Хімічний склад природного газу

Важко уявити розвиток сучасного людського суспільства без використання горючих копалин. До них, крім нафти і вугілля, відноситься природний газ, склад і застосування якого ми і розглянемо.

Підземна кухня природи

Близько 400-600 млн років тому на глибині від 1 до 3-6 км відбувалися складні геохімічні процеси. Вони призвели до утворення вуглецевої суміші, що знаходиться в газоподібному стані, яку ми називаємо природним газом. Наука досі не прийшла до єдиної думки про механізм утворення цього виду природних копалин, що є одним з головних енергоносіїв.

Як утворився природний газ

Існує дві відповіді на питання про походження природного газу. Перший дають такі корифеї хімічної науки, як російський вчений Д. Менделєєв і француз П. Сабатье. Вони висунули теорію мінерального (вулканічного) походження природного газу, виходячи з якої ще на первинних стадіях формування Землі як планети метали, що входять до складу земного ядра, сполучались з вуглецем, утворюючи карбіди. Під дією паранормальних температур, тиску і каталізаторів вода перетворювалася в водяна пара, вступала в реакції з CaH₂, AlH₃, LiH, і в глибинах планети синтезувалися газоподібні вуглеводні, особливо метан (CH₄)і етан (C₂H₆₎. В якості доказу Сабатье змоделював вищеописані процеси у своїй лабораторії і отримав суміш метану і його гомологів.

У прихильників теорії органічного походження горючих копалин, серед яких був творець вчення про біосферу Ст. академік Вернадський, інше бачення: вони вважають, що природний газ утворився із залишків рослинних і тваринних організмів, вимерлих наприкінці палеозойської ери, які під дією бактерій, високого тиску і температури перетворилися в суміш газоподібних вуглеводів. Саме біохімічні процеси і забезпечили, на думку академіка Ст. Вернадського, всім відомий склад природного газу: 80-98% метану, 2-3% його найближчих гомологів – етану, пропану, бутану, пентану, а також невелика кількість домішок – сірководню, вуглекислого газу, азоту.

Природний газ як суміш алканів

Розглядаючи склад природного газу з точки зору хімічної систематики, доречно нагадати, що левову частку в ньому займають граничні вуглеводні – алкани. Їх ще називають насиченими. Підкоряючись загальній формулі CnH_2n+2, легко вивести формулу найпростішого алкана, що має всього один атом карбону в своїй молекулі. Це метан – CH₄. Незважаючи на простоту будови, саме вміст цієї речовини обумовлює якість природного газу. Якщо присутність метану, який входить до складу природного газу, вище 86%, то таке паливо називається висококалорійним і відноситься до групи H.

Російський природний газ відрізняється граничною теплотворністю (98%) і є найбільш якісних у світі.

Специфіка складу газових родовищ

Відомо, що малюнок так званих папілярних ліній на подушечках пальців у кожної людини індивідуальний. Так само унікальний хімічний склад природного газу, видобутого з різних родовищ. Він розрізняється за змістом алканів.

Уренгойське родовище в Росії є найбагатшим. Склад природного газу (у відсотках), який там видобувають, виглядає наступним чином: метану – 87, етану – 6,2, пропану – 3,4, бутану – 1,98, пентану – 0,76, діоксиду вуглецю – 0,12, азоту – 1,1. Російське родовище Ведмеже, в якому видобувають природний газ лише H-групи, відрізняється своїм складом. Так, метану в ньому більше на 12%, етану менше на 6%, а пропану на 3%.

Росія – газовий гігант

Видобуток газу в Росії зосереджена переважно в Західному Сибіру, на Далекому Сході, у Волго-Уральської нафтогазоносної провінції. Ядром промислово-енергетичного комплексу країни по праву вважають Ямбурзьке та Уренгойське родовища. У них зосереджено 9,4 трлн кубометрів газу. У Заполярному родовищі знаходиться 4,4, трлн м3 цієї корисної копалини, а у Ведмежому – 1,6. На базі цих унікальних нафтогазових запасів і було створено Західно-Сибірський програмно-цільовий територіально-виробничий комплекс. Таким чином, за запасами природного газу Росія займає одне з перших місць у світі.

Способи видобутку природного газу

Враховуючи геологічні особливості освіти газоподібної суміші алканів, а саме їх пластовий залягання, застосовують так зване роторне буріння. Газовидобувні установки орієнтовані, насамперед, на умови, в яких сформувався конденсат. Він може мати вигляд скупчення суміші між шарами вапняку або сланцю. Часто зустрічаються так звані «газові шапки», розташовані над покладами нафти. Рідше природний газ утворює розчини у воді (газогідрати) або нафти.

Внаслідок буріння газ піднімається на поверхню, підкоряючись фізичним законам переходу речовини з зони високого тиску в зону його мінімального значення. Такий спосіб буріння називається методом фонтанної експлуатації. Потім отримане пальне сепарується, тобто відділяється від води і твердих частинок гірських порід і направляється в промисловий газозбірних пункт. Далі його транспортують у магістральні газопроводи, звідки він надходить до кінцевого споживача.

Перспективний попутник

Склад і властивості природного газу залежать від особливостей самих родовищ. Звідси їх градація на газові, газоконденсатні та нафтові.

Нафтові гази, звані попутними, зазвичай розчинені в нафті і виділяються під час її добування. У попутних міститься менше метану, але набагато більше його гомологів – етану і пропану. Якщо раніше в середині ХХ століття попутні гази не знаходили широкого застосування, і їх спалювали факельним способом, то зараз ситуація докорінно змінилася. Їх уловлюють в технологічному циклі видобутку нафти в спеціальні резервуари – трапи.

Попутні гази, багаті пропаном і бутаном називають жирними. З них реакцією дегідрування (відщеплення) атомів водню при нагріванні в присутності каталізаторів добувають алкени – ненасичені вуглеводні, такі як пропен і бутадієн. Вони, у свою чергу, служать сировиною для хімії органічного синтезу. Наприклад, із них отримують каучук і пластмаси.

Чи варто «ставити» на сланці

Ще одним різновидом є сланцевий газ, що видобувається зі сланцю – гірської породи органічного походження. Якщо порівняти склад природного газу, одержуваного зі сланцю, з класичним зразком газового родовища Н-групи, то показники гірше і у вмісті метану (менше 85%), і теплоту згоряння, яка більш ніж в 2,5 рази нижче.

Отже, розглянемо склад природного газу у відсотках, одержуваного з сланців:

Технології горизонтального буріння та гідророзриву, використовувані у видобутку сланцевого газу, варварськи знищують природні ландшафти, а коктейль з 85 хімічних речовин, закачуваних вглиб шурфів з метою розриву земної кори, здатний знищити все живе, що трапляється на його шляху.

Газова промисловість як основа важкої індустрії

Природний газ і нафту називають «кров’ю», що живить всі без винятку галузі промисловості, сільського господарства і житлово-комунального комплексу країни. Метан, що входить до складу природного газу, є не тільки паливом, але і вихідною ланкою в ланцюзі реакцій органічного синтезу, що забезпечує економіку необхідними речовинами і матеріалами: пластмасами, спиртами, лаками, фарбами.

При спалюванні 1 кубометра газу виділяється до 54,4 кДж теплоти, тому він є одним з кращих видів палива для побутових і промислових потреб. Зростає область застосування природного газу як моторного палива. Життєзабезпечення та безпеку держави безпосередньо пов’язана з його споживанням. Цінність цього виду природного сировини найкраще виражена в його назві – «блакитне золото».