Gazul

Cuprins: Compozitia chimica a gazului; Tipurile de gaze; Raspandirea pe glob; Geneza gazului; Prelucrarea chimica si fizica; Tehnologii si instalatii tehnologice de captare; Produsele obtinute.Utilizarea lor si tehnica

securitatii; Probleme ecologice; Metanul toxic.Explozii de gaze naturale; Studiu de caz; Filme documentare.

Gazul natural este un gaz inflamabil care se află sub formă de zăcământ în straturile din adâncime ale pământului. Gazul natural este asociat cu zăcăminte de petrol, procesele lor de formare fiind asemănătoare. Compoziţia gazului natural constă în cea mai mare parte în metan, deosebindu-se de acesta prin compoziţia chimică.

Rezervor sferic de gaz

Gazul natural este un amestec de gaze, care poate fi foarte diferit după aşezarea zăcământului. Cea mai mare parte este constituită din metan, la care se adaugă uneori cantităţi apreciabile de hidrocarburi saturate (alcani), metan (CH4), etan (C2H6), propan (C3H8), hidrocarburi nesaturate, alchene sau olefine, şi hidrocarburi aromatice. Gazele naturale mai conţin: vapori de gaze condensate din care cauză mai sunt numite gaze umede, hidrogen sulfurat (H2S), care necesită îndepărtarea sulfului, şi până la 9% dioxid de carbon (CO2) care diminuează calitatea gazului.În general, gazul natural are în compoziţie 85% metan, 4% alţi alcani (etan, propan, butan, pentan) şi 11% gaze inerte (care nu ard). Deosebit de valoroase sunt gazele naturale care conţin heliu, aceste gaze fiind sursa principală de obţinere a heliului.

Productia Mondiala de gaz

Cantitatea netă de gaz exploatat în anul 2004 a fost de 2.689 miliarde m³, din care 22% revine Rusiei, 20% Statelor Unite ale Americii, 6,8% Canadei, 3,6% Regatului Unit, 3% Algeriei şi 17,2% Indoneziei, Olandei, Uzbekistanului, Iranului, Argentinei, Mexicului, Arabiei Saudite, Malaysiei şi Germaniei, iar 0,6% Austriei.

Gazul natural acoperă 24% din necesarul de energie al lumii. Zăcămintele de gaz, de regulă, sunt sub presiune, fapt ce uşurează exploatarea lui. Rezervele globale de gaz estimate în anul 2004 sunt de 170.942 miliarde m³, respectiv 185 miliarde tone (SKE) care ar acoperi necesarul pe o perioadă de 67 de ani. Din această cantitate de gaz, 2.830 miliarde m³ aparţin Orientului Apropiat (Peninsula Arabă, o parte din Nordul Africii), 64.020 miliarde m³ Europei şi Statelor GUS (Rusiei), 14.210 miliarde m³ Asiei şi Australiei, 14.060 miliarde m³ Africii, 7.320 miliarde m³ Americii de Nord şi 7.100 miliarde m³ Americii de Sud.

Proprietăţi

Gazul natural este un amestec puternic inflamabil, de regulă insipid şi inodor (din care cauză pentru odorizare se adaugă gazului mercaptan cu scopul de a uşura detecta scurgerile) cu o temperatură de aprindere de circa 600 °C. Este un gaz mai uşor ca aerul; pentru arderea 1 m³N de gaz sunt necesari circa 10 m³N de aer. Gazul este clasificat după compoziţie în diferite categorii, gaz sărac şi gaz bogat. Gazul sărac are un procent mai ridicat de metan (87–99% volumic), pe când în gazul bogat conţinutul în metan oscilează între 80 şi 87% volumic, având în compoziţie cantităţi mai mari de dioxid de carbon şi azot. Densitatea este între 0,700–0,840 kg/m³. După compoziţie (gaz sărac sau gaz bogat), căldura degajată prin ardere (puterea calorifică) este: 8,2– 11,1 kWh/m³N = 30–40 MJ/m³N, iar temperatura de fierbere este de -161 °C.

GENEZA GAZULUI

Chinezii antici au fost primii care au folosit gazul pentru iluminat, cu multe secole inainte ca utilizarea gazului sa se raspandeasca.

