§ 6. Природний газ і промислова сировина на його основі

Газоподібне паливо, як промислова сировина і є об’єкт торгівлі, має різні джерела походження, способи добування і, як наслідок, різне співвідношення окремих складників. Найважливіші його види:

- природний газ (ПГ)- добувають у газових родовищах;

- генераторний газ - отримують з твердого палива; спосіб отримання дозволяє перетворювати низькоякісне тверде паливо у високоякісне газоподібне паливо і хімсировину частковим окисленням наявного вуглецю при високій температурі; так переробляють викопне вугілля - (залишки прадавнього рослинного світу, основними видами якого є антрацит (містить приблизно 95% вуглецю), кам’яне вугілля (містить 75-90% вуглецю), буре вугілля (містить 65-70% вуглецю), торф (перша стадія утворення викопного вугілля, вміст вуглецю – 55-60%), горючі сланці (гірські породи певного складу), дрова; супутниками генераторного газу є повітряний, пароповітряний і водяний гази, які не використовуються широко як паливні гази; склад і властивості генераторного газу залежать від твердого палива, умов газифікації (температури, тиск) та від окислювача (якщо окислювач - повітря, то одержаний газ називається повітряним генераторним газом, водяна пара - водяним генераторним газом, суміш водяної пари і кисню - парокислородним генераторним газом); за допомогою газифікації низькоякісне тверде паливо перетворюється на високоефективне газоподібне паливо і хімічну сировину;

- коксовий газ (отримують нагріванням кам’яного вугілля до 900-1100С без доступу повітря);

- газ підземної газифікації (отримують випалюванням вугілля і сланців безпосередньо у родовищах);

- попутний нафтовий газ (виділяється при добуванні нафти);

- болотний газ (в основному метан; звідси його поширена назва), який виділяється з дна боліт, ставків та інших стоячих водоймищ і є продуктом розкладення рослинних залишків без доступу повітря;

- рудничний (копальний, шахтний) газ (накопичується у вугільних шахтах і за складом є в основному метаном).

Природний газ складається з насичених вуглеводнів, які мають подібні характеристики і утворюють так званий гомологічний ряд (С_пН_2п+2) метану (СН₄ – метан, С₂Н₆ – етан, С₃Н₈ – пропан, С₄Н₁₀ – бутан, С₅Н₁₂ – пентан і т.д.). Торгівля, як правило, здійснюється сумішами цих газів (метан – пропан, пропан – бутан, метан – етан) і лише в окремих випадках торгують одним з означених газів. Основним складником природного газу з газових родовищ є метан (до 97%); значною також є частка метану в попутному нафтовому, болотному та копальному газах.

Споживні властивості визначаються властивостями основних складників природного газу. Перші чотири (так звані нижчі) представники гомологічного ряду метану (метан, етан, пропан, бутан) у звичайних умовах безколірні, важчі за повітря, практично не розчинні у воді, горючі гази, що не мають запаху, у суміші з повітрям – вибухонебезпечні (найбільш небезпечне співвідношення 1:10); вуглеводи від пентану (С₅Н₁₂) до С₁₆Н₃ – середні представники ряду - в нормальних умовах є рідинами; вищі – тверді речовини. Гази ряду метан-бутан (СН₄-С₄Н₁₀) горять синюватим або майже безколірним полум’ям і виділяють при горінні велику кількість тепла (напр., метан - 879 кДж/моль). За теплотворною здатністю (кількість тепла при повному згоранні 1 кг палива, кДж/кг) природний газ посідає перше місце серед усіх природних видів палива: деревина – 19 тис., торф – 23 тис., вугілля – 28-34 тис. (залежно від виду), нафта – близько 44тис., природний газ – 50 тис. Висока калорійність обумовлюється відсутністю затрат енергії на розривання С-С зв’язків (що потрібно в інших видах палива), відмінним змішуванням з повітрям і незначною потребою надлишку кисню при горінні (що зменшує втрату тепла на нагрівання повітря) та можливістю збільшення температури полум’я при нагріванні самого газу перед спалюванням (завдяки цьому ККД найсучасніших моделей побутових газових котлів становить більше 100% від теоретичних розрахунків).

