрд м³). Их потребление газа составляет соответственно 22 % и 13,3 % от мирового потребления газа.

Поскольку роль такого энергоресурса, как газ, в мировой экономике очень велика, то большое значение имеют и страны – импортеры газа. Для оценок импорта газа можно воспользоваться последним статистическим сборником компании British Petroleum, выпущенным в середине прошлого года.

В соответствии с этим документом на первом месте по добыче природного газа находятся США, которые добывают 687,6 млрд м³, что составляет 20,5 % всего добытого в мире газа.

На втором месте – Россия с 604,8 млрд м³ (17,8 %).

Необходимо отметить, что выход США на первое место по производству газа связан с разработкой в этой стране технологии сланцевого газа. Эта технология включает закачивание в пробуренную на глубине от 500 до 3 000 м скважину, проходящую через слой сланца, водного раствора под большим давлением. В результате этого происходит гидравлический разрыв пласта и образуются трещины, по которым газ поступает в скважину. Себестоимость такого газа довольно высока, поэтому при низких ценах на газ они становятся нерентабельными.

Природный газ. Состав, свойства, опасности.

Поэтому его оправляются на специальную станцию, которую обычно строят рядом с месторождением. Перерабатывать ископаемые необходимо, так как нужно удалить из них примеси и разные включения такие как песок и вода.

Впоследствии голубое топливо отправляется на хранение.

Для этого его предварительно охлаждают до температуры в -160 градусов и заполняют им емкости из алюминиевых сплавов или стали. В основном газохранилища возводят под землей.

Для транспортировки газа конечным потребителям и экспортных поставок используются специальные магистральные трубопроводы, по которым газ поставляется на газораспределительные станции, где проводится снижение давления, но и добавление одоранта (этил меркаптан) вещество которое придает газу характерный запах и позволяет предотвратить незаметную утечку газа.

Сегодня добыча газа – это одна из важнейших отраслей промышленности России.

Она формирует значительную часть бюджета страны.

Процесс добычи голубого топлива

Предшествующим добыче газа, является процесс геологоразведочных работ. Они позволяют точно определить объем и характер залегания месторождения. В настоящее время применяется несколько методов разведки.

Гравитационный – основывается на вычислении массы горных пород. Для газосодержащих слоев характерна значительно меньшая плотность.

Магнитный – учитывает магнитную проницаемость породы. Посредством проведения аэромагнитной съемки возможно получить полную картину залежей глубиной до 7 км.

Цель данной методики

Сейсмический – используются излучения, отражающиеся при проходе сквозь недра. Это эхо способны уловить специальные измерительные приборы.

Геохимический – изучаются состав подземных вод с определением содержания в них веществ, сопутствующих газовым месторождениям.

Бурение – наиболее эффективный метод, но в то же время самый дорогостоящий из перечисленных. Поэтому до его использования требуется предварительное изучение горных пород.

Способы бурения скважин для добычи природного газа

После того как месторождение определено и оценены предварительные объемы залежей, приступают непосредственно к процессу добычи газа. Производят бурение скважин на глубину размещения яруса полезного ископаемого. Чтобы равномерно распределить давление поднимающегося голубого топлива, скважину выполняют лесенкой либо телескопически (как подзорная труба).

Скважина укрепляется посредством обсадных труб и цементируется. Для равномерного снижения давления и ускорения процесса добычи газа, бурится сразу несколько скважин на одном месторождении. Подъем газа через скважину осуществляется естественным образом – газ перемещается к зоне меньшего давления.

Поскольку после добычи газ содержит различные примеси, следующим этапом является его очистка. Для обеспечения этого процесса вблизи месторождений строят соответствующие промышленные мощности по очистке и переработке газа.

Система очистки природного газа

Добыча с использованием угольных шахт

Угольные пласты содержат большое количество метана, добыча которого не только позволяет получить голубое топливо, но и обеспечить безопасную эксплуатацию предприятий по угледобыче. Подобный способ повсеместно применяется в США.

Основные направления использования и переработки метана

Метод гидроразрыва

При добыче газа данным методом по скважине нагнетается поток воды или воздуха. Таким образом, происходит вытеснение газа.

Этот способ может вызвать сейсмическую неустойчивость разрушенных пород, поэтому он запрещен в некоторых государствах.

Особенности подводной добычи

Добыча газа на Киринском месторождении впервые в России осуществляется с помощью подводного добычного комплекса

Газовые запасы присутствуют, кроме суши, и под водой. В нашей стране обширные подводные месторождения. Подводная добыча выполняется с применением тяжелых гравитационных платформ. Они располагаются на основании, опирающемся на морское дно. Бурение скважин производится колоннами, располагаемыми на основании. На платформах размещаются емкости для хранения извлеченного газа. Далее он транспортируется на сушу через трубопровод.

Данные платформы предусматривают постоянное нахождение людей, выполняющих обслуживание комплекса. Численность может составлять до 100 человек. Эти объекты оборудуются автономным энергоснабжением, площадкой для вертолетов, помещениями персонала.

При расположении залежей вблизи берега, скважины выполняются наклонно. Они начинаются на суше, уходя основанием под шельф моря. Добыча газа и его транспортирование выполняется стандартным порядком.

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.


Газопровод

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.

Ссылка на основную публикацию