Природный газ: самые актуальные данные по состоянию на 2022 год

«Голубое топливо», «будущее “зеленой” энергетики»… Так называют природный газ — углеводородную смесь, в которой преобладает метан с легкой примесью пропана, этана, бутана. С этим топливом встречался каждый — ПГ повсеместно используется для бытовых кухонных плит, подогрева воды и отопления жилищ. На нем ездят автомобили и автобусы, а в химической промышленности данное сырье необходимо для синтеза пластмассы, красителей, материи. Именно природный газ называют самым чистым органическим топливом. Важную и актуальную информацию о нем собрала в новом обзоре команда платформы https://lindeal.com.

Природный газ — это… Краткая справка

Природный газ (ПГ):

• смесь углеводородов (метан + небольшая доля примесей других газов), что добывается из осадочных горных пород земной коры;
• полезное ископаемое, используемое в качестве высокоэффективного и экологичного энергоносителя;
• углеводородное сырье, применяющееся для производства азотных удобрений и полимеров.

Природный газ, как следует из названия, — естественного, а не искусственного (синтетического) происхождения. В земных недрах он преобладает в трех формах — газовые залежи (отдельные скопления), газовые «шапки» на нефтегазовых месторождениях, растворенное состояние в составе воды либо нефти. Для данной смеси характерно при два состояния — газообразное (нормальные условия — 101,325 кПа и 0 °C) и кристаллическое (форма естественного газогидрата).

Химический состав и формула природного газа

Природный газ нередко называют метаном — по основному компоненту состава. Но такое наименование не совсем верное, так как по своей сути это смесь, в которой могут присутствовать тяжелые углеводороды (являющиеся гомологами метана):

• метан (СН4) — 70-98 %;
• этан (С2Н6);
• пропан (С3Н8);
• бутан (С4Н10);
• пентан (С5Н12).

В зависимости от месторождения, природный газ также может содержать в себе химические элементы, не являющиеся по природе углеводородными:

• водород (Н2);
• сероводород (H2S);
• углекислый газ (СО2);
• азот (N2);
• гелий (Не).

Также в составе допускаются и прочие инертные газы.

Физические характеристики природного газа

При нормальных условиях смесь, именуемая природным газом, отличается следующими физическими характеристиками:

• Плотность: для сухого газообразного состояния — 0,68-0,85 кг/м3, для сжиженного — 400 кг/м3.
• Удельная теплота сгорания топлива: 8-12 кВт·ч/м3 = 28-46 МДж/м3 = 6,7-11 Мкал/м3.
• Температура испарения: 161,5 °С.
• Температура самовозгорания: 600-800 °C.
• Концентрация, при которой смешение с воздухом становится взрывоопасным: 4,4-17 % от общего объема.
• Октановое число: 120-130.

При утечках важно помнить, что смесь природного газа легче смеси воздуха на 180 % — значит, метан всегда будет подниматься наверх.

Свойства составляющих природного газа

Разберем характеристики и основные применения элементов ПГ:

• Метан. Без цвета, без запаха, легче смеси воздуха. Горючий, но пригодный к хранению. Применяется в качестве горючего для газовых плит.
• Этан. Без запаха, без цвета, несколько тяжелее воздуха. Горючий, не годится к использованию в роли топлива. Используется для получения этилена.
• Пропан. Без цвета, без запаха. Ядовитый для организмов. С3Н8 возможно сжижить при малом давлении, тем самым отделив от иных примесей — для последующей транспортировки. Топливо для автомобилей, заправка для зажигалок (как и бутан).
• Бутан. По свойствам приближен к пропану, в два раза тяжелее воздуха из-за более высокой плотности. 
• Углекислый газ. Без цвета, без запаха, с кислым привкусом. Не горит, является малотоксичным.
• Гелий. Без цвета и запаха, не горит, крайне инертный. В легкости уступает только водороду. Не токсичен, однако может воздействовать на человека как наркоз. Из-за того, что газ в 7 раз легче воздуха, им наполняют не только праздничные воздушные шарики, но и дирижабли, аэростаты.
• Этилен. Без цвета, с приятным для человека запахом. По свойствам напоминает этан, но менее плотный и менее горючий.
• Ацетилен. Без цвета. Очень горючее и взрывоопасное газовое вещество — при сильном сжатии взрывается. Отчего практически не применяется в быту — задействуется лишь при сварочных мероприятиях, резке металла. Газ ценится за возможность создания высоких температур плавления.
• Сероводород. Без цвета, с запахом протухших яиц. Тяжелый ядовитый газ — даже в символических дозах вызывает у людей парализацию обонятельных нервов. Тем не менее, в малых объемах его задействуют для сероводородных ванн, известных своими антисептическими свойствами.

