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Erdgas

Erdgas
  Erdgas   Erdgas
Allgemein
Andere Namen Sumpfgas, Sumpfgas
Molekularformel CH 4
Aussehen Klares Gas, blaue Flamme
Eigenschaften
Dichte u Phase 0,717 kg/m 3 , Erdgas
Schmelzpunkt −182,5 °C (90,6 K) bei 1 atm

25 ° C (298 K) bei 1,5 G Pa

Siedepunkt –161,6 ° C (111,55 K)
Dreifacher Punkt 90,7 K, 0,117 bar
Gefahren
Sicherheitsdatenblätter Externe Sicherheitsdatenblätter
EU-Klassifizierung Hochentzündlich ( F+ )
NFPA-704

4 1 0
R-Sätze R12
S-Sätze S2 , S9 , S16 , S33
Flammpunkt -188 °C
Selbstentzündungstemperatur 537 Grad
Maximales Brennen
Temperatur:
2148°C
Explosionsgrenzen 5–15 %
Verwandte Verbindungen
Verwandte Alkane Ethan
Propan
Verwandte Verbindungen Methanol
Chlormethan

Erdgas ist ein gasförmig fossiler Brennstoff besteht hauptsächlich aus Methan. Es kommt in Öl- und Erdgasfeldern sowie in Kohleflözen vor. Wenn durch den anaeroben Zerfall von nichtfossilem organischem Material methanreiche Gase entstehen, spricht man von Biogas. Quellen für Biogas sind Sümpfe, Sümpfe und Deponien (siehe Deponiegas), sowie Klärschlamm und Gülle über anaerobe Faulbehälter, neben der magensaftresistenten Gärung insbesondere in das Vieh . Erdgas wird oft umgangssprachlich als einfach bezeichnet Gas , insbesondere im Vergleich zu anderen Energiequellen wie Strom.

Chemische Zusammensetzung

Der Hauptbestandteil von Erdgas ist Methan ( C H 4 ), das kürzeste und leichteste Kohlenwasserstoffmolekül. Es enthält auch schwerere gasförmige Kohlenwasserstoffe wie Ethan ( C zwei H 6 ), Propan ( C 3 H 8 ) und Butan ( C 4 H 10 ), sowie andere schwefelhaltige Gase in unterschiedlichen Mengen, siehe auch Erdgaskondensat. Erdgas enthält auch und ist die primäre Marktquelle von Helium .

Komponente Gew. %
Methan (CH 4 ) 80-95
Ethan (C zwei H 6 ) 5-15
Propan (C 3 H 8 ) und Butan (C 4 H 10 ) < 5

Stickstoff, Helium, Kohlendioxid und Spuren von Schwefelwasserstoff, Wasser und Geruchsstoffe können ebenfalls vorhanden sein . Quecksilber ist auch in geringen Mengen in Erdgas vorhanden, das aus einigen Feldern gefördert wird. Die genaue Zusammensetzung von Erdgas variiert zwischen den Gasfeldern.

Organoschwefelverbindungen und Schwefelwasserstoff sind übliche Verunreinigungen, die vor den meisten Verwendungen entfernt werden müssen. Gas mit einer erheblichen Menge an Schwefelverunreinigungen, wie z. B. Schwefelwasserstoff, wird bezeichnet Sauergas und oft als „Sauergas“ bezeichnet. Aufbereitetes Erdgas, das den Endverbrauchern zur Verfügung steht, ist geschmacks- und geruchlos. Bevor das Gas jedoch an die Endverbraucher verteilt wird, wird es durch Zugabe kleiner Mengen von Thiolen odoriert, um die Lecksuche zu unterstützen. Verarbeitetes Erdgas ist an sich für den menschlichen Körper harmlos, Erdgas ist jedoch ein einfaches Erstickungsmittel und kann tödlich sein, wenn es die Luft bis zu einem Punkt verdrängt, an dem der Sauerstoffgehalt kein Leben mehr ermöglicht.

