Природний газ (; ) — суміш газів, що утворилася в надрах Землі при анаеробному розкладанні органічних речовин та/або при конденсації у пастках еманацій з верхньої мантії. Як правило, це суміш газоподібних вуглеводнів (метану, етану, пропану, бутану тощо), яка утворюється в земній корі та яку широко використовують як високоекономічне паливо на електростанціях, у чорній та кольоровій металургії, цементній та скляній промисловості, у процесі виробництва будматеріалів та для комунально-побутових потреб, а також як сировина для отримання багатьох органічних сполукЯк і навіщо спалюють газ.
Природний газ є корисною копалиною. Часто є побічним газом при видобутку нафти. Природний газ у пластових умовах (умовах залягання в земних надрах) перебуває в газоподібному стані у вигляді окремих скупчень (газові поклади) або у вигляді газової шапки нафтогазових родовищ — це вільний газ, або в розчиненому стані в нафті або воді (у пластових умовах), а в стандартних умовах (0,101325 МПа і 20 °C) — тільки в газоподібному стані. Також природний газ може перебувати у вигляді газогідратів.
Етимологія та історія
Поняття «газ» було введене голландським натуралістом і теософом-містиком Яном Баптистою ван Гельмонтом у 1620 р. при дослідженнях процесу утворення деревного вугілля. За Гельмонтом, газ (від грецького «хаос») це речовина, яка у звичайних умовах може заповнювати весь доступний йому простір без стрибкоподібної зміни властивостей.
Історія газової промисловості налічує трохи більше ста років. Газова промисловість у США сходить до 1821 року, коли природний газ був відкритий і використаний у Фредонії, штат Нью-Йорк, що призвело до створення в 1858 році Fredonia Gas Light Company.
Із самого початку ринок природного газу був обмежений трубопровідною технологією. Газ для Фредонії, Нью-Йорку, у 1821 році постачався дерев'яними трубами.
У 1800-х роках у більшості міст США використовували газ, вироблений із вугілля на перших газових заводах — газовнях.
Місто Філадельфія створило перше муніципальне підприємство з розподілу природного газу в 1836 році.
Починаючи з 1884 року, природний газ використовували у скляній і сталеливарній промисловості Піттсбурга. Газ доставлявся в місто по трубопроводу з Муррісвілла, який зараз знаходиться приблизно за 35 км на схід від Пітсбурга. Піттсбург став першим містом у світі, під'єднаним до газопроводу.
У Європі природний газ виявили у другій половині XIX ст. під час буріння свердловин на нафту. З 1872 року його почали використовувати у промисловості, хоча він залишався побічним продуктом нафтовидобутку. Тоді ж розпочалося й будівництво газопроводів.
Перше європейське газове родовище відкрили лише в 1910 році, коли в передмістях Гамбурга пробурили глибинну свердловину в пошуках питної води. Газ, що піднявся на поверхню з глибини 250 м, запалав і вирвався назовні у вигляді вогненних фонтанів, на які люди, що спостерігали за бурінням, зачаровано дивилися як на унікальне диво природи. Із 1913 по 1930 роки на цьому родовищі видобуто 250 млн м³ газу. Загалом із 1920-х років природний газ приходить на великі промислові підприємства як хімічна сировина й розпочинає поступове сходження на вершину паливно-енергетичного Олімпу.
У другій половині ХХ ст. почалося швидке зростання видобутку і споживання природного газу і формування нових районів газової промисловості в СРСР, Південно-Західній Азії, Європі, Північній Африці та інших регіонах. Одночасно формувався міжнародний ринок природного газу.
Хімічний склад
Основну частину природного газу складає метан (CH4) — до 98 %. До складу природного газу можуть також входити важчі вуглеводні: етан (C2H6), пропан (C3H8), бутан (C4H10) — гомологи метану, а також інші невуглеводні речовини: водень (H2), сірководень (H2S), діоксид вуглецю (CO2), азот (N2), гелій (Не).
