Плотность природного газа

Учитывая  новизну рассматриваемого подхода к оценке структуры материального баланса по всем технологическим этапам производства и использования извлекаемых из недр ресурсов природного газа, его содержательная модель представлена графом.  

Из представляемой таким образом эколого-экономической модели основных материальных потоков газа в газовой промышленности следует, что ее суммарные потери и метановой дополнительного выпуска не могут отождествляться. Например, анализ статистических данных по валовой и товарной добыче природного газа в мире показывает, что среднемировой уровень потерь газа при добыче за 1970-1996 гг. снижался с 24 до 15% от его валовой добычи (в основном за счет обратной закачки газа в продуктивные пласты, практикуемой в странах ОПЕК).  

Газотранспортные  предприятия РАО “Газпром”, согласно принятой практики, а также из-за отсутствия инструментальных средств мониторинга, в статье статистической отчетности “потери” отражают, как правило, нормативную величину, а часть метановой дополнительного выпуска (технологические продувки и т.п.), следовательно, попадает в статью издержки газа на “собственные нужды”.  

Таким образом, транспортные потери РАО “Газпром”  составляют около 10% от товарной добычи, а эмиссионный фактор метана остается пока неопределенным, равно как и  для газораспределительных сетей (ГРС), а также непосредственно у потребителей этой продукции.  

Для выявления  и количественной оценки потенциальных  источников метановых эмиссий на российских объектах газовой промышленности в настоящее время реализуется  международный “Проект снижения выбросов газов при производстве и потреблении метана в Российской Федерации”. Проект, общая цена которого составляет 3,7 млн. долл., предусматривает определение суммарных объемов эмиссий по всей технологической цепи следования газа - от скважины до приобретателя. Часть стоимости проекта (0,5 млн. долл.) компенсируется за счет аналогичных работ, проводимых РАО “Газпром”.  

С 1991 по 1996 г. американскими исследователями  были выполнены по контракту с  Федеральным агентством защиты окружающей Среды аналогичные исследования на объектах газовой промышленности США. Согласно полученным данным, суммарная годовая дополнительный выпуск метана по газовой индустрии США (в качестве базового года выбран 1992 г.) составляет 1,4± 0,5 % от валовой добычи газа в стане. или более 8,8 млрд. M3 в год.  

Качественные  различия и специфика инфраструктур  газовой промышленности США и  Российской Федерации не позволяют  даже в порядке предварительных  оценок механически переносить удельные показатели этих данных на российские объекты газовой промышленности. В то же время представляется целесообразным сопоставить статистически выверенные оценки американских исследователей с доступными экспертными оценками по соответствующим технологическим сегментам газовой промышленности. 
 

Взрывоопасность газа. 

Во время  холодов увеличивается потребление  природного газа. Чем это вызвано, догадаться не сложно. Во-первых, включаются в работу отопительные печи и агрегаты, а во-вторых, не дождавшись тепла  от центрального источника теплоснабжения, замерзающие добропорядочные граждане вынуждены создавать для себя температурный комфорт работой газовых плит.  
 
 

 Действительно,  природный газ является дешевым  и доступным топливом. Поднёс  спичку и вот - тепловая и  даже световая энергия. Ей достаточно  легко управлять и пользоваться. 

Но всё  ли так надёжно и просто? 

Природный газ добывают на газовых месторождениях, и он от места добычи по нефтепроводам  поступает к нашим газовым  плитам и отопительным аппаратам. Можно  проще - к плитам и котлам. Как  хорошо. Бери и пользуйся! 

Так мы берём и пользуемся. Свои действия довели до автоматизма: зажигаем спичку, подносим ее к газовой горелке, открываем  кран… Правильно, так и надо. Нельзя давать выходить газу без горения, иначе… 

Основным  горючим компонентом природного газа является метан. Это один из углеводородов, из-за которых так много шума - политического, экономического… Содержание его в природном газе может быть до 98%. Кроме метана в состав природного газа входят этан, пропан, C4H10. К негорючим компонентам относятся: азот, углекислый газ, кислород, пары воды. Кстати, интересно знать, что горючими элементами таблицы Дмитрия Ивановича Менделеева в нашей природе являются только углерод, водород и частично сера. Больше ничего не горит. 

