Naturgas
Naturgas (även kallad fossilgas eller helt enkelt gas ) är en naturligt förekommande blandning av gasformiga kolväten som i första hand består av metan förutom olika mindre mängder andra högre alkaner . Låga nivåer av spårgaser som koldioxid , kväve , svavelväte och helium är också vanligtvis närvarande. Naturgas är färglös och luktfri, så luktämnen som merkaptan (som luktar svavel eller ruttna ägg) läggs vanligtvis till naturgasförråd för säkerhets skull så att läckor lätt kan upptäckas.
Naturgas är ett fossilt bränsle och en icke-förnybar resurs som bildas när lager av organiskt material (främst marina mikroorganismer) bryts ned under anaeroba förhållanden och utsätts för intensiv värme och tryck under jord under miljontals år. Den energi som de sönderfallna organismerna ursprungligen fick från solen via fotosyntesen lagras som kemisk energi i molekylerna av metan och andra kolväten.
Naturgas kan brännas för uppvärmning, matlagning och elproduktion . Det används också som ett kemiskt råmaterial vid tillverkning av plast och andra kommersiellt viktiga organiska kemikalier och används mindre vanligt som bränsle för fordon .
Utvinning och konsumtion av naturgas är en stor och växande bidragsgivare till klimatförändringarna . Både gasen i sig (särskilt metan ) och koldioxid , som frigörs när naturgas förbränns, är växthusgaser . När den förbränns för värme eller elektricitet släpper naturgas ut färre giftiga luftföroreningar, mindre koldioxid och nästan inga partiklar jämfört med andra fossila bränslen och biobränslen . Men gasventilation och oavsiktliga flyktiga utsläpp genom hela försörjningskedjan kan resultera i att naturgas har ett liknande koldioxidavtryck som andra fossila bränslen totalt sett.
Naturgas kan hittas i underjordiska geologiska formationer , ofta tillsammans med andra fossila bränslen som kol och olja (petroleum). Den mesta naturgasen har skapats genom antingen biogena eller termogena processer. Biogen gas bildas när metanogena organismer i myrar , myrar , deponier och grunda sediment bryts ner anaerobt men inte utsätts för höga temperaturer och tryck. Termogen gas tar mycket längre tid att bilda och skapas när organiskt material värms upp och komprimeras djupt under jorden.
facklas naturgas ibland i stället för att samlas in och används. Innan naturgas kan förbrännas som bränsle eller användas i tillverkningsprocesser måste den nästan alltid bearbetas för att avlägsna föroreningar som vatten. Biprodukterna från denna bearbetning inkluderar etan , propan , butaner , pentaner och kolväten med högre molekylvikt. Svavelväte (som kan omvandlas till rent svavel ), koldioxid , vattenånga och ibland helium och kväve måste också avlägsnas.
Naturgas kallas ibland informellt helt enkelt för "gas", särskilt när den jämförs med andra energikällor, såsom olja eller kol. Det är dock inte att förväxla med bensin , som ofta förkortas i vardagligt bruk till "gas", särskilt i Nordamerika.
Naturgas mäts i standard kubikmeter eller standard kubikfot . Densiteten jämfört med luft sträcker sig från 0,58 (16,8 g/mol, 0,71 kg per standardkubikmeter) till så hög som 0,79 (22,9 g/mol, 0,97 kg per scm), men generellt mindre än 0,64 (18,5 g/mol, 0,78) kg per scm). Som jämförelse kan nämnas att ren metan (16,0425 g/mol) har en densitet som är 0,5539 gånger luftens (0,678 kg per standardkubikmeter).
Historia
Naturgas kan komma upp ur marken och orsaka en långvarig brand. I antikens Grekland bidrog gaslågorna vid berget Chimaera till legenden om den eldsprutande varelsen Chimera . I det forntida Kina användes gas som härrörde från borrningen efter saltlake först omkring 400 f.Kr. Kineserna transporterade gas som sipprade från marken i rårörledningar av bambu till där den användes för att koka saltvatten för att utvinna saltet i Ziliujing-distriktet i Sichuan .
Upptäckten och identifieringen av naturgas i Amerika skedde 1626. År 1821 grävde William Hart framgångsrikt den första naturgasbrunnen i Fredonia, New York , USA, vilket ledde till bildandet av Fredonia Gas Light Company. Staden Philadelphia skapade det första kommunalt ägda distributionsföretaget för naturgas 1836. År 2009 hade 66 000 km 3 (16 000 mi 3 ) (eller 8 %) använts av de totalt 850 000 km 3 (200 000 mi 3 ) av beräknat återstående utvinningsbara reserver av naturgas.
Källor
Naturgas
På 1800-talet erhölls naturgas främst som en biprodukt av att producera olja . De små lätta gaskolkedjorna kom ut ur lösningen när de extraherade vätskorna genomgick tryckreduktion från reservoaren till ytan, på samma sätt som att ta av locket på en läskflaska där koldioxiden brusar . Gasen sågs ofta som en biprodukt, en fara och ett bortskaffandeproblem i aktiva oljefält. De stora producerade volymerna kunde inte användas förrän relativt dyra rörledningar och lagringsanläggningar byggdes för att leverera gasen till konsumentmarknaderna.
Fram till början av 1900-talet släpptes den mesta naturgasen i samband med olja antingen helt enkelt ut eller brändes av vid oljefält. Gasventilation och produktionsfackling praktiseras fortfarande i modern tid, men ansträngningar pågår runt om i världen för att avveckla dem och ersätta dem med andra kommersiellt gångbara och användbara alternativ. Oönskad gas (eller strandad gas utan marknad) returneras ofta till reservoaren med "injektions"-brunnar i avvaktan på en möjlig framtida marknad eller för att åter trycksätta formationen, vilket kan öka oljeutvinningshastigheten från andra brunnar. I regioner med hög efterfrågan på naturgas (som USA) konstrueras rörledningar när det är ekonomiskt möjligt att transportera gas från en brunnsplats till en slutkonsument .