Таким образом, почти каждый компонент природного газа несет практическую пользу для человечества.

Откуда берется природный газ: минеральная и биогенная теории

Судя из названия, у ПГ естественное происхождение. Но как именно он появляется в природе? На этот счет есть две доказанные теории:

• Биогенная. ПГ появляется вследствие анаэробного разложения животных и растительных организмов в условиях воздействия большого давления и высоких температур.
• Минеральная. Образование углеводородов — следствие химической реакции, происходящей в самых глубинных недрах Земли. Под влиянием высоких температур и давления газ синтезировался из неорганических соединений, а уже затем углеводородная летучая смесь поднялась к пластам с наименьшим давлением, образуя собой залежи полезных ископаемых.

Несмотря на основательность обеих теорий, в научный спорах современности победу пока что одерживает первая из них — биогенная.

Природный и сжиженный газ: в чем разница между видами?

Помимо естественного газообразного состояния, топливо также может быть представлено в качестве СПГ — сжиженного природного газа. Это жидкость, которую получают из очищенного от примесей газа, охладив его до температуры конденсации (-161,5 °С). Прежде всего, это нужно для удобства транспортировки, так как СПГ занимает в 600 раз меньший объем, чем естественная форма.

Схема в отношении сжиженного природного газа простая:

• Производство (сжижение): специализированные ожижительные установки.
• Перевозки: криогенные баллоны.
• Возвращение в газообразное состояние: регазификационные терминалы.

Важно, что после возвращения в естественное состояние СПГ не теряет своих исходных свойств.

Месторождения газа: где находится, откуда берется

Залежи природного газа на Земле к моменту написания статьи настолько огромны, что их считают практически неисчерпаемыми. Они сосредоточены в осадочных оболочках планеты, образуются при больших показателях давления и температуры, чем «черное золото» — нефть. Поэтому газовые месторождения располагаются несколько глубже нефтяных.

Сегодня крупнейшие месторождения природного газа находятся в:

• России (17 % от глобальных запасов);
• Иране;
• США;
• Канаде;
• подавляющей части государств Персидского залива.

Среди стран ЕС — в Нидерландах и Норвегии, а среди государств СНГ (помимо РФ) — в Азербайджане, Казахстане, Туркменистане и Узбекистане.

Что касается конкретных локаций:

1. Северное/Южный Парс (Катар и Иран).
2. Галкыныш (Туркменистан).
3. Уренгойское (Россия).

В РФ еще расположены такие знаковые месторождения, как Бованенковское, Заполярное, Медвежье, Штокмановское, Ямбургское.

Ранее считалось, что смеси углеводородов способны существовать в земной коре лишь в двух состояниях — газовом (молекулярный вес до 60) и жидком (молекулярный вес более 60). Позже было установлено, что при совместном воздействии ряда термодинамических условий природный газ может обратиться в твердое состояние — газогидрат. Для этого нужно, чтобы ПГ соединился с пластовой водой при гидростатическом давлении до 250 атм и сравнительно малой температуре до +22 °C.

Следующим удивительным открытием стал факт, что доля природного газа в таковых газогидратных залежах очень велика. Концентрация ПГ выше, чем в обычных месторождениях, благодаря простой физической закономерности: 1 объем воды (при обращении в гидратное состояние) способен связать до 220 объемов газовой смеси. Добычу таковых газогидратов можно проводить как на океанском дне, так и в многолетнемерзлых регионах.

Но Земля — не единственное во Вселенной месторождение полезных углеводородов. Метан — третье (после водорода и гелия) по распространенности газообразное вещество в космосе. Однако за пределами планеты он представлен в состоянии метанового льда — материала для «строительства» астероидов и целых планет. Также углеводородные следы обнаружены в мантии нашей «голубой планеты», но (также как и космические) они не представляют для землян практического интереса.

Добыча природного газа: популярные способы

Так как природный газ залегает в земной коре на глубине 1000-6000 м, главным способом его добычи является бурение скважин. Как сырье поднимается на поверхность?