Приклад компонентного складу природного газу, що відпускається населенню, може бути таким: метан (96–97,6 %), етан (1,24–1,88 %), пропан (0,30–0,57 %), ізобутан (0,04–0,083 %), н-бутан (0,04–0,09 %), пентани (0,018–0,032 %), гексани та вищі (0,001–0,004 %), азот (0,7–0,82 %), діоксид вуглецю (0,05–0,021 %), кисень (0,007–0,008 %).Паспорт фізико-хімічних показників природного газу. ПАТ Львівгаз
Властивості природного газу
Природний газ не має кольору і запаху. Щоб можна було визначити витік по запаху, до нього перед подачею споживачам додають одорант — речовину з різким специфічним запахом. Як одорант може використовуватись етилмеркаптан — C2H5SH або суміш природних меркаптанів — СПМ (C2H3P). У магістральних газопроводах транспортується неодоризований газ, оскільки одорант належить до агресивних речовин, що спричиняють корозію стінок труб.
Фізико-хімічні властивості, параметри, які характеризують газ (газоконденсат) за умов пластових тисків і температури: густина, в'язкість, вологовміст, розчинність, зворотна конденсація, критична температура і тиск, об'ємний коефіцієнт, коефіцієнт стисливості та ін.
Фізичні властивості
Орієнтовні фізичні характеристики: Густина: ρ = 0,7 кг/м³ (сухий газоподібний) або 400 кг/м³ рідкий Температура займання: t = 650 °C Теплота згоряння: 16–34 МДж/м³ (для газоподібного) Октанове число при використанні у двигунах внутрішнього згоряння: 120—130 Вологість природних газів. Природний газ в пластових умовах завжди насичений парами води. У газоносних породах завжди міститься зв'язана, підошовна або крайова вода.
Дифузія газу — це проникнення молекул одного газу в середовище іншого газу за допомогою броунівського руху. Адсорбція газу — процес концентрування молекул газу на поверхні розділу середовищ. Адсорбованість природних газів збільшується зі збільшенням молекулярної маси молекул та зі збільшенням тиску. Абсорбція газу — процес дифузії типу «газ-рідина», коли поглинання газу рідиною відбувається усією поверхнею (об'ємом), а не на межі розділу середовищ. Ефузія газу — процес витікання газу у вакуумі. Такий процес відбувається при русі газу в пористих середовищах. Пружність газу — здатність стискатися і розширятися під впливом тиску і температури, і отже, ці чинники є визначальними параметрами стану газу. Слабка міжмолекулярна взаємодія речовини в газоподібному стані обумовлює прагнення газу до нескінченного розширення з підвищенням температури.
Детальніша інформація про якість природного газу на території України на офіційному інтернет-сайті ПАТ «УКРТРАНСГАЗ».
Хімічні властивості Див. Хімія природних газів
Отруйні властивості природного газу
Див. також Небезпечні властивості природного газу
Природний газ створює задушливу дію на організм людини. Із газових компонентів природних і нафтових газів особливо токсичним є сірководень, його запах відчувається при вмісті в повітрі 0,0014–0,0023 мг/л. Сірководень — отрута, що викликає параліч органів дихання й серця. Концентрація сірководню 0,06 мг/л викликає головний біль. При концентраціях 1 мг/л і вище настають гостре отруєння і смерть.
Гранично допустима концентрація сірководню в робочій зоні виробничих приміщень — 0,01 мг/л, а в присутності вуглеводнів С1-С5 — 0,003 мг/л.
Характер дії на організм людини вуглекислого газу — наркотичний, при високих концентраціях викликає швидку задуху через нестачу кисню. Вміст 4–5 % вуглекислого газу в повітрі призводить до запаморочення, підвищує кров'яний тиск. Вдихання високих концентрацій вуглекислого газу (20 %) спричиняє зупинку дихання і смерть.
Від газифікації осель залежить підвищення їх комфортності. Однак внаслідок неповного згорання газу через недосконалості газової апаратури повітря цих осель забруднюється шкідливими елементами та сполуками. При відкритому горінні газу у звичайних газових пристроях у повітрі кухонь виявляється підвищений вміст вуглеводнів разом із оксидами вуглецю (II) та (IV). Продукти повного і неповного згорання газу, які утворилися та накопичилися у повітрі кухонь, дифундують у суміжні побутові приміщення та житлові кімнати. +ВуглеводніВміст, %Достовірність зрушень за сезонамиВліткуВзимкуМетанЕтан+етиленПропанПропіленАцетиленІзобутанн-бутанБутенІзопентанПентен2-метилгексан3-метилгексанн-гексанн-пенган
Також виділяються бензопірен, оксиди вуглецю та азоту, радіоактивний газ радон. Влітку вміст карбоксигемоглобіну у крові домогосподарок, які мають справу із використанням газових плит, вищий, ніж взимку. Найефективніший захід — використання електроплит.
