История использования природного газа. Природный газ

Не заплатил за потреблённую электроэнергию? Не получишь кредит!

ГУП «ТЭК СПб» призывает граждан платить через личный кабинет

ГУП «ТЭК» выставляет ЖКС № 2 Красногвардейского района счёт на миллионы

История использования природного газа

Голландский врач и химик Ван Гельмонт в начале 17 века лабораторным путем сумел разложить воздух на две составляющие части, назвав эти части газами. Под газом подразумевалось вещество, способное распространяться по всему доступному объему. Широкую известность слово газ получило после опубликования французским химиком Лавуазье «Начального учебника химии» в 1789 году.

История в древнейшие времена

О горючих газах было известно с древнейших времен. Горящие газовые факелы называли «вечным огнем», им поклонялись, рядом с ними строили храмы и святилища. «Священные огни» существовали во многих странах древнего мира – в Иране, на Кавказе, в Северной Америке, Индии, Китае, и т. д. Еще Марко Поло описывал использование природного газа в Китае, где его применяли для освещения, отопления, для выпаривания соли.

Что такое природный газ

Природным газом считают смесь газов, образовавшихся в результате разложения органических веществ в недрах Земли. Обычно природный газ собирается на глубинах от одного до нескольких километров, хотя существуют скважины глубиной более 6 км.
В стандартных условиях это газообразное вещество в виде:

• отдельных скоплений (газовые залежи);
• газовой шапки нефтегазовых месторождений.

Большими запасами обладают: Россия, Иран, Туркмения, Азербайджан, страны Персидского залива, США.

Использование природного газа

Практическое использование горючего газа , началось в середине 19 века после изобретения немецким химиком Робертом Бунзеном газовой горелки. Бунзеновские горелки работали на искусственном «светильном газе», полученном в процессе переработки каменного угля или горючих сланцев. Очень быстро газовые горелки осветили улицы и жилые дома многих столиц и крупных городов мира. В Российской Империи газовые горелки одновременно с Петербургом появились во Львове, Варшаве, Москве, Одессе, Харькове и Киеве.

Некоторые разновидности природного газа

Различают природный газ и «попутный» или «нефтяной» газ. Различие между ними заключается в количестве содержащихся в них тяжелых углеводородов. В природном тяжелый углеводород (метан) составляет более 80% от общего состава газа, в «попутном» газе – не более 40%, а остальное – этан, пропан, бутан, и прочие.

«Попутный» газ содержится в нефтяных залежах поверх нефти, образуя газовую шапку, которая собирается в пористой породе, покрытой глинистым сланцем. Глинистый сланец препятствует выходу газа. Иногда во время буровых работ в результате резкого изменения давления газ отделяется от нефти и может происходить его утечка. Недостатком «попутного» газа, является необходимость очистки его от примесей, тогда как природный газ в очистке не нуждается.

Примерный состав природного газа

Газ различных месторождений может иметь различный состав. В среднем, содержание компонентов таково:

• метан 80-99%
• этан 0,5-0,4 %
• пропан 0,2-1,5%
• бутан 0,1-1%
• пентан 0-1%
• благородные газы (гелий, аргон) – сотые и тысячные доли процента.

Чрезвычайно редко встречаются месторождения горючих веществ с содержанием гелия 5 -8%. Гелий – очень ценный, обладает ярко выраженной химической пассивностью. В сжиженном состоянии гелий используется для охлаждения ядерных реакторов. В атмосфере гелия выплавляют металлы высокой чистоты. Природный газ – единственный источник получения гелия. В состав может входить сероводород, из которого получают серу, используемую в промышленности. Прочие вещества могут составлять от 2% до 13% всего объема. Каждое пятое месторождение нефти – нефтегазовое, причем часто это месторождение содержит не попутный, а природный газ, имеющий такую же ценность, как и нефть.

Газовая промышленность России

В дореволюционной России природный газ не использовался, хотя отмечалось его наличие. Только после Октябрьской революции 1917 года советское правительство поставило задачу о возможностях использования газа, добываемого вместе с нефтью. До конца 30-х годов 20-го века Советская Россия не имела самостоятельной газовой промышленности, она была сопутствующей нефтяной промышленности, а месторождения газа открывались исключительно в процессе разведки и добычи нефти.