1. В недрах планеты газ находится в мелких порах, соединенных между собой трещинами — микроскопическими канальчиками.
2. Согласно законам физики, ПГ движется из пустот с высоким давлением в пустоты с более низким давлением — это происходит до тех пор, пока он не окажется в скважине.
3. Так как в пласте на газ воздействует давление, в разы превышающее атмосферное, он вынужден выйти на поверхность.

Отсюда выходит, что основной «двигатель» в газовой добыче — разность давления. Это может привести и к опасным последствиям, так как разработка месторождения вызывает снижение давления и в самом пласте. Это ведет за собой проседание грунта, от чего страдают местные экосистемы, рушатся фундаменты домов и водопроводные, канализационные коммуникации. Еще один вред — выделение в ряде месторождений кислого газа, содержащего сероводород, крайне токсичный для организма. Чтобы не допустить отравления, добываемый ПГ очищают амином.

Следующий способ добычи широко распространен в Северной Америки — данным путем добывают до 70 % природного газа в США. Он называется «гидравлическим разрывом пласта» — подразумевает применение горизонтального и наклонно-направленного бурения, что улучшает доступ к ископаемым, скрытым в горных породах. Как добывается газ при гидроразрыве?

1. Воду смешивают с необходимыми химическими веществами, а затем нагнетают жидкость в породу.
2. Пущенная под высоким давлением, вода раскалывает камень, что ведет за собой выделение газа из породы.
3. Химические добавки уменьшают трение, препятствуют коррозии.
4. Газ тем временем поступает в обсадную трубу и выходит на поверхность.

Нередко вместе с ПГ выделяется и пластовая вода, которая имеет свое практическое значение из-за высокого содержания растворенных минералов и солей.

Статистика: лидеры по запасам, добыче и экспорту газа

Если опираться на данные ОПЕК (объединения стран-экспортеров нефти), то точно узнать, какой именно объем природного газа скрывают недра Земли, точно невозможно. На конец 2020 государства-члены организации обладали 73,74 трлн кубометров «голубого топлива». Год от года общемировые газовые запасы уменьшаются, в среднем, на 0,5-1,5 %.

Самые значительные запасы газа сконцентрированы на пространствах Ближнего Востока — 81 075 млрд. При этим лидером по уже разведанным (доказанным) запасам ПГ является РФ:

1. Россия: 48 938 млрд кубометров.
2. Иран: 34 077 млрд кубометров.
3. Катар: 23 831 кубометр.
4. Туркменистан: 15 365 кубометров.
5. США: 12 938 кубометров.

Десятку лидеров продолжает Саудовская Аравия, Объединенные Арабские Эмираты, Нигерия, Венесуэла и Алжир (согласно OPEC Annual Statistical Bulletin 2021).

Интересно, что с течением времени уровень добычи газа может не только увеличиваться, но и снижаться: так, в 2020 он оценивался в 3,918 млрд кубометров, что на 3,5 % меньше, чем в 2019. Причиной падения показателей стала охватившая весь мир пандемия коронавируса. Что касается стран-лидеров по добыче ПГ, рейтинг выглядит так:

1. США: 948 423 млн кубометров.
2. Россия: 649 144 млн кубометров.
3. Иран: 253 770 млн кубометров.
4. Китай: 187 390 млн кубометров.
5. Катар: 184 880 млн кубометров.

Замыкают топ-10 ОПЕК Канада, Австралия, Саудовская Аравия, Норвегия и Алжир.

Основными экспортерами природного газа в мире являются следующие пять государств:

1. Россия: 199 928 млн кубометров.
2. США: 149 538 млн кубометров.
3. Катар: 143 700 млн кубометров.
4. Норвегия: 112 951 млн кубометров.
5. Австралия: 102 562 млн кубометров.

Россия, к примеру, экспортирует подавляющую долю (33 %) своего газа в Европу — Германии, Италии, Франции, Австрии, Нидерландам и Турции.

Что касается крупнейших глобальных импортеров, для них есть отдельный рейтинг:

1. Германия: 155 млрд кубометров.
2. Китай: 138 млрд кубометров.
3. Япония: 107 млрд кубометров.

Среди крупных покупателей ПГ можно выделить США (72,2 млрд кубов) и Италию (66,2 млрд кубов).

Как происходит транспортировка природного газа?

Добытый природный газ необходимо доставить до заказчика — государственной газовой сети, ТЭЦ, котельной или химического предприятия. Однако перед этим сырье обязательно подготавливают, чтобы устранить вредные и нежелательные примеси:

• пары воды — могут образовывать гидраты или конденсат, мешающий прохождению газовой смеси;
• сероводород — способен вызвать сильную коррозию. 

