Природный газ

Было время, когда природный газ считался ненужным побочным продуктом добычи нефти, и от него просто избавлялись, сжигая на «факеле» нефтяных скважин. Его и сейчас сжигают в некоторых районах Средней Азии или по всему миру на морских платформах, т. е. в тех местах, в которых поблизости нет спроса на природный газ, а транспортировка газа в более отдаленные рынки сбыта экономически не выгодна. Основной объем промыслового газа поступает из скважин, эксплуатируемых исключительно с целью добычи природного газа.

До тех пор, пока понимания сущности природного газа не было, он представлял загадку для человечества. Иногда удары молнии воспламеняли поток природного газа, проникающего на поверхность из земной коры. Горение природного газа, просачивающегося снизу, создавало впечатление, что огонь вырывается прямо из-под земли. Эти языки огня озадачивали древних жителей и давали пищу различным мифам и религиозным предрассудкам. Один из известных очагов пламени наблюдали древние греки на горе Парнас примерно за 1000 лет до нашей эры. Согласно легенде, пастух козьего стада наткнулся на «горящий родник», он видел, как языки пламени вырывались из трещины в скале. Греки поверили в то, что пламя имеет божественное происхождение, и соорудили вокруг огня храм. Храм стал местом пребывания жрицы, известной под именем Дельфийского оракула, которая предсказывала будущее, утверждая, что эти предсказания навеяны огнем.

Священный огонь занял видное место в религиозных учениях Индии, Греции и Персии. Поскольку происхождение пламени было древним народам непонятно, огню приписывали божественное или неземное происхождение. Только примерно в 500 г. до н. э. древние китайцы обнаружили, что из этого явления природы можно извлечь практическую пользу. Найдя выходы газа, просачивающегося на поверхность, они соорудили газопровод из стволов бамбука для транспортировки газа, который использовали для кипячения морской воды, выделения из нее солей и получения пресной воды.

Рис. 3.5. Горелка Бунзена

В США природный газ был обнаружен еще в 1626 г. В это время французские поселенцы наткнулись на выходы горючих газов, просачивающихся из-под земли в районе озера Эри. Именно в этом районе впервые началась промышленная добыча природного газа. На самом деле из скважины, пробуренной полковником Дрейком в 1859 г., поступала не только нефть, но и природный газ. Тогда там был проложен трубопровод диаметром 5 см и протяженностью 9 км, по которому газ поступал из скважины в поселок Титусвилль (шт. Пенсильвания). Сооружение этого газопровода доказало, что газ можно безопасно и довольно легко транспортировать из мест его выхода из-под земли и затем использовать для практических целей. Вот почему время бурения скважины в Пенсильвании принято брать за точку отсчета зарождения не только нефтедобывающей, но и газодобывающей промышленности в США.

В 1821 г. Уильям Харт пробурил во Фредонии (шт. Нью-Йорк) первую скважину, специально предназначенную для добычи природного газа. Обнаружив выходы пузырьков газа на поверхности трещины в скале, Харт пробурил скважину глубиной 10 м и заметил, что поток газа стал более мощным. Многие считают Харта «отцом- открывателем» природного газа в США. На основе работы Харта вскоре была создана компания Fredonia Gas Light Company, которая стала первой американской компанией по добыче природного газа.

В 1885 г. немецкий химик Бунзен изобрел устройство, получившее название бунзеновской горелки (рис. 3.5). В этой горелке природный газ смешивался с воздухом в определенных пропорциях и загорался голубым пламенем, который можно было без всякого риска использовать для приготовления пищи и обогрева. Это изобретение Бунзена открыло новые возможности для применения природного газа. Внедрение термостатированных приборов, оснащенных регуляторами температур, позволило управлять температурой пламени и ее регистрировать. Тем самым оказалось возможным более эффективно использовать теплотворную способность природного газа.