Метан в смеси с воздухом в 5-15% случаев взрывоопасен, т.е. при внесении огня смесь мгновенно воспламеняется и выделяет большое количество тепла. Давление при этом увеличивается в 10 раз! Что это такое и как это выглядит, пояснять не буду, поверьте автору - страшно! 
 
 

 Представим  себе (пусть это будет страшный сон), что в помещении, у которого внутренний объём 100 м.куб. оказалось от 5 до 15 м.куб. природного газа (замечу сразу, что специфический запах при этом будет невыносимым). И вот туда направляется кто-то в ночной рубахе, колпаке и со свечкой в руках. Ему так хочется узнать - что так противно воняет… Не узнает! Не успеет… 

Сам природный  газ не имеет цвета, вкуса и  запаха. Его одорируют! Вот именно, придают всем известный «аромат», а интенсивность запаха делают такой, чтобы человеческий нос ощутил газ, когда его объем уже составляет 1%. Это значит, что еще 4% и страшный сон с кем-то в ночной рубахе, колпаке и свечкой в руках станет реальностью… Погасите хотя бы свечку. И не пользуйтесь никакими электрическими приборами. Температура воспламенения природного газа находится в пределах 750 градусов С, а это температура любой электрической искры или даже кончика сигареты во время затяжки. 
 
 

 Быстрее  открывайте окна и двери - делайте  сквозняк, такой, чтобы колпак  сорвало, и чёрт с ним, с  этим теплом. Природный газ примерно в два раза легче воздуха и он быстро будет улетать в атмосферу. 

 Автомобили  на газу 

В тридцатые  годы 19 века англичанин Барнетт получил  патент на газовый двигатель, а в 1860 году француз Э. Ленуар построил мотор, работающий на смеси воздуха и газа. Такой выбор горючего никого не удивил – бензина еще не было. 

Бензин  в качестве горючего был использован  спустя два десятилетия, когда Г. Даймлер создал бензиновый двигатель  внутреннего сгорания. Бензиновый мотор  заменил лошадь в первых «самодвижущихся колясках» – автомобилях. 
 
 

Повсеместный  рост количества автомобилей потребовал значительного увеличения объемов  производства бензина. О газе как  о возможном моторном топливе  надолго забыли. Лишь через 100 лет  после Барнетта, в конце тридцатых годов нашего столетия, возродилась мысль о его использовании. Тогда появились первые газогенераторные автомобили. Газ вырабатывался в топке, а оттуда подавался в двигатель. 

Бензин  дорожает, и уже давно его пытаются заменить. И природным газом, и синтезированными газами и жидкостями, например – спиртом, который гонят из самого разного сырья: от тростника до апельсиновых корок. 

Стоит также уточнить, что все эти  виды топлива менее опасны для  окружающей среды, чем бензин. 

Октановое число 105? 

Исследования  опровергли устоявшееся мнение, что  использование газа вместо бензина  – вынужденная мера. Газовое топливо  сгорает полнее, поэтому концентрация окиси углерода в выхлопе газового двигателя в несколько раз  меньше. 

Автомобиль  на бензине выбрасывает в атмосферу сернистый газ, который образуется от сгорания сернистых компонентов топлива, и тетраэтилсвинец. В природном газе серы, как правило, нет, а поэтому в выхлопах газового двигателя нет ни сернистого газа, ни соединений свинца. 

В отработанных газах бензинового двигателя из-за неполного сгорания топлива содержится и окись углерода (СО) – токсичное для человека вещество. 

И газовые, и бензиновые автомобили выбрасывают  в атмосферу одинаковое количество углеводородов. Для здоровья человека опасны не сами углеводороды, а продукты их окисления. Двигатель, работающий на бензине, выбрасывает сравнительно легко окисляющиеся вещества – этил и этилен, а газовый двигатель – метан, который из всех предельных углеводородов наиболее устойчив к окислению. Поэтому углеводородный выброс газового автомобиля менее опасен. 

Газ как  моторное топливо не только не уступает бензину, но и превосходит его  по своим свойствам. 