Порівняно з іншими видами енергоносіїв природний газ має багато суттєвих переваг: практично відсутня зміна властивостей, стійкість при тривалому зберіганні; незначні затрати на зберігання у великих кількостях (особливо у підземних сховищах); висока теплотворна здатність (у 3,5 рази більше торфу і в 1,6 рази більше вугілля), яка у різних видів газоподібного палива є різною (МДж/м³): природного і супутнього газу - 29-54, коксового - 18, генераторного - 7); відсутність попелу при спалюванні; екологічність (мінімальне забруднення повітря); можливість автоматизації процесу горіння (автоматичні газові котли); легкість і зручність транспортування (у тому числі на значні відстані); невисока вартість використання, транспортування, зберігання, добування; значні природні запаси; можливість використання як технологічної сировини; суттєве здешевлення продукції, яка вироблена з використанням газу як джерела тепла; напр., при виробництві цементу з застосуванням природного газу його вартість зменшується на 25%, а якість покращується; високий ККД приладів, що працюють на газі; напр., ККД газових котлів Unkers становить 99%, новітніх котлів для опалення приміщень – понад 100% від розрахункового значення (для порівняння варто зазначити, що ККД двигуна сучасного легкового автомобіля знаходиться в межах 30%, клітини людського організму – в межах 50%); зменшення експлуатаційних видатків при використанні газу як джерела тепла (зберігання і підготовка палива, міжремонтний період тощо); виключна цінність та економічна вигода як сировини для хімічного синтезу.

Крім походження, важливою характеристикою газоподібного палива як товару є його агрегатний стан: природний газ реалізується найчастіше у стисненому стані, а технічний пропан, технічний бутан та суміші пропан-бутан і етан-пропан - у зрідженому (скрапленому) стані. Недоліком скраплення є необхідність охолодження газів і постійне підтримання високого тиску, що є основною причиною реалізації скраплених газів великими гуртовими партіями; цей недолік, однак, не зменшує питомої ваги скраплених газів на торговельному, біржовому і споживчому ринку.

Світовий ринок природного газу є одним з найвищих за темпами приросту фізичного об’єму: кожні 10 років видобуток і споживання його у світі зростає у 3 рази. Подібно до ринку нафти, дослідженням ринку газу займаються спеціальні організації, які мають свої друковані видання: BP Annual Review of Energy Statistics, Eurogas, Petroleum Review. Розвідані світові запаси природного газу є в межах 140 трлн. м³, що при нинішніх темпах видобування вистачить приблизно на 70 років. У перерахунку на умовне паливо видобування природного газу становить приблизно 60% видобування нафти. Основні родовища природного газу розміщені у країнах СНД та на Близькому Сході (разом – приблизно 70% загальносвітових родовищ). Щорічний видобуток складає приблизно 2 трлн. м³. До переліку найбільших світових виробників з середини 1980р.р. входять країни посткомуністичного простору, які володіють приблизно 40% достовірних світових запасів і практично щорічно (починаючи з 1996 р.) скорочують добування приблизно на 10% у рік (РФ, Румунія, Угорщина).

Структура виробництва рідких вуглеводів на основі природного газу є такою (1999 р., млн. т) : всього - приблизно 205; Америка, разом - близько 113 (у т. ч. США - в межах 68, Канада - майже 23, Мексика - в межах 14); Західна Європа, разом - понад 13; Східна Європа та СНД, разом - в межах 17 (у т.ч. СНД - близько 15); Африка, разом - приблизно 10; ОПЕК - понад 40; Азія, Австралія і Океанія - близько 13. Провідним постачальником світового ринку скрапленого газу є Алжир (понад 15 млн. т/рік). Майже 75% світової торгівлі скрапленим газом у ціновому вираженні припадає на Азіатсько-Тихоокеанський регіон, де основними імпортерами є Японія, Південна Корея і Тайвань.

