Продукты сгорания природного газа: Горение газа | Интернет-магазин «Ангор»

Условия образования продуктов неполного сгорания и снижение в них концентрации вредных веществ

При сжигании горючих газов в продуктах сгорания могут содержаться компоненты как полного (диоксид углерода и водяной пар), так и неполного сгорания (оксид углерода, водород, ненасыщенные, насыщенные, ароматические углеводороды и сажистые частицы). Кроме того, в продуктах сгорания всегда обнаруживаются и оксиды азота. Наличие продуктов неполного сгорания в значительных концентрациях недопустимо, так как приводит к загрязнению атмосферы токсическими веществами и к снижению КПД установок, работающих на газовом топливе.

Основные причины их большого содержания:

• сжигание газов с недостаточным количеством воздуха;
• плохое смешение горючих газов и воздуха до и в процессе горения;
• чрезмерное охлаждение пламени до завершения реакций горения.

Для метана реакции горения (в зависимости от концентрации кислорода в реагирующей смеси) могут быть описаны следующими уравнениями:

СН₄ + 2О

2 = СО2 + 2Н2О + 800,9 МДж/моль

при стехиометрическом соотношении или при избытке окислителя;

СН4 + О2 = СО + Н2 + Н2О + Q и СН4 + 0,5О2 = СО + 2Н2О + Q

при недостатке окислителя.

На рис. 8.12 показан приближенный усредненный состав некоторых промежуточных соединений — водорода, оксида углерода, этилена, ацетилена и сравнительно небольшое число насыщенных и простейших ароматических соединений — и диоксида углерода, возникающих в пламени при диффузионном горении природного газа (97%). Сжигание газа производилось в ламинарном факеле, газ вытекал из трубки диаметром 12 мм. Общая высота пламени 130-140 мм.

Максимальная концентрация водорода и ацетилена достигается примерно на одной высоте пламени, они исчезают почти одновременно в вершине светящейся зоны пламени. Из всех образующихся в пламени промежуточных соединений (исключая сажистые частицы) оксид углерода исчезает последним. Это дает основание судить по его индексу о полноте сгорания газа. В продуктах сгорания всегда присутствуют оксиды азота, максимальная концентрация

которых возникает в зонах интенсивного выгорания оксида углерода и водорода.

Горение углеводородных газов с недостатком окислителя приводит к образованию частиц сажи, придающих пламени желтую окраску. Процесс выгорания сажи протекает стадийно и сравнительно медленно. Иногда выгорание образовавшихся частиц сажи затягивается и может прекратиться полностью при входе в низкотемпературную область факела или при омывании пламенем теплообменных поверхностей. Таким образом, наличие светящегося пламени всегда свидетельствует о протекании пиролитических процессов и о возможности химической неполноты сгорания, в особенности в малогабаритных экранированных топках котлов.

Предотвращение образования сажистых частиц достигается предварительным смешением углеводородных газов с достаточным количеством окислителя. Содержание первичного воздуха в смеси, при котором возникает прозрачное пламя, зависит не только от вида углеводородов, но и от условий смешения с вторичным воздухом (диаметра огневых каналов горелок) (рис. 8.13). На границе и выше кривых пламя прозрачно, а ниже кривых имеет желтые язычки. Кривые показывают, что содержание первичного воздуха в смеси возрастает при увеличении числа углеродных атомов в молекуле и диаметра огневых каналов горелок.

Коэффициент избытка первичного воздуха а, в смеси, при котором исчезают желтые язычки пламени, в зависимости от указанных факторов может быть определен для малых огневых каналов горелок:

α₁ = 0,12 (m + n/4)^0,5 (d_k /d₀)^0,25   (8.35)

где m и n — число углеродных и водородных атомов в молекуле или среднее их число для сложного газа; d

k — диаметр огневых каналов горелки, мм; d₀ — эталонный диаметр канала горелки (1 мм).

Полнота сгорания газа зависит от коэффициента избытка первичного воздуха в смеси, расстояния от огневых каналов горелки до дна посуды, вида горючего газа, способа подвода вторичного воздуха.

