Բնական գազ

Բնական գազը անհամ, անհոտ և անգույն գազային միացություն է։ Առաջացել է երկրի ընդերքում անօդ պայմաններում։ Բնական գազը հանածո վառելանյութերից ամենամաքուր այրվողն է և ամենահարմարը արտահանելու ու օգտագործելու համար։ Բնական գազ կա զարգացող և զարգացած երկրներում և ավելի շատ պաշարներ կան բնական գազի զարգացող երկրներում, քանի որ զարգացածները անխնա օգտագործում և արտահանում են այն։ Բնական գազով հարուստ են մի շարք երկրներ դրանցից են՝ Ռուսաստանը, Չինաստանը, Սաուդյան Արաբիան, ԱՄՆ և այլն։ Ներկայումս բնական գազը տեղափոխում են խողովակաշարերով և դա միակ եղանակն է, սակայն միմյանցից շատ հեռու գտնվող երկրներ իհարկե անհնար է տեղափոխել բնական գազ, քանի որ այդքան մեծ խողովակաշար հազիվ թե կառուցվի։ Բնական գազը շատ մեծ դեր ունի ինչպես կենցաղում, այնպես էլ արդյունաբերության մեջ։ ՋԷԿ-երում օգտագործվող վառելիքների շարքում այն զիջում է միայն ածխին։ Բնական գազը որպես ավտոմեքենային վառելիք աշխարհում սկսկել է ավելի մեծ դեր ունենալ, քանի որ համեմատաբար էժան է նավթից,բենզինից և էկոլոգիապես ավելի մաքուր է։ Կա նաև մի տեսություն, որտեղ հստակ ապացուցված է, որ երկրներում, որտեղ ավտոմեքենաները աշխատում են գազով այնտեղ օդը ավելի մաքուր է, իսկ այն երկրներում, որտեղ ավտոմեքենաները աշխատում են բենզինով, այդտեղ օդը համեմատաբար աղտոտված է։ Բնական գազի այրման դեպքում հիմնականում առաջանում է ածխաթթու գազ և ջրային գոլորշի և 1.22 անգամ քիչ ածխաթթու գազ, քան բենզինի այրման դեպքում։ Ընդհանուր առմամբ բնական գազից արտանետվող թունավոր գազերը 1.5 անգամ պակաս են բենզինի արտանետած թունավոր գազերից։ Եվ հետազոտությունները ցույց են տվել, որ եթե ավտոմեքենաները աշխատեն բնական գազով, ապա կնվազի մթնոլորտի ջերմոցային էֆեկտը ընդհուպ մինչև 20 %։


== Քիմիական բաղադրությունը ==
Բնական գազի հիմնական մասը մեթանն է (CH4) ՝ 70-ից 98%։ Բնական գազի բաղադրությունը կարող է ներառել ավելի ծանր ածխաջրածիններ ՝ մեթանի հոմոլոգներ։
•էթան (C2H6),
•պրոպան (C3H8),
•բուտան (C4H10),
•պենտան (C5H12):
Բնական գազը պարունակում է նաև այլ նյութեր, որոնք ածխաջրածիններ չեն.
•ջրածին (H2),
•ջրածնի սուլֆիդ (H2S),
•ածխաթթու գազ (CO2),
•ազոտ (N2) ,
•հելիում (He) և այլ իներտ գազեր։
Մաքուր բնական գազը անգույն է և առանց հոտի։ Գազի արտահոսքի հայտնաբերման հնարավորությունը հեշտացնելու համար դրան փոքր քանակությամբ ավելացնում են հոտավետ նյութեր `սուր տհաճ հոտ ունեցող նյութեր (փտած կաղամբ, փտած խոտ, փտած ձու)։ Առավել հաճախ օգտագործվող հոտավետ նյութը թիոլներն են (մերկապտաններ), օրինակ ՝ էթիլ մերկապտանը (16 գ 1000 մ 2 բնական գազի համար)։
Բնական գազը համարվում է ավելի էկոլոգիապես մաքուր, քան ածուխը, քանի որ այն տալիս է ավելի քիչ CO2 արտանետումներ ստացված էներգիայի միավորի համար։