Разведка газовых месторождений началась в 1939 году в Саратовской области: в 1940-м году нашли газ, а в 1941-м году была поставлена первая рабочая скважина. Нехватка топлива, возникшая в начале Великой Отечественной войны 1941-1945 гг.. (были временно «потеряны» угольные месторождения Донбасса и нефтяные месторождения Северного Кавказа), заставила с максимальной интенсивностью заняться разведкой и добычей природного газа. Уже в 1941 году в Саратовской и Куйбышевской областях началась промышленная добыча природного газа. Суточная производительность одной газовой скважины равнялась 800 тыс. куб.м. газа. Эксплуатация этих месторождений положила начало газовой индустрии. Вначале газ использовался для работы Саратовской ГРЭС, а в 1942 году началось строительство газопровода Саратов – Москва. Строительством руководил Лаврентий Берия, его закончили в июле 1946 года. На газопроводе ежесуточно работало более 30 тысяч человек. От Саратова до Москвы через 487 преград было вручную проложено 840 км газопровода. Было построено:

• 84 перехода через реки и каналы;
• 250 переходов через железнодорожные пути;
• шесть поршневых компрессорных станций;
• вынуто более 3,5 миллионов кубов грунта.

Газопровод проходил по территориям Саратовской, Пензенской, Тамбовской, Рязанской и Московской областей.

Для информации

Подача 1 млн. куб. м. газа в Москву заменила ежедневный расход:

• миллиона кубов дров;
• 650 тысяч тонн угля;
• 150 тысяч тонн керосина;
• 100 тысяч тонн топочного мазута.

В послевоенное время были открыты крупные промышленные месторождения в Ставропольском крае, на севере России и в Сибири.

Многие ли в наше время могут сразу дать определение природному газу? Знают ли его историю и химический состав? Очевидно нет, ведь в Google найдется все.

Итак.

Природный газ — смесь углеводородов, представляющая собой нечто эфемерное, то, что нельзя потрогать, увидеть и без запаха. Основу природного газа составляет метан (CH4) - простейший углеводород (органическое соединение, состоящее из атомов углерода и водорода). Обычно в его состав также входят более тяжелые углеводороды, гомологи метана: этан (C2H6), пропан (C3H8), бутан (C4H10) и некоторые неуглеводородные примеси.

В поисках истины.

Ученые до сих пор не могут прийти к единому мнению относительно происхождения природного газа , и своем споре разбились на два лагеря, пытаясь доказать возникновение газа, предложили две основные теории.

Минеральная теория

Согласно этой теории все химические элементы, из которых состоит природный газ и нефть изначально заложены в мантии Земли, представляя собой залежи полезных ископаемых. находясь глубоко в пластах горных пород являются частью процесса дегазации Земли. Из-за внутренних движений Земли углеводороды, находящиеся на больших глубинах поднимаются ближе к поверхности, туда, где образуется наименьшее давление, таким образом, в результате появляются нефтяные и газовые залежи.

Биогенная теория.

Приверженцы этой теории считают, что природный газ образовался из остатков растительных и животных организмов, вымерших в конце палеозойской эры, которые под действием бактерий, высокого давления и температуры превратились в смесь газообразных углеродов. Именно биохимические процессы и обеспечили химический коктейль природного газа: 80-98% метана, 2-3% его ближайших гомологов – этана, пропана, бутана, пентана, а также небольшое количество примесей – сероводорода, углекислого газа, азота.

Газ видишь? Нет. А он есть.

Большинство людей, далеких от газовой отрасли, представляют, что газ, находящийся под землей подобен ценным ископаемым, занимает собой некие пустоты в недрах земли, и легко полностью извлекается. Но это не совсем верно. Природный газ действительно находится глубоко под землей, внутри горных пород, имеющих пористую структуру, но поры на столько микроскопические, что их невооружённым глазом разглядеть почти нереально. Поэтому, взяв в руки извлеченный из недр земли небольшой кусок песчаника, сложно осознать, что внутри заключен природный газ.

Священный огонь.

Древний зороастрийский храм Атешгях

У многих народов огонь вызывал благоговейный трепет. Люди поклонялись огню, огонь любили, огонь ненавидели.

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, почитаемый в разное время зороастрийцами, индуистами и сикхами. Храм возник на месте «вечных» неугасимых огней - горящих выходов естественного газа, благодаря чему храм и носит название «Атешгях», что означает «Дом огня». Служения в нем проходили вплоть до XIX века. Однако, сами зороастрийцы говорят, что они не поклоняются огню как таковому, а почитают Творца (Q’rt’), символом которого является огонь.

Добыть и использовать.

«Человечеству всего около 200 тыс. лет. А добыча газа началась только в прошлом веке»

Человек всегда и везде ищет выгоду. Вот и персидский царь в I веке н.э., увидев огонь, горевший и день и ночь, не требующий дополнительного топлива приказал построить дворцовую кухню на месте где газ выходил на поверхность. Природный газ впервые применили в 1821 году в городе Фредония, штат Нью-Йорк.

