สมบัติทางกายภาพและเคมีของก๊าซธรรมชาติ การใช้ก๊าซในอุตสาหกรรมและเศรษฐกิจ

การเผาไหม้ของก๊าซธรรมชาติ

ก๊าซธรรมชาติเป็นแร่ธาตุที่อยู่ในสถานะก๊าซ มีการใช้กันอย่างแพร่หลายมากเป็นเชื้อเพลิง แต่ก๊าซธรรมชาตินั้นไม่ได้ใช้เป็นเชื้อเพลิงส่วนประกอบของมันถูกแยกออกจากกันเพื่อใช้แยกต่างหาก มักเป็นก๊าซที่เกี่ยวข้องในระหว่างการผลิตน้ำมัน ก๊าซธรรมชาติในสภาวะอ่างเก็บน้ำ (สภาวะที่เกิดขึ้นในบาดาลของโลก) อยู่ในสถานะก๊าซในรูปแบบของการสะสมแยกกัน (แหล่งสะสมของก๊าซ) หรือในรูปของฝาก๊าซของแหล่งน้ำมันและก๊าซ - นี่คือ แก๊สฟรี; ไม่ว่าจะอยู่ในสถานะละลายในน้ำมันหรือน้ำ (ในสภาวะอ่างเก็บน้ำ) และในสภาวะมาตรฐาน - ในสถานะก๊าซเท่านั้น ก๊าซธรรมชาติก็อาจอยู่ในรูปของแก๊สไฮเดรตได้เช่นกัน

เกือบ 90% ประกอบด้วยไฮโดรคาร์บอน ซึ่งส่วนใหญ่เป็นมีเทน (CH 4) นอกจากนี้ยังมีไฮโดรคาร์บอนที่หนักกว่า - อีเทน, โพรเพน, บิวเทน, เมอร์แคปแทนและไฮโดรเจนซัลไฟด์ (โดยปกติแล้วสิ่งเจือปนเหล่านี้เป็นอันตราย), ไนโตรเจนและคาร์บอนไดออกไซด์ (โดยพื้นฐานแล้วไม่มีประโยชน์ แต่ไม่เป็นอันตราย), ไอน้ำ, สิ่งเจือปนที่เป็นประโยชน์ของฮีเลียมและ ก๊าซเฉื่อยอื่นๆ

องค์ประกอบทางเคมี

ส่วนหลักของก๊าซธรรมชาติคือมีเธน (CH 4) - มากถึง 98% ก๊าซธรรมชาติอาจมีไฮโดรคาร์บอนที่หนักกว่า - มีความคล้ายคลึงกันของมีเทน:

• อีเทน (C 2 H 6)
• โพรเพน (C 3 H 8)
• บิวเทน (C 4 H 10)
• และอัลเคนอื่นๆ – ตั้งแต่ C 5 ขึ้นไป

เช่นเดียวกับสารที่ไม่ใช่ไฮโดรคาร์บอนอื่นๆ:

• การวิเคราะห์ที่ละเอียดยิ่งขึ้นทำให้สามารถตรวจจับฮีเลียม (He) จำนวนเล็กน้อยในก๊าซธรรมชาติได้

คุณสมบัติทางกายภาพ

ลักษณะทางกายภาพโดยประมาณ (ขึ้นอยู่กับองค์ประกอบ):

• ความหนาแน่น:
  • จาก 0.7 ถึง 1.0 กก./ลบ.ม. 3 - ก๊าซแห้งที่ n ยู.
  • 400 กก./ลบ.ม. - ของเหลว
• ความร้อนจากการเผาไหม้ของก๊าซธรรมชาติหนึ่งลูกบาศก์เมตรในสถานะก๊าซที่สภาวะปกติ: 28-46 MJ หรือ 6.7-11.0 Mcal
• ค่าออกเทนเมื่อใช้กับเครื่องยนต์สันดาปภายใน: 120-130
• ขีดจำกัดความเข้มข้นของการจุดระเบิด (การระเบิด) ของก๊าซธรรมชาติ (มีเทน) อยู่ในช่วงตั้งแต่ 5 ถึง 15% นอกขอบเขตเหล่านี้ ส่วนผสมของก๊าซและอากาศไม่สามารถแพร่กระจายเปลวไฟได้ ในระหว่างการระเบิด ความดันในปริมาตรปิดจะเพิ่มขึ้นเป็น 0.8... 1 MPa
• ก๊าซธรรมชาติบริสุทธิ์ไม่มีสีและไม่มีกลิ่น เพื่อให้สามารถตรวจจับรอยรั่วด้วยกลิ่นได้ไม่ต้องเติม จำนวนมากสารดับกลิ่น (ส่วนใหญ่มักใช้เอทิลเมอร์แคปแทนเป็นสารดับกลิ่น) ที่มีกลิ่นอันไม่พึงประสงค์รุนแรงคือสารดับกลิ่น
• ก๊าซธรรมชาติระเหยอย่างรวดเร็วและกระจายสู่ชั้นบรรยากาศ ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญเมื่อมองจากด้านความปลอดภัย

ปริมาณสำรองก๊าซธรรมชาติ

แผนที่ปริมาณสำรองก๊าซธรรมชาติในโลก

มีเทนและไฮโดรคาร์บอนอื่นๆ แพร่หลายในอวกาศ มีเทน- ก๊าซที่พบมากเป็นอันดับสามในจักรวาล รองจากไฮโดรเจนและฮีเลียม ในรูปของน้ำแข็งมีเทน มันมีส่วนร่วมในโครงสร้างของดาวเคราะห์และดาวเคราะห์น้อยจำนวนมากที่อยู่ห่างไกลจากดวงอาทิตย์ แต่ตามกฎแล้วการสะสมดังกล่าวไม่จัดว่าเป็นแหล่งสะสมของก๊าซธรรมชาติ และยังไม่พบการใช้งานจริง มีไฮโดรคาร์บอนจำนวนมากอยู่ในเนื้อโลก แต่ก็ไม่เป็นที่สนใจเช่นกัน