== Ֆիզիկական հատկություններ ==
Ինդիկատիվ ֆիզիկական բնութագրեր (կազմը կախված է. Տրված է նորմալ պայմաններում, եթե այլ բան նշված չէ)։
•Խտությունը։
0.68-ից 0.85 կգ / մ 3 (չոր գազային);
400 կգ / մ 3 (հեղուկ)։
•Ավտոմեքենայի բռնկման ջերմաստիճանը `650 ° C;
•Խտացում-գոլորշիացման ջերմաստիճաններ –161,5 ° С;
•Գազի և օդի խառնուրդի պայթուցիկ կոնցենտրացիաներ `4.4% -ից 17% ըստ ծավալի;
•Այրման հատուկ ջերմություն. 28-46 ՄՋ / մ 3 (6.7-11.0 Մկալ / մ 3) [4] (այսինքն ՝ 8-12 կՎտժ / մ 3);
•Օկտանի համարը, երբ օգտագործվում է ներքին այրման շարժիչներում `120-130։
Այն 1,8 անգամ թեթեւ է օդից, ուստի արտահոսքի ժամանակ ոչ թե հավաքվում է ցածրադիր վայրերում, այլ բարձրանում է [5]:


== Բնական գազի հանքավայրեր ==
Բնական գազի հսկայական հանքավայրերը կենտրոնացած են երկրի ընդերքի նստվածքային թաղանթի մեջ։ Ըստ յուղի կենսածին (օրգանական) ծագման տեսության, դրանք առաջացել են կենդանի օրգանիզմների մնացորդների քայքայման արդյունքում։ Ենթադրվում է, որ բնական գազը ձեւավորվում է նստվածքային թաղանթներում ավելի բարձր ջերմաստիճաններով և ճնշումներով, քան նավթը։ Դրան համահունչ է այն փաստը, որ գազի հանքավայրերը հաճախ ավելի խորն են տեղակայված, քան նավթահանքերը։
Բնական գազի ամենամեծ պաշարներն ունեն Ռուսաստանը (Ուրենգոյսկի հանքավայր, «Գազպրոմն» ունի աշխարհի գազի պաշարների 17% -ը), Իրանը, Պարսից ծոցի երկրների մեծ մասը, ԱՄՆ-ն և Կանադան։ Եվրոպական երկրներից են Նորվեգիան և Նիդեռլանդները։ Խորհրդային Միության նախկին հանրապետություններից գազի մեծ պաշարներ ունեն Թուրքմենստանը, Ադրբեջանը, Ուզբեկստանը, ինչպես նաև Ղազախստանը (Կարաչագանակի հանքավայր)։
Մեթանը և որոշ այլ ածխաջրածիններ տարածված են տարածության մեջ։ Մեթանը ջրածնից և հելիումից հետո տիեզերքում երրորդ ամենատարածված գազն է։ Մեթանի սառույցի տեսքով այն մասնակցում է արևից հեռու գտնվող բազմաթիվ մոլորակների և աստերոիդների կառուցվածքին, բայց այդպիսի փնջերը, որպես կանոն, չեն դասվում որպես բնական գազի հանքավայրեր, և նրանք դեռ գործնական կիրառություն չեն գտել։ Ածխաջրածինների զգալի քանակը առկա է Երկրի թիկնոցում, բայց դրանք նույնպես չեն հետաքրքրում։


=== Գազի հիդրատներ ===
Գիտության մեջ երկար ժամանակ հավատում էին, որ ավելի քան 60 մոլեկուլային քաշով ածխաջրածինների կուտակումները երկրի ընդերքում են հեղուկ վիճակում, իսկ ավելի բացերը `գազային։ Այնուամենայնիվ, 20-րդ դարի երկրորդ կեսին Մոսկվայի նավթի և գազի ինստիտուտի մի խումբ աշխատակիցներ A.A. Trofimuk, N.V. Chersky, F.A.Trebin, Yu.F. Makogon, V.G. Vasiliev հայտնաբերեցին բնական գազի հատկությունը որոշակի ջերմոդինամիկական պայմաններում անցնում են ընդերքի ամուր վիճակ և առաջացնում գազի հիդրատի հանքավայրեր։ Ավելի ուշ պարզվեց, որ այս վիճակում բնական գազի պաշարներն ահռելի են։
Գազը վերափոխվում է ամուր վիճակի երկրի ընդերքում `զուգակցվելով մինչև 250 մթնոլորտ հիդրոստատիկ ճնշման և համեմատաբար ցածր ջերմաստիճանի (մինչև +22 ° C) հիդրոստատիկ ճնշման ջրի հետ Գազի հիդրատի հանքավայրերն ունեն անհամեմատ ավելի բարձր գազի կոնցենտրացիա ծակոտկեն միջավայրի միավորի մեկ ծավալով, քան սովորական գազի հանքավայրերում, քանի որ ջրի մեկ ծավալը, երբ այն անցնում է ջրածածկ վիճակում, կապում է մինչև 220 գազի ծավալ։ Գազի հիդրատի հանքավայրերի գոտիները կենտրոնացած են հիմնականում հավերժական ցրտահարության բաշխման տարածքներում, ինչպես նաև օվկիանոսի հատակի տակ գտնվող մանր խորության վրա։


