Метан область применения: 9 Укажите области применения метана, в основе которых лежит реакция горения.

Применение метана (Ch5) в быту » Все о транспорте газа

Метан применяется во множестве сфер человеческой жизни. Он обеспечивает прогресс/сохранение уровня цивилизации. Это материал для создания полимеров (синтетического каучука), а затем иных весьма гибких и прочных материалов (резина), химическое сырьё, один из основных источников водорода. Главное же его предназначение всё-таки являться топливом. Газ в этом плане набирает популярность, ибо использовать в этих целях метан экономичнее.

Области применения метана

  Метан — топливо автомобилей

• Сейчас метан всё чаще используется, как топливо в автомобилях в качестве. Однако — в сжатом виде, ведь плотность метана значительно меньше, чем у бензина. Обычно его сжимают до состояния от 200 до 250 атмосфер и помещают в баллоны, которые и размещаются в машине. Некоторое падение мощности применение такого топлива всё-таки может вызвать, но оно крайне не существенно. Зато в отличие от бензина стоит CH₄ ощутимо дешевле, да и вредных веществ в атмосферу выделяет поменьше. Так же из этого газа можно получать синтетический бензин.

  Сварка и резка металла метаном

• Так же метан используется в процессе (газовых) сварки, либо резки металла, в силу способности к горению. Его температура пламени (до 1200 градусов) пониже, чем у ацетилена, поэтому сварка таким газом наиболее подходит для алюминия, меди, её сплавов и чугуна.

  Использование метана в быту

• Ch5 — основная составляющая природного газа, а значит и большая часть того, что используется в газовых плитах и других подобных конструкциях. Используется в качестве продукта хлорирования в огнетушителях.

  Метан в медицине

• Он нашёл применение и в медицине. Газ в целом безвреден для человеческого организма, но оказывает на индивидума усыпляющие действие. Поэтому метан используют в качестве снотворного, возможно, с некоторыми примесями.

  Метан как растворитель

• Используется Ch5 и в качестве растворителя. Вода в этом плане более эффективна, однако этот газ менее химически реактивен и потому способен создавать большие системные образования вроде белков.

Вред: Метан — парниковый газ

Однако не смотря на свою дешевизну, метан имеет большой минус. Он оказывает очень сильное парниковое воздействие на атмосферу, в 21 раз большее, чем оказывает углекислый газ.

Прежде чем задать вопрос прочитайте: FAQ

Общая информация О МЕТАНЕ

Использование природного газа

 в качестве моторного топлива

           Использование природного газа в качестве моторного топлива — важнейшее направление развития мировой газовой индустрии и экономической политики Российской Федерации.

          Расширение применения природного газа (метана) в качестве моторного топлива ведется в рамках подпрограммы «Развитие рынка газомоторного топлива» государственной программы Российской Федерации «Развитие энергетики».        

          Реализация мероприятий, направленных на развитие рынка газомоторного топлива предусмотрены государственной программой Волгоградской области «Энергосбережение и повышение энергетической эффективности в Волгоградской области», утверждённой постановлением Администрации Волгоградской области от 31 декабря 2014 г. № 136-п.

До конца 2024 г. на территории Волгоградской области планируется:

— довести количество автомобильных газонаполнительных компрессорных станций (АГНКС) до 40 ед.;

— увеличить количество транспортных средств использующих компримированный природный газ (КПГ) в качестве моторного топлива на 5200 ед.

         Для   увеличения   автопарка   на    природном   газе программой предусматривалось выделение субсидий на возмещение 30% затрат по переоборудованию техники. Решением Председателя Правительства Российской Федерации Михаила Мишустина размер субсидий на перевод транспорта на природный газ в 2020 году увеличен в два раза: с 30 % до 2/3 затрат.

         Реализация данной программы является эффективным антикризисным инструментом по переходу к использованию наиболее доступного по цене топлива – природного газа.

        Компримированный природный газ (КПГ)  — сжатый природный газ (метан), используемый в качестве моторного топлива полностью заменяемый бензин или пропан, и частичное замещение дизельного топлива. В разы дешевле традиционного топлива, а вызываемый продуктами его сгорания парниковый эффект меньше по сравнению с обычными видами топлива, поэтому он безопаснее для окружающей среды. Компримированный природный газ производят путем сжатия (компримирования) природного газа в компрессорных установках. Хранение и транспортировка компримированного природного газа происходит в специальных накопителях газа под давлением 200−220 бар. Также используется добавление к компримированному природному газу биогаза, что позволяет снизить выбросы углерода в атмосферу.

Преимущества КПГ:

ЭКОНОМИЧНОСТЬ
Стоимость 1 км пробега автомобиля на метане в среднем в 2−3 раза ниже, чем в традиционных видах топлива. Средняя цена на метен (КПГ) по РФ 17 руб/м3.

БЕЗОПАСНОСТЬ
У метана среди моторного топлива самый высокий класс пожарной безопасности 4.

ТЕХНОЛОГИЧНОСТЬ
Метан — это чистое моторное топливо без примесей и добавок, что позволяет продлить срок службы двигателя автомобиляв 1,5 раз.

ЭКОЛОГИЧНОСТЬ

Метан соответствует самым высоким стандартам экологической безопасности «EURO — 6». При использование метана в качастве моторного топлива, выброс токсичных веществ в окружающую среду снижается в 10 раз.

      

Применение метана (Ch5) и его соединений:

Применение метана (Ch5) и его соединений:

·        получение синтетического каучука (C2h3)

·        гроючее для двигателей внутреннего сгорания

·        получение синтетического бензина (h3)

·        растворителей (галогенопроизводные метана)

·        применение при резке и сварке металлов

·        топливо

·        получение типографской краски (сажа)

·        резины (сажа)

Применение этилена (C2h5) и его гомологов:

·        получение горючего с высоким октановым числом

·        пластмасс (-Ch3-Ch3-)n (-CF2-CF2-)n

·        взрывчатых веществ ( ) (OH-Ch3-Ch3-OH)

·        антифризов (OH-Ch3-Ch3-OH)

·        растворителей (Cl-Ch3-Ch3-Cl) (Ch3-O-Ch3)

·        для ускорения созревания фруктов

·        получение ацетальдегида (Ch3-O-Ch3)

·        синтетического каучука (C2H5OH)

Применение ацетилена (C2h3) и его соединений:

·        для резки и сварки металлов

·        получение искусственных волокон (Ch4-C-H(=O) (уксусная кислота))

·        красителей (Ch4-C-H(=O) (уксусная кислота))

·        лаков (Ch4-C-H(=O) (уксусная кислота))

·        духов и одеколонов (Ch4-C-H(=O) (уксусная кислота))

·        лекарств (Ch4-C-H(=O) (уксусная кислота))

·        хлоропренового каучука (CH=-C-CH=Ch3 (Ch3=C(-Cl)-CH=Ch3))

·        поливинилхлорида

·        Ch3=CHCl

·        C2h4Cl3

·        C2h3Cl4

Применение метана (Ch5) и его соединений:

·        получение синтетического каучука (C2h3)

·        гроючее для двигателей внутреннего сгорания

·        получение синтетического бензина (h3)

·        растворителей (галогенопроизводные метана)

·        применение при резке и сварке металлов

·        топливо

·        получение типографской краски (сажа)

·        резины (сажа)

Применение этилена (C2h5) и его гомологов:

·        получение горючего с высоким октановым числом

·        пластмасс (-Ch3-Ch3-)n (-CF2-CF2-)n

·        взрывчатых веществ ( ) (OH-Ch3-Ch3-OH)

·        антифризов (OH-Ch3-Ch3-OH)

·        растворителей (Cl-Ch3-Ch3-Cl) (Ch3-O-Ch3)

·        для ускорения созревания фруктов

·        получение ацетальдегида (Ch3-O-Ch3)

·        синтетического каучука (C2H5OH)

Применение ацетилена (C2h3) и его соединений:

·        для резки и сварки металлов

·        получение искусственных волокон (Ch4-C-H(=O) (уксусная кислота))

·        красителей (Ch4-C-H(=O) (уксусная кислота))

·        лаков (Ch4-C-H(=O) (уксусная кислота))

·        духов и одеколонов (Ch4-C-H(=O) (уксусная кислота))

·        лекарств (Ch4-C-H(=O) (уксусная кислота))

·        хлоропренового каучука (CH=-C-CH=Ch3 (Ch3=C(-Cl)-CH=Ch3))

·        поливинилхлорида

·        Ch3=CHCl

·        C2h4Cl3

·        C2h3Cl4

Применение метана (Ch5) и его соединений:

·        получение синтетического каучука (C2h3)

·        гроючее для двигателей внутреннего сгорания

·        получение синтетического бензина (h3)

·        растворителей (галогенопроизводные метана)

·        применение при резке и сварке металлов

·        топливо

·        получение типографской краски (сажа)

·        резины (сажа)

Применение этилена (C2h5) и его гомологов:

·        получение горючего с высоким октановым числом

·        пластмасс (-Ch3-Ch3-)n (-CF2-CF2-)n

·        взрывчатых веществ ( ) (OH-Ch3-Ch3-OH)

·        антифризов (OH-Ch3-Ch3-OH)

·        растворителей (Cl-Ch3-Ch3-Cl) (Ch3-O-Ch3)

·        для ускорения созревания фруктов

·        получение ацетальдегида (Ch3-O-Ch3)

·        синтетического каучука (C2H5OH)

Применение ацетилена (C2h3) и его соединений:

·        для резки и сварки металлов

·        получение искусственных волокон (Ch4-C-H(=O) (уксусная кислота))

·        красителей (Ch4-C-H(=O) (уксусная кислота))

·        лаков (Ch4-C-H(=O) (уксусная кислота))

·        духов и одеколонов (Ch4-C-H(=O) (уксусная кислота))

·        лекарств (Ch4-C-H(=O) (уксусная кислота))

·        хлоропренового каучука (CH=-C-CH=Ch3 (Ch3=C(-Cl)-CH=Ch3))

·        поливинилхлорида

·        Ch3=CHCl

·        C2h4Cl3

·        C2h3Cl4

Области применения газоанализаторов

Области применения газоанализаторов

 

В Большинстве отраслей промышленности в различных технологических процессах часто применяются газы, требующие постоянного контроля отсутствия утечек с целью обеспечения безопасности производства и снижения рисков для персонала. Для этого устанавливают системы обнаружения газов для постоянного контроля уровня рабочей среды.

Эти системы, состоящие из детекторов газа (газоанализаторов), контроллеров, устройств оповещения и исполнительных устройств, выполняют функции раннего предупреждения о развитии опасной ситуации. Тем самым системы обнаружения газов позволяют локализовать развитие опасных ситуаций на ранних стадиях, а так же увеличивают период времени для принятия соответствующих защитных мер и действий по устранению аварийных ситуаций.

Системы обнаружения газов

Чтобы системы контроля загазованности имели максимальную эффективность при их проектировании, необходимо учитывать специфику конкретного технологического процесса данной отрасли производства. Ведь универсального решения по построению систем детектирования газов для разных отраслей промышленности не существует — каждый случай уникален и требует индивидуального подхода с точки зрения архитектуры построения систем безопасности, выбора числа точек контроля загазованности и перечню детектируемых газов.

Нефтегазовая промышленность включает в себя большое число направлений производственной деятельности: от разведки на суше и на шельфе, производства нефти и газа и до их транспортировки, хранения и перегонки. Данные виды деятельности характеризуются наличием большого числа огнеопасных газообразных углеводородов, которые представляют собой серьезную опасность. Горючим газам часто сопутствуют так же токсичные газы, такие, например, как сероводород.

Типовые объекты, требующие контроля загазованности:

• разведочные буровые установки;
• эксплуатационные платформы;
• наземные нефте- и газохранилища;
• нефтеперерабатывающие заводы.

Контролируемые газы:

• Горючие: углеводородные газы.
• Токсичные: сероводород, угарный газ.

Предприятия химической промышленности, возможно, являются самыми крупными потребителями различного оборудования для обнаружения газа. Они часто применяют широкий диапазон горючих и токсичных газов в своих технологических процессах или создают их в виде побочных продуктов производственных процессов.

Типовые объекты, требующие контроля загазованности:

хранилища сырья и готовой продукции;
производственные зоны;
лаборатории;
насосные станции;
компрессорные станции;
зоны погрузки/разгрузки сырья и готовой продукции.
Контролируемые газы:

Горючие: обычные углеводороды.
Токсичные: сероводород, фтороводород, аммиак, дефицит кислорода и другие газы.
Тепловые электростанции. В качестве основного топлива на электростанциях обычно используются природный газ, уголь и нефтепродукты. При сжигании топлива из-за неполного сгорания топлива, наличия утечек в арматуре и соединениях газопроводов или топок котлов возможно выделение в воздух рабочей зоны продуктов горения и не сгоревшего топлива.

Типовые объекты, требующие контроля загазованности:

пространство вблизи топок и трубопроводов в котельных;
пространство внутри и вокруг корпусов турбин;
в бункерах и ленточных транспортерах для угля (на электростанциях работающих на угле).
Контролируемые газы:

Горючие: природный газ, метан, водород, пары углеводородов.
Токсичные: угарный газ, оксиды серы и азота SOx, NOx и дефицит кислорода.
Машинно-котельные отделения бывают всех возможных форм и размеров. В небольших зданиях имеются простые котельные, в то время как в больших зданиях часто можно встретить машинно-котельные отделения из нескольких котельных.

Типовые объекты, требующие контроля загазованности:

утечки горючего газа из приемных газопроводов;
утечки из котельной и окружающего газопровода;
угарный газ в котельных в плохом техническом состоянии.
Контролируемые газы:

Горючие: метан.
Токсичные: угарный газ.
Станции по очистке сточных вод. Канализационные стоки обильно выделяют метан и сероводород. Запах тухлых яиц, присущий сероводороду, часто ощущается еще на подъездах к станции очистки, так как обоняние человека позволяет уловить наличие сероводорода в воздухе при его концентрации менее 0,1 части сероводорода на миллион частей воздуха (0,1 ppm).

Типовые объекты, требующие контроля загазованности:

автоклавы;
заводские отстойники;
скрубберы h3S;
насосные станции.

Контролируемые газы:

Горючие: метан, пары растворителей.
Токсичные: сероводород, углекислый газ, хлор, диоксид серы, озон.
Автомобильные тоннели и закрытые автостоянки требуют отслеживания токсичных выхлопных газов. Современные тоннели и автостоянки используют подобный мониторинг для управления вентиляционными установками, осуществляющими проветривание этих сооружений. В подземных тоннелях может также осуществляться контроль наличия природного газа, который может выделятся в туннель из толщи горной породы, в которой проложен данный тоннель.

Типовые объекты, требующие контроля загазованности:

автомобильные туннели;
подземные и закрытые автостоянки;
подходные туннели;
управление вентиляцией.
Контролируемые газы:

Горючие: метан (природный газ), сжиженный нефтяной газ, сжиженный природный газ, пары бензина.

Токсичные: угарный газ, диоксид азота.

тоннель

При производстве полупроводниковых материалов используются высокотоксичные вещества и горючие газы. Токсичные фосфор, мышьяк, бор и галлий обычно применяются в качестве легирующих примесей. Горючий водород используется как в качестве реагента, так и газа-носителя восстановительной среды. Травильные и осветляющие газы содержат NF3 и другие перфторированные смеси.

Типовые объекты, требующие контроля загазованности:

реактор полупроводниковых пластин;
установка сушки полупроводниковых пластин;
газовые шкафы;
установка химического осаждения из паровой фазы.
Контролируемые газы:

Горючие: водород, изопропанол, метан, пропан.
Токсичные: HCl, Ash4, BCl3, Ph4, CO, HF, O3, h3Cl2Si, TEOS, C4F6, C5F8, Geh5, Nh4, NO2 и дефицит кислорода.
Самовоспламеняющиеся: кремневодород.
Медицинские учреждения применяют горючие и токсичные вещества, прежде всего, в своих исследовательских лабораториях. Кроме того, многие медицинские учреждения располагают местной энергосистемой и аварийными генераторными станциями с запасом топлива.

Типовые объекты, требующие контроля загазованности:

лаборатории;
рефрижераторные установки;
машинно-котельные отделения.
Контролируемые газы:

Горючие: метан, водород, пары дизельного топлива.
Токсичные: угарный газ, хлор, аммиак, этиленоксид и дефицит кислорода.
Применение в производственных процессах опасных веществ, в частности легковоспламеняющихся, токсичных и кислородосодержащих газов, требует постоянного мониторинга ситуации. Ведь неизбежно в ходе нарушения технологии производства, производственных аварий и инцидентов могут случаться утечки газов, которые представляют потенциальную опасность для промышленного предприятия, экологии, персонала и людей, проживающих поблизости. Применение систем обнаружения газов позволяет существенно снизить риски и повысит безопасность производства.

Правила пользования газом в быту

Приложение 39

Утверждены приказом ВО

«Росстройгазификация» при

Совете Министров РФ №86-П от 26.04.90

   

Правила пользования газом в быту

Правила обязательны для должностных лиц ведомств и организаций, ответственных за безопасную эксплуатацию газового хозяйства жилых домов независимо от ведомственной принадлежности, и для населения, использующего газ в быту, на территории России.

Ответственность за сохранность газового оборудования и исправное состояние домовых и вентиляционных каналов, а также за уплотнение вводов инженерных коммуникаций в жилых домах возлагается на руководителей жилищно-эксплуатационных организаций, в жилищных кооперативах — на их председателей, в домах и квартирах, принадлежащих гражданам на правах личной собственности, — на домовладельцев.

Ответственность за качество технического обслуживания и ремонт газового оборудования в жилых домах возлагается на эксплуатационные организации газового хозяйства.

Ответственность за безопасную эксплуатацию работающих бытовых газовых приборов в домах и квартирах, за содержание их в соответствии с требованиями Правил несут владельцы и лица, пользующиеся газом.

   

   

1. Жилищно-эксплуатационные организации и домовладельцы обязаны:

1.1. Оказывать предприятиям газового хозяйства всестороннюю помощь при проведении ими технического обслуживания газового оборудования и пропаганды безопасности пользования газом среди населения.

1.2. Содержать в надлежащем техническом состоянии подвалы, технические коридоры и подполья, поддерживать в рабочем состоянии их электроосвещение и вентиляцию. Следить за местами пересечений внутренних газопроводов и строительных элементов зданий, герметизацией вводов в здания инженерных коммуникаций.

1.3. Обеспечивать работникам предприятий газового хозяйства беспрепятственный доступ в любое время суток в подвалы, технические подполья и помещения первых этажей для проверки их на загазованность.

1.4. Своевременно обеспечивать проверку состояния дымоходов, вентиляционных каналов и оголовков дымоходов, осуществлять контроль за качеством их проверки, предоставлять предприятиям газового хозяйства по их требованию акты проверки исправности дымоходов и вентиляционных каналов или сведения о последней проверке, занесенные в специальный журнал.

1.5. Немедленно сообщать предприятиям газового хозяйства о необходимости отключения газовых приборов при самовольной их установке или выявлении неисправности дымоходов.

1.6. Заселять газифицированные квартиры (заселение первичное ,при обмене) только после инструктажа жильцов представителем предприятия газового хозяйства при наличии подтверждающего документа.

1.7. Вызывать представителя газового хозяйства для отключения газовых приборов при выезде жильца из квартиры.

   

2. Население, использующее газ в быту, обязано:

2.1. Пройти инструктаж по безопасному пользованию газом в эксплуатационной организации газового хозяйства, иметь инструкции по эксплуатации приборов и соблюдать их.

2.2. Следить за нормальной работой газовых приборов, дымоходов и вентиляции, проверять тягу до включения и во время работы газовых приборов с отводом продуктов сгорания в дымоход. Перед пользованием газифицированной печью проверять, открыт ли полностью шибер. Периодически очищать «карман» дымохода.

2.3. По окончании пользования газом закрыть краны на газовых приборах и перед ними, а при размещении баллонов внутри кухонь дополнительно закрыть вентили у баллонов.

2.4. При неисправности газового оборудования вызвать работников предприятия газового хозяйства.

2.5. При внезапном прекращении подачи газа немедленно закрыть краны горелок газовых приборов и сообщить в аварийную газовую службу по телефону: 04.

2.6. При появлении в помещении квартиры запаха газа немедленно прекратить пользования газовыми приборами, перекрыть краны к приборам и на приборах, открыть окна или форточки для проветривания помещения вызвать аварийную службу газового хозяйства по телефону 04 (вне загазованного помещения). Не зажигать огня, не курить, не включать и не выключать электроосвещение и электроприборы, не пользоваться эл.звонками.

2.7. Перед входом в подвал и погреба до включения света или зажигания огня убедиться в отсутствии запаха газа.

