Природный газ: свойства и значение

Природный газ — горючее полезное ископаемое и один из важных источников энергии. Он представляет собой смесь газов, в которой обычно больше всего метана. Молекула метана состоит из одного атома углерода и четырёх атомов водорода, поэтому её химическая формула записывается как CH₄. В природном газе могут присутствовать и другие углеводороды, а также небольшие количества негорючих компонентов.

Газ используют для отопления домов, приготовления пищи, получения электричества и работы промышленных предприятий. Он также служит сырьём для химической промышленности. Но природный газ требует очень осторожного обращения: он горюч, а при определённой смеси с воздухом может быть взрывоопасным.

Какими свойствами обладает природный газ

Очищенный природный газ сам по себе не имеет цвета. Основной его компонент — метан — также не имеет привычного запаха, по которому человек мог бы заметить утечку. Поэтому перед подачей газа потребителям в него специально добавляют сильно пахнущие вещества — одоранты. Характерный резкий запах бытового газа нужен именно для безопасности.

Природный газ обычно легче воздуха, потому что в нём преобладает метан. Однако при любой подозрительной ситуации дома нельзя полагаться на то, «куда поднимется газ». Если появился характерный запах, ребёнок должен сразу сообщить взрослым и не включать огонь или электрические приборы.

Как образовался природный газ

История природного газа связана с геологическими процессами, которые длились миллионы лет. Остатки древних организмов накапливались в осадках, затем погружались глубже и оказывались под новыми слоями пород. Под действием давления и температуры богатое углеродом и водородом органическое вещество постепенно преобразовывалось. В разных условиях могли образовываться нефть, природный газ и уголь.

Поэтому природный газ относится к ископаемому топливу. Его запасы формируются настолько медленно, что в масштабе человеческой жизни они считаются невозобновляемыми.

Почему газ бывает рядом с нефтью

Нефть и газ нередко связаны общим происхождением. В некоторых месторождениях природный газ находится вместе с нефтью — его называют попутным или ассоциированным газом. В других местах образуются самостоятельные газовые залежи.

Газ может находиться в порах обычных осадочных пород, в очень плотных породах или сланцах, а также быть связанным с угольными пластами. Поэтому способы добычи различаются.

Газ под землёй: не огромный пузырь, а пористая порода

Как и нефть, природный газ часто находится в микроскопических пустотах и трещинах горных пород. Представить это можно на примере сухой губки: внутри твёрдого материала есть множество маленьких пор. В природе такими «губками» могут быть пористые песчаники и другие породы.

Чтобы газ не ушёл дальше к поверхности, над породой-коллектором должна находиться плотная покрышка. Если геологическое строение благоприятно, газ накапливается в ловушке и образует месторождение.

Как геологи находят природный газ

Сначала специалисты изучают геологическое строение территории. Они анализируют слои пород и используют геофизические исследования. Большую роль играет сейсмическая разведка: созданные на поверхности или в море волны проходят через земную кору и отражаются от разных слоёв. Компьютерная обработка измерений помогает построить модель того, что находится глубже.

Затем бурят разведочную скважину. Только она и проведённые в ней измерения позволяют надёжнее узнать, действительно ли найден газоносный пласт и можно ли его разрабатывать.

Путь газа от скважины к дому

Газ, поднятый из недр, не всегда сразу готов к использованию. Он может содержать водяной пар, жидкие углеводороды, углекислый газ, сернистые соединения и другие примеси. На газоперерабатывающих установках ненужные компоненты удаляют, а полезные жидкие фракции могут отделять для дальнейшего применения.

Подготовленный газ поступает в магистральные газопроводы. Чтобы он двигался на большие расстояния, используются компрессорные станции. Затем газ передают в распределительные сети, где давление понижают до уровня, подходящего для потребителей.

Перед поступлением в бытовую сеть газ одорируют — добавляют вещества с сильным запахом. Это один из важных элементов системы безопасности.

Где природный газ используют чаще всего

В домах

Газ может использоваться для отопления помещений, нагрева воды и приготовления пищи. Важно помнить, что газовые приборы должны быть исправными, а их обслуживание выполняют специалисты.

На электростанциях

При сжигании газа выделяется тепло. На тепловой электростанции эта энергия используется для выработки электричества. Современные газовые электростанции могут применять газовые и паровые турбины, повышая эффективность использования топлива.

В промышленности

Промышленные предприятия используют газ для получения высокой температуры в печах, для производства электричества и как сырьё. Например, компоненты природного газа участвуют в изготовлении химических веществ, а из них затем получают удобрения и другие продукты.

