Gaz naturel

Le gaz naturel est un gaz combustible fossile composé principalement de méthane , mais y compris des quantités significatives de l'éthane , le propane , butane, et pentane-lourds hydrocarbures retirées avant d'utiliser comme combustible des consommateurs -ainsi que le dioxyde de carbone , l'azote , l'hélium et sulfure d'hydrogène. On le trouve dans champs de pétrole (associés) soit dissous ou isolées dans champs de gaz naturel (non associés), et dans les couches de charbon (comme méthane de houille). Lorsque des gaz riches en méthane sont produites par le décomposition anaérobie de non-fossiles organique matériel, ceux-ci sont appelés biogaz. Sources de biogaz comprennent marécages, marais, et décharges (voir le gaz d'enfouissement), ainsi que eaux d'égout boues et fumier par voie de des digesteurs anaérobies, en plus de la fermentation entérique en particulier dans le bétail .

Comme le gaz naturel ne est pas un pur produit, lorsque le gaz non associé est extraite d'un champ sous supercritique (pression / température) conditions, il peut partiellement se condenser sur dépressurisation isotherme - un effet appelé condensation rétrograde. Les liquides ainsi formés peuvent être piégés par le dépôt dans les pores du réservoir de gaz. Une méthode pour faire face à ce problème consiste à réinjecter le gaz séché exempt de condensat pour maintenir la pression souterraine et de permettre réévaporation et l'extraction des condensats.

Le gaz naturel est souvent de manière informelle dénommée tout simplement du gaz, surtout lorsqu'on les compare à d'autres sources d'énergie comme l'électricité. Avant que le gaz naturel peut être utilisé comme combustible, il doit subir une vaste traitement pour éliminer presque tous les matériaux autres que le méthane. Les sous-produits de traitement qui comprennent l'éthane, le propane, les butanes, pentanes et d'hydrocarbures de plus haut poids moléculaire, le soufre élémentaire et, parfois, l'hélium et l'azote.

Composition chimique

La principale composante du gaz naturel est le méthane ( C H _4), le plus court et le plus léger Molécule d'hydrocarbure. Il contient également souvent des hydrocarbures gazeux plus lourds tels que l'éthane ( C ₂ H _6), propane ( C ₃ H ₈₎ et butane ( C ₄ H ₁₀ autres), ainsi que du soufre des gaz contenant, en quantités variables, vous pouvez aussi condensats de gaz naturel. Gaz naturel qui contient des hydrocarbures autres que le méthane est appelé gaz naturel humide. Le gaz naturel composé uniquement de méthane est appelé gaz naturel sec .

Azote, l'hélium, le dioxyde de carbone et des traces de sulfure d'hydrogène, l'eau et substances odorantes peuvent également être présents. Le gaz naturel contient également et est la source de marché primaire de l'hélium . mercure est également présent en petites quantités dans le gaz naturel extrait de certains champs. La composition exacte du gaz naturel varie entre les champs de gaz.

Organosulfurés composés et du sulfure d'hydrogène sont des contaminants courants qui doivent être éliminés avant la plupart des utilisations. Gaz avec une quantité importante d'impuretés de soufre, tel que sulfure d'hydrogène, que l'on appelle gaz acide; gaz par des impuretés de soufre ou de dioxyde de carbone est gaz acides. Le gaz naturel traité qui est disponible pour les utilisateurs finaux est insipide et inodore, cependant, avant que le gaz est distribué aux utilisateurs finaux, il est odorisé par l'addition de petites quantités de substances odorantes (mélanges de t-butyl mercaptan, mercaptanthiol d'isopropyle, tétrahydrothiophène, sulfure de diméthyle et d'autres composés du soufre), pour aider à la détection des fuites. Le gaz naturel traité est, en soi, sans danger pour le corps humain, cependant, le gaz naturel est simple asphyxiant et peut tuer si elle déplace l'air au point où la teneur en oxygène ne sera pas soutenir la vie.