In 1618, chimistul francez Jean Tardier a demonstrat ca gazul obtinut prin incalzirea carbunelui putea aprinde o lampa. Dar aceasta instalatie s-a dovedit prea periculoasa pentru scopuri practice si productia industriala a gazului a inceput abia la sfarsitul anilor 1700. Primul proiect eficient pentru gazul de huila a fost un sistem de iluminare a birourilor unei mine de carbune din Cumberland, Anglia, in 1765. Gazul era extras dintr-un strat de carbune care ardea. Urmatorul progres a aparut in 1792, cand inginerul William Murdock a produs gaz prin incalzirea carbunelui intr-o retorta. El a depozitat gazul intr-un rezervor de gaz din gradina casei sale din Cornwall, Anglia. O conducta transmitea gazul de la rezervor la lampile din casa. Mai tarziu Murdock a construit un sistem de iluminare cu gaz pentru angajatii sai- firma Boulton and Watt din Birmingham, fabricanti de masini cu aburi si instalatii pentru fabrici. Sistemul lor de iluminare cu gaz a fost atat de eficient incat au inceput sa fabrice instalatii similare pentru vanzare.

William Murdock

sistem de iluminare cu gaz pentru angajatii sai- firma Boulton and Watt

din Birmingham

Tipuri de gaze:

Gazul de huila consta, ca volum, din 50% hidrogen si 30% metan, alaturi de azot, monoxid de carbon si cantitati mici de hidrocarburi gazoase, dioxid de carbon si oxigen. Gazul de huila este de obicei produs prin incalzirea carbunelui bituminos, in absenta aerului, la aproximativ 1350oC.

Gazul de sonda a fost initial extras din petrol brut, dar de atunci s-au dezvoltat multe procese pentru obtinerea gazului din alte uleiuri. Gazul de sonda consta dintr-un amestec de hidrocarburi, inclusiv metan, acetilena si benzen. El contine putine impuritati si este uneori amestecat cu gazul de huila.

Multe tari au zacaminte valoroase de gaz natural, adesea in asociere cu petrolul. Gazul natural este principala sursa de gaz in S.U.A. din anii 1940, si gazul e sub Marea Nordului este acum principala sursa de gaz metan pentru Anglia si alte tari din nordul Europei. Gazul natural consta in principal din metan, alaturi de etan si cantitati mici de propan, butan si azot. Echivalentul sau termic este mult mai mare decat al gazului de huila. Prin ardere, o cantitate data din el produce mult mai multa caldura decat aceeasi cantitate de gaz de huila. Aceasta ingreuneaza trecerea unui furnizor de la gaz de huila la gaz natural. O solutie este transformarea gazului natural intr-un gaz similar cu gazul de huila, sau inlocuirea sau adaptarea instalatiilor de gaze ale consumatorilor.

Lichefierea

Numim lichefiere transformarea în lichid a vaporilor unei substanţe, prin comprimare.

STĂRI DE AGREGARE Reprezentarea mişcării atomilor în cele trei

stări de agregare: Starea solidă (stânga) Starea lichidă (mijloc) Starea gazoasă (dreapta)

STĂRI DE AGREGARE

Solidul -îşi pastrează forma şi nu umple vasul;Lichidul - ia forma vasului dar nu o umple;Gazul - se răspândeşte luând forma vasului şi ocupând tot spaţiul (îşi modifică volumul şi forma

Solid Lichid

Gaz

Lichefierea

De la inceputul sec. XIX dateaza numeroase studii legate de comportarea gazelor la comprimare. In acea perioada s-a reusit lichefierea unor gaze (dioxidul de carbon, clorina).

Initial, eforturile depuse pentru lichefierea gazelor nu au fost incununate cu succes. Gazele respective au fost numite gaze permanente. Studiile ulterioare au aratat ca nu este suficienta comprimarea gazelor, ci este necesar ca temperatura gazului sa nu depaseasca o anumita valoare specifica substantei respective (temperatura critica ).

La comprimarea unui gaz, distanta dintre moleculele sale scade, interactiunea lor devenind mai intensa. Apare astfel posibilitatea ca fortele de atractie dintre molecule sa determine cuplarea moleculelor, adica trecerea substantei din stare gazoasa in stare lichida.