На заметку: Общая протяженность газопроводов в России в два раза больше, чем расстояние от Земли до Луны или в 20 раз больше, чем протяженность экватора.

В детстве я был уверен, что мир уже пережил ядерную войну. Почему? Потому что во многих местах видел на стенах плакаты по гражданской обороне. Плакаты поражали. Вот взрывается в воздухе атомная (а хуже того, водородная) бомба, и от яркого шара вспышки разлетается в разные стороны поражающее излучение. А на земле – страх и ужас. В эпицентре – просто ничего, даже развалин домов не наблюдается. А дальше кругами расходятся зоны поражения. В последней из них – сидят под землей люди в противогазах, спасают кого-то из разрушенных домов и эвакуируют в безопасное место.

В детстве веришь всему, что написано и нарисовано. Отсюда вывод – уже была атомная война, раз художники знают, как это нарисовать.

Были еще плакаты, ужасавшие не меньше. Плакаты про бактериологическое и химическое оружие. Благодаря последним запомнились звонкие названия отравляющих газов: фосген, табун, зоман, зарин.

Чем обусловлено поражающее действие зарина?

Если фосген был газом удушающим, то три последних, включая зарин, принадлежали к газам нервно-паралитического действия.

Что сие значит? Сие значит, что зарин взаимодействует с одним из ферментов, который участвует в процессе передаче нервных сигналов через цепь нервных клеток, нейронов. Этот фермент выделяется в конце передачи нервного сигнала от одного нейрона к другому и как бы «подчищает» те ферменты, которые способствовали передаче импульса. Получается, что нервные клетки работают, как кнопочные выключатели. При нажатии на кнопку электрическая цепь замыкается. При отпускании кнопки цепь размыкается, ток не идет.

Однако, после взаимодействия названного фермента с зарином, он перестает работать, и ферменты, способствующие передаче нервного импульса, остаются на прежнем месте. Кнопка как бы «западает», и ток продолжает идти по нервам. В результате те органы, к которым направляются нервные сигналы постоянно находятся в возбужденном состоянии. Такое гиперактивное состояние быстро истощает органы или мышечные ткани, и их работа прекращается.

Первые признаки отравления

Поэтому первые признаки воздействия на человека нервно-паралитического боевого отравляющего вещества (в том числе, зарина) связаны с повышением тонуса различных мышц и органов. Сужаются зрачки, возникает чувство, словно бы дыхание перекрывается. Начинаются выделения из носа и усиленное слюноотделение, появляется тошнота. Спустя еще несколько минут у жертвы полностью теряется контроль над всеми функциями организма. Можно сказать, организм «идет вразнос». Рвота, конвульсии, судорожные спазмы и, наконец, остановка сердца. Правда, жизнерадостная картинка? Если за несколько минут в организм не вводится противоядие, жертве никакой бог не поможет.

Почему он так называется?

Красивое название «зарин» («sarin») – сокращение фамилий его изобретателей, немецких химиков Шредера (S chrader), Амброса (A mbros), Риттера (R itter) и фон дер Линде (von der Lin de). В 1938 году двое первых из них, сотрудники компании IG Farben работали в городе Вуппертале над совершенствованием инсектицидов (средств для борьбы с насекомыми). В ходе работы они получили светлую легкую жидкость без цвета и запаха. Формула этого вещества была передана в Вермахт, в отдел химического оружия. Проведя испытания, армейские химики (двое последних в вышеприведенном списке) так сказать, «дали добро», и армия заказала химической промышленности производство этого славного вещества. Зарин производили и начиняли им снаряды.

Применяли ли зарин во Вторую мировую войну?

Но до боевого применения отравляющих веществ не дошло. Гитлер, будучи на фронте во время Первой мировой войны, сам попал в газовую атаку. Ясно, что из-за этого к применению боевых отравляющих веществ он относился очень отрицательно. Кроме того, он не без основания опасался, что советская армия и союзники тоже могут начать газовую войну, или же применить несимметричные средства, например, термитные снаряды. Достаточно надежных средств защиты от боевых отравляющих веществ у Германии не было. Поэтому в годы Второй мировой войны на европейском фронте отравляющие вещества не применялись.

А после?

После Второй мировой войны зарин производился военной химической промышленностью и в США, и в СССР. В 1953 году зарином был отравлен 20-летний инженер британских военно-воздушных сил Рональд Мэддисон. На нем испытывали действие зарина, не сообщая ему правды, а говоря, что он принимает участие в испытании лекарства от насморка. В 1953 году смерть Мэддисона приписали «несчастному случаю», но в 2004 году суд решил, что он стал жертвой бесчеловечного эксперимента по испытанию нервно-паралитического отравляющего вещества.