ก๊าซธรรมชาติจำนวนมากสะสมอยู่ในเปลือกตะกอนของเปลือกโลก ตามทฤษฎีแหล่งกำเนิดของน้ำมันทางชีวภาพ (อินทรีย์) พวกมันเกิดขึ้นจากการย่อยสลายซากสิ่งมีชีวิต เชื่อกันว่าก๊าซธรรมชาติก่อตัวในเปลือกตะกอนที่อุณหภูมิและความดันสูงกว่าน้ำมัน สอดคล้องกับข้อเท็จจริงที่ว่าแหล่งก๊าซมักจะอยู่ลึกกว่าแหล่งน้ำมัน

รัสเซีย (แหล่ง Urengoyskoye), สหรัฐอเมริกา, แคนาดา มีก๊าซธรรมชาติสำรองจำนวนมาก ในบรรดาประเทศอื่นๆ ในยุโรป นอร์เวย์เป็นที่น่าสังเกต แต่ก็มีปริมาณสำรองน้อย ในบรรดาอดีตสาธารณรัฐของสหภาพโซเวียต เติร์กเมนิสถานและคาซัคสถาน (เขต Karachaganak) มีก๊าซสำรองจำนวนมาก

ในช่วงครึ่งหลังของศตวรรษที่ 20 ที่มหาวิทยาลัย I.M. Gubkin ค้นพบไฮเดรตของก๊าซธรรมชาติ (หรือมีเทนไฮเดรต) ต่อมาปรากฎว่าปริมาณสำรองก๊าซธรรมชาติในรัฐนี้มีปริมาณมาก ตั้งอยู่ทั้งใต้ดินและในที่ลุ่มเล็กน้อยใต้ก้นทะเล

การผลิตและการแปรรูปก๊าซธรรมชาติ

แหล่งก๊าซ

อ่างเก็บน้ำน้ำมันหรือก๊าซคือการสะสมของไฮโดรคาร์บอนที่เติมเต็มรูขุมขนของหินที่ซึมเข้าไปได้ หากการสะสมมีขนาดใหญ่และการแสวงประโยชน์นั้นมีความเป็นไปได้ในเชิงเศรษฐกิจ เงินฝากนั้นจะถือเป็นอุตสาหกรรม เงินฝากครอบครองพื้นที่สำคัญจากเงินฝาก

การอบแห้งด้วยแก๊ส

ปริมาณความชื้นของก๊าซในระหว่างการขนส่งมักทำให้เกิดปัญหาในการปฏิบัติงานร้ายแรง ภายใต้สภาวะภายนอกบางประการ (อุณหภูมิและความดัน) ความชื้นสามารถควบแน่น ก่อตัวเป็นปลั๊กน้ำแข็งและไฮเดรตที่เป็นผลึก และเมื่อมีไฮโดรเจนซัลไฟด์และออกซิเจนทำให้เกิดการกัดกร่อนของท่อและอุปกรณ์ เพื่อหลีกเลี่ยงปัญหาเหล่านี้ ก๊าซจะถูกทำให้แห้งโดยการลดอุณหภูมิจุดน้ำค้างลง 5...7 °C ต่ำกว่าอุณหภูมิการทำงานในท่อส่งก๊าซ

การทำให้ก๊าซบริสุทธิ์จากไฮโดรเจนซัลไฟด์และคาร์บอนไดออกไซด์

ในก๊าซไวไฟที่ใช้สำหรับจ่ายก๊าซในเมืองปริมาณไฮโดรเจนซัลไฟด์ไม่ควรเกิน 2 กรัมต่อก๊าซ 100 ลบ.ม. ไม่มีบรรทัดฐานที่จำกัดปริมาณคาร์บอนไดออกไซด์ แต่ด้วยเหตุผลทางเทคนิคและเศรษฐกิจในก๊าซที่ขนส่ง ไม่ควรเกิน 2%

ดับกลิ่นแก๊ส

ก๊าซธรรมชาติไม่มีกลิ่น ดังนั้นเพื่อตรวจจับการรั่วไหลของก๊าซได้ทันท่วงที พวกเขาจึงให้กลิ่น - ก๊าซมีกลิ่น Ethyl mercaptan (C 2 H 5 SH) ใช้เป็นสารดับกลิ่น ในแง่ของความเป็นพิษ จะเหมือนกับไฮโดรเจนซัลไฟด์ในเชิงคุณภาพและเชิงปริมาณ และมีกลิ่นฉุนที่ไม่พึงประสงค์

การขนส่ง

การขนส่งก๊าซประเภทหลักในปัจจุบันคือท่อ ก๊าซเคลื่อนที่ผ่านท่อที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางขนาดใหญ่ภายใต้ความกดดัน 75 บรรยากาศ (7.5 MPa) เมื่อก๊าซเคลื่อนที่ผ่านท่อก๊าซจะสูญเสียพลังงานและถูกใช้ไปกับการเอาชนะแรงเสียดทานทั้งระหว่างผนังท่อกับก๊าซและระหว่างชั้นของก๊าซเอง เพื่อรักษาความดันในท่อให้อยู่ในระดับที่กำหนด จำเป็นต้องมีสถานีอัด (CS) ในระยะหนึ่งจากกันซึ่งจะต้องรักษาความดันในท่อไว้ที่ระดับ 75 บรรยากาศ การบำรุงรักษาและการสร้างท่อส่งน้ำมันมีค่าใช้จ่ายเป็นจำนวนมาก แต่อย่างไรก็ตาม ท่อส่งน้ำมันเป็นวิธีที่ถูกที่สุดในการขนส่งน้ำมันและก๊าซ