Lichefierea – comprimarea gazului

LICHEFIEREA – TEMPERATURA CRITICA Exista o anumita valoare a temperaturii

(numita temperatura critica) peste care, oricat ar fi comprimat, gazul nu se transforma in lichid.

Temperatura critica are insa, pentru unele gaze, valori foarte mici.

Ultimul gaz la care s-a reusit lichefierea a fost heliul, succes obtinut de Kamerlingh Onnes (1853-1926) in 1908.

Thomas Andrews

Primele rezultate deosebit de interesante cu privire la lichefierea gazelor au fost obtinute de Thomas Andrews in 1869. El a reusit sa lichefieze dioxidul de carbon, masurand, pe parcursul lichefierii, dependenta presiunii din incinta in care se afla acesta in functie de volum, in conditii izoterme.

Lichefierea - Aplicatii

Lichefierea gazelor este foarte importanta, datorita faptului ca face transportarea gazelor mult mai usoara.

Ele sunt inchise in containere sub presiune mare.

CHIMIZAREA METANULUI

Chimizarea metanului se poate

realiza pe urmatoarele cai:

1) PRIN OXIDARE, METANUL MAI POATE FORMA SI NEGRU DE FUM, CONFORMREACTIEI:

CH4 + O2 → C + 2H2ONEGRU DE FUM

2) Chimizare prin oxidare partiala cu vapori de apa:Prin oxidarea metanului cu vapori de apa se obtine gaz de sinteza

Ni CH4 + H2O ────→ CO + 3H2

650-900°C gaz de sinteza

3 )Clorurarea metanului este o cale de obtinere a unor dizolvanti si agenti frigorifici. Prin nitrarea metanului se obtine

nitrometanul, folosit ca bun dizolvant si in unele sinteze organice

4) Prin amonooxidare (tratarea cu amoniac si oxigen, respectiv aer) Amonooxidare este reactia metanului cu amoniac si aer, cu formare de acid cianhidric:

Pt, 1000°C

CH4 + NH3 + 3/2O2 ────→ HCN + 3 H2OAcid cianhidric

Metanul :

Al4C3 + 12H2O = 3CH5 + 4Al(OH)2)2

Prepararea metanului prin reactia dintre apa si

carbura de aluminiu CH3-COONa + NaOH = CH4 + NaCO3 Descompunerea acetatului de sodiu prin incalzire calce sodata

Tehnica securitatii:-Verificaţi şi curăţaţi coşurile de fum de două ori pe an -Nu lăsaţi focul nesupravegheat -Nu obturaţi canalul de fum -Asiguraţi ventilarea permanentă a încăperilor în care sunt instalate aparate cu flacără liberă (aragaze, reşouri etc.) -Aerisiţi încăperile înainte de aprinderea focului -Apelaţi imediat numerele de urgenţă atunci când sesizaţi miros specific -Nu folosiţi improvizaţii, ele fiind un pericol permanent de explozii ce pot genera pierderi materiale şi chiar umane

Ce trebuie să faceţi dacă simţiţi miros de gaz?

- Nu intraţi în panică! - Nu deschideţi întrerupătoarele electrice şi evitaţi folosirea telefoanelor mobile! - Deschideţi uşile şi ferestrele pentru aerisirea încăperilor! - Nu aprindeţi chibrituri, brichete sau orice alte surse de foc! - Evacuaţi imediat încăperea sau clădirea! - Închideţi robinetul de gaz situat la intrarea în imobil! - Apelaţi imediat, din exteriorul clădirii, numerele de urgenţă!