Газ, нефть и уголь: что у них общего

Все три ресурса относятся к ископаемому топливу. Их происхождение связано с древним органическим веществом и геологическими процессами. Все они хранят химическую энергию, которая высвобождается при горении. И все они невозобновимы в масштабе человеческой жизни.

Но их физическое состояние различно: уголь твёрдый, нефть жидкая, а природный газ при обычных условиях газообразный. Из-за этого отличаются способы добычи, перевозки, хранения и использования.

Почему газ называют сравнительно более чистым ископаемым топливом

При сжигании природного газа для получения одинакового количества энергии обычно образуется меньше углекислого газа и меньше некоторых загрязняющих веществ, чем при сжигании угля. Но это не означает, что природный газ совсем не влияет на климат или воздух.

Во-первых, при горении метана всё равно образуется углекислый газ. Во-вторых, сам метан является сильным парниковым газом. Если он утекает из скважин, оборудования, хранилищ или трубопроводов прямо в атмосферу, это создаёт дополнительное воздействие на климат. Поэтому поиск и устранение утечек имеет большое значение.

Можно ли перевозить газ без трубопровода

Да. Для морской перевозки на большие расстояния природный газ можно сильно охладить, чтобы он превратился в жидкость. Такой продукт называют сжиженным природным газом. В жидком состоянии он занимает намного меньше объёма, поэтому его можно перевозить на специальных судах. После доставки газ снова переводят в газообразное состояние и подают в сеть.

Это пример того, как изменение физического состояния вещества помогает решить транспортную задачу. Но подобные терминалы и суда — сложные промышленные объекты, которыми управляют специалисты.

Почему газ хранят под землёй

Потребление природного газа меняется в течение года: зимой для отопления его часто требуется больше. Поэтому часть подготовленного газа закачивают в подземные хранилища, а затем отбирают при повышенном спросе. Для хранения могут использовать подходящие геологические структуры, например выработанные газовые месторождения.

Это позволяет газовой системе работать устойчивее: добыча и потребление не обязаны каждую минуту полностью совпадать.

Главное правило: газ требует осторожности

Для школьника важнее всего не технические детали, а правильное поведение дома. Если чувствуется сильный характерный запах газа, нельзя зажигать спички, пользоваться зажигалкой и специально щёлкать выключателями. Нужно сразу сообщить взрослому и выполнять правила экстренной службы своей страны. Самостоятельно искать место утечки ребёнок не должен.

Также нельзя играть рядом с газовыми плитами, котлами и вентилями. Безопасное использование природного газа зависит от исправности оборудования, вентиляции, правильного монтажа и внимательности людей.

Почему природный газ важен для экономики

Газ удобен тем, что его можно непрерывно подавать по трубопроводам и использовать как источник тепла там, где это нужно. Он обеспечивает работу электростанций, предприятий и систем отопления. Кроме того, он является ценным химическим сырьём.

Но строительство месторождений и газопроводов требует больших затрат и точных инженерных расчётов. Нужно учитывать рельеф, водные объекты, населённые пункты, свойства пород и влияние на экосистемы. Поэтому газовая отрасль объединяет геологию, физику, химию, строительство и экологию.

Что полезно запомнить

• Главный компонент природного газа обычно метан.
• Очищенный природный газ бесцветен, а характерный запах бытовому газу придают специальные добавки.
• Газ образовался в результате длительных геологических процессов из древнего органического вещества.
• Он может находиться рядом с нефтью или в самостоятельных залежах.
• Перед подачей потребителям добытый газ очищают и подготавливают.
• Газ используют в быту, энергетике и промышленности.
• Даже сравнительно более чистое ископаемое топливо остаётся источником выбросов и требует контроля утечек.

Краткий план доклада

1. Что такое природный газ и из чего он состоит.
2. Как природный газ образовался.
3. Где он находится в земной коре.
4. Как газ добывают, очищают и перевозят.
5. Использование газа дома, на электростанциях и предприятиях.
6. Воздействие природного газа на окружающую среду.
7. Почему при обращении с газом важны правила безопасности.

Вывод

Природный газ — невозобновляемый природный ресурс, основу которого обычно составляет метан. Он сформировался в недрах Земли за миллионы лет и сегодня используется для отопления, приготовления пищи, выработки электричества и промышленного производства. Газ удобен в использовании, но требует сложной системы добычи, очистки, транспортировки и контроля. Его сжигание создаёт меньше некоторых выбросов, чем уголь, однако углекислый газ всё равно образуется, а утечки метана особенно нежелательны. Поэтому значение природного газа состоит не только в его пользе, но и в необходимости обращаться с ним безопасно и ответственно.