Какие основные сферы применения природного газа. Как используется газ в энергетике, промышленности и быту. Какие продукты производят из природного газа. Каковы перспективы использования газа в будущем.
Природный газ как универсальный энергоноситель
Природный газ является одним из важнейших энергоресурсов современности. Его универсальность и экологичность обеспечивают широчайший спектр применения — от выработки электроэнергии до использования в качестве сырья в химической промышленности.
Основные сферы использования природного газа:
- Энергетика (выработка электроэнергии и тепла)
- Промышленность (металлургия, химическое производство, производство стройматериалов)
- Транспорт (газомоторное топливо)
- Бытовое потребление (отопление, приготовление пищи)
- Сырье для химической промышленности
Рассмотрим подробнее ключевые направления использования природного газа в современной экономике.
Применение природного газа в энергетике
Энергетический сектор является крупнейшим потребителем природного газа. По данным Управления энергетической информации США, в 2021 году на энергетику приходилось около 37% общего потребления газа в стране.
Как используется газ для производства энергии?
- На газовых электростанциях для выработки электроэнергии
- В парогазовых установках для комбинированной выработки электричества и тепла
- Для производства тепловой энергии в котельных
Преимущества природного газа в энергетике:
- Высокий КПД газовых электростанций (до 60%)
- Меньшие выбросы CO2 по сравнению с углем и нефтью
- Быстрый выход на рабочий режим
- Возможность маневрирования мощностью
Благодаря этим факторам доля газа в мировом энергобалансе постоянно растет. По прогнозам, к 2040 году природный газ может стать вторым по значимости энергоресурсом после нефти.
Использование природного газа в промышленности
Промышленный сектор является вторым по объемам потребления природного газа после энергетики. В 2021 году на его долю пришлось около 33% потребления газа в США.
Основные направления применения газа в промышленности:
- Металлургия (нагрев печей, производство чугуна и стали)
- Химическая промышленность (производство аммиака, метанола и др.)
- Производство строительных материалов (цемент, стекло, керамика)
- Пищевая промышленность
- Целлюлозно-бумажная промышленность
В металлургии природный газ используется для нагрева доменных печей и в качестве восстановителя железной руды. В химической отрасли он служит сырьем для производства широкого спектра продуктов — от удобрений до пластмасс.
Природный газ как моторное топливо
Использование природного газа в качестве моторного топлива — одно из перспективных направлений. Какие виды газомоторного топлива существуют?
- Компримированный природный газ (КПГ)
- Сжиженный природный газ (СПГ)
- Синтетическое жидкое топливо по технологии Gas-to-Liquids (GTL)
Преимущества газомоторного топлива:
- Экологичность (меньше вредных выбросов)
- Экономичность (ниже стоимость топлива)
- Безопасность (газ легче воздуха и быстро улетучивается)
Несмотря на эти преимущества, доля газомоторного транспорта пока невелика. В 2021 году на транспортный сектор пришлось лишь около 4% потребления газа в США. Однако многие эксперты прогнозируют рост этого сегмента в будущем.
Применение природного газа в быту
В жилом секторе природный газ широко используется для отопления, нагрева воды и приготовления пищи. В 2021 году на бытовое потребление пришлось около 15% общего объема использования газа в США.
Основные направления использования газа в быту:
- Отопление помещений (газовые котлы)
- Нагрев воды (газовые водонагреватели)
- Приготовление пищи (газовые плиты)
- Сушка одежды (газовые сушилки)
Преимущества газа для бытовых потребителей:
- Экономичность (газ дешевле электричества)
- Удобство использования
- Высокая теплотворная способность
- Экологичность по сравнению с твердым топливом
По оценкам, около половины домохозяйств в США используют природный газ для отопления. В России этот показатель еще выше — газифицировано более 70% жилого фонда.
Природный газ как сырье для химической промышленности
Помимо использования в качестве топлива, природный газ служит ценным сырьем для химической промышленности. Какие продукты производят из природного газа?
- Аммиак и азотные удобрения
- Метанол
- Уксусная кислота
- Формальдегид
- Этилен и пропилен
- Синтетические каучуки
Процесс переработки газа в химические продукты обычно включает следующие этапы:
- Получение синтез-газа (смесь CO и H2)
- Синтез целевых продуктов
- Очистка и выделение готовых веществ
Развитие газохимии позволяет повысить эффективность использования природного газа и получать продукты с высокой добавленной стоимостью.
Перспективные направления использования природного газа
Несмотря на широкое применение природного газа, потенциал его использования далеко не исчерпан. Какие новые сферы применения газа могут получить развитие в будущем?
- Производство водорода (технологии парового реформинга метана)
- Топливные элементы на природном газе
- Газогидраты как источник метана
- Новые технологии производства GTL-топлива
- Использование газа в качестве сырья для 3D-печати
Развитие этих направлений может открыть новые возможности для эффективного использования природного газа в различных отраслях экономики.
