Что делают из газа

Автомобили

Как можно использовать природный газ? Только в качестве топлива? На самом деле из него можно производить разнообразные спирты. Долгое время этого не делали, потому что данный процесс был слишком дорогим и энергоемким. Однако недавно американские химики нашли способ достаточно сильно удешевить подобное производство, применив новый катализатор.

Что делают из газа

На первый взгляд, сама постановка вопроса кажется достаточно абсурдной — зачем делать из газа спирт, когда его можно произвести из практически любого сахара посредством брожения, а также из ряда других органических веществ? Не лучше ли использовать газ по его прямому назначению, то есть в качестве топлива, а спирт получать традиционным путем? Однако, если разобраться в данном вопросе поглубже, то станет ясно, что все не так уж однозначно, как кажется на первый взгляд.

Начнем с того, что сейчас в основном спирт производят двумя путями — либо, как это уже говорилось, при помощи брожения, либо в результате гидролиза целлюлозы. В первом случае на производство данного вещества расходуются ценные продукты питания, такие как зерна сельскохозяйственных злаков, клубни картофеля и т. п. Однако в связи с продолжающимся глобальным потеплением и угрозой продовольственного кризиса становится ясно, что насколько неразумно и расточительно употреблять на изготовление спирта такое сырье, которое может накормить сотни тысяч людей.

Что касается гидролизного способа, то он напрямую связан с вырубкой лесов, которая, увы, приобретает масштабы всепланетной катастрофы. Опять-таки, в связи с грядущими возможными климатическими изменениями следовало бы поберечь экосистемы, которые могут играть роль хоть какого-то буфера. И здесь возникает интересный момент — для того, чтобы обходиться без продуктов деревообрабатывающей промышленности и не рубить леса в больших количествах, нужно переходить в быту на пластмассы. Ну, а исходным сырьем для этих пластмасс в большинстве случаев является… тот самый спирт.

Что делают из газа

Именно поэтому (а вовсе не из-за тайного заказа, полученного от ассоциации каких-нибудь самогонщиков) ученые и начали поиски альтернативного сырья для производства спирта — ведь, если таковое будет найдено, то удастся в значительной степени сократить вырубку лесов на планете. И вот химики из Института Скриппса (США) вспомнили о том, что еще в XX веке были разработаны некоторые технологии, позволяющие получать спирт из природного газа. Однако тогда ими мало кто пользовался, поскольку в некоторых случаях процесс требует нагрева до 800˚C, что, без сомнения, делало получающийся спирт весьма и весьма дорогим. В других ситуациях были необходимы катализаторы вроде платины и палладия, которые являются редкими и дорогостоящими металлами (что тоже делало произведенный из газа спирт отнюдь не дешевым).

Впрочем, еще двадцать лет назад профессор Рой Периана, являющийся ведущим автором вышеупомянутой работы, и его коллеги начали поиск катализаторов, которые позволили бы снизить температуру технологического процесса (те самые 800˚C) при получении спирта из газовых углеводородов, причем таких, которые не являлись бы запредельно дорогими веществами. Если говорить коротко, ученые стремились найти такое вещество, которое облегчало бы разрыв связей между атомом углерода и атомами водорода в молекулах метана, этана и пропана, и помогало бы ввести в их молекулы атом кислорода при значительно меньшей температуре. И вот, после долгих поисков было обнаружено, что таковым катализатором может быть таллий — достаточно дешевый металл.

В результате экспериментов было выяснено, что с помощью таллия можно было проводить требуемую реакцию при 180˚C, причем сразу с разными видами газообразных алканов, то есть со смесью метана, этана и других подобных веществ, не отделяя их друг от друга, как это требуется обычно. В результате получались эфиры спиртов этанола, метанола, изопропанола и другие кислородные модификации данных алканов. По мнению ученых, все это возможно потому, что электронная структура таллия упрощает взаимодействие между ним, молекулой газа и растворителем, в котором происходит реакция. Именно поэтому для осуществления реакции требуется куда меньше энергии, чем, к примеру, при использовании дорогой платины.