При этом увеличение содержания первичного воздуха в смеси, а также увеличение расстояния от горелки до дна посуды приводят к снижению концентрации оксида углерода в продуктах сгорания. Минимальная концентрация оксида углерода соответствует коэффициенту избытка первичного воздуха а, = 0,6 и выше и расстоянию от горелки до дна посуды 25 мм, а максимальная — а, = 0,3 и ниже и расстоянию от горелки до дна посуды 10 мм. Кроме того, увеличение тепловой мощности горелок на 15-20% за счет повышения давления газа приводит к росту концентрации оксида углерода в продуктах сгорания в 1,2-1,3 раза, а за счет теплоты сгорания газа — в 1,5-2 раза.

На появление в процессе горения ароматических соединений — бензола, полициклических бензпирена, безантрацена и др. — следует обратить особое внимание, так как некоторые из них канцерогенны. Процесс их образования весьма сложен и протекает стадийно. На первом этапе появляется ацетилен и его производные. В пламенной зоне эти вещества претерпевают процессы удлинения цепи с перестройкой тройных углеродных связей на двойные.

В результате циклизации и дегидратации приводят к появлению различных ароматических соединений, включая полициклические.

Данные табл. 8.16 показывают, что при сжигании природных газов с коэффициентом избытка первичного воздуха а, = 0,6 и выше на обоих типах горелок концентрация оксида углерода продуктах сгорания отвечает требованиям ГОСТ 5542-87.

Таблица 8.17. Расстояние между кромками огневых каналов инжекционных однорядных горелок в зависимости от их размеров и коэффициента избытка первичного воздуха

 

Тип горелки	Средняя концентрация
	оксида углерода, мг/л (в пересчете на а = 1,0)	бенз(а)пирена, мкг/100 м3
Природный газ
Горелка с периферийным подводом вторичного воздуха:
при а = 0,60 т 0,70	0,10	Не обнаружен
при а = 0,30 т 0,35	1,20	Следы
Горелка с центральным и периферийным подводом вторичного воздуха:
при а = 0,60 т 0,70	0,50	Не обнаружен
при а = 0,30 т 0,35	0,12	Не обнаружен
Сжиженный углеводородный газ
Горелка с периферийным подводом вторичного воздуха:
при а = 0,60 т 0,70	0,30	0,03
при а = 0,30 т 0,35	1,20	1,10
Горелка с центральным и периферийным подводом вторичного воздуха:
при а = 0,60 т 0,70	0,07	0,02
при а = 0,30 т 0,35	1,00	0,045

Диаметры огневых каналов, мм	Расстояния между кромками каналов, мм при разных значениях коэффициента избытка первичного воздуха а1
	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6
2,0	11				4
3,0	15	12			5
4,0	16	14	11		7
5,0	18	15	14	12	10
6,0	20	18	16	14	12

Исследования показали, что расстояния между кромками огневых каналов, обеспечивающие быстрое распространение пламени, предотвращающие их слияние, зависят от их размера и содержания первичного воздуха в смеси, уменьшаясь с его увеличением. Оптимальные расстояния между кромками каналов, обеспечивающие достаточную полноту сгорания газа и быстрое распространение пламени, приведены в табл. 8.17. При расположении огневых каналов в два ряда в шахматном порядке расстояния между кромками могут приниматься по этой же таблице. Расстояния между рядами при этом должны быть в 2–3 раза больше рас- стояний между каналами.

Обобщение многочисленных экспери- ментальных данных позволило получить усредненные кривые концентрации в про- дуктах сгорания различных компонентов, качественно и количественно характеризу- ющих процесс горения (рис. 8.15). Полное сгорание гомогенной газовоздушной смеси достигается только при коэффициенте избыт- ка первичного воздуха α = 1,05 и выше. При уменьшении содержания воздуха в смеси, в особенности при α < 1,0, возрастает концентрация оксида углерода СО, ацетилена С2Н2, этилена С2Н4, пропилена С3Н6 и пропана С3Н8, а также бенз(а)-пирена С20Н9. Также возраста- ет концентрация и других компонентов — во- дорода, бензола и др.

Кроме рассмотренных продуктов незавер- шенного горения, при сжигании газа всегда возникает некоторое количество оксидов азо- та, образование которых происходит в зонах высоких температур как после завершения ос- новных реакций горения, так и в процессе горения. Максимальная концентрация NOх воз- никает на конечных стадиях, соответствующих выгоранию газа и интенсивному горению про- межуточных продуктов в виде водорода и оксида углерода.