UTILIZAREA: PE LANGA UTILIZAREA DREPT COMBUSTIBILI PENTRU

INCALZIRE SI ILUMINAT, MULTE TIPURI DE GAZ PRODUSE SI DE PRODUSE INTERMEDIARE SAU AUXILIARE REZULTATE IN

PRODUCTIA GAZULUI, SUNT UTILIZATE CA MATERII PRIME DE BAZA IN FABRICAREA DE INGRASAMINTE, MASE PLASTICE,

SOLVENTI SI ALTE PRODUSE PETROCHIMICE

PRICIPALELE FENOMENE POLUANTE

1. Smogul Smogul este un amestec de ceata solida sau lichida si

particule de fum formate cand umiditatea este crescuta, iar aerul este atat de calm incat fumul si emanatiile se acumuleaza langa sursele lor. Smogul reduce vizibilitatea naturala si adesea irita

ochii si caile respiratorii, si se stie ca este cauza a mii de decese anual. In asezarile urbane cu densitate crescuta, rata mortalitatii

poate sa creasca in mod considerabil in timpul perioadelor prelungite de expunere la smog, mai ales cand procesul de

inversie termica realizeaza un plafon de smog deasupra orasului.

2. Ploi acide

Ploaia acida este un tip de poluare atmosferica, formata cand oxizii de sulf si cei de azot se combina cu vaporii de apa din atmosfera, rezultand acizi sulfurici si acizi azotici, care pot fi transportati la distante mari de locul originar producerii, si care pot precipita sub forma de ploaie. Ploaia acida este in prezent un important subiect de controversa datorita actiunii sale pe areale largi si posibilitatii de a se raspandi si in alte zone decat cele initiale formarii. Intre interactiunile sale daunatoare se numara: erodarea structurilor, distrugerea culturilor agricole si a plantatiilor forestiere, amenintarea speciilor de animale terestre dar si acvatice, deoarece putine specii pot rezista unor astfel de conditii, deci in general distrugerea ecosistemelor.

3. Disparitia stratului de ozon

Stratul de ozon este o regiune a atmosferei de la 19 pana la 48 km altitudine. Concentratia maxima de ozon de pana la 10 parti pe milion are loc in stratul de ozon. Asadar ozonul se formeaza prin actiunea razelor solare asupra oxigenului. Aceasta actiune are loc de cateva milioane de ani, dar compusii naturali de azot din atmosfera se pare ca au mentinut concentratia de ozon la un nivel stabil. Concentratii ridicate la nivelul solului sunt periculoase si pot provoca boli pulmonare. Cu toate acestea insa, datorita faptului ca stratul de ozon din atmosfera protejeaza viata pe Pamant de radiatiile solare, acesta este de o importanta critica. De aceea, oamenii de stiinta au fost ingrijorati cand au descoperit in anii ’70 ca produsele chimice numite cloro-fluoro-carburi folosite indelung ca refrigerenti si in spray-urile cu aerosoli sunt o posibila amenintare a stratului de ozon. Eliberate in atmosfera, aceste chimicale se ridica si sunt descompuse de lumina solara, clorul reactionand si distrugand moleculele de ozon – pana la 100.000 de molecule de ozon la o singura molecula de C.F.C. Din aceasta cauza folosirea acestor tipuri de compusi chimici a fost interzisa in Statelele Unite si nu numai.Cel mai simplu CFC este CF2Cl2. Alte chimicale, ca de exemplu halocarburile bromurate ca si oxizii de azot din ingrasaminte, pot de asemenea ataca stratul de ozon. Distrugerea stratului de ozon ar putea cauza cresterea numarului de cancere de piele si a cataractelor, distrugerea de anumite culturi, a planctonului si cresterea cantitatii de dioxid de carbon datorita scaderii vegetatiei.

4.Efect de Seră

Efectul de seră este procesul de încălzire a unei planete din cauza radiației reflectate de aceasta, care, în condițiile prezenței unor gaze cu efect de seră în atmosferă, o parte semnificativă a radiației va fi reflectată înapoi spre suprafață.

Acest fenomen a fost descoperit de Joseph Fourier în 1824.Termenul de „efect de seră” este folosit cel mai adesea în vorbirea curentă

pentru a evidenția contribuția unor anumite gaze emise natural sau artificial la încălzirea atmosferei terestre prin modificarea permeabilității atmosferei la radiațiile solare reflectate de suprafața terestră.

În cazul atmosferei Pământului, efectul de seră a fost responsabil de încălzirea suficientă a acesteia pentru a permite dezvoltarea plantelor așa cum le cunoaștem noi azi.