== Արդյունահանում և տեղափոխում ==


=== Հանքարդյունաբերություն ===
Բնական գազը թաղված է հողի մեջ 1000 մ-ից մի քանի կիլոմետր խորության վրա (Նովի Ուրենգոյ քաղաքի մոտակայքում գտնվող գերհորը ջրհորը ստացել է ավելի քան 6000 մետր խորությունից գազի ներհոսք)։ Աղիքներում գազը հայտնաբերվում է մանրադիտակային դատարկություններում (ծակոտիներ)։ Theակոտիները փոխկապակցված են մանրադիտակային ալիքներով `ճաքեր, այդ ալիքներով գազը հոսում է բարձր ճնշմամբ ծակոտիներից դեպի ավելի ցածր ճնշմամբ ծակոտիներ, մինչև որ դրանք լինեն ջրհորի մեջ։ Gasրամբարում գազի շարժը ենթակա է որոշակի օրենքների։ Գազը խորքից դուրս է գալիս այն բանի պատճառով, որ ջրամբարը ճնշման տակ է ՝ բազմակի անգամ ավելի բարձր, քան մթնոլորտայինը. Այսպիսով, շարժիչ ուժը ձևավորման և հավաքման համակարգի ճնշման տարբերությունն է։
Գազը արդյունահանվում է երկրի աղիքներից ՝ ջրհորների միջոցով։ Նրանք փորձում են հավասարաչափ հորեր տեղադրել դաշտի ողջ տարածքում ջրամբարում ջրամբարի ճնշման միատեսակ անկման համար։ Հակառակ դեպքում հնարավոր են գազի հոսքերը դաշտի տարածքների միջև, ինչպես նաև ջրամբարի վաղաժամ հեղեղումները։
Բնական գազի համաշխարհային արտադրությունը 2014-ին կազմել է 3460.6 միլիարդ մ 2։ Գազի արտադրության առաջատար դիրքերը զբաղեցնում են Ռուսաստանի Դաշնությունը (2005 թ. Արտադրությունը կազմել է 548 միլիարդ մ 2) և ԱՄՆ-ն (2009 թ. ԱՄՆ-ն առաջին անգամ շրջանցեց Ռուսաստանին ոչ միայն գազի արտադրության տեսանկյունից (624 միլիարդ մ 2 դիմաց 582,3 միլիարդ մ 2), այլ նաև առևտրային գազի արտադրության ծավալը, այսինքն `վաճառվելը գործընկերներին. 2010-ին Ռուսաստանը վերականգնեց արտադրության ավելացման արդյունքում արտադրվող գազի ծավալում իր առաջատարությունը, իսկ ԱՄՆ-ը, ընդհակառակը, կրճատեց արդյունահանումը)։