Первичное соединение при горении га- зовоздушных смесей — оксид азота. Начало цепной реакции связано с атомарным кисло- родом, возникающим в зонах высоких температур за счет диссоциации молекулярного кислорода:

 

О2 –› 2О — 490 кДж/моль (8.36)

О + N2 –› NO + N — 300 кДж/моль (8.37)

N + О2 –› 2NO + 145 кДж/моль (8.38)

 

Балансовая реакция

 

N2 + О2 –› 2NO — 177 кДж/моль (8.39)

Образование атомарного кислорода происходит и при частичной диссоциации продуктов сгорания: при снижении температуры и наличии кислорода часть образовавшегося оксида азота (1-3 об. %) окисляется до диоксида азота NO2. Наиболее интенсивно реакция протекает после выхода оксида азота в атмосферу. Основные влияющие факторы:

• температура в реакционных зонах;
• коэффициент избытка воздуха и время контакта реагирующих компонентов.

Температура пламени зависит от химического состава газа, содержания воздуха в газовоздушной смеси, степени ее однородности и теплоотвода из реакционной зоны. Максимально возможная при данной температуре концентрация оксида азота, об. %, может быть подсчитана по формуле

NOp = 4,6е-2150/(RT)/√О2N2 (8.40)

где NOp — равновесная концентрация оксида азота, об. %; R — универсальная газовая постоянная; Т — абсолютная температура, К; O2 и N2 — концентрация, об. %, соответственно кислорода и азота.

Высокая концентрация оксида азота, соизмеримая с равновесной, возникает при сжигании газа в топках мощных парогенераторов и в высокотемпературных мартеновских, коксовых и аналогичных печах. В котлах малой и средней мощности, в небольших нагревательных и термических печах со значительным теплоотводом и малым временем пребывания компонентов в высокотемпературных зонах выход оксида азота на порядок меньше. Кроме того, чем короче время пребывания реагирующих компонентов в зоне высоких температур, тем меньше оксида азота в продуктах сгорания.

Эффективно также сжигание газа в излучающих горелках и в псевдоожиженном слое: в этих случаях происходит микрофакельное горение гомогенной газовоздушной смеси с коэффициентом избытка воздуха а = 1,05 при весьма интенсивном отводе теплоты из реакционной зоны. Концентрация оксидов азота при сжигании газа в излучающих горелках составляет около 40, а в псевдоожиженном слое — 80-100 мг/м3. Уменьшение размеров огневых каналов излучающих горелок и огнеупорных зерен в псевдоожиженном слое способствует снижению выхода оксидов азота.

Накопленные данные позволили внести ряд изменений в конструкцию котельно-отопительного оборудования, обеспечивающих не только высокий КПД и низкую концентрацию продуктов неполного сгорания, но и сниженный сброс в атмосферу оксидов азота. К этим изменениям относятся:

• сокращение длины высокотемпературных туннелей и перемещение горения из них в топки;
• применение взамен керамических туннелей стабилизаторов горения в виде тел плохообтекаемой формы или кольцевого пламени;
• организация плоского факела пламени с увеличенной поверхностью теплоотдачи;
• рассредоточение пламени за счет увеличения числа горелок или использования блочных горелок;
• ступенчатый подвод воздуха в реакционную зону;
• равномерное распределение тепловых потоков в топке, экранирование топок и их разделение на отсеки экранами;
• применение диффузионного принципа сжигания газа (диффузионное горение допустимо только в тех случаях, когда может быть обеспечено свободное развитие пламени без омы- вания теплообменных поверхностей).

Наиболее эффективное снижение выхода оксидов азота достигается при одновременном использовании нескольких способов.

data-vocabulary.org/#”>
• Главная
• Справочник
• Характеристики горения газов
• Условия образования продуктов неполного сгорания и снижение в них концентрации вредных веществ

Что делают из природного газа — список, что можно производить из газа

Природный газ отлично вступает в химическую реакцию горения. Поэтому чаще всего из него получают энергию — электрическую и тепловую. Но на основе газа можно сделать еще удобрение, топливо, краску и многое другое.

Значительные объемы газа использует также металлургическая промышленность. Но и здесь природный газ также используется как источник энергии — для разогрева доменных печей.

Компримированный газ получают на автомобильных газонаполнительных компрессорных станциях (АГНКС) путем сжатия природного газа, поступающего по газопроводу, до 20–25 МПа (200–250 атмосфер).