Что касается таллия, то хоть этот металл и является рассеянным, то есть не образует собственных залежей, однако он достаточно широко распространен на поверхности Земли. Он часто сопутствует меди, свинцу и цинку. А в таком часто встречающемся минерале, как пирит, он может составлять до 25 процентов от его веса. Весьма много таллия и различных глинах, калиевых минералах, таких, как слюда и полевой шпат, а также в природных оксидах марганца и железа. Одним словом, глубоко зарываться в землю или нырять на морское дно за этим металлом совсем не нужно.

Однако ученые не собираются останавливаться на достигнутом — они также хотят попробовать в качестве катализатора реакции диоксид свинца (PbO2), который обладает аналогичными свойствами, что и испытанные ими соединения таллия. Ну, а это вещество является еще более обычным, поэтому при его использовании стоимость производства спирта из природного газа будет еще более низкой…

Природный газ — большое скопление газов, образовавшихся в недрах Земли при анаэробном разложении органических веществ.

Природный газ относится к полезным ископаемым. Природный газ в пластовых условиях (условиях залегания в земных недрах) находится в газообразном состоянии — в виде отдельных скоплений (газовые залежи) или в виде газовой шапки нефтегазовых месторождений, либо в растворённом состоянии в нефти или воде. При нормальных условиях (101,325 кПа и 20 °C) природный газ находится только в газообразном состоянии. Также природный газ может находиться в кристаллическом состоянии в виде естественных газогидратов.

Читайте также:  Статистика применения оружия сотрудниками полиции

Сэр Гемфри Дэви (учёный-химик) ещё в 1813 г. заключил из своих анализов, что рудничный газ есть смесь метана CH4 с небольшим количеством азота N2 и углекислого газа СО2 — то есть, что он качественно тождественен по составу с газом, выделяющимся из болот.

Содержание

Химический состав [ править | править код ]

Основную часть природного газа составляет метан (CH4) — от 70 до 98 %. В состав природного газа могут входить более тяжёлые углеводороды — гомологи метана [1] :

Природный газ содержит также другие вещества, не являющиеся углеводородами:

Чистый природный газ не имеет цвета и запаха. Для облегчения возможности определения утечки газа в него в небольшом количестве добавляют одоранты — вещества, имеющие резкий неприятный запах (гнилой капусты, прелого сена, тухлых яиц). Чаще всего в качестве одоранта применяется тиолы (меркаптаны), например, этилмеркаптан ( 16 г на 1000 м³ природного газа).

Физические свойства [ править | править код ]

Ориентировочные физические характеристики (зависят от состава; приведены при нормальных условиях, если не указано иное):

  • Плотность:
  • от 0,68 до 0,85 кг/м³ (сухой газообразный);
  • 400 кг/м³ (жидкий).
  • Температура самовозгорания: 650 °C;
  • Температуры конденсации-испарения −161,5 °С [2] ;
  • Взрывоопасные концентрации смеси газа с воздухом от 4,4 % до 17 % объёмных;
  • Удельная теплота сгорания: 28—46 МДж/м³ (6,7—11,0 Мкал/м³) [3] (то есть 8-12 кВт·ч/м³);
  • Октановое число при использовании в двигателях внутреннего сгорания: 120—130.
  • Легче воздуха в 1,8 раза, поэтому при утечке не собирается в низинах, а поднимается вверх [4] .
  • Месторождения природного газа [ править | править код ]

    Что делают из газа

    В осадочной оболочке земной коры сосредоточены огромные залежи природного газа. Согласно теории биогенного (органического) происхождения нефти, они образуются в результате разложения останков живых организмов. Считается, что природный газ образуется в осадочной оболочке при бо́льших температурах и давлениях, чем нефть. С этим согласуется тот факт, что месторождения газа часто расположены глубже, чем месторождения нефти.

