Рассказ про природный газ

Природный газ, свойства, химический состав, компоненты и составляющие, добыча и применение.

Природный газ – это газообразная смесь, состоящая из метана и более тяжелых углеводородов, азота, диоксида углерода, водяных паров, серосодержащих соединений, инертных газов.

Природный газ Цена на природный газ

Происхождение природного газа

Химический состав природного газа, требования ГОСТ

Виды природного газа. Сухой, бедный, тощий, жирный и сырой газы

Компоненты и составляющие природного газа

Физические свойства природного газа

Добыча природного газа

Применение и использование природного газа

Другие виды топлива: биодизель, биотопливо, газойль, горючие сланцы, лигроин, мазут, нефть, попутный нефтяной газ, природный газ, свалочный газ, сланцевая нефть, сланцевый газ, синтез-газ

Природный газ:

Природный газ – это полезное ископаемое, смесь газов, образовавшихся в недрах Земли при анаэробном разложении органических веществ.

Природный газ существует в газообразном, твердом или растворённом состоянии. В первом случае – в газообразном состоянии – он широко распространен и содержится в пластах горных пород в недрах Земли в виде газовых залежей (отдельных скоплений, заключенных в «ловушке» между осадочными породами), а также в нефтяных месторождениях в виде газовых шапок. В растворённом состоянии он содержится в нефти и воде. В твердом состоянии он встречается в виде газовых гидратов (т.н. «горючий лёд») – кристаллических соединений природного газа и воды переменного состава. Газовые гидраты – перспективный источник топлива.

При нормальных условиях (1 атм. и 0 °C) природный газ находится только в газообразном состоянии.

Является самым чистым видом органического топлива. Но для того, чтобы использовать его в качестве топлива из него выделяют его составляющие для отдельного использования.

Природный газ представляет собой легковоспламеняющуюся смесь различных углеводородов и примесей.

Природный газ – это газообразная смесь, состоящая из метана и более тяжелых углеводородов, азота, диоксида углерода, водяных паров, серосодержащих соединений, инертных газов.

Природным он зовется, потому что не является синтетическим. Газ рождается под землей в толще осадочных пород из продуктов разложения органики.

Природный газ распространен в природе гораздо шире, чем нефть.

Не имеет ни цвета, ни запаха. Легче воздуха в 1,8 раза. Горюч и взрывоопасен. При утечке не собирается в низинах, а поднимается вверх.

Характерный запах газа, используемого в быту, обусловлен одорацией – добавлением в его состав одорантов, то есть неприятно пахнущих веществ. Самый распространенный одорант – этантиол, его можно почувствовать в воздухе при концентрации 1 на 50 000 000 частей воздуха. Именно благодаря одорации можно легко устанавливать утечки газа.

Происхождение природного газа:

Существует две теории происхождения природного газа: биогенная (органическая) теория и абиогенная (неорганическая, минеральная) теория.

Впервые биогенную теорию происхождения природного газа в 1759 году высказал М.В. Ломоносов. В далеком геологическом прошлом Земли погибшие живые организмы (растения и животные) опускались на дно водоемов, образуя илистые осадки. В результате различных химических процессов они разлагались в безвоздушном пространстве. Из-за движения земной коры эти остатки опускались все глубже и глубже, где под действием высокой температуры и высокого давления превращались в углеводороды: природный газ и нефть. Низкомолекулярные углеводороды (т.е. собственно природный газ) образовывался при более высоких температурах и давлениях. Высокомолекулярные углеводороды – нефть – при меньших. Углеводороды, проникая в пустоты земной коры, образовывали залежи месторождений нефти и газа. Со временем эти органические отложения и залежи углеводородов уходили глубоко вниз на глубину от одного километра до нескольких километров  – их покрывали слои осадочных пород либо под действием геологических движений земной коры.

Минеральную теорию происхождения природного газа и нефти сформулировал в 1877 году Д.И. Менделеев. Он исходил из того, что углеводороды могут образовываться в недрах земли в условиях высоких температур и давлений в результате взаимодействия перегретого пара и расплавленных карбидов тяжелых металлов (в первую очередь железа). В результате химических реакций образуются окислы железа и других металлов, а также  различные углеводороды в газообразном состоянии. При этом вода попадает глубоко в недра Земли по трещинам-разломам в земной коре. Образовавшиеся углеводороды, находясь в газообразном состоянии, в свою очередь по тем же трещинам и разломам поднимаются наверх в зону наименьшего давления, образуя в конечном итоге газовые и нефтяные залежи. Данный процесс, по мнению Д.И. Менделеева и сторонников гипотезы, происходит постоянно. Поэтому, уменьшение запасов углеводородов в виде нефти и газа человечеству не грозит.

Химический состав природного газа:

Химический состав добываемого природного газа различается в зависимости от месторождения. В любом случае основным и ценным компонентом является метан (СН₄), содержание которого составляет от 70 до 98 %.

В состав добываемого газа входят как углеводородные компоненты (метан СН₄ и его гомологи: этан С₂Н₆, пропан С₃Н₈, бутан С₄Н₁₀, пентан С₅Н₁₂, гексан С₆Н₁₄, гептан С₇Н₁₆, октан С₈Н₁₈, нонан С₉Н₂₀, декан С₁₀Н₂₂ и т.д. вплоть до доказана С₂₂Н₄₆), так и неуглеводородные компоненты (Ar, H₂, He, N₂, H₂S, водяные пары – H₂O, CO, CO₂ и пр. серосодержащие соединения и инертные газы). Природный газ также содержит следовые количества других компонентов.

Углеводороды, начиная с этана, считаются тяжёлыми. Они образуются только в процессе образования нефти и также называются специфическими «нефтяными» газами. Они  являются обязательным спутником нефтей. Их наличие в отобранных пробах свидетельствует о залежах нефти.

Виды природного газа. Сухой, бедный, тощий, жирный и сырой газы: 

Качество газа как топлива, как энергоносителя зависит от содержания в нем метана. По содержанию в добываемом газе метана и тяжёлых углеводородов различают сухие (бедные, тощие) и жирные (сырые, богатые) газы.

Сухой, бедный или тощий газ – это природный горючий газ из группы углеводородных, характеризующийся резким преобладанием в его составе метана, сравнительно невысоким содержанием этана и низким – остальных тяжелых углеводородов. Он более характерен для чисто газовых залежей.

Жирный или сырой газ – природный горючий газ из группы углеводородных, характеризующийся повышенным содержанием (свыше 15 %) тяжелых углеводородов, начиная от пропана C₃H₈ и выше. Такой состав газов характерен для газоконденсатных и нефтяных месторождений.

В качестве примера для наглядности ниже в таблице приведен состав сухого и сырого газа.

Состав	Сухой газ*, % объема	Сырой газ*, % объема
Метан	86,3	36,8
Этан	9,6	32,6
Пропан	3,0	21,1
Бутан	1,1	5,8
Пентан	–	3,7

* В таблице приведен один из примеров. Реальный состав газов в добываемом природном газе из конкретного месторождения может существенно отличаться от приведенного примера.

Поэтому для углеводородного состава газов применяется понятие «коэффициент сухости», которое представляет собой отношение процентного содержания метана СН₄ к сумме его гомологов (этану С₂Н₆ и выше).

Требования ГОСТ к химическому составу природного газа: 

ГОСТом 30319.1-2015 «Газ природный. Методы расчета физических свойств. Общие положения» установлены следующие требования к химическому составу природного газа, транспортируемого по газотранспортным системам:

Компоненты природного газа	Диапазоны молярных долей компонентов
Метан	0,7≤ ХСН4<1,0
Этан	ХС2Н6≤0,10
Пропан	ХС3Н8≤0,035
Бутаны в сумме	ХС4Н10≤0,015
Пентаны в сумме	ХС5Н12≤0,005
Гексан	ХС6Н14≤0,001
Азот	ХN2≤0,20
Диоксид углерода	ХCO2≤0,20
Остальные компоненты	Молярные доли не должны превышать суммарно 0,0025

Компоненты и составляющие природного газа:

Метан (CH₄) – это бесцветный газ без запаха. Легче воздуха. Горюч и взрывоопасен. Представляет опасность для здоровья человека.

Этан (C₂H₆) – бесцветный газ, без запаха и вкуса. Тяжелее воздуха. Горюч и взрывоопасен. Не используется как топливо. Малотоксичен. Представляет опасность для здоровья человека.

Пропан (C₃H₈) – бесцветный газ, без запаха. Ядовит. В отличие от метана сжижается при комнатной температуре и сравнительно невысоком давлении (12-15 атм), что позволяет его легко хранить и транспортировать.

Бутан (C₄H₁₀) – бесцветный газ, со специфическим запахом. Ядовит. Вдвое тяжелее воздуха.

Пентан (С₅Н₁₂) имеет три изомера (нормальный пентан, изопентан и неопентан).  Нормальный пентан и изопентан – легколетучие подвижные жидкости с характерным запахом. Неопентан – бесцветный газ с характерным запахом. Горюч и взрывоопасен. Токсичен.

Гексан (С₆Н₁₄) – бесцветная жидкость со слабым запахом, напоминающим дихлорэтан. Горюч и взрывоопасен. Токсичен.

Азот (N₂) – бесцветный газ, без запаха и вкуса. Весьма инертен. Является основным компонентом воздуха – 78,09 % объёма.

Аргон (Ar) – газ без цвета, вкуса и запаха. Инертен. В 1,3 раза тяжелее воздуха. Не горит. Представляет опасность для здоровья человека.

Водород (H₂) – лёгкий бесцветный газ, без вкуса и запаха. В смеси с воздухом или кислородом горюч и взрывоопасен. Легче воздуха.

Гелий (He) – очень лёгкий газ без цвета, вкуса и запаха. Легче воздуха. Инертен, при нормальных условиях не реагирует ни с одним из веществ. Не горит. Представляет опасность для здоровья человека.

Сероводород (H₂S) – бесцветный газ со сладковатым вкусом, с характерным неприятным запахом (тухлых яиц, тухлого мяса). Ядовит. Горюч и взрывоопасен. Тяжелее воздуха.

Углекислый газ (CO2) – бесцветный газ, почти без запаха (в больших концентрациях с кисловатым «содовым» запахом). Не горит. Тяжелее воздуха в 1,5 раза. Представляет опасность для здоровья человека.

Физические свойства природного газа:

Наименование параметра:	Значение:
Внешние признаки	без цвета, запаха и вкуса
Плотность, кг/м3:
Сухой газообразный	от 0,68 до 0,85
Жидкий	400
Температура самовозгорания, °C	650
Взрывоопасные концентрации смеси газа с воздухом, % объёмных	от 4,4 до 17
Удельная теплота сгорания, МДж/м³	28-46
Удельная теплота сгорания, Мкал/м³	6,7-11
Удельная теплота сгорания, кВт·ч/м³	8-12
Октановое число при использовании в двигателях внутреннего сгорания	120-130
Легче воздуха в 1,8 раза. При утечке не собирается в низинах, а поднимается вверх.

Добыча природного газа:

Залежи природного газа находятся глубоко в земле, на глубине от одного до нескольких километров. Поэтому, чтобы добыть его необходимо пробурить скважину. Самая глубокая скважина имеет глубину более 6 километров.

В недрах Земли газ находится микроскопических пустотах  – порах, которыми обладают некоторые горные породы. Поры соединены между собой микроскопическими каналами – трещинами. В порах и трещинах газ находится под высоким давлением, которое намного превышает атмосферное. Природный газ движется в порах и трещинах, поступая из пор с высоким давлением в поры с более низким давлением.

При бурении скважины газ вследствие действия физических законов полностью поступает в скважину, стремясь в зону низкого давления. Таким образом, разность давления в месторождении и на поверхности Земли является естественной движущей силой, которая выталкивает газ из недр.

Газ добывают из недр земли с помощью не одной, а нескольких и более скважин. Скважины стараются разместить равномерно по всей территории месторождения для равномерного падения пластового давления в залежи. Иначе возможны перетоки газа между областями месторождения, а также преждевременное обводнение залежи.

Так как добытый газ содержит множество примесей, то его сразу же после добычи очищают на специальном оборудовании, после чего транспортируют потребителю.

Применение и использование природного газа: 

Природный газ применяется и используется как топливо, а также как сырье в химической промышленности для получения различных органических вещества, например, пластмасс.

Другие виды топлива:

– биодизель,

– биотопливо,

– газойль,

– горючие сланцы,

– лигроин,

– мазут,

– нефть,

– попутный нефтяной газ,

– природный газ,

– свалочный газ,

– сланцевая нефть,

– сланцевый газ,

– синтез-газ.

Примечание: © Фото //www.pexels.com, //pixabay.com

какой сжиженный природный газ метан вода дома является 4 класс воздух для населения купить содержит формула природный источник тема окружающий мир презентация
сколько сгорание получение компоненты вещества применение составляющие использование масса места теплота давление стоимость м3 температура свойства виды переработка куб сжигание месторождения какой объем плотность добыча расход состав места добычи цена природного газа
цена давление сколько м3 стоимость свойства добыча сгорание использование расход куб запасы производство плотность температура углеводород теплота сгорания объем установки расчет качество сжигание месторождения формула природного газа
газ природный 14 2 2 12018 5
плита под нефть россия гост тариф на сколько стоит компримированный природный газ является какое дома для населения купить страны уголь метан воздух вода перевод газпром баллон значение мира оборудование вещество
газопроводы переработка кг сжижение сеть сигнализаторы какое давление потребление компонент горение виды жиклеры для применение сигнализатор загазованности транспортировка составляющие химические свойства количество поставка характеристика учет природного газа
генератор котлы на природном газе
отопление природным газом

Коэффициент востребованности
28 822

Природный газ — это один из важнейших сырьевых ресурсов на Земле, который широко используется в быту и промышленности. Представляет собой концентрацию углеводородов, которые образовались в недрах нашей планеты.

Природный газ находится в газообразном состоянии при нормальных условиях (0 градусов Цельсия и давление 760 мм ртутного столба). В таком случае он находится или в горных породах в виде залежей, или в месторождениях нефти в виде газовых шапок. Кроме того, он встречается в растворенном (в нефти и воде) и твердом (газовые гидранты, которые еще называют «горючий лед») состоянии.

Поэтому добыча газа может стать достаточно нетривиальной задачей: приходится приложить немало усилий по его извлечению. Основным способом добычи газа являются скважины, которые необходимо равномерно размещать по территории месторождения. Делается это для уменьшения пластового давления.

Из чего состоит

В химическом составе основу природного газа составляет метан (CH₄) — третий по распространенности газ во Вселенной. Доля этого простейшего углеводорода составляет от 80 до 98 процентов. В состав также могут входить другие тяжелые углеводороды, доля которых может колебаться от единиц до сотых долей процента:

• этан (C₂H₆);
• пропан (C₃H₈);
• бутан (C₄H₁₀);
• пентан (C₅H₁₂).

Кроме того, могут входить и другие неуглеводородные вещества: водород, сероводород, углекислый газ, азот или гелий.

Физические свойства

Метан (а следовательно, и природный газ) бесцветен и не имеет запаха. При концентрации более 4,4% в воздухе – взрывоопасен, из-за своей высокой горючести. Именно по этим причинам проводят одоризацию газа перед подачей в квартиры: подмешивают специальное вещество (обычно это этантиол) с резким неприятным запахом. Утечку даже 1% такой смеси можно определить по запаху. Особенно важно, что это абсолютно не сказывается на его горении: газовая смесь сжигается полностью, чистым голубым пламенем. Если кислорода для горения недостаточно, то пламя может окраситься в желтый или оранжевый цвет. Подробнее о причинах подобного мы рассказали в этой статье.

