Земни гас
Земни или природни гас је смеша нижих алифатичних угљоводоника, претежно метана, која се у природним подземним лежиштима налази у гасовитом стању (слободни гас), растворена у сировој нафти или је с њом у додиру (везани или нафтни гас). Назива се и земни гас. Настаје када су слојеви распадајуће биљне и животињске материје изложени интензивној топлоти и притиску испод површине Земље током милиона година. Енергија коју су биљке изворно добиле од Сунца је сачувана у облику хемијских веза у гасу.[2] Користи се првенствено као гориво у домаћинствима и привреди, те у петрохемијској индустрији за производњу амонијака, метанола, формалдехида, водоника, угљен-моноксида и многих других хемијских производа. Природни гас је, као и нафта, био познат пре више хиљада година. Кинези су га користили за осветљавање храмова и за испаравање воде при добивању соли, а из Цезаровог доба постоје подаци о избијању природнога гаса у Галији. Прва тржишна употреба природног гаса датира око 1802, када се користио за осветљавање улица у Ђенови. Постоји више теорија о његовом постанку, од којих је најшире прихваћена она о органском пореклу.[3]
Природни гас смеша је метана (молни удео већи од 90%) с мањим уделима етана, пропана и виших угљоводоника, а може садржати и нешто угљен-диоксида, сумпороводоника (такав се гас назива киселим), азота, а каткад и хелијума и живе.[4] С обзиром на удео тежих угљоводоника разликују се: суви гас, с незнатним уделом, и влажни гас или мокри гас, с повећаним и знатним уделом тежих угљоводоника из гасних и гасно-кондензатних лежишта. Као фосилно гориво, природни гас има ограничене залихе. Процене су да би залихе природног гаса, уз данашњи ниво искориштавања, могле потрајати још неких сто година. Највећи проблеми с гасом леже у томе што се удео метана у њему мења од државе до државе, па тако на пример удео метана у природном гасу у Русији се креће око 98% док је у Холандији тај удео од 80% до 85%.
Добијање природног гаса уреди
Налазишта уреди
Природни гас, као и нафта, налази се у природним замкама, изолованим покровним наслагама из којих гас не може да мигрира према површини. То су лежишта природног гаса, која се налазе углавном у седиментним стенама (пешчењацима, карбонатима и доломитима), на дубинама од неколико стотина до неколико хиљада метара. С повећањем дубине повећава се, у односу на нафту, и количина природног гаса. Лежишта се разврставају према физичким и термодинамичким својствима на неколико типова: лежишта сувога гаса, из којих се добија само гас; лежишта влажнога гаса, из којих се уз гас добија и мања количина кондензата (кондензованих виших угљоводоника), који се ствара тек при притиску и температури које владају на површини; гасно-кондензатна лежишта, из којих се уз гас добијају и велике количине кондензата.
Добијање уреди
У гасним и гасно-кондензатним подземним лежиштима природни гас се налази под притиском, па се израдом бушотина и контролираним еруптирањем доводи на површину (бушење на велику дубину). Лежишта која су изолована од осталих наслага и флуида искориштавају се само захваљујући енергији гаса под притиском, која се смањује с одвођењем гаса из лежишта (волуметријски режим искориштавања); тако се постиже врло велики исцрпак залиха гаса (70 до 90%). Међутим, у лежиштима која су окружена воденим базенима (аквиферима или водоносним слојевима) примењује се такозвани водонапонски режим: с почетком искориштавања у њих почиње да продире вода из аквифера, чиме се енергија стално надокнађује. Зато се притисак у лежиштима снижава спорије, а вода делимично заробљава гас под високим притиском, па је његов исцрпак мањи (40 до 60%).
Пречишћавање и прерада уреди
Након изласка из бушотине природном се гасу једноставном сепарацијом уклања лежишна вода, затим се у потпуности одваја укупна течна фаза, по потреби се гас чисти и од такозваних киселих гасова и других штетних примеса и коначно се од метана одвајају виши угљоводоници.
Течна фаза уреди
Течна фаза се може састојати од нафте, од воде настале кондензацијом водене паре, од гасног кондензата из лежишта (смеса угљоводоника с приближно 5 до 30 угљеникових атома) те од накнадно кондензованих угљоводоника (виши угљоводоници који се кондензирају тек при нижем притиску и температури који владају на површини). Гасни кондензат издваја се у гравитацијском или циклонском сепаратору, каткад и уз хлађење ради повећања исцрпка, те се шаље на даљу прераду. Преостала влага уклања се из гаса сушењем у противструјним колонама, и то апсорпцијом у гликолу или адсорпцијом на силикагелу, молекуларним ситима или алуминијумском оксиду.