Заключение
Природный газ является универсальным энергоносителем и ценным химическим сырьем. Его применение охватывает практически все сферы современной экономики — от выработки электроэнергии до производства удобрений и пластмасс. Экологичность и экономичность природного газа обеспечивают рост его потребления в мировом масштабе.
В то же время потенциал использования газа далеко не исчерпан. Развитие новых технологий может существенно расширить сферы его применения в будущем. Это делает природный газ одним из ключевых энергоресурсов XXI века.
Что делают из природного газа — список, что можно производить из газа
Природный газ отлично вступает в химическую реакцию горения. Поэтому чаще всего из него получают энергию — электрическую и тепловую. Но на основе газа можно сделать еще удобрение, топливо, краску и многое другое.
Значительные объемы газа использует также металлургическая промышленность. Но и здесь природный газ также используется как источник энергии — для разогрева доменных печей.
Компримированный газ получают на автомобильных газонаполнительных компрессорных станциях (АГНКС) путем сжатия природного газа, поступающего по газопроводу, до 20–25 МПа (200–250 атмосфер).
Еще из природного газа можно производить жидкие моторные топлива по технологии «газ-в-жидкость» (gas-to-liquid, GTL). Поскольку природный газ — достаточно инертный продукт, практически всегда при переработке на первом этапе его превращают в более реакционно-способную парогазовую смесь — так называемый синтез-газ (смесь СО и Н2).
Далее ее направляют на синтез для получения жидкого топлива. Это может быть так называемая синтетическая нефть, дизельное топливо, а также смазочные масла и парафины.
Впервые жидкие углеводороды из синтез-газа получили немецкие химики Франц Фишер и Ганс Тропш еще в 1923 году. Правда, тогда в качестве источника водорода они использовали уголь. В настоящее время различные варианты метода Фишера-Тропша используются во многих представленных на рынке процессах превращения газа в жидкие углеводороды.
Отбензинивание
Первичная переработка газа происходит на ГПЗ — газоперерабатывающих заводах.
Обычно в природном газе помимо метана содержатся разнообразные примеси, которые необходимо отделить. Это азот, углекислый газ, сероводород, гелий, пары воды.
Поэтому в первую очередь газ на ГПЗ проходит специальную обработку — очистку и осушку. Здесь же газ компримируют до давления, необходимого для переработки. На отбензинивающих установках газ разделяют на нестабильный газовый бензин и отбензиненный газ — продукт, который впоследствии и закачивают в магистральные газопроводы.
Этот же уже очищенный газ идет на химических заводы, где из него производят метанол и аммиак.
А нестабильный газовый бензин после выделения из газа подается на газофракционирующие установки, где из этой смеси выделяются легкие углеводороды: этан, пропан, бутан, пентан. Эти продукты тоже становятся сырьем для дальнейшей переработки. Из них в дальнейшем получают, к примеру, полимеры и каучуки. А смесь пропана и бутана сама по себе является готовым продуктом — ее закачивают в баллоны и используют в качестве бытового топлива.
Краска, клей и уксус
По схеме, похожей на процесс Фишера-Тропша, из природного газа получают метанол (CH3OH). Он используется в качестве реагента для борьбы с гидратными пробками, которые образуются в трубопроводах при низких температурах. Метанол может стать и сырьем для производства более сложных химических веществ: формальдегида, изоляционных материалов, лаков, красок, клеев, присадок для топлива, уксусной кислоты.
Путем нескольких химических превращений из природного газа получают также минеральные удобрения.
На первой стадии это аммиак. Процесс получения аммиака из газа похож на процесс gas-to-liquid, но нужны другие катализаторы, давление и температура.
Аммиак сам по себе является удобрением, а также используется в холодильных установках как хладагент и в качестве сырья для производства азотсодержащих соединений: азотной кислоты, аммиачной селитры, карбамида.