Природный газ легче воздуха почти в два раза, поэтому при утечке скапливается вверху, а не около пола. Именно поэтому датчики утечки газа должны устанавливаться как можно выше.

Происхождение

Не поверите, но ученые все еще не пришли к единому мнению насчет происхождения газа. Поэтому на сегодня существует две популярные теории.

Сторонники минеральной теории утверждают, что все химические элементы уже находятся в мантии Земли. Поэтому из-за процесса дегазации углеводороды поднимаются ближе к поверхности, образуя залежи.

Согласно биогенной теории природный газ образовался в результате разложения живых организмов, под действием бактерий, высокого давления и температуры.

Самое удивительное, что газу даже поклонялись! И хотя в 4 веке до нашей эры его уже использовали в Китае для освещения и отопления, на территории современного Азербайджана в 7 веке был воздвигнут храм Атешгях, где проходили служения для огнепоклонников вплоть до 19 века.

А в России?

Впервые в России газ начали использовать почти 210 лет назад. В 1811 году изобретатель Петр Соболевский представил общественности термоламп – прибор для получения газа. По указу Александра Первого изобретатель был награжден орденом. А в 1819 году в Санкт-Петербурге зажглись первые газовые фонари на Аптекарском острове.

Месторождения газа

Самая богатая страна в мире по запасам природного газа – Россия. Практически 25% от всех запасов мира находятся на нашей территории. Самое крупное месторождение в мире находится в Персидском заливе на территории Катара и Ирана. Крупнейшее в России расположено в Ямало-Ненецком автономном округе около поселка Уренгой. Оно занимает третье место в мире и было открыто в 1966 году.

Где используется

Голубое топливо широко используется для отопления, нагрева воды и приготовления пищи. Все чаще автомобили и техника оборудуются газовыми баллонами. Кроме того, газ может использоваться для получения органических веществ, например, пластмассы.

В отличие от других углеводородных ископаемых природный газ является самым чистым топливом. При его сгорании образуется только вода и углекислый газ, без образования копоти и золы. Но экологи бьют тревогу: выбросы большого количества CO₂ могут привести к возникновению парникового эффекта и изменению климата. Однако, при сжигании природного газа этих выбросов существенно ниже, чем при использовании нефти.

Natural gas (also called fossil gas or simply gas) is a naturally occurring mixture of gaseous hydrocarbons consisting primarily of methane in addition to various smaller amounts of other higher alkanes. Low levels of trace gases like carbon dioxide, nitrogen, hydrogen sulfide, and helium are also usually present.^[1] Natural gas is colorless and odorless, so odorizers such as mercaptan (which smells like sulfur or rotten eggs) are commonly added to natural gas supplies for safety so that leaks can be readily detected.^[2]

Natural gas is a fossil fuel and non-renewable resource that is formed when layers of organic matter (primarily marine microorganisms)^[3] decompose under anaerobic conditions and are subjected to intense heat and pressure underground over millions of years.^[4] The energy that the decayed organisms originally obtained from the sun via photosynthesis is stored as chemical energy within the molecules of methane and other hydrocarbons.^[5]

Natural gas can be burned for heating, cooking,^[6] and electricity generation. It is also used as a chemical feedstock in the manufacture of plastics and other commercially important organic chemicals and less commonly used as a fuel for vehicles.

The extraction and consumption of natural gas is a major and growing contributor to climate change.^[7][8][9] Both the gas itself (specifically methane) and carbon dioxide, which is released when natural gas is burned, are greenhouse gases.^[10][11] When burned for heat or electricity, natural gas emits fewer toxic air pollutants, less carbon dioxide, and almost no particulate matter compared to other fossil and biomass fuels.^[12] However, gas venting and unintended fugitive emissions throughout the supply chain can result in natural gas having a similar carbon footprint to other fossil fuels overall.^[13]

Natural gas can be found in underground geological formations, often alongside other fossil fuels like coal and oil (petroleum). Most natural gas has been created through either biogenic or thermogenic processes. Biogenic gas is formed when methanogenic organisms in marshes, bogs, landfills, and shallow sediments anaerobically decompose but are not subjected to high temperatures and pressures. Thermogenic gas takes a much longer period of time to form and is created when organic matter is heated and compressed deep underground.^[14][4]

During petroleum production, natural gas is sometimes flared rather than being collected and used. Before natural gas can be burned as a fuel or used in manufacturing processes, it almost always has to be processed to remove impurities such as water. The byproducts of this processing include ethane, propane, butanes, pentanes, and higher molecular weight hydrocarbons. Hydrogen sulfide (which may be converted into pure sulfur), carbon dioxide, water vapor, and sometimes helium and nitrogen must also be removed.

Natural gas is sometimes informally referred to simply as «gas», especially when it is being compared to other energy sources, such as oil or coal. However, it is not to be confused with gasoline, which is often shortened in colloquial usage to «gas», especially in North America.^[15]

Natural gas is measured in standard cubic meters or standard cubic feet. The density compared to air ranges from 0.58 (16.8 g/mole, 0.71 kg per standard cubic meter) to as high as 0.79 (22.9 g/mole, 0.97 kg per scm), but generally less than 0.64 (18.5 g/mole, 0.78 kg per scm).^[16] For comparison, pure methane (16.0425 g/mole) has a density 0.5539 times that of air (0.678 kg per standard cubic meter).

History[edit]

Natural gas can come out of the ground and cause a long-burning fire. In ancient Greece, the gas flames at Mount Chimaera contributed to the legend of the fire-breathing creature Chimera. In ancient China, gas resulting from the drilling for brines was first used by about 400 BC.^[17] The Chinese transported gas seeping from the ground in crude pipelines of bamboo to where it was used to boil salt water to extract the salt in the Ziliujing District of Sichuan.^[18][19]

The discovery and identification of natural gas in the Americas happened in 1626. In 1821, William Hart successfully dug the first natural gas well at Fredonia, New York, United States, which led to the formation of the Fredonia Gas Light Company. The city of Philadelphia created the first municipally owned natural gas distribution venture in 1836.^[20] By 2009, 66,000 km³ (16,000 mi³) (or 8%) had been used out of the total 850,000 km³ (200,000 mi³) of estimated remaining recoverable reserves of natural gas.^[21]

Sources[edit]

Natural gas[edit]

In the 19th century, natural gas was primarily obtained as a by-product of producing oil. The small, light gas carbon chains came out of solution as the extracted fluids underwent pressure reduction from the reservoir to the surface, similar to uncapping a soft drink bottle where the carbon dioxide effervesces. The gas was often viewed as a by-product, a hazard, and a disposal problem in active oil fields. The large volumes produced could not be used until relatively expensive pipeline and storage facilities were constructed to deliver the gas to consumer markets.

Until the early part of the 20th century, most natural gas associated with oil was either simply released or burned off at oil fields. Gas venting and production flaring are still practised in modern times, but efforts are ongoing around the world to retire them, and to replace them with other commercially viable and useful alternatives.^[22][23] Unwanted gas (or stranded gas without a market) is often returned to the reservoir with ‘injection’ wells while awaiting a possible future market or to re-pressurize the formation, which can enhance oil extraction rates from other wells. In regions with a high natural gas demand (such as the US), pipelines are constructed when it is economically feasible to transport gas from a wellsite to an end consumer.

In addition to transporting gas via pipelines for use in power generation, other end uses for natural gas include export as liquefied natural gas (LNG) or conversion of natural gas into other liquid products via gas to liquids (GTL) technologies. GTL technologies can convert natural gas into liquids products such as gasoline, diesel or jet fuel. A variety of GTL technologies have been developed, including Fischer–Tropsch (F–T), methanol to gasoline (MTG) and syngas to gasoline plus (STG+). F–T produces a synthetic crude that can be further refined into finished products, while MTG can produce synthetic gasoline from natural gas. STG+ can produce drop-in gasoline, diesel, jet fuel and aromatic chemicals directly from natural gas via a single-loop process.^[24] In 2011, Royal Dutch Shell’s 140,000 barrels (22,000 m³) per day F–T plant went into operation in Qatar.^[25]

Natural gas can be «associated» (found in oil fields), or «non-associated» (isolated in natural gas fields), and is also found in coal beds (as coalbed methane).^[26] It sometimes contains a significant amount of ethane, propane, butane, and pentane—heavier hydrocarbons removed for commercial use prior to the methane being sold as a consumer fuel or chemical plant feedstock. Non-hydrocarbons such as carbon dioxide, nitrogen, helium (rarely), and hydrogen sulfide must also be removed before the natural gas can be transported.^[27]

Natural gas extracted from oil wells is called casinghead gas (whether or not truly produced up the annulus and through a casinghead outlet) or associated gas. The natural gas industry is extracting an increasing quantity of gas from challenging, unconventional resource types: sour gas, tight gas, shale gas, and coalbed methane.

There is some disagreement on which country has the largest proven gas reserves. Sources that consider that Russia has by far the largest proven reserves include the US Central Intelligence Agency (47,600 km³)^[28] and Energy Information Administration (47,800 km³),^[29][30] as well as the Organization of Petroleum Exporting Countries (48,700 km³).^[31] Contrarily, BP credits Russia with only 32,900 km³,^[32] which would place it in second, slightly behind Iran (33,100 to 33,800 km³, depending on the source).

It is estimated that there are about 900,000 km³ of «unconventional» gas such as shale gas, of which 180,000 km³ may be recoverable.^[33] In turn, many studies from MIT, Black & Veatch and the US Department of Energy predict that natural gas will account for a larger portion of electricity generation and heat in the future.^{[34][better source needed]}

The world’s largest gas field is the offshore South Pars / North Dome Gas-Condensate field, shared between Iran and Qatar. It is estimated to have 51,000 cubic kilometers (12,000 cu mi) of natural gas and 50 billion barrels (7.9 billion cubic meters) of natural gas condensates.

Because natural gas is not a pure product, as the reservoir pressure drops when non-associated gas is extracted from a field under supercritical (pressure/temperature) conditions, the higher molecular weight components may partially condense upon isothermic depressurizing—an effect called retrograde condensation. The liquid thus formed may get trapped as the pores of the gas reservoir get depleted. One method to deal with this problem is to re-inject dried gas free of condensate to maintain the underground pressure and to allow re-evaporation and extraction of condensates. More frequently, the liquid condenses at the surface, and one of the tasks of the gas plant is to collect this condensate. The resulting liquid is called natural gas liquid (NGL) and has commercial value.

Shale gas[edit]

Shale gas is natural gas produced from shale. Because shale has matrix permeability too low to allow gas to flow in economical quantities, shale gas wells depend on fractures to allow the gas to flow. Early shale gas wells depended on natural fractures through which gas flowed; almost all shale gas wells today require fractures artificially created by hydraulic fracturing. Since 2000, shale gas has become a major source of natural gas in the United States and Canada.^[35] Because of increased shale gas production the United States was in 2014 the number one natural gas producer in the world.^[36] The production of shale gas in the United States has been described as a «shale gas revolution» and as «one of the landmark events in the 21st century.»^[37]

Following the increased production in the United States, shale gas exploration is beginning in countries such as Poland, China, and South Africa.^[38][39][40] Chinese geologists have identified the Sichuan Basin as a promising target for shale gas drilling, because of the similarity of shales to those that have proven productive in the United States. Production from the Wei-201 well is between 10,000 and 20,000 m³ per day.^[41] In late 2020, China National Petroleum Corporation claimed daily production of 20 million cubic meters of gas from its Changning-Weiyuan demonstration zone.^{[42][unreliable source?]}

Town gas[edit]

Town gas is a flammable gaseous fuel made by the destructive distillation of coal. It contains a variety of calorific gases including hydrogen, carbon monoxide, methane, and other volatile hydrocarbons, together with small quantities of non-calorific gases such as carbon dioxide and nitrogen, and was used in a similar way to natural gas. This is a historical technology and is not usually economically competitive with other sources of fuel gas today.

Most town «gashouses» located in the eastern US in the late 19th and early 20th centuries were simple by-product coke ovens that heated bituminous coal in air-tight chambers. The gas driven off from the coal was collected and distributed through networks of pipes to residences and other buildings where it was used for cooking and lighting. (Gas heating did not come into widespread use until the last half of the 20th century.) The coal tar (or asphalt) that collected in the bottoms of the gashouse ovens was often used for roofing and other waterproofing purposes, and when mixed with sand and gravel was used for paving streets.

Crystallized natural gas – clathrates[edit]

Huge quantities of natural gas (primarily methane) exist in the form of clathrates under sediment on offshore continental shelves and on land in arctic regions that experience permafrost, such as those in Siberia. Hydrates require a combination of high pressure and low temperature to form.

In 2013, Japan Oil, Gas and Metals National Corporation (JOGMEC) announced that they had recovered commercially relevant quantities of natural gas from methane hydrate.^[43]

Processing[edit]

The image below is a schematic block flow diagram of a typical natural gas processing plant. It shows the various unit processes used to convert raw natural gas into sales gas pipelined to the end user markets.

The block flow diagram also shows how processing of the raw natural gas yields byproduct sulfur, byproduct ethane, and natural gas liquids (NGL) propane, butanes and natural gasoline (denoted as pentanes +).^{[44][45][46][47]}

Demand[edit]

As of mid-2020, natural gas production in the US had peaked three times, with current levels exceeding both previous peaks. It reached 24.1 trillion cubic feet per year in 1973, followed by a decline, and reached 24.5 trillion cubic feet in 2001. After a brief drop, withdrawals increased nearly every year since 2006 (owing to the shale gas boom), with 2017 production at 33.4 trillion cubic feet and 2019 production at 40.7 trillion cubic feet. After the third peak in December 2019, extraction continued to fall from March onward due to decreased demand caused by the COVID-19 pandemic in the US.^[48]

The 2021 global energy crisis was driven by a global surge in demand as the world quit the economic recession caused by COVID-19, particularly due to strong energy demand in Asia.^[49]

Storage and transport[edit]

This section needs to be updated. The reason given is: change in transport from Russia. Please help update this article to reflect recent events or newly available information. (May 2022)

Because of its low density, it is not easy to store natural gas or to transport it by vehicle. Natural gas pipelines are impractical across oceans, since the gas needs to be cooled down and compressed, as the friction in the pipeline causes the gas to heat up. Many existing pipelines in the US are close to reaching their capacity, prompting some politicians representing northern states to speak of potential shortages. The large trade cost implies that natural gas markets are globally much less integrated, causing significant price differences across countries. In Western Europe, the gas pipeline network is already dense.^{[51][better source needed][full citation needed]} New pipelines are planned or under construction in Eastern Europe and between gas fields in Russia, Near East and Northern Africa and Western Europe.^{[citation needed]}

Whenever gas is bought or sold at custody transfer points, rules and agreements are made regarding the gas quality. These may include the maximum allowable concentration of CO
₂, H
₂S and H
₂O. Usually sales quality gas that has been treated to remove contamination is traded on a «dry gas» basis and is required to be commercially free from objectionable odours, materials, and dust or other solid or liquid matter, waxes, gums and gum forming constituents, which might damage or adversely affect operation of equipment downstream of the custody transfer point.