В 1980 – 1988 годах Ирак использовал зарин в своей войне против соседнего Ирана и при подавлении на севере страны. Надо сказать, что ни американцы, ни тем более, курды этот «подвиг» Саддаму Хусейну не простили.

В марте 1995 года японская религиозная секта «Аум Синрикё» распылила зарин в Токийском метро. В результате этой газовой атаки погибло 12 человек, 54 были тяжело отравлены.

Похоже, что отравляющие вещества, в том числе, и зарин сейчас применяется в военных действиях в Сирии.

Надо сказать, что именем изобретателя названо и другое отравляющее вещество, люизит. Это боевое отравляющее вещество кожно-нарывного действия, назвали по фамилии американского химика Уинфорда Ли Льюиса (Winford Lee Lewis 1879–1943) .

Как известно, первый автомобиль имел паровой двигатель, однако мир он завоевал только после того как обрел двигатель, работающий на бензине. Периодические попытки заменить бензин твердым, жидким синтетическим или натуральным топливом не поколебали его позиций.

В настоящее время во многих странах, включая наиболее развитые (прежде всего импортирующие нефть) активизировались работы по развитию технологий использования местных и возобновляемых источников энергии. Биомасса в форме древесных или сельскохозяйственных остатков в этом случае наиболее доступна. Исследования ведутся в направлении создания и усовершенствования оборудования для термохимической конверсии растительной биомассы. Причем основные усилия направлены на создание компактных установок для транспортных средств. Необходимость развития этого направления обусловлена повышением энергетических потребностей человечества с одной стороны и исчерпанностью запасов ископаемых топлив с другой. Кроме этого, как известно, существуют экологические проблемы, обусловленные ростом мирового автотракторного парка. Развитие этих технологий особенно актуально для России с её огромными запасами таких видов биотоплива, как отходы лесозаготовки и деревообработки, биомасса растений, торф, каменный и бурый уголь.

Транспортный газогенератор и автомобиль - почти ровесники. Но история газогенератора начинается значительно раньше. Когда начали строить транспортные газогенераторы, традиции стационарной техники были полностью перенесены на новую установку, надолго определив характер ее развития. Способы охлаждения и очистки газа, теория процесса, методика теплового расчета, оптимальное соотношения основных размеров - все, что было получено в результате опыта почти вековой эксплуатации, было использовано при конструировании новых машин.

Такая преемственность имела как свои положительные, так и отрицательные стороны. Специфические требования к транспортным газогенераторам (малые габариты, неустойчивость процесса газификации, переменный режим и необходимость более тщательной очистки и охлаждения газа) очень скоро заставили конструкторов выйти за рамки стационарной техники. Ряд вопросов, связанных с переводом двигателей с жидкого топлива на генераторный газ, потребовал дополнительных нестандартных решений. Однако сама методология расчета и конструирования автомобильных газогенераторных установок существенно не менялась с середины прошлого века. Она уже морально устарела и требует всестороннего анализа и доработки для дальнейшей конструктивной оптимизации газогенераторов.

Интересно исследовать историю конструктивного развития стационарных, силовых и транспортных газогенераторных установок, чтобы определить направления для их дальнейшей оптимизации.

Давно было замечено, что при ограничении доступа воздуха под угольный слой из твердого топлива получается газ. Этот газ может быть сожжен после выделения его из топлива путём подвода вторичного воздуха. Газодобывание и собственно газогенератор, однако, возникли только тогда, когда использование газа было полностью отделено от процесса его добывания.

Создателем первого газогенератора принято считать французского инженера Филиппа Лебона, родившегося в Браше 29 мая 1767 г. Однажды, в 1788г., бросив горсть древесных опилок в стоявший перед ним на огне сосуд, Лебон увидел, что из сосуда поднялся густой дым, который вспыхнул на огне и дал яркое светящееся пламя. Лебон понял, что случай помог ему сделать открытие чрезвычайной важности. Продолжая свои опыты, он создал в миниатюре первый газовый завод, на постройку которого в 1799 г. получил патент. Он принялся за дело с величайшей энергией, разрабатывая проекты самого разнообразного использования генераторного газа. Был придуман проект газового двигателя, на который Лебон в 1801 г. получил патент. Этот двигатель должен был работать по принципу парового двигателя. Вместо пара подавался газ, зажигаемый поочередно поту и другую сторону поршня. После трагической гибели Лебона в декабре 1804г. его работы были продолжены В. Мурдохоми в Англии и С. Минкедерсом в Бельгии.