Förutom att transportera gas via rörledningar för användning i kraftproduktion, inkluderar andra slutanvändningar för naturgas export som flytande naturgas (LNG) eller omvandling av naturgas till andra flytande produkter via gas till vätskor (GTL)-tekniker. GTL-teknologier kan omvandla naturgas till flytande produkter som bensin, diesel eller flygbränsle. En mängd olika GTL-teknologier har utvecklats, inklusive Fischer-Tropsch (F-T), metanol till bensin (MTG) och syngas till bensin plus (STG+). F–T producerar en syntetisk råolja som kan vidareförädlas till färdiga produkter, medan MTG kan producera syntetisk bensin från naturgas. STG+ kan producera drop-in bensin, diesel, flygbränsle och aromatiska kemikalier direkt från naturgas via en enkelslinga process. 2011 tog Royal Dutch Shells 140 000 fat (22 000 m 3 ) F–T-anläggning per dag i drift i Qatar .
Naturgas kan vara "associerad" (finns i oljefält ), eller "icke-associerad" (isolerad i naturgasfält ), och finns också i kolbäddar (som kolbäddsmetan ). Det innehåller ibland en betydande mängd etan , propan , butan och pentan - tyngre kolväten som tas bort för kommersiellt bruk innan metanen säljs som konsumentbränsle eller råmaterial för kemiska anläggningar. Icke-kolväten som koldioxid , kväve , helium (sällan) och vätesulfid måste också avlägsnas innan naturgasen kan transporteras.
Naturgas som utvinns från oljekällor kallas mantelhuvudgas (oavsett om den verkligen produceras upp i ringen och genom ett mantelhuvuds utlopp) eller tillhörande gas. Naturgasindustrin utvinner en ökande mängd gas från utmanande, okonventionella resurstyper : sur gas , tätgas , skiffergas och kolbäddsmetan .
Det råder viss oenighet om vilket land som har de största bevisade gasreserverna. Källor som anser att Ryssland har de i särklass största bevisade reserverna inkluderar USA:s Central Intelligence Agency (47 600 km 3 ) och Energy Information Administration (47 800 km 3 ), samt Organisationen för oljeexporterande länder (48 700 km 3 ). I motsats till detta BP Ryssland endast 32 900 km 3 , vilket skulle placera det på andra plats, något efter Iran (33 100 till 33 800 km 3 , beroende på källan).
.svg)
Det uppskattas att det finns cirka 900 000 km 3 "okonventionell" gas såsom skiffergas, varav 180 000 km 3 kan vara utvinningsbar. I sin tur förutspår många studier från MIT , Black & Veatch och US Department of Energy att naturgas kommer att stå för en större del av elproduktionen och värmen i framtiden. [ bättre källa behövs ]
Världens största gasfält är fältet South Pars/North Dome Gas-Condensate offshore , som delas mellan Iran och Qatar. Det beräknas ha 51 000 kubikkilometer (12 000 cu mi) naturgas och 50 miljarder fat (7,9 miljarder kubikmeter) naturgaskondensat .
Eftersom naturgas inte är en ren produkt, eftersom reservoartrycket sjunker när icke-associerad gas extraheras från ett fält under superkritiska (tryck/temperatur) förhållanden, kan komponenterna med högre molekylvikt delvis kondensera vid isotermisk trycksänkning - en effekt som kallas retrograd kondensation . Den sålunda bildade vätskan kan fångas när porerna i gasbehållaren töms. En metod för att hantera detta problem är att återinjicera torkad gas fri från kondensat för att upprätthålla det underjordiska trycket och för att möjliggöra återförångning och extraktion av kondensat. Oftare kondenserar vätskan vid ytan, och en av gasanläggningens uppgifter är att samla upp detta kondensat. Den resulterande vätskan kallas naturgasvätska (NGL) och har kommersiellt värde.
Skiffergas
Skiffergas är naturgas som produceras av skiffer . Eftersom skiffer har för låg matrispermeabilitet för att tillåta gas att flöda i ekonomiska kvantiteter, är skiffergasbrunnar beroende av sprickor för att tillåta gasen att flöda. Tidiga skiffergasbrunnar var beroende av naturliga sprickor genom vilka gas strömmade; nästan alla skiffergasbrunnar kräver idag sprickor som skapats på konstgjord väg genom hydraulisk sprickbildning . Sedan 2000 har skiffergas blivit en viktig källa för naturgas i USA och Kanada. På grund av ökad skiffergasproduktion var USA 2014 den största naturgasproducenten i världen. Produktionen av skiffergas i USA har beskrivits som en "skiffergasrevolution" och som "en av 2000-talets landmärkehändelser".
Efter den ökade produktionen i USA börjar skiffergasprospektering i länder som Polen, Kina och Sydafrika. Kinesiska geologer har identifierat Sichuanbassängen som ett lovande mål för skiffergasborrning, på grund av likheten mellan skiffer och de som har visat sig vara produktiva i USA. Produktionen från Wei-201-brunnen är mellan 10 000 och 20 000 m 3 per dag. I slutet av 2020 hävdade China National Petroleum Corporation daglig produktion av 20 miljoner kubikmeter gas från sin demonstrationszon i Changning-Weiyuan. [ opålitlig källa? ]
Stadsgas
Stadsgas är ett brandfarligt gasformigt bränsle som framställs genom destruktiv destillation av kol . Den innehåller en mängd olika värmegaser inklusive väte , kolmonoxid , metan och andra flyktiga kolväten , tillsammans med små mängder icke-värmegaser som koldioxid och kväve , och användes på liknande sätt som naturgas. Detta är en historisk teknik och är vanligtvis inte ekonomiskt konkurrenskraftig med andra gaskällor idag.
De flesta "gashus" i städerna belägna i östra USA i slutet av 1800-talet och början av 1900-talet var enkla biproduktkoksugnar som värmde bituminöst kol i lufttäta kammare. Gasen som drevs bort från kolet samlades upp och distribuerades genom nätverk av rör till bostäder och andra byggnader där den användes för matlagning och belysning. (Gasuppvärmning kom inte i utbredd användning förrän under sista hälften av 1900-talet.) Den stenkolstjära (eller asfalt ) som samlades i botten av gashusugnarna användes ofta för takläggning och andra tätskiktsändamål, och när den blandades med sand och grus användes för stenläggning av gator.