Gazele contribuie puternic la amplificarea

EFECTULUI DE SERA

Cele mai importante gaze care genereaza efectul de sera sunt: dioxidul de carbon (59%) generat de arderea combustibililorfosili cum ar fi carbunele si petrolul; gazele de esapament,taierea padurilor tropicale si a altor paduri, arderea lemnului; metan (18%) produs de vite, arderea lemnului, vegetatiei sicombustibilii fosili; oxid de nitrat (6%) prin arderea combustibililor fosili, arderealemnului, materiale fecale de la oameni si animale ozonul de suprafata (12%); moleculele de ozon care cad dinatmosfera intra in reactie cu poluanti ca metan, dioxid decarbon si nitrogen care vin in principal de lamasini.Tehnologia folosita duce la marirea cantitatii acestorgaze in atmosfera. Echilibrul natural al planetei este afectatsi pamantul incepe sa se incalzeasca.O crestere de 5% petot pamantul poate topi complet calotele arctice crescandastfel nivelul marilor.Inundatiile sunt o problema deoarece nivelul marilor creste. Inacest climat variat recoltele nu vor mai putea creste, iar caderile deploaie nu vor putea fi absorbite in timp util..Plantele si animalele vor avea greutati de adaptare la noile conditii,unele specii fiind obligate sa-si schimbe habitatul.

Principalii poluanti gazosi:

Dioxidul de carbon(CO2)-este un gaz periculos care prin dublarea concentratiei sale din aer, devine un element perturbator climatic,raspunzator de aparitia efecului de sera.Concentratia sa a inregistrat o crestere inca de la sfarsitul secolului trecut, datorita consumului de combustibili fosili folositi in industrie in scopul producerii de energie, cat si a despaduririlor masive.

Concentratia maxima normala de CO2 admisa in atmosfera este de 0,3mg/mc de aer, iar cresterea concentratiei peste 2-3% il face toxic pentru om, cu efecte mortale la cresteri de 10-20%.Prin arderea padurilor si a oxidarii humusului forestier din zonele despadurite, se elibereaza anual in atmosfera 8x109t CO2.

  Monoxidul de carbon(CO)-este cel mai raspandit poluant atmosferic cu o concentratie medie de 0,1-0,2ppm.Este

foarte toxic,nu are miros,culoare si are densitatea aproximativ egala cu a aeruli.Se combina cu hemoglobina de 210ori mairepede ca oxigenul si de aceea poate produce moartea prin asfixie prin privare de oxigen.Sursele naturale de CO sunt eruptii vulcanice, fermentatiile anaerobe din mlastini, descarcarile electrice, incendiile forestiere, iar ca surse artificiale amintim arderile de combustibil ca: benzina, carbune, lemn, deseuri.Concentratia sa, se mentine constanta datorita bacteriilor din sol care absorb CO si il transforma in CO2 sau metan(CH4).

Hidrocarburile-sunt eliminate prin arderea incompleta a carburantillor, concentratia lor in atmosfera devenind periculoasa pentru om, cu efecte cancerigene, exemplu:clorantrenul si benzopirenul.De altfel hidrocarburile produse prin fumat constituie o sursa importanta a impurificarii mediului inconjurator cu plumb,mercur, cadmiu,acid cianhidric,substante fenolice si radioactive,alcooli,aldehide.

Ca sursa naturala de hidrocarburi amintim vegetatia Terrei care produce 109t/an hidrocarburi terpenice.

Aldehidele-exemplu:acroleina, foarte toxica si iritanta pt. om, substanta eliminata in natura de rafinariile de petrol, motoarele autovehiculelor, de crematoarele de gunoaie menajere.

Bioxidul de sulf (SO2)-provine din eruptiile vulcanice, din arderile combustibililor si din actiunile industriei metalurgice.

Acest gaz are efecte toxice asupra plantelor producand leziuni foliare si nevroze opicale mai ales la conifere sau specii lemnoase ca:plopul ,castanul, teiul, mesteacanul, cedrul, catalpa etc. .

2SO2+O2—2SO3

2SO3+H2O--- H2SO4

Hidrogenul sulfurat H2S- apare datorita fermentatiilor anaerobe produse de sulfobacterii sau prin emisiile industriale, mai ales industriile chimica, farmaceutica, colorantilor, cauciucului, care elimina anual 3x106t/an.Cei doi compusi, hidrogenul si sulful afecteaza sistemul nervos, aparatul respirator si sangele, atat la om cat si la animale.