В первые десять лет XIX века число полученных в Англии и Франции патентов на газогенераторные установки и двигатели было совсем незначительным. Ни одна из изобретенных установок этого рода не нашла практического применения, хотя в общих чертах они были близки к последующим разработкам. Особо стоит отметить интересные работы французов Фабер де Фор и Оберто (1837-1839). Они предложили пользоваться колосниковыми газами доменных печей для нагревательных целей. Их опыты относились скорее к работам по утилизации отходов доменного процесса и могут рассматриваться лишь как рационализаторские мероприятия. Хотя они были весьма близки к идее самостоятельной газогенераторной установки.

Вероятно, первый промышленный газогенератор был построен в начале 1839 г. в Лаухгаммере инженером Бишофом. Поданным самого Бишофа, он пытался создать пламенную печь с полугазовой топкой. Бишоф хотел достичь экономии в расходовании кокса и угля путём обращения необработанного топлива (в первую очередь торфа) непосредственно в газ, чтобы использовать его для плавильного процесса. На рис. 1 показан усовершенствованный газогенератор Бишофа, применявшийся им в Мегдешпрунге в 1844 г. Устройство представляло собой простой шахтный генератор.

Рис. 1. Газогенератор Бишофа Рис. 2. Газогенератор Эдельман а

В газогенераторе, построенном в 1840г. в г. Аудикурт (Австрия) на заводе С.-Стефан инженером Эбельманом, впервые был применен принцип обратного горения (рис. 2). Впоследствии этот принцип получил широкое распространение на транспортных установках. Эбельман чрезвычайно удачно разрешил вопрос о разложении паров воды и сжигании смолистых веществ, которые образуются при газификации древесного топлива. Однако появление первого газогенератора промышленного типа и прочное внедрение его в заводскую практику произошло после изобретения регенеративной печи Ф.Сименсом в 1856г. (рис. 3).

Рис. 3. Газогенератор системы Сименса

Ф.Сименс в сотрудничестве со своим братом В. Сименсом сумел дать своей идее настолько совершенное для того времени практическое оформление, что газогенератор, названный его именем, получил почти повсеместное распространение за последующие 40-50 лет. Изобретенный Сименсом газогенератор стал необходимым элементом стеклоплавильных, пудлинговых, сталеплавильных (Сименс-Мартеновских), сварочных и нагревательных печей, работающих на основе регенеративного принципа.

Стоит отметить также такие важные конструктивные усовершенствования газогенератора, как косая реторта Гребе-Лермана (1877 г.) и газогенераторы Незе (1878 г.) и Ольшевского (1880г.). По сути, они представляли собой газогенераторы с обратным горением. Но их конструкция приводила к полному разложению дистилляционных составных частей генераторного газа. На практике они применялись редко, так как для печного отопления разложение дистилляционных составляющих не было необходимым, а разложение смол было желательно лишь для уменьшения нагара.

Только после появления газомоторов Лангена-Отто (1867 г.) и усовершенствований газогенераторов Твайдом (1880 г.) и Сетзерлендом (1883г.) последние получили большое значение для использования газа в силовых целях. Бурное развитие силовых газогенераторных установок началось после награждения золотой медалью газогенераторного двигателя немецкой фирмы «Отто Дейц» на Парижской всемирной выставке в 1867 г. В результате фирма получила большое количество заказов.

Зажигая горелку на кухне, мало кто из хозяек задумывается, как давно люди стали использовать природный газ в качестве топлива. Эта история насчитывает не века, а тысячелетия: в IV веке до н. э. китайцы обогревались и освещали жилища при помощи бездымного голубоватого огня.

В России промышленная разработка месторождений природного газа началась в прошлом веке, а до этого его находили только при добыче нефти или бурении скважин для воды.

Русская смекалка всегда помогала людям с пользой применять все, что встречается на пути. Когда в Саратовской губернии один купец начал бурить артезианскую скважину и обнаружил не воду, а огонь, он с выгодой воспользовался ситуацией и организовал там стекольное и кирпичное производство.

Другие промышленники переняли его опыт, и бесполезный подземный газ стал постепенно превращаться в ценное топливо.

Что такое природный газ

Одно из важнейших полезных ископаемых – природный газ, который используют и как топливо, и для нужд химической промышленности. Это бесцветное и не имеющее запаха вещество бывает очень опасным.

Без специальных приборов невозможно определить, что в воздухе присутсвует огнеопасный компонент, который может оказаться причиной пожара.