Kristalliserad naturgas – klatrater
Enorma mängder naturgas (främst metan) finns i form av klatrater under sediment på kontinentalsockeln till havs och på land i arktiska områden som upplever permafrost , som de i Sibirien . Hydrater kräver en kombination av högt tryck och låg temperatur för att bildas.
2013 meddelade Japan Oil, Gas and Metals National Corporation (JOGMEC) att de hade återvunnit kommersiellt relevanta mängder naturgas från metanhydrat.
Bearbetning
Bilden nedan är ett schematiskt blockflödesdiagram över en typisk naturgasbearbetningsanläggning. Den visar de olika enhetsprocesserna som används för att omvandla rå naturgas till försäljningsgas som leds till slutanvändarmarknaderna.
Blockflödesdiagrammet visar också hur bearbetning av den råa naturgasen ger biprodukt svavel, biprodukt etan och naturgasvätskor (NGL) propan, butaner och naturbensin (betecknas som pentaner +).
Efterfrågan
I mitten av 2020 hade naturgasproduktionen i USA nått en topp tre gånger, med nuvarande nivåer som översteg båda tidigare topparna. Den nådde 24,1 biljoner kubikfot per år 1973, följt av en nedgång, och nådde 24,5 biljoner kubikfot 2001. Efter en kort nedgång ökade uttagen nästan varje år sedan 2006 (på grund av skiffergasboomen), med 2017 års produktion på 33,4 biljoner kubikfot och 2019 års produktion på 40,7 biljoner kubikfot. Efter den tredje toppen i december 2019 fortsatte utvinningen att minska från mars och framåt på grund av minskad efterfrågan orsakad av covid-19-pandemin i USA .
Den globala energikrisen 2021 drevs av en global ökning av efterfrågan när världen lämnade den ekonomiska recessionen orsakad av covid-19, särskilt på grund av den starka energiefterfrågan i Asien.
Förvaring och transport
På grund av dess låga densitet är det inte lätt att lagra naturgas eller att transportera den med fordon. Naturgasledningar är opraktiska över hav, eftersom gasen måste kylas ner och komprimeras, eftersom friktionen i rörledningen gör att gasen värms upp . Många befintliga pipelines i USA är nära att nå sin kapacitet, vilket får en del politiker som representerar nordliga stater att tala om potentiella brister. Den stora handelskostnaden innebär att naturgasmarknaderna globalt sett är mycket mindre integrerade, vilket orsakar betydande prisskillnader mellan länder. I Västeuropa är gasledningsnätet redan tätt. [ bättre källa behövs ] [ fullständig hänvisning behövs ] Nya rörledningar är planerade eller under uppbyggnad i Östeuropa och mellan gasfält i Ryssland , Främre Östern och Nordafrika och Västeuropa. [ citat behövs ]
Närhelst gas köps eller säljs på förvaringsställen görs regler och överenskommelser om gaskvaliteten. Dessa kan innefatta den högsta tillåtna koncentrationen av CO
2 , H
2 S och H
2 O . Vanligtvis säljs gas av säljkvalitet som har behandlats för att avlägsna kontaminering på "torrgas"-basis och måste vara kommersiellt fri från stötande lukter, material och damm eller andra fasta eller flytande ämnen, vaxer, gummin och gummibildande beståndsdelar, som kan skada eller negativt påverka driften av utrustningen nedströms om vårdnadens överföringspunkt.
LNG-fartyg transporterar flytande naturgas (LNG) över haven, medan tankbilar kan transportera flytande eller komprimerad naturgas (CNG) över kortare avstånd. Sjötransporter med CNG- fartyg som nu är under utveckling kan vara konkurrenskraftiga med LNG-transporter under specifika förhållanden. [ citat behövs ]
Gas omvandlas till vätska vid en kondensationsanläggning och återförs till gasform vid återförgasningsanläggning vid terminalen . Även fartygsburen återförgasningsutrustning används. LNG är den föredragna formen för långdistanstransporter med stora volymer av naturgas, medan pipeline är att föredra för transport för avstånd upp till 4 000 km (2 500 mi) över land och ungefär hälften av det avståndet till havs.
CNG transporteras vid högt tryck, vanligtvis över 200 bar (20 000 kPa; 2 900 psi). Kompressorer och dekompressionsutrustning är mindre kapitalintensiva och kan vara ekonomiska i mindre enhetsstorlekar än anläggningar för kondensering/återförgasning. Naturgaslastbilar och transportörer kan transportera naturgas direkt till slutanvändare eller till distributionspunkter som rörledningar.
Tidigare kunde den naturgas som utvanns under utvinningen av petroleum inte säljas med lönsamhet, utan brändes helt enkelt på oljefältet i en process som kallas fakkel . Fackel är nu olagligt i många länder. Dessutom har högre efterfrågan under de senaste 20–30 åren gjort produktion av gas förknippad med olja ekonomiskt lönsam. Som ett ytterligare alternativ kan gasen nu ibland återinjiceras i formationen för ökad oljeutvinning genom tryckhållning samt blandbar eller oblandbar översvämning. Bevarande, återinjektion eller fackling av naturgas associerad med olja är i första hand beroende av närhet till marknader (rörledningar) och regulatoriska restriktioner.
Naturgas kan indirekt exporteras genom absorption i annan fysisk produktion. En färsk studie tyder på att expansionen av skiffergasproduktionen i USA har fått priserna att sjunka i förhållande till andra länder. Detta har orsakat en boom i exporten av energiintensiv tillverkningssektor, varvid den genomsnittliga dollarenheten för amerikansk tillverkningsexport nästan tredubblat sitt energiinnehåll mellan 1996 och 2012.
Ett "master gas system" uppfanns i Saudiarabien i slutet av 1970-talet, vilket slutade på varje behov av fackling. Satellit- och närliggande infraröda kameraobservationer visar dock att fladning och ventilering fortfarande sker i vissa länder.