LNG carriers transport liquefied natural gas (LNG) across oceans, while tank trucks can carry liquefied or compressed natural gas (CNG) over shorter distances.^[52] Sea transport using CNG carrier ships that are now under development may be competitive with LNG transport in specific conditions.^{[citation needed]}

Gas is turned into liquid at a liquefaction plant, and is returned to gas form at regasification plant at the terminal. Shipborne regasification equipment is also used. LNG is the preferred form for long distance, high volume transportation of natural gas, whereas pipeline is preferred for transport for distances up to 4,000 km (2,500 mi) over land and approximately half that distance offshore.

CNG is transported at high pressure, typically above 200 bars (20,000 kPa; 2,900 psi). Compressors and decompression equipment are less capital intensive and may be economical in smaller unit sizes than liquefaction/regasification plants. Natural gas trucks and carriers may transport natural gas directly to end-users, or to distribution points such as pipelines.

In the past, the natural gas which was recovered in the course of recovering petroleum could not be profitably sold, and was simply burned at the oil field in a process known as flaring. Flaring is now illegal in many countries.^[53] Additionally, higher demand in the last 20–30 years has made production of gas associated with oil economically viable. As a further option, the gas is now sometimes re-injected into the formation for enhanced oil recovery by pressure maintenance as well as miscible or immiscible flooding. Conservation, re-injection, or flaring of natural gas associated with oil is primarily dependent on proximity to markets (pipelines), and regulatory restrictions.

Natural gas can be indirectly exported through the absorption in other physical output. A recent study suggests that the expansion of shale gas production in the US has caused prices to drop relative to other countries. This has caused a boom in energy intensive manufacturing sector exports, whereby the average dollar unit of US manufacturing exports has almost tripled its energy content between 1996 and 2012.^[54]

A «master gas system» was invented in Saudi Arabia in the late 1970s, ending any necessity for flaring. Satellite and nearby infra-red camera observations, however, shows that flaring^{[55][56][57][58]} and venting^[59] are still happening in some countries.

Natural gas is used to generate electricity and heat for desalination. Similarly, some landfills that also discharge methane gases have been set up to capture the methane and generate electricity.

Natural gas is often stored underground [references about geological storage needed]inside depleted gas reservoirs from previous gas wells, salt domes, or in tanks as liquefied natural gas. The gas is injected in a time of low demand and extracted when demand picks up. Storage nearby end users helps to meet volatile demands, but such storage may not always be practicable.

With 15 countries accounting for 84% of the worldwide extraction, access to natural gas has become an important issue in international politics, and countries vie for control of pipelines.^[60] In the first decade of the 21st century, Gazprom, the state-owned energy company in Russia, engaged in disputes with Ukraine and Belarus over the price of natural gas, which have created concerns that gas deliveries to parts of Europe could be cut off for political reasons.^[61] The United States is preparing to export natural gas.^[62]

Floating liquefied natural gas[edit]

Floating liquefied natural gas (FLNG) is an innovative technology designed to enable the development of offshore gas resources that would otherwise remain untapped due to environmental or economic factors which currently make them impractical to develop via a land-based LNG operation. FLNG technology also provides a number of environmental and economic advantages:

• Environmental – Because all processing is done at the gas field, there is no requirement for long pipelines to shore, compression units to pump the gas to shore, dredging and jetty construction, and onshore construction of an LNG processing plant, which significantly reduces the environmental footprint.^[63] Avoiding construction also helps preserve marine and coastal environments. In addition, environmental disturbance will be minimised during decommissioning because the facility can easily be disconnected and removed before being refurbished and re-deployed elsewhere.
• Economic – Where pumping gas to shore can be prohibitively expensive, FLNG makes development economically viable. As a result, it will open up new business opportunities for countries to develop offshore gas fields that would otherwise remain stranded, such as those offshore East Africa.^[64]

Many gas and oil companies are considering the economic and environmental benefits of floating liquefied natural gas (FLNG). There are currently projects underway to construct five FLNG facilities. Petronas is close to completion on their FLNG-1^[65] at Daewoo Shipbuilding and Marine Engineering and are underway on their FLNG-2 project^[66] at Samsung Heavy Industries. Shell Prelude is due to start production 2017.^[67] The Browse LNG project will commence FEED in 2019.^[68]

Uses[edit]

Natural gas is primarily used in the northern hemisphere. North America and Europe are major consumers.

Often well head gases require removal of various hydrocarbon molecules contained within the gas. Some of these gases include heptane, pentane, propane and other hydrocarbons with molecular weights above methane (CH
₄). The natural gas transmission lines extend to the natural gas processing plant or unit which removes the higher-molecular weight hydrocarbons to produce natural gas with energy content between 35–39 megajoules per cubic metre (950–1,050 British thermal units per cubic foot). The processed natural gas may then be used for residential, commercial and industrial uses.

Mid-stream natural gas[edit]

Natural gas flowing in the distribution lines is called mid-stream natural gas and is often used to power engines which rotate compressors. These compressors are required in the transmission line to pressurize and repressurize the mid-stream natural gas as the gas travels. Typically, natural gas powered engines require 35–39 MJ/m³ (950–1,050 BTU/cu ft) natural gas to operate at the rotational name plate specifications.^[69] Several methods are used to remove these higher molecular weighted gases for use by the natural gas engine. A few technologies are as follows:

• Joule–Thomson skid
• Cryogenic or chiller system
• Chemical enzymology system^[69]

Power generation[edit]

Domestic use[edit]

Natural gas dispensed in a residential setting can generate temperatures in excess of 1,100 °C (2,000 °F) making it a powerful domestic cooking and heating fuel.^[71] In much of the developed world it is supplied through pipes to homes, where it is used for many purposes including ranges and ovens, heating/cooling, and central heating.^[72] Heaters in homes and other buildings may include boilers, furnaces, and water heaters. Both North America and Europe are major consumers of natural gas.

Domestic appliances, furnaces, and boilers use low pressure, usually with a standard preassure around 1.7 kilopascals (0.25 psi) over atmospheric preassure. The pressures in the supply lines vary, either the standard utilization pressure (UP) mentioned above or elevated pressure (EP), which may be anywhere from 7 to 800 kilopascals (1 to 120 psi) over atmospheric preassure. Systems using EP have a regulator at the service entrance to step down the pressure to UP.^{[citation needed]}

Natural Gas Piping Systems inside buildings are often designed with pressures of 14 to 34 kilopascals (2 to 5 psi), and have downstream pressure regulators to reduce pressure as needed. The maximum allowable operating pressure for natural gas piping systems within a building is based on NFPA 54: National^{[clarification needed]} Fuel Gas Code, except when approved by the Public Safety Authority or when insurance companies have more stringent requirements.{{

Generally, natural gas system pressures are not allowed to exceed 5 psig (34.5 kPa) unless all of the following conditions are met:

• The AHJ will allow a higher pressure.
• The distribution pipe is welded. (Note: 2. Some jurisdictions may also require that welded joints be radiographed to verify continuity).
• The pipes are closed for protection and placed in a ventilated area that does not allow gas accumulation.
• The pipe is installed in the areas used for industrial processes, research, storage or mechanical equipment rooms.

Generally, a maximum liquefied petroleum gas pressure of 20 psig (138 kPa) is allowed, provided the building is used specifically for industrial or research purposes and is constructed in accordance with NFPA 58: Liquefied Petroleum Gas Code, Chapter 7.^[73]

A seismic earthquake valve operating at a pressure of 55 psig (3.7 bar) can stop the flow of natural gas into the site wide natural gas distribution piping network (that runs (outdoors underground, above building roofs, and or within the upper supports of a canopy roof). Seismic earthquake valves are designed for use at a maximum of 60 psig.^[74][75]

In Australia, natural gas is transported from gas processing facilities to regulator stations via Transmission pipelines. Gas is then regulated down to distributed pressures and the gas is distributed around a gas network via gas mains. Small branches from the network, called services, connect individual domestic dwellings, or multi-dwelling buildings to the network. The networks typically range in pressures from 7 kPa (low pressure) to 515 kPa (high pressure). Gas is then regulated down to 1.1 kPa or 2.75 kPa, before being metered and passed to the consumer for domestic use.^[76] Natural gas mains are made from a variety of materials: historically cast iron, though more modern mains are made from steel or polyethylene.

In the US compressed natural gas (CNG) is available in some rural areas as an alternative to less expensive and more abundant LPG (liquefied petroleum gas), the dominant source of rural gas. It is used in homes lacking direct connections to public utility provided gas, or to fuel portable grills. Natural gas is also supplied by independent natural gas suppliers through Natural Gas Choice programs^{[clarification needed]} throughout the United States.

Transportation[edit]

CNG is a cleaner and also cheaper alternative to other automobile fuels such as gasoline (petrol).^[77] By the end of 2014, there were over 20 million natural gas vehicles worldwide, led by Iran (3.5 million), China (3.3 million), Pakistan (2.8 million), Argentina (2.5 million), India (1.8 million), and Brazil (1.8 million).^[78] The energy efficiency is generally equal to that of gasoline engines, but lower compared with modern diesel engines. Gasoline/petrol vehicles converted to run on natural gas suffer because of the low compression ratio of their engines, resulting in a cropping of delivered power while running on natural gas (10–15%). CNG-specific engines, however, use a higher compression ratio due to this fuel’s higher octane number of 120–130.^[79]

Besides use in road vehicles, CNG can also be used in aircraft.^[80] Compressed natural gas has been used in some aircraft like the Aviat Aircraft Husky 200 CNG^[81] and the Chromarat VX-1 KittyHawk^[82]

LNG is also being used in aircraft. Russian aircraft manufacturer Tupolev for instance is running a development program to produce LNG- and hydrogen-powered aircraft.^[83] The program has been running since the mid-1970s, and seeks to develop LNG and hydrogen variants of the Tu-204 and Tu-334 passenger aircraft, and also the Tu-330 cargo aircraft. Depending on the current market price for jet fuel and LNG, fuel for an LNG-powered aircraft could cost 5,000 rubles (US$100) less per tonne, roughly 60%, with considerable reductions to carbon monoxide, hydrocarbon and nitrogen oxide emissions.^{[citation needed]}

The advantages of liquid methane as a jet engine fuel are that it has more specific energy than the standard kerosene mixes do and that its low temperature can help cool the air which the engine compresses for greater volumetric efficiency, in effect replacing an intercooler. Alternatively, it can be used to lower the temperature of the exhaust.^{[citation needed]}

Fertilizers[edit]

Natural gas is a major feedstock for the production of ammonia, via the Haber process, for use in fertilizer production.^[72][84] The development of synthetic nitrogen fertilizer has significantly supported global population growth — it has been estimated that almost half the people on the Earth are currently fed as a result of synthetic nitrogen fertilizer use.^[85][86]

Hydrogen[edit]

Natural gas can be used to produce hydrogen, with one common method being the hydrogen reformer. Hydrogen has many applications: it is a primary feedstock for the chemical industry, a hydrogenating agent, an important commodity for oil refineries, and the fuel source in hydrogen vehicles.

Animal and fish feed[edit]

Protein rich animal and fish feed is produced by feeding natural gas to Methylococcus capsulatus bacteria on commercial scale.^[87][88][89]

Other[edit]

Natural gas is also used in the manufacture of fabrics, glass, steel, plastics, paint, synthetic oil, and other products.^[90] The first step in the valorization of natural gas components is usually the^{[clarification needed]} of the alkane into olefin. The oxidative dehydrogenation of ethane leads to ethylene, which can be converted forther to ethylene epoxide, ethylene glycol, acetaldehyde or other olefins. Propane can be converted to propylene or can be oxidized to acrylic acid and acrylonitrile.

Environmental effects[edit]

Greenhouse effect and natural gas release[edit]

Human activity is responsible for about 60% of all methane emissions and for most of the resulting increase in atmospheric methane.^[92][93][94] Natural gas is intentionally released or is otherwise known to leak during the extraction, storage, transportation, and distribution of fossil fuels. Globally, methane accounts for an estimated 33% of anthropogenic greenhouse gas warming.^[95] The decomposition of municipal solid waste (a source of landfill gas) and wastewater account for an additional 18% of such emissions. These estimates include substantial uncertainties^[96] which should be reduced in the near future with improved satellite measurements, such as those planned for MethaneSAT.^[11]

After release to the atmosphere, methane is removed by gradual oxidation to carbon dioxide and water by hydroxyl radicals (OH⁻
) formed in the troposphere or stratosphere, giving the overall chemical reaction CH
₄ + 2O
₂ → CO
₂ + 2H
₂O.^[97][98] While the lifetime of atmospheric methane is relatively short when compared to carbon dioxide,^[99] with a half-life of about 7 years, it is more efficient at trapping heat in the atmosphere, so that a given quantity of methane has 84 times the global-warming potential of carbon dioxide over a 20-year period and 28 times over a 100-year period. Natural gas is thus a potent greenhouse gas due to the strong radiative forcing of methane in the short term, and the continuing effects of carbon dioxide in the longer term.^[94]

Targeted efforts to reduce warming quickly by reducing anthropogenic methane emissions is a climate change mitigation strategy supported by the Global Methane Initiative.^[95]

Greenhouse gas emissions[edit]

When refined and burned, natural gas can produce 25–30% less carbon dioxide per joule delivered than oil, and 40–45% less than coal.^[100] It can also produce potentially fewer toxic pollutants than other hydrocarbon fuels.^[100][101] However, compared to other major fossil fuels, natural gas causes more emissions in relative terms during the production and transportation of the fuel, meaning that the life cycle greenhouse gas emissions are about 50% higher than the direct emissions from the site of consumption.^[102][103]

In terms of the warming effect over 100 years, natural gas production and use comprises about one fifth of human greenhouse gas emissions, and this contribution is growing rapidly. Globally, natural gas use emitted about 7.8 billion tons of CO
₂ in 2020 (including flaring), while coal and oil use emitted 14.4 and 12 billion tons, respectively.^[104] The IEA estimates the energy sector (oil, natural gas, coal and bioenergy) to be responsible for about 40% of human methane emissions.^[105] According to the IPCC Sixth Assessment Report, natural gas consumption grew by 15% between 2015 and 2019, compared to a 5% increase in oil and oil product consumption.^[106]

The continued financing and construction of new gas pipelines indicates that huge emissions of fossil greenhouse gases could be locked-in for 40 to 50 years into the future.^[107] In the U.S. state of Texas alone, five new long-distance gas pipelines have been under construction, with the first entering service in 2019,^[108] and the others scheduled to come online during 2020–2022.^[109]: 23

To reduce its greenhouse emissions, the Netherlands is subsidizing a transition away from natural gas for all homes in the country by 2050. In Amsterdam, no new residential gas accounts have been allowed since 2018, and all homes in the city are expected to be converted by 2040 to use the excess heat from adjacent industrial buildings and operations.^[110]
Some cities in the United States have started prohibiting gas hookups for new houses, with state laws passed and under consideration to either require electrification or prohibit local requirements.^[111] The UK government is also experimenting with alternative home heating technologies to meet its climate goals.^[112] To preserve their businesses, natural gas utilities in the United States have been lobbying for laws preventing local electrification ordinances, and are promoting renewable natural gas and hydrogen fuel.^[113]

Other pollutants[edit]

Although natural gas produces far lower amounts of sulfur dioxide and nitrogen oxides (NOx) than other fossil fuels,^[101] NOx from burning natural gas in homes can be a health hazard.^[114]

Radionuclides[edit]