    Крупнейшими запасами природного газа обладают: Россия (Уренгойское месторождение, Газпром обладает 17 % мировых запасов газа), Иран, большинство стран Персидского залива, США, Канада. Среди европейских стран — Норвегия и Нидерланды. Среди бывших республик Советского Союза большими запасами газа владеют Туркмения, Азербайджан, Узбекистан, а также Казахстан (Карачаганакское месторождение).

    Метан и некоторые другие углеводороды широко распространены в космосе. Метан — третий по распространённости газ во Вселенной после водорода и гелия. В виде метанового льда он участвует в строении многих удалённых от солнца планет и астероидов, однако такие скопления, как правило, не относят к залежам природного газа, и они до сих пор не нашли практического применения. Значительное количество углеводородов присутствует в мантии Земли, однако они тоже не представляют интереса.

    Газогидраты [ править | править код ]

    В науке долгое время считалось, что скопления углеводородов с молекулярным весом более 60 пребывают в земной коре в жидком состоянии, а более лёгкие — в газообразном. Однако во второй половине XX века группа сотрудников Московского института нефти и газа А. А. Трофимук, Н. В. Черский, Ф. А. Требин, Ю. Ф. Макогон, В. Г. Васильев обнаружили свойство природного газа в определённых термодинамических условиях переходить в земной коре в твёрдое состояние и образовывать газогидратные залежи. Позже выяснилось, что запасы природного газа в этом состоянии огромны [5] .

    Газ переходит в твёрдое состояние в земной коре, соединяясь с пластовой водой при гидростатических давлениях до 250 атм и сравнительно низких температурах (до +22 °C ). Газогидратные залежи обладают несравненно более высокой концентрацией газа в единице объёма пористой среды, чем в обычных газовых месторождениях, так как один объём воды при переходе её в гидратное состояние связывает до 220 объёмов газа. Зоны размещения газогидратных залежей сосредоточены главным образом в районах распространения многолетнемёрзлых пород, а также на небольшой глубине под океаническим дном [5] .

    Добыча и транспортировка [ править | править код ]

    Добыча [ править | править код ]

    Природный газ находится в земле на глубине от 1000 м до нескольких километров (сверхглубокой скважиной недалеко от города Нового Уренгоя получен приток газа с глубины более 6000 метров). В недрах газ находится в микроскопических пустотах (порах). Поры соединены между собой микроскопическими каналами — трещинами, по этим каналам газ поступает из пор с высоким давлением в поры с более низким давлением до тех пор, пока не окажется в скважине. Движение газа в пласте подчиняется определённым законам. Газ выходит из недр вследствие того, что в пласте находится под давлением, многократно превышающем атмосферное; таким образом, движущей силой является разность давлений в пласте и системе сбора.

    Газ добывают из недр земли с помощью скважин. Скважины стараются разместить равномерно по всей территории месторождения для равномерного падения пластового давления в залежи. Иначе возможны перетоки газа между областями месторождения, а также преждевременное обводнение залежи.

    Мировая добыча природного газа в 2014 году составляла 3460,6 млрд м³. Лидирующее положение в добыче газа занимают Российская Федерация (в 2005 году объём добычи составил 548 млрд м³) и США (в 2009 году США впервые обогнали Россию не только по объёму добытого газа (624 млрд м³ против 582,3 млрд м³), но и по объёму добычи товарного газа, то есть, идущего на продажу контрагентам; в 2010 году Россия вернула себе лидерство в объёмах добываемого газа, нарастив добычу, США же, напротив, снизили добычу).

    Читайте также:  Флокирование салона своими руками

    Транспортировка природного газа [ править | править код ]

    Что делают из газа

    Газ, поступающий из скважин, необходимо подготовить к транспортировке конечному пользователю — химический завод, котельная, ТЭЦ, городские газовые сети. Необходимость подготовки газа вызвана присутствием в нём, кроме целевых компонентов (целевыми для различных потребителей являются разные компоненты), также и примесей, вызывающих затруднения при транспортировке либо применении. Так, пары воды, содержащиеся в газе, при определённых условиях могут образовывать гидраты или, конденсируясь, скапливаться в различных местах (например, изгиб трубопровода), мешая продвижению газа; сероводород вызывает сильную коррозию газового оборудования (трубы, ёмкости теплообменников и т. д.). Помимо подготовки самого газа, необходимо подготовить и трубопровод. Широкое применение здесь находят азотные установки, которые применяются для создания инертной среды в трубопроводе.