อีกวิธีหนึ่งในการขนส่งก๊าซคือการใช้เรือบรรทุกน้ำมันแบบพิเศษ - เรือบรรทุกก๊าซ เรือเหล่านี้เป็นเรือที่มีอุปกรณ์พิเศษสำหรับการขนส่งก๊าซในสถานะของเหลวภายใต้เงื่อนไขบางประการ ในการขนส่งก๊าซโดยใช้วิธีนี้ นอกเหนือจากตัวเรือบรรทุกเองแล้ว จำเป็นต้องดำเนินมาตรการเตรียมการหลายประการเพื่อให้สามารถใช้งานได้ มีความจำเป็นต้องขยายท่อส่งก๊าซไปยังชายทะเล สร้างท่าเรือสำหรับเรือบรรทุกน้ำมัน โรงงานผลิตก๊าซเหลว และตัวเรือบรรทุกเอง อย่างไรก็ตาม การขนส่งก๊าซประเภทนี้มีความเป็นไปได้ในเชิงเศรษฐกิจเมื่อผู้บริโภคอยู่ห่างจากแหล่งผลิตมากกว่า 3,000 กม.

การสังเคราะห์ก๊าซธรรมชาติ

มีหลายวิธีในการรับก๊าซธรรมชาติจากสารอินทรีย์อื่นๆ เช่น ของเสียจากกิจกรรมทางการเกษตร การแปรรูปไม้และอุตสาหกรรมอาหาร เป็นต้น

มนุษยชาติรู้เกี่ยวกับการมีอยู่ของก๊าซธรรมชาติมาเป็นเวลานาน การประมาณการแบบอนุรักษ์นิยมแนะนำว่าจีนใช้ก๊าซธรรมชาติเพื่อให้ความร้อนและแสงสว่างตั้งแต่ต้นศตวรรษที่ 4 ก่อนคริสตกาล เพื่อให้ได้มานั้น ได้มีการเจาะบ่อน้ำ และท่อก็ทำจากไม้ไผ่ นอกจากนี้ เป็นเวลานานแล้วที่เปลวไฟอันสว่างไสวที่ไม่ทิ้งขี้เถ้ากลายเป็นหัวข้อหนึ่งของลัทธิลึกลับและศาสนาสำหรับบางชนชาติ ตัวอย่างเช่นบนคาบสมุทร Absheron (ดินแดนปัจจุบันของอาเซอร์ไบจาน) ในศตวรรษที่ 7 วิหารแห่งผู้บูชาไฟ Ateshgah ถูกสร้างขึ้นซึ่งมีการให้บริการจนถึงศตวรรษที่ 19

คำว่า "ก๊าซ" ถูกสร้างขึ้นเมื่อต้นศตวรรษที่ 17 โดยนักธรรมชาติวิทยาชาวเฟลมิช แจน แบปติสต์ แวน เฮลมอนต์ เพื่อหมายถึง "อากาศที่ตายแล้ว" ที่เขาได้รับ (คาร์บอนไดออกไซด์) เฮลมอนต์เขียนว่า: “ฉันเรียกก๊าซไอน้ำแบบนั้นเพราะมันแทบไม่ต่างจากความวุ่นวายในสมัยก่อนเลย” แต่ในกรณีนี้ เรากำลังเผชิญกับรูปแบบการดำรงอยู่ของสสารรูปแบบหนึ่ง

นักวิทยาศาสตร์ยังไม่มีความเห็นพ้องต้องกันเกี่ยวกับต้นกำเนิดของก๊าซธรรมชาติ แนวคิดหลักสองประการ - ชีวภาพและแร่ธาตุ - ยืนยันเหตุผลที่แตกต่างกันสำหรับการก่อตัวของแร่ธาตุไฮโดรคาร์บอนในบาดาลของโลก

• ทฤษฎีแร่. การก่อตัวของแร่ธาตุในชั้นหินเป็นส่วนหนึ่งของกระบวนการกำจัดแก๊สออกจากโลก เนื่องจากพลวัตภายในของโลก ไฮโดรคาร์บอนที่อยู่ที่ระดับความลึกมากจะลอยขึ้นสู่บริเวณที่มีความดันต่ำสุด ส่งผลให้เกิดการสะสมตัวของก๊าซ
• ทฤษฎีทางชีวภาพ. สิ่งมีชีวิตที่ตายและจมลงสู่ก้นอ่างเก็บน้ำสลายตัวไปในอวกาศที่ไม่มีอากาศถ่ายเท เมื่อจมลึกลงเรื่อยๆ เนื่องจากการเคลื่อนไหวทางธรณีวิทยา ซากอินทรียวัตถุที่สลายตัวถูกเปลี่ยนสภาพภายใต้อิทธิพลของปัจจัยเทอร์โมบาริก (อุณหภูมิและความดัน) ให้กลายเป็นแร่ไฮโดรคาร์บอน รวมถึงก๊าซธรรมชาติ

เมื่อไม่นานมานี้ กลุ่มนักวิทยาศาสตร์จากสถาบันปัญหาน้ำมันและก๊าซของ Russian Academy of Sciences ภายใต้การนำของ Doctor of Geological and Mineralological Sciences Azaria Barenbaum ได้พัฒนาแนวคิดใหม่เกี่ยวกับต้นกำเนิดของน้ำมันและก๊าซ ตามทฤษฎีนี้ แหล่งสะสมไฮโดรคาร์บอนขนาดใหญ่อาจไม่ปรากฏขึ้นภายในเวลาหลายล้านปีอย่างที่คิดไว้ก่อนหน้านี้ แต่จะเกิดขึ้นภายในหลายทศวรรษเท่านั้น