2.8. При обнаружении запаха в подвале, подъезде во дворе, на улице необходимо:

• оповестить окружающих о мерах предосторожности.4

• сообщить в аварийную газовую службу по телефону 04 из не загазованного места;

• принять меры по удалению людей из загазованной среды, предотвращению включении и выключения электросвещения, появлению открытого огня или искры;

• до прибытия аварийной бригады организовать проветривание помещение.

1. Для осмотра и ремонта газопроводов и газового оборудования допускать в квартиру работников предприятий газового хозяйства по предъявлении ими служебных удостоверений в любое время суток.

2. Обеспечить свободный доступ работников газового хозяйства к месту установки баллонов со сжиженным газом в день их доставки.

3. Экономно расходовать газ, своевременно оплачивать его стоимость, а в домах, принадлежащих гражданам на правах личной собственности, — стоимость технического обслуживания газового оборудования.

4. Ставить в известность предприятие газового хозяйства при выезде из квартиры на срок более 1 месяца.

5. Владельцы домов и квартир на правах личной собственности должны своевременно заключать договоры на техническое обслуживание газового оборудования и проверку дымоходов, вентиляционных каналов. В зимнее время необходимо периодически проверять оголовки с целью недопущения их обмерзания и закупорки.

   

3. Населению запрещается:

1. Производить самовольную газификацию дома (квартиры, садового домика), перестановку, замену и ремонт газовых приборов, баллонов и запорной арматуры.

2. Осуществлять перепланировку помещения, где установлены газовые приборы, без согласования с соответствующими организациями.

3. Вносить изменения в конструкцию газовых приборов. Изменять устройство дымовых и вентиляционных систем.

4. Отключать автоматику безопасности и регулирования, пользования газом при неисправных газовых приборах, автоматике, арматуре и газовых баллонах, особенно при обнаружении утечки газа.

5. Пользоваться газом при нарушении плотности кладки, штукатурки (трещины) газифицированных печей и дымоходов. Самовольно устанавливать дополнительные шиберы в дымоходах и на дымоотводящих трубах от водонагревателей.

6. Пользоваться газом без проведения очередных проверок и чисток дымовых и вентиляционных каналов в сроки, определенные Правилами безопасности в газовом хозяйстве.

7. Пользоваться газовыми приборами при закрытых форточках (фрамугах), жалюзийных решетках, решетках вентиляционных каналов, отсутствии тяги в дымоходах и вентиляционных каналах, щелей под дверями ванных комнат.

8. Оставлять работающие газовые приборы бес присмотра (кроме приборов рассчитанных на непрерывную работу и имеющих для этого соответствующую автоматику).

9. Допускать к пользованию газовыми приборами детей дошкольного возраста, лиц, не контролирующих свои действия и не знающих правил пользования этими приборами.

10. Использовать газ и газовые приборы не по назначению. Пользоваться газовыми плитами для отопления.

11. Пользоваться помещениями, где установлены газовые приборы, для сна и отдыха.

12. Применять открытый огонь для обнаружения утечек газа (с этой целью используются мыльная эмульсия или специальные приборы).

13. Хранить в помещениях и подвалах порожние и заполненные сжиженными газами баллоны. Самовольно без специального инструктажа производить замену порожних баллонов заполненные газом и подключать их.

14. Иметь в газифицированном помещении более одного баллона вместимостью 50/55 или 2-х баллонов каждый вместимостью 27 литров (один баллон запасной).

15. Располагать баллоны против топочных дверок печей на расстоянии менее 2 м.

16. Допускать порчу газового оборудования и хищение газа. Лица, нарушившие «Правила пользования газом в быту», несут ответственность в соответствии со ст. 95 (1) Кодекса РФ об административных правонарушениях и ст. 94 (02) Уголовного Кодекса РФ.

Согласовано: Министерством юстиции РФ

08.02.90. № 2-14/41

   

ВНИМАНИЕ!!!

С 1 марта 2016 года вступило в силу Постановление Правительства Российской Федерации № 1033 от 29 сентября 2015 года «О внесении изменений в Постановление Правительства Российской Федерации № 1521 от 26 декабря 2014 года»

Вновь введённые нормативные требования относятся к п. 6.5.7. СП 60.13330.2012 СНиП 41-01-2003 «Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха» :

В помещениях, в которых устанавливаются газовые теплогенераторы и другое газовое оборудование, следует предусматривать сигнализаторы загазованности по метану и оксиду углерода, срабатывающие при достижении загазованности помещения, равной 10% НКПРП или ПДК природного газа. Сигнализаторы загазованности должны быть сблокированы с быстродействующими запорными клапанами, установленными на вводе газа в помещение и отключающими подачу газа по сигналу загазованности.

Сегодня газ используется повсеместно большим количеством потребителей на цели пищеприготовления, горячего водоснабжения, отопления. Основной составляющей природного газа является метан. В природном газе метана до 97%, в остальные 3-4% входит сероводород, кислород и другие углеводороды. Метан – простейший углеводород, бесцветный газ, химическая формула – Ch5. Метан в своем первоначальном виде не имеет запаха, и почувствовать его органами обоняния мы просто не можем. Тот «запах газа», к которому мы привыкли, является не чем иным, как специальной отдушкой (одорантом), искусственно добавляемой в газ из соображений безопасности. Обогащение одорантами делается для того, чтобы человек вовремя заметил утечку газа.

Метан является удушающим газом, не отравляющим. При нахождении в загазованной среде человек испытывает кислородное голодание, усталость, начинает вести себя неадекватно.

Метан чрезвычайно взрывоопасен – не зря его называют «гремучим газом». Стоит ему только где-нибудь скопиться – и тогда даже самая маленькая искра способна вызвать сильнейший взрыв. Накапливаясь в закрытом помещении, метан взрывоопасен при концентрации в воздухе от 5% до 15%.

Оксид углерода (угарный газ) — побочный продукт горения топлива, в т. ч. природного газа, образующийся в результате его неполного сгорания. Для человека опасен тем, что угарный газ не имеет ни цвета, ни запаха, ни вкуса, а для того, чтобыпроизошло отравление организма человека достаточно очень небольшого его количества. Именно поэтому угарный газ часто называют «тихим убийцей», т. к. органы чувств человека не подают никаких тревожных сигналов при его появлении. Основное воздействие угарного газа осуществляется на центральную нервную систему и головной мозг. Человек, который подвергаетсявоздействию угарного газа, не в состоянии оценить опасность и осознать, что с ним что-то происходит. По сравнению с кислородом — угарный газ в триста раз быстрее соединяется с гемоглобином человека и блокирует его. Из-за этого органы и ткани недополучают жизненно важный кислород и наступает кислородное голодание. Предельно допустимая концентрация оксида углерода в воздухе рабочей зоны – 20 мг/м3.

При легкой степени отравления угарным газом наблюдаются следующие симптомы: головная боль, стук в висках, боли в груди, головокружение, слезотечение, рвота, тошнота, сухой кашель, покраснение кожных покровов, сонливость, повышение артериального давления.

Обратите внимание, что симптомы отравления угарным газом похожи на симптомы при вирусных респираторных заболеваниях, пищевом отравлении и других болезнях. Человек может и не догадываться, что именно стало причиной слабости, в результате чего просто не принимает никаких мер для того, чтобы спастись, а когда действие угарного газа становится очевидным, может быть уже слишком поздно. Угарный газ приводит к смерти в течение часа при концентрации в воздухе свыше 0,1%.

При эксплуатации газоиспользующего оборудования, при наличии слабой вентиляции помещения, а также слабой тяги придымоудалении — воздух помещения насыщается оксидом углерода и метаном. Такая ситуация может стать причиной отравлениялюдей и является угрозой возникновения взрывоопасной концентрации газа. Чтобы максимально обезопасить жизнь и здоровье людей, проживающих в газифицированном жилищном фонде, необходимо использовать специальные измерительные приборы — сигнализаторы загазованности, способные идентифицировать газы, содержащиеся в окружающем нас воздухе, и определить их концентрацию. Загазованность помещения – источник пожаров и взрывов при производстве работ в загазованной среде. Поэтому для предупреждения несчастных случаев своевременное обнаружение горючих газов и их локализация – это жизненно необходимая мера в помещениях, где установлены газовые приборы.

Область применения сигнализаторов загазованности очень широка. Их используют не только в помещениях котельных, но и в шахтах, колодцах, на автостоянках, в крытых гаражах, химических производствах и на других объектах, где возможно выделение и скопление опасных газов и паров.

В последние годы все большее распространение получают так называемые газоаналитические системы (системытехнологического контроля загазованности с автоматическим отключения подачи газа– СКЗ). Ключевое слово здесь – СИСТЕМА! Она предназначена не только для измерения уровней загазованности и выдачи сигнализации о достижении значений заданных порогов газовоздушной смеси, но также и для реализации программ автоматической защиты.

Основное предназначение сигнализатора загазованности заключается в постоянном контроле воздуха газифицированных помещений. В случае, если концентрация определенных опасных газов превысит допустимый уровень — сигнализаторы загазованности подают световой и звуковой сигналы тревоги, а установленный в газопровод дополнительный клапан при помощи сигнализатора перекрывает подачу газа. При необходимости от импульса датчиков предусматривается автоматическое отключение технологического оборудования и/или включение систем защиты. Блокировка подачи газа производится и в том случае, если сигнализатор получил повреждения.

Вывод очевиден: Если Вы задумались об использовании газового оборудования — задумайтесь и о безопасности!

ОАО «Калининградгазификация», являясь Специализированной организацией, осуществляет монтаж и обслуживание сигнализаторов загазованности.

По вопросам установки звонить по телефонам: 8(4012) 60-39-04, 92-58-51,

88002003904 (звонок бесплатный).

САМЫЕ РАСПРОСТРАНЕННЫЕ НАРУШЕНИЯ

Теплогенератор с открытой камерой сгорания в ванной комнате.

НАРУШЕНИЯ:- подсоединение дымоотводящего патрубка от прибора в один дымоход с вытяжным устройством с механическим побуждением, при работе которого возникает разряжение в помещении ванной и, как следствие, обратная тяга от работающего теплогенератора.

   

Теплогенератор с открытой камерой сгорания 

НАРУШЕНИЯ:- отсутствие вертикального участка дымоотводящего патрубка от прибора, что приводит к неустойчивой тяге при его работе;- применение ненадлежащих материалов для подсоединения дымоотводящего патрубка с патрубком прибора;- возможное возникновение отсутствия герметичности места этого соединения в процессе эксплуатации и возможность ее своевременного выявления.

   

Теплогенератор с открытой камерой сгорания в кухне.

НАРУШЕНИЯ:- в единственный вентиляционный канал кухни вмонтировано вытяжное устройство с механическим побуждением, при работе которого возникает разряжение в помещении кухни и, как следствие, обратная тяга от работающего теплогенератора.

   

Теплогенераторы с открытой камерой сгорания в кухне.

НАРУШЕНИЯ:- закрытие приточных клапанов в газифицированном помещении посторонними предметами (ветошью, декоративными пластинами), что приводит к нарушению воздухообмена в помещении, неполному сгоранию газа и отравлению продуктами неполного сгорания (угарным газом) при работе прибора.

   

Теплогенераторы с открытой камерой сгорания в кухне.

НАРУШЕНИЯ:- размещение теплогенераторов в шкафах кухонной мебели, что приводит к отсутствию притока воздуха, необходимого для полного сгорания газа, и отравлению продуктами неполного сгорания (угарным газом) при работе прибора.

   

Теплогенератор с открытой камерой сгорания в ванной комнате.

НАРУШЕНИЯ:- подсоединение дымоотводящего патрубка от прибора к дымоходу без прочистного лючка и без устройства термоизоляции от пластика на потолочном перекрытии.

Газоанализаторы и сигнализаторы метана

Зачем контролировать метан или природный газ?

Природный газ — это смесь газов, основную часть которой составляет метан (CH₄) — до 98 %. Как известно, метан не имеет ни цвета, ни запаха, поэтому при использовании в быту, промышленности в него обычно добавляют одоранты (вещество на основе серы, имеющее резкий специфический запах). Кроме того, метан почти в 2 раза легче воздуха и мало растворим в воде. Сам по себе метан является наиболее взрывоопасным газом из углеводородов (C_xH_y). Ни для кого не секрет, что за последнее время количество взрывов природного газа в жилых домах, а также в ресторанах резко возросло. В первую очередь, это связано с износом газораспределительных сетей и газоиспользующего оборудования. В связи с этим, специально для предупреждения об опасности утечки и своевременного перекрытия природного или сжиженного газа на объектах коммунально-бытового сектора с газоиспользующими приборами устанавливаются сигнализаторы газа или газоанализаторы, которые позволяют предотвратить аварию и избежать последствий взрыва газа.

Области применения метана или природного газа

Природный газ нашёл широкое применение в качестве горючего в жилых частных и многоквартирных домах для отопления, подогрева воды и приготовления пищи; как топливо для автомобилей, котельных, агрегатов, ТЭЦ и других объектов. Сейчас метан используется в химической промышленности как исходное сырье для получения различных органических веществ, например, пластмасс.

Влияние метана на организм человека

Метан, как таковой, не является токсичным веществом. Газ метан практически не реагирует и не влияет на органы и системы человека. Однако отравиться метаном (природным газом) можно, только вытеснив весь воздух из помещения, и даже в этом случае можно погибнуть не от отравления природным газом, а от отсутствия в окружающей среде кислорода (O₂). Это все равно, что одеть пластиковый пакет либо мешок на голову.

Тем не менее, есть данные из разных источников, что метан — вредное токсичное вещество, которое действует на центральную нервную систему

Контроль воздуха рабочей зоны и обнаружение метана: переносные газоанализаторы метана

Основное назначение переносных газоанализаторов метана, рассчитанных на измерение параметров воздуха рабочей зоны — обследование замкнутых помещений и подземных сооружений для обнаружения опасных концентраций метана (CH₄) при оформлении допуска персонала для производства работ. Другой аспект использования переносных газоанализаторов метана — контроль опасных факторов непосредственно в месте нахождения человека, что необходимо для персонала, выполняющего работы в помещениях и на территориях с потенциальной возможностью воздействия опасных концентраций горючих газов, в том числе и метана. Возможно взрывобезопасное исполнение газоанализаторов и сигнализаторов метана, которое допускает их использование для контроля состава воздуха рабочей зоны в помещениях с повышенной взрывоопасностью и пожароопасностью. В большинстве случаев у таких приборов для контроля метана предусмотрена цифровая индикация результатов измерений, световая и звуковая сигнализация опасной загазованности горючим газом метаном.

Контроль воздуха рабочей зоны и обнаружение метана: стационарные газоанализаторы метана

Основным назначением стационарных газоанализаторов метана (CH₄), рассчитанных на измерение параметров воздуха рабочей зоны, является обеспечение непрерывного контроля концентраций метана в помещениях с постоянным либо периодическим пребыванием персонала. Стационарные газоанализаторы метана, как правило, оснащаются средствами сигнализации о превышении установленных значений концентрации, интерфейсом для передачи данных на внешние устройства и средствами управления (включения / выключения) исполнительными устройствами. Для стационарных газоанализаторов, в том числе метана, габариты и масса, как правило, не критичны, зато предъявляются высокие требования к стабильности и надёжности работы.

Критерии выбора газоанализатора или сигнализатора метана

Для того, чтобы правильно выбрать газоанализатор по контролю метана, необходимо сделать следующее:
— чётко и по возможности подробно сформулировать аналитическую задачу, указав область применения газоанализатора метана;
— сообщить тип прибора: переносной или стационарный;
— при переносном варианте газоанализатора, нужно указывать вид датчика: встроенный или выносной датчик метана. Возможен другой вариант, например, с использованием штанги;
— указывать тип подачи пробы для переносного и стационарного газоанализатора метана: диффузионная или принудительная;
— указать вариант исполнения газоанализатора метана: общепромышленный или взрывозащищённый;
— при стационарном варианте газоанализатора метана нужно указывать канальность прибора, то есть количество датчиков метана, исходя из того, что один датчик CH₄ устанавливается на площадь 100 м², но не менее одного датчика метана на помещение.

Из наиболее популярных газоанализаторов для измерения метана (CH₄) в воздухе можно выделить стационарные газоанализаторы Хоббит-Т, Сигнал-03, Сигма-1М, ЭССА, а также переносные модели газоанализаторов метана, как ГНОМ-1, ОКА-М, СГГ-20. Кроме того, в нашем номенклатурном перечне имеются другие, отвечающие самым строгим требованиям, газоанализаторы по контролю метана.

Газ природный сжиженный. Общие характеристики – РТС-тендер

ГОСТ Р 57431-2017
(ИСО 16903:2015)

МКС 75.160.30

Дата введения 2018-01-01

Предисловие

1 ПОДГОТОВЛЕН Обществом с ограниченной ответственностью «Научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологий — Газпром ВНИИГАЗ» (ООО «Газпром ВНИИГАЗ») на основе собственного перевода на русский язык англоязычной версии международного стандарта, указанного в пункте 4

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 52 «Природный и сжиженные газы»

3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 30 марта 2017 г. N 219-ст

4 Настоящий стандарт является модифицированным по отношению к международному стандарту ИСО 16903:2015* «Нефтяная и газовая промышленность. Характеристики СПГ, проектирование и выбор материалов» (ISO 16903:2015 «Petroleum and natural gas industries — Characteristics of LNG, influencing the design, and material selection», MOD). При этом дополнительные примечания, ссылки, включенные в текст стандарта для учета особенностей российской национальной стандартизации, выделены курсивом**.
________________
* Доступ к международным и зарубежным документам, упомянутым в тексте, можно получить, обратившись в Службу поддержки пользователей.
** В оригинале обозначения и номера стандартов и нормативных документов в разделах «Предисловие», «Библиография» и приложении ДА приводятся обычным шрифтом, отмеченные в разделе «Предисловие» знаком «**» и остальные по тексту документа выделены курсивом. — Примечания изготовителя базы данных.


Наименование настоящего стандарта изменено относительно наименования указанного международного стандарта для приведения в соответствие с ГОСТ Р 1.5-2012 (пункт 3.5).

Сведения о соответствии ссылочных национальных стандартов стандартам, использованным в качестве ссылочных в примененном международном стандарте, приведены в дополнительном приложении ДА

5 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ


Правила применения настоящего стандарта установлены в статье 26 Федерального закона от 29 июня 2015 г. N 162-ФЗ «О стандартизации в Российской федерации»**. Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодном (по состоянию на 1 января текущего года) информационном указателе «Национальные стандарты», а официальный текст изменений и поправок — в ежемесячном информационном указателе «Национальные стандарты». В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ближайшем выпуске ежемесячного информационного указателя «Национальные стандарты». Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования — на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (www.gost.ru)

1 Область применения

Настоящий стандарт устанавливает общие характеристики сжиженного природного газа (СПГ) и криогенных материалов, используемых в индустрии СПГ. Настоящий стандарт также содержит рекомендации по вопросам охраны здоровья и техники безопасности и предназначен для использования в качестве справочного документа при практическом применении других стандартов в области сжиженного природного газа. Стандарт можно использовать в качестве справочного материала при проектировании или эксплуатации установок по производству СПГ.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты*:
________________
* Таблицу соответствия национальных стандартов международным см. по ссылке. — Примечание изготовителя базы данных.


ГОСТ 30852.19-2002 (МЭК 60079-20:1996) Электрооборудование взрывозащищенное. Часть 20. Данные по горючим газам и парам, относящиеся к эксплуатации электрооборудования

ГОСТ Р 56352-2015 Нефтяная и газовая промышленность. Производство, хранение и перекачка сжиженного природного газа. Общие требования безопасности

ГОСТ Р 56719-2015 Газ горючий природный сжиженный. Отбор проб

Примечание — При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования — на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю «Национальные стандарты», который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя «Национальные стандарты» за текущий год. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана недатированная ссылка, то рекомендуется использовать действующую версию этого стандарта с учетом всех внесенных в данную версию изменений. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, то рекомендуется использовать версию этого стандарта с указанным выше годом утверждения (принятия). Если после утверждения настоящего стандарта в ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, внесено изменение, затрагивающее положение, на которое дана ссылка, то это положение рекомендуется применять без учета данного изменения. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, рекомендуется применять в части, не затрагивающей эту ссылку.

3 Термины и определения

В настоящем стандарте применены следующие термины с соответствующими определениями:

3.1 отпарной газ (boil-off gas): Газ, образующийся при производстве, хранении и транспортировании сжиженного природного газа.

3.2 конденсат (condensate): Углеводородная жидкость, конденсирующаяся из природного газа и состоящая в основном из пентанов (CH) и более тяжелых компонентов.

Примечание — В конденсате содержится некоторое количество растворенного пропана и бутана.

