Природный газ

Природный газ

Природный газ, обычно называемый газом, является газообразным ископаемым топливом, состоящим прежде всего из метана. Он найден в месторождениях нефти и областях природного газа, и в меньших количествах, угольных пластах. Огромные количества природного газа (прежде всего метан) существуют в форме гидратов под осадком на оффшорных континентальных шельфах и на земле в Арктике, которая испытывает вечную мерзлоту, такую как  в Сибири. Гидраты требуют комбинацию высокого давления и низкой температуры. Однако, с 2010 года не была развита никакая технология, чтобы извлечь природный газ экономно из гидратов. 
В 2010 году, используя современную технологию, стоимость извлечения природного газа от кристаллизованного природного газа оценена к 100-200 % стоимости извлечения природного газа из обычных источников, и еще выше от оффшорных депозитов.

Особый интерес к разработке,является его использование в больших количествах для производства  электроэнергии.

Свойства 

Природный газ без вкуса  и без запаха.

Метан является эффективным  парниковым газом, который может  способствовать расширенному глобальному  потеплению , когда освобожден в атмосфере , и такой свободный метан, считался бы как загрязнитель , а не полезный ресурс энергии . Однако, метан в атмосфере окисляется, образуя диоксид углерода и воду, так, что парниковый эффект метана выпускается относительно недолго. Кроме того, природный газ при сгорании выделяет гораздо меньше углекислого газа , чем более углеродистые источники энергии, например, как уголь . 

Химический состав и энергетическая ценность 

Химический состав 

Основным компонентом  природного газа является метан ( C H ₄ ), самая короткая и самая легкая молекула углеводорода. Он также может содержать тяжелые газообразные углеводороды, такие как этан ( C ₂ H ₆ ),пропан ( C ₃ H ₈ ) и бутан ( C ₄ H ₁₀ ), а также другие серы , содержащие газы, в различных количествах.

Сероорганические соединения  и сероводорода ( H ₂ S ) являются общими загрязняющими веществами, которые должны быть удалены до использывания. Газ со значительным количеством примесей серы называют "кислым".

Содержание энергии 

Сжигание одного кубометра  природного газа дает 38  МДж (10,6  кВт ). Это равносильно тому,что один кубический фут природного газа производит 1031  британских тепловых единиц (БТЕ).

Поставка конечным пользователям 

Так как природный газ  без вкуса и запаха, прежде чем  газ распределяется на конечных пользователей, он одоризовывается, добавив тиол , для помощи в обнаружении утечки. Природный газ является сам по себе безвредным для организма человека - в отличие от угарного газа , например, это не яд. Тем не менее, природный газ является удушающим и может убить, если он вытесняет воздух до точки, где содержание кислорода не будет поддерживать жизнь.

Опасность 

Природный газ также может  быть опасным для жизни и имущества  путем взрыва . Природный газ легче воздуха, и поэтому имеет свойство рассеиваться в атмосфере. Но когда природный газ ограничен, например, в доме,газовая концентрация может достигнуть взрывоопасных смесей и, в случае воспламенения взорваться, уничтожив здания. У метана есть Нижний предел взрываемости 5 % в воздухе, и Верхний Взрывчатый Предел 15 %.

 Взрывоопасных проблем с сжатым природным газом, используемого в транспортных средствах практически не существует.

 Хранение и транспорт.

Главная трудность в использовании  природного газа является транспортировка и хранение. Трубопроводы природного газа экономичные, но непрактичные через океаны.

Даже на земле трубопроводам стало нужно предоставить гальваническую защиту от коррозии и подходящее электрическое покрытие изоляции, увеличивающее стоимость до некоторой степени.

Авиакомпании LNG могут использоваться, чтобы транспортировать сжиженный  газ (LNG) через океаны, в то время  как автоцистерны могут нести  сжижаемый или сжатый природный  газ (CNG) по более коротким расстояниям. Они могут транспортировать природный  газ непосредственно конечным пользователям  или к пунктам распределения, таким как трубопроводы для дальнейшего  транспорта. У них может быть более  высокая стоимость, требующая дополнительных средств для сжижения или сжатия в производственном пункте.