ก๊าซธรรมชาติสามารถมีอยู่ได้ในรูปของก๊าซที่สะสมอยู่ในชั้นหินบางชั้น ในรูปของฝาก๊าซ (เหนือน้ำมัน) และยังอยู่ในรูปแบบที่ละลายหรือเป็นผลึกด้วย ก๊าซธรรมชาติยังสามารถอยู่ในรูปของแก๊สไฮเดรตได้ (ไฮเดรตของก๊าซธรรมชาติคือแก๊สไฮเดรตหรือคลาเทรต - สารประกอบผลึกที่เกิดขึ้นภายใต้สภาวะเทอร์โมบาริกจากน้ำและก๊าซ)

ก๊าซธรรมชาติมีข้อดีหลายประการเมื่อเทียบกับเชื้อเพลิงและวัตถุดิบประเภทอื่น:

• ต้นทุนการผลิตก๊าซธรรมชาติต่ำกว่าเชื้อเพลิงประเภทอื่นอย่างมาก ผลิตภาพแรงงานในระหว่างการสกัดจะสูงกว่าในระหว่างการสกัดน้ำมันและถ่านหิน
• การไม่มีคาร์บอนมอนอกไซด์ในก๊าซธรรมชาติจะช่วยป้องกันความเป็นไปได้ที่จะเป็นพิษต่อผู้คนเนื่องจากก๊าซรั่ว
• ด้วยการทำความร้อนด้วยแก๊สของเมืองและเมืองต่าง ๆ อ่างอากาศจึงมีมลพิษน้อยกว่ามาก
• เมื่อใช้งานกับก๊าซธรรมชาติ สามารถทำให้กระบวนการเผาไหม้เป็นอัตโนมัติและมีประสิทธิภาพสูง
• อุณหภูมิสูงระหว่างการเผาไหม้ (มากกว่า 2,000°C) และความร้อนจำเพาะของการเผาไหม้ทำให้สามารถใช้ก๊าซธรรมชาติเป็นพลังงานและเชื้อเพลิงทางเทคโนโลยีได้อย่างมีประสิทธิภาพ

แก๊สเป็นเชื้อเพลิงอายุน้อยกว่าน้ำมัน ยุคของก๊าซธรรมชาติโดยพื้นฐานแล้วเริ่มต้นจากการค้นพบแหล่งโกรนิงเกนในประเทศเนเธอร์แลนด์ในปี พ.ศ. 2502 และการค้นพบปริมาณสำรองก๊าซโดยสหราชอาณาจักรในแอ่งทะเลเหนือทางตอนใต้ในช่วงกลางทศวรรษที่ 1960

ตามข้อมูลของ IEA ตั้งแต่ต้นทศวรรษที่ 70 ส่วนแบ่งของก๊าซในสมดุลพลังงานทั่วโลกเพิ่มขึ้นจาก 16 เป็น 21% ในปี 2551 จากการทบทวนสถิติพลังงานโลกของ BP ส่วนแบ่งนี้ในปี 2551-2553 ในการใช้พลังงานทั่วโลกยังสูงขึ้นอีก - ประมาณ 24% รายงานแนวโน้มพลังงานโลกของ BP ในปี 2573 ระบุว่าก๊าซธรรมชาติจะเป็นเชื้อเพลิงที่เติบโตเร็วที่สุดในอีก 25 ปีข้างหน้า ในเวลาเดียวกัน ผู้เชี่ยวชาญจากสำนักงานพลังงานระหว่างประเทศเชื่อว่าส่วนแบ่งของก๊าซในสมดุลพลังงานทั่วโลกจะเพิ่มขึ้นจาก 21% เป็น 25% ภายในปี 2578 ก๊าซจะกลายเป็นผู้ให้บริการพลังงานอันดับสองรองจากน้ำมัน โดยแทนที่ถ่านหินไปอยู่ในอันดับที่สาม

องค์ประกอบทางเคมี

องค์ประกอบทางเคมีของก๊าซธรรมชาติค่อนข้างง่าย ส่วนหลักของก๊าซประเภทนี้คือมีเธน (CH4) ซึ่งเป็นไฮโดรคาร์บอนที่ง่ายที่สุด (สารประกอบอินทรีย์ที่ประกอบด้วยอะตอมของคาร์บอนและไฮโดรเจน) มีส่วนแบ่งเกิน 92%

ก๊าซธรรมชาติสองกลุ่มหลักมีความโดดเด่นขึ้นอยู่กับปริมาณมีเธน:

• ก๊าซธรรมชาติกลุ่ม H(ก๊าซ H เช่น ก๊าซแคลอรี่สูง) เนื่องจากมีเทนมีเทนสูง (ตั้งแต่ 87% ถึง 99%) จึงมีคุณภาพสูงสุด ก๊าซธรรมชาติของรัสเซียจัดอยู่ในกลุ่ม H และมีค่าความร้อนสูง เนื่องจากมีปริมาณมีเทนสูง (~98%) จึงเป็นก๊าซธรรมชาติคุณภาพสูงที่สุดในโลก
• ก๊าซธรรมชาติกลุ่มแอล(ก๊าซแอลเช่นก๊าซแคลอรี่ต่ำ) เป็นก๊าซธรรมชาติที่มีปริมาณมีเทนต่ำกว่า - จาก 80% ถึง 87% หากไม่เป็นไปตามข้อกำหนดด้านคุณภาพ (11.1 kWh/ลูกบาศก์เมตร) มักจะไม่สามารถจ่ายก๊าซให้กับผู้บริโภคโดยตรงได้หากไม่มีการประมวลผลเพิ่มเติม

นอกจากมีเทนแล้ว ก๊าซธรรมชาติอาจมีไฮโดรคาร์บอนที่หนักกว่า มีความคล้ายคลึงกันของมีเทน: อีเทน (C2H6), โพรเพน (C3H8), บิวเทน (C4H10) และสิ่งสกปรกที่ไม่ใช่ไฮโดรคาร์บอนบางชนิด ในเวลาเดียวกัน สิ่งสำคัญคือองค์ประกอบของก๊าซธรรมชาติไม่คงที่และแตกต่างกันไปในแต่ละสนาม