Erdgas kann auch durch eine Explosion lebens- und sachgefährdend sein. Erdgas ist leichter als Luft und neigt daher dazu, sich in der Atmosphäre zu verteilen. Aber wenn Erdgas eingeschlossen ist, wie zum Beispiel in einem Haus, können Gaskonzentrationen explosive Mischungen erreichen und, wenn sie gezündet werden, zu Explosionen führen, die Gebäude zerstören könnten. Methan hat eine untere Explosionsgrenze von 5 % in Luft und eine obere Explosionsgrenze von 15 %.

Explosive Bedenken bei komprimiertem Erdgas, das in Fahrzeugen verwendet wird, sind fast nicht vorhanden, da das Gas entweicht und Konzentrationen zwischen 5 % und 15 % aufrechterhalten werden müssen, um Explosionen auszulösen.

Energiegehalt und Statistik

Erdgasmengen werden in Normkubikmetern (entspricht 0° C bei 1 atm) oder in Normkubikfuß (entspricht 60° F und 30 inHg) gemessen. Die Brutto-Verbrennungswärme eines normalen Kubikmeters Erdgas in handelsüblicher Qualität beträgt etwa 39 Megajoule (≈10,8 kWh), kann jedoch um mehrere Prozent variieren. In US-Einheiten produziert ein Standardkubikfuß Erdgas etwa 1000 British Thermal Units (BTUs).

Der tatsächliche Heizwert, wenn das gebildete Wasser nicht kondensiert, ist die Nettoverbrennungswärme und kann bis zu 10 % geringer sein.

Der Preis für Erdgas variiert stark je nach Standort und Art des Verbrauchers, aber ab 2006 ist ein Preis von 10 $ pro 1000 Kubikfuß in den USA typisch. Dies entspricht etwa 10 US-Dollar pro Million BTU oder etwa 10 US-Dollar pro Gigajoule.

In den USA wird Erdgas im Einzelhandel oft in Einheiten von Therm (th) verkauft; 1 Therm = 100.000 BTU. Großhandelstransaktionen werden im Allgemeinen in Dekatherm (Dth) oder in Tausend Dekatherm (MDth) oder in Millionen Dekatherm (MMDth) durchgeführt. Eine Million Dekatherm sind ungefähr eine Milliarde Kubikfuß Erdgas.

Lagerung und Transport

  Polyethylen-Gasleitung wird in einem Graben verlegt.   Vergrößern Polyethylen-Gasleitung wird in einem Graben verlegt.

Die größte Schwierigkeit bei der Verwendung von Erdgas ist Transport und Lagerung aufgrund seiner geringen Dichte. Erdgaspipelines sind wirtschaftlich, aber im Querschnitt unpraktisch Ozeane . Viele bestehende Pipelines in Nordamerika erreichen fast ihre Kapazitätsgrenze, was einige Politiker in kälteren Klimazonen dazu veranlasst, öffentlich über mögliche Engpässe zu sprechen.

LNG-Tanker können verwendet werden, um verflüssigtes Erdgas (LNG) über Ozeane zu transportieren, während Tankwagen verflüssigtes oder komprimiertes Erdgas (CNG) über kürzere Entfernungen transportieren können. Sie können Erdgas direkt zu den Endverbrauchern oder zu Verteilerpunkten wie Pipelines für den weiteren Transport transportieren. Diese können höhere Kosten verursachen und zusätzliche Einrichtungen zur Verflüssigung oder Komprimierung am Produktionspunkt und dann zur Vergasung oder Dekomprimierung in Endverbraucheranlagen oder in eine Pipeline erfordern.