Использование

Производство электроэнергии

Природный газ является важным, поскольку является основным источником для выработки электроэнергии с помощью газовых турбин и паровых турбин . Особенно высокая эффективность может быть достигнута путем объединения газовых турбин и паровых турбин в смешанном цикле режима. Экологически , природный газ сгорает чище, чем другие ископаемые виды топлива , такие как нефть и уголь, и производит меньшепарниковых газов . Для эквивалентного количество тепла, сжигание природного газа производит около 30% меньше углекислого газа , чем при сжигании нефти и около 45% меньше, чем при сжигании угля . Производство электроэнергии с комбинированным циклом, используя природный газ, является самым чистым источником получения из ископаемоего топлива, и эта технология широко используется везде, где газ может быть получен по разумной стоимости. Технология топливного элемента может в конечном счете предоставить более чистые возможности для того, чтобы преобразовать природный газ в электричество, но пока еще это не конкурентоспособно из-за стоимости данного метода.

 

Водородное изготовление

Природный газ может использоваться, чтобы произвести водород, который  может использоваться в водородных транспортных средствах.

Изготовление удобрения 

Природный газ является главным  сырьем в промышленности для производства аммиака, через процесс Хабера, для использования в производстве удобрения.

Горючее

Сжатый природный газ (и LPG) используется в качестве чистой альтернативы другому автомобильному топливу. С 2003 года странами с наибольшим числом природного газа была Аргентина, Бразилия, Пакистан, Италия, и Индия.

Эффективность использования  энергии, как правило, равна бензиновым двигателям, но ниже по сравнению с  современными дизельными двигателями, частично из-за того, что газовые  двигатели работают с помощью цикла Отто , но исследования на пути к совершенствованию процесса ( Уэстпорта цикла ).

 

Авиация

Российский производитель  авиационной техники Туполев  в настоящее время разрабатывает  программу, чтобы произвести LNG-и  самолет, приведенный в действие водородом. Программа стартовала с  середины 1970-ых, и стремится развить LNG и водородные разновидности пассажирских самолетов «Ту 204» и «Ту 334», и  также грузового самолета «Ту330». 

Преимущества жидкого  метана как топлива реактивного  двигателя состоят в том, что  у него выделяется больше энергии, чем  у стандартных смесей керосина, и  что его низкая температура может  помочь охладить воздух, который двигатель  сжигает для большей объемной эффективности, в действительности заменяя промежуточный охладитель. Альтернативно, его можно использовать, чтобы понизить температуру выхлопа.

Жилой

Природный газ поставляется домам, где он используется в таких  целях, как приготовление пищи и отопления/охлаждение. CNG используется в сельских домах без связей с публично перекачанными по трубопроводу сервисными услугами.

Другой 

Природный газ также используется в изготовлении тканей, стаканов, стали, пластмасс, краски, и других продуктов.

Воздействие на окружающую среду. 
Природный газ часто представляют как самое чистое ископаемое топливо, которое производит меньше углекислого газа за выработанный джоуль, чем уголь или чем нефть и гораздо меньше загрязнителей углеводородом чем любое другое топливо. Однако, в наше время, использование газа сопровождается глобальному выбросу углерода. Согласно Четвертому Докладу IPCC, в 2004 году, природный газ выделил приблизительно 5.3 миллиардов тонн CO2, в то время как уголь и нефть произвели 10.6 и 10.2 миллиардов тонн соответственно. Природный газ выделяется в атмосферу в намного меньших количествах, метан окисляется в атмосфере, и следовательно, природный газ задерживается в атмосфере в течение приблизительно 12 лет, по сравнению с CO2, который уже окислен, и имеет эффект в течение 100 - 500 лет. Природный газ состоит, главным образом, из метана, у которого есть излучающий эффект, в двадцать раз больше чем у углекислого газа. Благодаря такому составу, тонна метана в атмосфере заманивает «в ловушку» столько радиации как 20 тонн углекислого газа; однако он остается в атмосфере в 8-40 раз меньше количества времени. Углекислый газ все еще получает львиную долю внимания относительно парниковых газов, потому что он выпускается в намного большем количестве. Однако, это неизбежно, так как природный газ используется в крупном масштабе, часть которого пропускается в атмосферу. 