Чаще всего для подготовительных мероприятий задействуют азотные установки.

На сегодня основной способ транспортировки сырья — газопровод:

1. Нагнетая давление до 75 атм, газовую смесь перекачивают по трубам, чья окружность может достигать 1,4 м.
2. Так как газ, проходя по трубопроводу, теряет свою потенциальную энергию в процессах преодоления силы трения о стенки трубы, она рассеивается теплом.
3. Чтобы дело не дошло до катастрофической степени нагревания и падения скорости прокачки, на протяжении газопровода сооружают компрессорные станции, где газовую массу дожимают до 55-120 атм, после чего охлаждают.

Газопроводы — дорогое удовольствие в отношении и сооружения, и транспортировки сырья, и обслуживания. Но с экономической точки зрения — самый оправданный способ для отправки топлива на средние и малые расстояния.

Трубопровод — основной, но не единственный способ. Сжиженный природный газ доставляют и иными способами:

• Танкеры-газовозы — специальные морские суда, где газовую смесь перевозят в изотермических баллонах, охладив до температуры от -160 до -150 °С.
• Специальные железнодорожные цистерны.

Транспортировка танкерами считается экономически выгодной в случае, если путь до заказчика составляет не менее 2000-3000 км. Основные расходы тут ложатся не на саму транспортировку, а на строительство инфраструктуры, погрузку-разгрузку. В пользу перевозки сжиженного газа нередко называют и тот факт, что это более безопасно, чем перекачка сжатой смеси. Помимо перечисленных способов, ученые предлагали проекты по транспортировке метана дирижаблями или в газогидрат-состоянии, но большого распространения они не получили.

Применение: для чего используется газ?

Главная миссия природного газа в современном мире — топливо, горючее:

• для отопления, подогрева воды и приготовления пищи в частных и многоквартирных жилых домах;
• для работы теплоэлектроцентралей и котельных;
• для передвижения автотехники — автобусов, грузовиков и легковых машин.

Такие приспособления, как газовые плиты, котлы и водонагреватели, уже давно стали частью привычной жизни.

Широко использование природного газа в сфере химического производства:

• сырье для производства пластмасс, тканей, стекла, краски, синтетического масла;
• использование этана для образования этилена, из которого получают полезные олефины — этилен эпоксид, этиленгликоль, ацетальдегид;
• применение пропана, который можно обратить в пропилен или окислить до акриловой кислоты или акрилонитрила.

Одно из экзотических использований природного газа — в качестве сырья для… обогащенного белком корма для животных и птиц. Для этого газовой смесью питают специальных бактерий — Methylococcus capsulatus.

Стоимость газа в 2022: цены на бирже

Стоимость «голубого топлива» неустойчива — она склонна изменяться в зависимости от торговых условий, внешней политики, конфликта между странами. Так, в начале 2022 цена на газ в Европе превысила рекордные 1000 долларов за 1000 кубометров. А весной-2022 поднялась до отметки в $1500/1000 м3.

Если перейти к тарифам для населения, то мы увидим следующие цифры:

• Австрия — 0,65 евро.
• Беларусь: 0,41 евро.
• Великобритания: 0,86 евро.
• Германия — 1,15 евро.
• Испания: 0,98 евро.
• Италия: 0,83 евро.
• Нидерланды: 1,34 евро.
• Норвегия: 1,35 евро.
• Польша: 0,77 евро.
• Португалия: 1,09 евро.
• Россия: 0,28 евро.
• Турция: 0,74 евро.
• Украина: 0,9 евро.
• Франция: 0,87 евро.
• Швейцария: 0,88 евро.
• Швеция: 0,87 евро.
• Эстония: 0,9 евро.

Средняя цена газа в Европе составляет 0,84 евро. Самая высокая — в Норвегии (на 50 % выше усредненной), самая низкая — в России (на 50 % ниже усредненной).

Опасность газа: насколько он токсичен?

Разберем опасность отдельных компонентов ПГ:

• Углекислый газ. При концентрации 3-10 % от общего объема препятствует поглощению организмом кислорода, что ведет за собой удушье и смерть.
• Гелий. При больших концентрациях подобен действию наркоза или веселящего газа (закиси азота N2O).
• Сероводород. Самый токсичный элемент: при длительном вдыхании вызывает головокружение и рвоту, затем газ парализует обонятельный нерв — человек перестает ощущать присутствие сероводорода в воздухе. Отравиться им можно при концентрации 0,2–0,3 мг/кубометр. Летальный исход наступает при 1 мг/кубометр.