Natural gas extraction also produces radioactive isotopes of polonium (Po-210), lead (Pb-210) and radon (Rn-220). Radon is a gas with initial activity from 5 to 200,000 becquerels per cubic meter of gas. It decays rapidly to Pb-210 which can build up as a thin film in gas extraction equipment.^[115]

Safety concerns[edit]

The natural gas extraction workforce face unique health and safety challenges.^[116][117]

Production[edit]

Some gas fields yield sour gas containing hydrogen sulfide (H
₂S), a toxic compound when inhaled. Amine gas treating, an industrial scale process which removes acidic gaseous components, is often used to remove hydrogen sulfide from natural gas.^[118]

Extraction of natural gas (or oil) leads to decrease in pressure in the reservoir. Such decrease in pressure in turn may result in subsidence, sinking of the ground above. Subsidence may affect ecosystems, waterways, sewer and water supply systems, foundations, and so on.^[119]

Fracking[edit]

Releasing natural gas from subsurface porous rock formations may be accomplished by a process called hydraulic fracturing or «fracking». Since the first commercial hydraulic fracturing operation in 1949, approximately one million wells have been hydraulically fractured in the United States.^[120] The production of natural gas from hydraulically fractured wells has used the technological developments of directional and horizontal drilling, which improved access to natural gas in tight rock formations.^[121] Strong growth in the production of unconventional gas from hydraulically fractured wells occurred between 2000 and 2012.^[122]

In hydraulic fracturing, well operators force water mixed with a variety of chemicals through the wellbore casing into the rock. The high pressure water breaks up or «fracks» the rock, which releases gas from the rock formation. Sand and other particles are added to the water as a proppant to keep the fractures in the rock open, thus enabling the gas to flow into the casing and then to the surface. Chemicals are added to the fluid to perform such functions as reducing friction and inhibiting corrosion. After the «frack», oil or gas is extracted and 30–70% of the frack fluid, i.e. the mixture of water, chemicals, sand, etc., flows back to the surface. Many gas-bearing formations also contain water, which will flow up the wellbore to the surface along with the gas, in both hydraulically fractured and non-hydraulically fractured wells. This produced water often has a high content of salt and other dissolved minerals that occur in the formation.^[123]

The volume of water used to hydraulically fracture wells varies according to the hydraulic fracturing technique. In the United States, the average volume of water used per hydraulic fracture has been reported as nearly 7,375 gallons for vertical oil and gas wells prior to 1953, nearly 197,000 gallons for vertical oil and gas wells between 2000 and 2010, and nearly 3 million gallons for horizontal gas wells between 2000 and 2010.^[124]

Determining which fracking technique is appropriate for well productivity depends largely on the properties of the reservoir rock from which to extract oil or gas. If the rock is characterized by low-permeability – which refers to its ability to let substances, i.e. gas, pass through it, then the rock may be considered a source of tight gas.^[125] Fracking for shale gas, which is currently also known as a source of unconventional gas, involves drilling a borehole vertically until it reaches a lateral shale rock formation, at which point the drill turns to follow the rock for hundreds or thousands of feet horizontally.^[126] In contrast, conventional oil and gas sources are characterized by higher rock permeability, which naturally enables the flow of oil or gas into the wellbore with less intensive hydraulic fracturing techniques than the production of tight gas has required.^[127][128] The decades in development of drilling technology for conventional and unconventional oil and gas production have not only improved access to natural gas in low-permeability reservoir rocks, but also posed significant adverse impacts on environmental and public health.^{[129][130][131][132]}

The US EPA has acknowledged that toxic, carcinogenic chemicals, i.e. benzene and ethylbenzene, have been used as gelling agents in water and chemical mixtures for high volume horizontal fracturing (HVHF).^[133] Following the hydraulic fracture in HVHF, the water, chemicals, and frack fluid that return to the well’s surface, called flowback or produced water, may contain radioactive materials, heavy metals, natural salts, and hydrocarbons which exist naturally in shale rock formations.^[134] Fracking chemicals, radioactive materials, heavy metals, and salts that are removed from the HVHF well by well operators are so difficult to remove from the water they are mixed with, and would so heavily pollute the water cycle, that most of the flowback is either recycled into other fracking operations or injected into deep underground wells, eliminating the water that HVHF required from the hydrologic cycle.^[135]

Historically low gas prices have delayed the nuclear renaissance, as well as the development of solar thermal energy.^[136]

Added odor[edit]

Natural gas in its native state is colorless and almost odorless. In order to assist consumers in detecting leaks, an odorizer with a scent similar to rotten eggs, tert-Butylthiol (t-butyl mercaptan), is added. Sometimes a related compound, thiophane, may be used in the mixture. Situations in which an odorant that is added to natural gas can be detected by analytical instrumentation, but cannot be properly detected by an observer with a normal sense of smell, have occurred in the natural gas industry. This is caused by odor masking, when one odorant overpowers the sensation of another. As of 2011, the industry is conducting research on the causes of odor masking.^{[137][needs update]}

Risk of explosion[edit]

Explosions caused by natural gas leaks occur a few times each year. Individual homes, small businesses and other structures are most frequently affected when an internal leak builds up gas inside the structure. Leaks often result from excavation work, such as when contractors dig and strike pipelines, sometimes without knowing any damage resulted. Frequently, the blast is powerful enough to significantly damage a building but leave it standing. In these cases, the people inside tend to have minor to moderate injuries. Occasionally, the gas can collect in high enough quantities to cause a deadly explosion, destroying one or more buildings in the process. Many building codes now forbid the installation of gas pipes inside cavity walls or below floor boards to mitigate against this risk. Gas usually dissipates readily outdoors, but can sometimes collect in dangerous quantities if flow rates are high enough.^[138] However, considering the tens of millions of structures that use the fuel, the individual risk of using natural gas is low.

Risk of carbon monoxide inhalation[edit]

Natural gas heating systems may cause carbon monoxide poisoning if unvented or poorly vented. Improvements in natural gas furnace designs have greatly reduced CO poisoning concerns. Detectors are also available that warn of carbon monoxide or explosive gases such as methane and propane.^[139]

Energy content, statistics, and pricing[edit]

This section needs to be updated. Please help update this article to reflect recent events or newly available information. (October 2022)

Quantities of natural gas are measured in standard cubic meters (cubic meter of gas at temperature 15 °C (59 °F) and pressure 101.325 kPa (14.6959 psi)) or standard cubic feet (cubic foot of gas at temperature 60.0 °F and pressure 14.73 psi (101.6 kPa)), 1 standard cubic meter = 35.301 standard cubic feet. The gross heat of combustion of commercial quality natural gas is around 39 MJ/m³ (0.31 kWh/cu ft), but this can vary by several percent. This is about 50 to 54 MJ/kg depending on the density.^[140][141] For comparison, the heat of combustion of pure methane is 37.7 MJ per standard cubic metre, or 55.5 MJ/kg.

Except in the European Union, the U.S., and Canada, natural gas is sold in gigajoule retail units. LNG (liquefied natural gas) and LPG (liquefied petroleum gas) are traded in metric tonnes (1,000 kg) or million BTU as spot deliveries. Long term natural gas distribution contracts are signed in cubic meters, and LNG contracts are in metric tonnes. The LNG and LPG is transported by specialized transport ships, as the gas is liquified at cryogenic temperatures. The specification of each LNG/LPG cargo will usually contain the energy content, but this information is in general not available to the public. The European Union aims to cut its gas dependency on Russia by two-thirds in 2022.^[142]

In August 2015, possibly the largest natural gas discovery in history was made and notified by an Italian gas company ENI. The energy company indicated that it has unearthed a «supergiant» gas field in the Mediterranean Sea covering about 40 square miles (100 km²). This was named the Zohr gas field and could hold a potential 30 trillion cubic feet (850 billion cubic meters) of natural gas. ENI said that the energy is about 5.5 billion barrels of oil equivalent [BOE] (3.4×10¹⁰ GJ). The Zohr field was found in the deep waters off the northern coast of Egypt and ENI claims that it will be the largest ever in the Mediterranean and even the world.^[143]

European Union[edit]

Gas prices for end users vary greatly across the EU.^[144] A single European energy market, one of the key objectives of the EU, should level the prices of gas in all EU member states. Moreover, it would help to resolve supply and global warming issues,^[145] as well as strengthen relations with other Mediterranean countries and foster investments in the region.^[146] Qatar has been asked by the US to supply emergency gas to the EU in case of supply disruptions in the Russo-Ukrainian crisis.^[147]

United States[edit]

In US units, one standard cubic foot (28 L) of natural gas produces around 1,028 British thermal units (1,085 kJ). The actual heating value when the water formed does not condense is the net heat of combustion and can be as much as 10% less.^[148]

In the United States, retail sales are often in units of therms (th); 1 therm = 100,000 BTU. Gas sales to domestic consumers are often in units of 100 standard cubic feet (scf). Gas meters measure the volume of gas used, and this is converted to therms by multiplying the volume by the energy content of the gas used during that period, which varies slightly over time. The typical annual consumption of a single family residence is 1,000 therms or one Residential Customer Equivalent (RCE). Wholesale transactions are generally done in decatherms (Dth), thousand decatherms (MDth), or million decatherms (MMDth). A million decatherms is a trillion BTU, roughly a billion cubic feet of natural gas.

The price of natural gas varies greatly depending on location and type of consumer. The typical caloric value of natural gas is roughly 1,000 BTU per cubic foot, depending on gas composition. Natural gas in the United States is traded as a futures contract on the New York Mercantile Exchange. Each contract is for 10,000 million BTU or 10 billion BTU (10,551 GJ). Thus, if the price of gas is $10/million BTU on the NYMEX, the contract is worth $100,000.

Canada[edit]

Canada uses metric measure for internal trade of petrochemical products. Consequently, natural gas is sold by the gigajoule (GJ), cubic meter (m³) or thousand cubic meters (E3m3). Distribution infrastructure and meters almost always meter volume (cubic foot or cubic meter). Some jurisdictions, such as Saskatchewan, sell gas by volume only. Other jurisdictions, such as Alberta, gas is sold by the energy content (GJ). In these areas, almost all meters for residential and small commercial customers measure volume (m³ or ft³), and billing statements include a multiplier to convert the volume to energy content of the local gas supply.

A gigajoule (GJ) is a measure approximately equal to 80 litres (0.5 barrels) of oil, or 28 m³ or 1,000 cu ft or 1 million BTUs of gas. The energy content of gas supply in Canada can vary from 37 to 43 MJ/m³ (990 to 1,150 BTU/cu ft) depending on gas supply and processing between the wellhead and the customer.

Adsorbed natural gas (ANG)[edit]

Natural gas may be stored by adsorbing it to the porous solids called sorbents. The optimal condition for methane storage is at room temperature and atmospheric pressure. Pressures up to 4 MPa (about 40 times atmospheric pressure) will yield greater storage capacity. The most common sorbent used for ANG is activated carbon (AC), primarily in three forms: Activated Carbon Fiber (ACF), Powdered Activated Carbon (PAC), and activated carbon monolith.^[149]

See also[edit]

• Associated petroleum gas
• Energy transition
• Gas oil ratio
• Natural gas by country
• Peak gas
• Power to gas
• Renewable natural gas
• World energy resources and consumption

References[edit]

Further reading[edit]

• Blanchard, Charles (2020). The Extraction State: A History of Natural Gas in America. U of Pittsburgh Press. online review.

External links[edit]

• Global Fossil Infrastructure Tracker
• Carbon Mapper Data Portal featuring methane point source data

Natural gas (also called fossil gas or simply gas) is a naturally occurring mixture of gaseous hydrocarbons consisting primarily of methane in addition to various smaller amounts of other higher alkanes. Low levels of trace gases like carbon dioxide, nitrogen, hydrogen sulfide, and helium are also usually present.^[1] Natural gas is colorless and odorless, so odorizers such as mercaptan (which smells like sulfur or rotten eggs) are commonly added to natural gas supplies for safety so that leaks can be readily detected.^[2]

Natural gas is a fossil fuel and non-renewable resource that is formed when layers of organic matter (primarily marine microorganisms)^[3] decompose under anaerobic conditions and are subjected to intense heat and pressure underground over millions of years.^[4] The energy that the decayed organisms originally obtained from the sun via photosynthesis is stored as chemical energy within the molecules of methane and other hydrocarbons.^[5]

Natural gas can be burned for heating, cooking,^[6] and electricity generation. It is also used as a chemical feedstock in the manufacture of plastics and other commercially important organic chemicals and less commonly used as a fuel for vehicles.

The extraction and consumption of natural gas is a major and growing contributor to climate change.^[7][8][9] Both the gas itself (specifically methane) and carbon dioxide, which is released when natural gas is burned, are greenhouse gases.^[10][11] When burned for heat or electricity, natural gas emits fewer toxic air pollutants, less carbon dioxide, and almost no particulate matter compared to other fossil and biomass fuels.^[12] However, gas venting and unintended fugitive emissions throughout the supply chain can result in natural gas having a similar carbon footprint to other fossil fuels overall.^[13]

Natural gas can be found in underground geological formations, often alongside other fossil fuels like coal and oil (petroleum). Most natural gas has been created through either biogenic or thermogenic processes. Biogenic gas is formed when methanogenic organisms in marshes, bogs, landfills, and shallow sediments anaerobically decompose but are not subjected to high temperatures and pressures. Thermogenic gas takes a much longer period of time to form and is created when organic matter is heated and compressed deep underground.^[14][4]

During petroleum production, natural gas is sometimes flared rather than being collected and used. Before natural gas can be burned as a fuel or used in manufacturing processes, it almost always has to be processed to remove impurities such as water. The byproducts of this processing include ethane, propane, butanes, pentanes, and higher molecular weight hydrocarbons. Hydrogen sulfide (which may be converted into pure sulfur), carbon dioxide, water vapor, and sometimes helium and nitrogen must also be removed.

Natural gas is sometimes informally referred to simply as «gas», especially when it is being compared to other energy sources, such as oil or coal. However, it is not to be confused with gasoline, which is often shortened in colloquial usage to «gas», especially in North America.^[15]

Natural gas is measured in standard cubic meters or standard cubic feet. The density compared to air ranges from 0.58 (16.8 g/mole, 0.71 kg per standard cubic meter) to as high as 0.79 (22.9 g/mole, 0.97 kg per scm), but generally less than 0.64 (18.5 g/mole, 0.78 kg per scm).^[16] For comparison, pure methane (16.0425 g/mole) has a density 0.5539 times that of air (0.678 kg per standard cubic meter).

History[edit]

Natural gas can come out of the ground and cause a long-burning fire. In ancient Greece, the gas flames at Mount Chimaera contributed to the legend of the fire-breathing creature Chimera. In ancient China, gas resulting from the drilling for brines was first used by about 400 BC.^[17] The Chinese transported gas seeping from the ground in crude pipelines of bamboo to where it was used to boil salt water to extract the salt in the Ziliujing District of Sichuan.^[18][19]

The discovery and identification of natural gas in the Americas happened in 1626. In 1821, William Hart successfully dug the first natural gas well at Fredonia, New York, United States, which led to the formation of the Fredonia Gas Light Company. The city of Philadelphia created the first municipally owned natural gas distribution venture in 1836.^[20] By 2009, 66,000 km³ (16,000 mi³) (or 8%) had been used out of the total 850,000 km³ (200,000 mi³) of estimated remaining recoverable reserves of natural gas.^[21]

Sources[edit]

Natural gas[edit]

In the 19th century, natural gas was primarily obtained as a by-product of producing oil. The small, light gas carbon chains came out of solution as the extracted fluids underwent pressure reduction from the reservoir to the surface, similar to uncapping a soft drink bottle where the carbon dioxide effervesces. The gas was often viewed as a by-product, a hazard, and a disposal problem in active oil fields. The large volumes produced could not be used until relatively expensive pipeline and storage facilities were constructed to deliver the gas to consumer markets.