Naturgas används för att generera el och värme för avsaltning . På samma sätt har några deponier som också släpper ut metangaser satts upp för att fånga upp metanet och generera el.
Naturgas lagras ofta under jord [referenser om geologisk lagring behövs] inuti utarmade gasreservoarer från tidigare gasbrunnar, saltkupoler eller i tankar som flytande naturgas. Gasen injiceras i en tid med låg efterfrågan och utvinns när efterfrågan ökar. Lagring i närheten av slutanvändare hjälper till att möta flyktiga krav, men sådan lagring kanske inte alltid är genomförbar.
Med 15 länder som står för 84 % av den globala utvinningen har tillgång till naturgas blivit en viktig fråga i internationell politik, och länder tävlar om kontroll över rörledningar. Under 2000-talets första decennium Gazprom , det statligt ägda energibolaget i Ryssland, tvister med Ukraina och Vitryssland om priset på naturgas, vilket har skapat oro för att gasleveranser till delar av Europa skulle kunna avbrytas för politiska skäl. USA förbereder sig för att exportera naturgas.
Flytande flytande naturgas
Flytande flytande naturgas (FLNG) är en innovativ teknik utformad för att möjliggöra utveckling av havsbaserade gasresurser som annars skulle förbli outnyttjade på grund av miljömässiga eller ekonomiska faktorer som för närvarande gör dem opraktiska att utveckla via en landbaserad LNG-verksamhet. FLNG-teknik ger också ett antal miljömässiga och ekonomiska fördelar:
- Miljö – Eftersom all bearbetning sker vid gasfältet finns det inget krav på långa rörledningar till land, kompressionsenheter för att pumpa gasen till land, muddring och bryggkonstruktion och landbaserad konstruktion av en LNG-bearbetningsanläggning, vilket avsevärt minskar miljön. fotavtryck. Att undvika konstruktion bidrar också till att bevara havs- och kustmiljöer. Dessutom kommer miljöstörningar att minimeras under avvecklingen eftersom anläggningen enkelt kan kopplas ur och tas bort innan den rustas upp och tas i bruk någon annanstans.
- Ekonomiskt – Där det kan vara oöverkomligt dyrt att pumpa gas till land, gör FLNG utveckling ekonomiskt lönsam. Som ett resultat kommer det att öppna upp nya affärsmöjligheter för länder att utveckla gasfält till havs som annars skulle förbli strandade, såsom de utanför Östafrika.
Många gas- och oljebolag överväger de ekonomiska och miljömässiga fördelarna med flytande flytande naturgas (FLNG). Det pågår för närvarande projekt för att bygga fem FLNG-anläggningar. Petronas är nära att färdigställa sin FLNG-1 på Daewoo Shipbuilding and Marine Engineering och är på gång med sitt FLNG-2-projekt på Samsung Heavy Industries . Shell Prelude ska starta produktion 2017. Browse LNG -projektet kommer att starta FEED under 2019.
Används
Naturgas används främst på norra halvklotet. Nordamerika och Europa är stora konsumenter.
Ofta kräver brunnshuvudgaser avlägsnande av olika kolvätemolekyler som finns i gasen. Några av dessa gaser inkluderar heptan , pentan , propan och andra kolväten med molekylvikter över metan ( CH
4 ). Naturgasöverföringsledningarna sträcker sig till naturgasbehandlingsanläggningen eller enheten som tar bort kolväten med högre molekylvikt för att producera naturgas med energiinnehåll mellan 35–39 megajoule per kubikmeter (950–1 050 brittiska termiska enheter per kubikfot). Den bearbetade naturgasen kan sedan användas för bostäder, kommersiella och industriella användningar.
Midstream naturgas
Naturgas som strömmar i distributionsledningarna kallas mellanströmsnaturgas och används ofta för att driva motorer som roterar kompressorer. Dessa kompressorer krävs i transmissionsledningen för att trycksätta och trycksätta mellanströms naturgas när gasen färdas. Vanligtvis kräver naturgasdrivna motorer 35–39 MJ/m 3 (950–1 050 BTU/cu ft) naturgas för att fungera enligt specifikationerna för den roterande namnskylten. Flera metoder används för att avlägsna dessa gaser med högre molekylvikt för användning av naturgasmotorn. Några tekniker är följande:
Kraftproduktion
Hushållsbruk
Naturgas som utmatas i bostadsmiljöer kan generera temperaturer på över 1 100 °C (2 000 °F), vilket gör den till ett kraftfullt hushållsbränsle för matlagning och uppvärmning. I stora delar av den utvecklade världen levereras den via rör till bostäder, där den används för många ändamål, inklusive spisar och ugnar, värme / kyla och centralvärme . Värmare i hem och andra byggnader kan innefatta pannor, ugnar och varmvattenberedare . Både Nordamerika och Europa är stora konsumenter av naturgas.
Hushållsapparater, ugnar och pannor använder lågt tryck, vanligtvis med ett standardtryck runt 1,7 kilopascal (0,25 psi) över atmosfärstryck. Trycken i matningsledningarna varierar, antingen standardanvändningstrycket (UP) som nämnts ovan eller förhöjt tryck (EP), som kan vara allt från 7 till 800 kilopascal (1 till 120 psi) över atmosfärstryck. System som använder EP har en regulator vid serviceingången för att minska trycket till UPP. [ citat behövs ]
Naturgasrörsystem inuti byggnader är ofta konstruerade med tryck på 14 till 34 kilopascal (2 till 5 psi), och har nedströms tryckregulatorer för att minska trycket efter behov. Det högsta tillåtna drifttrycket för naturgasrörsystem i en byggnad baseras på NFPA 54: National [ förtydligande behövs ] Fuel Gas Code, förutom när det godkänts av Public Safety Authority eller när försäkringsbolag har strängare krav.{{
Generellt tillåts inte naturgassystemets tryck överstiga 5 psig (34,5 kPa) om inte alla följande villkor är uppfyllda:
- AHJ tillåter ett högre tryck.