Важливим фактором формування ринку газу (як і нафти) є наявність мережі трубопроводів від країн-продуцентів до місць продажу чи країн–імпортерів. Напр., Казахстан, запаси газу якого оцінюються приблизно у 8 трлн. м³, не має власної експортної мережі трубопроводів, залежний від їх оренди у РФ, яка є одночасно його конкурентом у даній галузі; вартість одного трубопроводу з Казахстану до місць експорту газу складає понад $2млрд.; вартість трубопроводу Констанца (Румунія)–Трієст - $1,5 млрд.

Споживання природного газу у Західній Європі (млрд.м³/рік) складає більше 400; найбільшими споживачами є Великобританія (90), Німеччина (80), Італія (60), Нідерланди (40), Франція (40). Основними постачальниками європейського ринку газу є країни шельфу Північного моря, Голландія, РФ та Алжир. За оцінками експертів темпи зростання споживання складатимуть приблизно 2,7%/рік (до 2005рр.) і 0,85%/рік (2005-2010рр.). Найзначніше за останні роки споживання природного газу країнами Західної Європи збільшилось у 1998р: майже на 50% порівняно з 1987р. (максимальний приріст спостерігався у Великобританії та Німеччині). Зростанню споживання газу у Європі сприяє перш за все його екологічність. Основними постачальниками природного газу у Західну Європу є РФ, Норвегія та Алжир. Видобування газу в РФ складає приблизно 600 млрд.м³/рік, але проблематичними є оплачування споживачами (заборгованість всередині РФ у 2000р. становила понад 20 млрд. рублів, що породжує законне бажання часткової передоплати постачальниками) та тривалість розрахунків з постачальниками (середній строк в РФ - приблизно 40 місяців). РФ добуває і експортує природний і супутній нафтовий газ, основними виробниками якого є РАО “Газпром”, ОА “Норильскгазпром”, ОА “Якутгазпром” та нафтопереробні компанії, монополістом серед яких є РАО “Газпром” (94%, або приблизно 540 млрд.м³).

Природний газ, теплотворна здатність якого в 1,6 разу більше, ніж у вугілля, і в 3,5 разу більше, ніж у сланців і торфу, широко застосовується.

Використання природного газу здійснюється у 4-х основних напрямах: у промисловості та електроенергетиці як джерело енергії (приблизно 20% у Великій Британії та Німеччині); комунально-побутовий сектор (у розвинутих країнах приблизно 40% зріджених газів); хімічний органічний синтез (перш за все виробництво етилену, пропілену, поліефіру, полівінілу); зберігання у сховищах. Зокрема, застосування газу в металообробці дозволяє підвищити КПД печей в 2 рази при скороченні часу нагрівання деталей в 1,7 рази; при виробництві цементу використання "блакитного палива" дозволяє знизити собівартість продукції на 20-25% і поліпшити якість цементу; застосування газу на теплових електростанціях - зменшує експлуатаційні витрати, пов'язані із зберіганням і приготуванням палива, збільшує міжремонтний період роботи казанів, знижує капітальні витрати.

У менших кількостях природний газ використовується у якості пального для транспорту, яке забезпечує у цій сфері певні переваги (вищу безпеку паливної системи порівняно з бензиновою, вище октанове число, менше забруднення атмосфери, відсутність шкідливого впливу на мастильні речовини; легкість запуску двигуна при низьких температурах) і має деякі недоліки (значні вага і об’єм балонів, які постійно знаходяться у транспортному засобі, поки що незначна кількість заправних станцій, дорожче і громіздкіше устаткування станцій), які виправдовують себе лише на вантажному транспорті); джерела тепла для сушіння сільськогосподарської продукції (напр., у США та Канаді так висушують зернові, деревину тощо); джерела тепла для птахівництва (напр., у США опалення інкубаторів птахів, ферм вирощування великої рогатої худоби та свиней); теплоносія у виробництві скла, зварювальній справі; холодоагента для побутових холодильників (нові холодоагенти – пропан, ізобутан); палива заміських будівель і автопричепів (напр., на ринку США, одного з провідних споживачів природного газу у світі, найширше використовується для означених цілей зріджений пропан; він є основним видом біржового товару, який реалізується через світові товарні біржі для потреб США і Канади).