Until the early part of the 20th century, most natural gas associated with oil was either simply released or burned off at oil fields. Gas venting and production flaring are still practised in modern times, but efforts are ongoing around the world to retire them, and to replace them with other commercially viable and useful alternatives.^[22][23] Unwanted gas (or stranded gas without a market) is often returned to the reservoir with ‘injection’ wells while awaiting a possible future market or to re-pressurize the formation, which can enhance oil extraction rates from other wells. In regions with a high natural gas demand (such as the US), pipelines are constructed when it is economically feasible to transport gas from a wellsite to an end consumer.

In addition to transporting gas via pipelines for use in power generation, other end uses for natural gas include export as liquefied natural gas (LNG) or conversion of natural gas into other liquid products via gas to liquids (GTL) technologies. GTL technologies can convert natural gas into liquids products such as gasoline, diesel or jet fuel. A variety of GTL technologies have been developed, including Fischer–Tropsch (F–T), methanol to gasoline (MTG) and syngas to gasoline plus (STG+). F–T produces a synthetic crude that can be further refined into finished products, while MTG can produce synthetic gasoline from natural gas. STG+ can produce drop-in gasoline, diesel, jet fuel and aromatic chemicals directly from natural gas via a single-loop process.^[24] In 2011, Royal Dutch Shell’s 140,000 barrels (22,000 m³) per day F–T plant went into operation in Qatar.^[25]

Natural gas can be «associated» (found in oil fields), or «non-associated» (isolated in natural gas fields), and is also found in coal beds (as coalbed methane).^[26] It sometimes contains a significant amount of ethane, propane, butane, and pentane—heavier hydrocarbons removed for commercial use prior to the methane being sold as a consumer fuel or chemical plant feedstock. Non-hydrocarbons such as carbon dioxide, nitrogen, helium (rarely), and hydrogen sulfide must also be removed before the natural gas can be transported.^[27]

Natural gas extracted from oil wells is called casinghead gas (whether or not truly produced up the annulus and through a casinghead outlet) or associated gas. The natural gas industry is extracting an increasing quantity of gas from challenging, unconventional resource types: sour gas, tight gas, shale gas, and coalbed methane.

There is some disagreement on which country has the largest proven gas reserves. Sources that consider that Russia has by far the largest proven reserves include the US Central Intelligence Agency (47,600 km³)^[28] and Energy Information Administration (47,800 km³),^[29][30] as well as the Organization of Petroleum Exporting Countries (48,700 km³).^[31] Contrarily, BP credits Russia with only 32,900 km³,^[32] which would place it in second, slightly behind Iran (33,100 to 33,800 km³, depending on the source).

It is estimated that there are about 900,000 km³ of «unconventional» gas such as shale gas, of which 180,000 km³ may be recoverable.^[33] In turn, many studies from MIT, Black & Veatch and the US Department of Energy predict that natural gas will account for a larger portion of electricity generation and heat in the future.^{[34][better source needed]}

The world’s largest gas field is the offshore South Pars / North Dome Gas-Condensate field, shared between Iran and Qatar. It is estimated to have 51,000 cubic kilometers (12,000 cu mi) of natural gas and 50 billion barrels (7.9 billion cubic meters) of natural gas condensates.

Because natural gas is not a pure product, as the reservoir pressure drops when non-associated gas is extracted from a field under supercritical (pressure/temperature) conditions, the higher molecular weight components may partially condense upon isothermic depressurizing—an effect called retrograde condensation. The liquid thus formed may get trapped as the pores of the gas reservoir get depleted. One method to deal with this problem is to re-inject dried gas free of condensate to maintain the underground pressure and to allow re-evaporation and extraction of condensates. More frequently, the liquid condenses at the surface, and one of the tasks of the gas plant is to collect this condensate. The resulting liquid is called natural gas liquid (NGL) and has commercial value.

Shale gas[edit]

Shale gas is natural gas produced from shale. Because shale has matrix permeability too low to allow gas to flow in economical quantities, shale gas wells depend on fractures to allow the gas to flow. Early shale gas wells depended on natural fractures through which gas flowed; almost all shale gas wells today require fractures artificially created by hydraulic fracturing. Since 2000, shale gas has become a major source of natural gas in the United States and Canada.^[35] Because of increased shale gas production the United States was in 2014 the number one natural gas producer in the world.^[36] The production of shale gas in the United States has been described as a «shale gas revolution» and as «one of the landmark events in the 21st century.»^[37]

Following the increased production in the United States, shale gas exploration is beginning in countries such as Poland, China, and South Africa.^[38][39][40] Chinese geologists have identified the Sichuan Basin as a promising target for shale gas drilling, because of the similarity of shales to those that have proven productive in the United States. Production from the Wei-201 well is between 10,000 and 20,000 m³ per day.^[41] In late 2020, China National Petroleum Corporation claimed daily production of 20 million cubic meters of gas from its Changning-Weiyuan demonstration zone.^{[42][unreliable source?]}

Town gas[edit]

Town gas is a flammable gaseous fuel made by the destructive distillation of coal. It contains a variety of calorific gases including hydrogen, carbon monoxide, methane, and other volatile hydrocarbons, together with small quantities of non-calorific gases such as carbon dioxide and nitrogen, and was used in a similar way to natural gas. This is a historical technology and is not usually economically competitive with other sources of fuel gas today.

Most town «gashouses» located in the eastern US in the late 19th and early 20th centuries were simple by-product coke ovens that heated bituminous coal in air-tight chambers. The gas driven off from the coal was collected and distributed through networks of pipes to residences and other buildings where it was used for cooking and lighting. (Gas heating did not come into widespread use until the last half of the 20th century.) The coal tar (or asphalt) that collected in the bottoms of the gashouse ovens was often used for roofing and other waterproofing purposes, and when mixed with sand and gravel was used for paving streets.

Crystallized natural gas – clathrates[edit]

Huge quantities of natural gas (primarily methane) exist in the form of clathrates under sediment on offshore continental shelves and on land in arctic regions that experience permafrost, such as those in Siberia. Hydrates require a combination of high pressure and low temperature to form.

In 2013, Japan Oil, Gas and Metals National Corporation (JOGMEC) announced that they had recovered commercially relevant quantities of natural gas from methane hydrate.^[43]

Processing[edit]

The image below is a schematic block flow diagram of a typical natural gas processing plant. It shows the various unit processes used to convert raw natural gas into sales gas pipelined to the end user markets.

The block flow diagram also shows how processing of the raw natural gas yields byproduct sulfur, byproduct ethane, and natural gas liquids (NGL) propane, butanes and natural gasoline (denoted as pentanes +).^{[44][45][46][47]}

Demand[edit]

As of mid-2020, natural gas production in the US had peaked three times, with current levels exceeding both previous peaks. It reached 24.1 trillion cubic feet per year in 1973, followed by a decline, and reached 24.5 trillion cubic feet in 2001. After a brief drop, withdrawals increased nearly every year since 2006 (owing to the shale gas boom), with 2017 production at 33.4 trillion cubic feet and 2019 production at 40.7 trillion cubic feet. After the third peak in December 2019, extraction continued to fall from March onward due to decreased demand caused by the COVID-19 pandemic in the US.^[48]

The 2021 global energy crisis was driven by a global surge in demand as the world quit the economic recession caused by COVID-19, particularly due to strong energy demand in Asia.^[49]

Storage and transport[edit]

This section needs to be updated. The reason given is: change in transport from Russia. Please help update this article to reflect recent events or newly available information. (May 2022)

Because of its low density, it is not easy to store natural gas or to transport it by vehicle. Natural gas pipelines are impractical across oceans, since the gas needs to be cooled down and compressed, as the friction in the pipeline causes the gas to heat up. Many existing pipelines in the US are close to reaching their capacity, prompting some politicians representing northern states to speak of potential shortages. The large trade cost implies that natural gas markets are globally much less integrated, causing significant price differences across countries. In Western Europe, the gas pipeline network is already dense.^{[51][better source needed][full citation needed]} New pipelines are planned or under construction in Eastern Europe and between gas fields in Russia, Near East and Northern Africa and Western Europe.^{[citation needed]}

Whenever gas is bought or sold at custody transfer points, rules and agreements are made regarding the gas quality. These may include the maximum allowable concentration of CO
₂, H
₂S and H
₂O. Usually sales quality gas that has been treated to remove contamination is traded on a «dry gas» basis and is required to be commercially free from objectionable odours, materials, and dust or other solid or liquid matter, waxes, gums and gum forming constituents, which might damage or adversely affect operation of equipment downstream of the custody transfer point.

LNG carriers transport liquefied natural gas (LNG) across oceans, while tank trucks can carry liquefied or compressed natural gas (CNG) over shorter distances.^[52] Sea transport using CNG carrier ships that are now under development may be competitive with LNG transport in specific conditions.^{[citation needed]}

Gas is turned into liquid at a liquefaction plant, and is returned to gas form at regasification plant at the terminal. Shipborne regasification equipment is also used. LNG is the preferred form for long distance, high volume transportation of natural gas, whereas pipeline is preferred for transport for distances up to 4,000 km (2,500 mi) over land and approximately half that distance offshore.

CNG is transported at high pressure, typically above 200 bars (20,000 kPa; 2,900 psi). Compressors and decompression equipment are less capital intensive and may be economical in smaller unit sizes than liquefaction/regasification plants. Natural gas trucks and carriers may transport natural gas directly to end-users, or to distribution points such as pipelines.

In the past, the natural gas which was recovered in the course of recovering petroleum could not be profitably sold, and was simply burned at the oil field in a process known as flaring. Flaring is now illegal in many countries.^[53] Additionally, higher demand in the last 20–30 years has made production of gas associated with oil economically viable. As a further option, the gas is now sometimes re-injected into the formation for enhanced oil recovery by pressure maintenance as well as miscible or immiscible flooding. Conservation, re-injection, or flaring of natural gas associated with oil is primarily dependent on proximity to markets (pipelines), and regulatory restrictions.

Natural gas can be indirectly exported through the absorption in other physical output. A recent study suggests that the expansion of shale gas production in the US has caused prices to drop relative to other countries. This has caused a boom in energy intensive manufacturing sector exports, whereby the average dollar unit of US manufacturing exports has almost tripled its energy content between 1996 and 2012.^[54]

A «master gas system» was invented in Saudi Arabia in the late 1970s, ending any necessity for flaring. Satellite and nearby infra-red camera observations, however, shows that flaring^{[55][56][57][58]} and venting^[59] are still happening in some countries.

Natural gas is used to generate electricity and heat for desalination. Similarly, some landfills that also discharge methane gases have been set up to capture the methane and generate electricity.

Natural gas is often stored underground [references about geological storage needed]inside depleted gas reservoirs from previous gas wells, salt domes, or in tanks as liquefied natural gas. The gas is injected in a time of low demand and extracted when demand picks up. Storage nearby end users helps to meet volatile demands, but such storage may not always be practicable.

With 15 countries accounting for 84% of the worldwide extraction, access to natural gas has become an important issue in international politics, and countries vie for control of pipelines.^[60] In the first decade of the 21st century, Gazprom, the state-owned energy company in Russia, engaged in disputes with Ukraine and Belarus over the price of natural gas, which have created concerns that gas deliveries to parts of Europe could be cut off for political reasons.^[61] The United States is preparing to export natural gas.^[62]

Floating liquefied natural gas[edit]

Floating liquefied natural gas (FLNG) is an innovative technology designed to enable the development of offshore gas resources that would otherwise remain untapped due to environmental or economic factors which currently make them impractical to develop via a land-based LNG operation. FLNG technology also provides a number of environmental and economic advantages:

• Environmental – Because all processing is done at the gas field, there is no requirement for long pipelines to shore, compression units to pump the gas to shore, dredging and jetty construction, and onshore construction of an LNG processing plant, which significantly reduces the environmental footprint.^[63] Avoiding construction also helps preserve marine and coastal environments. In addition, environmental disturbance will be minimised during decommissioning because the facility can easily be disconnected and removed before being refurbished and re-deployed elsewhere.
• Economic – Where pumping gas to shore can be prohibitively expensive, FLNG makes development economically viable. As a result, it will open up new business opportunities for countries to develop offshore gas fields that would otherwise remain stranded, such as those offshore East Africa.^[64]

Many gas and oil companies are considering the economic and environmental benefits of floating liquefied natural gas (FLNG). There are currently projects underway to construct five FLNG facilities. Petronas is close to completion on their FLNG-1^[65] at Daewoo Shipbuilding and Marine Engineering and are underway on their FLNG-2 project^[66] at Samsung Heavy Industries. Shell Prelude is due to start production 2017.^[67] The Browse LNG project will commence FEED in 2019.^[68]

Uses[edit]

Natural gas is primarily used in the northern hemisphere. North America and Europe are major consumers.

Often well head gases require removal of various hydrocarbon molecules contained within the gas. Some of these gases include heptane, pentane, propane and other hydrocarbons with molecular weights above methane (CH
₄). The natural gas transmission lines extend to the natural gas processing plant or unit which removes the higher-molecular weight hydrocarbons to produce natural gas with energy content between 35–39 megajoules per cubic metre (950–1,050 British thermal units per cubic foot). The processed natural gas may then be used for residential, commercial and industrial uses.

Mid-stream natural gas[edit]

Natural gas flowing in the distribution lines is called mid-stream natural gas and is often used to power engines which rotate compressors. These compressors are required in the transmission line to pressurize and repressurize the mid-stream natural gas as the gas travels. Typically, natural gas powered engines require 35–39 MJ/m³ (950–1,050 BTU/cu ft) natural gas to operate at the rotational name plate specifications.^[69] Several methods are used to remove these higher molecular weighted gases for use by the natural gas engine. A few technologies are as follows:

• Joule–Thomson skid
• Cryogenic or chiller system
• Chemical enzymology system^[69]

Power generation[edit]

Domestic use[edit]

Natural gas dispensed in a residential setting can generate temperatures in excess of 1,100 °C (2,000 °F) making it a powerful domestic cooking and heating fuel.^[71] In much of the developed world it is supplied through pipes to homes, where it is used for many purposes including ranges and ovens, heating/cooling, and central heating.^[72] Heaters in homes and other buildings may include boilers, furnaces, and water heaters. Both North America and Europe are major consumers of natural gas.

Domestic appliances, furnaces, and boilers use low pressure, usually with a standard preassure around 1.7 kilopascals (0.25 psi) over atmospheric preassure. The pressures in the supply lines vary, either the standard utilization pressure (UP) mentioned above or elevated pressure (EP), which may be anywhere from 7 to 800 kilopascals (1 to 120 psi) over atmospheric preassure. Systems using EP have a regulator at the service entrance to step down the pressure to UP.^{[citation needed]}

Natural Gas Piping Systems inside buildings are often designed with pressures of 14 to 34 kilopascals (2 to 5 psi), and have downstream pressure regulators to reduce pressure as needed. The maximum allowable operating pressure for natural gas piping systems within a building is based on NFPA 54: National^{[clarification needed]} Fuel Gas Code, except when approved by the Public Safety Authority or when insurance companies have more stringent requirements.{{

Generally, natural gas system pressures are not allowed to exceed 5 psig (34.5 kPa) unless all of the following conditions are met:

• The AHJ will allow a higher pressure.
• The distribution pipe is welded. (Note: 2. Some jurisdictions may also require that welded joints be radiographed to verify continuity).
• The pipes are closed for protection and placed in a ventilated area that does not allow gas accumulation.
• The pipe is installed in the areas used for industrial processes, research, storage or mechanical equipment rooms.