    В настоящее время основным видом транспорта является трубопроводный. Газ под давлением 75 атм прокачивается по трубам диаметром до 1,42 м. По мере продвижения газа по трубопроводу он, преодолевая силы трения как между газом и стенкой трубы, так и между слоями газа, теряет потенциальную энергию, которая рассеивается в виде тепла. Поэтому через определённые промежутки необходимо сооружать компрессорные станции (КС), на которых газ обычно дожимается до давления от 55 до 120 атм и затем охлаждается. Сооружение и обслуживание трубопровода весьма дорогостоящи, но тем не менее это наиболее дешёвый с точки зрения начальных вложений и организации способ транспортировки газа на небольшие и средние расстояния.

    Кроме трубопроводного транспорта широко используют специальные танкеры — газовозы, специальные суда, на которых газ перевозится в сжиженном состоянии в специализированных изотермических ёмкостях при температуре от −160 до −150 °С.
    Такой метод транспортировки является значительно более экономичным, чем трубопроводный, начиная с расстояний до потребителя сжиженного газа более 2000—3000 км, так как основную стоимость составляет не транспортировка, а погрузочно-разгрузочные работы, но требует более высоких начальных вложений в инфраструктуру, чем трубопроводный. К его достоинствам относится также тот факт, что сжиженный газ куда более безопасен при перевозке и хранении, чем сжатый.
    В 2004 г. международные поставки газа по трубопроводам составили 502 млрд м³, сжиженного газа — 178 млрд м³. При этом доля сжиженного газа в общем объеме поставок быстро растет, превысив к 2018 году 40 % (323 млрд м³) и по имеющимся прогнозам увеличится до 60 % к 2040 году. [6]

    Есть также и другие технологии транспортировки газа, например с помощью железнодорожных цистерн. Разрабатывались также проекты транспортировки газа с использованием дирижаблей или в газогидратном состоянии, но эти разработки не нашли применения в силу различных причин.

    Сжиженный природный газ [ править | править код ]

    С целью транспортировки очищенный от примесей природный газ сжижают, охлаждая его до температуры конденсации −161,5 °С. Полученную жидкость называют сжиженным природным газом (СПГ). Основное преимущество СПГ — занимаемый объем меньше в 600 раз. Перед поставкой потребителю СПГ возвращают в газообразное состояние на регазификационных терминалах [2] .

    СПГ производится на ожижительных установках. СПГ перевозят в специальных криогенных емкостях [2] .

    В промышленных целях первый СПГ был получен в 1917 году в США. За ненадобностью технология не совершенствовалась до середины XX века, и только в 1941 году была совершена следующая попытка произвести СПГ. Производство СПГ достигло промышленных масштабов в середине 1960-х годов [2] .

    В СССР первые установки сжижения природного газа известны с 1946 года. [7] Однако промышленного применения СПГ в СССР не получил. В России первый крупнотоннажный завод СПГ запущен в 2009 году в рамках проекта «Сахалин-2» [2] .