คุณสมบัติทางกายภาพ

ลักษณะทางกายภาพโดยประมาณ (ขึ้นอยู่กับองค์ประกอบ):

• ความหนาแน่น: ตั้งแต่ 0.7 ถึง 1.0 กก./ลบ.ม. (ก๊าซแห้ง ภายใต้สภาวะปกติ) หรือ 400 กก./ลบ.ม. (ของเหลว)
• อุณหภูมิจุดติดไฟ: t = 650°C
• ค่าความร้อนของก๊าซธรรมชาติหนึ่งลูกบาศก์เมตรในสถานะก๊าซที่สภาวะปกติ: 28-46 MJ หรือ 6.7-11.0 Mcal
• ค่าออกเทนเมื่อใช้กับเครื่องยนต์สันดาปภายใน: 120-130
• เบากว่าอากาศ 1.8 เท่า ดังนั้นเมื่อมีการรั่วไหลจะไม่สะสมในที่ราบลุ่ม แต่จะลอยขึ้นมา

แอปพลิเคชัน

การมีข้อได้เปรียบเหนือแหล่งพลังงานอื่นๆ เช่น ประสิทธิภาพและความเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม ก๊าซธรรมชาติจึงมีความสำคัญมากขึ้นในอุตสาหกรรมและครัวเรือน

ก๊าซธรรมชาติในฐานะตัวพาพลังงานฟอสซิลส่วนใหญ่จะใช้เพื่อให้ความร้อนแก่ที่อยู่อาศัยและโรงงานอุตสาหกรรม เพื่อประกอบอาหาร ผลิตไฟฟ้า และในภาคอุตสาหกรรมการผลิตเพื่อผลิตพลังงานความร้อน

ก๊าซธรรมชาติถูกใช้ในปริมาณเล็กน้อยเป็นเชื้อเพลิงในเครื่องยนต์ เนื่องจากราคาน้ำมันเบนซินที่สูงขึ้นในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา จำนวนรถยนต์ส่วนตัวที่เปลี่ยนเป็นเครื่องยนต์แก๊สจึงเพิ่มขึ้น นอกจากนี้ รถบรรทุกและรถโดยสารยังได้รับการติดตั้งใหม่เพื่อใช้ก๊าซธรรมชาติอีกด้วย นอกเหนือจากปัจจัยด้านต้นทุนแล้ว ข้อโต้แย้งที่สำคัญที่สนับสนุนก๊าซธรรมชาติก็คือระดับการปล่อยสารอันตรายออกสู่ชั้นบรรยากาศที่ต่ำกว่า

20 ประเทศชั้นนำของโลกโดยปริมาณสำรองก๊าซที่พิสูจน์แล้ว (อิงจากผลลัพธ์ปี 2010)

แหล่งที่มา

20 ประเทศชั้นนำของโลกในด้านปริมาณการใช้ก๊าซ (อ้างอิงจากผลการดำเนินงานปี 2553)

แหล่งที่มา: การทบทวนสถิติพลังงานโลกของ BP ประจำปี 2554

20 ประเทศชั้นนำของโลกในด้านการผลิตก๊าซ (อิงจากผลลัพธ์ปี 2010)

แหล่งที่มา: การทบทวนสถิติพลังงานโลกของ BP ประจำปี 2554

ก๊าซธรรมชาติมีความทนทานต่อปฏิกิริยาการเผาไหม้ทางเคมีสูง ดังนั้นพลังงานจึงได้มาจากมันบ่อยที่สุด - ไฟฟ้าและความร้อน แต่ก๊าซยังสามารถนำไปใช้ทำปุ๋ย เชื้อเพลิง สี และอื่นๆ อีกมากมายได้

เชื้อเพลิงสีเขียว

ในรัสเซีย ก๊าซธรรมชาติประมาณครึ่งหนึ่งส่งไปยังบริษัทพลังงานและระบบสาธารณูปโภค แม้ว่าคุณจะไม่มีเตาแก๊สหรือเครื่องทำน้ำอุ่นที่ใช้แก๊สในบ้าน แต่ไฟฟ้าและน้ำร้อนของคุณก็มักจะมาจากก๊าซธรรมชาติ
ก๊าซธรรมชาติเป็นเชื้อเพลิงที่สะอาดที่สุดในบรรดาเชื้อเพลิงฟอสซิลไฮโดรคาร์บอน เมื่อเผาจะเกิดเพียงน้ำและคาร์บอนไดออกไซด์เท่านั้น ในขณะที่ผลิตภัณฑ์ปิโตรเลียมและถ่านหินถูกเผา จะเกิดเขม่าและเถ้าขึ้นด้วย นอกจากนี้การปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์เรือนกระจกเมื่อเผาก๊าซธรรมชาติยังต่ำที่สุดซึ่งได้รับชื่อ "เชื้อเพลิงสีเขียว" เนื่องจากมีลักษณะทางสิ่งแวดล้อมสูง ก๊าซธรรมชาติจึงมีบทบาทสำคัญในภาคพลังงานของมหานคร

คุณสามารถขับแบบใช้แก๊สได้

ก๊าซธรรมชาติสามารถใช้เป็นเชื้อเพลิงในเครื่องยนต์ได้ มีเทนแบบอัด (หรือแบบอัด) มีราคาครึ่งหนึ่งของน้ำมันเบนซินเกรด 76 ช่วยยืดอายุเครื่องยนต์ และปรับปรุงระบบนิเวศของเมืองได้ เครื่องยนต์ที่ใช้ก๊าซธรรมชาติเป็นไปตามมาตรฐานด้านสิ่งแวดล้อมยูโร 4 ก๊าซสามารถใช้กับรถยนต์ทั่วไป เกษตรกรรม น้ำ อากาศ และการขนส่งทางรถไฟ