3.3 сжиженный природный газ [liquefied natural gas (LNG)]: Криогенная жидкость без цвета и запаха, состоящая в основном из метана, которая может содержать небольшие количества этана, пропана, бутана, азота и других компонентов, присутствующих в природном газе.

3.4 сжиженные углеводородные газы [liquefied petroleum gas (LPG)]: Углеводороды, находящиеся в газообразном состоянии при нормальных значениях температуры и давления, но легко переходящие в жидкое состояние при небольшом избыточном давлении при нормальной температуре, например пропан и бутаны.

3.5 газовый конденсат [natural gas liquids (NGL)]: Жидкая смесь углеводородов, выделяемая из сырого природного газа и содержащая этан, пропан, бутаны, пентаны и газовый бензин.

4 Сокращения

В настоящем стандарте применены следующие сокращения:

ВРПВЖ (BLEVE) — взрыв расширяющихся паров вскипающей жидкости;

СУГ (LPG) — сжиженные углеводородные газы;

КАР (QRA) — количественный анализ рисков;

МФП (RPT) — мгновенный фазовый переход;

ППЭИ (SEP) — поверхностная плотность энергии излучения;

СПГ (LNG) — сжиженный природный газ.

5 Общие характеристики сжиженного природного газа

5.1 Общие положения

Персонал, работающий с СПГ, должен быть ознакомлен с характеристиками природного газа в сжиженном и газообразном состояниях.

Потенциальная опасность при обращении с СПГ главным образом обусловлена тремя его важными свойствами:

a) СПГ — криогенная жидкость. При атмосферном давлении, в зависимости от состава, СПГ кипит при температуре приблизительно минус 160°C. При этой температуре пары СПГ имеют большую плотность, чем окружающий воздух;

b) очень небольшие объемы жидкости превращаются в большие объемы газа. Из одного объема СПГ образуется примерно 600 объемов газа;

c) природный газ, как и другие газообразные углеводороды, является легковоспламеняющимся веществом. В условиях окружающей среды концентрационные пределы воспламенения смеси паров СПГ с воздухом составляют приблизительно от 5% до 15% по объему газа. При накапливании газа в замкнутом пространстве воспламенение может привести к детонации и ударной волне вследствие избыточного давления.

Примечание — В Российской Федерации в соответствии с ГОСТ 30852.19 установлены значения концентрационных пределов воспламенения природного газа в смесях с воздухом: 4,4% об. (нижний) и 17,0% об. (верхний).


В настоящем стандарте приведены свойства СПГ и потенциально опасные факторы при обращении с ним. При оценке потенциально опасных факторов объекта СПГ проектировщики должны учитывать опасности всех производственных циклов. Часто источником основной опасности является не собственно СПГ, а другие факторы, связанные с производством СПГ, такие как криогенное оборудование завода по сжижению газа или высокое давление газа на выходе установок регазификации.

5.2 Свойства СПГ

5.2.1 Состав

СПГ является смесью углеводородов, состоящей преимущественно из метана, которая также содержит этан, пропан, азот и другие компоненты, обычно присутствующие в природном газе.

Физические и термодинамические свойства метана и других компонентов природного газа можно найти в справочной литературе и программах для термодинамических вычислений. Несмотря на то, что основным компонентом СПГ является метан, для вычисления характеристик СПГ не следует использовать параметры чистого метана. При отборе проб СПГ (см. ГОСТ Р 56719) необходимо принимать специальные меры для получения представительных проб в целях исключения недостоверных результатов анализа из-за испарения летучих компонентов.

Широко применяется метод отбора проб малого потока СПГ с непрерывным испарением при помощи специального устройства (испарителя), которое предназначено для обеспечения представительности пробы регазифицированного СПГ без фракционирования.

Другой метод — отбор пробы непосредственно из установки регазификации СПГ. Отобранные пробы затем анализируют с помощью обычных методов газовой хроматографии, например по стандартам [1] или [2].

5.2.2 Плотность

Плотность СПГ зависит от его компонентного состава и обычно колеблется в диапазоне от 430 до 470 кг/м, но в отдельных случаях может достигать 520 кг/м. Плотность СПГ зависит от температуры жидкости с градиентом температуры примерно 1,4 кг/(м·К).

Плотность может быть измерена непосредственно, но, как правило, ее вычисляют по составу газа, определенному методом газовой хроматографии. Для определения плотности СПГ рекомендуется использовать метод по стандарту [3].

Примечание — Указанный метод известен как пересмотренный метод Клозека — Мак-Кинли.
________________

1) Klosek, J., and McKinley, С., Densities of liquefied natural gas and of the low molecular weight hydrocarbons, Proceedings of 1st International Conference on LNG, 1968 (Плотность сжиженного природного газа и углеводородов с низким молекулярным весом, труды 1-й Международной конференции по СПГ, 1968).

5.2.3 Температура

В зависимости от компонентного состава СПГ имеет температуру кипения в диапазоне от минус 166°C до минус 157°C при атмосферном давлении. Изменение температуры кипения СПГ в зависимости от давления составляет примерно 1,25·10°C/Па. Температуру СПГ обычно измеряют с помощью медь/медь-никелевых термопар или платиновых термометров сопротивления, например, приведенных в стандарте [4].

5.2.4 Вязкость

Вязкость СПГ зависит от состава и обычно находится в диапазоне от 1,0·10 до 2,0·10 П при температуре минус 160°C, что составляет от 1/10 до 1/5 вязкости воды. Вязкость СПГ также зависит от температуры жидкости.

5.2.5 Примеры сжиженных природных газов

Три примера типичных СПГ приведены в таблице 1 (значения физико-химических характеристик получены путем моделирования).

Таблица 1 — Примеры сжиженных природных газов

Свойства при температуре кипения при нормальном давлении	СПГ1	СПГ 2	СПГ 3
Молярная доля, %:
N	0,13	1,79	0,36
CH	99,8	93,90	87,20
CH	0,07	3,26	8,61
CH	—	0,69	2,74
изо-CH	—	0,12	0,42
н-CH	—	0,15	0,65
CH	—	0,09	0,02
Молекулярная масса, кг/моль	16,07	17,07	18,52
Температура кипения, °C	-161,9	-166,5	-161,3
Плотность, кг/м	422	448,8	468,7
Объем газа, получаемый из 1 м СПГ при 0°C и 101,35 кПа, м/м	588	590	568
Объем газа, получаемый из 1 т СПГ при 0,0°C и 101,325 кПа, м/10 кг	1392	1314	1211
Массовая скрытая теплота парообразования, КДж/кг	525,6	679,5	675,5
Высшая теплота сгорания, МДж/м	37,75	38,76	42,59

Примечание — В Российской Федерации приняты стандартные условия измерения объема газа: температура 20,0°C и давление 101,325 кПа и для приведения к этим условиям значения объемов газа, указанные в таблице 1, необходимо умножить на 0,9313.

5.3 Физические свойства

5.3.1 Физические свойства отпарного газа

СПГ хранят в кипящем состоянии в теплоизолированных резервуарах большой вместимости. Любой приток тепла извне вызывает испарение части СПГ в газовую фазу. Испарившийся при этом газ называют отпарным газом. Состав отпарного газа зависит от состава СПГ. Например, отпарной газ может содержать 20% азота, 80% метана, а также следы этана; содержание азота в отпарном газе может быть примерно в двадцать раз выше, чем в СПГ.

Поскольку в газовую фазу испаряются преимущественно азот и метан, оставшаяся жидкость содержит большую часть высших углеводородов. Отпарные газы при температуре ниже минус 113°C — для чистого метана и минус 85°C — для смеси 80% метана и 20% азота будут тяжелее окружающего воздуха. При нормальных условиях плотность отпарных газов составляет примерно 0,6 плотности воздуха.

5.3.2 Мгновенное испарение

Как в случае любого находящегося под давлением флюида, при снижении давления СПГ ниже значения, при котором происходит его кипение, например при прохождении через клапан, некоторое количество СПГ испаряется, и его температура падает до новой точки кипения при данном давлении. Такой процесс известен как мгновенное испарение. Поскольку СПГ является многокомпонентной смесью, составы мгновенно испарившегося газа и оставшейся жидкости отличаются по причинам, приведенным в 5.3.1.

Например, при падении давления на 10 Па мгновенное испарение 1 м СПГ при температуре кипения, соответствующей давлению в диапазоне от 1·10 Па до 2·10 Па, приводит к выбросу примерно 0,4 кг газа. Более точное вычисление количества и состава жидких и газообразных продуктов мгновенного испарения многокомпонентных жидких сред, таких как СПГ, является сложной задачей. Для таких вычислений следует использовать надежные компьютерные программы термодинамических вычислений или программные комплексы технологического моделирования, содержащие соответствующую базу данных.

5.3.3 Разлив сжиженного природного газа

При попадании СПГ на землю (при аварийном разливе) сначала происходит интенсивное кипение, затем скорость испарения СПГ быстро падает до постоянного значения, которое определяется тепловыми свойствами грунта и притоком тепла, получаемого от окружающего воздуха. Скорость испарения СПГ может быть снижена за счет использования теплоизолированных поверхностей в местах возможных утечек. Скорость испарения СПГ с поверхностей разных материалов приведена в таблице 2. Значения приведены в качестве примера и должны быть проверены при их использовании для количественного анализа рисков (КАР) или проектирования.

Таблица 2 — Скорость испарения СПГ

Материал	Скорость испарения СПГ с единицы поверхности через 60 с, кг/(м·ч)
Щебень	480
Мокрый песок	240
Сухой песок	195
Вода	600
Обычный (стандартный) бетон	130
Легкий коллоидный бетон	65

При разливе СПГ небольшие объемы жидкости превращаются в значительные объемы газа, при этом из одного объема жидкости в условиях окружающей среды образуется приблизительно 600 объемов газа (см. таблицу 1).

Когда разлив происходит на поверхности воды, конвекция в воде настолько интенсивна, что скорость испарения, отнесенная к площади поверхности, остается постоянной. Площадь разлива СПГ будет продолжать увеличиваться до тех пор, пока скорость испарения жидкости не станет равна скорости притока жидкости, прибывающей в результате утечки.

5.3.4 Распространение и рассеяние газовых облаков

Первоначально газ, образующийся в результате испарения СПГ, имеет приблизительно такую же температуру, что и СПГ, и плотность, большую, чем плотность окружающего воздуха. Такой газ в первую очередь под действием силы тяжести будет распространяться по поверхности земли, пока не прогреется в результате поглощения тепла из почвы и перемешивания с окружающим воздухом.

Разбавление теплым воздухом повышает температуру и снижает молекулярную массу паровоздушной смеси. В результате этого облако будет иметь большую плотность, чем окружающий воздух, до тех пор, пока не будет разбавлено значительно ниже концентрационного предела воспламенения. Но при высоком содержании воды в атмосфере (высокая влажность и температура) может произойти конденсация воды при смешивании с холодными парами СПГ и разогревание смеси, при котором она станет легче воздуха и облако поднимется. Расширение и рассеяние облака паров при разливе СПГ являются достаточно сложными физическими явлениями и обычно могут быть теоретически вычислены с помощью компьютерного моделирования. Указанное моделирование должно быть проведено только специализированной организацией.

После разлива СПГ образуется «туман», вызванный конденсацией водяного пара в окружающем воздухе. Возможность наблюдения «тумана» (днем и при отсутствии естественного природного тумана) полезна для определения направления перемещения облака испарившегося СПГ, т.к. позволяет оценить опасность воспламенения смеси газа и воздуха.

При утечке из сосудов, работающих под давлением, или трубопроводов СПГ будет распыляться в виде струйных потоков в атмосфере с одновременным дросселированием (расширением) и испарением. Этот процесс сопровождается интенсивным перемешиванием паров СПГ с окружающим воздухом. Первоначально большая часть СПГ в паровом облаке будет содержаться в виде аэрозоля. В результате дальнейшего перемешивания СПГ с воздухом произойдет полное испарение мелких капель жидкости.

5.3.5 Воспламенение

Смесь паров СПГ с воздухом воспламеняется при концентрации паров СПГ в диапазоне от 5% об. до 15% об.

5.3.6 Пожар разлива СПГ

Поверхностная плотность энергии излучения пламени (ППЭИ) горящего участка СПГ диаметром более 10 м достаточно высока. Ее вычисляют по измеренному значению потока излучения и площади пламени. ППЭИ зависит от размера поверхности горения, выбросов дыма и способов измерения. С увеличением площади значение ППЭИ уменьшается.

5.3.7 Распространение и последствия волн давления

В свободном состоянии природный газ горит медленно с низким перепадом давления (менее 5 кПа). Давление может повышаться в местах с загроможденным или замкнутым пространством, например в местах с плотно установленным оборудованием или с плотной застройкой.

5.3.8 Меры предосторожности

Природный газ не может быть сжижен путем повышения давления при температуре окружающей среды. Фактически его температура должна быть понижена до температуры ниже минус 80°C, прежде чем он может быть сжижен при каком-либо давлении. Это означает, что присутствие любого количества сжиженного природного газа, например между двумя клапанами или в герметичном резервуаре без выпускного клапана, при нагревании приведет к резкому повышению давления вплоть до разрушения системы герметизации. Все установки и оборудование для СПГ должны быть спроектированы таким образом, чтобы диаметры сбросных отверстий и/или предохранительных клапанов соответствовали объему СПГ в резервуарах.

5.3.9 Ролловер

Термин «ролловер» относится к процессу, при котором в резервуарах для хранения СПГ образуется большое количество газа в течение короткого периода времени. Ролловер приводит к возникновению избыточного давления в резервуаре для хранения СПГ, если не приняты соответствующие меры для предотвращения указанного явления.

В резервуарах для хранения СПГ возможно наличие двух устойчивых слоев или областей, которые образуются, как правило, в результате неполного смешивания СПГ разной плотности — свежего и остатка в емкости.

Внутри слоя плотность жидкости одинакова, но плотность жидкости в нижнем слое резервуара больше плотности жидкости в верхнем слое.

В дальнейшем из-за притока тепла в емкости, тепло- и массообмена между слоями и испарения жидкости с поверхности плотность слоев выравнивается путем самопроизвольного перемешивания.

Такое самопроизвольное перемешивание называется ролловер, и если, как это часто бывает, жидкость в нижней части резервуара становится перегретой относительно давления паровой фазы в емкости СПГ, то ролловер сопровождается резким увеличением скорости испарения. В ряде случаев указанное выделение паров является очень быстрым и мощным. При этом повышение давления в емкости бывает достаточным, чтобы вызвать срабатывание клапанов сброса давления.

Первоначальное предположение заключалось в том, что, когда плотность верхнего слоя превышает плотность нижнего слоя, происходит инверсия (перемещение) слоев, отсюда и название ролловер. Более поздние исследования не подтвердили первоначальное предположение и показали, что при этом происходит интенсивное перемешивание слоев.

Возникновению ролловера, как правило, предшествует период, в течение которого скорость образования отпарного газа значительно ниже обычной. Поэтому следует тщательно контролировать скорость образования отпарного газа, чтобы убедиться, что жидкость не аккумулирует тепло. При подозрении на возникновение ролловера следует обеспечить циркуляцию жидкости в резервуаре для смешивания нижнего и верхнего слоев.

Ролловер можно предотвратить с помощью эффективного управления резервами СПГ. СПГ разных изготовителей, имеющий разный состав, следует хранить в отдельных резервуарах. Если невозможно обеспечить раздельное хранение, должно быть обеспечено хорошее перемешивание при заполнении емкости.

Высокое содержание азота в СПГ, производимом в установках сглаживания пикового потребления, также может вызвать ролловер вскоре после прекращения заполнения емкости вследствие преимущественного испарения азота. Как показывает практика, этот тип ролловера можно предотвратить путем поддержания содержания азота в СПГ менее 1% и при тщательном мониторинге скорости образования отпарного газа.

Таким образом, при подозрении на расслоение следует контролировать плотность СПГ в резервуаре, например, если резервуар заполнен СПГ разных изготовителей. При обнаружении расслоения должны быть приняты меры, снижающие степень риска.

5.3.10 Мгновенный фазовый переход

При контакте двух жидкостей с разными температурами при определенных условиях могут возникать мощные ударные волны. Это явление, называемое мгновенным фазовым переходом (МФП), может произойти при контакте СПГ и воды. Несмотря на то, что при этом не происходит воспламенение, создается волна давления, похожая на взрыв.

МФП в результате разлива СПГ на воду происходят редко и с относительно ограниченными последствиями. Теоретические предположения, согласующиеся с результатами экспериментов, можно обобщить следующим образом.

Когда две жидкости со значительно отличающимися температурами вступают в контакт и температура (в градусах Кельвина) более теплой жидкости в 1,1 раза выше, чем температура кипения более холодной жидкости, повышение температуры последней происходит настолько быстро, что температура поверхностного слоя может превысить температуру спонтанной нуклеации (появление пузырьков в жидкости).

В некоторых случаях такая перегретая жидкость испаряется за очень короткое время по сложному механизму цепной реакции с образованием пара со скоростью ударной волны.

Например, жидкости могут быть приведены в контакт в результате механического повреждения, что вызывает МФП, как было показано в экспериментах с разливом СПГ или жидкого азота на поверхности воды.

Результаты последних исследований позволили лучше понять сущность МФП для количественной оценки степени опасности этого процесса и определения достаточности предпринимаемых мер безопасности.

5.3.11 Взрыв расширяющихся паров вскипающей жидкости

Любая жидкость вблизи температуры кипения начинает чрезвычайно быстро испаряться при резком падении давления в системе. Известны случаи, когда самопроизвольный процесс расширения приводил к разрушению резервуаров и разбрасыванию обломков на несколько сотен метров. Указанное явление было названо взрывом расширяющихся паров вскипающей жидкости (ВРПВЖ).

Вероятность ВРПВЖ в установках СПГ крайне мала, поскольку СПГ хранится в резервуарах, которые разгерметизируются уже при достаточно низких давлениях, при этом скорость образования пара незначительна, или для хранения и транспортирования СПГ используют криогенные резервуары высокого давления и трубопроводы в пожарозащищенном исполнении.

6 Требования безопасности и охраны труда

6.1 Общие положения

Следующие рекомендации приведены в качестве общего руководства для лиц, проводящих работы при производстве, хранении и транспортировании СПГ, однако в настоящем стандарте не рассматриваются все вопросы безопасности, связанные с его применением, и он не может заменять собой требования национальных или региональных стандартов по безопасности.

6.2 Воздействие холода

6.2.1 Предупреждение

Низкие температуры, характерные для СПГ, могут привести к различным повреждениям открытых частей тела. Воздействие низких температур на организм человека приводит к тяжелым последствиям, если персонал, работающий с СПГ, не защищен соответствующим образом.

6.2.2 Обращение с СПГ, холодовые травмы

Попадание СПГ на открытые участки кожи вызывает образование волдырей, похожих на ожоги. Газ, образующийся из СПГ, также имеет очень низкую температуру и может привести к ожогам. Нежные ткани, в том числе слизистые оболочки глаз, могут быть повреждены даже при кратковременном воздействии такого холодного пара, которое не повреждает кожу лица и рук.

Не следует касаться незащищенными частями тела нетеплоизолированных трубопроводов или емкостей, содержащих СПГ. Очень холодный металл прилипает к коже, которая повреждается при попытке отрыва от поверхности металла.

6.2.3 Обморожение

Резкое или длительное воздействие холодных паров и газов на организм человека вызывает обморожение. Локальная боль, как правило, является признаком обморожения, но иногда боль не ощущается.

6.2.4 Воздействие холода на легкие

Длительное дыхание в чрезвычайно холодной окружающей среде приводит к повреждению легких. Кратковременное воздействие холода может привести к затрудненному дыханию.

6.2.5 Переохлаждение

Опасность переохлаждения возникает даже при температуре до 10°C. Лица, пострадавшие от переохлаждения, должны быть выведены из холодной зоны и быстро согреты в теплой ванне при температуре от 40°C до 42°C. В этих случаях не следует использовать для согревания сухое тепло.

6.2.6 Рекомендуемая защитная одежда

При работе с СПГ для защиты глаз следует использовать защитные маски или специальные очки. При работе с криогенными жидкостями или охлажденными парами следует применять кожаные перчатки. Перчатки должны надеваться и сниматься достаточно легко, чтобы их можно было быстро снять при попадании криогенной жидкости. Даже при использовании перчаток все процедуры с оборудованием, содержащим СПГ, должны проводиться только в течение короткого промежутка времени.

При работе с СПГ следует надевать плотно прилегающие комбинезоны или одежду подобного типа, без карманов или манжет. Брюки следует надевать навыпуск, поверх сапог или ботинок. Перед использованием в закрытом пространстве одежда, на которую попала криогенная жидкость или охлажденные пары, должна быть проветрена на открытом воздухе вдали от источника воспламенения. Персонал, работающий с СПГ, должен знать, что защитная одежда обеспечивает защиту только от случайных брызг, поэтому следует избегать контакта с СПГ.