Früher wurde das Erdgas im Zuge der Rückgewinnung gewonnen Petroleum konnte nicht gewinnbringend verkauft werden und wurde einfach auf dem Ölfeld verbrannt (bekannt als Abfackeln). Diese verschwenderische Praxis ist heute in vielen Ländern illegal, zumal sie Treibhausgase hinzufügt Umweltverschmutzung zum Erdatmosphäre . Darüber hinaus erkennen Unternehmen jetzt, dass der Wert des Gases in Zukunft mit LNG, CNG oder anderen Transportmethoden für Endverbraucher erreicht werden kann. Das Gas wird nun zur späteren Gewinnung wieder in die Formation injiziert. Dies unterstützt auch das Ölpumpen, indem der Untergrunddruck höher gehalten wird. Im Saudi-Arabien wurde Ende der 1970er Jahre ein „Master Gas System“ geschaffen, das das Abfackeln überflüssig machte. Das Erdgas wird zur Erzeugung von Strom und Wärme für die Entsalzung verwendet. In ähnlicher Weise wurden einige Deponien eingerichtet, die auch Methangase abgeben, um das Methan aufzufangen und Strom zu erzeugen.

Erdgas wird oft in unterirdischen Kavernen gespeichert, die in erschöpften Gasreservoirs aus früheren Gasquellen, Salzstöcken oder in Tanks als verflüssigtes Erdgas gebildet wurden. Das Gas wird in Zeiten geringer Nachfrage eingespeist und in Zeiten höherer Nachfrage entnommen. Die Speicherung in der Nähe der endgültigen Endnutzer hilft, die volatilen Anforderungen bestmöglich zu erfüllen, aber dies ist möglicherweise nicht immer praktikabel.

Erdgaskrise

  Blaue Flammen eines Brenners auf einem Erdgasherd.   Vergrößern Blaue Flammen eines Brenners auf einem Erdgasherd.

Viele Politiker und prominente Persönlichkeiten in Nordamerika haben öffentlich über eine mögliche Erdgaskrise gesprochen. Dazu gehören der ehemalige Energieminister Spencer Abraham, der ehemalige Vorsitzende der Federal Reserve Alan Greenspan und der Energieminister von Ontario, Dwight Duncan.

Die Erdgaskrise wird typischerweise durch den steigenden Erdgaspreis in den USA in den letzten Jahren beschrieben, der auf den Rückgang des einheimischen Angebots und den Anstieg des Erdgaspreises zurückzuführen ist fordern zum Elektrizität Generation. Das einheimische Angebot ist von 20.570.295 MMcf im Jahr 2001 auf 19.144.768 MMcf im Jahr 2005 gesunken Hurrikane Katrina und Rita) und der stetig steigenden Nachfrage ist der Preis für viele so hoch geworden industriell Anwender, hauptsächlich in der petrochemischen Industrie, haben ihre Anlagen geschlossen und Arbeitsplätze verloren. Greenspan hat vorgeschlagen, dass eine Lösung für die Erdgaskrise der Import von LNG ist.

Diese Lösung ist sowohl kapitalintensiv als auch politisch aufgeladen, da die öffentliche Wahrnehmung, dass LNG-Terminals ein explosives Risiko darstellen, insbesondere nach der 9/11 Terroranschläge in den Vereinigten Staaten. Das US-Heimatschutzministerium ist für die Aufrechterhaltung ihrer Sicherheit verantwortlich.

Neue oder erweiterte LNG-Terminals verursachen schwierige Infrastrukturprobleme und erfordern hohe Investitionsausgaben. LNG-Terminals benötigen einen sehr geräumigen – mindestens 12,2 m tiefen – Hafen, der vor Wind und Wellen geschützt ist. Diese 'geeigneten' Standorte befinden sich daher tief in gut besiedelten Seehäfen, die auch mit Vorfahrtsproblemen für LNG-Pipelines belastet sind oder umgekehrt auch die LNG-Expansionsanlagen und Endverbrauchsanlagen (Petrochemie) inmitten der hohe Bevölkerungsdichte von Großstädten, mit den damit verbundenen Abgasen, mehrere ernsthafte Sicherheitsrisiken.