ก๊าซอัดผลิตขึ้นที่สถานีอัดแก๊สรถยนต์ (สถานีเติม CNG) โดยการบีบอัดก๊าซธรรมชาติที่จ่ายผ่านท่อส่งก๊าซให้มีความเข้มข้น 20–25 MPa (200–250 บรรยากาศ)

นอกจากนี้ยังสามารถผลิตเชื้อเพลิงมอเตอร์เหลวจากก๊าซธรรมชาติโดยใช้เทคโนโลยีเปลี่ยนก๊าซเป็นของเหลว (GTL) ได้อีกด้วย เนื่องจากก๊าซธรรมชาติเป็นผลิตภัณฑ์ที่ค่อนข้างเฉื่อยในระหว่างการประมวลผลเกือบทุกครั้งในขั้นตอนแรกมันจะถูกแปลงเป็นส่วนผสมของก๊าซไอที่มีปฏิกิริยามากกว่าซึ่งเรียกว่าก๊าซสังเคราะห์ (ส่วนผสมของ CO และ H 2)
จากนั้นจะถูกส่งไปสังเคราะห์เพื่อผลิตเชื้อเพลิงเหลว ซึ่งอาจเรียกได้ว่าเป็นน้ำมันสังเคราะห์ น้ำมันดีเซล รวมถึงน้ำมันหล่อลื่นและพาราฟิน

เป็นครั้งแรกที่นักเคมีชาวเยอรมัน Franz Fischer และ Hans Tropsch ได้รับไฮโดรคาร์บอนเหลวจากก๊าซสังเคราะห์ในปี 1923 จริงอยู่ที่ว่าพวกเขาใช้ถ่านหินเป็นแหล่งไฮโดรเจน ปัจจุบันวิธีการ Fischer-Tropsch หลากหลายรูปแบบถูกนำมาใช้ในกระบวนการเปลี่ยนก๊าซเป็นของเหลวหลายๆ กระบวนการในตลาด

โรยหน้า

การแปรรูปแก๊สเบื้องต้นเกิดขึ้นที่โรงงานแปรรูปแก๊ส - โรงงานแปรรูปแก๊ส
นอกจากมีเทนแล้ว ก๊าซธรรมชาติยังประกอบด้วยสิ่งเจือปนต่างๆ ที่ต้องแยกออกจากกัน ได้แก่ไนโตรเจน คาร์บอนไดออกไซด์ ไฮโดรเจนซัลไฟด์ ฮีเลียม และไอน้ำ
ดังนั้นก่อนอื่น ก๊าซที่โรงงานแปรรูปก๊าซต้องผ่านกระบวนการพิเศษ - การทำความสะอาดและทำให้แห้ง ที่นี่ก๊าซจะถูกบีบอัดตามความดันที่จำเป็นสำหรับการแปรรูป ที่โรงงานเติมน้ำมัน ก๊าซจะถูกแยกออกเป็นก๊าซเบนซินที่ไม่เสถียรและก๊าซแยกออก ซึ่งเป็นผลิตภัณฑ์ที่จะถูกสูบเข้าสู่ท่อส่งก๊าซหลักในเวลาต่อมา ก๊าซบริสุทธิ์เดียวกันนี้จะถูกส่งไปยังโรงงานเคมีซึ่งมีการผลิตเมทานอลและแอมโมเนีย

และหลังจากแยกก๊าซเบนซินที่ไม่เสถียรออกจากแก๊สแล้ว จะถูกส่งไปยังหน่วยแยกก๊าซ โดยที่ไฮโดรคาร์บอนเบาจะถูกแยกออกจากส่วนผสมนี้: อีเทน, โพรเพน, บิวเทน, เพนเทน ผลิตภัณฑ์เหล่านี้ยังกลายเป็นวัตถุดิบสำหรับการแปรรูปต่อไปอีกด้วย ตัวอย่างเช่นจะได้โพลีเมอร์และยางจากพวกเขา และส่วนผสมของโพรเพนและบิวเทนนั้นเป็นผลิตภัณฑ์สำเร็จรูป - มันถูกปั๊มเข้ากระบอกสูบและใช้เป็นเชื้อเพลิงในครัวเรือน

สี กาว และน้ำส้มสายชู

เมทานอล (CH 3 OH) ผลิตจากก๊าซธรรมชาติโดยใช้รูปแบบที่คล้ายกับกระบวนการ Fischer-Tropsch มันถูกใช้เป็นรีเอเจนต์เพื่อต่อสู้กับปลั๊กไฮเดรตที่ก่อตัวในท่อที่อุณหภูมิต่ำ เมทานอลยังสามารถกลายเป็นวัตถุดิบสำหรับการผลิตที่ซับซ้อนมากขึ้น สารเคมี: ฟอร์มาลดีไฮด์, วัสดุฉนวน, วาร์นิช, สี, กาว, สารเติมแต่งน้ำมันเชื้อเพลิง, กรดอะซิติก

ปุ๋ยแร่ยังได้มาจากก๊าซธรรมชาติผ่านการเปลี่ยนแปลงทางเคมีหลายอย่าง ในระยะแรกคือแอมโมเนีย กระบวนการผลิตแอมโมเนียจากก๊าซนั้นคล้ายคลึงกับกระบวนการเปลี่ยนก๊าซเป็นของเหลว แต่ต้องใช้ตัวเร่งปฏิกิริยา ความดัน และอุณหภูมิที่แตกต่างกัน

แอมโมเนียนั้นเป็นปุ๋ย และยังใช้ในหน่วยทำความเย็นเป็นสารทำความเย็นและเป็นวัตถุดิบสำหรับการผลิตสารประกอบที่มีไนโตรเจน: กรดไนตริก, แอมโมเนียมไนเตรต, ยูเรีย

แอมโมเนียเกิดขึ้นได้อย่างไร?