Кисели гасови уреди
Кисели гасови (угљен-диоксид и водоник сулфид) уклањају се различитим технолошким процесима. Хемијски процеси најчешће укључују апсорпцију која се темељи на хемијској реакцији киселих гасова с етаноламином у воденим растворима (амински процес), док се гас с већим уделом угљен-диоксида пропушта кроз водени раствор калијум карбоната (Бенфилдов процес). То су повратне хемијске реакције при којима настају аминске соли или хидрокарбонати, па се апсорпција обавља при нижим температурама, а десорпција и уједно регенерација (обнављање) апсорбенса при вишим температурама (~ 100 °Ц):
- K2CO3 + CO2 + H2O → 2 KHCO3
- K2CO3 + H2S → KHS + KHCO3
Познати су и физички процеси уклањања киселих гасова као што је апсорпција у неком органском растварачу, на пример у диметил-етеру поли(етилен-глокола), или адсорпција на молекуларним ситима, активном угљу, жељезном праху, цинк оксиду. Издвојени кисели гасови одводе се у постројење у којем се водоник сулфид преводи у елементарни сумпор Клаусовим или хелатним процесом.
Након уклањања течне фазе, а по потреби и киселих гасова, природни гас раздваја се на метан и на смесу виших угљоводоника. Издвојени метан може служити као петрохемијска сировина или се, и даље под именом природни гас, шаље гасоводом у расподелу као гасовито гориво за грејање или као индустријско гориво.
Виши угљоводоници уреди
Виши угљоводоници у очишћеном гасу, смеса алкана са 2 до 8 угљеникових атома (често названа и гасолин), након одвајања метана, раздваја се у поједине састојке нискотемпературном дестилацијом (такозвана дегасолинажа), и то апсорпцијским или експанзијским поступком.
Апсорпцијски поступак темељи се на апсорпцији виших угљоводоника, најчешће у гасном уљу (нафтна фракција с тачком кључања 200 до 360 °Ц) при ниским температурама, те на њиховом поступном одвајању загревањем и дестилацијом. Прво се издваја неапсорбовани метан, а благим загревањем и етан. Поступним загревањем апсорпцијског уља или дестилацијом воденом паром (стрипирање) одвајају се остали састојци, који се затим у потпуности раздвајају у дестилацијским колонама. Тако се засебно добивају пропан, бутан и виши угљоводоници (лаки бензин), а гасно се уље враћа у апсорпцијску колону.
Експанзијски поступак темељи се на издвајању виших угљоводоника хлађењем адијабатском експанзијом. Гас се сабија на приближно 40 бара, затим се хлади, најчешће преко измењивача топлоте с утечњеним пропаном (при –40 °Ц) и експандира на приближно 10 бара, при чем се охлади на температуру од приближно –100 °Ц и утечњује. Метан се одваја (деметанизација), а утечњени се састојци, уз поступно смањење притиска, фракционо раздвајају на етан, пропан, бутан и вишу фракцију (лаки бензин).
Прерадом гасолина, посебне добијеног од нафтнога гаса, може се врло делотворним сепарацијским процесима добити десетак практично хемијски чистих алкана: етан, пропан, н-бутан, изобутан, н-пентан, изопентан, изохексан, октан, изооктан, циклохексан. Ти угљоводоници имају различиту примену. Етан је сировина за производњу етилена пиролитичком дехидрогенацијом. Смеса пропан/бутан при нормалним је условима у гасовитом стању, док је при повишеном притиску течност; назива се утечњени нафтни гас (енгл. Liquified Petroleum Gas, акроним LPG) и служи као гориво за индустрију и домаћинства, у која се доставља у гасним боцама под притиском од 20 до 25 бара. Виши угљоводоници (такозвани стабилизовани гасолин) додају се моторним бензинима.
Прерада гасног кондензата уреди
Прерада гаснога кондензата спроводи се фракцијском дестилацијом при атмосферском притиску. Добијене фракције могу послужити као сировине за петрохемијску индустрију или се издвајају као лаки, средњи и тешки бензин, петролеј, гасно и ложиво уље, од којих се добивају моторни бензин и дизелско гориво.