Зокрема, першочерговий споживач газу в означеному секторі - комунально-побутове господарство; все ширше газ використовують у автотранспорті, газифікуючи і вантажні, і легкові автомобілі (це пояснюється більшою безпекою газової паливної системи порівняно з бензиновою, вищим октановим числом, меншим забрудненням атмосфери, не псуванням мастил, легким запуском двигуна у морозну погоду тощо; але застосування газу на автотранспорті стримується через значну масу балонів високого тиску (100-500 кг), недостатньою кількістю газозаправних станцій, необхідністю наявності дорожчого і громіздкішого устаткування; разом з тим, розрахунки показують, що ці недоліки з лишком окупаються вигодами від застосування газового палива на вантажному автотранспорті).

Вимоги до природного газу як товару стосуються: запаху (повинен бути відчутним при наявності у повітрі 1% (за об’ємом) природного газу; концентрація 1:100 відповідає приблизно 10-тикратному запасу вибухонебезпечності; для наявності запаху до природного газу додають спеціальні ароматизатори); допустимих відхилень від нижньої межі теплоти згорання (найбільше значення допускається для природного газу для житлово-комунального споживання); вмісту домішок (не більше, г/100м³): сірководню (2), аміаку (2), смол (0,1), нафталіну (5 або 10), ціанистих сполук (5).

Для зріджених газів нормуються: запах (як для стисненого природного газу); компонентний склад, % об’єму (для сумішей газів) інших газів (домішок - напр., вміст етан-етилену у суміші пропан-бутан повинty бути не більше 4%; пентан-амілену – не більше 3% і т.д.); надлишковий тиск насичених парів (кг/м³) при температурах мінус 20⁰С, плюс 45 ⁰С (напр., для пропану він повинен бути відповідно 1,6 та 16,0); вміст сірководню, г/100м³ , не більше 5.

У світовій біржовій торгівлі кількісна одиниця природного газу складає 42000 галонів США (приблизно 80,6 т; пропан, NYMEХ).

Пакування, маркування, вимірювання, транспортування і зберігання має суттєві особливості порівняно з усіма іншими сировинними товарами. Вимірювання здійснюється в тих же одиницях, що і нафти. Транспортування у невеликих кількостях (напр.. один-декілька біржових лотів) здійснюється у спеціальних балонах червоного кольору з надписом назви продукту спеціальним, автомобільним чи залізничним транспортом. Зберігання великої кількості здійснюється у підземних сховищах; транспортування великих кількостей - трубопроводами.

Торгівлю природним газом здійснюють ті ж товарні біржі, які торгують нафтою і нафтопродуктами. Провідні товарні біржі світу торгують у значних кількостях природним газом і у незначних кількостях - попутним нафтовим і генераторним. Товарознавчі складові Спеціальних правил контракту NYMEX включають:

назву товару (природний газ - Natural Gas), походження (Henry Hub Natural Gas - природний газ родовища Генрі), торговельну одиницю (Trading Unit: ф’ючерс (10000 млн британських теплових одиниць (mmBtu) - 10,000 million British thermal units (mmBtu), опціон (Options) - один NYMEX ф'ючерсний контракт природного газу (One NYMEX Division natural gas futures contract), місяці торгівлі (Trading Months: 72 місяці поспіль, що відраховуються з наступного календарного місяця (напр., з 02.01. 2002 р. торгівля проводиться у всі місяці з лютого 2002 р. до січня 2008 р.), локалізація доставки (Delivery Location - маточина Генрі Компанії трубопроводу Сабіни в штаті Луїзіані (Sabine Pipe Line Co.'s Henry Hub in Louisiana), періоди доставки (Delivery Period - доставка повинна відбуватися не раніше ніж у 1-й календарний день місяця постачання і повинна бути закінчена не пізніше ніж у останній календарний день місяця постачання; постачання повинно здійснюватись погодинно і поденно з максимально можливою рівномірністю протягом місяця постачання), специфікація якості (Quality Specifications -поставлений за контрактами газ повинен відповідати фактично наявному у даний час у трубопроводі (Pipeline specifications in effect at time of delivery), торговельні символи (Trading Symbols -ф’ючерси – NG, опціони – ON).