Примечание — При работе с криогенными горючими жидкостями следует использовать спецодежду из антистатической и огнестойкой ткани.

6.3 Воздействие сжиженного природного газа

6.3.1 Токсичность

СПГ и природный газ не являются токсичными веществами.

Примечание — СПГ и природный газ являются малотоксичными пожаровзрывоопасными продуктами. При работе с СПГ следует учитывать предельно допустимые концентрации (ПДК) вредных веществ в воздухе рабочей зоны, установленные в гигиенических нормативах [5].

6.3.2 Асфиксия

Природный газ обладает только удушающим эффектом. Нормальное содержание кислорода в воздухе составляет 20,9% об., окружающая среда, содержащая менее 18% об. кислорода, оказывает потенциально удушающее воздействие. При высоких концентрациях природного газа может наблюдаться тошнота или головокружение из-за недостатка кислорода. При выходе из зоны с пониженным содержанием кислорода симптомы удушья быстро исчезают. Содержание кислорода и углеводородов в воздухе рабочей зоны, где возможны утечки природного газа, должно постоянно контролироваться.

Даже если содержание кислорода в воздухе рабочей зоны достаточно для нормального дыхания, перед проведением работ следует определять содержание взрывоопасных компонентов. При работах во взрывоопасных зонах следует использовать инструменты только во взрывозащищенном исполнении.

6.4 Требования пожарной безопасности и средства защиты

При обращении с СПГ следует использовать огнетушители порошкового типа (предпочтительно с карбонатом калия). Персонал, работающий с СПГ, должен уметь пользоваться порошковыми огнетушителями при тушении горящих жидкостей. Для снижения теплового излучения при локализации пожара разлития СПГ следует использовать высокократную пену или блоки из пеностекла.

Должны быть доступны источники водоснабжения для охлаждения и получения пены. Не допускается применять воду для тушения пожаров СПГ.

Комплекс противопожарных мер и защиты должен соответствовать требованиям [6], [7] или ГОСТ Р 56352.

Огнетушители должны быть порошкового типа.

6.5 Цвет

Пары СПГ бесцветны. Однако при попадании их в атмосферу будет образовываться белое облако вследствие конденсации влаги из окружающего воздуха.

6.6 Запах

Пары СПГ не имеют запаха.

Примечание — Не обладают запахом пары СПГ, который получен из неодорированного и не содержащего сернистых соединений природного газа.

7 Конструкционные материалы

7.1 Материалы, используемые в индустрии сжиженного природного газа

7.1.1 Общие положения

Большинство материалов, применяемых для производства оборудования, подвержено охрупчиванию при воздействии очень низких температур. В частности, вязкость разрушения для углеродистой стали очень низка при температуре СПГ (минус 160°C). Для материалов, контактирующих с СПГ, должна быть подтверждена устойчивость к хрупкому разрушению.

7.1.2 Материалы, контактирующие со сжиженным природным газом

Материалы, которые не становятся хрупкими при контакте с СПГ, и области их применения приведены в таблице 3. Следует учитывать, что приведенный перечень не является полным.

Таблица 3 — Материалы, используемые в прямом контакте со сжиженным природным газом и области их применения

Наименование	Область применения
Аустенитная нержавеющая сталь	Резервуары, сливные рукава, болты и гайки, трубопроводы и фитинги, насосы, теплообменники
9%-ная никелевая сталь	Резервуары
Никелевые сплавы, ферроникель	Резервуары, болты и гайки
Железоникелевая сталь инвар (36% никеля)	Трубопроводы, резервуары
Алюминиевые сплавы	Резервуары, теплообменники
Медь и медные сплавы	Уплотнения, трущиеся поверхности
Эластомер	Уплотнения, прокладки
Бетон (предварительно напряженный)	Резервуары
Графит	Уплотнения, сальники
Фторэтиленпропилен	Электроизоляция
Политетрафторэтилен (тефлон)	Уплотнения, сальники, опорные поверхности
Политрифторхлорэтилен	Опорные поверхности
Стеллит	Опорные поверхности
Состав стеллита, % масс.: кобальт — 55, хром — 33, вольфрам — 10, углерод — 2.

7.1.3 Материалы, не контактирующие со сжиженным природным газом в нормальных условиях эксплуатации

Основные материалы, применяемые для сооружений, работающих при низких температурах, но не предназначенные для прямого контакта с СПГ при нормальных условиях эксплуатации, приведены в таблице 4. Приведенный перечень не является полным.

Таблица 4 — Материалы, не используемые в контакте с СПГ при обычных условиях эксплуатации

Наименование	Область применения
Низколегированная нержавеющая сталь	Шариковые подшипники
Бетон (предварительно напряженный, армированный)	Резервуары
Коллоидный бетон	Защитная обваловка
Древесина (бальза, клееная фанера, кора пробкового дерева)	Теплоизоляция
Эластомер	Мастика, клей
Стекловата	Теплоизоляция
Вермикулит (вспученная слюда)	Теплоизоляция
Поливинилхлорид	Теплоизоляция
Полистирол	Теплоизоляция
Полиуретан	Теплоизоляция
Полиизоцианурат	Теплоизоляция
Песок	Теплоизоляция
Силикат кальция	Защитная обваловка
Кварц (стекло)	Теплоизоляция
Пеностекло	Теплоизоляция, защитная обваловка
Перлит	Теплоизоляция

7.1.4 Дополнительная информация

В качестве материала для теплообменников часто используют алюминий. Алюминий может контактировать с СПГ при условии, что СПГ не содержит примесей, вызывающих коррозию алюминия, например ртути.

Трубные и пластинчатые теплообменники, так называемые «холодные боксы», на заводах по сжижению природного газа как правило защищают стальным корпусом.

Алюминий также используют для изготовления подвесных крыш внутри резервуаров.

Оборудование и материалы, специально предназначенные для жидкого кислорода или жидкого азота как правило также пригодны для СПГ.

Оборудование, предназначенное для СПГ, рассчитанное на высокое давление и соответствующую температуру, должно быть спроектировано с учетом возможного снижения температуры в случае разгерметизации системы.

7.2 Термические напряжения

Наиболее часто криогенное оборудование, используемое в индустрии СПГ, подвергается быстрому охлаждению — от температуры окружающей среды до температуры, характерной для СПГ.

Температурные градиенты, возникающие в процессе охлаждения, вызывают термические напряжения, которые являются кратковременными и циклическими, при этом максимальное напряжение возникает вдоль стенок резервуаров, контактирующих с СПГ. Указанные термические напряжения нарастают с увеличением толщины материала и могут стать существенными при толщине более 10 мм. Для критических точек переходные или ударные напряжения можно вычислить с использованием установленных методов, и они должны быть испытаны на хрупкое разрушение.

Экстремальные температуры на объектах СПГ приводят к значительным тепловым расширениям или сжатиям. Для предотвращения перенапряжений трубопроводы и другие элементы конструкции необходимо располагать с учетом возможных смещений.

Если трубопровод заполнен СПГ частично, температурный градиент от верхней к нижней части трубы может вызывать напряжения изгиба и остаточные деформации, что может привести к разгерметизации, главным образом в местах фланцевых соединений.

Для минимизации изгибов и предотвращения напряжений из-за изменения температуры во всех режимах (охлаждение, нагрев, переходные режимы и др.) должны быть проведены исследования оборудования и трубопроводных систем на гибкость. Испытания на пластичность должны включать все обычные, аварийные и исключительные случаи нагрузки (вес, ветер, снег, землетрясения и др.).

Приложение ДА (справочное). Сведения о соответствии ссылочных национальных стандартов стандартам, использованным в качестве ссылочных в примененном международном стандарте

Приложение ДА
(справочное)

Таблица ДА.1

Обозначение ссылочного национального стандарта	Степень соответствия	Обозначение и наименование ссылочного стандарта
ГОСТ Р 56352-2015	NEQ	NFPA 59А «Стандарт по производству, хранению и обращению со сжиженным природным газом (СПГ)»
Примечание — В настоящей таблице использовано следующее условное обозначение степени соответствия стандартов: — NEQ — неэквивалентные стандарты.

Библиография

[1]	ISO 6568	Natural gas — Simple analysis by gas chromatography
[2]	ISO 6974	Natural gas — Determination of composition with defined uncertainty by gas chromatography method
[3]	ISO 6578	Refrigerated hydrocarbon liquids — Static measurement — Calculation procedure
[4]	ISO 8310	Refrigerated hydrocarbon and non-petroleum based liquefied gaseous fuels — General requirements for automatic tank thermometers on board marine carriers and floating storage
[5]	ГН 2.2.5.1313-03 Гигиенические нормативы	Предельно допустимые концентрации (ПДК) вредных веществ в воздухе рабочей зоны
[6]	EN 1473	Installation and equipment for liquefied natural gas — Design of onshore installation
[7]	NFPA 59A	Standard for the production, storage, and handling of liquefied natural gas (LNG)

УДК 66-911.33:665.612.3:006.354		МКС 75.160.30
Ключевые слова: сжиженный природный газ, общие характеристики

Электронный текст документа
подготовлен АО «Кодекс» и сверен по:
официальное издание
М.: Стандартинформ, 2017

Важность метана | Агентство по охране окружающей среды США

Метан (CH ₄ ) — это углеводород, который является основным компонентом природного газа. Метан также является парниковым газом (ПГ), поэтому его присутствие в атмосфере влияет на температуру Земли и климатическую систему. Метан выделяется из различных антропогенных (антропогенных) и природных источников. Источники антропогенных выбросов включают свалки, системы добычи нефти и природного газа, сельскохозяйственную деятельность, добычу угля, стационарное и мобильное сжигание, очистку сточных вод и некоторые промышленные процессы.

Метан является вторым по распространенности антропогенным парниковым газом после двуокиси углерода (CO ₂ ), на который приходится около 20 процентов глобальных выбросов. Метан более чем в 25 раз сильнее углекислого газа улавливает тепло в атмосфере. За последние два столетия концентрация метана в атмосфере увеличилась более чем вдвое, в основном из-за деятельности человека. Поскольку метан является одновременно мощным парниковым газом и недолговечным по сравнению с углекислым газом, достижение значительных сокращений окажет быстрое и значительное влияние на потенциал атмосферного потепления.

---

Другая информация о выбросах метана

Кто больше всего выбрасывает метан?

По оценкам, на Китай, США, Россию, Индию, Бразилию, Индонезию, Нигерию и Мексику приходится почти половина всех антропогенных выбросов метана. Основные источники выбросов метана в этих странах сильно различаются. Например, основным источником выбросов метана в Китае является добыча угля, тогда как Россия выбрасывает большую часть метана из систем природного газа и нефти.Крупнейшими источниками выбросов метана в результате деятельности человека в Соединенных Штатах являются нефтегазовые системы, кишечная ферментация домашнего скота и свалки.

Почему меры по улавливанию и рентабельному использованию выбросов метана не получили широкого распространения?

Несмотря на многочисленные преимущества, добыча метана не получила широкого распространения по нескольким причинам.

1. Метан обычно является вторичным побочным продуктом промышленных процессов, из которых он выделяется. Например, угольные шахты стремятся выбрасывать метан из горных выработок, потому что он может вызвать взрывы.Исторически сложилось так, что горнодобывающие компании не рассматривали связанный метан как самостоятельный энергетический ресурс.
2. Лица, ответственные за выбросы, могут быть не знакомы с технологиями, доступными для извлечения метана, или потенциальными прибыльными проектами утилизации. Это особенно верно в отношении развивающихся стран, где улучшенный доступ к информации и техническому обучению будет полезен для обеспечения поддержки проектов по рекуперации метана.
3. Плохо функционирующие энергетические рынки и финансово неплатежеспособные коммунальные предприятия и муниципалитеты во многих странах не могут обеспечить частному сектору климат, который будет привлекать их инвестиции в проекты по улавливанию и использованию метана.

Основная информация о свалочном газе

На этой странице:

Свалочный газ (свалочный газ) — это естественный побочный продукт разложения органических материалов на свалках. Свалочный газ состоит примерно на 50 процентов из метана (основной компонент природного газа), на 50 процентов из двуокиси углерода (CO ₂ ) и небольшого количества неметановых органических соединений. Согласно последнему отчету Межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК) (AR5), метан является мощным парниковым газом, который в 28–36 раз более эффективен, чем CO ₂ , улавливая тепло в атмосфере в течение 100-летнего периода.

Узнайте больше о выбросах метана в США.

Выбросы метана со свалок

Примечание. Все оценки выбросов из Реестра выбросов и стоков парниковых газов США: 1990–2019 гг.

Изображение большего размера для сохранения или печати

Свалки твердых бытовых отходов (ТБО) являются третьим по величине источником антропогенных выбросов метана в США, на которые в 2019 году пришлось примерно 15,1 процента этих выбросов.Выбросы метана со свалок ТБО в 2019 году были примерно эквивалентны выбросам парниковых газов (ПГ) от более 21,6 миллиона легковых автомобилей, эксплуатируемых в течение одного года, или выбросам CO ₂ от энергопотребления почти 12,0 миллионов домов в течение одного года. В то же время выбросы метана со свалок ТБО представляют собой упущенную возможность улавливать и использовать значительный энергетический ресурс.

Когда ТБО впервые размещаются на свалке, они проходят стадию аэробного (с кислородом) разложения, когда образуется мало метана.Затем, обычно менее чем за 1 год, устанавливаются анаэробные условия, и производящие метан бактерии начинают разлагать отходы и вырабатывать метан.

На следующей диаграмме показаны изменения в типичном составе свалочного газа после размещения отходов. Бактерии разлагают свалочные отходы в четыре этапа. Состав газа меняется с каждой фазой, и отходы на полигоне могут подвергаться разложению сразу в несколько фаз. Масштаб времени после размещения (общее время и продолжительность фазы) зависит от условий захоронения.

Рисунок адаптирован из ATSDR 2008. Глава 2: Основные сведения о свалочном газе. In Landfill Gas Primer — Обзор для специалистов по охране окружающей среды. Рисунок 2-1, стр. 5-6. https://www.atsdr.cdc.gov/HAC/landfill/PDFs/Landfill_2001_ch3mod.pdf (PDF) (12 стр., 2 МБ)

Дополнительные сведения см. В главе 1. «Основы энергии из свалочного газа» в Руководстве LMOP по разработке энергетических проектов по производству свалочного газа.

В октябре 2009 года EPA издало правило (40 CFR Part 98), которое требует отчетности о выбросах (ПГ) от крупных источников и поставщиков в Соединенных Штатах, и предназначено для сбора точных и своевременных данных о выбросах для обоснования будущих политических решений.

Ежегодно Агентство по охране окружающей среды выпускает отчет об инвентаризации, чтобы представить оценки правительства США по выбросам и поглощению парниковых газов в США за каждый год с 1990 года. Выбросы из сектора отходов, а также из других секторов представлены в этом инвентаре.

Сбор и очистка свалочного газа

Вместо того, чтобы улетучиваться в воздух, свалочный газ можно улавливать, преобразовывать и использовать в качестве возобновляемого источника энергии. Использование свалочного газа помогает уменьшить запахи и другие опасности, связанные с выбросами свалочного газа, а также предотвращает миграцию метана в атмосферу и внесение вклада в местный смог и глобальное изменение климата.Кроме того, проекты по производству свалочного газа приносят доход и создают рабочие места в сообществе и за его пределами. Узнайте больше о преимуществах использования LFG.

На графике показан сбор и переработка свалочного газа для производства метана для различных целей. Во-первых, свалочный газ собирается по вертикальным и горизонтальным трубам, закапываемым на полигоне ТБО. Затем LFG обрабатывается и обрабатывается для использования. На графике показаны потенциальные конечные области использования свалочного газа, включая промышленное / институциональное использование, декоративно-прикладное искусство, трубопроводный газ и автомобильное топливо. На этом графике показаны три этапа обработки свалочного газа. Первичная обработка удаляет влагу, когда газ проходит через выталкивающую емкость, фильтр и воздуходувку. Вторичная обработка включает использование доохладителя или другого дополнительного удаления влаги (при необходимости) с последующим удалением силоксана / серы и сжатием (при необходимости). После удаления примесей на стадии вторичной очистки свалочный газ можно использовать для выработки электроэнергии или в качестве топлива со средним БТЕ для декоративно-прикладного искусства или котлов. Усовершенствованная обработка удаляет дополнительные примеси (CO2, N2, O2 и ЛОС) и сжимает свалочный газ в газ с высоким содержанием британских тепловых единиц, который можно использовать в качестве автомобильного топлива или закачивать в газопровод.Отходящий / остаточный газ направляется на факел или в установку термического окисления.

Блок-схема базовой системы сбора и переработки свалочного газа

свалочный газ извлекается со свалок с помощью ряда скважин и системы нагнетания / факела (или вакуума). Эта система направляет собранный газ в центральную точку, где он может обрабатываться и обрабатываться в зависимости от конечного использования газа. С этого момента газ можно сжигать на факеле или выгодно использовать в проекте по производству свалочного газа. Нажмите на блок-схему, чтобы просмотреть более подробную информацию, включая фотографии систем сбора и обработки свалочного газа.

— Нажмите на блок-схему, чтобы просмотреть подробности —

Типы энергетических проектов на свалочном газе

Существует множество вариантов преобразования свалочного газа в энергию. Различные типы энергетических проектов с использованием свалочного газа сгруппированы ниже в три широкие категории — производство электроэнергии, прямое использование газа средней БТЕ и возобновляемые источники природного газа. Описание технологий проекта включено в каждый тип проекта. Для получения дополнительной информации о вариантах технологии энергетических проектов на свалке, а также о преимуществах и недостатках каждого из них, см. Главу 3.Варианты проектных технологий в Справочнике по разработке энергетических проектов LMOP.

Производство электроэнергии

Около 70 процентов действующих в настоящее время проектов по производству свалочного газа в США вырабатывают электроэнергию. Различные технологии, включая поршневые двигатели внутреннего сгорания, турбины, микротурбины и топливные элементы, могут использоваться для выработки электроэнергии для использования на месте и / или продажи в сеть. Поршневой двигатель является наиболее часто используемой технологией преобразования для электроснабжения свалочного газа из-за его относительно низкой стоимости, высокой эффективности и диапазонов размеров, которые дополняют выход газа на многих полигонах.Газовые турбины обычно используются в более крупных проектах по производству свалочного газа, в то время как микротурбины обычно используются для небольших объемов свалочного газа и в нишевых приложениях.

Когенерация, также известная как комбинированное производство тепла и электроэнергии (ТЭЦ), использует свалочный газ для выработки как электроэнергии, так и тепловой энергии, обычно в виде пара или горячей воды. Несколько проектов когенерации с использованием двигателей или турбин были реализованы на промышленных, коммерческих и институциональных предприятиях с использованием двигателей или турбин. Повышение эффективности использования тепловой энергии в дополнение к выработке электроэнергии может сделать этот тип проекта очень привлекательным.

Прямое использование газа средней БТЕ

Непосредственное использование свалочного газа для компенсации использования другого топлива (например, природного газа, угля или мазута) встречается примерно в 17 процентах действующих в настоящее время проектов. Свалочный газ можно использовать непосредственно в бойлере, сушилке, печи, теплице или другом тепловом оборудовании. В этих проектах газ направляется непосредственно ближайшему клиенту для использования в оборудовании для сжигания в качестве замены или дополнительного топлива. Требуется лишь ограниченное удаление конденсата и фильтрация, хотя могут потребоваться некоторые модификации существующего оборудования для сжигания.

LFG также можно использовать непосредственно для испарения фильтрата. Испарение фильтрата с использованием свалочного газа — хороший вариант для свалок, где удаление фильтрата на предприятии по восстановлению водных ресурсов недоступно или дорого. Свалочный газ используется для испарения фильтрата в более концентрированный и более легко удаляемый объем стоков.

Инновационное прямое использование газа со средним БТЕ, включая обжиг гончарных изделий и обжиговые печи для выдувания стекла; питание и обогрев теплиц; и испарение отработанной краски. Текущие отрасли, использующие свалочный газ, включают автомобилестроение, химическое производство, производство продуктов питания и напитков, фармацевтику, производство цемента и кирпича, очистку сточных вод, бытовую электронику и продукты, производство бумаги и стали, а также тюрьмы и больницы.

Возобновляемый природный газ

LFG может быть улучшен до возобновляемого природного газа (RNG), газа с высоким содержанием британских тепловых единиц, с помощью процессов обработки путем увеличения содержания в нем метана и, наоборот, снижения содержания CO ₂ , азота и кислорода. RNG может использоваться вместо ископаемого природного газа в качестве газа трубопроводного качества, сжатого природного газа (CNG) или сжиженного природного газа (LNG). Около 13 процентов действующих в настоящее время энергетических проектов с использованием свалочного газа создают ГСЧ.