- Fördelningsröret är svetsat. (Obs: 2. Vissa jurisdiktioner kan också kräva att svetsfogar röntgenbildas för att verifiera kontinuiteten).
- Rören stängs för skydd och placeras i ett ventilerat utrymme som inte tillåter gasansamling.
- Röret installeras i de områden som används för industriella processer, forskning, lagring eller mekaniska utrustningsrum.
I allmänhet är ett maximalt tryck för flytande petroleumgas på 20 psig (138 kPa) tillåtet, förutsatt att byggnaden används specifikt för industriella eller forskningsändamål och är konstruerad i enlighet med NFPA 58: Liquefied Petroleum Gas Code, kapitel 7.
En seismisk jordbävningsventil som arbetar vid ett tryck på 55 psig (3,7 bar) kan stoppa flödet av naturgas in i det platsvida rörnätet för naturgasdistribution (som löper (utomhus under jord, ovanför byggnadstak och eller inom de övre stöden av en Seismiska jordbävningsventiler är konstruerade för användning vid maximalt 60 psig.
I Australien transporteras naturgas från gasbearbetningsanläggningar till regulatorstationer via transmissionsledningar. Gasen regleras sedan ner till fördelade tryck och gasen distribueras runt ett gasnät via gasledning. Små grenar från nätet, så kallade tjänster, kopplar enskilda bostäder eller flerbostadshus till nätet. Nätverken varierar vanligtvis i tryck från 7 kPa (lågt tryck) till 515 kPa (högt tryck). Gasen regleras sedan ner till 1,1 kPa eller 2,75 kPa, innan den mäts och skickas till konsumenten för hushållsbruk. Naturgasledningar är gjorda av en mängd olika material: historiskt gjutjärn, även om mer moderna ledningar är gjorda av stål eller polyeten.
I USA finns komprimerad naturgas (CNG) tillgänglig i vissa landsbygdsområden som ett alternativ till billigare och rikligare LPG ( flytande petroleumgas ), den dominerande källan till landsbygdsgas. Den används i hem som saknar direkta anslutningar till allmännyttiga gaser eller för att driva bärbara grillar . Naturgas levereras också av oberoende naturgasleverantörer genom Natural Gas Choice -program [ förtydligande behövs ] i hela USA.
Transport
CNG är ett renare och även billigare alternativ till andra bilbränslen som bensin (bensin). I slutet av 2014 fanns det över 20 miljoner naturgasfordon världen över, ledda av Iran (3,5 miljoner), Kina (3,3 miljoner), Pakistan (2,8 miljoner), Argentina (2,5 miljoner), Indien (1,8 miljoner) och Brasilien (1,8 miljoner). Energieffektiviteten är i allmänhet lika med bensinmotorernas, men lägre jämfört med moderna dieselmotorer. Bensin-/bensinfordon som konverterats till att köras på naturgas lider på grund av det låga kompressionsförhållandet hos deras motorer, vilket resulterar i en minskning av levererad kraft när den körs på naturgas (10–15 %). CNG-specifika motorer använder dock ett högre kompressionsförhållande på grund av detta bränsles högre oktantal på 120–130.
Förutom användning i vägfordon kan CNG även användas i flygplan. Komprimerad naturgas har använts i vissa flygplan som Aviat Aircraft Husky 200 CNG och Chromarat VX-1 KittyHawk
LNG används också i flygplan. Den ryska flygplanstillverkaren Tupolev driver till exempel ett utvecklingsprogram för att producera LNG- och vätgasdrivna flygplan. Programmet har pågått sedan mitten av 1970-talet och syftar till att utveckla LNG- och vätgasvarianter av passagerarflygplanen Tu-204 och Tu-334 , och även fraktflygplanen Tu-330 . Beroende på det aktuella marknadspriset för flygbränsle och LNG kan bränsle för ett LNG-drivet flygplan kosta 5 000 rubel (100 USD) mindre per ton, ungefär 60 %, med avsevärda minskningar av kolmonoxid- , kolväte- och kväveoxidutsläpp . [ citat behövs ]
Fördelarna med flytande metan som ett jetmotorbränsle är att det har mer specifik energi än standardfotogenblandningarna gör och att dess låga temperatur kan hjälpa till att kyla luften som motorn komprimerar för större volymetrisk effektivitet, i praktiken ersätter en intercooler . Alternativt kan den användas för att sänka temperaturen på avgaserna. [ citat behövs ]
Gödselmedel
Naturgas är en viktig råvara för produktion av ammoniak , via Haber-processen , för användning i konstgödselproduktion . Utvecklingen av syntetiska kvävegödselmedel har avsevärt stött den globala befolkningstillväxten - det har uppskattats att nästan hälften av jordens människor för närvarande matas som ett resultat av användning av syntetiska kvävegödselmedel.
Väte
Naturgas kan användas för att producera väte , med en vanlig metod är vätereformatorn . Väte har många tillämpningar: det är ett primärt råmaterial för den kemiska industrin , ett hydreringsmedel, en viktig handelsvara för oljeraffinaderier och bränslekällan i vätgasfordon .
Djur- och fiskfoder
Proteinrikt djur- och fiskfoder produceras genom att mata naturgas till Methylococcus capsulatus- bakterier i kommersiell skala.
Övrig
Naturgas används också vid tillverkning av tyger , glas , stål , plast , färg , syntetisk olja och andra produkter. Det första steget i valoriseringen av naturgaskomponenter är vanligtvis [ förtydligandet behövs ] av alkanen till olefin. Den oxidativa dehydreringen av etan leder till etylen, som kan omvandlas vidare till etylenepoxid, etylenglykol, acetaldehyd eller andra olefiner. Propan kan omvandlas till propen eller kan oxideras till akrylsyra och akrylnitril.
Miljöpåverkan
Växthuseffekt och naturgasutsläpp
Mänsklig aktivitet står för cirka 60 % av alla metanutsläpp och för det mesta av den resulterande ökningen av metan i atmosfären. Naturgas släpps avsiktligt ut eller är på annat sätt känt att läcka under utvinning, lagring, transport och distribution av fossila bränslen . Globalt sett står metan för uppskattningsvis 33 % av den antropogena uppvärmningen av växthusgaser . Nedbrytningen av kommunalt fast avfall (en källa till deponigas ) och avloppsvatten står för ytterligare 18 % av sådana utsläpp. Dessa uppskattningar inkluderar betydande osäkerheter som bör minskas inom en snar framtid med förbättrade satellitmätningar , såsom de som planeras för MethaneSAT .