 

Будущее

Поскольку природный газ является чистым горючим, его используют как альтернативное топливо для автомашин. Сжатый природный газ (CNG) автомобили и грузовики уже используют на дороге во многих областях.Компании использующие производственные процессы, которые требуют высоких температур, также предпочитают природный  газ вместо другого топлива, чтобы уменьшить загрязнение воздуха, испускаемое их заводами. Также его используют компании, вовлеченные в производство стали, стекла, керамики, цемента, бумаги, химикатов, алюминия.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 Natural gas, commonly referred to as gas, is a gaseous fossil fuelconsisting primarily of methane. It is found in oil fields and natural gas fields, and in smaller quantities, coal beds. Huge quantities of natural gas (primarily methane) exist in the form of hydrates under sediment on offshore continental shelves and on land in arctic regions that experience permafrost, such as those in Siberia. Hydrates require a combination of high pressure and low temperature to form. However, as of 2010 no technology has been developed yet to extract natural gas economically from hydrates.

In 2010, using current technology, the cost of extracting natural gas from crystallized natural gas is estimated to 100–200% the cost of extracting natural gas from conventional sources, and even higher from offshore deposits.

Particular interest to engineering is its use in large quantities for electrical power generation.

Properties

Natural gas is tasteless and odorless.

Methane is an extremely efficient greenhouse gas which may contribute to enhanced global warming when free in the atmosphere, and such free methane, would then be considered a pollutant rather than a useful energy resource. However, methane in the atmosphere is oxidised, producing carbon dioxide and water, so that the greenhouse effect of released methane is relatively short-lived. Also, natural gas, when burned, produces much less carbon dioxide than more carbonaceous fuel sources, such as coal.

Chemical composition and energy content

Chemical composition

The primary component of natural gas is methane (CH₄), the shortest and lightest hydrocarbon molecule. It may also contain heavier gaseous hydrocarbons such as ethane (C₂H₆), propane (C₃H₈) and butane (C₄H₁₀), as well as other sulphur containing gases, in varying amounts.

Organosulfur compounds and hydrogen sulfide (H₂S see acid gas) are common contaminants, which must be removed prior to most uses. Gas with a significant amount of sulfur impurities is termed "sour".

Energy content

Combustion of one cubic metre of commercial quality natural gas yields 38 megajoules (10.6 kWh). Equivalently, one cubic foot of natural gas produces 1031 British Thermal Units (BTUs).

Supply to end users

Since natural gas is tasteless and odorless, before gas is distributed to end-users, it is odorized by adding thiols, to assist in leak detection. Natural gas is, in itself, harmless to the human body - unlike carbon monoxide, for instance, it is not a poison. However, natural gas is a simple asphyxiant and can kill if it displaces air to the point where the oxygen content will not support life.

Hazardous

Natural gas can also be hazardous to life and property through an explosion. Natural gas is lighter than air, and so tends to dissipate into the atmosphere. But when natural gas is confined, such as within a house, gas concentrations can reach explosive mixtures and, if ignited, result in blasts that could destroy buldings. Methane has a Lower Explosive Limit of 5% in air, and an Upper Explosive Limit of 15%.

Explosive concerns with compressed natural gas used in vehicles are almost nonexistent, due to the escaping nature of the gas.

Storage and transport

The major difficulty in the use of natural gas is transportation and storage. Natural gas pipelines are economical, but are impractical across oceans.

Even the on land pipe lines of steel have to be provided with galvanic protection against corrossion and suitable electrical insulation covering increasing the cost to some extent.