Варианты использования ГСЧ включают тепловые приложения, для выработки электроэнергии или в качестве топлива для транспортных средств.ГСЧ можно использовать на месте добычи газа или закачивать в трубопроводы транспортировки или распределения природного газа для доставки в другое место.

Свалка твердых бытовых отходов (ТБО) — это отдельный участок земли или земляных выработок, куда поступают бытовые отходы, а также другие типы неопасных отходов. Сбор свалочного газа обычно начинается после того, как часть свалки, известная как «ячейка», закрывается для размещения отходов.

Компактирование отходов на действующем полигоне Мусоровозы на действующем полигоне Закрытая ячейка действующего полигона Закрытая свалка Системы сбора свалочного газа

могут быть сконфигурированы как вертикальные колодцы или горизонтальные траншеи.Наиболее распространенным методом является бурение вертикальных скважин в массе отходов и подключение устьев скважин к боковым трубам, по которым газ транспортируется в сборный коллектор с помощью нагнетателя или вакуумно-индукционной системы. Горизонтальные траншейные системы полезны в зонах активной засыпки. Некоторые свалки используют комбинацию вертикальных колодцев и горизонтальных коллекторов. Операторы системы сбора «настраивают» или регулируют скважинное поле для улучшения сбора.

Бурение вертикальной скважины
(Фото любезно предоставлено Smith Gardner, Inc.) Устройство траншеи для установки горизонтального коллектора
Боковая линия от удаленного вертикального устья
(фото любезно предоставлено Smith Gardner, Inc.) Установка соединительной трубы к главному коллектору
(Фото любезно предоставлено Smith Gardner, Inc.) Устьевой и регулирующий клапан
на вертикальном колодце Группа вертикальных устьев
на участке поля Мембрана над защитной крышкой
(фото любезно предоставлено Smith Gardner, Inc.) Проведение испытания под давлением трубы
для свалочного газа (Фото любезно предоставлено Smith Gardner, Inc.)

Базовая установка для переработки свалочного газа включает в себя выталкивающий барабан для удаления влаги, воздуходувки для создания вакуума для «вытягивания» газа и давления для транспортировки газа и факел. Системные операторы контролируют параметры, чтобы максимизировать эффективность системы.

Блок базовой обработки с отводом конденсата, воздуходувками и факелом для свечей Блок базовой обработки с отводом конденсата, воздуходувками и теплообменником Закрытый факел LFG
Панели управления, установленные на салазках, контролируют такие параметры свалочного газа, как вакуум, температура и расход Интерфейсный выход для потока свалочного газа и качества газа (фото любезно предоставлено Smith Gardner, Inc) Система SCADA для измерения потока свалочного газа в нагнетательные, факельные и генераторные установки (фото любезно предоставлено Smith Gardner, Inc)

Использование свалочного газа в системе рекуперации энергии обычно требует некоторой обработки газа для удаления избыточной влаги, твердых частиц и других примесей.Тип и степень очистки зависят от характеристик свалочного газа и типа системы рекуперации энергии. Некоторые конечные применения, такие как инжекция трубопроводов или проекты автомобильного топлива, требуют дополнительной очистки и сжатия свалочного газа.

Фильтры могут удалять химические соединения, такие как силоксаны или сероводород. Пример компрессора мощностью 600 лошадиных сил для проекта закачки свалочного газа в трубопровод Башни очистки на проекте закачки свалочного газа в трубопровод для удаления CO2, воды, сероводорода, силоксанов и других примесей с помощью процесса с физическим растворителем

Выбросы метана в нефтегазовой отрасли

Количественная оценка выбросов и различение различных источников метана

Введение

Метан — основной компонент природного газа, дешевый, обильный и универсальный источник энергии, который при сжигании производит меньше углекислого газа, чем другие ископаемые виды топлива.Однако сам метан является более сильным парниковым газом, чем углекислый газ. Утечки метана из скважин, трубопроводов или технологического оборудования могут существенно увеличить выбросы парниковых газов в секторе природного газа, а также расходовать ресурсы по мере попадания метана в атмосферу.

Определение источников метана

Метан можно производить двумя способами. Термогенный метан , источник большинства запасов природного газа, образуется в результате воздействия тепла и давления на глубоко захороненные останки морских микроорганизмов и обычно встречается с нефтью. Биогенный метан производится микробами в желудках коров, овец, коз и других жвачных животных (известное как кишечное брожение), а также в навозе, неглубоких залежах угля и нефти, а также в заболоченных землях. Определение того, является ли источник метана термогенным или биогенным, имеет решающее значение для определения выбросов метана от нефтегазовых операций. Этот раздел Нефть и окружающая среда посвящен количественной оценке выбросов метана в атмосферу; другие части этой серии посвящены усилиям по сокращению выбросов метана («Снижение и регулирование выбросов метана») и проблемам метана в подземных водах («Защита подземных вод при добыче нефти и газа»).

Оценки EPA источников выбросов метана в США в 2015 году. Изображение предоставлено: Американский институт геонаук, по данным Агентства по охране окружающей среды США. ¹

Выбросы метана в США

Очень сложно определить относительные выбросы метана из разных источников. Большинство выбросов метана происходит из нескольких обширных отраслей, которые часто работают рядом друг с другом (сельское хозяйство, нефть и газ, горнодобывающая промышленность и управление отходами).Утечки могут быть кратковременными или продолжительными, а уровень выбросов от сельского хозяйства и свалок со временем меняется. Таким образом, хотя уровни метана в атмосфере можно измерить очень точно, существует большая неопределенность в отношении общей доли выбросов, происходящих от различных видов деятельности человека. Национальные цифры в этой таблице являются наилучшими доступными оценками, но могут быть не полностью точными.

С начала 1990-х годов Агентство по охране окружающей среды США (EPA) ежегодно выпускает U.S. Инвентаризация парниковых газов ⁴ как часть отчетности США перед Организацией Объединенных Наций в соответствии с Рамочной конвенцией об изменении климата. ⁶ Инвентаризация основана на отчетах о выбросах более 8000 промышленных, производственных и нефтегазовых предприятий; электростанции; и свалки. ⁷ Эти отчеты представляют только около половины всех выбросов парниковых газов в США, что приводит к большой неопределенности в объемах выбросов.

Выбросы из нефтяных и газовых систем

Система нефти и природного газа является одним из наиболее сложных источников для оценки выбросов из-за количества источников выбросов, их технической сложности и различий между различными объектами. ^8,9 Подобные предприятия могут сообщать о разных выбросах, ⁸ и объемы выбросов могут изменяться со временем по мере возникновения новых утечек, их обнаружения и устранения. ¹⁰

Отражая эту сложность, оценка EPA общей скорости утечки метана из системы природного газа США со временем изменилась по мере появления новой информации. ¹¹ Например, в период с 2010 по 2011 год оценка EPA утечки на 2008 год была обновлена ​​с 96 до 212 миллионов метрических тонн эквивалента диоксида углерода; в 2013 году этот показатель был снижен до 163 миллионов метрических тонн. ¹³ В период с 2014 по 2017 год оценки не сильно различались, но в этих цифрах сохраняется значительная неопределенность.

Усовершенствования в технологиях дистанционного зондирования позволяют проводить более точные измерения региональных выбросов метана с помощью установленных на плоскости датчиков и даже спутников. MethaneSAT (на фото изображено впечатление художника), партнерство, возглавляемое Фондом защиты окружающей среды и запускаемое в 2020 или 2021 году, будет измерять выбросы метана в пятидесяти основных нефтегазодобывающих регионах по всему миру.Изображение предоставлено Фондом защиты окружающей среды. ¹²

Региональные исследования выбросов

Подробные исследования основных нефтегазодобывающих районов могут выявить биогенные и термогенные источники метана, контролировать более мелкие источники, не включенные в перечень EPA, и выявить особенно негерметичное оборудование. В последние годы основное внимание уделялось изучению конкретных месторасположений. ¹⁴ Например:

• Исследование семи нефтегазодобывающих регионов США.С. обнаружил более высокие выбросы метана в основном в нефтедобывающих районах, чем в преимущественно газодобывающих районах. Это частично отражает тот факт, что нефть может содержать некоторое количество метана, который может выходить из вентиляционных отверстий резервуара для хранения нефти и других отверстий. ¹⁵
• В сланцевом районе Барнетт около Далласа и Форт-Уэрта, штат Техас, 67% выбросов метана приходится на источники нефти и газа. ¹⁶ Половина всех выбросов метана из нефти и газа в этой области приходится на 2% производственных, перерабатывающих и транспортных предприятий, а 90% выбросов приходится на 10% предприятий. ¹⁷ Это говорит о том, что большая часть инфраструктуры природного газа является надежной, но на небольшом количестве участков со «сверхвысокой эмиссией» наблюдаются серьезные утечки. Ожидается, что участки сверхизлучения со временем будут меняться по мере того, как оборудование получает повреждения, ремонтируется или заменяется. Поэтому обнаружение и сокращение выбросов требует постоянного мониторинга. ¹⁰

Степень утечки метана из системы природного газа — одна из самых больших неопределенностей в отношении воздействия нефтегазовой отрасли на окружающую среду.Работа над всесторонним пониманием выбросов метана — основная область текущих исследований, включающая сочетание крупномасштабных региональных измерений и целенаправленных местных исследований с земли, воздуха и космоса.

Список литературы

¹ Агентство по охране окружающей среды США — Выбросы парниковых газов: обзор парниковых газов.
² Управление энергетической информации США — Электроэнергетика ежемесячно, таблица 1.1 — Чистая выработка по источникам энергии: всего (все сектора), 2007 г. — декабрь 2017 г.
³ Национальная лаборатория энергетических технологий (2013). Базовый план затрат и производительности для электростанций, работающих на ископаемом топливе, Том 1: Битуминозный уголь и природный газ для электроэнергии, Редакция 2а, сентябрь 2013 г.
⁴ Агентство по охране окружающей среды США (2017). Инвентаризация выбросов и стоков парниковых газов в США: 1990-2015 гг.
⁵ Шмидт Г. (2004). Метан: научное путешествие от неизвестности к суперзвезде. Особенности исследований НАСА.
⁶ Рамочная конвенция Организации Объединенных Наций об изменении климата — национальные доклады.
⁷ Агентство по охране окружающей среды США — Программа отчетности по парниковым газам (GHGRP).
⁸ Агентство по охране окружающей среды США (2013). Нефтяные и газовые системы: сводка данных за 2011 год.
⁹ Heath, G. et al. (2015). Оценка выбросов метана в США из цепочки поставок природного газа: подходы, неопределенности, текущие оценки и будущие исследования. Объединенный институт стратегического энергетического анализа, технический отчет NREL / TP-6A50-62820.
¹⁰ Завала-Арайза, Д.и другие. (2015). К функциональному определению суперэмиттеров метана: применение к объектам добычи природного газа. Environ. Sci. Technol., 49 (13), 8167-8174.
¹¹ Lattanzio, R.K. (2018). Метан и другие проблемы загрязнения воздуха в системах природного газа. Отчет исследовательской службы Конгресса R42986
¹² «EDF объявляет о спутниковой миссии по обнаружению и измерению выбросов метана». Пресс-релиз Фонда защиты окружающей среды, 11 апреля 2018 г.
¹³ СШААгентство по охране окружающей среды — Архив отчетов об инвентаризации парниковых газов США.
¹⁴ Фонд защиты окружающей среды (2017 г.) — Исследования метана: серия 16 исследований.
¹⁵ Lyon, D. et al. (2016). Аэрофотосъемка повышенных выбросов углеводородов с мест добычи нефти и газа. Environ. Sci. Технол., 50 (9), 4877-4886.
¹⁶ Townsend-Small, A. et al. (2015). Интеграция индикаторов распределения источников в восходящую инвентаризацию выбросов метана в районе гидроразрыва сланцевого пласта Барнетт.Environ. Sci. Technol., 49 (13), 8175-8182.
¹⁷ Zavala-Araiza, D. et al. (2015). Согласование расходящихся оценок выбросов метана в нефти и газе. Proc. Natl. Акад. Наук, 112 (51), 15597-15602.

Нефть и окружающая среда

Загрузите полный PDF-файл Petroleum and the Environment (бесплатно) или купите печатную версию (19,99 долларов США).

Другие части в этой серии:
1. Нефть и окружающая среда: введение
2. Вода в нефтегазовой промышленности
3.Наведенная сейсмичность от нефтегазовых операций
4. Источники воды для гидроразрыва
5. Использование пластовой воды
6. Защита подземных вод при добыче нефти и газа
7. Заброшенные скважины
8. Что определяет местоположение скважины?
9. Землепользование в нефтегазовой промышленности
10. Газовое месторождение Пайндейл, Вайоминг
11. Тяжелая нефть
12. Нефть и газ в Арктике США
13. Морская нефть и газ
14. Разливы нефти и природного газа Газовые месторождения
15. Транспортировка нефти, газа и нефтепродуктов
16.Нефтепереработка и переработка газа
17. Нетопливные продукты нефти и газа
18. Воздействие нефти и газа на качество воздуха
19. Выбросы метана в нефтегазовой промышленности
20. Снижение и регулирование выбросов метана
21. Регулирование Нефтегазовые операции
22. Здоровье и безопасность при добыче нефти и газа
23. Данные о недрах в нефтегазовой отрасли
24. Геофизики в нефти и окружающей среде
Глоссарий терминов
Ссылки

Цифры и факты о метане

• В 2015 г. метан составлял около 10% U.S. выбросы парниковых газов с точки зрения потенциала глобального потепления; углекислый газ (CO ₂ ) составил 82%. ¹
• Природный газ (метан) обеспечил 31,5% электроэнергии США в 2017 году — крупнейший источник электроэнергии в стране. ²
• Производство электроэнергии на природном газе производит на 50-60% меньше CO ₂ , чем уголь, для производства того же количества энергии, ³ , но утечки метана уменьшают это преимущество по сокращению выбросов.
По оценкам агентства
• , выбросы метана из систем природного газа снизились на 16% с 1990 по 2015 год.По оценкам Агентства по охране окружающей среды, выбросы метана из систем сырой нефти и нефтепродуктов снизились на 28% с 1990 по 2015 год. ⁴ Однако оценки выбросов остаются неопределенными.
• Помимо животноводства, навоза, добычи полезных ископаемых и свалок, к другим основным источникам глобальных выбросов метана также относятся водно-болотные угодья и рисовые поля. ⁵

Социальная стоимость метана: теория и приложения

Выбросы метана способствуют глобальному потеплению, наносят вред здоровью населения и снижают урожайность сельскохозяйственных и лесных экосистем.Количественная оценка ущерба, нанесенного населению планеты путем расчета социальной стоимости метана (SCM), способствует более полному анализу рентабельности мер по контролю за выбросами метана и является первым шагом к их потенциальному внедрению на рынок. Использование широкого показателя социального благосостояния также является привлекательной альтернативой или дополнением к показателям выбросов, ориентированным на целевую температуру в конкретном году, поскольку оно стимулирует действия по обеспечению выгод в более широком диапазоне воздействий и временных масштабов.Рассчитывая SCM с использованием последовательной временной обработки физических и экономических процессов и с учетом воздействий, связанных с климатом и качеством воздуха, мы находим большие значения SCM, например, ∼ 2400 долларов за тонну и ∼ 3600 долларов за тонну со ставкой дисконтирования 5% и 3% соответственно. Эти значения примерно в 100 и 50 раз превышают соответствующие социальные затраты на двуокись углерода. Наши результаты показывают, что ∼110 из 140 Мт идентифицированных мер по сокращению выбросов метана через расширения существующих технологий и вариантов политики обеспечивают социальные выгоды, которые перевешивают затраты на реализацию.В энергетическом секторе возобновляемые источники энергии намного лучше сравниваются с использованием природного газа при производстве электроэнергии, если учесть эти социальные затраты на метан. В сельскохозяйственном секторе изменения в практике управления животноводством, продвижение здорового питания, включая сокращение потребления говядины и молочных продуктов, а также сокращение пищевых отходов продвигались как способы уменьшения выбросов, и здесь показано, что они действительно могут принести большую пользу обществу. (~ 50–150 миллиардов долларов в год). Изучая последние тенденции в отношении метана и диоксида углерода, мы обнаруживаем, что увеличение выбросов метана могло свести на нет большую часть социальных выгод от замедления темпов роста выбросов диоксида углерода.Результаты показывают, что усилия по сокращению выбросов метана с помощью политики , охватывающей широкий спектр технических, нормативных и поведенческих вариантов, дают преимущества при небольших или отрицательных чистых затратах. Признание полного SCM, который обычно недооценивается, может способствовать активизации действий по сокращению выбросов и тем самым обеспечить широкий набор социальных выгод.

У вас есть доступ к этой статье

Подождите, пока мы загрузим ваш контент… Что-то пошло не так. Попробуй еще раз?

композитный метан edt

композитный метан edt Neue, H. 1993. Выбросы метана с рисовых полей: Рисовые поля, заболоченные водно-болотными угодьями, могут внести большой вклад в глобальное потепление. BioScience 43 (7): 466-73.

---

Рисовые поля, заболоченные водно-болотными угодьями, могут внести большой вклад в глобальное потепление

Heinz-Ulrich Neue

---

Общественное беспокойство по поводу глобального потепления в основном сосредоточено на двуокиси углерода, наиболее распространенном парниковом газе. Метан (Ch5), основной компонент природного газа, является вторым по значимости парниковым газом. Концентрация метана в атмосфере более чем удвоилась за последние 200 лет.Его текущая атмосферная концентрация 1,7 промилле по объему, по сравнению с 0,7 промилле в доиндустриальные времена, намного ниже, чем 345 промилле углекислого газа, по сравнению с 275 промилле. Но одна молекула метана улавливает примерно в 30 раз больше тепла, чем углекислый газ. Нагревающий эффект от увеличения содержания метана в атмосфере примерно вдвое меньше, чем от увеличения содержания углекислого газа (Dickinson and Cicerone 1986, Ramanathan et al. 1985). Продолжающееся увеличение концентрации метана в атмосфере при нынешних темпах примерно 1% в год, вероятно, внесет больший вклад в будущие климатические изменения, чем любой другой газ, кроме углекислого газа (Cicerone and Oremland 1988), и может внести значительный вклад в систему отрицательной обратной связи с непредсказуемыми последствиями. для всей химии атмосферы.

Помимо того, что метан является важным парниковым газом, он также влияет на химический состав и окислительную способность атмосферы, например, влияя на концентрацию тропосферного озона, гидроксильных радикалов и окиси углерода. В стратосфере это сток хлора, но источник водорода и водяного пара (кристаллы льда). Текущая нагрузка метана в атмосфере составляет примерно 4700 Тг (1 Тг = 1 миллион тонн; Wahlen et al.1989), а глобальные годовые выбросы оцениваются в 500 Тг с кажущимся чистым потоком 40 Тг / год (Cicerone и Оремланд 1988).

Общий баланс атмосферного метана достаточно хорошо установлен, но сила отдельных источников остается неопределенной. Лучшие оценки источников и стоков из различных отчетов приведены в Таблице 1. Антропогенные источники (340 Тг / год) преобладают над естественными источниками (160 Тг / год), и 80% общих выбросов метана имеют современное биогенное происхождение. Только 20% связано с ископаемыми источниками углерода (Wahlen et al. 1989).

Рисовые поля, заболоченные водно-болотными угодьями, недавно были признаны основным источником атмосферного метана.Хотя возможность выброса метана с рисовых полей отмечалась давно (Harrison and Aiyer 1913), первые всесторонние измерения потоков метана на рисовых полях были зарегистрированы только в начале 1980-х годов (Cicerone and Shetter 1981, Cicerone et al. 1983, Holzapfel -Pschorn et al.1985, Seiler et al.1984). Как и в естественных водно-болотных угодьях, затопление рисового поля прекращает поступление кислорода из атмосферы в почву, что приводит к анаэробной ферментации органического вещества почвы. Метан — главный конечный продукт анаэробного брожения.Он попадает из затопленных почв в атмосферу путем диффузии и кипения, а также через корни и стебли рисовых растений. Недавние глобальные оценки уровней выбросов с рисовых полей на водно-болотных угодьях колеблются от 20 до 100 Тг / год (IPCC 1992), что соответствует 6-29% от общих годовых антропогенных выбросов метана.

В этой статье я обсуждаю важность риса как основного продукта питания, различные среды, в которых выращивается рис, и потоки метана на рисовых полях. Я описываю факторы, контролирующие эти потоки, и варианты уменьшения выбросов метана.