До Второй мировой войны, т. е. до тех пор, пока не появились эффективные способы транспортировки, природный газ выпускали в атмосферу, а если его обнаруживали на месторождениях угля или нефти, то сжигали или же попросту не извлекали на поверхность. Транспортировка с помощью газопроводов развивалась довольно медленно. Один из первых достаточно протяженных газопроводов был построен в 1891 г. Его длина составляла 200 км, и он служил для доставки природного газа из месторождений в центральных районах шт. Индиана до бурно развивающегося промышленного центра в Чикаго. Первый газопровод был очень примитивным сооружением, в нем отсутствовала система принудительного сжатия и транспортировка осуществлялась за счет перепада давления под землей и на поверхности. Как можно догадаться, такой газопровод не мог эффективно транспортировать природный газ. Только начиная с 1920-х годов были предприняты значительные усилия, направленные на сооружение инфраструктуры, необходимой для строительства газопроводов. Однако строительство по-настоящему надежных газопроводов стало возможным лишь после Второй мировой войны, когда на вооружение были взяты новейшие методы сварки, трубопрокатного производства и последние достижения в металлургии. Послевоенное массовое строительство трубопроводов продолжалось вплоть до 1960-х годов, и оно привело к сооружению по всему миру трубопроводов с общей протяженностью на много тысяч километров.

Вслед за созданием технических возможностей для безопасной транспортировки газа стали расширяться области его применения, в том числе для отопления жилищ, или, например, в кухонных плитах или бельевых сушилках. Переход на газ проходил достаточно легко, потому что потребители в городах обладали уже почти столетним опытом в использовании газа, вырабатываемого из угля.

Промышленность также начала шире применять газ на предприятиях обрабатывающей промышленности и заводах. Больше газа стали использовать для производства электроэнергии. Разветвленная система транспортировки сделала газ легкодоступным топливом, и он постепенно становился все более распространенным и эффективным энергоносителем.

Перекачка огромных количеств газа по трубопроводам происходит достаточно легко, хотя этот процесс не подходит для транспортировки природного газа из месторождений, удаленных на большие расстояния от потребителя, например из Саудовской Аравии в Северную Америку или Европу. Поскольку природный газ находится в газообразном состоянии, он занимает значительно большие объемы, чем жидкие или твердые топлива. Между континентами по океану обычно перевозят сжиженный природный газ (СПГ). Однако ожижение природного газа - энергоемкий процесс и для хранения и транспортировки СПГ необходимы специально спроектированные, очень дорогие танкеры, в которых в тщательно изолированных цистернах с двойными стенками поддерживается температура ниже температуры кипения природного газа (-162 °С). СПГ взрывоопасен. В 1944 г. при взрыве хранилища с СПГ в г. Кливленде (шт. Огайо) 128 человек погибли и несколько сотен получили травмы. Недавно в 2003 г. при взрыве завода по ожижению природного газа в Алжире погибли 27 человек [11]. Исследование в лаборатории Sandy National Laboratory показало, что в результате утечки газа из танкера с СПГ может произойти взрыв, который нанесет значительный ущерб и повреждения в радиусе до 500 м от места утечки, а люди, находящиеся на расстоянии до 2 км от места утечки, могут получить ожоги второй степени [11]. Кроме аварийных ситуаций сооружения для хранения СПГ подвержены опасности террористических нападений. По этой причине терминалы СПГ стараются не размещать вблизи от крупных городов или плотно заселенных центров, а расположить в открытом море.

Природный газ полностью сгорает и удобен в обращении. Вот почему в наши дни он все шире используется для обогрева помещений и производства электроэнергии и постепенно вытесняет уголь, который при сжигании на старых электростанциях сильно загрязнял окружающую среду. С экологической точки зрения природный газ также имеет несомненное преимущество, поскольку на единицу получаемой энергии он выделяет наименьшее количество парникового газа С0₂.

Как XIX в. был золотым веком угля, XX в. стал свидетелем стремительного роста потребления нефти и природного газа, этих «королей» нового топлива. Во многом благодаря успехам нефтехимической промышленности мы получили доступ ко многим предметам первой необходимости, без которых немыслим высокий жизненный уровень современной жизни. Наша жизнь в XXI в. немыслима без роста потребления нефти и природного газа. Однако неоспоримым остается и тот факт, что запасы невозобновляемого сырья очень ограниченны. С ростом потребления этих запасов и по мере увеличения численности населения нашей планеты эти запасы будут истощаться, а их стоимость увеличиваться. У человечества нет иного выбора, как открытие новых источников сырья и разработка новых технологий, способных в конечном счете заменить ископаемое сырье. Пока в нашем распоряжении остаются обширные запасы ископаемого топлива, у нас еще есть время постепенно и без особых потрясений внедрять неизбежные инновационные разработки.