=== Բնական գազի փոխադրում ===
Հորերից եկող գազը պետք է պատրաստ լինի վերջնական օգտագործողին `քիմիական գործարան, կաթսայատուն, thermalԷԿ, քաղաքային գազային ցանցեր տեղափոխելու համար։ Գազի մաքրման անհրաժեշտությունը պայմանավորված է դրանում առկա առկայությամբ, բացի թիրախային բաղադրիչներից (տարբեր բաղադրիչներ ուղղված են տարբեր սպառողների համար), ինչպես նաև խառնուրդներ, որոնք դժվարություններ են առաջացնում տեղափոխման կամ օգտագործման մեջ։ Այսպիսով, գազի մեջ պարունակվող ջրի գոլորշին, որոշակի պայմաններում, կարող է առաջացնել հիդրատներ կամ, խտացնելով, կուտակվել տարբեր տեղերում (օրինակ ՝ խողովակաշարի ոլորում) ՝ խանգարելով գազի շարժմանը։ Ջրածնի սուլֆիդը առաջացնում է գազի սարքավորումների խիստ կոռոզիա (խողովակներ, ջերմափոխանակիչ բաքեր և այլն)։ Բացի բուն գազը պատրաստելուց, անհրաժեշտ է պատրաստել խողովակաշարը։ Այստեղ լայնորեն օգտագործվում են ազոտի բույսերը, որոնք օգտագործվում են խողովակաշարում իներտ մթնոլորտ ստեղծելու համար։
Ներկայումս տրանսպորտի հիմնական եղանակը խողովակաշարն է։ 75 ատմ ճնշման տակ գտնվող գազը մղվում է մինչև 1,42 մ տրամագծով խողովակների միջով։ Երբ գազը շարժվում է խողովակաշարով, հաղթահարելով շփման ուժերը ինչպես գազի և խողովակի պատի միջև, այնպես էլ գազի շերտերի միջև, այն կորցնում է պոտենցիալ էներգիան, որը տարածվում է ջերմության տեսքով։ Հետեւաբար, որոշակի ընդմիջումներով անհրաժեշտ է կառուցել կոմպրեսորային կայաններ (ԳՍ), որտեղ սովորաբար գազը սեղմվում է 55-ից 120 ատմ ճնշման ներքո և ապա հովացվում։ Խողովակաշարի կառուցումը և պահպանումը շատ թանկ է, բայց, այնուամենայնիվ, դա նախնական ներդրումների և կազմակերպման տեսանկյունից դա փոքր և միջին հեռավորության վրա գազի տեղափոխման ամենաէժան միջոցն է։
Խողովակաշարերի փոխադրումից բացի, լայնորեն օգտագործվում են հատուկ բաքերներ ՝ գազի կրիչներ, հատուկ նավեր, որոնց վրա գազը հեղուկացված վիճակում տեղափոխվում է մասնագիտացված իզոթերմային տարաների մեջ ՝ −160-ից −150 ° C ջերմաստիճանում։
Փոխադրման այս մեթոդը զգալիորեն ավելի տնտեսական է, քան խողովակաշարը, սկսած հեղուկացված գազի սպառողից ավելի քան 2000-3000 կմ հեռավորությունից, քանի որ հիմնական ծախսը ոչ թե փոխադրումն է, այլ բեռնման և բեռնաթափման գործողությունները, բայց ենթակառուցվածքներում ավելի մեծ ներդրումներ են պահանջում, քան խողովակաշարը։ Դրա առավելությունները ներառում են նաև այն փաստը, որ հեղուկացված գազը տեղափոխման և պահեստավորման ընթացքում շատ ավելի անվտանգ է, քան սեղմված գազը։
2004 թվականին միջազգային գազամատակարարումը խողովակաշարերով կազմել է 502 միլիարդ խորանարդ մետր, հեղուկացված գազը ՝ 178 միլիարդ խորանարդ մետր։ Միևնույն ժամանակ, հեղուկացված գազի մասնաբաժինը մատակարարումների ընդհանուր ծավալի մեջ արագորեն աճում է `2018-ին գերազանցելով 40% -ը (323 միլիարդ մ 2) և, ըստ առկա կանխատեսումների, 2040-ին կաճի 60% -ի։
Գոյություն ունեն նաև գազի փոխադրման այլ տեխնոլոգիաներ, օրինակ ՝ երկաթուղային բաքեր օգտագործելը։ Ծրագրեր են մշակվել նաև օդային նավերի կամ գազի հիդրոտացված վիճակում գազ տեղափոխելու համար, սակայն այդ զարգացումները տարբեր պատճառներով կիրառություն չեն գտել։