Efter utsläpp till atmosfären avlägsnas metan genom gradvis oxidation till koldioxid och vatten av hydroxylradikaler ( OH −
) som bildas i troposfären eller stratosfären, vilket ger den totala kemiska reaktionen CH
4 + 2 O
2 → CO
2 + 2 H
2 O . Medan livslängden för atmosfärisk metan är relativt kort jämfört med koldioxid, med en halveringstid på cirka 7 år, är den mer effektiv för att fånga värme i atmosfären, så att en given mängd metan har 84 gånger den globala uppvärmningen potentialen för koldioxid under en 20-årsperiod och 28 gånger under en 100-årsperiod. Naturgas är alltså en potent växthusgas på grund av den kraftiga strålkraften av metan på kort sikt, och de fortsatta effekterna av koldioxid på längre sikt.
Riktade ansträngningar för att snabbt minska uppvärmningen genom att minska antropogena metanutsläpp är en strategi för att minska klimatförändringarna som stöds av Global Methane Initiative .
Växthusgasutsläpp
Vid raffinering och förbränning kan naturgas producera 25–30 % mindre koldioxid per levererad joule än olja och 40–45 % mindre än kol. Det kan också producera potentiellt färre giftiga föroreningar än andra kolvätebränslen. Men jämfört med andra större fossila bränslen orsakar naturgas mer utsläpp i relativa termer under produktion och transport av bränslet, vilket innebär att utsläppen av växthusgaser under hela livscykeln är cirka 50 % högre än de direkta utsläppen från konsumtionsplatsen.
När det gäller uppvärmningseffekten över 100 år utgör produktion och användning av naturgas ungefär en femtedel av mänskliga utsläpp av växthusgaser , och detta bidrag växer snabbt. Globalt sett släppte naturgasanvändningen ut cirka 7,8 miljarder ton CO
2 år 2020 (inklusive fackling), medan användningen av kol och olja släppte ut 14,4 respektive 12 miljarder ton. IEA uppskattar att energisektorn (olja, naturgas, kol och bioenergi) står för cirka 40 % av mänskliga metanutsläpp. Enligt IPCC:s sjätte utvärderingsrapport ökade naturgasförbrukningen med 15 % mellan 2015 och 2019, jämfört med en ökning på 5 % av förbrukningen av olja och oljeprodukter.
Den fortsatta finansieringen och byggandet av nya gasledningar tyder på att enorma utsläpp av fossila växthusgaser kan låsas in i 40 till 50 år framöver. Bara i den amerikanska delstaten Texas har fem nya långväga gasledningar varit under uppbyggnad, med den första i drift 2019, och de andra planerade att komma online under 2020–2022.
För att minska sina växthusutsläpp subventionerar Nederländerna en omställning bort från naturgas för alla hem i landet till 2050. I Amsterdam har inga nya gaskonton för bostäder tillåtits sedan 2018, och alla bostäder i staden förväntas konverteras senast 2040 att använda överskottsvärmen från intilliggande industribyggnader och verksamheter. Vissa städer i USA har börjat förbjuda gasanslutningar för nya hus, med statliga lagar som antagits och övervägs för att antingen kräva elektrifiering eller förbjuda lokala krav. Den brittiska regeringen experimenterar också med alternativa hemuppvärmningstekniker för att uppfylla sina klimatmål. För att bevara sina verksamheter har naturgasföretag i USA kämpat för lagar som förhindrar lokala elektrifieringsförordningar och främjar förnybar naturgas och vätgas .
Andra föroreningar
Även om naturgas producerar mycket lägre mängder svaveldioxid och kväveoxider (NOx) än andra fossila bränslen, kan NOx från förbränning av naturgas i hemmen vara en hälsorisk.
Radionuklider
Naturgasutvinning producerar också radioaktiva isotoper av polonium (Po-210), bly (Pb-210) och radon (Rn-220). Radon är en gas med initial aktivitet från 5 till 200 000 becquerel per kubikmeter gas. Det sönderfaller snabbt till Pb-210 som kan byggas upp som en tunn film i gasutvinningsutrustning.
Säkerhetsfrågor
Naturgasutvinningspersonalen står inför unika hälso- och säkerhetsutmaningar.
Produktion
Vissa gasfält ger sur gas som innehåller svavelväte ( H
2 S ), en giftig förening vid inandning. Amingasbehandling , en process i industriell skala som tar bort sura gasformiga komponenter, används ofta för att avlägsna svavelväte från naturgas.
Utvinning av naturgas (eller olja) leder till att trycket i reservoaren minskar . Sådan tryckminskning kan i sin tur leda till sättningar , sjunkande marken ovanför. Säkning kan påverka ekosystem, vattendrag, avlopps- och vattenförsörjningssystem, grunder och så vidare.
Fracking
Att frigöra naturgas från porösa bergformationer under ytan kan åstadkommas genom en process som kallas hydraulisk sprickning eller "fracking". Sedan den första kommersiella hydrauliska spräckningen 1949 har cirka en miljon brunnar spruckits hydrauliskt i USA. Produktionen av naturgas från hydrauliskt spruckna brunnar har använt den tekniska utvecklingen av riktad och horisontell borrning, vilket förbättrat tillgången till naturgas i täta bergformationer. En stark tillväxt i produktionen av okonventionell gas från hydrauliskt spruckna brunnar skedde mellan 2000 och 2012.