Производство риса

Сохранение и улучшение почв водно-болотных угодий имеет важное значение для обеспечения и поддержания производства продуктов питания для будущих поколений, а также для сохранения мест обитания исчезающих видов растений и диких животных. В Азии водно-болотные угодья интенсивно использовались для производства продуктов питания на протяжении тысячелетий. В Африке и Латинской Америке водно-болотные угодья становятся важным ресурсом для производства продуктов питания. Однако в Европе и Северной Америке водно-болотные угодья осушаются и превращаются в засушливые земли с ускоренной скоростью.

Рис — самая важная продовольственная культура в водно-болотных угодьях, и необходимость выращивать больше риса усиливается. Рис — единственная крупная зерновая культура, выращиваемая почти исключительно в пищу. Через 30 лет на Земле может проживать 8 миллиардов человек, и ожидается, что число потребителей риса (потомков сегодняшних потребителей риса) сравняется с сегодняшним общим числом жителей Земли. Их кормление потребует значительного увеличения мирового производства риса. Принимая во внимание замену риса другими продуктами питания по мере роста доходов, годовое производство риса в мире должно увеличиться с 518 миллионов тонн в 1990 году до 760 миллионов тонн в 2020 году (IRRI 1989).Увеличение на 47% просто поддержит нынешний уровень питания, который для сотен миллионов людей уже является недостаточным.

Более 90% риса в мире производится в Азии, 3,2% — в Латинской Америке (на Бразилию и Колумбию приходится 62% этого производства), 2,1% — в Африке (на Египет и Мадагаскар приходится 48% этого производства) и 2,5% — в Африке. % в остальном мире. Менее 5% мирового производства риса продается на международном рынке. Рис обеспечивает от 35% до 59% калорий, потребляемых двумя людьми.7 миллиардов человек в Азии. В Африке и Латинской Америке рис обеспечивает 8% пищевой энергии почти для 1 миллиарда человек. Примерно половина людей в Южной Азии и странах Африки к югу от Сахары получают недостаточное количество калорий для активной трудовой жизни (IBRD 1986). Около 470 миллионов из этих недоедающих людей живут в Южной Азии, а 150 миллионов из них — в Африке к югу от Сахары (IRRI 1989).

За последние 40 лет мировые посевные площади риса увеличились на 41%, а производство необработанного риса (все еще находящегося на стадии производства) — на 304% (Таблица 2).Сегодня производство риса в Азии в два раза больше, чем 25 лет назад, тогда как посевные площади под рис увеличились только на 17%. Средняя урожайность увеличилась на 72%, что лишь немного больше, чем прирост населения на 67% (IRRI, 1991).

Посевные площади риса увеличились в основном потому, что двойной и тройной урожай риса стал возможным благодаря выращиванию краткосрочных, нечувствительных к свету сортов риса и расширенному орошению. Значительный прирост производства был достигнут на орошаемых рисовых плантациях и благоприятных неорошаемых рисовых площадях (Таблица 3), где современные высокоурожайные сорта риса в сочетании с улучшенными технологиями возделывания могут продемонстрировать свой потенциал урожайности.В Восточной Азии почти весь рис выращивается на орошаемых землях; 40% рисовых земель в Юго-Восточной Азии орошается, но только 30% орошается в Южной Азии (Таблица 4).

Существует необходимость диверсифицировать сельскохозяйственные системы на почвах водно-болотных угодий для улучшения повседневного рациона и удовлетворения социально-экономических и экологических потребностей устойчивых производственных систем в различных регионах. Развиваются различные системы выращивания и выращивания риса, а производство других основных продуктов (овощей, плантационных культур, домашнего скота, птицы и рыбы) распространяется на водно-болотные угодья.

Рис с водно-болотных угодий

Водно-болотные угодья являются переходным звеном между наземными и водными системами и обычно включают болота, трясины, трясины и подобные области. Водно-болотные угодья возникают там, где почвы естественным или искусственным образом затопляются или насыщаются водой из-за высокого уровня грунтовых или поверхностных вод в течение части или всего года. Водно-болотные угодья обычны в дельтах рек, устьях, поймах рек и приливных районах, а также широко распространены в руслах рек, впадинах, подножьях и террасах холмистых ландшафтов.

Риклендские земли можно разделить на орошаемые, богарные, глубоководные и высокогорные. На орошаемых рисовых полях паводковые воды полностью контролируются и остаются неглубокими. На богарных рисовых полях осадки контролируют затопление почв. Иногда в период вегетации почвы на богарных рисовых полях могут пересыхать или затопляться до 50 см. На глубоководных рисовых полях паводковые воды за вегетационный период могут достигать более 50 см и могут достигать нескольких метров. Высокогорные рисовые поля не затопляются, и верхний слой почвы не становится водонасыщенным в течение какого-либо значительного периода времени.Большинство риса выращивают на заболоченных территориях; только 13% возделывается на возвышенностях, как и пшеница или мальзе.

На заболоченных рисовых полях есть по крайней мере один влажный вегетационный период, но они могут быть без поверхностных вод, влажными или сухими в другие сезоны. Таким образом, эти поля могут поочередно поддерживать сельскохозяйственные культуры на водно-болотных угодьях и возвышенностях, что обычно и происходит. Граница между водно-болотными угодьями и возвышенностями часто бывает постепенной и может колебаться от года к году в зависимости от колебаний количества осадков. Если воду (дренаж и ирригацию) можно полностью контролировать, фермер может по своему усмотрению создавать водно-болотные или высокогорные культуры.Но на большинстве водно-болотных угодий с рисом дренаж недостаточен для предотвращения затопления почвы в сезон дождей.

Заболоченные рисовые почвы

У заболоченных рисовых почв есть свободная вода на поверхности, по крайней мере, большую часть вегетационного периода сельскохозяйственных культур. Воду можно удерживать за счет выравнивания и строительства дамб или дамб. Наводнение резко снижает диффузию атмосферного кислорода в почву, а факультативные и анаэробные микроорганизмы последовательно сокращают почвенные субстраты.Окислительно-восстановительный потенциал — это количественный индикатор, измеряющий тенденции возникновения различных окислений и восстановлений (чистый поток электронов). Окислительно-восстановительный потенциал, измеряемый как электрический потенциал в вольтах, характеризует процессы, которые вызывают в почве определенную химическую и биохимическую среду. Чем выше значение окислительно-восстановительного потенциала, тем больше в почве сильных окислителей.

Восстановление почв при затоплении происходит ступенчато в термодинамической последовательности.Сначала восстанавливается свободный кислород, затем — нитраты, соединения марганца, соединения трехвалентного железа, сульфат и, наконец, диоксид углерода. Следовательно, окислительно-восстановительный потенциал резко падает, а парциальное давление углекислого газа значительно увеличивается. В результате pH кислых и щелочных почв стабилизируется примерно на нейтральном уровне, а доступность большинства питательных веществ увеличивается.

В результате анаэробной ферментации органических веществ образуется и накапливается множество веществ, многие из которых являются временными и не встречаются в хорошо аэрированных почвах.Эти вещества включают различные газы, углеводороды, спирты, карбонилы, летучие и нелетучие жирные кислоты, фенольные кислоты и летучие соединения серы. Степень гумификации (полимеризация органических соединений в гуминовые вещества) невысока, но разложение органических веществ может происходить так же быстро, как и в высокогорных почвах. Величина восстановления определяется количеством легко разлагаемых органических веществ, скоростью разложения, образованием токсинов для микроорганизмов, а также количеством и видами восстанавливаемых нитратов, оксидов марганца и железа, сульфатов и органических соединений.Самая важная окислительно-восстановительная буферная система в заболоченных почвах состоит из железа и органических соединений. Углекислый газ и метан являются конечными продуктами разложения органических веществ в рисовых почвах заболоченных земель.

Затопленная рисовая почва имеет пониженный верхний слой почвы с окисленной поверхностью раздела паводковых вод и почвы. Глубина поверхности раздела обычно составляет от 2 до 20 мм, в зависимости от количества кислорода, растворенного в паводковой воде, восстановительной способности почвы (содержания углерода), просачивания воды и активности почвы и водной фауны (Neue 1991).Основные процессы на границе раздела включают аэробное разложение органического вещества, фотозависимую биологическую фиксацию азота водорослями и фотосинтезирующими бактериями, нитрификацию окислителями аммония и нитрита и окисление метана (Watanabe and Furasaka 1980). В восстановленном верхнем слое почвы происходит анаэробное разложение органического вещества, гетеротрофная биологическая фиксация азота, денитрификация, восстановление марганца, образование органических кислот, восстановление железа, восстановление сульфатов, образование водорода и метаногенез.

Слой почвы, называемый плугом, может образовываться между верхним слоем почвы и подпочвой из-за культивации. Он обладает более низкой проницаемостью, более высокой объемной плотностью и механической прочностью, чем другие слои почвы. Плуги уменьшают вредное просачивание воды и вымывание питательных веществ. Грунт под плугом является аэробным, когда затопление происходит поверхностными водами (эпиактический режим влажности), и анаэробным в почвах, где грунтовые воды поднимаются на поверхность.

Наводнение снижает физическую изменчивость почв, увеличивает их плодородие и придает устойчивость сельскохозяйственным системам, которые, как и рис, могут переносить стоячую воду.Затопление почвы обеспечивает идеальную среду для роста, обеспечивая обильное количество воды, которая может нести значительные количества взвешенных твердых веществ и питательных веществ, буферный pH почвы, близкий к нейтральному, усиливая фиксацию азота и снабжение углеродом, а также увеличивая скорость диффузии, массовый поток и доступность питательных веществ. Стоячая вода стабилизирует режим влажности почвы, снижает температуру почвы и предотвращает эрозию почвы. Затопление почвы подавляет передаваемые через почву болезни растений и рост сорняков.

Образование метана

Метан образуется на заключительном этапе анаэробного разложения органических веществ в рисовых почвах заболоченных мест.Метан производится исключительно метаногенными бактериями, которые могут метаболизировать только при полном отсутствии свободного кислорода и при окислительно-восстановительных потенциалах менее -150 мВ (Wang et al. В печати). Большинство метаногенов являются нейтрофильными с оптимальным pH 6-8. Метаногены полагаются на множество других микроорганизмов, чтобы предоставить им несколько субстратов, которые они могут катаболизировать: водород, диоксид углерода, формиат, ацетат, метанол, метиламины и метилсульфиды (Conrad 1989, Garcia 1990). На рисовых почвах водно-болотных угодий метан в основном образуется в результате трансметилирования уксусной кислоты и, в некоторой степени, за счет уменьшения содержания углекислого газа (Takai 1970).

Образованию метана предшествует образование летучих кислот. При затоплении кратковременное выделение водорода следует сразу же за исчезновением кислорода, увеличивается углекислый газ, а при уменьшении углекислого газа увеличивается образование метана (Neue and Scharpenseel 1984, Takei et al. 1956). Задержка образования метана зависит от характера восстановления почвы, pH, доступности субстрата и температуры. В тропических затопляемых рисовых почвах, где температура почвы составляет 25-30 град.C, производство метана в щелочных и известковых почвах может начаться через несколько часов после затопления, в нейтральных почвах оно откладывается на две-три недели, а в кислых почвах метан может образовываться только через пять или более недель после затопления. Производство метана отрицательно коррелирует с окислительно-восстановительным потенциалом почвы и положительно коррелирует с температурой почвы, содержанием углерода в почве и ростом риса (Neue and Roger в печати).

Скорость и характер добавления и разложения органических веществ определяют скорость и характер образования метана.Производство метана обычно увеличивается во время посевного сезона, хотя плотность популяции метаногенов остается довольно стабильной (Schutz et al. 1989b). Легко разлагаемые пожнивные остатки, паровые сорняки и органическое вещество почвы являются основным источником начального образования метана. На более поздних стадиях роста риса более важными становятся корневые экссудаты, гниющие корни и водная биомасса. Производство метана увеличивается в корневых зонах почвы (Sass et al. 1991).

Ингибирование образования метана

Разложение органических веществ и образование метана замедляются в почвах водно-болотных угодий с кислой или аллической реакцией, низким и несбалансированным питанием, высоким содержанием каолинитовой глины и / или высокой насыпной плотностью (Neue and Scharpenseel 1987, Neue et al.1990, Neue and Roger в печати). Хлорид натрия подавляет метаногенез при добавлении в высоких (примерно 0,18 М) концентрациях (Patel and Roth 1977). Добавление морской воды препятствует образованию метана при более низких концентрациях соли из-за содержания в нем сульфатов (Кояма и др., 1970). Вероятным механизмом является конкуренция сульфатредуцирующих бактерий за токсичность водорода и сероводорода. Однако метаногенез и сульфатредукция не являются взаимоисключающими, когда метан получают из метанола и метилированных аминов, к которым сульфатредукторы проявляют небольшое сродство (Oremland et al.1982).

Некоторые галогенированные органические соединения — хлороформ, ДДТ, ацетилен и нитрапирин (ингибитор нитрификации) — полностью подавляют производство метана (Bauchop 1967, McBride and Wolfe 1971, Raimbault 1975, Salvas and Taylor 1980, Smith and Mah 1981). . Считается, что активность в каждом случае зависит от присутствия трихлорметильной группы, которая ингибирует действие метилкофермент М-редуктазы. Устойчивость к бромэтансульфонату не придает устойчивости к ряду хлорированных ингибиторов (Smith and Mah 1981).О токсичности аммония при использовании Methanobacteriun formicium сообщили Хобсон и Шоу (1976).

Окисление метана

Метанокисляющие бактерии (метанотрофы) широко распространены на границе раздела окисленных паводковых вод и почвы и в ризосфере риса. Они последовательно окисляют метан до диоксида углерода через метанол, формальдегид и формиат. Кислород необходим для роста метанотрофов, но необходимое парциальное давление может быть низким (Cicerone and Oremland 1988).Окисление метана значительно ограничивает диффузию метана в атмосферу. До 60% метана, производимого в течение вегетационного периода риса, может окисляться до того, как достигнет атмосферы (Holzapfel-Pschorn et al. 1986, Sass et al. 1991). Ион аммония ингибировал окисление метана в исследованиях с чистыми культурами метанотрофов (Хайман и Вуд, 1983, Уиттенбери и др., 1970). Полевые эксперименты не выявили значительного влияния ионов аммония, вероятно, из-за их немедленного поглощения растениями риса.

Рисовые растения снабжают корни атмосферным кислородом для дыхания через особую сосудистую систему — аэренхиму. Аэренхима имеет свои собственные отверстия в влагалище листа (Nouchi et al. 1991), и подача газа к корням и от них не зависит от транспирации и газообмена в устьицах. Диффузия кислорода из корней риса составляет важную часть окислительной способности корней, помимо ферментативного производства перекиси водорода. Из-за обилия метанокисляющих бактерий, присутствующих в ризосфере, потенциал ризосферы к окислению метана высок.

Де Бонт и др. (1978) насчитали в ризосфере в десять раз больше метанокисляющих бактерий, чем в основной анаэробной почве, и на одну треть больше, чем на границе окисленной почвы и воды. Они обнаружили значительное увеличение эмиссии метана у сорта риса IR36, когда окисление метана подавлялось ацетиленом на границе раздела почва и вода. Однако ацетилен оказал лишь небольшое влияние на скорость выбросов при воздействии на ризосферу. Де Бонт и его коллеги пришли к выводу, что использование кислорода восстановленными веществами и микробами, отличными от метанотрофов, в области границы раздела корень-почва превышает поступление кислорода корнем.Следовательно, аэробная зона, окружающая корень IR36, слишком тонкая, чтобы окислять диффундирующий метан, или ризосфера по большей части анаэробна. Тем не менее, вариабельность окислительной способности корней у сортов риса высока, и влияние корней на окисление метана заслуживает дальнейшего изучения.

Потоки метана на рисовых полях

Метан выделяется из анаэробных болотных почв в атмосферу за счет диффузии растворенного метана, вскипания пузырьков газа и через растения, которые, как и рис, образуют ткань аэренхимы.Большие порции метана, образующиеся в анаэробной почве, могут оставаться в затопленной почве. Уловленный метан может окисляться до диоксида углерода, когда паводковые воды сливаются во время вегетационного периода риса или когда почва высыхает в конце или после сезона выращивания риса. Но большие количества захваченного метана могут улетучиваться в атмосферу сразу после того, как паводковая вода отступит (Denier van der Gon et al. 1992).

Низкая растворимость метана в воде ограничивает его диффузионный перенос в затопленной почве, и большая часть метана окисляется до диоксида углерода через метанол, формальдегид и формиат, когда он проходит через аэробную поверхность раздела почва-вода.Выделение метана путем диффузии через столб влажной почвы незначительно в глинистой почве, но может стать значительным в песчаных почвах, в которых преобладают более крупные поры между частицами почвы. Большинство рисовых почв имеют высокое содержание глины. Почвенная фауна, особенно водные дождевые черви (Tubificidae), увеличивают выбросы за счет диффузии и кипения, когда они зарываются в верхний слой почвы. В то же время окисление метана усиливается. На глубоководных рисовых полях диффундирующий метан может окисляться только в верхнем слое воды, поскольку поверхность раздела почва-вода и нижний слой воды могут быть анаэробными.

Обычно рисовые поля подготавливают путем затопления за две-четыре недели до пересадки риса. Если затопить голый ил, большая часть метана остается в почве, и до тех пор, пока почва не сильно обогащена органическими веществами и остается нетронутой, при кипении выделяется лишь небольшое количество метана. В реальных полевых условиях большая часть захваченного почвой метана выходит в атмосферу из-за кипения, вызванного такими методами культивирования, как влажная обработка почвы, образование луж, боронование, пересадка, внесение удобрений, прополка, борьба с вредителями и сбор урожая.На полях, засеянных водно-болотными угодьями и не нарушенных методами культивирования в течение вегетационного периода, до 70% метана, выбрасываемого в атмосферу, выбрасывается через аэренхиму рисовых растений. Во время репродуктивной фазы более 90% выбросов приходится на рисовые растения (Cicerone and Shetter 1981, Schutz et al. 1989b).

Полевые измерения выбросов метана с рисовых полей на водно-болотных угодьях проводились в Соединенных Штатах (Cicerone and Shetter 1981, Lindau et al.1991, Сассеталь. 1991), Испания (Seiler et al. 1984), Италия (Holzapfel-Pschorn et al. 1986, Schutz et al. 1989a), Китай (Khalil et al. 1991, Schutz et al. 1990), Япония (Yagi and Minami 1990 ) и Филиппины (IRRI 1992). Как и в случае с производством метана, уровни выбросов метана сильно различаются. Наблюдается отчетливая суточная и сезонная закономерность. Уровни выбросов, обусловленные растениями риса, наиболее высоки в начале полудня и самые низкие поздно ночью, в соответствии с характером изменения температуры воздуха и верхнего слоя почвы, а также pH, а также концентраций кислорода в паводковых водах и на границе раздела почва-вода.Механизмы контроля еще предстоит выяснить, и они могут быть более сложными, поскольку амплитуды указанных выше факторов независимо меняются в течение вегетационного периода. Основной уровень и амплитуды выбросов метана увеличиваются с добавлением органического вещества.

Два или три максимума выбросов, опосредованных растениями, обычно наблюдаются на орошаемых рисовых полях во время посевного сезона. Эмиссия метана увеличивается во время вегетационной фазы, иногда с ранним промежуточным пиком; он уменьшается после зарождения метелки и снова увеличивается после цветения, прежде чем уменьшится в конце сезона.Для орошаемого риса выбросы метана, рассчитанные в зависимости от произведенного риса, в сухой сезон выше, чем во влажный. Различные климатические, почвенные, водные и культурные факторы могут изменить эту общую картину.

Органические добавки увеличивают производство и выбросы метана. Композиционные материалы усиливают потоки метана меньше, чем сидераты или рисовая солома. Компостирование истощает легко разлагаемый углерод и превращает органические субстраты в более стабильный гумус. Применение химических удобрений улучшает рост растений и, следовательно, увеличивает выбросы метана и, возможно, его производство.Удобрения, содержащие сульфат, могут усилить рост и снизить выработку метана, даже если выбросы явно увеличиваются из-за лучшего роста растений. Периодическая сушка затопленных рисовых полей снижает общее производство и выбросы метана (Kimura 1992, Sass et al. 1992).

Нарушение почвы во время культивирования увеличивает вскипание метана. Разбрасывание проросших семян на влажных возделываемых полях может выделять меньше метана, чем при пересадке риса. Продолжительность роста риса с прямым влажным посевом и, следовательно, период его затопления короче.Периоды наводнений еще короче, если рис засевают непосредственно в сухие почвы, как это происходит в Австралии и Соединенных Штатах. Выброс захваченного метана из-за нарушения почвы у риса с прямым посевом происходит реже, поскольку на единицу площади приходится больше растений, рост сорняков подавляется, а ручная или механическая прополка становится непрактичной.