Применение природного газа — Природные источники углеводородов
Энергетическая и химическая ценность природного газа определяется содержанием в нём углеводородов. Природный газ в пластовых условиях (условиях залегания в земных недрах) находится в газовом состоянии в виде отдельных скоплений (газовых залежей) или в виде газовой шапки нефтегазовых месторождений — это свободный газ, либо в растворённом состоянии в нефти или воде (в пластовых условиях), а в стандартных условиях (0,101325 МПа при 20 °С) — только в газовом состоянии. Разница в составе природного и попутного нефтяного газа имеется. В последнем, как правило, больше сравнительно тяжёлых углеводородов, которые обязательно отделяются, прежде чем использовать газ. Природный газ называется «сухим», если почти не содержит бензина (менее 1 л на 25 м3 газа). «Жирный» газ может содержать бензина в 10 раз больше. Смесь жидких углеводородов может быть получена, как путем сжатия и охлаждения газа, так и путем его абсорбции нефтью. Полученные жидкости называются сжиженным нефтяным газом (газоконденсатом) и имеют разнообразное применение. В промышленности он применяется как топливо на электростанциях, цементной и стекольной промышленности, при производстве стройматериалов и для коммунально-бытовых нужд, в цветной и чёрной металлургии, при выплавке металлов, при выплавке стекла, так же как сырье для получения органических соединений при синтезе, производстве извести и цемента, приготовлении хлеба и другой пищи и во многих других случаях. Природный газ одно из важнейших горючих ископаемых, занимающие ключевые позиции в топливно-энергетических балансах многих государств. На сегодняшний день природный газ является наиболее важным первичным источником энергии. Топливные газы разделяются на четыре группы в соответствии с теплотворной способностью (Hu) следующим образом:
|
Также природный газ может находиться в виде газогидратов (газовые гидраты или клатраты — кристаллические соединения, образующиеся при определённых термобарических условиях из воды и газа.). 
Он используется также в производстве бензина, сажи и некоторых важных химических продуктов, таких как метиловый спирт, формальдегид, синтетический аммиак. Природный газ применяют для получения олефиновых углеводородов, и в первую очередь этилена и пропилена, которые в свою очередь являются сырьём для дальнейшего органического синтеза. Из них производят пластические массы, синтетические каучуки, искусственные волокна и др. продукты. В домашнем хозяйстве газ служит горючим в печах, нагревательных приборах, газовых плитах и т.п. В качестве газообразного топлива обычно используются природный газ, нефтяной (попутный) газ и остаточные газы технических процессов, например, коксовый газ, доменный газ, газ получаемый в генераторе с отсасыванием и т.д. 
5Использование природного газа — Управление энергетической информации США (EIA)
В 2021 году Соединенные Штаты использовали около 30,66 триллиона кубических футов (трлн куб. общее потребление энергии.
Использование природного газа в Соединенных Штатах
В США природный газ в основном используется для отопления и производства электроэнергии, но в некоторых секторах потребления природный газ используется и в других целях.
Нажмите, чтобы увеличить
Нажмите, чтобы увеличить
Электроэнергетический сектор использует природный газ для выработки электроэнергии и производства полезной тепловой энергии. В 2021 году на электроэнергетический сектор приходилось около 37% общего потребления природного газа в США, а природный газ был источником около 32% потребления первичной энергии электроэнергетическим сектором США. Большая часть электроэнергии, производимой электроэнергетическим сектором, продается и используется другими потребляющими секторами США, и это потребление электроэнергии включается в общее потребление энергии каждым сектором. (Промышленный и коммерческий секторы также используют природный газ для выработки электроэнергии, и они сами используют почти всю эту электроэнергию.) В 2021 году на долю природного газа приходилось около 38% от общего объема производства электроэнергии в коммунальных сетях США всеми секторами9.0003
Промышленный сектор использует природный газ в качестве топлива для технологического отопления, в системах комбинированного производства тепла и электроэнергии, в качестве сырья (исходного сырья) для производства химикатов, удобрений и водорода, а также в качестве арендного и растительного топлива.
В 2021 году на промышленный сектор приходилось около 33% общего потребления природного газа в США, а природный газ был источником около 33% общего потребления энергии промышленным сектором США. 2
В жилом секторе природный газ используется для отопления зданий и водоснабжения, приготовления пищи и сушки одежды. Около половины домов в США используют природный газ для отопления помещений и нагрева воды. В 2021 году на жилой сектор приходилось около 15% от общего потребления природного газа в США, а природный газ был источником около 23% от общего потребления энергии в жилом секторе США.
Коммерческий сектор использует природный газ для обогрева зданий и воды, для работы холодильного оборудования, для приготовления пищи, для сушки одежды и для обеспечения наружного освещения. Некоторые потребители в коммерческом секторе также используют природный газ в качестве топлива в системах комбинированного производства тепла и электроэнергии.
В 2021 году на коммерческий сектор приходилось около 11% от общего потребления природного газа в США, а природный газ был источником около 20% от общего потребления энергии в коммерческом секторе США.
Транспортный сектор использует природный газ в качестве топлива для работы компрессоров, которые перемещают природный газ по трубопроводам, а также в качестве автомобильного топлива в виде сжатого природного газа и сжиженного природного газа. Почти все транспортные средства, использующие природный газ в качестве топлива, находятся в государственных и частных автопарках. В 2021 году на транспортный сектор приходилось около 4% от общего потребления природного газа в США. В 2021 году природный газ был источником около 5% общего потребления энергии транспортным сектором США, из которых 95% приходилось на трубопроводы и распределительные сети природного газа.