Le gaz naturel peut également être dangereux pour la vie et des biens à travers une explosion. Le gaz naturel est plus léger que l'air, et donc tend à se échapper dans l'atmosphère. Mais lorsque le gaz naturel est confiné, comme dans une maison, les concentrations de gaz peuvent atteindre des mélanges explosifs et, se il est enflammé, entraîner des explosions qui pourraient détruire les bâtiments. Le méthane a un faible limite explosive de 5% dans l'air, et une limite supérieure d'explosivité de 15%. Préoccupations explosifs avec du gaz naturel comprimé utilisés dans les véhicules sont presque inexistants, en raison de la nature se échapper du gaz, et la nécessité de maintenir les concentrations entre 5% et 15% pour déclencher des explosions.

contenu de l'énergie, les statistiques et les prix

Les quantités de gaz naturel sont mesurés en mètres cubes normaux (correspondant à 0 ° C à 101,325 kPaa) ou en pieds cubes standard (correspondant à 60 ° F (16 ° C) et 14,73 PSIA). Le calorifique supérieur d'un mètre cube normal du gaz naturel de qualité commerciale est d'environ 39 mégajoules (≈10.8 kWh), mais cela peut varier de plusieurs pour cent. En Unités américaines, une pied cube standard de gaz naturel produit environ 1030 British Thermal Units (BTU). La valeur réelle de chauffage lorsque l'eau ne se condense pas formé est le la chaleur nette de combustion et peut être jusqu'à 10% de moins.

Le prix du gaz naturel varie considérablement selon l'emplacement et le type de consommateur. En 2007, un prix de 7 $ par mille pieds cubes (28 m ³⁾ était typique aux États-Unis. La valeur typique calorique du gaz naturel est d'environ 1 000 BTU par pied cube, selon la composition du gaz. Cela correspond à environ $ 7 par million de BTU, soit environ 7 $ par gigajoule. En Avril 2008, le prix de gros était de 10 $ par mille pieds cubes (28 m ³⁾ ($ 10 / MBTU). Le prix résidentiel varie de 50% à 300% de plus que le prix de gros. À la fin de 2007, ce était 12 $ 16 $ 1 000 pi ³ (ou MBTU). Le gaz naturel aux États-Unis est négocié comme un contrat à terme sur le New York Mercantile Exchange. Chaque contrat est de 10 000 MMBTU ( gigajoules), ou 10 milliards de BTU. Ainsi, si le prix du gaz est de 10 $ par million de BTU sur le NYMEX, le contrat est évalué à $ 100,000.

Aux États-Unis, les ventes au détail sont souvent en unités de thermies (e); 1 therm = 100000 BTU. Les compteurs de gaz de mesurer le volume de gaz utilisé, et ce est converti en thermies en multipliant le volume de la teneur en énergie du gaz utilisé au cours de cette période, qui varie légèrement dans le temps. Transactions de gros sont généralement faites dans decatherms (DTH), ou en milliers decatherms (MDTH) ou en millions (decatherms MMDth). Un million decatherms est à peu près un milliard de pieds cubes de gaz naturel.

Le gaz naturel est également traitée comme une marchandise en Europe, principalement au Royaume-Uni NBP et hubs européens connexes, tels que le TTF aux Pays-Bas.

Dans le reste du monde, le GNL ( le gaz naturel liquéfié) et le GPL ( gaz de pétrole liquéfié) est cotée en tonnes ou MBTU que les livraisons au comptant métriques. Les contrats à long terme sont signés en tonnes métriques. Le GNL et GPL est transporté par spécialisée les navires de transport, comme le gaz est liquéfié au des températures cryogéniques. La spécification de chaque cargaison de GNL / GPL contient généralement le contenu énergétique, mais cette information est en général pas à la disposition du public.

Traitement du gaz naturel

Une usine de traitement du gaz naturel

L'image ci-dessous est un schéma diagramme de bloc d'une installation typique de gaz naturel de traitement. Il présente les différents procédés unitaires utilisés pour convertir le gaz naturel brut en gaz des ventes pipeline vers les marchés d'utilisateurs finaux.