Важно знать, что чистый ПГ бесцветен и не имеет никакого запаха. Тогда какой же газ подают в наши квартиры? Тот же самый природный, но с включением небольшого объема одорантов — веществ с резким неприятным запахом. Именно он позволяет вовремя заметить утечку по невыносимому амбре, напоминающему запах прелого сена, тухлых яиц или гнилой капусты. Чаще всего эти тиолы: к примеру, этилмеркаптан добавляют в пропорции 16 г на 1000 кубометров природного газа.

Эко-повестка: это чистое топливо?

О ПГ часто говорят как об экологичном топливе. Нужно понимать, что в данном контексте он сравнивается не с альтернативными «зелеными» источниками энергии, а с более «грязными» нефтью и углем. В этом контексте природный газ действительно дает меньшее выделение СО2 на единицу добываемой энергии. 

ПГ — самый чистый вид органического топлива, однако его сжигание в промышленных масштабах также ведет к увеличению долю углекислого газа в атмосфере, а вместе с этим — к нагнетанию парникового эффекта. Последний грозит глобальным потеплением, таянием ледников, повышению уровня Мирового океана, который может затопить целые регионы и страны.

Топ-10 интересных фактов о природном газе

О ПГ можно собрать немало занятной информации:

1. В Туркмении с 1971 горят «Врата Преисподней». Точнее, газовый кратер Дарваза, который, ошибившись в расчетах, подожгли геологи. Надеясь, что имеющийся газ вскоре сгорит и огонь потухнет…
2. Метан — третье по распространенности газообразное вещество во Вселенной.
3. Самая глубокая газовая разработка находится в Новом Уренгое (Россия). Ее глубина — 6 км.
4. В США вещества с запахом тухлятины добавляют в газ не только для того, чтобы граждане вовремя узнали об утечке. В пустынных местностях, где проходят газопроводы, на амбре слетаются грифы-падальщики. По скоплению птиц быстро узнают об аварии.
5. Впервые газ использовали 1900 лет назад в Древней Пруссии. Один из царей приказал построить свою кухню на месте, где выходила газовая струя. Очаг там горел, не угасая.
6. А вот целенаправленно добывать газ начали в Древнем Китае. Для этого использовали бамбуковые трубки.
7. В XIX веке газ для освещения улиц производили из… каменного угля.
8. Общая протяженность российских газопроводов — 870 000 км. Это в два раза больше расстояния от Луны до Земли.
9. Есть легенда, что на разработку скважин берут с собой маленьких птичек, чтобы по их состоянию судить об утечках.
10. А по другой истории, в годы Первой Мировой в окопы брали котов, чтобы звери предупреждали о газовой атаке.

Почему же ПГ так часто называют «голубым топливом»? Все потому что чистый газ горит ровным и красивым голубым пламенем. А вот примеси окрашивают его в другие цвета. Является опасным, когда при горении пламя начинает «желтить» — это говорит о том, что ПГ сгорает не полностью: образуется копоть и вредный угарный газ.

5+ документальных фильмов о природном газе

Чтобы иметь полное представление о «голубом топливе», можно ознакомиться с роликами:

• «Природный газ | Natural gas».
• «Вся цепочка добычи и подготовки природного газа».
• «Как добывают газ - программа "Галилео"».
• «В чем отличия сжиженного газа от природного».
• «Страны по Добыче Природного Газа в год».
• «Страны по Запасам Природного Газа».

В контексте последних событий в мире: «Цена на газ в Европе поднялась до $1350 за тысячу кубометров. Отмена поставок в Польшу и Болгарию», «Россия прекращает поставки газа в Европу?», «”Пускай платят”: что говорят в России и Европе после остановки поставок газа».

Заключение

По данным команды https://lindeal.com, природный газ — перспективное топливо настоящего времени. Он используется для отопления, подогрева воды, приготовления еды на бытовых плитах и горелках. Широко использование его компонентов в химической промышленности: из этана синтезируют этилен, ацетилен применяется при сварке, пропаном заправляют автомобили, а гелием — воздушные шарики и аэростаты. В отличие от нефти и угля, при сгорании «голубого топлива» выбросы СО2 в атмосферу минимальны. Но при этом выделение вредного углекислого газа, создающего парниковый эффект, все же присутствует. Именно этот факт делает спорным включение природного газа в число экологичных источников энергии.