Generally, a maximum liquefied petroleum gas pressure of 20 psig (138 kPa) is allowed, provided the building is used specifically for industrial or research purposes and is constructed in accordance with NFPA 58: Liquefied Petroleum Gas Code, Chapter 7.^[73]

A seismic earthquake valve operating at a pressure of 55 psig (3.7 bar) can stop the flow of natural gas into the site wide natural gas distribution piping network (that runs (outdoors underground, above building roofs, and or within the upper supports of a canopy roof). Seismic earthquake valves are designed for use at a maximum of 60 psig.^[74][75]

In Australia, natural gas is transported from gas processing facilities to regulator stations via Transmission pipelines. Gas is then regulated down to distributed pressures and the gas is distributed around a gas network via gas mains. Small branches from the network, called services, connect individual domestic dwellings, or multi-dwelling buildings to the network. The networks typically range in pressures from 7 kPa (low pressure) to 515 kPa (high pressure). Gas is then regulated down to 1.1 kPa or 2.75 kPa, before being metered and passed to the consumer for domestic use.^[76] Natural gas mains are made from a variety of materials: historically cast iron, though more modern mains are made from steel or polyethylene.

In the US compressed natural gas (CNG) is available in some rural areas as an alternative to less expensive and more abundant LPG (liquefied petroleum gas), the dominant source of rural gas. It is used in homes lacking direct connections to public utility provided gas, or to fuel portable grills. Natural gas is also supplied by independent natural gas suppliers through Natural Gas Choice programs^{[clarification needed]} throughout the United States.

Transportation[edit]

CNG is a cleaner and also cheaper alternative to other automobile fuels such as gasoline (petrol).^[77] By the end of 2014, there were over 20 million natural gas vehicles worldwide, led by Iran (3.5 million), China (3.3 million), Pakistan (2.8 million), Argentina (2.5 million), India (1.8 million), and Brazil (1.8 million).^[78] The energy efficiency is generally equal to that of gasoline engines, but lower compared with modern diesel engines. Gasoline/petrol vehicles converted to run on natural gas suffer because of the low compression ratio of their engines, resulting in a cropping of delivered power while running on natural gas (10–15%). CNG-specific engines, however, use a higher compression ratio due to this fuel’s higher octane number of 120–130.^[79]

Besides use in road vehicles, CNG can also be used in aircraft.^[80] Compressed natural gas has been used in some aircraft like the Aviat Aircraft Husky 200 CNG^[81] and the Chromarat VX-1 KittyHawk^[82]

LNG is also being used in aircraft. Russian aircraft manufacturer Tupolev for instance is running a development program to produce LNG- and hydrogen-powered aircraft.^[83] The program has been running since the mid-1970s, and seeks to develop LNG and hydrogen variants of the Tu-204 and Tu-334 passenger aircraft, and also the Tu-330 cargo aircraft. Depending on the current market price for jet fuel and LNG, fuel for an LNG-powered aircraft could cost 5,000 rubles (US$100) less per tonne, roughly 60%, with considerable reductions to carbon monoxide, hydrocarbon and nitrogen oxide emissions.^{[citation needed]}

The advantages of liquid methane as a jet engine fuel are that it has more specific energy than the standard kerosene mixes do and that its low temperature can help cool the air which the engine compresses for greater volumetric efficiency, in effect replacing an intercooler. Alternatively, it can be used to lower the temperature of the exhaust.^{[citation needed]}

Fertilizers[edit]

Natural gas is a major feedstock for the production of ammonia, via the Haber process, for use in fertilizer production.^[72][84] The development of synthetic nitrogen fertilizer has significantly supported global population growth — it has been estimated that almost half the people on the Earth are currently fed as a result of synthetic nitrogen fertilizer use.^[85][86]

Hydrogen[edit]

Natural gas can be used to produce hydrogen, with one common method being the hydrogen reformer. Hydrogen has many applications: it is a primary feedstock for the chemical industry, a hydrogenating agent, an important commodity for oil refineries, and the fuel source in hydrogen vehicles.

Animal and fish feed[edit]

Protein rich animal and fish feed is produced by feeding natural gas to Methylococcus capsulatus bacteria on commercial scale.^[87][88][89]

Other[edit]

Natural gas is also used in the manufacture of fabrics, glass, steel, plastics, paint, synthetic oil, and other products.^[90] The first step in the valorization of natural gas components is usually the^{[clarification needed]} of the alkane into olefin. The oxidative dehydrogenation of ethane leads to ethylene, which can be converted forther to ethylene epoxide, ethylene glycol, acetaldehyde or other olefins. Propane can be converted to propylene or can be oxidized to acrylic acid and acrylonitrile.

Environmental effects[edit]

Greenhouse effect and natural gas release[edit]

Human activity is responsible for about 60% of all methane emissions and for most of the resulting increase in atmospheric methane.^[92][93][94] Natural gas is intentionally released or is otherwise known to leak during the extraction, storage, transportation, and distribution of fossil fuels. Globally, methane accounts for an estimated 33% of anthropogenic greenhouse gas warming.^[95] The decomposition of municipal solid waste (a source of landfill gas) and wastewater account for an additional 18% of such emissions. These estimates include substantial uncertainties^[96] which should be reduced in the near future with improved satellite measurements, such as those planned for MethaneSAT.^[11]

After release to the atmosphere, methane is removed by gradual oxidation to carbon dioxide and water by hydroxyl radicals (OH⁻
) formed in the troposphere or stratosphere, giving the overall chemical reaction CH
₄ + 2O
₂ → CO
₂ + 2H
₂O.^[97][98] While the lifetime of atmospheric methane is relatively short when compared to carbon dioxide,^[99] with a half-life of about 7 years, it is more efficient at trapping heat in the atmosphere, so that a given quantity of methane has 84 times the global-warming potential of carbon dioxide over a 20-year period and 28 times over a 100-year period. Natural gas is thus a potent greenhouse gas due to the strong radiative forcing of methane in the short term, and the continuing effects of carbon dioxide in the longer term.^[94]

Targeted efforts to reduce warming quickly by reducing anthropogenic methane emissions is a climate change mitigation strategy supported by the Global Methane Initiative.^[95]

Greenhouse gas emissions[edit]

When refined and burned, natural gas can produce 25–30% less carbon dioxide per joule delivered than oil, and 40–45% less than coal.^[100] It can also produce potentially fewer toxic pollutants than other hydrocarbon fuels.^[100][101] However, compared to other major fossil fuels, natural gas causes more emissions in relative terms during the production and transportation of the fuel, meaning that the life cycle greenhouse gas emissions are about 50% higher than the direct emissions from the site of consumption.^[102][103]

In terms of the warming effect over 100 years, natural gas production and use comprises about one fifth of human greenhouse gas emissions, and this contribution is growing rapidly. Globally, natural gas use emitted about 7.8 billion tons of CO
₂ in 2020 (including flaring), while coal and oil use emitted 14.4 and 12 billion tons, respectively.^[104] The IEA estimates the energy sector (oil, natural gas, coal and bioenergy) to be responsible for about 40% of human methane emissions.^[105] According to the IPCC Sixth Assessment Report, natural gas consumption grew by 15% between 2015 and 2019, compared to a 5% increase in oil and oil product consumption.^[106]

The continued financing and construction of new gas pipelines indicates that huge emissions of fossil greenhouse gases could be locked-in for 40 to 50 years into the future.^[107] In the U.S. state of Texas alone, five new long-distance gas pipelines have been under construction, with the first entering service in 2019,^[108] and the others scheduled to come online during 2020–2022.^[109]: 23

To reduce its greenhouse emissions, the Netherlands is subsidizing a transition away from natural gas for all homes in the country by 2050. In Amsterdam, no new residential gas accounts have been allowed since 2018, and all homes in the city are expected to be converted by 2040 to use the excess heat from adjacent industrial buildings and operations.^[110]
Some cities in the United States have started prohibiting gas hookups for new houses, with state laws passed and under consideration to either require electrification or prohibit local requirements.^[111] The UK government is also experimenting with alternative home heating technologies to meet its climate goals.^[112] To preserve their businesses, natural gas utilities in the United States have been lobbying for laws preventing local electrification ordinances, and are promoting renewable natural gas and hydrogen fuel.^[113]

Other pollutants[edit]

Although natural gas produces far lower amounts of sulfur dioxide and nitrogen oxides (NOx) than other fossil fuels,^[101] NOx from burning natural gas in homes can be a health hazard.^[114]

Radionuclides[edit]

Natural gas extraction also produces radioactive isotopes of polonium (Po-210), lead (Pb-210) and radon (Rn-220). Radon is a gas with initial activity from 5 to 200,000 becquerels per cubic meter of gas. It decays rapidly to Pb-210 which can build up as a thin film in gas extraction equipment.^[115]

Safety concerns[edit]

The natural gas extraction workforce face unique health and safety challenges.^[116][117]

Production[edit]

Some gas fields yield sour gas containing hydrogen sulfide (H
₂S), a toxic compound when inhaled. Amine gas treating, an industrial scale process which removes acidic gaseous components, is often used to remove hydrogen sulfide from natural gas.^[118]

Extraction of natural gas (or oil) leads to decrease in pressure in the reservoir. Such decrease in pressure in turn may result in subsidence, sinking of the ground above. Subsidence may affect ecosystems, waterways, sewer and water supply systems, foundations, and so on.^[119]

Fracking[edit]

Releasing natural gas from subsurface porous rock formations may be accomplished by a process called hydraulic fracturing or «fracking». Since the first commercial hydraulic fracturing operation in 1949, approximately one million wells have been hydraulically fractured in the United States.^[120] The production of natural gas from hydraulically fractured wells has used the technological developments of directional and horizontal drilling, which improved access to natural gas in tight rock formations.^[121] Strong growth in the production of unconventional gas from hydraulically fractured wells occurred between 2000 and 2012.^[122]

In hydraulic fracturing, well operators force water mixed with a variety of chemicals through the wellbore casing into the rock. The high pressure water breaks up or «fracks» the rock, which releases gas from the rock formation. Sand and other particles are added to the water as a proppant to keep the fractures in the rock open, thus enabling the gas to flow into the casing and then to the surface. Chemicals are added to the fluid to perform such functions as reducing friction and inhibiting corrosion. After the «frack», oil or gas is extracted and 30–70% of the frack fluid, i.e. the mixture of water, chemicals, sand, etc., flows back to the surface. Many gas-bearing formations also contain water, which will flow up the wellbore to the surface along with the gas, in both hydraulically fractured and non-hydraulically fractured wells. This produced water often has a high content of salt and other dissolved minerals that occur in the formation.^[123]

The volume of water used to hydraulically fracture wells varies according to the hydraulic fracturing technique. In the United States, the average volume of water used per hydraulic fracture has been reported as nearly 7,375 gallons for vertical oil and gas wells prior to 1953, nearly 197,000 gallons for vertical oil and gas wells between 2000 and 2010, and nearly 3 million gallons for horizontal gas wells between 2000 and 2010.^[124]

Determining which fracking technique is appropriate for well productivity depends largely on the properties of the reservoir rock from which to extract oil or gas. If the rock is characterized by low-permeability – which refers to its ability to let substances, i.e. gas, pass through it, then the rock may be considered a source of tight gas.^[125] Fracking for shale gas, which is currently also known as a source of unconventional gas, involves drilling a borehole vertically until it reaches a lateral shale rock formation, at which point the drill turns to follow the rock for hundreds or thousands of feet horizontally.^[126] In contrast, conventional oil and gas sources are characterized by higher rock permeability, which naturally enables the flow of oil or gas into the wellbore with less intensive hydraulic fracturing techniques than the production of tight gas has required.^[127][128] The decades in development of drilling technology for conventional and unconventional oil and gas production have not only improved access to natural gas in low-permeability reservoir rocks, but also posed significant adverse impacts on environmental and public health.^{[129][130][131][132]}

The US EPA has acknowledged that toxic, carcinogenic chemicals, i.e. benzene and ethylbenzene, have been used as gelling agents in water and chemical mixtures for high volume horizontal fracturing (HVHF).^[133] Following the hydraulic fracture in HVHF, the water, chemicals, and frack fluid that return to the well’s surface, called flowback or produced water, may contain radioactive materials, heavy metals, natural salts, and hydrocarbons which exist naturally in shale rock formations.^[134] Fracking chemicals, radioactive materials, heavy metals, and salts that are removed from the HVHF well by well operators are so difficult to remove from the water they are mixed with, and would so heavily pollute the water cycle, that most of the flowback is either recycled into other fracking operations or injected into deep underground wells, eliminating the water that HVHF required from the hydrologic cycle.^[135]

Historically low gas prices have delayed the nuclear renaissance, as well as the development of solar thermal energy.^[136]

Added odor[edit]

Natural gas in its native state is colorless and almost odorless. In order to assist consumers in detecting leaks, an odorizer with a scent similar to rotten eggs, tert-Butylthiol (t-butyl mercaptan), is added. Sometimes a related compound, thiophane, may be used in the mixture. Situations in which an odorant that is added to natural gas can be detected by analytical instrumentation, but cannot be properly detected by an observer with a normal sense of smell, have occurred in the natural gas industry. This is caused by odor masking, when one odorant overpowers the sensation of another. As of 2011, the industry is conducting research on the causes of odor masking.^{[137][needs update]}

Risk of explosion[edit]

Explosions caused by natural gas leaks occur a few times each year. Individual homes, small businesses and other structures are most frequently affected when an internal leak builds up gas inside the structure. Leaks often result from excavation work, such as when contractors dig and strike pipelines, sometimes without knowing any damage resulted. Frequently, the blast is powerful enough to significantly damage a building but leave it standing. In these cases, the people inside tend to have minor to moderate injuries. Occasionally, the gas can collect in high enough quantities to cause a deadly explosion, destroying one or more buildings in the process. Many building codes now forbid the installation of gas pipes inside cavity walls or below floor boards to mitigate against this risk. Gas usually dissipates readily outdoors, but can sometimes collect in dangerous quantities if flow rates are high enough.^[138] However, considering the tens of millions of structures that use the fuel, the individual risk of using natural gas is low.

Risk of carbon monoxide inhalation[edit]

Natural gas heating systems may cause carbon monoxide poisoning if unvented or poorly vented. Improvements in natural gas furnace designs have greatly reduced CO poisoning concerns. Detectors are also available that warn of carbon monoxide or explosive gases such as methane and propane.^[139]

Energy content, statistics, and pricing[edit]

This section needs to be updated. Please help update this article to reflect recent events or newly available information. (October 2022)

Quantities of natural gas are measured in standard cubic meters (cubic meter of gas at temperature 15 °C (59 °F) and pressure 101.325 kPa (14.6959 psi)) or standard cubic feet (cubic foot of gas at temperature 60.0 °F and pressure 14.73 psi (101.6 kPa)), 1 standard cubic meter = 35.301 standard cubic feet. The gross heat of combustion of commercial quality natural gas is around 39 MJ/m³ (0.31 kWh/cu ft), but this can vary by several percent. This is about 50 to 54 MJ/kg depending on the density.^[140][141] For comparison, the heat of combustion of pure methane is 37.7 MJ per standard cubic metre, or 55.5 MJ/kg.