=== Հեղուկացված բնական գազ ===
Փոխադրման նպատակներով խառնուրդներից մաքրված բնական գազը հեղուկացվում է `հովացնելով մինչև −161,5 ° C խտացման ջերմաստիճանը։ Ստացված հեղուկը կոչվում է հեղուկացված բնական գազ (LNG): LNG- ի հիմնական առավելությունն այն է, որ զբաղեցրած ծավալը 600 անգամ պակաս է։ Նախքան սպառողին առաքելը, LNG- ը վերազերծման տերմինալներում վերադարձվում է գազային վիճակ [3]:
LNG- ն արտադրվում է հեղուկացման բույսերում։ LNG- ն տեղափոխվում է հատուկ կրիոգեն տարաների մեջ [3]:
Արդյունաբերական նպատակներով առաջին LNG- ն արտադրվել է 1917-ին ԱՄՆ-ում։ Քանի որ ավելորդ էր, տեխնոլոգիան չէր կատարելագործվել մինչև 20-րդ դարի կեսերը, և միայն 1941 թվականին կատարվեց LNG արտադրելու հաջորդ փորձը։ LNG- ի արտադրությունն արդյունաբերական մասշտաբի է հասել 1960-ականների կեսերին [3]:
ԽՍՀՄ – ում բնական գազը հեղուկացնելու առաջին կայանքները հայտնի են 1946 թվականից [8]: Այնուամենայնիվ, ԽՍՀՄ – ում LNG– ն արդյունաբերականորեն չի օգտագործվել։ Ռուսաստանում LNG առաջին խոշորամասշտաբ գործարանը գործարկվեց 2009 թվականին ՝ «Սախալին -2» նախագծի շրջանակներում ։


=== Սեղմված բնական գազ ===
Սեղմված բնական գազ - կոմպրեսորային կայանում սեղմված բնական գազ `200-245 կգ / սմ 2 ճնշման ներքո` ներքին այրման շարժիչներում որպես վառելիք օգտագործելու համար։ Գազը սեղմվում է ավտոմեքենաների գազ լցնող կոմպրեսորային կայաններում, որտեղ գազը մատակարարվում է մայրուղային խողովակաշարերից։ Սեղմված բնական գազն օգտագործվում է մեքենաներում, ուղևորային և թեթև բեռնատարներում, քաղաքային տրանսպորտում։


== Էկոլոգիա ==
Էկոլոգիապես բնական գազը հանածո վառելիքի ամենամաքուր տեսակն է։ Այրվելիս շատ ավելի փոքր քանակությամբ վնասակար նյութեր են առաջանում, համեմատած այլ տեսակի վառելիքի հետ։ Սակայն վերջին կես դարի ընթացքում մարդկության կողմից հսկայական քանակությամբ տարբեր վառելիքների, այդ թվում ՝ բնական գազի այրումը հանգեցրել է մթնոլորտում ածխաթթու գազի պարունակության ավելացմանը, որը ջերմոցային գազ է։ Որոշ գիտնականներ, այդ հիմքի վրա, եզրակացնում են, որ կա ջերմոցային էֆեկտի վտանգ և, որպես հետևանք, կլիմայի տաքացում։ Այս առումով, 1997 թվականին ստորագրվեց Կիոտոյի արձանագրությունը `ջերմոցային էֆեկտը սահմանափակելու համար։ 2009 թվականի մարտի 26-ի դրությամբ Արձանագրությունը վավերացվել է աշխարհի 181 երկրների կողմից (այս երկրները միասին կազմում են համաշխարհային արտանետումների ավելի քան 61% -ը)։


== Օգտագործում ==
Բնական գազը լայնորեն օգտագործվում է որպես վառելիք բնակելի, մասնավոր և բազմաբնակարան շենքերում ՝ ջեռուցման, ջրի ջեռուցման և պատրաստման համար. որպես վառելիք մեքենաների համար (մեքենայի գազային սարքավորումներ, գազի շարժիչ), կաթսայատներ, ջերմաէլեկտրակայաններ, տարբեր սարքավորումներ և այլն։ Այժմ այն ​​օգտագործվում է քիմիական արդյունաբերության մեջ, որպես տարբեր օրգանական նյութերի, օրինակ ՝ պլաստմասսայի արտադրության առաջին նյութ։ Առանց հատուկ սարքեր օգտագործելու գազի արտահոսքը հայտնաբերելու համար դրան անվնաս կոնցենտրացիաներով ավելացվում է էթանեթիլ, որը ունի սուր բնութագրական հոտ։
•Գազի վառարան
•Գազի ջրատաքացուցիչ
•Գազի կաթսա