Глобальные оценки уровней выбросов метана с рисовых полей

Орошаемые рисовые поля являются основным источником метана с рисовых полей.Хотя орошаемый рис составляет только 50% собранной площади риса, он дает 70% собранного риса. Выработке метана способствует гарантированное водоснабжение и контроль, интенсивная подготовка почвы и удобрение, и, как следствие, улучшение роста риса.

Выбросы метана намного ниже и более изменчивы из-за периодов засухи во время вегетационного периода и плохого роста риса. В глубоководном рисе производство метана может быть высоким, но соответствующие уровни выбросов могут быть низкими из-за сокращения путей выбросов.Рис на возвышенностях не является источником выбросов метана, потому что он не затопляется в течение значительного периода времени.

Из-за ограниченного количества и мест проведения всесторонних сезонных измерений потоков глобальные экстраполяции уровней выбросов весьма неопределенны и предварительны. Последние глобальные балансы метана на рисовых полях колеблются от 20 до 100 тг / год. Глобальный поток обычно оценивается по площади убранных водно-болотных угодий риса в различных регионах, среднесезонным уровням выбросов и продолжительности периода выбросов.Основные проблемы возникают при определении среднесезонных уровней выбросов и продолжительности периодов выбросов для регионов. В настоящее время недостаточно данных и знаний для учета изменений климата, свойств почвы, продолжительности и характера наводнения, органических добавок, удобрений, других методов культивирования и роста риса.

Делая различные предположения о влиянии типов почвы, температуры, переработки пожнивных остатков, роста риса и продолжительности сезонов выращивания риса, и, соответственно, корректируя базовый уровень выбросов, равный 0.5 г / м2 в день-1 для рисовых площадей водно-болотных угодий в каждой стране, исходная мощность рисовых полей в Азии оценивается в диапазоне от 40 до 60 тг / год (Bachelet and Neue в печати). Рисовые поля в Китае и Индии, составляющие 51% мировых посевных площадей риса, выбрасывают метан в количестве всего 26-37 тг / год.

Текущие глобальные оценки потоков метана с рисовых полей не учитывают различные режимы паводковых вод, особенно на богарных рисовых площадях, где периоды засухи могут резко снизить уровень выбросов.Они также не учитывают органические добавки, вскипание, вызванное культивированием, и выделение захваченного метана на начальных этапах сушки, что должно увеличить интенсивность выбросов. Если факторы и процессы эмиссии метана не будут хорошо изучены и механистически смоделированы, оценки глобальных выбросов метана с рисовых полей и реакции на изменение климата или изменения в методах возделывания останутся противоречивыми.

Варианты смягчения

Наиболее эффективным вариантом смягчения последствий было бы предотвращение затопления рисовых полей и выращивание риса на возвышенностях или других горных культур.Однако у такой схемы есть две основные проблемы. Во-первых, рис на заболоченных территориях обычно выращивают потому, что в сезон дождей поля затапливаются естественным путем, а не наоборот. Осушение рисовых полей часто невозможно в сезон дождей. Заполнение рисовых полей водой также является важным фактором в борьбе с эрозией почвы в районах с высоким уровнем осадков и режимом грунтовых вод в районах муссонной Азии, которые имеют отчетливые засушливые и влажные сезоны. Рисовые поля с водно-болотными угодьями являются отличной заменой тропическим лесам с точки зрения контроля воды и эрозии, а также устойчивого плодородия почвы.Во-вторых, рис с возвышенностей не может быть хорошей заменой рису из водно-болотных угодий, поскольку его производственный потенциал при тех же уровнях затрат намного ниже. Варианты смягчения должны обеспечивать как сокращение выбросов метана, так и повышение устойчивого производства риса.

Управление водными ресурсами. Увеличение просачивания воды приведет к добавлению богатой кислородом воды к уменьшенному слою почвы и уменьшению выработки метана. Однако такая практика смягчения последствий возможна только там, где возможен полный контроль водоснабжения и дренажа.В подверженных засухе неорошаемых землях вода слишком ценна, чтобы ее можно было сливать. Для более высокой фильтрации воды требуется больше воды и может вызвать вредное вымывание питательных веществ. Значительные количества метана также могут выщелачиваться и впоследствии выбрасываться в атмосферу в другом месте (Kimura 1992). Временное аэрирование почвы путем прекращения орошения усиливает окисление метана и снижает образование метана, а также общие выбросы. Но периодическая аэрация может увеличить газовые потери азота в виде закиси азота (нитрификация-динитрификация).Сушка рисовых террас на склонах холмов может вызвать сильное растрескивание и обрушение конструкции террасы.

Водный стресс на любой стадии роста снижает урожайность риса. Содержание влаги в почве -50 кПа (немного выше емкости поля) может снизить урожайность зерна риса на 20-25% по сравнению с обработкой с постоянным затоплением (Де Датта, 1981). Рис наиболее чувствителен к водному стрессу на репродуктивной стадии, когда недостаток воды вызывает высокий процент стерильности (Yoshida 1981). Дефицит воды на вегетативной стадии снижает высоту растений, количество побегов и площадь листьев, а также резко снижает урожайность, если растения не восстанавливаются до цветения.

Продолжительность воздействия влаги более важна, чем стадия роста, на которой возникает стресс. Периодическая сушка или поддержание насыщения почвы только в течение вегетационного периода значительно снижает урожайность риса на большинстве тропических рисовых полей (Борелл и др., 1991). Но в субтропическом Китае, Японии и Корее периоды периодической сушки, а также скорость просачивания до 35 мм / день связаны с максимальным урожаем риса, вероятно, потому, что органические и неорганические токсины накапливаются из-за низкой температуры почвы в начале сезона.Короткие периоды аэрации в конце фазы кущения и непосредственно перед колошением повышают урожайность риса на заболоченных территориях (Wang Zhaoqian 1986) только в том случае, если за ними последует затопление.

Управление водными ресурсами является многообещающим кандидатом на сокращение выбросов метана с рисовых полей. Но необходимо разработать разумные и осуществимые методы управления, которые сокращают выбросы метана без увеличения потерь азота и повышения урожайности риса.

Сорта риса. Аэренхима рисовых растений обеспечивает перенос воздуха (кислорода) к корням и метана из анаэробной почвы в атмосферу.Поток газов в аэренхиме зависит от градиентов концентрации и коэффициентов диффузии корней и внутренней структуры, включая отверстия аэренхимы. Количество побегов на площадь, масса корня, характер укоренения и метаболическая активность также влияют на потоки газа. Диффузия кислорода и экссудация кислородных радикалов в сочетании с многочисленными метанокисляющими бактериями приводят к окислению метана в ризосфере, тогда как органические корневые экссудаты и корневой опад являются источником образования метана.

Широкое разнообразие этих признаков и связанных с ними уровней выбросов между сортами открывает возможность для выращивания сортов риса с низким потенциалом выбросов метана. Наследование основных черт и взаимосвязей для создания потенциала еще предстоит выяснить.

Внесение удобрений и другие методы выращивания. Качество, а также количество добавленных органических материалов влияют на образование метана. Внесение свежих органических веществ, таких как рисовая солома и сидераты, значительно увеличивает производство и выбросы метана.Применение компоста, который имеет более высокую степень гумификации, лишь незначительно увеличивает образование и потоки метана (Яги и Минами, 1990). Надежные технологии необходимо оценивать с учетом сохранения и повышения плодородия почвы, а также снижения выбросов метана. Чтобы сократить выбросы метана с рисовых полей на заболоченных территориях, может потребоваться минимизировать, а не максимизировать количество органических добавок. Но сидеральные удобрения и переработка пожнивных остатков иногда являются единственным кондиционером почвы и источником питательных веществ для многих малообеспеченных фермеров.В целом, использование органических добавок снижается по мере того, как становятся доступными химические удобрения, особенно азотные удобрения, и выращиваются подходящие сорта риса.

Мочевина составляет около 80% азота, вносимого в рис в Азии, а сульфат аммония составляет около 6% (De Datta 1981). Большинство фермеров вносят азотные удобрения в два или три раза. Первый раскол вносится во время окончательной подготовки земли или вскоре после посадки, а оставшийся разбрасывают на более поздних стадиях роста, особенно при зарождении метелки.Чтобы свести к минимуму потери азотных удобрений из-за улетучивания, рекомендуется закладывать гранулы удобрений на глубину 10 см во время окончательной подготовки почвы. Как правило, калийные и фосфорные удобрения вносятся подкормкой во время окончательной подготовки почвы. Хлорид калия является основным источником калия для удобрений, а суперфосфат — основным источником фосфорных удобрений. На кислых рисовых почвах можно применять фосфоритную руду.

Непосредственное влияние внесения химических удобрений на выбросы метана неясно.Поскольку большая часть метана выбрасывается через рисовые растения, улучшенный рост риса (больше побегов и корней) в ответ на внесение удобрений увеличивает выбросы. Но источник и способ применения также могут иметь прямое влияние (Schutz et al. 1989a). Сульфатсодержащие удобрения снижают выбросы метана. Сульфатредуцирующие бактерии конкурируют с метаногенами за ограниченный водород, но количество сульфата, обычно добавляемого в качестве удобрения, кажется недостаточным для достижения значительного эффекта.

Ингибиторы нитрификации, такие как нитрапирин и ацетилен, внесенные в почву, также ограничивают производство метана, не уменьшая значительного окисления метана.Медленное высвобождение ацетилена из карбида кальция, инкапсулированного в мочевину, значительно снизило выбросы метана и закиси азота из риса в тепличных экспериментах и ​​повысило урожайность риса (Bronson and Moiser 1991).

Воздействие различных других методов культивирования (подготовка земли, посев и пересадка растений, борьба с вредителями и сбор урожая) на выбросы метана еще не изучено подробно. Несколько наблюдений, проведенных Международным научно-исследовательским институтом риса (IRRI), показывают, что нарушения почвы, вызванные нынешними методами выращивания, выделяют большое количество захваченного почвой метана.Более широкое внедрение прямого посева (влажный и сухой посев) вместо пересадки, вероятно, снизит выбросы метана. У риса с прямым посевом периоды затопления короче, а нарушение культурного воздействия на восстановленные почвы сведено к минимуму.

Системы выращивания на основе риса. Диверсификация сельскохозяйственных культур — это реальный вариант сокращения общих выбросов метана и увеличения производства, а также доходов (Neue et al. 1991). В районах выращивания риса с поливом по выращиванию телятины производство может быть увеличено за счет выращивания двух-трех урожаев риса в год или путем последовательного возделывания высокогорных культур до или после одного или двух урожаев риса.В богарных водно-болотных угодьях, где остаточная влажность достаточна, за урожаем риса в сезон дождей может последовать урожай на возвышенностях. Большинство богарных земель остаются под паром в засушливый сезон.

Наиболее распространенными горными культурами, выращиваемыми в севообороте перед рисом, являются раннеспелая кукуруза, маш, вигна и картофель. После риса выращивают пшеницу, горчицу, маш, вигну, сою, кукурузу, нут, сладкий картофель, чечевицу и черную траву (Моррис и др., 1986). Интенсификация посевов за счет секвенирования посевов стала возможной, потому что раннеспелые сорта позволяют фермерам выиграть до 45 дней в вегетационный период для производства дополнительных культур.Рис с прямым посевом можно собирать даже на 15-30 дней раньше, чем саженцы того же сорта. Остаточная влажность почвы после выращивания риса на заболоченных территориях часто может дать кратковременный, хорошо укоренившийся урожай на возвышенностях, если будут приняты меры для уменьшения потерь воды во время подготовки земли и на ранней стадии вегетации горных культур (например, минимальная обработка почвы или ее отсутствие; Гомес и Зандстра 1982).

В системах возделывания риса на водно-болотных угодьях почвы возделываются в различных циклах анаэробной и аэробной фаз.Этот цикл подразумевает преобразование от луженной к зернистой структуре почвы и радикальные изменения кинетики питательных веществ, связанные с изменениями окислительно-восстановительного статуса почвы. Выращивание высокогорных культур после заболоченного риса является серьезной проблемой при интенсификации возделывания сельскохозяйственных культур. Избыток воды может замедлить подготовку почвы, а лужа, особенно глинистые, становятся плотными и твердыми при высыхании. Высокогорные посевы также подвергаются риску затопления, когда выпадают сильные поздние дожди.

Выводы

Сложные взаимодействия между образованием метана, окислением метана, выращиванием и выращиванием риса, а также выбросами метана требуют немедленного, комплексного и междисциплинарного исследовательского подхода, включая применение социально-экономических факторов и участие фермеров, для получения знаний, необходимых для разработки осуществимых и эффективных технологий смягчения последствий .Ожидается, что при нынешних технологиях возделывания выбросы метана с рисовых полей увеличатся, так как производство риса увеличится на 50-100% в течение следующих трех десятилетий. Однако использование комбинации возможных технологий смягчения воздействий дает большой потенциал для стабилизации или даже сокращения выбросов метана с рисовых полей при одновременном увеличении производства риса без кардинального изменения методов выращивания.

При финансовой поддержке Агентства по охране окружающей среды США IRRI начал базовые исследования потоков метана на рисовых полях в сотрудничестве с Институтом атмосферных исследований окружающей среды им. Фраунгофера в Гармиш-Партенкирхене, Германия, и Институтом биогеохимии водно-болотных угодий Университета штата Луизиана в Батоне. Руж.Чтобы поддержать национальные системы исследований риса в развитии их собственного потенциала по реагированию на проблему выбросов метана с рисовых полей и связать свой опыт с опытом передовых институтов, IRR1 также координирует межрегиональную исследовательскую программу по выбросам метана с рисовых полей, финансируемую Глобальным фондом. Экологический фонд Программы развития ООН. Эта программа включает совместные исследования метана на орошаемом, богарном и глубоководном рисе в Китае, Индии, Индонезии, Филиппинах и Таиланде.

Цитированная литература

Бачелет Д., Х.-У. Neue. Под давлением. Выбросы метана из водно-болотных рисовых районов Азии. Chemosphere.

Баучоп Т. 1967. Ингибирование метаногенеза в рубце аналогами метана. J. Bacteriol. 94: 171.

Борелл, А. К., С. Фукаи и А. Л. Гарсайд. 1991. Способы орошения риса в тропической Австралии. Int. Рис Res. Новости. l6 (3): 28.

Бауман, А.Ф., изд. 1989. Почвы и парниковый эффект.Джон Вили и сыновья. Нью-Йорк .

Бронсон. К. Ф., Мозье А. Р., 1991. Влияние инкапсулированного карбида кальция на выбросы диазота, закиси азота, метана и окиси углерода в затопленном рисе. Биол. Fertil. Почвы 7: 116-120.

Cicerone, R. J., and R. S. Oremland. 1988. Биогеохимические аспекты атмосферного метана. Global Biochem. Циклы 2: 299-327.

Cicerone, R. J., and J. D. Shetter, 1981. Источники атмосферного метана: измерения на рисовых полях и обсуждение.J. Geophys. Res. 86: 7203-7209.

Cicerone R.J., J. D. Shetter и C.C. Delwiche. 1983. Сезонные колебания потока метана с рисовых полей в Калифорнии. J. Geophys. Res. 88: 11022-11024.

Конрад, Р. 1989. Контроль производства метана в наземных экосистемах. Страницы 39-58 в M. O. Andrae and D. S. Schimmel, eds. Обмен легкими газами между наземными экосистемами и атмосферой. John Wiley & Sons, Нью-Йорк.

де Бонт, Дж. А. М., К.К. Ли и Д. Ф. Боулдин. 1978. Бактериальное окисление метана на рисовых полях. Ecol. Бык. 26: 91-96.

Де Датта, С.К. 1981. Принципы и практика производства риса. John Wiley & Sons, Нью-Йорк.

Denier van der Gon, H.A.C., H.U. Neue, R. S. Lantin, R. Wassmann, M. C. R. Alberto, J. B. Aduna и M. J. P. Tan. 1992. Факторы контроля выбросов метана с рисовых полей. Страницы 81-92 в Н. Х. Батьес и Э. М. Бриджес, ред. Всемирная инвентаризация эмиссионного потенциала почв.Отчет о Всемирной инвентаризации почвенных выбросов 2, Международный справочно-информационный центр по почвам, Вагенинген, Нидерланды.

Дикинсон, Р. Э. и Р. Дж. Цицероне. 1986 г. Будущее глобальное потепление за счет атмосферных микрогазов. Nature 319: 109-115.

Гарсия, Дж. Л. 1990. Таксономия и экология метаногенов. FEMS Microbiol. Откр. 87: 297-308.

Гомес, А.А. и Х.Г. Зандстра. 1982. Стратегия исследования систем возделывания риса. Страницы 381-394 в Стратегии исследования риса на будущее.Международный научно-исследовательский институт риса, Лос-Баньос, Филиппины.

Харрисон, У. Х. и П. А. С. Айер. 1913. Газы болотной рисовой почвы.1. Их состав и отношение к урожаю. Записки Министерства сельского хозяйства Индии, химия, серия 5 (3): 65-104.

Хобсон, П. Н. и Б. Г. Шоу. 1976. Ингибирование производства метана Methanobacterium formicium. Water Res. 10: 849.

Хольцапфель-Пшорн, А., Р. Конрад и В. Зайлер. 1985. Производство, окисление и выбросы метана на рисовых полях.FEMS Microbiol. Ecol. 31: 343-351.

______. 1986. Влияние растительности на выбросы метана из затопленных рисовых почв. Растения и почва 92: 223-233.

Хайман М. и П. М. Вуд. 1983. Окисление метана Nitrosomonas europaea. Biochem.J. 212: 31-37.

Межправительственная группа экспертов по изменению климата (МГЭИК). 1992. Изменение климата: Дополнительный отчет к научной оценке МГЭИК. Cambridge Universitv Press, Нью-Йорк.

Международный банк реконструкции и развития / Всемирный банк (МБРР).1986. Povert- и голод: исследование политики Всемирного банка. Вашингтон, округ Колумбия.

Международный научно-исследовательский институт риса (IRRI). 1989. IRRI к 2000 году и далее. IRRI, Манила, Филиппины.

_____. 1991. Мировая статистика риса, 1990 год. IRRI, Манила, Филиппины.

_____. 1992. Программный отчет за 1991 год. IRRI, Манила, Филиппины.

Халил, М. А. К., Р. А. Расмуссен, М. X. Ван и Л. Рен, 1991. Выбросы метана с рисовых полей в Китае. Environ.Sci. Technol. 25: 979-981.

Халил, М.А.К. и М. Ширер, ред. Под давлением. Глобальный атмосферный метан. Спрингер-Верлаг, Нью-Йорк.

Кимура, М. 1992. Эмиссия метана из рисовых полей в Японии и Таиланде. Страницы 43-79 в Н. Х. Батьес и Э. М. Бриджес, ред. Всемирная инвентаризация эмиссионного потенциала почв. WISE Report 2, ISRIC, Вагенинген.

Кояма Т., М. Хисида и Т. Томино. 1970. Влияние морских солей на метаболизм почв. 11. О газовом обмене.Почвоведение. PlantNutr. 16: 81-86.

Линдау, К. В., П. К. Боллих, Р. Д. Делон, В. Х. Патрик-младший и В. Дж. Ло, 1991. Влияние мочевины и факторов окружающей среды на выбросы метана с рисового поля Луизианы, США. Растения и почва 136: 195-203.

Макбрайд, Б.С. и Р.С. Вулф. 1971. Ингибирование метаногенеза ДДТ. Природа 234: 551.

Моррис Р. А., А. Патанотай, А. Шарифуддин и В. Р. Карангал. 1986. Связанные культуры в системах возделывания риса.Страницы 59-76 in Progress in Риса на богарных равнинах. Международный научно-исследовательский институт риса, Манила, Филиппины.

Neue, H.-U. 1991. Целостный взгляд на химию затопляемой почвы. Страницы 3-32 в «Управление почвами для устойчивого производства риса в тропиках». Монография № 2 Международного совета по исследованию и рациональному использованию почв, Бангкок, Таиланд.

Neue, H.-U., P. Becker-Heidmann. и Х. В. Шарпенсил. 1990. Динамика органического вещества, свойства почвы и культурные обычаи в

. рисовые земли и их связь с производством метана.Страницы 457-466 в A. F. Bouwman, ed. Почвы и парниковый эффект. John Wiley & Sons, Нью-Йорк.

Neue, H.-U., and P.A. Roger. Под давлением. Рисовое сельское хозяйство: факторы, контролирующие выбросы. В М. А. К. Халиле и М. Ширере, ред. Глобальный атмосферный метан. Спрингер-Вериаг, Нью-Йорк.

Neue, H.-U., C. Quijano и H. W. Scharpenseel. 1991. Сохранение и улучшение почв водно-болотных угодий. Страницы 279-303 в Оценке устойчивого управления земельными ресурсами в развивающихся странах.Международный совет по исследованиям и управлению почвами № 12 (2), Бангкок, Таиланд.