Um 'gut geschützte' Gewässer zu erreichen, sind geeignete Hafenplätze normalerweise gut oben Flüsse oder Flussmündungen, die wahrscheinlich nicht tief genug ausgebaggert werden. Da sich diese sehr großen Schiffe langsam und schwerfällig in eingeschränkten Gewässern bewegen müssen, werden die Transitzeiten zum und vom Terminal kostspielig, da mehrere Schlepper und Sicherheitsboote die großen Schiffe schützen und schützen. Operativ wird LNG-Tankern (z. B. in Boston) effektiv die alleinige Nutzung des Hafens gewährt, sie sind gezwungen, außerhalb der Hauptverkehrszeiten anzukommen und abzufahren, und dürfen denselben Hafen nicht besetzen, bis der erste ordnungsgemäß abgefahren ist. Diese Faktoren erhöhen die Betriebskosten und machen Kapitalinvestitionen weniger attraktiv.

Die Menge an LNG, die zur Versorgung mit Erdgas verwendet wird, wesentlich zu erhöhen Nordamerika , müssen nicht nur „Wiedervergasungs“-Anlagen an nordamerikanischen Küsten gebaut werden – was aus den oben genannten Gründen schwierig ist – jemand muss auch beträchtliche neue Verflüssigungsstationen errichten Indonesien , das Naher Osten , und Afrika , um das im Allgemeinen mit der Ölförderung verbundene Gas in diesen Gebieten zu konzentrieren. Eine erhebliche Erweiterung der Flotte von LNG-Tankern muss ebenfalls erfolgen, um die riesige Menge an Treibstoff zu transportieren, die benötigt wird, um den bevorstehenden Mangel in Nordostamerika auszugleichen.

Verwendet

Energieerzeugung

Erdgas ist eine wichtige Quelle für die Stromerzeugung durch den Einsatz von Gasturbinen und Dampfturbinen. Besonders hohe Wirkungsgrade lassen sich durch die Kombination von Gasturbinen mit einer Dampfturbine im Kombibetrieb erzielen. Erdgas verbrennt sauberer als andere fossile Brennstoffe , wie Öl und Kohle, und produziert weniger Treibhausgase pro freigesetzter Energieeinheit. Bei gleicher Wärmemenge erzeugt die Verbrennung von Erdgas etwa 30 % weniger Kohlendioxid als brennen Petroleum und etwa 45 % weniger als Brennen Kohle . Die kombinierte Stromerzeugung mit Erdgas ist somit die sauberste Energiequelle, die mit fossilen Brennstoffen verfügbar ist, und diese Technologie wird überall dort eingesetzt, wo Gas zu vernünftigen Kosten gewonnen werden kann. Die Brennstoffzellentechnologie könnte schließlich sauberere Optionen für die Umwandlung von Erdgas in Strom bieten, ist aber noch nicht preislich konkurrenzfähig. Außerdem soll die Erdgasversorgung um das Jahr 2030 ihren Höhepunkt erreichen, 20 Jahre nach dem Höhepunkt des Öls. Es wird auch prognostiziert, dass die weltweiten Erdgasvorräte um das Jahr 2085 erschöpft sein werden.

Wasserstoff

Zur Herstellung kann Erdgas verwendet werden Wasserstoff die in Wasserstofffahrzeugen eingesetzt werden können. Eine gängige Methode ist der Wasserstoffreformer.

Erdgasfahrzeuge

Komprimiertes Erdgas (Methan) wird als saubere Alternative zu anderem eingesetzt Automobil Kraftstoffe wie Benzin (Benzin) und Diesel. Ab 2005 waren dies die Länder mit der größten Anzahl an Erdgasfahrzeugen Argentinien , Brasilien , Pakistan , Italien , und Indien . Die Energieeffizienz ist im Allgemeinen gleich der von Benzinmotoren, aber geringer im Vergleich zu modernen Dieselmotoren, was teilweise darauf zurückzuführen ist, dass Erdgasmotoren nach dem Otto-Zyklus arbeiten, aber die Forschung ist auf dem Weg, das Verfahren zu verbessern (Westport-Zyklus).