Еще из природного газа можно производить жидкие моторные топлива по технологии «газ-в-жидкость» (gas-to-liquid, GTL). Поскольку природный газ — достаточно инертный продукт, практически всегда при переработке на первом этапе его превращают в более реакционно-способную парогазовую смесь — так называемый синтез-газ (смесь СО и Н₂).
Далее ее направляют на синтез для получения жидкого топлива. Это может быть так называемая синтетическая нефть, дизельное топливо, а также смазочные масла и парафины.

Впервые жидкие углеводороды из синтез-газа получили немецкие химики Франц Фишер и Ганс Тропш еще в 1923 году. Правда, тогда в качестве источника водорода они использовали уголь. В настоящее время различные варианты метода Фишера-Тропша используются во многих представленных на рынке процессах превращения газа в жидкие углеводороды.

Отбензинивание

Первичная переработка газа происходит на ГПЗ — газоперерабатывающих заводах.
Обычно в природном газе помимо метана содержатся разнообразные примеси, которые необходимо отделить. Это азот, углекислый газ, сероводород, гелий, пары воды.
Поэтому в первую очередь газ на ГПЗ проходит специальную обработку — очистку и осушку. Здесь же газ компримируют до давления, необходимого для переработки. На отбензинивающих установках газ разделяют на нестабильный газовый бензин и отбензиненный газ — продукт, который впоследствии и закачивают в магистральные газопроводы. Этот же уже очищенный газ идет на химических заводы, где из него производят метанол и аммиак.

А нестабильный газовый бензин после выделения из газа подается на газофракционирующие установки, где из этой смеси выделяются легкие углеводороды: этан, пропан, бутан, пентан. Эти продукты тоже становятся сырьем для дальнейшей переработки. Из них в дальнейшем получают, к примеру, полимеры и каучуки. А смесь пропана и бутана сама по себе является готовым продуктом — ее закачивают в баллоны и используют в качестве бытового топлива.

Краска, клей и уксус

По схеме, похожей на процесс Фишера-Тропша, из природного газа получают метанол (CH₃OH). Он используется в качестве реагента для борьбы с гидратными пробками, которые образуются в трубопроводах при низких температурах. Метанол может стать и сырьем для производства более сложных химических веществ: формальдегида, изоляционных материалов, лаков, красок, клеев, присадок для топлива, уксусной кислоты.

Путем нескольких химических превращений из природного газа получают также минеральные удобрения. На первой стадии это аммиак. Процесс получения аммиака из газа похож на процесс gas-to-liquid, но нужны другие катализаторы, давление и температура.

Аммиак сам по себе является удобрением, а также используется в холодильных установках как хладагент и в качестве сырья для производства азотсодержащих соединений: азотной кислоты, аммиачной селитры, карбамида.

Воздействие природного газа на окружающую среду

Гидроразрыв пласта сам по себе был связан с сейсмической активностью малой магнитуды — менее 2 моментных магнитуд (M) [шкала моментной магнитуды теперь заменяет шкалу Рихтера] — но такие слабые события обычно не обнаруживаются при поверхность [26]. Однако утилизация сточных вод после гидроразрыва пласта путем их закачки под высоким давлением в глубокие нагнетательные скважины класса II была связана с более сильными землетрясениями в Соединенных Штатах [27]. По крайней мере, половина из землетрясений силой 4,5 балла или более, произошедших во внутренних районах Соединенных Штатов за последнее десятилетие, произошла в регионах с потенциальной инъекционной сейсмичностью [28]. Хотя может быть сложно приписать отдельные землетрясения инъекциям, во многих случаях связь подтверждается временем и местом событий [29].].

Ссылки:

[1] Национальная лаборатория энергетических технологий (NETL). 2010. Базовый уровень затрат и производительности для электростанций, работающих на ископаемом топливе, Том 1: Битуминозный уголь и природный газ в электричество. Редакция 2. Ноябрь. DOE/NETL-2010/1397. Министерство энергетики США.

[2] FuelEconomy.gov. 2013. Найдите автомобиль: сравнение бок о бок. Министерство энергетики США.
Аргоннская национальная лаборатория (ANL). 2012. ПРИВЕТСТВИЕ 2 2012 rev1. Министерство энергетики США.