Except in the European Union, the U.S., and Canada, natural gas is sold in gigajoule retail units. LNG (liquefied natural gas) and LPG (liquefied petroleum gas) are traded in metric tonnes (1,000 kg) or million BTU as spot deliveries. Long term natural gas distribution contracts are signed in cubic meters, and LNG contracts are in metric tonnes. The LNG and LPG is transported by specialized transport ships, as the gas is liquified at cryogenic temperatures. The specification of each LNG/LPG cargo will usually contain the energy content, but this information is in general not available to the public. The European Union aims to cut its gas dependency on Russia by two-thirds in 2022.^[142]

In August 2015, possibly the largest natural gas discovery in history was made and notified by an Italian gas company ENI. The energy company indicated that it has unearthed a «supergiant» gas field in the Mediterranean Sea covering about 40 square miles (100 km²). This was named the Zohr gas field and could hold a potential 30 trillion cubic feet (850 billion cubic meters) of natural gas. ENI said that the energy is about 5.5 billion barrels of oil equivalent [BOE] (3.4×10¹⁰ GJ). The Zohr field was found in the deep waters off the northern coast of Egypt and ENI claims that it will be the largest ever in the Mediterranean and even the world.^[143]

European Union[edit]

Gas prices for end users vary greatly across the EU.^[144] A single European energy market, one of the key objectives of the EU, should level the prices of gas in all EU member states. Moreover, it would help to resolve supply and global warming issues,^[145] as well as strengthen relations with other Mediterranean countries and foster investments in the region.^[146] Qatar has been asked by the US to supply emergency gas to the EU in case of supply disruptions in the Russo-Ukrainian crisis.^[147]

United States[edit]

In US units, one standard cubic foot (28 L) of natural gas produces around 1,028 British thermal units (1,085 kJ). The actual heating value when the water formed does not condense is the net heat of combustion and can be as much as 10% less.^[148]

In the United States, retail sales are often in units of therms (th); 1 therm = 100,000 BTU. Gas sales to domestic consumers are often in units of 100 standard cubic feet (scf). Gas meters measure the volume of gas used, and this is converted to therms by multiplying the volume by the energy content of the gas used during that period, which varies slightly over time. The typical annual consumption of a single family residence is 1,000 therms or one Residential Customer Equivalent (RCE). Wholesale transactions are generally done in decatherms (Dth), thousand decatherms (MDth), or million decatherms (MMDth). A million decatherms is a trillion BTU, roughly a billion cubic feet of natural gas.

The price of natural gas varies greatly depending on location and type of consumer. The typical caloric value of natural gas is roughly 1,000 BTU per cubic foot, depending on gas composition. Natural gas in the United States is traded as a futures contract on the New York Mercantile Exchange. Each contract is for 10,000 million BTU or 10 billion BTU (10,551 GJ). Thus, if the price of gas is $10/million BTU on the NYMEX, the contract is worth $100,000.

Canada[edit]

Canada uses metric measure for internal trade of petrochemical products. Consequently, natural gas is sold by the gigajoule (GJ), cubic meter (m³) or thousand cubic meters (E3m3). Distribution infrastructure and meters almost always meter volume (cubic foot or cubic meter). Some jurisdictions, such as Saskatchewan, sell gas by volume only. Other jurisdictions, such as Alberta, gas is sold by the energy content (GJ). In these areas, almost all meters for residential and small commercial customers measure volume (m³ or ft³), and billing statements include a multiplier to convert the volume to energy content of the local gas supply.

A gigajoule (GJ) is a measure approximately equal to 80 litres (0.5 barrels) of oil, or 28 m³ or 1,000 cu ft or 1 million BTUs of gas. The energy content of gas supply in Canada can vary from 37 to 43 MJ/m³ (990 to 1,150 BTU/cu ft) depending on gas supply and processing between the wellhead and the customer.

Adsorbed natural gas (ANG)[edit]

Natural gas may be stored by adsorbing it to the porous solids called sorbents. The optimal condition for methane storage is at room temperature and atmospheric pressure. Pressures up to 4 MPa (about 40 times atmospheric pressure) will yield greater storage capacity. The most common sorbent used for ANG is activated carbon (AC), primarily in three forms: Activated Carbon Fiber (ACF), Powdered Activated Carbon (PAC), and activated carbon monolith.^[149]

See also[edit]

• Associated petroleum gas
• Energy transition
• Gas oil ratio
• Natural gas by country
• Peak gas
• Power to gas
• Renewable natural gas
• World energy resources and consumption

References[edit]

Further reading[edit]

• Blanchard, Charles (2020). The Extraction State: A History of Natural Gas in America. U of Pittsburgh Press. online review.

External links[edit]

• Global Fossil Infrastructure Tracker
• Carbon Mapper Data Portal featuring methane point source data

Средние века. Путник ночью возвращается через лес домой из далекого селения. Вдруг за деревьями показываются огоньки — неужели это поселок, где можно переночевать? Человек следует за огоньками, но они то оказываются ближе, то прячутся за кочками. Ноги вязнут в топком мху, а вокруг только темнота, бульканье и уханье. Путник даже не мог представить, что через много лет газ, который зажигал мистические болотные огоньки, станет важнейшим энергоресурсом на планете.

Жители средней полосы России сложили множество легенд вокруг болотных свечений. В старину они считались дурным знаком: следуя за блуждающими огнями, можно было зайти в такую топь и глушь, что выбирался не каждый. В южных землях горение природного газа было окружено другим ореолом. Люди почитали негаснущие огни, танцующие над расщелинами в каменистых горных россыпях, как явление священное и даже божественное. Один из таких естественных выходов газа и сейчас можно увидеть в Турции — он расположен на горе Янарташ, по-турецки — «горящий камень». Огни на берегу Каспийского моря близ будущего Баку служили рыбакам маяками с самых древних времен.

Люди приручали природные огни с самой древности. Один из персидских царей однажды приказал перенести дворцовую кухню к источнику газа и здорово сэкономил: дрова и уголь в пустыне — товары дефицитные. Китайцы сжигали газ для выпаривания морской воды и получения соли. Возможно, именно они придумали первый газопровод, который подавал топливо от источника к солеварням с помощью десятков километров бамбуковых труб.

Несмотря на третье место в рейтинге потребления энергоресурсов, после нефти и угля, в промышленном масштабе природный газ был приручен сравнительно недавно.

МИЛЛИОНЫ ЛЕТ ПОД ЗЕМЛЕЙ

Попадая на дно болота, остатки растений разлагаются анаэробными микроорганизмами. При этом выделяются газообразные продукты — метан и некоторые примеси. Среди них — сероводород, придающий болотному газу неприятный запах, и фосфин, который при контакте с воздухом изредка вызывает самовоспламенение или свечение болотного газа — так и появляются болотные огни.

Когда пласт органических остатков любого происхождения перекрывается толстым слоем горных пород, активность бактерий сменяется воздействием высоких температур и давлений земных недр. Нагрев тоже приводит к образованию газа, но он оказывается запертым в недрах, и в течение миллионов лет накапливается в газоносных пластах на глубине в несколько километров. Нередко газ мигрирует в пределах пластов, стремясь подняться ближе к поверхности по системам пор и трещин. Самые концентрированные месторождения газа образуются, когда он скапливается под куполами и складками вышележащих газонепроницаемых пластов — глинистых и сланцевых.

Процесс образования природного газа можно воспроизводить, перерабатывая биомассу в замкнутых реакторах с помощью специальных бактериальных культур. Этот процесс занимает несколько суток, а не миллионы лет, как в земных недрах. Заменить таким образом весь природный газ — дело далекого будущего, а в более близкой перспективе производство биогаза может стать экологичным и полезным способом утилизации органических отходов.

НАЙТИ, ИЗВЛЕЧЬ, ОЧИСТИТЬ

Первые углеводородные месторождения находили случайно, когда бурили недра в поисках воды — это было широко распространено уже в девятнадцатом веке. Иногда из скважины выходила не вода, а горючая субстанция. Купцы и промышленники догадывались, что энергию горения можно использовать. В 1907-м году купец Мельников организовал рядом со скважиной кирпичное и стекольное производство, — так началось использование природного газа в России.

Позже к делу подключились геологи, которые составляли карты залегания пластов, изучали сейсмические данные и указывали: «вот тут может быть газ». Разведывательные и опорные скважины бурились в Сибири и на Крайнем Севере, оборудование доставляли «на себе» через десятки километров бездорожья и тайги. Ничто не гарантировало находку, — все сведения были гораздо менее надежными, чем сейчас, а в случае успеха предстояла долгая работа по обустройству площадки добычи и протягиванию газопроводов.

Сейчас в поиске и добыче газа людям помогают наукоемкие технологии. Газоносные пласты менее плотные, чем окружающие их горные породы, поэтому в таких пластах сейсмические волны замедляются. Это приводит к задержке регистрации волн на сейсмографе. Записывая волны в различных точках земной поверхности и анализируя задержки, можно с хорошей точностью определить местоположение и характеристики пласта, который замедляет волны. Еще один метод современной геологоразведки — гравитационный. Ускорение свободного падения над месторождением чуть меньше, чем было бы в отсутствие газоносного пласта, и чувствительные приборы позволяют это обнаружить.

Когда наличие газоносного пласта установлено, разведчиков сменяют добытчики. Скважины равномерно распределяют по полю добычи, достигая полноты извлечения и избегая преждевременного наполнения пласта водой, которая может перекрыть газу путь к скважине изнутри. При разработке месторождений, где газ захвачен внутри плотной породы, ему, наоборот, «помогают» выйти из пласта, закачивая туда воду под давлением. Этот же метод под названием «гидроразрыв пласта» применяется и для извлечения остатков газа из разработанных месторождений.

Сразу после добычи природный газ очищают от сероводорода и других примесей, а затем закачивают в газопроводы или сжижают для перевозки в танкерах. При этом отделяется гелий — газ, который образуется в недрах Земли при радиоактивном распаде, но почти отсутствует в атмосфере. Гелий в воздушных шариках тоже родом из газовых месторождений.

Необычным источником газа являются клатраты. Под давлением метан может входить в кристаллическую решетку водяного льда и образовывать «горючий лед» —  вещество, очень похожее на обычный водяной лед, но загорающееся при поднесении спички. Объем метана в клатратных залежах на морском дне сравним с традиционными месторождениями, но пока возможности его добычи изучены недостаточно.

ПРИРОДНЫЙ ГАЗ В ЭНЕРГЕТИКЕ

Природный газ, бензин, дизельное топливо и даже парафин — близкие родственники: все они являются смесью так называемых предельных углеводородов — соединений, обладающих наибольшим возможным соотношением водорода и углерода в составе.

Атом углерода (C) может образовывать четыре химических связи, а водорода (H) — только одну. Если атом углерода один — получается метан, CH₄, главный компонент природного газа. В молекуле пропана три углеродных атома образуют цепочку. Средний атом углерода в ней связан с двумя крайними, и у него остается только два места для атомов водорода. У крайних для водорода есть три места. Получается формула C₃H₈. В эту цепочку можно вставлять дополнительные звенья состава CH₂, получая молекулы бутана C₄H₁₀ и других предельных углеводородов C_nH_2n+2.

Углеводороды от метана до бутана — газообразные, от пентана до гептадекана, молекулы которого содержат 17 атомов углерода и 36 атомов водорода, — жидкие, а еще более тяжелые — твердые. Легкие и летучие жидкие углеводороды входят в состав бензина, а из более тяжелых делают керосин и дизельное топливо.

Согласно теории биогенного (органического) происхождения, все эти углеводороды образуются в результате одного процесса — разложения органических остатков в недрах Земли. Если в их составе было много водорода — образуется природный газ, а если много углерода — нефть. В промежуточных случаях образуется и метан, и более тяжелые углеводороды. Метан, растворенный в нефти и отделяемый при ее добыче, называется попутным газом. Он очень похож на природный по составу и свойствам, но в нем содержится больше тяжелых газообразных углеводородов — от этана до бутана.

Какие углеводороды сгорают с выделением большего количества тепла (калорийностью)? Теплота сгорания растет с увеличением атомов водорода в составе молекул. В молекулах метана атомов водорода больше, чем в молекулах тяжелых углеводородов. Если сравнивать по массе, природный газ — самое теплотворное ископаемое топливо. Но на практике измеряют объем, а не массу газа, и на единицу объема он выделяет меньше тепла, чем более тяжелые «родственники».

Опеределение

Природный газ – полезное ископаемое, представляющее собой смесь газообразных углеводородов природного происхождения, состоящую главным образом из метана и примесей других алканов. Иногда в составе также присутствует некоторое количество углекислого газа, азота, сероводорода и гелия.

Вследствие своего состава природный газ представляет собой чрезвычайно ценное сырье, из которого выделяют отдельные компоненты или более простые смеси.

Месторождения природного газа

В природе газ может находиться в следующих формах:

• Газовые залежи в пластах некоторых горных пород. Залежи газообразных углеводородов как правило сосредоточены на глубине от 1000 м. Вопреки распространенному мнению, газ в таких залежах находится не в объемных пустотах, а преимущественно в мелких трещинах, микроскопических порах и каналах горных пород, например, песчаника. В составе такого газа преобладают низшие алканы: метан и этан. Крупнейшие запасы природного газа сосредоточены в России (Уренгойское месторождение), большинстве стран Персидского залива, США и Канаде.
• Газовые шапки над нефтью и растворенный в нефти газ. Такие газообразные скопления называют Попутный нефтяной газ (ПНГ). В отличие «традиционного» природного газа, ПНГ в своем составе помимо метана и этана содержит значительное количество пропана, бутана и других более тяжелых углеводородов.
• Газогидратные залежи. Газовые гидраты – это кристаллические соединения, которые образованы путем растворения газообразных углевоородов в пластовой воде при определенных термодинамических условиях – высоких давлениях и относительно низких температурах. 1 объем воды при переходе в гидратное состояние связывает до 220 объемов газа. Такая форма накопления природного газа была открыта во второй половине 20-го века. Газогидратные залежи находятся преимущественно в районах распространения многолетней мерзлоты, а также на относительно небольшой глубине под океанических дном.

Доказано, что большое количество углеводородов находится в мантии Земли, но в настоящее время, ввиду технической недоступности, они не представляют практического интереса.

Помимо залежей газа в недрах планеты, необходимо упомянуть, что углеводороды встречаются и в космосе. В частности, метан является третьим по распространенности газом во Вселенной после водорода и гелия. В форме метанового льда он входит в структуру планет и других космических тел. Однако такие образования не относят к залежам природного газа и при настоящем уровне развития технологий не могут быть извлечены.

Химический состав природного газа

Основным компонентом природного газа является метан (CH₄) – его содержание варьируется в диапазоне 70 — 98%. Кроме него в состав могут входить более тяжелые насыщенные углеводороды – гомологи метана:

• этан
• пропан
• бутан

Помимо углеводородной составляющей, природный газ может содержать неорганические газообразные соединения:

• водород
• сероводород
• углекислый газ
• азот
• инертные газы (преимущественно гелий)

Физические свойства природного газа

Вследствие своего состава природный газ горюч. Чистый газ горит голубым пламенем, поэтому его иногда называют «голубым топливом». Примеси же могут окрашивать пламя в различные цвета. Также пламя начинает желтить при недостатке кислорода, что приводит к неполному сгоранию газа и образованию копоти и угарного газа.