Утечњени природни гас (енгл. Liquified Natural Gas, акроним LNG) назив је за природни гас (практично само метан) у утечњеном стању, који се, ради превоза морем на велике удаљености посебним бродовима (метанијерима), припрема хлађењем врло чистог природног гаса (без течне фазе, влаге, киселих гасова и виших угљоводоника) на температуру нижу од тачке кључања метана (–161,15 °Ц).
Производња и потрошња уреди
Осим открића нових нафтних лежишта, све се више откривају и лежишта слободног природног гаса. Године 1950. доказане су залихе износиле око 8,5 ∙ 1012 м³, 1960. око 17 ∙ 1012 м³, 1980. око 72 ∙ 1012 м³, а до 2004. залихе су се повећале на 179,53 ∙ 1012 м³. Највише је гаса откривено у Европи (земље бившег Источног блока, Норвешка, Холандија) и земљама Блиског истока (Саудијска Арабија, Катар и друге). Расположиве доказане залихе гаса, уз данашњу потрошњу, довољне су за 61 годину, а доказане и вероватне залихе за 108 година. Осим тога, треба узети у обзир и големе залихе пронађене у морским дубинама у облику чврстих метанских хидрата (CH4 · 6 H2O). Њихова експлоатација, међутим, још није економична. До места потрошње природни гас преноси се гасоводима (у гасовитом стању) и посебно грађеним бродовима за превоз гаса у утечњеном стању (метанијерима). Природни гас користи се првенствено као еколошки најприхватљивије гориво, те у петрохемијској индустрији за производњу вештачких ђубрива и других производа.
Састав уреди
Састав земног гаса знатно варира у зависности од места где се јавља. Тамо где се јавља заједно са нафтом, обично има већи удео гасова са више угљеникових атома (влажни земни гас) и обрнуто (суви земни гас), када је учешће метана око 98%, па и до скоро 100%. (У таблици су осим оквирних граница у којима се крећу удели саставних компоненти земног гаса, као пример, дате и вредности у Југословенском гасоводу, чвориште Панчево, за јануар 1991. године)
| Гас | уобичајено учешће | код Панчева |
|---|---|---|
| Гасовити угљоводоници | ||
| запремински удео метана (ЦХ4) | 50 - 98% | 92,599% |
| запремински удео етана (C2Х6) | < 10% | 2,784% |
| запремински удео пропана (C3Х8) | < 7% | 0,413% |
| запремински удео бутана (C4Х10) | < 7% | 0,056% |
| Примесе | ||
| запремински удео водоника (Х2) | ? | |
| запремински удео угљенмоноксида (ЦО) | ? | |
| запремински удео угљендиоксида (ЦО2) | < 30% | 2,416% |
| запремински удео кисеоника (О2) | < 12% | ? |
| запремински удео азота (Н2) | < 28% | 1,727% |
| запремински удео сумпорових једињења (Х2С, ...) | < 2% | ? |
Од угљоводоника, земни гас садржи метан, етан, пропан, н-бутан и изо-бутан, а јавља се и пентан (н-пентан и изо-пентани).
Осим угљоводоника, земни гас садржи у мањој или већој мери и примесе, и то гориве, као што су водоник, и донекле угљенмоноксид и негориве (угљендиоксид, кисеоник, азот), а неки садрже и сумпорова једињења, нпр. сумпорводоник, који је токсичан, кородиван, и крајње непожељан, те се одстрањује, чак и пре транспорта.
Топлотна моћ уреди
Са саставом мења се и топлотна моћ: са већим уделом гасовитих угљоводоника са већим бројем угљеникових атома, расте и топлотна моћ.
Топлотна моћ сувих је оријентационо око 36МЈ/м³, а влажних око 38 МЈ/м³, а иде и до 41МЈ/м³. Следећа таблица наводи вредности горње топлотне моћи за поједине земље произвођаче (у опадајућем низу).
| порекло гаса | Топлотна моћ (МЈ/м³) |
|---|---|
| Алжир | 42 |
| Индонезија | 40,6 |
| Норвешка | 39,88 |
| Велика Британија | 39,71 |
| Сједињене Америчке Државе | 38,42 |
| Русија | 38,23 |
| Канада | 38,2 |
| Саудијска Арабија | 38 |
| Узбекистан | 37,89 |
| Холандија | 33,32 |
Топлотна моћ земног гаса у Југословенском гасоводу, чвориште Панчево се креће у границама 31,1 ÷ 33,6 МЈ/м³ (месечне средње вредности, за 1991. год.)