LNG carriers can be used to transport liquefied natural gas (LNG) across oceans, while tank trucks can carry liquefied or compressed natural gas(CNG) over shorter distances. They may transport natural gas directly to end-users or to distribution points, such as pipelines for further transport. These may have a higher cost requiring additional facilities for liquefaction or compression at the production point.

Uses

Power generation

Natural gas is important as a major source for electricity generation through the use of gas turbines and steam turbines. Particularly high efficiencies can be achieved through combining gas turbines with a steam turbine in combined cycle mode. Environmentally, natural gas burns cleaner than other fossil fuels, such as oil and coal, and produces fewer greenhouse gases. For an equivalent amount of heat, burning natural gas produces about 30% less carbon dioxide than burning petroleum and about 45% less than burning coal.  Combined cycle power generation using natural gas is thus the cleanest source of power available using fossil fuels, and this technology is widely used wherever gas can be obtained at a reasonable cost. Fuel cell technology may eventually provide cleaner options for converting natural gas into electricity, but as yet it is not price-competitive.

Hydrogen manufacture

Natural gas can be used to produce hydrogen that can be used in hydrogen vehicles.

Fertiliser manufacture

Natural gas is a major feedstock for the production of ammonia, via the Haber process, for use in fertilizer production.

Vehicle fuel

Compressed natural gas (and LPG) is used as a clean alternative to other automobile fuels. As of 2003, the countries with the largest number of natural gas vehicles were Argentina, Brazil, Pakistan, Italy, and India.

The energy efficiency is generally equal to that of gasoline engines, but lower compared with modern diesel engines, partially due to the fact that natural gas engines function using the Otto Cycle, but research is on its way to improve the process (Westport Cycle).

 

Aviation

Russian aircraft manufacturer Tupolev is currently running a development program to produce LNG- and hydrogen-powered aircraft. The program has been running since the mid-1970s, and seeks to develop LNG and hydrogen variants of the Tu-204 and Tu-334 passenger aircraft, and also the Tu-330 cargo aircraft.

The advantages of liquid methane as a jet engine fuel are that it has more specific energy than the standard kerosene mixes do and that its low temperature can help cool the air which the engine compresses for greater volumetric efficiency, in effect replacing an intercooler. Alternatively, it can be used to lower the temperature of the exhaust.

 

Residential

Natural gas is supplied to homes where it is used for such purposes as cooking and heating/cooling. CNG is used in rural homes without connections to piped-in public utility services.

Other

Natural gas is also used in the manufacture of fabrics, glass, steel, plastics, paint, and other products.

Environmental effects

Natural gas is often described as the cleanest fossil fuel, producing less carbon dioxide per joule delivered than either coal or oil and far fewer pollutants than other hydrocarbon fuels. However, in absolute terms, it does contribute substantially to global carbon emissions, and this contribution is projected to grow. According to the IPCC Fourth Assessment Report , in 2004, natural gas produced about 5.3 billion tons a year of CO₂ emissions, while coal and oil produced 10.6 and 10.2 billion tons respectively .

Natural gas is released into the atmosphere in much smaller quantities, methane is oxidized in the atmosphere, and hence natural gas affects the atmosphere for approximately 12 years, compared to CO₂, which is already oxidized, and has effect for 100 to 500 years. Natural gas is composed mainly of methane, which has a radiative forcing twenty times greater than carbon dioxide. Based on such composition, a ton of methane in the atmosphere traps as much radiation as 20 tons of carbon dioxide; however, it remains in the atmosphere for 8–40 times less time. Carbon dioxide still receives the lion's share of attention concerning greenhouse gases because it is released in much larger amounts. Still, it is inevitable when natural gas is used on a large scale that some of it will leak into the atmosphere.

 

The Future

Because natural gas is clean burning, it is being considered as an alternative fuel for motor vehicles. Compressed natural gas (CNG) cars and trucks are already on the road in many areas. Companies using industrial processes that require high temperatures are also turning to natural gas instead of other fuels in order to reduce the air pollution emitted by their plants. This includes companies involved in manufacturing steel, glass, ceramics, cement, paper, chemicals, aluminum, and processed foods.