    Компримированный природный газ [ править | править код ]

    Компримированный (сжатый) природный газ — природный газ, сжатый на компрессорной станции до давления 200—245 кг/см 2 для использования в качестве топлива в двигателях внутреннего сгорания. Компримирование газа производится на автомобильных газонаполнительных компрессорных станциях, куда газ поставляется от магистральных трубопроводов. Компримированный природный газ используется на легковых автомобилях, пассажирском и лёгком грузовом транспорте, коммунальной технике [8]

    Экология [ править | править код ]

    Что делают из газа

    В экологическом отношении природный газ является самым чистым видом органического топлива. При его сгорании образуется значительно меньшее количество вредных веществ по сравнению с другими видами топлива. Однако сжигание человечеством огромного количества различных видов топлива, в том числе природного газа, за последние полвека привело к увеличению содержания углекислого газа в атмосфере, который является парниковым газом. Некоторые ученые на этом основании делают вывод об опасности возникновения парникового эффекта и как следствие — потепление климата. В связи с этим в 1997 году был подписан Киотский протокол по ограничению парникового эффекта. По состоянию на 26 марта 2009 года Протокол был ратифицирован 181 страной мира (на эти страны совокупно приходится более чем 61 % общемировых выбросов).

    Следующим шагом было внедрение в действие с весны 2004 года негласной альтернативной глобальной программы ускоренного преодоления последствий техноэкологического кризиса. Основой программы стало установление адекватного ценообразования на энергоносители по их топливной калорийности. Цена определяется исходя из стоимости получаемых энергий на конечном потреблении из единицы измерения энергоносителя. С августа 2004 года по август 2007 года было рекомендовано и поддерживалось регуляторами соотношение 0,10 долларов США за киловатт-час (средняя стоимость нефти — 68 долларов за баррель). С августа 2007 года была произведена ревальвация соотношения до 0,15 долларов за киловатт-час (средняя стоимость нефти — 102 доллара за баррель). Финансово-экономический кризис внёс свои коррективы, но указанное соотношение будет восстановлено регуляторами. Отсутствие управляемости на рынке газа задерживает установление адекватного ценообразования. Средняя стоимость газа при указанном соотношении — 648 долларов за 1000 м³. [ источник не указан 1475 дней ]

    Применение [ править | править код ]

    Что делают из газа

    Природный газ широко применяется в качестве горючего в жилых, частных и многоквартирных домах для отопления, подогрева воды и приготовления пищи; как топливо для машин (газобаллонное оборудование автомобиля, газовый двигатель), котельных, ТЭЦ, различной техники и др. Сейчас он используется в химической промышленности, как исходное сырьё для получения различных органических веществ, например, пластмасс. Для обнаружения утечек газа без использования специальных приборов в него добавляют в безвредных концентрациях этантиол, обладающий резким характерным запахом.

    Читайте также:  Музей ауди в ингольштадте официальный сайт

    Природный газ отлично вступает в химическую реакцию горения. Поэтому чаще всего из него получают энергию — электрическую и тепловую. Но на основе газа можно сделать еще удобрение, топливо, краску и многое другое.

    Что делают из газа

    Что делают из газа

    Значительные объемы газа использует также металлургическая промышленность. Но и здесь природный газ также используется как источник энергии — для разогрева доменных печей.

    Зеленое топливо

    В России около половины поставок газа приходится на энергетические компании и коммунальное хозяйство. Даже если в доме нет газовой плиты или газового водонагревателя, все равно свет и горячая вода, скорее всего, получены с использованием природного газа.
    Природный газ — самое чистое среди углеводородных ископаемых топлив. При его сжигании образуются только вода и углекислый газ, в то время как при сжигании нефтепродуктов и угля образуются еще копоть и зола. Кроме того, эмиссия парникового углекислого газа при сжигании природного газа самая низкая, за что он получил название «зеленое топливо». Благодаря своим высоким экологическим характеристикам природный газ занимает доминирующее место в энергетике мегаполисов.

    На газе можно ездить

    Природный газ может использоваться как моторное топливо. Сжатый (или компримированный) метан стоит в два раза дешевле 76-го бензина, продлевает ресурс двигателя и способен улучшить экологию городов. Двигатель на природном газе соответствует экологическому стандарту Евро-4. Газ можно использовать для обычных автомобилей, сельскохозяйственного, водного, воздушного и железнодорожного транспорта.

    Компримированный газ получают на автомобильных газонаполнительных компрессорных станциях (АГНКС) путем сжатия природного газа, поступающего по газопроводу, до 20–25 МПа (200–250 атмосфер).