ขั้นแรก ก๊าซธรรมชาติจะถูกทำให้บริสุทธิ์จากกำมะถัน จากนั้นผสมกับไอน้ำร้อน และเข้าสู่เครื่องปฏิกรณ์ ซึ่งจะผ่านชั้นของตัวเร่งปฏิกิริยา ขั้นตอนนี้เรียกว่าการปฏิรูปเบื้องต้น หรือการปฏิรูปก๊าซไอน้ำ ส่วนผสมของก๊าซที่ประกอบด้วยไฮโดรเจน มีเทน คาร์บอนไดออกไซด์ (CO 2) และคาร์บอนมอนอกไซด์ (CO) ออกมาจากเครื่องปฏิกรณ์ จากนั้นส่วนผสมนี้จะถูกส่งไปยังการปฏิรูปรอง (การแปลงไอน้ำเป็นอากาศ) โดยผสมกับออกซิเจนจากอากาศ ไอน้ำ และไนโตรเจนในอัตราส่วนที่ต้องการ ในขั้นตอนต่อไป CO และ CO 2 จะถูกลบออกจากส่วนผสม หลังจากนั้นส่วนผสมของไฮโดรเจนและไนโตรเจนจะไปสู่การสังเคราะห์แอมโมเนียโดยตรง

สถานะในรูปของไฮเดรตของก๊าซธรรมชาติ

องค์ประกอบทางเคมี

ส่วนหลักของก๊าซธรรมชาติคือมีเธน (CH 4) - ตั้งแต่ 70 ถึง 98% ก๊าซธรรมชาติอาจมีไฮโดรคาร์บอนที่หนักกว่า - มีความคล้ายคลึงกันของมีเทน:

• อีเทน (C 2 H 6)
• โพรเพน (C 3 H 8)
• บิวเทน (C 4 H 10)

ก๊าซธรรมชาติยังมีสารอื่นที่ไม่ใช่ไฮโดรคาร์บอนด้วย:

• ฮีเลียม (He) และก๊าซมีตระกูลอื่น ๆ

ก๊าซธรรมชาติบริสุทธิ์ไม่มีสีและไม่มีกลิ่น เพื่อให้ตรวจจับการรั่วไหลของก๊าซได้ง่ายขึ้น มีการเติมสารมีกลิ่นในปริมาณเล็กน้อย - สารที่มีกลิ่นไม่พึงประสงค์รุนแรง (กะหล่ำปลีเน่า หญ้าแห้งเน่า ไข่เน่า) ส่วนใหญ่มักจะใช้ไทออล (เมอร์แคปแทน) เป็นสารดับกลิ่น เช่น เอทิลเมอร์แคปแทน (16 กรัมต่อก๊าซธรรมชาติ 1,000 ลูกบาศก์เมตร)

คุณสมบัติทางกายภาพ

ลักษณะทางกายภาพโดยประมาณ (ขึ้นอยู่กับองค์ประกอบ ภายใต้สภาวะปกติ เว้นแต่จะระบุไว้เป็นอย่างอื่น):

แหล่งก๊าซธรรมชาติ

ก๊าซธรรมชาติจำนวนมากสะสมอยู่ในเปลือกตะกอนของเปลือกโลก ตามทฤษฎีแหล่งกำเนิดของน้ำมันทางชีวภาพ (อินทรีย์) พวกมันเกิดขึ้นจากการย่อยสลายซากสิ่งมีชีวิต เชื่อกันว่าก๊าซธรรมชาติก่อตัวในตะกอนที่อุณหภูมิและความดันสูงกว่าน้ำมัน สอดคล้องกับข้อเท็จจริงที่ว่าแหล่งก๊าซมักจะอยู่ลึกกว่าแหล่งน้ำมัน

รัสเซีย (แหล่ง Urengoy) อิหร่าน ประเทศอ่าวเปอร์เซียส่วนใหญ่ สหรัฐอเมริกา และแคนาดา มีก๊าซธรรมชาติสำรองจำนวนมาก ในบรรดาประเทศในยุโรป นอร์เวย์และเนเธอร์แลนด์เป็นที่น่าสังเกต ในบรรดาอดีตสาธารณรัฐของสหภาพโซเวียต เติร์กเมนิสถาน อาเซอร์ไบจาน อุซเบกิสถาน รวมถึงคาซัคสถาน (แหล่ง Karachaganak) มีก๊าซสำรองจำนวนมาก

มีเทนและไฮโดรคาร์บอนอื่นๆ แพร่หลายในอวกาศ มีเทนเป็นก๊าซที่มีมากเป็นอันดับสามในจักรวาล รองจากไฮโดรเจนและฮีเลียม ในรูปของน้ำแข็งมีเทน มันมีส่วนร่วมในโครงสร้างของดาวเคราะห์และดาวเคราะห์น้อยจำนวนมากที่อยู่ห่างไกลจากดวงอาทิตย์ แต่ตามกฎแล้วการสะสมดังกล่าวไม่จัดว่าเป็นแหล่งสะสมของก๊าซธรรมชาติ และยังไม่พบการใช้งานจริง มีไฮโดรคาร์บอนจำนวนมากอยู่ในเนื้อโลก แต่ก็ไม่เป็นที่สนใจเช่นกัน

ก๊าซไฮเดรต

ในด้านวิทยาศาสตร์เชื่อกันมานานแล้วว่าการสะสมของไฮโดรคาร์บอนที่มีน้ำหนักโมเลกุลมากกว่า 60 จะอยู่ในเปลือกโลกในสถานะของเหลว ในขณะที่ส่วนที่เบากว่าจะอยู่ในสถานะก๊าซ อย่างไรก็ตาม ในช่วงครึ่งหลังของศตวรรษที่ 20 กลุ่มพนักงาน A. A. Trofimuk, N. V. Chersky, F. A. Trebin, Yu. F. Makogon, V. G. Vasiliev ค้นพบคุณสมบัติของก๊าซธรรมชาติภายใต้สภาวะทางอุณหพลศาสตร์บางประการเพื่อเปลี่ยนสภาพในเปลือกโลกให้เป็นของแข็ง สถานะและก่อตัวเป็นก๊าซไฮเดรต ต่อมาถูกค้นพบว่าปริมาณสำรองก๊าซธรรมชาติในรัฐนี้มีปริมาณมหาศาล