Le diagramme de flux de blocs montre également comment le traitement des rendements bruts de gaz naturel sous-produit du soufre, sous-produit de l'éthane, et de liquides de gaz naturel (LGN) propane, les butanes et l'essence naturelle (notée pentanes +).

Schéma de principe d'une plante typique de gaz naturel de traitement

Stockage et transport

gaz en polyéthylène principale étant prévue dans un tranchée.

La difficulté majeure dans l'utilisation du gaz naturel est le transport et stockage en raison de sa faible densité. Gaz naturel pipelines sont économiques, mais ne sont pas pratiques à travers les océans . Beaucoup pipelines existants en Amérique du Nord sont près d'atteindre leur capacité, ce qui incite certains politiciens représentant les régions froides de parler publiquement des pénuries potentielles.

méthaniers peuvent être utilisés pour le transport gaz naturel liquéfié (GNL) à travers les océans, tandis que camions-citernes peuvent transporter liquéfié ou le gaz naturel comprimé (GNC) sur de courtes distances. Ils peuvent transporter le gaz naturel directement aux utilisateurs finals ou aux points de distribution comme les pipelines pour un transport ultérieur. Ceux-ci peuvent avoir un coût plus élevé, nécessitant des aménagements supplémentaires pour liquéfaction ou compression au point de production, puis la gazéification ou la décompression dans les installations d'utilisation finale ou dans un pipeline.

Peuples gaz Manlove Field zone de stockage de gaz naturel en Newcomb, comté de Champaign, Illinois. Au premier plan, est l'un des nombreux puits pour la zone de stockage souterrain, avec une usine de GNL et de réservoirs de stockage de masse en arrière-plan.

Dans le passé, le gaz naturel qui a été récupéré au cours de la récupération de pétrole pouvait pas être rentable vendus, et était tout simplement brûlé sur le champ de pétrole (connu sous le nom torchage). Cette pratique de gaspillage est maintenant illégal dans de nombreux pays. En outre, les entreprises reconnaissent maintenant que la valeur pour le gaz peut être réalisé avec le GNL, GNC, ou d'autres moyens de transport aux utilisateurs finaux dans l'avenir. Le gaz est maintenant ré réinjectée dans la formation pour une récupération ultérieure. Cela aide également de l'huile de pompage en gardant souterraine des pressions plus élevées. En Arabie Saoudite , à la fin des années 1970, un "système de gaz Master" a été créé, mettant fin à la nécessité de torchage. L'observation par satellite montre malheureusement que certains grands pays producteurs de gaz utilisent encore régulièrement torchage et la ventilation. Le gaz naturel est utilisé pour produire de l'électricité et de la chaleur pour dessalement. De même, certaines décharges qui déversent aussi des gaz de méthane ont été mis en place pour capter le méthane et produire de l'électricité.

Le gaz naturel est souvent stocké dans des cavernes souterraines formées à l'intérieur des réservoirs de gaz épuisés de puits de gaz précédentes, dômes de sel, ou dans des citernes comme gaz naturel liquéfié. Le gaz est injecté pendant les périodes de faible demande et extrait pendant les périodes de plus forte demande. Stockage près des ultimes utilisateurs finaux permet de répondre au mieux à la demande volatils, mais cela peut ne pas être toujours possible.

Avec 15 nations représentant 84% de la production mondiale, l'accès au gaz naturel est devenu un facteur important dans l'économie et la politique internationale. À cet égard, le contrôle des pipelines est un facteur stratégique majeur.

Utilisation

La production d'électricité

Le gaz naturel est une source majeure de la production d'électricité par l'utilisation de turbines à gaz et vapeur turbines. Particulièrement rendements élevés peuvent être atteints en combinant turbines à gaz d'une turbine à vapeur mode de cycle combiné. Le gaz naturel brûle plus propre que les autres combustibles fossiles , comme le pétrole et le charbon, et produit moins de dioxyde de carbone par unité d'énergie libérée. Pour un montant équivalent de la chaleur, la combustion du gaz naturel produit environ 30% de moins de dioxyde de carbone que la combustion de pétrole et environ 45% de moins que la combustion du charbon . La production combinée d'électricité à cycle utilisant le gaz naturel est donc la source la plus propre de la puissance disponible utilisant des combustibles fossiles, et cette technologie est largement utilisée partout où le gaz peut être obtenu à un coût raisonnable. la technologie de pile à combustible peut éventuellement fournir des options plus propres pour convertir le gaz naturel en électricité, mais encore il ne est pas à prix compétitif.