Нафта і нафтопродукти зберігають в різних резервуарах (горизонтальних, вертикальних, підземних, наземних, напівпідземних, циліндрових, сферичних і ін.) окремо від інших матеріалів. У незначних кількостях нафтопродукти зберігають в 200 кг металевих бочках, пластмасових контейнерах і дрібнішій тарі (бідони, банки, скляні бутлі і пляшки, каністри і ін.). Нафту і нафтопродукти транспортують трубопроводами, в наливних (танкер) і суховантажних суднах, залізничних- і автоцистернах, де вказується назва продукту написом на цистерні ("Бензин", "Нафта", "Мазут"). Цистерни і інші транспортні засоби та місткості для зберігання повинні бути справні, сухі і чисті при повторному використанні, герметично закриватися. При відвантаженні постачальник пломбує ємкість, наносить трафарет, штамп або прикріплює ярлик і виписує супровідні документи. Газоподібне паливо в незначних кількостях транспортують і зберігають в спеціальних балонах червоного кольору з написом назви продукту; у великих - трубопроводами і зберігають в спеціальних підземних сховищах. При зберіганні і транспортуванні горючих речовин слід строго дотримувати протипожежних правил і техніки безпеки.

Контрольні питання

1.Значення енергоносіїв, стан, проблеми та перспективи їх виробництва і використання

2.Особливості енергетичного комплексу в Україні

3.Паливні ресурси: поняття, сучасна номенклатура, склад, властивості, класифікація

4.Товарознавча характеристика кам’яного вугілля і промислової сировини на його основі

5.Умови зберігання і транспортування твердого палива

6.Сучасні уявлення про нафту. Товарознавчі аспекти ринку нафти

7.Товарознавча характеристика пального для карбюраторних, дизельних і реактивних двигунів

8.Товарознавча характеристика мастил

9.Товарознавча характеристика природного газу і промислової сировини на його основі

Тестові завдання

1. За агрегатним станом паливо поділяється на :

а) тверде, рідке, газоподібне

б) рідке, газоподібне, мазеподібне

в) желеподібне,тверде, газоподібне

г) тверде, рідке, желеподібне

2. Вуглець, сірка, водень, кисень і азот у складі палива є:

а) горючою частиною

б) внутрішнім паливним баластом

в) зовнішнім паливним баластом

г) мінеральним залишком

3. При зберіганні тверде паливо стає :

а) крихким

б) більш твердим

в) тягучим

г) м’яким

4. Горюча рідина копалинного походження переважно темно-бурого кольору це :

а) сира нафта

б) зріджений газ

в) попутний газ

г) мастило

5. Найціннішою частиною нафти є :

а) бензин

б) мазут

в) гудрон

г) газойлевий дистилят

6.Змащувальні матеріали поділяються за агрегатним станом на :

а) рідкі, консистентні і тверді

б) крихкі, консистентні і тверді

в) тверді, рідкі і крихкі

г) тверді і консистентні

7. Найважливішими видами газоподібного палива є :

а) природний і генераторний газ

б) природний і коксовий газ

в) генераторний і коксовий газ

г) коксовий і болотний газ

8. Важливою характеристикою газоподібного палива як товару є :

а) агрегатний стан

б) температура

в) екологічність

г) упакування

9. Транспортування великих кількостей палива здійснюють :

а) трубопроводами

б) залізничним транспортом

в) танкерами

г) контейнерами

10. Єдине паливо, що природно поновлюється, не порушує рівноваги в природі, не містить сірки, використовуються для отримання теплової енергії та інших цілей це:

а) деревне паливо

б) камяне вугілля

в) природний газ

г) сира нафта

11. Споживні властивості газу визначаються :

а) властивостями основних складників

б) умовами зберігання

в) екологічністю

г) агрегатним станом

12. Температура, при якій випробовуване рідке мастило в умовах досліду гусне настільки, що при нахилянні пробірки, в якій воно знаходиться, під кутом 45° рівень його залишається нерухомим протягом 1 хв це:

а) температура застигання

б) температура плавлення

в) температурно-вязкісний коефіцієнт

г) детонація

174