Где используется природный газ
Природный газ используется на всей территории Соединенных Штатов, но в 2021 году на пять штатов приходилось около 39% общего потребления природного газа в США.
1 Источник: Управление энергетической информации США, Monthly Energy Обзор , Таблица 4.3, октябрь 2022 г. Сумма долей может не равняться 100% из-за независимого округления.
2 Общее потребление энергии представляет собой потребление первичной энергии в секторах конечного потребления плюс розничная продажа электроэнергии секторам и потери энергии в электрических системах. Также включает другие потери энергии во всей энергосистеме.
3 Источник: Управление энергетической информации США, Natural Gas Annual , сентябрь 2022 г.
Последнее обновление: 16 ноября 2022 г., самые последние данные доступны на момент обновления.
Для чего используется природный газ? Использование природного газа
То, для чего используется природный газ, в последнее время сильно изменилось, потому что в 19 веке он в основном использовался для освещения в зданиях и на улицах. Сегодня технологии настолько расширили возможности использования природного газа, что мы можем использовать его практически для чего угодно.
Во-первых, есть несколько распространенных применений — и множество других менее важных способов его использования.
А затем давайте узнаем о наиболее распространенных способах использования природного газа в повседневной жизни.
1. Электроэнергия
Мы можем производить электроэнергию из природного газа – с помощью паровых турбин и газовых турбин.
По данным EIA, это был крупнейший источник — около 38% — производства электроэнергии в США в 2019 году.
И в ближайшем будущем мы будем использовать все больше и больше электроэнергии, потому что мы используем ее так, как не знали 20 лет назад (например, электромобили).
2. Отопление
Почти половина всех домов в США использует для отопления природный газ. Причина этого: он более эффективен, чем электрические насосы отопления.
Тепло от природного газа доставляется от систем принудительной вентиляции при температуре 50-60 градусов Цельсия.
Воздух от электрического теплового насоса обычно подается при температуре 30-35 градусов по Цельсию, что достаточно тепло для обогрева комнаты, но намного ниже, чем средняя человеческая температура 36-37 градусов по Цельсию.
Если кто-то спросит, для чего мы используем природный газ, мы можем с уверенностью сказать, что он в основном используется для отопления и производства электроэнергии, но есть и другие важные области применения, как показано на изображении выше.
3. Транспортировка и производство (промышленное использование)
Промышленное использование природного газа означает производство химикатов, удобрений, водорода и т. д. На его долю приходится около 33% общего потребления природного газа в США.
С точки зрения транспорта природный газ не является основным источником энергии в этой отрасли (это нефть), но большинство людей не осознают, что он используется значительно чаще, чем электричество.
Нефтепродукты служат топливом для 92% всех транспортных средств США
Биотопливо (например, этанол) составляет около 5%
Около 3% приходится на природный газ
Электроэнергия поставлена менее чем на 1%
Цифры представляют общее потребление энергии транспортным сектором.
Кроме того, природный газ используется для охлаждения, производства, когенерации и тригенерации (одновременное использование электроэнергии и тепла).
Но как именно мы используем природный газ, для чего используется газ и в чем разница между жилым и коммерческим использованием?
Использование природного газа
Если мы хотим выделить несколько конкретных видов использования природного газа для большинства типов потребителей, мы должны задать очень простой вопрос. Что использует газ в доме?
Вот краткий список наиболее распространенных применений.
Кулинария
Мы можем использовать природный газ непосредственно для приготовления пищи. Часто она обеспечивает лучший контроль температуры и потребляет значительно меньше энергии, чем электрическая духовка.
Но если мы не используем газ напрямую, возможно, мы используем его косвенно (через производство электроэнергии).
Водяное отопление
Да, мы используем его, чтобы обогревать наши комнаты, но и воду тоже.
Природный газ нагревается быстрее, чем электричество, и стоит меньше.
Кондиционер
Метод охлаждения №1 — кондиционер.
Почти во всех случаях мы прямо или косвенно используем природный газ. В основном косвенно (потому что мы используем электричество), но есть продукты и модели, работающие на природном газе, которые используют газ напрямую. Они не так популярны среди домохозяйств.
Разведение огня
Природный газ можно использовать в самых разных целях.
Например, есть камины на природном газе без дровяного горения. Вам не нужно беспокоиться о пожаре, если вы ложитесь спать, вы лучше управляете огнем — и, что не менее важно, вам не нужно собирать дрова перед каждой вечеринкой с барбекю.
Но для чего используется природный газ в различных отраслях промышленности?
Кто и для каких целей использует природный газ?
По данным EIA, коммерческий сектор использует природный газ до
отопление зданий и водоснабжение
для эксплуатации холодильного и холодильного оборудования
приготовить
для сушки белья
для наружного освещения
в качестве топлива в теплоэнергетических системах
Говоря простым языком, использование природного газа в коммерческих зданиях аналогично его использованию в домах.