Остала својства уреди
| особина | вредност |
|---|---|
| Густина | ρ = 0,7 кг/м³ (гасовит); ρ = 400 kg/m³ (у течном стању) |
| Температура паљења | т = 650 °Ц |
| Температура пламена | 1957 °Ц |
| Октански број | 120 – 130 |
| Брзина сагоревања | 30 ÷ 50m/s (при експлозији 2.000m/s) |
| Однос ваздуха и гаса у смеши | 10 : 1 |
| Границе експлозивности смеше | 4,4 ÷ 15% |
Примена уреди
У принципу, примена природног гаса се може поделити на његову примену као горива (било за грејање или покретање СУС мотора) и у хемијској индустрији (као извор водоника при производњи азотних ђубрива, потенцијално и за гориве ћелије).
Користи се у домаћинствима, као енергент за грејање, односно кување. Домаћинства се снабдевају кућним разводом гаса.
Користи се насељеним местима у индустрији, као енергент за грејање коришћењем у топланама.
У последње време се све више користи и на возилима, као алтернативно гориво пре свега моторним бензинима, али и дизел гориву - то у сабијеном облику (већином) - као компримовани природни гас, а евентуално и као течни природни гас. (За примену земног гаса на возилима, види КПГ.)
Природни гас је једно од најперспективнијих алтернативних горива.
Безбедност уреди
Мирис уреди
Земни гас, као такав, је гас без мириса. Приликом дистрибуције врши се његова одоризација, тј. додају му се гасови са мирисом (нпр. етил-меркаптан и тетрахидротиофен - једињења која садрже сумпор), тако да буде могуће осетити га чулом њуха, када се јави у концентрацијама изнад 1%.
Означавање уреди
За означавање цеви са гасом, и других делова гасне инсталације, користи се жута боја.
Налазишта и земље произвођачи уреди
Највећа налазишта налазе се у Русији, САД, Ирану, Холандији, Алжиру и на Блиском истоку.
У Србији су најважнија налазишта Елемир, Кикинда и Пландиште.
Међу највеће произвођаче земног гаса спадају Сједињене Америчке Државе, Русија и Канада.
Дистрибуција уреди
Природни гас се дистрибуира, пре свега, разгранатом мрежом гасовода. У Европи се углавном користи руски гас, тако да је цела Европа зависна од количина земног гаса који испоручује Русија.
Србија се такође снабдева руским гасом, гасоводом преко Мађарске. Изградња другог крака гасовода (из Бугарске), планира се већ више десетина година.
Складишта уреди
Овај одељак би требало проширити. Можете помоћи додавањем садржаја. |
Види још уреди
Референце уреди
- ^ „Натурал Гас – Еxпортс”. Тхе Wорлд Фацтбоок. Централ Интеллигенце Агенцy. Архивирано из оригинала 26. 12. 2018. г. Приступљено 11. 06. 2015.
- ^ „Елецтрицитy фром Натурал Гас”. Архивирано из оригинала 06. 06. 2014. г. Приступљено 10. 11. 2013.
- ^ Природни гас, [1] "Хрватска енциклопедија", Лексикографски завод Мирослав Крлежа, www.енциклопедија.хр, 2016.
- ^ „Бацкгроунд”. Натуралгас.орг. Архивирано из оригинала 09. 07. 2014. г. Приступљено 14. 07. 2012.
Спољашње везе уреди
- The future of Natural Gas MIT study
- A Comparison between Shale Gas in China and Unconventional Fuel Development in the United States: Health, Water and Environmental Risks by Paolo Farah and Riccardo Tremolada. This is a paper presented at the Colloquium on Environmental Scholarship 2013 hosted by Vermont Law School (11 October 2013)
- New Technology For High BTU Natural Gas Fuel Conditioning
- ГА Мансоори, Н Енаyати, ЛБ Агyарко Енергy: Соурцес, Утилизатион, Легислатион, Сустаинабилитy, Иллиноис ас Модел Стате, Wорлд Сци. Пуб. Цо. 2016. ISBN 9789814704007.