Vid hydraulisk sprickbildning tvingar brunnsoperatörer vatten blandat med en mängd olika kemikalier genom borrhålets hölje in i berget. Högtrycksvattnet bryter upp eller "spricker" berget, vilket frigör gas från bergformationen. Sand och andra partiklar tillsätts vattnet som ett proppmedel för att hålla sprickorna i berget öppna, vilket gör att gasen kan strömma in i höljet och sedan till ytan. Kemikalier tillsätts vätskan för att utföra sådana funktioner som att minska friktionen och förhindra korrosion. Efter "fracken" utvinns olja eller gas och 30–70 % av frackvätskan, det vill säga blandningen av vatten, kemikalier, sand etc., rinner tillbaka till ytan. Många gasförande formationer innehåller också vatten, som kommer att strömma upp i borrhålet till ytan tillsammans med gasen, i både hydrauliskt spruckna och icke-hydrauliskt spräckta brunnar. Detta producerade vatten har ofta en hög halt av salt och andra lösta mineraler som förekommer i formationen.
Mängden vatten som används för att hydrauliskt spricka brunnar varierar beroende på den hydrauliska spricktekniken. I USA har den genomsnittliga volymen vatten som använts per hydraulisk spricka rapporterats vara nästan 7 375 gallon för vertikala olje- och gaskällor före 1953, nästan 197 000 gallons för vertikala olje- och gaskällor mellan 2000 och 2010 och nästan 3 miljoner gallon för horisontella gaskällor mellan 2000 och 2010.
Att bestämma vilken frackningsteknik som är lämplig för brunnsproduktiviteten beror till stor del på egenskaperna hos reservoarbergarten från vilken olja eller gas kan utvinnas. Om berget kännetecknas av lågpermeabilitet – vilket avser dess förmåga att låta ämnen, det vill säga gas, passera genom det, kan berget anses vara en källa till tät gas . Fracking för skiffergas, som för närvarande också är känd som en källa till okonventionell gas , innebär att man borrar ett borrhål vertikalt tills det når en lateral skifferbergsformation, vid vilken tidpunkt borren vänder sig för att följa berget i hundratals eller tusentals fot horisontellt. Däremot kännetecknas konventionella olje- och gaskällor av högre bergpermeabilitet, vilket naturligtvis möjliggör flödet av olja eller gas in i borrhålet med mindre intensiva hydrauliska spricktekniker än vad produktionen av tät gas har krävt. Decennierna av utveckling av borrteknik för konventionell och okonventionell olje- och gasproduktion har inte bara förbättrat tillgången till naturgas i lågpermeabilitetsreservoarbergarter, utan har också inneburit betydande negativa effekter på miljön och folkhälsan.
US EPA har erkänt att giftiga, cancerframkallande kemikalier, dvs bensen och etylbensen, har använts som gelningsmedel i vatten och kemiska blandningar för hög volym horisontell sprickbildning (HVHF). Efter den hydrauliska sprickan i HVHF kan vattnet, kemikalierna och frackvätskan som återgår till brunnens yta, kallat återflöde eller producerat vatten, innehålla radioaktiva material, tungmetaller, naturliga salter och kolväten som finns naturligt i skifferstenformationer. Frackingkemikalier, radioaktiva material, tungmetaller och salter som avlägsnas från HVHF-brunnen av brunnsoperatörer är så svåra att ta bort från vattnet de blandas med och skulle förorena vattnets kretslopp så kraftigt att det mesta av återflödet är antingen återvinnas till andra frackningsoperationer eller injiceras i djupa underjordiska brunnar, vilket eliminerar vattnet som HVHF krävde från den hydrologiska cykeln.
Historiskt låga gaspriser har försenat den nukleära renässansen , liksom utvecklingen av solvärmeenergi .
Tillsatt lukt
Naturgas i sitt ursprungliga tillstånd är färglös och nästan luktfri . För att hjälpa konsumenterna att upptäcka läckor tillsätts ett luktämne med en doft som liknar ruttna ägg, tert-butyltiol (t-butylmerkaptan). Ibland kan en besläktad förening, tiofan , användas i blandningen. Situationer där ett luktämne som tillsätts naturgas kan detekteras med analytisk instrumentering, men inte kan detekteras ordentligt av en observatör med normalt luktsinne, har inträffat inom naturgasindustrin. Detta orsakas av luktmaskering, när ett luktämne övermannar känslan av en annan. Från och med 2011 bedriver branschen forskning om orsakerna till luktmaskering. [ behöver uppdateras ]
Risk för explosion
Explosioner orsakade av naturgasläckor inträffar några gånger per år. Enskilda hem, småföretag och andra strukturer drabbas oftast när en intern läcka bygger upp gas inuti strukturen. Läckor uppstår ofta från grävarbeten, till exempel när entreprenörer gräver och slår i rörledningar, ibland utan att veta om några skador uppstått. Ofta är sprängningen kraftfull nog att avsevärt skada en byggnad men lämna den stående. I dessa fall tenderar personerna inuti att ha mindre till måttliga skador. Ibland kan gasen samlas i tillräckligt stora mängder för att orsaka en dödlig explosion och förstöra en eller flera byggnader i processen. Många byggregler förbjuder nu installation av gasrör inuti hålrumsväggar eller under golvbrädor för att mildra denna risk. Gas försvinner vanligtvis lätt utomhus, men kan ibland samlas i farliga mängder om flödet är tillräckligt högt . Men med tanke på de tiotals miljoner strukturer som använder bränslet är den individuella risken med att använda naturgas låg.
Risk för inandning av kolmonoxid
Naturgasuppvärmningssystem kan orsaka kolmonoxidförgiftning om de inte ventileras eller är dåligt ventilerade. Förbättringar i konstruktioner av naturgasugnar har avsevärt minskat farhågorna för CO-förgiftning. detektorer som varnar för kolmonoxid eller explosiva gaser som metan och propan.
Energiinnehåll, statistik och prissättning
Mängder naturgas mäts i standard kubikmeter (kubikmeter gas vid temperatur 15 °C (59 °F) och tryck 101,325 kPa (14,6959 psi)) eller standard kubikfot (kubikfot gas vid temperatur 60,0 °F och tryck 14,73 psi (101,6 kPa)), 1 standard kubikmeter = 35,301 standard kubikfot. Bruttoförbränningsvärmen av naturgas av kommersiell kvalitet är cirka 39 MJ/m 3 (0,31 kWh/cu ft), men detta kan variera med flera procent. Detta är cirka 50 till 54 MJ/kg beroende på densiteten. Som jämförelse är förbränningsvärmen av ren metan 37,7 MJ per standardkubikmeter, eller 55,5 MJ/kg.