ก๊าซจะเปลี่ยนเป็นสถานะของแข็งในเปลือกโลกรวมกับน้ำในชั้นหินที่ความดันอุทกสถิตสูงถึง 250 atm และอุณหภูมิค่อนข้างต่ำ (สูงถึง +22 ° C) การสะสมของก๊าซไฮเดรตมีความเข้มข้นของก๊าซต่อหน่วยปริมาตรของตัวกลางที่มีรูพรุนสูงกว่าในแหล่งก๊าซทั่วไปอย่างไม่มีใครเทียบได้ เนื่องจากเมื่อน้ำหนึ่งปริมาตรผ่านเข้าสู่สถานะไฮเดรต จะจับกับก๊าซได้มากถึง 220 ปริมาตร โซนของการสะสมของก๊าซไฮเดรตจะกระจุกตัวอยู่ในพื้นที่ชั้นเปอร์มาฟรอสต์เป็นหลัก เช่นเดียวกับที่ระดับความลึกตื้นใต้พื้นมหาสมุทร

ปริมาณสำรองก๊าซธรรมชาติ

การสกัดและการขนส่ง

การผลิต

แอปพลิเคชัน

ก๊าซธรรมชาติถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายเป็นเชื้อเพลิงในอาคารที่พักอาศัย อาคารส่วนตัว และอพาร์ตเมนต์เพื่อให้ความร้อน การทำน้ำร้อน และการปรุงอาหาร ยังไง

คำนิยาม

ก๊าซธรรมชาติเป็นส่วนผสมของก๊าซ (ธรรมชาติอินทรีย์และอนินทรีย์) ที่เกิดขึ้นในบาดาลของโลกระหว่างการสลายตัวแบบไม่ใช้ออกซิเจนของสารอินทรีย์ ทรัพยากรแร่

องค์ประกอบที่สำคัญของก๊าซธรรมชาติคือมีเทน (70 - 98%) รองลงมาคืออีเทน โพรเพน และบิวเทน ในบรรดาก๊าซอนินทรีย์ ก๊าซธรรมชาติอาจรวมถึงคาร์บอนมอนอกไซด์และไดออกไซด์ ไนโตรเจน ก๊าซเฉื่อย ไฮโดรเจน และไฮโดรเจนซัลไฟด์ องค์ประกอบทางเคมีของก๊าซธรรมชาติ (ปริมาณของก๊าซแต่ละชนิด) อาจแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับสนามไฟฟ้า

คุณสมบัติทางเคมีของก๊าซธรรมชาติ

เนื่องจากก๊าซธรรมชาติเป็นส่วนผสมของก๊าซ จึงเป็นไปไม่ได้ที่จะระบุคุณสมบัติทางเคมีของมันได้เนื่องจาก สารแต่ละชนิดที่รวมอยู่ในองค์ประกอบมีคุณสมบัติทางเคมีพิเศษของตัวเอง อย่างไรก็ตาม เราสามารถพูดได้ว่าก๊าซธรรมชาติมีลักษณะเฉพาะคือการเผาไหม้ และในบรรดาสารทั้งหมดที่ประกอบเป็นก๊าซธรรมชาติ มีเพียงไฮโดรคาร์บอน (มีเทน อีเทน ฯลฯ) และคาร์บอนมอนอกไซด์ที่เผาไหม้ในอากาศ ผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยาการเผาไหม้ของก๊าซธรรมชาติ:

CH 4 + 2O 2 = CO 2 + 2H 2 O;

2C 2 H 6 + 7O 2 = 4CO 2 + 6H 2 O;

2C 3 H 8 + 10O 2 = 6CO 2 + 8H 2 O;

2CO + O 2 = 2CO 2

คุณสมบัติทางกายภาพของก๊าซธรรมชาติ

ก๊าซธรรมชาติซึ่งอยู่ในส่วนบาดาลของโลกสามารถอยู่ในสถานะก๊าซ (แหล่งสะสมของก๊าซ) ในรูปของ "ฝา" ก๊าซของแหล่งน้ำมันและก๊าซ ในรูปแบบที่ละลายในน้ำมันหรือในน้ำ ก๊าซธรรมชาติบริสุทธิ์ไม่มีกลิ่นและไม่มีสี อุณหภูมิการเผาไหม้ของก๊าซธรรมชาติคือ 650C ก๊าซธรรมชาติเบากว่าอากาศ 1.8 เท่า

การได้รับก๊าซธรรมชาติ

ก๊าซธรรมชาติถูกสกัดจากส่วนลึกของโลกโดยใช้บ่อน้ำ ก๊าซออกมาจากส่วนลึกเนื่องจากการที่ชั้นหินอยู่ภายใต้ความกดดันมากกว่าความดันบรรยากาศหลายเท่า ดังนั้นแรงผลักดันคือความแตกต่างของแรงดันระหว่างอ่างเก็บน้ำและระบบรวบรวม

การใช้ก๊าซธรรมชาติ

การใช้ก๊าซธรรมชาติหลักเป็นเชื้อเพลิงในการทำความร้อนอาคารที่พักอาศัย การทำน้ำร้อน และการปรุงอาหาร เป็นเชื้อเพลิงสำหรับรถยนต์ โรงต้มน้ำ โรงไฟฟ้าพลังความร้อน เป็นต้น นอกจากนี้ก๊าซธรรมชาติยังใช้ในอุตสาหกรรมเคมีอีกด้วย (วัตถุดิบสำหรับการผลิตสารอินทรีย์ต่างๆ)

ตัวอย่างการแก้ปัญหา

ตัวอย่างที่ 1

ตัวอย่างที่ 2