Смесь с воздухом в диапазоне концентраций от 4,4 до 17% взрывоопасна. Поэтому важно контролировать содержание газа в окружающей атмосфере, а также вовремя принимать соответствующие меры в случае его утечки.

Природный газ бесцветен и не имеет запаха, за исключением случаев повышенного содержания в его составе сероводорода. В связи с этим, для облегчения обнаружения утечек газа, к нему в небольших концентрациях добавляют специальные одоранты – вещества с резким неприятным запахом. В качестве одорантов преимущественно используются серосодержащие соединения, например, тиолы (меркаптаны). Стандартная концентрация таких добавок составляет 16 г на 1000 м³. Однако человек способен уловить присутствие одного из самых распространенных одорантов – этилмеркаптана, даже при его концентрации в воздухе 2*10^-6 % по объему.

Физические свойства природного газа зависят от его компонентного состава, однако в большинстве случаев основные параметры укладываются в диапазоны, приведенные в таблице ниже.

	©PetroDigest.ru
Плотность	0,65…0,85 кг/м³ (сухой газообразный); 400…500 кг/м³ (сжиженный)
Температура самовоспламенения	Около 650 °C
Удельная теплота сгорания:	28…46 МДж/м³ (6,7…11,0 Мкал/м³ или 8…12 кВт·ч/м³)

Добыча природного газа

Методы добычи газообразных углеводородов схожи с добычей нефти – газ извлекают из недр с помощью скважин. Для того, чтобы пластовое давление залежи падало постепенно, скважины размещают равномерно по всей территории месторождения. Такой метод также препятствует возникновению перетоков газа между областями месторождения и преждевременному обводнению залежи.

Более подробнов статье: Добыча природного газа.

Согласно отчету BP в 2017 год мировая добыча природного газа составила 3680 млрд м³. Лидером по добыче стала США — 734,5 млрд м³, или 20% от общего мирового показателя. Россия заняла вторую строчку с 635,6 млрд м³.

Происхождение

Существует две теории происхождения природного газа: минеральная и биогенная.

По минеральной теории, углеводороды образуются в результате химической реакции глубоко в недрах нашей планеты из неорганических соединений под действием высоких давлений и температур. Далее вследствие внутренней динамики Земли, углеводороды поднимается в зону наименьшего давления, образуя залежи полезных ископаемых, в том числе газа.

Согласно биогенной теории, природный газ образовался в недрах Земли в результате анаэробного разложения органических веществ растительного и животного происхождения под действием высоких температур и давлений.

Несмотря на продолжающиеся споры относительно происхождения углеводородов, в научном сообществе выигрывает биогенная теория.

Транспортировка

Подготовка газа к транспортировке

Несмотря на то, что на некоторых месторождениях газ отличается исключительно качественным составом, в общем случае природный газ – это не готовый продукт. Помимо целевого содержания компонентов (при этом целевые компоненты могут различаться в зависимости от конечного пользователя), в газе содержаться примеси, которые затрудняют транспортировку и являются нежелательными при применении.

Например, пары воды могут конденсироваться и скапливаться в различных местах трубопровода, чаще всего, изгибах, мешая таким образом продвижению газа. Сероводород – сильный коррозионный агент, пагубно влияющий на трубопроводы, сопоуствуеющее оборудование и емкости для хранения.

В связи с этим, перед отправкой в магистральный нефтепровод или на нефтехимический завод газ проходит процедуру подготовки на газоперерабатывающем заводе (ГПЗ).

Первый этап подготовки – очистка от нежелательных примесей и осушка. После этого газ компримируют – сжимают до давления, необходимого для переработки. Традиционно природный газ сжимают до давления 200 — 250 бар, что приводит к уменьшению занимаемого объема в 200 — 250 раз.

Далее идет этап отбензинивания: на специальных установках газ разделяют на нестабильный газовый бензин и отбензиненный газ. Именно отбензиненный газ направляется в магистральные газопроводы и на нефтехимические производства.

Нестабильный газовый бензин подается на газофракционирующие установки, где из него выделяют легкий углеводороды: этан, пропан, бутан, пентан. Данные вещества также являются ценным сырьем, в частности для производства полимеров. А смесь бутана и пропана – уже готовый продукт, используемый, в частности, в качестве бытового топлива.

Газопровод

Основным видом транспортировки природного газа является его прокачка по трубопроводу.

Стандартный диаметр трубы магистрального газопровода составляет 1,42 м. Газ в трубопроводе прокачивается под давлением 75 атм. По мере продвижения по трубе, газ, за счет преодоления сил трения, постепенно теряет энергию, которая рассеивается в виде тепла. В связи с этим, через определенные промежутки на газопроводе сооружаются специальные компрессорные станции подкачки. На них газ дожимается до необходимого давления и охлаждается.

Для доставки непосредственно до потребителя от магистрального газопровода отводят трубы меньшего диаметра — газораспределительные сети.

Транспортировка СПГ

Что делать с труднодоступными районами, находящимися вдали от основных магистральных газопроводов? В такие районы газ транспортируется в сжиженном состоянии (сжиженный природный газ, СПГ) в специальных криогенных емкостях по морю, и по суше.

По морю сжиженный газ перевозится на газовозах (СПГ-танкерах), судах оборудованных изотермическими емкостями.

СПГ перевозят также и сухопутным транспортом, как железнодорожным, так и автомобильными. Для этого используются специальных цистерны с двойными стенками, способными поддерживать необходимую температуру определенное время.

Применение природного газа

Главным образом природный газ используется для обеспечения отопления, производства электроэнергии, и для бытовых нужд населения. Например, в России около 50% поставок приходится на энергетические компании и коммунальное хозяйство. Кроме этого, он находит применение в качестве топлива для транспортных средств, сырья при производстве пластмасс и других органических веществ.

Более подробно: Что делают из природного газа?

Экология

Природный газ является самым чистым среди углеводородных ископаемых топлив. В идеале, при его сгорании образуется только вода и углекислый газ, в то время как сгорание нефтепродуктов сопровождается образованием копоти и золы.

Конечно, сами по себе выбросы большого количества углекислого газа в атмосферу не безопасны. По мнению некоторых ученых, они могут привести к возникновению парникового эффекта, и как следствие, – к существенному потеплению климата. Однако стоит отметить, что и в этом отношении природный газ выигрывает — эмиссия CO₂ при его сжигании существенно ниже, чем у нефтяного топлива.

• Энциклопедия
• География
• Природный газ

Доклад Природный газ полезные ископаемые

Понятие «природный газ» — обобщенный термин для сочетания газов, образующихся в результате разрушения всевозможных органических веществ в толще земной коры под высоким давлением.

1. Основные свойства

Физические качества определяются агрегатным состоянием смеси. 1 кубический метр сухого газа весит меньше 1 кг, а сжиженного газа— около полутонны. Температура самовозгорания — порядка 650 градусов Цельсия.

В составе обнаруживаются как простые углеводороды (преобладает метан), так и другие газы (водород, азот, сероводород.). При содержании кислорода выше 5% смесь становится взрывоопасной.

В естественном состоянии газ бесцветный и не имеет характерного запаха. Примеси, которые добавляются чуть позже, могут обладать цветом или запахам и помогают своевременно обнаружить утечку.

2. Залежи

Крупнейшие запасы этого природного ископаемого обнаружены на территории РФ, территории африканских государств. Среди европейских стран лидерами являются Нидерланды и Норвегия. Огромное количество месторождений скрыты под толщей мирового океана.

3. Добыча и транспортировка

В среднем глубина месторождений природного газа порядка 1 км, но есть и исключения. Глубина залегания газосодержащих слоев коры может достигать порядка 10 км (так были обнаружены некоторые месторождения на территории Ямало-Ненецкого автономного округа).

Залежи газа представляет собой миллиарды мельчайших пор, сообщенных между собой. Содержимое находится в них под высоким давлением. При бурении скважины начинается поступление (из области высокого давления в область низкого).

Дальнейшая транспортировка может быть различной. В сжиженном состоянии удобным способом будет использование газовозов, но большая часть добываемого газа перемещается через газопроводы.

4. Применение

Экологическая безопасность и невысокая себестоимость обуславливает практически повсеместную распространенность в виде топлива как для бытовых нужд, так и в промышленности.

Изначально природный газ относился к побочным продуктам нефтедобычи. Позднее были разработаны технологии транспортировки и химическая промышленность тоже не обошла вниманием это полезное ископаемое. Углеводороды, входящие в состав, служат отличным источником материала для производства различных видов пластмасс, резины.

Вариант №2

Природный газ является одним из представителей полезных ископаемых, он представляет собой смесь различных газов. В большинстве случаев его используют как горючее, реже в качестве сырья в химической промышленности. Он образуется глубоко под землей из органических веществ в результате действия высоких температур, а также давления.

При нормальных внешних условиях данный газ находится в газообразном состоянии. Но его можно найти и в кристаллическом состоянии в порах горных пород. Природный газ не имеет ни цвета, ни запаха. Можно отметить, что в быту газ имеет неприятный запах. Данная мера используется для того, чтобы граждане смогли обнаружить наличие газа в воздухе и своевременно принять меры. Чаще всего для придания газу резкого и неприятного запаха используют этилмеркаптан.

В состав природного газа входит метан, его часть составляет более 90%. Помимо метана, в составе данного газа присутствуют: пропан, бутан, этан, также есть и часть других газов — водорода, азота и углекислого газа.

Природный газ образовался в природных условиях из низкомолекулярных углеводородов, которые в свою очередь получились на больших глубинах в результате воздействия высоких температур и большого давления на илистые осадки. С течением времени эти осадки ушли глубоко под землю из-за осадков и деятельности живых организмов.

Добыча природного газа происходит из земли на глубине более километра. Глубоко под землей данный газ находится в порах горных пород. Также данный газ добывают из месторождений, скоплений газа в пустотах, с помощью скважин. Газ выходит через скважину из-за разницы давления, глубоко под землей, которое в несколько раз превышает атмосферное.

В современном мире данный газ широко используют для отопления домов, как частных, так и многоквартирных, а также нагрева воды и так далее. Данный газ получил широкое применение в промышленности, в большинстве случаев его используют как топливо, а также широко применяется и в химической промышленности, с помощью него получают пластмассы и другие органические вещества.

Одним из главных плюсов использования данного вида топлива является то, что его транспортировка на значительные расстояния относительно дешевая. Для улучшения транспортировки газ сжижают и охлаждают при повышенном давлении, в результате чего увеличивается поток вещества.

Для хранения природного газа создают подземные газохранилища, но нередко используют и природные естественные пещеры, что сокращает расходы.

3, 4, 10 класс, окружающий мир по химии

Природный газ

Популярные темы сообщений

• Кипение жидкости

  Кипение является процессом преобразования жидкости в пар, в течение которого парообразование происходит не только с поверхности жидкости, но и из её объема под воздействием большой температуры и давления.

• Мигель де Сервантес Сааведра

  Наряду с писательской деятельностью, известный драматург и поэт Мигель де Сервантес Сааведра занимал и должность и военной сфере. Его произведения пополнили список мировой классической литературы, заняв достойное место в его рядах.

• Цветок Астра

  Идеальным садовым цветком является астра. Этот цветок красив, не требует специального ухода. Эти цветы оказались в Европе в начале XVIII века. Первая страна, которая была покорена этим цветком, была Франция. Первоначально астра росла в Китае,

• Дельфины

  Дельфины-морские млекопитающие, обладающие высоко развитым интеллектом. Обитают в различных морях и океанах. Наиболее изученный вид-афалины. Название «дельфин» имеет корни из греческого языка. Означает «ребенок» или «новорождённый младенец»,

• Серебряный век

  Литература – это одна из важнейших ветвей в области искусства. Хотя бы потому что, не читай бы мы все книги, были бы мы необразованными дикарями, которые умеют только бить друг друга. А ведь именно это и грозит современному поколению,

Природный газ – полезное ископаемое группы осадочных горных пород, которое являет собой смесь газов.

Этот ресурс возник в результате разложения органических веществ в недрах Земли. Экологи признают природный газ самым чистым видом органического топлива.

Характеристики и виды природного газа

Характеристика природного газа зависит от его состава. Он легче воздуха в 1,8 раза, температура самовозгорания 650°C. Сухой газ имеет плотность от 0,68 кг/м³ до 0,85 кг/м³, а жидкий 400 кг/м³. Смесь газа с воздухом от 5% до 15% объёма — является взрывоопасной. Удельная теплота сгорания от 8-12 квт-ч/м³. При использовании природного газа в двигателях внутреннего сгорания октановое число равняется от 120 до 130.

Большая часть природного газа – это смесь газоподобных углеводородов. Основную часть составляет метан (СН₄— до 98%), а также тяжелые углеводороды – этан С₂Н₆, пропан С₃Н₈, бутан С₄Н₁₀. В состав входят и другие неуглеродные вещества: водород Н₂, сероводород Н₂S, диоксид углерода СО₂, азот N₂, гелий Не.

В чистом виде природный газ не имеет ни цвета, ни запаха. Для облегчения определения места утечки, к нему подмешивают одоранты, вещества с неприятным запахом.

Виды природного газа:

• сжиженный (СУГ);
• болотный;
• нефтяной;
• угольный;
• газовые гидраты;
• сланцевый;
• светильный;
• коксовый;
• компримированный или сжатый (КПГ);
• попутный нефтяной;
• по ярусам и подъярусам земляного пласта мелового периода, откуда он добывается сегодня – туронский, сеноманский, валанжинский, ачимовский.

Месторождение природного газа

В основном, залежи природного газа находятся в осадочной оболочке земной коры. Огромными запасами природного газа владеет Россия (Уренгойское месторождение), в Европе – Норвегия, Нидерланды, большинство стран Персидского залива, Иран, Канада, США, большие залежи есть в Азербайджане, Узбекистане, Туркмении и Казахстане. Газовые гидраты в огромном количестве присутствуют на большой глубине под морским дном, также и под землей.

Добыча природного газа

Перед проведением добычи, сначала проводят разведку – гравитациоанную, магнитную, сейсмическую или геохимическую. Однако единственный достоверный способ выяснить, есть ли под вами запас газа, – бурение скважины. Природный газ находится на глубине от одного километра. В недрах Земли газ находится в микроскопических порах, которые соединены между собой каналами – трещинами, по них под высоким давлением этот важный ресурс проникает в поры более низкого давления до тех пор, пока не окажется внутри скважин. Все это осуществляется в соответствии с законом Дарси – фильтрации газов и жидкостей в пористой среде. Газ выходит из недр в результате того, что в скважинах он находится под давлением, что в несколько раз превышает атмосферное.

Газ добывают с помощью скважин, которые равномерно распределяют по всей площади месторождения. Это делается для равномерного падения пластового давления в залежи. Добытый газ подготавливают к транспортировке. Транспортируют газ трубопроводами, специальными танкерами-газовозами, железнодорожными цистернами.

Использование природного газа

Природный газ используют как высокоэкономичное топливо для электростанций, для цементной и стеклянной промышленности, черной и цветной металлургии, производства стройматериалов, получения различных органических соединений. Этот важный ресурс используется для и для коммунально-бытовых нужд. Источник энергии для мегаполисов, моторное топливо, краска, клей, уксус, аммиак – все это мы имеем благодаря природному газу.