Поширення
Див. Ресурси і запаси природного газу
У світі Розташування природного газу в земній корі: найближче до поверхні — метан вугільних родовищ. Нижче — конвенційні родовища природного газу та супутнього нафтового газу. Ще нижче — газ, «закупорений» в щільних породах (tight gaz). Під ним — шар насичених газом сланців.
Запаси природного газу: 21,4 % світових запасів природного газу належать Росії. На другому місці — Іран (15,9 % світових запасів).
З 2001 року діє Форум країн-експортерів газу (GECF), до складу якого входять: Алжир, Болівія, Бруней, Венесуела, Єгипет, Індонезія, Іран, Катар, Лівія, Малайзія, Нігерія, Об'єднані Арабські Емірати, Оман, Росія, Тринідад і Тобаго. GECF називають «газовим ОПЕК».
Також великі запаси газу мають Норвегія, США, Канада.
У 2018 році за даними американських інституцій доведені запаси природного газу по країнах зафіксовані на такому рівні: 21 % — Росія ; 17,1 % — Іран; 12,2 % — Катар; 4,4 % — США; 4,4 % — Саудівська Аравія; 3,8 % — Туркменістан; 3,1 % — ОАЕ; 2,9 % — Венесуела; 2,8 % — Нігерія; 2,8 % — Китай; 22,4 % — інші країни. За даними British Petroleum картина станом на 2013 рік дещо інша: перевіреними ресурсами (в кубічних кілометрах) є світові 187 300, Іран 33 600, Росія 32 900, Катар 25 100, Туркменістан 17 500 та США 8500BP Statistical Review of World Energy June 2013 . При цьому за оцінками, існує близько 900 000 км³ «нетрадиційного» газу, такого як сланцевий газ.
В Україні Україна видобуває за рік понад 19 млрд м³ газу (2006).
Станом на листопад 2004 р. Україна мала 561 млрд м³ розвіданих запасів природного газу (33-є місце у світі)
Нерозвідані запаси газу в Україні 2006 року оцінювали в 4,5 трильйона м³.
Перспективними родовищами природного газу можуть стати шельфи Чорного та Азовського морів.
Розвідкою і видобутком природного газу в Україні займається переважно компанія «Укргазвидобування» (дочірня компанія Національної акціонерної компанії «Нафтогаз України»; проводить понад 80 % робіт з пошуково-розвідувального буріння, близько 60 % всіх обсягів сейсморозвідки, забезпечує 86 % приросту розвіданих запасів газу).
Розвідкою і видобутком природного газу на шельфі Чорного та Азовського морів займається державна компанія «Чорноморнафтогаз».
Видобуток природного газу
Природний газ розташований в землі на глибині від 1000 метрів до декількох кілометрів. Надглибокою свердловиною недалеко від міста Новий Уренгой отриманий приплив газу з глибини понад 6000 метрів. У надрах газ перебував в мікроскопічних порожнечах, названих порами. Пори з'єднані між собою мікроскопічними каналами — тріщинами, по цих каналах газ надходить зі шпар з високим тиском у шпари з нижчим тиском доти, поки не виявиться у свердловині.
Газ добувають з надр землі за допомогою свердловин. Свердловини намагаються розмістити рівномірно на всій території родовища. Це робиться для рівномірного падіння пластового тиску в покладі. Інакше можливі перетікання газу між областями родовища, а також передчасне обводнювання покладу.
Газ виходить з надр внаслідок того, що в шарі перебуває під тиском, що значно перевищує атмосферний. Таким чином, рушійною силою є різниця тисків у шарі та системі збору.
Станом на 2020 р. Національна акціонерна компанія «Нафтогаз України» видобуває понад 70 % українського газу.
10 найбільших світових виробників природного газу у 2011 році (66,7 % від загального обсягу) були:
Росія (677 (20,0 %)) США (651 (19,2 %)) Канада (160 (4,7 %)) Катар (151 (4,5 %)) Іран (149 (4,4 %)) Норвегія (106 (3,1 %)) Китай (103 (3,0 %)) Саудівська Аравія (92 (2,7 %)) Індонезія (92 (2,7 %)) Нідерланди (81 (2,4 %)).Key world statistics 2012 IEA
Транспортування природного газу