[3] Myhre, G., D. Shindell, F.-M. Бреон, В. Коллинз, Дж. Фуглестведт, Дж. Хуанг, Д. Кох, Дж.-Ф. Ламарк, Д. Ли, Б. Мендоса, Т. Накадзима, А. Робок, Г. Стивенс, Т. Такемура и Х. Чжан. 2013. Антропогенное и естественное радиационное воздействие. В «Изменении климата, 2013 г.: Физическая научная основа: вклад Рабочей группы I в пятый оценочный отчет Межправительственной группы экспертов по изменению климата» под редакцией Т.Ф. Стокер, Д. Цинь, Г.-К. Платтнер, М. Тигнор, С.К. Аллен, Дж. Бошунг, А. Науэльс, Ю. Ся, В. Бекс и П.М. Мидгли. Кембридж, Англия: Издательство Кембриджского университета, 659.–740. В Интернете по адресу www.climatechange2013.org/images/report/WG1AR5_Chapter08_FINAL.pdf.

[4] Толлефсон, Дж. 2013. Утечки метана подрывают репутацию природного газа. Природа 493, doi: 10.1038/493012a.
Кэтлз, Л.М., Л. Браун, М. Таам и А. Хантер. 2012. Комментарий к «Парниковому следу природного газа в сланцевых породах» Р. В. Ховарт, Р. Санторо и А. Инграффеа. Изменение климата doi:10.1007/s10584-011-0333-0.
Ховарт, Р.В., Д. Шинделл, Р. Санторо, А. Инграффеа, Н. Филлипс и А. Таунсенд-Смолл. 2012. Выбросы метана из систем природного газа. Справочный документ, подготовленный для Национальной оценки климата. Справочный номер 2011-0003.
Петрон, Г., Г. Фрост, Б.Т. Миллер, А.И. Hirsch, S.A. Montzka, A. Karion, M. Trainer, C. Sweeney, A.E. Andrews, L. Miller, J. Kofler, A. Bar-Ilan, E.J. Долгокенский, Л. Патрик, К.Т. Мур, Т.Б. Райерсон, К. Сисо, В. Колодзев, П.М. Ланг, Т. Конвей, П. Новелли, К. Масари, Б. Холл, Д. Гюнтер, Д. Китзис, Дж. Миллер, Д. Уэлш, Д. Вулф, В. Нефф и П. Танс. 2012. Характеристика выбросов углеводородов в Переднем хребте Колорадо: экспериментальное исследование. Журнал геофизических исследований в печати, doi: 10.1029/2011JD016360.
Сконе, Т. 2012 г. Роль альтернативных источников энергии: оценка энергетических технологий на природном газе. DOE/NETL-2011/1536. Национальная лаборатория энергетических технологий.

[5] Брэдбери и др. 2013

[6] Альварес Р.А., С.В. Пакала, Дж.Дж. Уайнбрейк, В.Л. Хамейдес и С.П. Гамбург. 2012. Необходимо уделять больше внимания утечке метана из газовой инфраструктуры. Труды Национальной академии наук 109: 6435–6440.

[7] Альварес Р.А., С.В. Пакала, Дж.Дж. Уайнбрейк, В.Л. Хамейдес и С.П. Гамбург. 2012. Необходимо уделять больше внимания утечке метана из газовой инфраструктуры. Труды Национальной академии наук 109: 6435–6440.
Вигли, Т.М.Л. 2011. Уголь в газ: влияние утечки метана. Изменение климата 108: 601–608. Боулдер, Колорадо: Национальный центр атмосферных исследований.
Харви С., В. Гоуришанкар и Т. Сингер. 2012. Утечка прибыли. Нефтегазовая промышленность США может уменьшить загрязнение, сохранить ресурсы и заработать деньги, предотвращая выбросы метана. Нью-Йорк: Совет по защите природных ресурсов.
Международное энергетическое агентство (МЭА). 2012 г. Золотые правила золотого века газа: специальный отчет World Energy Outlook о нетрадиционном газе. Париж. Онлайн здесь. (Брэдбери и др., 2013 г.)

[8] Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии. 1999. Оценка жизненного цикла электростанций, работающих на угле.
Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии. 2000. Оценка жизненного цикла системы производства электроэнергии с комбинированным циклом на природном газе.