Hydrogène

Le gaz naturel peut être utilisé pour produire de l'hydrogène , avec une méthode commune étant le reformeur d'hydrogène. L'hydrogène a des applications diverses: ce est une charge d'alimentation primaire pour l'industrie chimique, un agent d'hydrogénation, un produit important pour les raffineries de pétrole, et une source de combustible en les véhicules à hydrogène.

Véhicules au gaz naturel

Un Metrobus utilisant du gaz naturel

Le gaz naturel comprimé ( méthane ) est une alternative plus propre à d'autres automobiles combustibles tels que essence (essence) et diesel. En 2005, les pays ayant le plus grand nombre de véhicules au gaz naturel étaient l'Argentine , le Brésil , le Pakistan , l'Italie , l'Iran , et l' USA . Le rendement énergétique est en général égale à celle des moteurs à essence, mais inférieure par rapport aux moteurs diesel modernes. Benzène (aka essence, essence) véhicules convertis pour fonctionner au gaz naturel souffrent à cause de la faible taux de compression de leurs moteurs, résultant en une culture de la puissance délivrée lors de l'exécution sur le gaz naturel (10% -15%). Moteurs CNG-spécifiques, cependant, utilisent un taux de compression plus élevé en raison de la hausse de ce carburant indice d'octane de 120 à 130.

Usage domestique Résidentiel

Le gaz naturel est fourni aux maisons, où il est utilisé à des fins telles que la cuisson dans des gammes naturelles fonctionnant au gaz et / ou des fours, chauffés au gaz naturel sécheuses, chauffage / refroidissement et chauffage central. Accueil ou autre chauffage du bâtiment peuvent inclure chaudières, fours, et chauffe-eau. GNC est utilisé dans maisons rurales sans connexions à ambiance en services d'utilité publique, ou avec des portables grillades. Toutefois, en raison de GNC étant moins économique que le GPL, GPL (propane) est la principale source de gaz rural.

Engrais

Le gaz naturel est une matière première importante pour la production d' ammoniac , par l'intermédiaire du Procédé Haber, pour une utilisation dans les engrais production.

Aviation

Russie avionneur Tupolev est actuellement en cours un programme de développement pour produire LNG et l'hydrogène avions -powered. Le programme est en cours depuis le milieu des années 1970, et cherche à développer des variantes de GNL et d'hydrogène de la Tu-204 et Aéronefs de passagers Tu-334, et également le Avion cargo Tu-330. Il prétend que, à prix courants du marché, un avion de GNL à propulsion coûterait 5000 roubles moins cher à utiliser par tonne, à peu près équivalent à 60%, avec une réduction considérable de monoxyde de carbone , hydrocarbure et Les émissions d'oxyde d'azote.

Les avantages du méthane liquide comme carburant pour moteur à réaction sont qu'il a une énergie plus précise que la norme mélanges de kérosène et que sa basse température peut aider à refroidir l'air qui comprime le moteur pour une plus grande efficacité volumétrique en effet remplacer un intercooler. En variante, il peut être utilisé pour abaisser la température des gaz d'échappement.

Autre

Le gaz naturel est également utilisé dans la fabrication de tissus , verre , acier , matière plastique , peinture, et d'autres produits.