Flüssiggas (eine Mischung aus Propan und Butan) wird auch zum Betanken von Fahrzeugen verwendet. LPG- und CNG-Fahrzeugkraftstoffsysteme sind nicht kompatibel. CNG erfordert auch Tanks mit höherem Druck, die typischerweise viel schwerer sind als die für LPG verwendeten.

Wohnhausgebrauch

Erdgas wird an Haushalte geliefert, wo es für Zwecke wie Kochen in erdgasbetriebenen Herden und/oder Öfen, erdgasbeheizte Wäschetrockner und Heizen/Kühlen verwendet wird. Haus- oder andere Gebäudeheizungen können Boiler, Öfen und Warmwasserbereiter umfassen. CNG wird in ländlichen Haushalten ohne Anschluss an öffentliche Versorgungsleitungen oder mit tragbaren Grills verwendet.

Dünger

Erdgas ist ein wichtiger Rohstoff für die Produktion von Ammoniak , über das Haber-Verfahren, zur Verwendung in Dünger Produktion.

Sonstiges

Auch bei der Herstellung wird Erdgas verwendet Stoffe , Glas , Stahl , Kunststoffe, Farben und andere Produkte.

Sicherheit

In irgendeiner Form wird dem Rest eine winzige Menge an Geruchsstoff, wie t-Butylmercaptan, mit einem faulenden Kohlgeruch, zugesetzt farblos und geruchloses Gas, so dass Lecks erkannt werden können, bevor es zu einem Brand oder einer Explosion kommt. Manchmal wird eine verwandte Verbindung, Thiophan, mit einem Geruch nach faulen Eiern verwendet. Das Hinzufügen von Geruchsstoffen zu Erdgas begann in den Vereinigten Staaten nach der Explosion der New London School im Jahr 1937. Die Ansammlung von Gas in der Schule blieb unbemerkt und tötete dreihundert Schüler und Lehrer, als es sich entzündete. Geruchsstoffe gelten in den extrem niedrigen Konzentrationen, die in Erdgas vorkommen, das an den Endverbraucher geliefert wird, als nicht toxisch.

Im Minen , wo aus Gesteinsformationen austretendes Methan geruchlos ist, Sensoren verwendet werden und Bergbaugeräte speziell entwickelt wurden, um Zündquellen zu vermeiden, z. B. die Davy-Lampe.

Explosionen, die durch Erdgaslecks verursacht werden, ereignen sich einige Male im Jahr. Einzelne Häuser, kleine Unternehmen und Boote sind am häufigsten betroffen, wenn ein internes Leck Gas im Inneren der Struktur aufbaut. Häufig reicht die Explosion aus, um ein Gebäude erheblich zu beschädigen, es aber stehen zu lassen. In diesen Fällen sind die Personen im Inneren eher leicht bis mittelschwer verletzt. Gelegentlich kann sich das Gas in ausreichend hohen Mengen ansammeln, um eine tödliche Explosion auszulösen und dabei ein oder mehrere Gebäude zu zerstören. Das Gas zerstreut sich normalerweise leicht im Freien, kann sich aber manchmal in gefährlichen Mengen ansammeln, wenn Wetter Bedingungen stimmen. Außerdem ist das individuelle Risiko des Einsatzes von Erdgas angesichts der zig Millionen Bauwerke, die den Brennstoff nutzen, sehr gering.

Einige Gasfelder liefern saures Gas, das Schwefelwasserstoff (H zwei S). Dieses unbehandelte Gas ist giftig. Amingasbehandlung, ein Verfahren im industriellen Maßstab, das Säuren entfernt gasförmig Komponenten, wird häufig verwendet, um Schwefelwasserstoff aus Erdgas zu entfernen.

Die Förderung von Erdgas (oder Öl) führt zu einem Druckabfall in der Reservoir . Dies wiederum kann zu Bodensenkungen führen. Setzungen können Ökosysteme, Wasserstraßen, Kanalisations- und Wasserversorgungssysteme, Fundamente usw. beeinträchtigen.