[9] Управление по воздушным ресурсам Калифорнийского агентства по охране окружающей среды. 2012. Воздействие загрязнения воздуха на здоровье.

[10] Лайман С. и Х. Шортхилл, 2013 г. Исследование зимнего озона и качества воздуха в бассейне Уинта, 2012 г. Заключительный отчет. Документ №. CRD13-320.32. Коммерциализация и региональное развитие. Университет штата Юта. 1. 9 февраля0011 Агентство по охране окружающей среды (EPA). 2012. Каковы шесть распространенных загрязнителей воздуха? 20 апреля.
Маккензи, Л.М., Р.З. Виттер, Л.С. Ньюман и Дж. Л. Адгейт. 2012. Оценка риска для здоровья человека от выбросов в атмосферу при разработке нетрадиционных ресурсов природного газа. Наука об окружающей среде 424: 79–87. doi:10.1016/j.scitotenv.2012.02.018.
Петрон, Г., Г. Фрост, Б.Р. Миллер, А.И. Hirsch, S.A. Montzka, A. Karion, M. Trainer, C. Sweeney, A.E. Andrews, L. Miller, J. Kofler, A. Bar-Ilan, E.J. Длугокенский, Л. Патрик, К.Т. Мур-младший, Т.Б. Райерсон, К. Сисо, В. Колодзей, П.М. Ланг, Т. Конвей, П. Новелли, К. Масари, Б. Холл, Д. Гюнтер, Д. Китзис, Дж. Миллер, Д. Уэлш, Д. Вулф, В. Нефф и П. Танс. 2012. Характеристика выбросов углеводородов в Переднем хребте Колорадо: экспериментальное исследование. Журнал геофизических исследований: Атмосферы 117 (D4). Дои: 10.1029/2011JD016360.

[11] Агентство по охране окружающей среды (EPA). 2013. Приземный озон. 14 августа.
Агентство по охране окружающей среды (EPA). 2013. Твердые частицы (ТЧ). 18 марта. >
Агентство регистрации токсичных веществ и заболеваний (ATSDR). 2004. Профиль взаимодействия токсичных веществ: бензол, толуол, этилбензол и ксилолы (BTEX). Май.

[12] McKenzie et al. 2012.

[13] Уильямс, Х.Ф.Л., Д.Л. Хэвенс, К.Е. Бэнкс и Д.Дж. Вахаль. 2008. Полевой мониторинг стока наносов с участков скважин природного газа в округе Дентон, штат Техас, США. Геология окружающей среды 55: 1463–1471.

[14] Бертон Г.А., К.Дж. Надельхоффера и К. Пресли. 2013. Гидроразрыв пласта в штате Мичиган: технический отчет по окружающей среде/экологии. Университет Мичигана. 3 сентября.

[15] Колборн Т., К. Квятковски, К. Шульц и М. Бахран. 2011. Эксплуатация природного газа с точки зрения общественного здравоохранения. Оценка человеческого и экологического риска: международный журнал. 17(5):1039–1056. Октябрь.

[16] Газовоздушный. 2013. Паспорт безопасности материала: Метан.

[17] Департамент охраны окружающей среды Пенсильвании (PADEP). 2009 г.. По состоянию на 15 сентября 2013 г.
Департамент природных ресурсов штата Огайо, Отдел управления минеральными ресурсами. 2008. Отчет о расследовании вторжения природного газа в водоносные горизонты в городке Бейнбридж округа Джога, штат Огайо. 1 сентября.

[18] Отдел консервации нефти Нью-Мексико (NMOCD). 2008. Случаи загрязнения грунтовых вод Нью-Мексико рудными веществами. 12 сентября.

[19] Видич Р.Д., С.Л. Брантли, Дж. М. Ванденбоше, Д. Йоксхаймер и Дж. Д. Абад. 2013. Влияние добычи сланцевого газа на качество воды в регионе. Наука 340 (6134). дои: 10.1126/наука.1235009.
Harrison, S.S. 1983. Система оценки опасностей загрязнения грунтовых вод в результате бурения газовых скважин на покрытом льдом Аппалачском плато. Подземные воды 21(6):689–700.

[20] Агентство по охране окружающей среды (EPA). 2012. Исследование потенциального воздействия гидроразрыва пласта на ресурсы питьевой воды. Отчет о проделанной работе. EPA 601/R-12/011. Декабрь.
Национальная лаборатория энергетических технологий (NETL). 2009. Современная разработка сланцевого газа в США: учебник для начинающих. Министерство энергетики США. Апреля.