Compusii azotului (NO, NO2)-dintre care NO2 este cel mai periculos poluant ce provine de la motoarele cu ardere interna si automobile.Alaturi de SO2 raspunde de apritia ploilor acide si smogului fotochimic.In combinatie cu hemoglobina pot produce anemii in organism.

NO2—NO+O

  Halogenii si derivatii halogenilor (Cl, Br, F, I, HCl, HF)-sunt

poluanti toxici care actioneaza asupra organismelor si provin din industria chimica, de producere a aluminei.Foarte sensibile la flor(F) sunt coniferele si pomii fructiferi care la o concentratie de 60-100ppb mor.Floururile provoaca iritarea mucoselor si precipitarea calciului in tesuturi.

Obtinerea biogazului:

Prezentarea generala:Biogazul este produs prin descompunerea materiei organice (reziduri animale si vegetale, deseuri menajere, silozuri, etc) in absenta oxigenului, proces care se numeste "fermentare anaeroba". In functie de materia organica descompusa, concentratia de metan variaza intre 50-75% iar a dioxidului de carbon intre 45-20%, astfel incat prin captarea lui devine o importanta sursa de energie regenerabila. Ne fiind captat, biogazul, contribuie semnificativ la efectul de sera ( metanul este de 21 de ori mai nociv pentru mediu decat dioxidul de carbon). Scopul implementarii unei instalatii de biogaz nu este doar obtinerea unui profit financiar din comercializarea energiei alternative (electrica si termica) pe care o produce, ci si rezolvarea problemelor de protectia mediu.

Etape:

Degradarea biologica a materiei organice poate fi divizata in patru etape:1)hidroliza2)Acidogeneza3)Acetogeneza:4)Metanogeneza:

COMPONENTE:COMPONENTE:

COMPONENTE:

Digestoarele anaerobeDepozitarea biogazuluiunitatea de producere a energiei electrice si termice

Exemplul de mai jos a luat in considerare productiei de metan obtinut in urmafermentatii a 10.000 tone siloz de porumb*

10000 tone X 35% SU = 3500 tone SU; 3500 tone X 90% VS = 3150 tone VS; 3150 tone X 575 m³/tona = 1.811.250 m³

biogaz; 1811250 X 53% = 959962 m³ CH₄ (metan);

SU - substanta uscata VS - substanta organica

Substrat Cantitatea de biogaz m³/t subst. organica

Dejectii bovine 200-300

Dejectii porcine 300-450

Dejectii pasari 300-400

Dejectii solide ovine 240-500

Dejectii solide cabaline 200-400

Siloz de porumb 350-390

Siloz de ierburi 300-500

Fan 500

Trifoi 400-500

Paie 300-600

Coceni de porumb 400-650

Rebuturi distilatie 330

Mere 300

Melasa 350

Studiude caz

Sase persoane si-au pierdut viata si alte peste 70 au fost ranite in noaptea de joi spre vineri - 6 fiind in stare critica, avand arsuri - , cand un incendiu izbucnit joi s-a raspandit intr-o zona rezidentiala din San Francisco.

Explozia puternica, cauzata de o teava de gaz sparta, a facut ca focul sa se

inalte la zeci de metri, relateaza The Sun.

Mai bine de 50 de case au fost distruse si 120 grav avariate de flacari nu

departe de Aeroportul International San Francisco.

La miezul noptii, focul inca ardea, alimentat de vantul puternic. Circa 100 de persoane au fost evacuate. Vineri, focul inca ardea, iar casele din zona inca nu erau alimentate cu curent

electric, relateaza Los Angeles Times.

Desi cauzele tragediei nu sunt inca certe, oamenii care locuiesc in zona

spun ca simt miros de gaz de 3 saptamani. Autoritatile au folosit mai multe aparate de zbor pentru a stinge

flacarile.

Prezentat de: Avram Nicolina Barcari Daniel Buruian Elvira Lisnic Andrian Pinzari Chiril Usurelu Cristina Vetricean Rusanda Vetricean Trofim Vutcariov Nicolae Grupa CB

o9o6 G

Controlat de :Motpan Valentina