Sécurité

Dans ne importe quelle forme, une infime quantité de odorant tel que mercaptan t-butyle, avec une odeur de pourriture chou-like, est ajouté à l'autre incolore et presque gaz inodore, de sorte que fuites peuvent être détectées avant un incendie ou explosion se produit. Parfois, un composé apparenté, thiophane est utilisé, avec une odeur d'oeuf pourri. Ajout odorant au gaz naturel a commencé aux États-Unis après la 1937 Nouvelle explosion London School. L'accumulation de gaz dans l'école est passé inaperçu, tuant trois cents étudiants et les professeurs quand il enflammé. Odorants sont considérés comme non-toxiques dans les concentrations extrêmement faibles se produisent du gaz naturel livré à l'utilisateur final.

Dans les mines , où le méthane suintant de formations rocheuses n'a pas d'odeur, capteurs sont utilisés, et les appareils d'exploitation minière ont été spécialement conçus pour éviter les sources d'allumage, par exemple, le Lampe de Davy.

Explosions causées par des catastrophes naturelles fuites de gaz se produisent quelques fois par année. Individuel maisons, les petites entreprises et les bateaux sont le plus souvent affectés quand une fuite interne se accumule gaz à l'intérieur de la structure. Fréquemment, l'explosion sera suffisant pour endommager considérablement un bâtiment, mais laisser debout. Dans ces cas, les personnes à l'intérieur ont tendance à avoir mineure à modérée blessures. Parfois, le gaz peut se accumuler dans quantités suffisantes pour provoquer une explosion mortelle, désintégrer un ou plusieurs bâtiments dans le processus. Le gaz se dissipe habituellement facilement extérieur, mais peut parfois recueillir en quantités dangereuses si météorologiques conditions sont réunies. Toutefois, compte tenu des dizaines de millions de structures qui utilisent le carburant, l'individu risque d'utiliser le gaz naturel est très faible.

Certains donnent des champs de gaz gaz acide renfermant de l'hydrogène sulfuré (H ₂ S). Ce gaz non traité est toxique. Amine traitement de gaz, un processus à l'échelle industrielle qui élimine acides gazeux composants, est souvent utilisé pour éliminer le sulfure d'hydrogène à partir de gaz naturel.

Extraction de gaz naturel (ou huile) conduit à diminuer pression dans le réservoir . Cela peut conduire à subsidence au niveau du sol. Affaissement peut affecter écosystèmes, les voies navigables, égouts et systèmes d'approvisionnement en eau, fondations, etc.

Systèmes de chauffage au gaz naturel sont la principale cause de monoxyde de carbone décès aux États-Unis, selon la Consumer Product Safety Commission des États-Unis. Quand un gaz naturel dysfonctionnements du système de chauffage, il produit inodore monoxyde de carbone. En l'absence de dégagement de fumée pour donner l'alerte, les victimes d'empoisonnement sont facilement asphyxiées par le monoxyde de carbone. Les détecteurs sont disponibles qui avertit de monoxyde de carbone et / ou des gaz explosifs (méthane, propane, etc.)

Comparaison des coûts avec de l'huile de chauffage aux Etats-Unis

Il est difficile d'évaluer le coût de chauffage d'une maison avec du gaz naturel par rapport à celui de l'huile de chauffage, en raison des différences d'efficacité de conversion d'énergie, et le prix très fluctuants du pétrole brut. Toutefois, à titre d'illustration, on peut calculer un coût représentant par BTU. En supposant que les valeurs actuelles suivantes:

• Pour le gaz naturel

  • Un pied cube de gaz naturel produit environ 1030 BTU (38,4 MJ / m³)
  • Le prix du gaz naturel est de 9,00 $ par millier de pieds cubes ($ 0,32 / m³)

• Pour l'huile de chauffage

  • Un gallon US d'huile de chauffage produit environ 138 500 BTU (38,6 MJ / l)
  • Le prix du mazout de chauffage est de 2,50 $ par gallon US ($ 0,66 / l)

Cela donne un coût de $ 8,70 par million de BTU (8,30 $ / GJ) pour le gaz naturel, par rapport à 18 $ par million de BTU ($ 17 / GJ) pour le mazout. Bien sûr, de telles comparaisons fluctuent avec le temps et varient d'un endroit à l'autre dépend du coût des matières premières et de la fiscalité locale.