[21] Wiseman, HJ 2013c. Риск и реакция в политике гидроразрыва пласта. 84 U. Colo L. Rev. 758-61, 766-70, 788-92.

[22] Халущак, Л.О., А.В. Роуз и Л.Р. Кумп. 2012. Геохимическая оценка солевого раствора обратной выработки из газовых скважин Marcellus в Пенсильвании, США. Прикладная геохимия 28:55–61.
Роуэн, Э.Л., М.А. Энгл, К.С. Кирби и Т.Ф. Кремер. 2011. Содержание радия в пластовых водах нефтегазовых месторождений в северной части Аппалачского бассейна (США): обобщение и обсуждение данных. Геологическая служба США. Отчет о научных исследованиях 2011–5135.

[23] Агентство по охране окружающей среды (EPA). 2012ф. Изучение потенциального воздействия гидроразрыва пласта на ресурсы питьевой воды. Отчет о проделанной работе. EPA 601/R-12/011. Декабрь.

[24] Агентство по охране окружающей среды (EPA). 2013а. Добыча природного газа — гидроразрыв пласта. 12 июля.

[25] Breitling Oil and Gas. 2012. Сланцевая промышленность США сталкивается с водой, жалобы на прозрачность. 4 октября.
Национальная лаборатория энергетических технологий (NETL). 2009. Современная разработка сланцевого газа в США: учебник для начинающих. Министерство энергетики США. Апреля.

[26] Национальная лаборатория энергетических технологий (NETL). 2010. Базовый уровень затрат и производительности для электростанций, работающих на ископаемом топливе, Том 1: Битуминозный уголь и природный газ в электричество. Редакция 2. Ноябрь. DOE/NETL-2010/1397. США
Министерство энергетики США.

[27] Национальный исследовательский совет. 2013. Наведенный сейсмический потенциал в энергетических технологиях. Вашингтон, округ Колумбия: Издательство национальных академий.
Королевское общество и Королевская инженерная академия. 2012. Добыча сланцевого газа в Великобритании: обзор гидроразрыва пласта. Июнь.

[28] van der Elst, N.J. et al. 2013 г. Усиленное дистанционное землетрясение в местах закачки жидкости на Среднем Западе США. Наука, т. 341, с.164-167.

[29] Van der Elst 2013.

Природный газ и окружающая среда

• Основы
• +Меню

Природный газ обладает многими качествами, которые делают его эффективным, относительно чистым и экономичным источником энергии. Однако при добыче и использовании природного газа необходимо учитывать некоторые вопросы охраны окружающей среды и безопасности.

Природный газ является относительно чистым горючим ископаемым топливом

Сжигание природного газа для получения энергии приводит к меньшим выбросам почти всех типов загрязнителей воздуха и двуокиси углерода (CO ₂ ), чем сжигание угля или нефтепродуктов с получением равного количества энергия. Около 117 фунтов CO ₂ производится на миллион британских тепловых единиц (MMBtu) эквивалента природного газа по сравнению с более чем 200 фунтами CO ₂ на MMBtu угля и более 160 фунтов на MMBtu дистиллятного мазута. Свойства чистого горения природного газа способствовали увеличению использования природного газа для производства электроэнергии и в качестве транспортного топлива для транспортных средств в Соединенных Штатах.

Природный газ в основном представляет собой метан — сильный парниковый газ.

Некоторое количество природного газа попадает в атмосферу из нефтяных и газовых скважин, резервуаров для хранения, трубопроводов и перерабатывающих заводов. По оценкам Агентства по охране окружающей среды США, в 2020 году выбросы метана из систем природного газа и нефти, а также из заброшенных нефтяных и газовых скважин были источником около 33% от общего объема выбросов метана в США и около 4% от общего объема выбросов парниковых газов в США. ¹ Нефтяная и газовая промышленность принимает меры для предотвращения утечек природного газа. По оценкам Управления энергетической информации США (EIA), в 2021 г. выбросы CO 9 в СШАВыбросы 0100 2 от сжигания природного газа для получения энергии составляют около 34% от общего объема выбросов CO ₂ в США, связанных с энергетикой.