Двигатель внутреннего сгорания автомобиля работает по классическому четырехтактному  циклу. Газообразная смесь воздуха и топлива всасывается в цилиндр двигателя, сжимается поршнем, воспламеняется искрой, давит на поршень и двигает шатунный механизм, а затем выбрасывается из цилиндра. 

Чем сильнее  можно сжать топливо без возникновения  детонации, тем больше мощность двигателя. Антидетонационную способность топлива определяют октановым числом. Чем оно выше, тем лучше топливо. Среднее октановое число природного газа – 105 – недостижимо для любых марок бензина. Как известно, повсеместно используется АИ 92-93, 95 или 98, что и соответствует октановому числу. 

Двигатель внутреннего сгорания работает на смеси  воздуха и распыленного топлива. Для воспламенения смеси нужна  определенная концентрация топлива. Газ, в сравнении с бензином, горит  при меньших концентрациях, т.е. при более «бедных» смесях. В случае повышения концентрации газа и обогащения смеси можно добиться увеличения мощности двигателя. Обедняя смесь, наоборот, можно понизить мощность. Возникает возможность изменением состава смеси регулировать мощность двигателя: газ как топливо значительно «послушнее» бензина. 

Эксплуатация  показала, что автомобили на газе более  выносливы – в полтора-два  раза дольше работают без ремонта. При  сгорании газа образуется меньше твердых  частиц и золы, вызывающих повышенный износ цилиндров и поршней двигателя. Кроме того, масляная пленка дольше держится на металлических поверхностях – ее не смывает жидкое топливо, и, наконец, газ практически не вызывает коррозию металла. Здесь же стоит упомянуть о самом интервале замены масла и свечей. При использовании в качестве топлива газа интервал увеличивается в 1,5 раза. 

А теперь рассмотрим виды газа. 

В переходе на газовое топливо есть свои сложности. Так, например, плотность природного метана в тысячу раз ниже плотности  бензина. Поэтому, если заправлять автомобиль метаном при атмосферном давлении, то для равного с бензином количества топлива понадобится бак в 1000 раз больше. Чтобы не возить огромный прицеп с топливом, необходимо увеличить плотность газа. Это можно достичь сжатием метана до 20...25 МПа (200...250 атмосфер). Для хранения в таком состоянии используются специальные баллоны, которые устанавливаются на автомобилях (многие видели на крыше автобусов баллоны - так вот это именно они). 

Природный газ-метан способен резко уменьшать объем (в 600 раз) при его низкотемпературном cжижении. Такой жидкий газ можно перевозить в специальных «бензобаках» при давлении не более 6 атмосфер (давление воды в водопроводном кране). Имеется множество технических разработок и патентов по реализации такой технологии получения жидкого метана. Во всем мире уже производится и потребляется много миллионов тонн охлажденного (до температуры около –120°C) метана. Крупнейшими производителями является Индонезия, Алжир, Ливия, США, Норвегия и т.д. Для перевозки используются танкеры-метановозы водоизмещением до 120000 тонн (Страна восходящего солнца) Продуктами полного сгорания метана являются безвредные вещества – углекислый газ и вода. Именно поэтому мы не испытываем неудобств на наших кухнях, где иногда целый день горят газовые (метановые) горелки. 

Пропан-C4H10 – синтетическое топливо. Его получают из черного золота и сконденсированных нефтяных попутных газов. Чтобы эта смесь оставалась жидкой, ее хранят и перевозят под давлением в 1,6 МПа (16 атмосфер). Газобаллонная аппаратура для сжиженного пропан-бутана несколько проще. Процесс заправки машин на газонаполнительных станциях несложен и очень похож на заправку бензином. 

По своим  свойствам сжиженный пропан-C4H10 почти не отличается от сжатого природного газа. То же высокое октановое число, те же неплохие экологические и эксплуатационные показатели. Есть у сжиженного пропан-бутана и преимущество перед метаном – 225 литров этого горючего хватает на пробег около 500 километров, а метана, помещающегося в восьми баллонах – на вдвое меньший. На сжиженном газе работает вдвое меньше машин, чем на сжатом и вот почему. Пропан-бутана получают в 20...25 раз меньше, чем добывают природного газа.