Förutom i Europeiska unionen, USA och Kanada säljs naturgas i gigajoule detaljhandelsenheter. LNG (flytande naturgas) och LPG ( flytande petroleumgas ) handlas i metriska ton (1 000 kg) eller miljoner BTU som spotleveranser. Långsiktiga distributionskontrakt för naturgas tecknas i kubikmeter och LNG-kontrakt är i ton. LNG och gasol transporteras av specialiserade transportfartyg , eftersom gasen flytande vid kryogena temperaturer. Specifikationen för varje LNG/LPG-last kommer vanligtvis att innehålla energiinnehållet, men denna information är i allmänhet inte tillgänglig för allmänheten. Europeiska unionen har som mål att minska sitt gasberoende av Ryssland med två tredjedelar år 2022.
I augusti 2015 gjordes den kanske största naturgasfyndigheten i historien och anmäldes av ett italienskt gasföretag ENI. Energibolaget angav att det har grävt fram ett "supergigantiskt" gasfält i Medelhavet som täcker cirka 40 kvadrat miles (100 km 2 ). Detta fick namnet Zohr- gasfältet och kunde rymma en potentiell 30 biljoner kubikfot (850 miljarder kubikmeter) naturgas. ENI sa att energin är cirka 5,5 miljarder fat oljeekvivalenter [BOE] (3,4 × 10 10 GJ). Zohrfältet hittades i det djupa vattnet utanför Egyptens norra kust och ENI hävdar att det kommer att bli det största någonsin i Medelhavet och till och med i världen .
europeiska unionen
Gaspriserna för slutanvändare varierar kraftigt inom EU . En inre europeisk energimarknad, ett av EU:s huvudmål, bör jämna ut gaspriserna i alla EU:s medlemsstater. Dessutom skulle det bidra till att lösa frågor om utbud och global uppvärmning , samt stärka förbindelserna med andra Medelhavsländer och främja investeringar i regionen. Qatar har blivit ombedd av USA att leverera nödgas till EU i händelse av försörjningsavbrott i den rysk-ukrainska krisen .
Förenta staterna
I amerikanska enheter producerar en standard kubikfot (28 L) naturgas cirka 1 028 brittiska termiska enheter (1 085 kJ). Det faktiska värmevärdet när vattnet som bildas inte kondenserar är nettoförbränningsvärmen och kan vara så mycket som 10 % mindre.
I USA är detaljhandeln ofta i termer ( th ); 1 term = 100 000 BTU. Gasförsäljningen till inhemska konsumenter sker ofta i enheter om 100 standard kubikfot (scf). Gasmätare mäter mängden gas som används och denna omvandlas till termer genom att multiplicera volymen med energiinnehållet i den gas som används under den perioden, vilket varierar något över tiden. Den typiska årliga förbrukningen för en enfamiljsbostad är 1 000 termor eller en Residential Customer Equivalent (RCE). Grossisttransaktioner görs vanligtvis i dekatermer (Dth), tusendekatermer (MDth) eller miljoner dekatermer (MMDth). En miljon dekatermer är en biljon BTU, ungefär en miljard kubikfot naturgas.
Priset på naturgas varierar mycket beroende på plats och typ av konsument. Det typiska kalorivärdet för naturgas är ungefär 1 000 BTU per kubikfot, beroende på gasens sammansättning. Naturgas i USA handlas som ett terminskontrakt på New York Mercantile Exchange . Varje kontrakt är på 10 000 miljoner BTU eller 10 miljarder BTU (10 551 GJ). Således, om priset på gas är $10/miljon BTU på NYMEX, är kontraktet värt $100 000.
Kanada
Kanada använder metriskt mått för intern handel med petrokemiska produkter. Följaktligen säljs naturgas per gigajoule (GJ), kubikmeter (m 3 ) eller tusen kubikmeter (E3m3). Distributionsinfrastruktur och mätare mäter nästan alltid volym (kubikfot eller kubikmeter). Vissa jurisdiktioner, såsom Saskatchewan, säljer endast gas i volym. Andra jurisdiktioner, såsom Alberta, säljs gas av energiinnehållet (GJ). I dessa områden mäter nästan alla mätare för privatkunder och små kommersiella kunder volym (m 3 eller ft 3 ), och faktureringsuppgifter inkluderar en multiplikator för att omvandla volymen till energiinnehållet i den lokala gasförsörjningen.
En gigajoule (GJ) är ett mått ungefär lika med 80 liter (0,5 fat) olja, eller 28 m 3 eller 1 000 cu ft eller 1 miljon BTU gas. Energiinnehållet i gastillförseln i Kanada kan variera från 37 till 43 MJ/m 3 (990 till 1 150 BTU/cu ft) beroende på gastillförsel och bearbetning mellan brunnshuvudet och kunden.
Adsorberad naturgas (ANG)
Naturgas kan lagras genom att den adsorberas till de porösa fasta ämnen som kallas sorbenter. Det optimala villkoret för lagring av metan är vid rumstemperatur och atmosfärstryck. Tryck upp till 4 MPa (cirka 40 gånger atmosfärstrycket) kommer att ge större lagringskapacitet. Den vanligaste sorbenten som används för ANG är aktivt kol (AC), främst i tre former: Activated Carbon Fiber (ACF), Pulveriserat aktivt kol (PAC) och aktiverat kolmonolit.
Se även
- Associerad petroleumgas
- Energiomställning
- Gas/olja-förhållande
- Naturgas per land
- Toppgas
- Power-to-gas
- Förnybar naturgas
- Världens energiförsörjning och -förbrukning
Vidare läsning
- Blanchard, Charles (2020). The Extraction State: A History of Natural Gas in America . U från Pittsburgh Press. online recension .
externa länkar
| Nationalbibliotek | |
|---|---|
| Övrig | |