    Еще из природного газа можно производить жидкие моторные топлива по технологии «газ-в-жидкость» (gas-to-liquid, GTL). Поскольку природный газ — достаточно инертный продукт, практически всегда при переработке на первом этапе его превращают в более реакционно-способную парогазовую смесь — так называемый синтез-газ (смесь СО и Н2).
    Далее ее направляют на синтез для получения жидкого топлива. Это может быть так называемая синтетическая нефть, дизельное топливо, а также смазочные масла и парафины.

    Впервые жидкие углеводороды из синтез-газа получили немецкие химики Франц Фишер и Ганс Тропш еще в 1923 году. Правда, тогда в качестве источника водорода они использовали уголь. В настоящее время различные варианты метода Фишера-Тропша используются во многих представленных на рынке процессах превращения газа в жидкие углеводороды.

    Отбензинивание

    Первичная переработка газа происходит на ГПЗ — газоперерабатывающих заводах.
    Обычно в природном газе помимо метана содержатся разнообразные примеси, которые необходимо отделить. Это азот, углекислый газ, сероводород, гелий, пары воды.
    Поэтому в первую очередь газ на ГПЗ проходит специальную обработку — очистку и осушку. Здесь же газ компримируют до давления, необходимого для переработки. На отбензинивающих установках газ разделяют на нестабильный газовый бензин и отбензиненный газ — продукт, который впоследствии и закачивают в магистральные газопроводы. Этот же уже очищенный газ идет на химических заводы, где из него производят метанол и аммиак.

    А нестабильный газовый бензин после выделения из газа подается на газофракционирующие установки, где из этой смеси выделяются легкие углеводороды: этан, пропан, бутан, пентан. Эти продукты тоже становятся сырьем для дальнейшей переработки. Из них в дальнейшем получают, к примеру, полимеры и каучуки. А смесь пропана и бутана сама по себе является готовым продуктом — ее закачивают в баллоны и используют в качестве бытового топлива.

    Краска, клей и уксус

    По схеме, похожей на процесс Фишера-Тропша, из природного газа получают метанол (CH3OH). Он используется в качестве реагента для борьбы с гидратными пробками, которые образуются в трубопроводах при низких температурах. Метанол может стать и сырьем для производства более сложных химических веществ: формальдегида, изоляционных материалов, лаков, красок, клеев, присадок для топлива, уксусной кислоты.

    Путем нескольких химических превращений из природного газа получают также минеральные удобрения. На первой стадии это аммиак. Процесс получения аммиака из газа похож на процесс gas-to-liquid, но нужны другие катализаторы, давление и температура.

    Что делают из газа

    Аммиак сам по себе является удобрением, а также используется в холодильных установках как хладагент и в качестве сырья для производства азотсодержащих соединений: азотной кислоты, аммиачной селитры, карбамида.

    Как получается аммиак

    Вначале природный газ очищают от серы, затем он смешивается с подогретым водяным паром и поступает в реактор, где проходит через слои катализатора. Эта стадия называется первичным риформингом, или парогазовой конверсией. Из реактора выходит газовая смесь, состоящая из водорода, метана, углекислого (СО2) и угарного газов (СО). Далее эта смесь направляется на вторичный риформинг (паровоздушная конверсия), где смешивается с кислородом из воздуха, паром и азотом в необходимом соотношении. На следующем этапе из смеси удаляют СО и СО2. После этого смесь водорода и азота поступает собственно на синтез аммиака.

    • Что делают из газа

    Глубина моря может достигать нескольких километров. Проложить трубы по дну — сложная задача. Но по дну Северного моря идут 6000 км трубопроводов, некоторые из которых там уже 40 лет.

    Что делают из газа

    Природный газ нужен не только для приготовления пищи, обогрева дома и получения электричества. Еще им можно заправлять автомобиль. Природный газ в качестве топлива намного дешевле и экологичнее нефтепродуктов.

    Добавить комментарий

    1 × 4 =