Разведка, бурение и добыча природного газа влияют на окружающую среду

Когда геологи изучают залежи природного газа на суше, они могут нарушать растительность и почву своими транспортными средствами. Для бурения газовой скважины на суше может потребоваться расчистка и выравнивание участка вокруг буровой площадки. Бурение скважин приводит к загрязнению воздуха и может беспокоить людей, дикую природу и водные ресурсы. Прокладка трубопроводов, транспортирующих природный газ из скважин, обычно требует расчистки земли для заглубления трубы. При добыче природного газа также могут образовываться большие объемы загрязненной воды. Эта вода требует надлежащего обращения, хранения и обработки, чтобы она не загрязняла землю и другие воды. Газовые скважины и трубопроводы часто имеют двигатели для работы оборудования и компрессоров, которые производят загрязнители воздуха и шум.

В районах, где природный газ добывается на нефтяных скважинах, но его транспортировка для продажи неэкономична или содержит высокие концентрации сероводорода (ядовитый газ), его сжигают (сжигают в факелах) на буровых площадках. При сжигании природного газа в факелах образуется CO ₂ , монооксид углерода, диоксид серы, оксиды азота и многие другие соединения, в зависимости от химического состава природного газа и от того, насколько хорошо природный газ сгорает в факеле. Однако сжигание в факелах безопаснее, чем выброс природного газа в воздух, и приводит к снижению общих выбросов парниковых газов, поскольку CO ₂ не является таким сильным парниковым газом, как метан.

Бурение скважин на природный газ

Источник: Бюро по управлению земельными ресурсами (общественное достояние)

знаете ли вы

?

Передовые технологии, такие как спутники, системы глобального позиционирования, устройства дистанционного зондирования и технологии трехмерной и четырехмерной сейсморазведки, позволяют обнаруживать запасы природного газа при бурении меньшего количества скважин.

Достижения в технологиях бурения и добычи оказывают положительное и отрицательное воздействие на окружающую среду

Новые технологии бурения и добычи природного газа значительно сокращают площади земель, занятых разработкой нефтегазовых ресурсов. Методы горизонтального и наклонно-направленного бурения позволяют добывать больше природного газа из одной скважины, чем раньше, поэтому для разработки месторождения природного газа требуется меньше скважин.

• Для гидроразрыва скважин требуется большое количество воды. В некоторых районах страны значительное использование воды для фрекинга может повлиять на водную среду обитания и доступность воды для других целей.
• При неправильном обращении жидкость для гидроразрыва пласта, которая может содержать потенциально опасные химические вещества, может попасть в результате разливов, утечек, дефектов конструкции скважины или других путей воздействия. Эти выбросы могут загрязнить прилегающие территории.
• В результате гидравлического разрыва пласта на поверхности образуется большое количество сточных вод, которые могут содержать растворенные химические вещества и другие загрязняющие вещества, требующие обработки перед удалением или повторным использованием. Из-за количества производимой воды и сложности, связанной с очисткой некоторых компонентов сточных вод, важное значение имеет надлежащая очистка и утилизация сточных вод.
• По данным Геологической службы США, гидроразрыв пласта «… вызывает небольшие землетрясения, но они почти всегда слишком малы, чтобы представлять угрозу безопасности. Помимо природного газа, на поверхность возвращаются жидкости для гидроразрыва пласта и пластовые воды. Эти сточные воды часто утилизируются путем закачки в глубокие колодцы. Закачка сточных вод в недра может вызвать землетрясения, достаточно сильные, чтобы их можно было почувствовать, и нанести ущерб».
• Природный газ мог быть выброшен в атмосферу во время и после бурения скважин, и количество этих выбросов находится в стадии расследования.

Производство, транспортировка, распределение и хранение природного газа требуют соблюдения строгих правил и стандартов безопасности

Поскольку утечка природного газа может привести к взрыву, для обеспечения безопасной транспортировки, хранения, распределения и использование природного газа. Поскольку переработанный природный газ не имеет запаха, газовые компании добавляют в природный газ сильное вещество с запахом тухлых яиц, называемое меркаптаном, чтобы люди могли чувствовать запах утечек.

¹ На основе эквивалентов двуокиси углерода. Источник: Агентство по охране окружающей среды США, Инвентаризация выбросов и стоков парниковых газов в США: 1990-2020 , таблица ES-2, апрель 2022 г.