Neue, H.-U. и H. W. Scharpenseel. 1984. Газообразные продукты разложения органических веществ в затопленных грунтах. Страницы 311-328 в «Органические вещества и рис». Международный научно-исследовательский институт риса, Манила, Филиппины.

_____. 1987. Схема разложения меченной 14C рисовой соломы в аэробных и затопленных рисовых почвах Филиппин. Sci. Total Environ. 62: 431-434.

Нучи, И., С. Марико и К. Аоки. 1991. Механизмы переноса метана из ризосперы в атмосферу через рисовые растения. Plant Physiol. 94: 59-66.

Оремланд, Р. С., Л. М. Марш и С. Полчин. 1982. Производство метана и одновременное восстановление сульфатов в бескислородных солончаковых отложениях. Природа 296: 143-145.

Патель, Г. Г. и Л. А. Рот. 1977. Влияние хлорида натрия на рост и производство метана метаногенов. Может. J. Microbiol.6: 893.

Raimbult, M. 1975. Этюд ингибиторного влияния ацетилена на биологическое образование метана в растворе. Аня. Microbiol. (Институт Пастера) 126a: 217-258.

Раманатан В., Р. Дж. Цицероне, Х. Б. Сингх и Дж. Т. Киль. 1985. Проследите тенденции газа и их потенциальную роль в изменении климата. J. Geophys. Res. 90: 5547-5566.

Салвас, П. Л. и Б. Ф. Тейлор. 1980. Блокировка метаногенеза в морских отложениях ингибитором нитрификации 2-хлор-6 (трихлорметил) пиридином (нитрапином или N-серой).Curr. Microbiol. 4: 305.

Sass. Р. Л., Ф. М. Фишер, П. А. Харкомб и Ф. Т. Тернер. 1991. Производство и выбросы метана на рисовом поле в Техасе. Global Biogeochem. Циклы 4: 47-68.

Сасс Р. Л., Ф. М. Фишер, Ю. Б. Ван, Ф. Т. Тернер и М. Ф. Джунд. 1992. Выбросы метана с рисовых полей: влияние управления паводковыми водами. Global Biogeochem. Циклы 6: 249-262.

Шютц, Х., А. Хольцапфель-Пшорн, Р. Конрад, Х. Ренненберг и В. Зайлер.l989a. Трехлетний непрерывный отчет о влиянии дневного времени, сезона и обработки удобрений на уровень выбросов метана с итальянских рисовых полей. J. Geophys. Res. 94: 16405-16416.

Schütz, H., W. Seiler и R. Conrad. 1989b. Процессы, участвующие в образовании и выбросе метана на рисовых полях. Биогеохимия 7: 33-53.

Шютц, Х., В. Зайлер и Х. Ренненберг. 1990. Источники и поглотители метана, связанные с почвами и землепользованием (Ch5) в контексте глобального бюджета метана.Страницы 268–285 в A. F. Bouwman, ed. Почвы и парниковый эффект. John Wiley & Sons, Нью-Йорк.

Зайлер, В., А. Хольцапфель-Пшорн, Р. Конрад и Д. Шарфф. 1984. Выбросы метана с рисовых полей. J. Atmos. Chem. 1: 241-268.

Smith, M. R., and R.A. Mah. 1981. 2-Бромэтансульфонат: селективный агент для выделения резистентных Methanosarcina mutans. Curr. Microbiol. 6: 321.

Такай Ю. 1970. Механизм ферментации метана в затопляемых почвах.Почвоведение. Завод Нутр. 16: 238.

Такай Ю., Т. Кояма и Т. Камура. 1956. Микробный метаболизм в процессе восстановления рисовой почвы. Часть 1. Почвенный корм для растений 2 (2): 63-66.

Вален, М., Н. Танака, Р. Генри, Б. Дек, Дж. Зеглен, Дж. С. Фогель, Дж. Саутон, А. Шемеш, Р. Фэрбенкс и У. Брокер. 1989 г. Углерод-14 в источниках метана и в атмосферном метане: вклад ископаемого углерода. Наука 245: 286-290.

Ван Чжаоцянь. 1986. Рисовые системы в субтропическом Китае.Страницы 195-206 в A. S.

ExxonMobil полевые испытания новых комплексных технологий мониторинга метана

• Ведущий в отрасли пилотный проект оценивает перспективные технологии следующего поколения
• Обследования и испытания определяют наиболее эффективные методы дальнейшего сокращения выбросов
• Данные в реальном времени об испытаниях, использованных для сокращения выбросов метана

В ходе полевых испытаний оценивается эффективность и масштабируемость ряда технологий обнаружения нового поколения, в которых помимо спутников используются беспилотные летательные аппараты, самолеты, вертолеты, наземные мобильные и фиксированные датчики положения.Все технологии и методы развертывания будут использоваться для обнаружения утечек и выявления потенциальных решений, которыми можно будет поделиться с другими операторами нефтегазовой отрасли.

«Испытывая наиболее многообещающие технологии обнаружения метана в полевых условиях, мы предоставляем жизнеспособные решения, которые могут быть приняты другими производителями для обнаружения и сокращения выбросов метана», — сказал Стаале Гьервик, старший вице-президент ExxonMobil по нетрадиционным технологиям. «Мы применяем научную строгость и предпринимаем активные шаги, чтобы найти коммерчески масштабируемые и доступные решения для всех операторов.”

Эти технологии подтверждаются комбинацией полевых наблюдений, оптических камер для визуализации газов и портативных приборов для обнаружения метана. ExxonMobil также сравнивает измерения с данными наблюдений за выбросами с подветренной стороны с использованием технологии Aerodyne Research, которая позволяет проводить комплексные измерения выбросов на объекте.

«Мы уже видим преимущества некоторых из этих технологий», — сказал Гьервик. «В ходе испытаний мы обнаружили источники метана, которые в противном случае не были бы обнаружены так эффективно или быстро при нынешних методах, предписанных правилами.Компания стремится немедленно расследовать и устранять выбросы метана, обнаруженные во время испытаний ».

Полевые испытания основаны на ранее объявленных ExxonMobil инициативах по сокращению выбросов. По состоянию на конец 2019 года компания сократила выбросы почти на 20 процентов в своих нетрадиционных операциях в США по сравнению с уровнями 2016 года, и компания продолжает выполнять свои общекорпоративные обязательства по сокращению выбросов метана на 15 процентов и сокращению сжигания на факеле на 25 процентов к концу 2020 года.Успешная программа ExxonMobil по добровольному контролю за метаном включает структурированные протоколы обнаружения и ремонта утечек, приоритетную замену пневматических устройств с высокой степенью утечки, технологические усовершенствования инфраструктуры и существенный сбор данных и исследования.

В марте ExxonMobil представила модельную основу для отраслевых нормативов по метану и призвала заинтересованные стороны, разработчиков политики и правительства разработать комплексные усовершенствованные правила для сокращения выбросов на всех этапах производства.

Компания поддерживает Руководящие принципы по метану, подписанные в 2017 году и внедряемые в сотрудничестве с многонациональными заинтересованными сторонами.

С 2000 года ExxonMobil инвестировала около 10 миллиардов долларов в проекты по исследованию, разработке и внедрению энергетических решений с низким уровнем выбросов. Компания также продолжает расширять совместные усилия с более чем 80 университетами по всему миру, чтобы исследовать энергетические технологии следующего поколения.

Ниже приведены технологии и поставщики технологий, участвовавшие в тестировании.

Воздушное наблюдение
Bridger Photonics — Воздушный датчик обнаружения и дальности (LiDAR) для точного обнаружения и измерения утечек.
Scientific Aviation — Самолеты, оснащенные датчиками, вместе с погодой и атмосферной информацией для измерения выбросов метана.
Kairos Aerospace — Спектрометр для обнаружения метана, устанавливаемый на самолете, с одновременной оптической съемкой и геолокацией для быстрого обнаружения крупных утечек.
Leak Surveys Inc. — Съемка изображений газов на вертолетах.
SeekOps — Газовые датчики, установленные на дронах, для обнаружения и количественной оценки выбросов метана.

Спутниковое наблюдение
GHGSat — Спутник измеряет концентрацию метана для обнаружения утечек и оценки уровней выбросов.

Монитор, устанавливаемый на грузовике
mAIRsure — Автономные датчики, устанавливаемые на грузовике, измеряют выбросы метана.

Монитор с фиксированным положением
Тропосфера — Стационарные датчики метана и ветра постоянно контролируют выбросы.

###

О компании ExxonMobil

ExxonMobil, одна из крупнейших публичных международных энергетических компаний, использует технологии и инновации для удовлетворения растущих мировых потребностей в энергии. ExxonMobil обладает ведущими в отрасли запасами ресурсов, является одним из крупнейших переработчиков и продавцов нефтепродуктов, а его химическая компания — одной из крупнейших в мире. Чтобы узнать больше, посетите exxonmobil.com и Energy Factor.

Следуйте за нами в Twitter и LinkedIn.

Предупреждение : Заявления, которые ссылаются на будущие события или условия в этом пресс-релизе, являются прогнозными заявлениями. Фактические будущие результаты, включая планы и результаты проектов, могут значительно отличаться в зависимости от изменений в долгосрочных ценах на нефть или газ и других рыночных или экономических факторов, влияющих на нефтяную отрасль; своевременное завершение и результаты будущих геологоразведочных программ; производительность пласта; неожиданные технические трудности или другие технические или эксплуатационные факторы; действия государственных или контролирующих органов, в том числе получение необходимых разрешений и согласований; результат коммерческих переговоров; и другие факторы, перечисленные в разделе «Факторы, влияющие на будущие результаты» на странице для инвесторов на веб-сайте ExxonMobil по адресу www.exxonmobil.com и в Пункте 1A последней формы 10-K ExxonMobil.

детективов по обнаружению метана: может ли волна новых технологий сократить утечки природного газа?

Если вы едете по Каунти-роуд 28 к югу от Платтевилля, повсюду вы увидите признаки нефтегазового бума в Колорадо. Резервуары-хранилища и устья усеивают горизонт. Связки труб лежат на обочине дороги, ожидая, пока они станут трубопроводами. Буровые установки вырисовываются за огромными коричневыми временными звуковыми барьерами, в двух шагах от домов и предприятий.

Эту инфраструктуру невозможно пропустить, но метан, который из нее вытекает, обнаружить гораздо сложнее. Вот почему Грег Рикер и его коллега находятся здесь холодным, залитым солнцем утром в центре бассейна Денвер-Джулесбург — одной из горячих точек страны, — настраивают свой частотный гребенчатый лазер.

Стоя на небольшом трейлере с устройством за 150 000 долларов, Рикер указывает через лужайку в сторону колодца в полумиле от него. «Мы использовали эту систему, чтобы определить место утечки на площади около 5 квадратных метров», — говорит он.«Вопрос в том, когда начинаются утечки, как правильно их отслеживать и определять, чтобы мы могли предупредить оператора о проблеме. Там 20 000 колодцев. Это решение, выращенное в Колорадо с использованием технологии Колорадо ».

Рикер — профессор машиностроения в Университете Колорадо в Боулдере и технический директор LongPath Technologies, стартапа, цель которого — предоставить нефтегазовым компаниям новый метод обнаружения утечек метана на их предприятиях. Он входит в число растущих кадров ученых и предпринимателей, работающих над разработкой и внедрением новых технологий для решения растущей проблемы утечек метана в цепочке поставок ископаемого топлива.

В Соединенных Штатах неорганизованные выбросы от нефтегазовой промышленности составляют около 13 миллионов метрических тонн в год.

В Соединенных Штатах неорганизованные выбросы от нефтегазовой промышленности составляют примерно 13 миллионов метрических тонн в год, что составляет 2 миллиарда долларов недополученной выручки; во всем мире стоимость утечки газа составляет 30 миллиардов долларов.

Метан является мощным фактором изменения климата, улавливая в 86 раз больше тепла, чем углекислый газ, за ​​20-летний период.На сегодняшний день на него приходится около четверти общего атмосферного потепления, но он сохраняется в атмосфере всего около десяти лет, что делает сокращение выбросов метана относительно быстродействующим рычагом воздействия на климат.

Это воздействие на климат было основной причиной, по которой Агентство по охране окружающей среды США при президенте Бараке Обаме издало в 2016 году правило, устанавливающее ограничения на выбросы метана из новых и модифицированных источников нефти и газа и требующее, чтобы операторы контролировали и ремонтировали протекающее оборудование.В августе EPA президента Трампа объявило о замещающем правиле, которое отменяет эти требования, фактически освобождая компании от обязанности регулярно отслеживать и устранять утечки метана на своих предприятиях.

Нефтегазовые гиганты, такие как BP, ExxonMobil и Shell, выступили против недавнего отката и пообещали продолжить добровольные меры по сокращению собственных выбросов метана. За этими обещаниями стоит опасение, что отказ от устранения этих утечек подорвет продвигаемое в отрасли представление о природном газе как «чистом» топливе и повлечет за собой более жесткие ограничения в будущем.

Частотный гребенчатый лазер от LongPath Technologies направляет лучи лазерного света на месторождения нефти и газа, обнаруживая газовые облака и измеряя размер утечек. Предоставлено: С.Сайзмор / LongPath Technologies

Исследование, опубликованное в прошлом году в журнале Science , показало, что общие выбросы метана из нефти и газа США на 60 процентов выше, чем инвентарные запасы Агентства по охране окружающей среды, что эквивалентно утечке в атмосферу 2,3 процента добычи природного газа. Если компании искренне стремятся остановить эти утечки, отраслевые эксперты говорят, что существует острая необходимость во внедрении новых технологий мониторинга в их обширные операции, от устья скважины до трубопроводов, от компрессорных станций до хранилищ.«Когда вы смотрите в будущее, ахиллесова пята газовой промышленности — это выбросы метана», — сказал исполнительный директор Международного энергетического агентства Фатих Бирол на форуме Американского института нефти в сентябре.

Рикер делает ставку на то, что его лазерная система может улавливать утечки более эффективно и по доступной цене, чем текущий отраслевой стандарт, который включает использование инфракрасной камеры за 100000 долларов для случайного сканирования клапанов, резервуаров, сепараторов и компрессоров на площадке колодца несколько раз за раз. год.Способность камеры обнаруживать утечки во многом зависит от погодных условий и навыков оператора; он также собирает данные только как единый моментальный снимок и не указывает размер утечки. Между тем частотный гребенчатый лазер Rieker непрерывно перемещается по равнине в течение недель и месяцев, выискивая и подсчитывая ошибочные молекулы метана.

Десятки других предпринимателей также работают над поиском новых способов обнаружения неорганизованных выбросов, делая устройства автономными, более дешевыми, точными, более эффективными в обнаружении крупных утечек — или всего вышеперечисленного.Многие из этих новаторских решений появляются в лабораториях и офисных парках северо-востока Колорадо. Поскольку Вашингтон отказывается от мониторинга метана, передний хребет штата стал де-факто столицей метановых детективов.

Отчасти причина в том, что в штате самые жесткие правила по утечке метана в стране. (Агентство по охране окружающей среды времен Обамы смоделировало свое собственное предложенное правило по метану на основе правила Колорадо.) Эти правила были приняты в 2014 году для борьбы с устойчивым загрязнением озоном, от которого страдают столичный район Денвера и другие части штата, в основном в результате производства ископаемого топлива.Метан способствует образованию озона на уровне земли, а также выделяется вместе с другими летучими органическими соединениями, которые являются предшественниками озона.

Отрасль ископаемого топлива требует точных, не требующих обслуживания, автономных систем, которые можно оставить в полевых условиях, отправляя данные в облако.

Но есть и другие факторы, побуждающие к исследованиям и здесь. Близость плотных месторождений нефти и газа, быстрорастущих жилых районов, таких как Лонгмонт и Боулдер, и ведущих исследовательских институтов, таких как Университет Колорадо (CU) в Боулдере, Национальное управление океанических и атмосферных исследований (NOAA) и Национальный институт стандартов и технологий (NIST) сделали эту часть штата Колорадо одновременно испытательным полигоном и очагом инноваций в области обнаружения утечек.

Дирк Рихтер — научный сотрудник Института арктических и альпийских исследований при Калифорнийском университете, где он проектирует и конструирует высокоточные инструменты для отбора проб атмосферы в лаборатории, расположенной напротив университетского городка Рикера. Он также является основателем Quanta3, стартапа, который он и его коллега запустили в своем гараже для разработки системы, которая могла бы обеспечить непрерывный наземный мониторинг утечек газа.

По его словам, отрасли нужны точные, не требующие особого обслуживания автономные системы, которые можно оставить в полевых условиях и спокойно отправлять данные в облако, не требуя частых проверок.В то время как система Рикера представляет собой первое в истории практическое применение некоторых физических достижений, удостоенных Нобелевской премии, устройство Рихтера основано на перестраиваемых лазерных диодах, которые широко используются в волоконно-оптических кабелях. Их преимущество в том, что они легкие, прочные и проверенные на протяжении многих лет разработки в области телекоммуникаций.

«Мы сосредоточены на создании надежных датчиков для неблагоприятных условий окружающей среды», — говорит Рихтер. «Нефтегазовые месторождения — это ветреные, пыльные, жаркие или очень холодные места». Другое главное ограничение — это, конечно, стоимость.«Лазерные спектрометры на самолетах могут стоить 250 000 долларов каждый. Мы можем предложить решение, которое по объему стоит 3 доллара на сайт в день, что меньше, чем чашка кофе для работы ».

Дирк Рихтер (слева), основатель Quanta3, проверяет систему обнаружения метана своей компании на кустовой площадке Statoil в округе Карнес, штат Техас.Предоставлено: Джон Дэвидсон, Фонд защиты окружающей среды

.

Фиджи Джордж, директор по климату и устойчивому развитию в Cheniere Energy, крупнейшем экспортере СПГ в США, говорит, что если они станут зрелыми, коммерчески жизнеспособными технологиями, решения для непрерывного мониторинга, такие как решения Рикера и Рихтера, станут «святым Граалем» для отрасли. .

Оба стартапа проводят полевые испытания с партнерами по отрасли: LongPath, компания Рикера, проводит полевые испытания по мониторингу хранилищ газа в Колорадо и Калифорнии.Quanta3, компания Рихтера, установила партнерские отношения с такими крупными компаниями, которые занимаются добычей ископаемого топлива, такими как Equinor (ранее Statoil) и Shell, для тестирования своих систем на сланцевых пластах Игл-Форд в Техасе и в Альберте, Канада, соответственно. (Датчик в Eagle Ford продолжал передавать свои автоматические обновления во время урагана Харви в 2017 году.)

Многие из новых предложений по детектированию включают вариации лазерной абсорбционной спектроскопии — признанного метода, который объединяет лазерный источник, зеркала и детекторы для измерения количества света, поглощаемого газом, — и все это связано с программным обеспечением, которое преобразует этот сигнал в метан. число концентрации.В офисе рядом с крошечным аэропортом Боулдера Стивен Конли руководит компанией Scientific Aviation. Он и небольшая группа ученых-авиаторов управляют парком небольших самолетов, чтобы предоставлять услуги по мониторингу выбросов как промышленности, так и регулирующим органам. Опытный атмосферный ученый и опытный пилот, Конли был первым человеком, который обнаружил и измерил самую большую утечку метана, когда-либо зарегистрированную в США, которая началась в хранилище природного газа в каньоне Алисо в Южной Калифорнии в октябре 2015 года.

Ранее в этом году Конли представил новую услугу: дроны, оснащенные легкими лазерными спектрометрическими датчиками и канистрами для отбора проб воздуха, для контроля выбросов метана гораздо ближе к их источникам. В то время как система, установленная на самолете, подобная той, что он пролетел на тысячи футов над каньоном Алисо, может обнаруживать утечки величиной до 10 килограммов в час, его дроны, по его словам, могут обнаруживать гораздо меньшие утечки, до 10 граммов в час. Scientific Aviation также решила сделать свои разработки и программное обеспечение с открытым исходным кодом.«Мы опубликовали нашу методологию, поэтому каждый в мире может это сделать», — говорит Конли. «Мы здесь не только для того, чтобы зарабатывать деньги. Мы здесь, чтобы сократить глобальные выбросы метана. Мы верим в дело ».

Дрон, оснащенный датчиками лазерного спектрометра и канистрами для отбора проб воздуха, разработанный компанией Scientific Aviation.Научная авиация

Однако не все новые решения зависят от лазерной спектроскопии. Компания Ball Aerospace со штаб-квартирой в Брумфилде, штат Колорадо, разработала систему LiDAR для воздушного картирования утечек с высоким разрешением. Некоторые другие фирмы ищут решения, которые адаптируют электрохимические датчики или портативные газовые датчики, используемые для определения уровня алкоголя в водителях, с целью обнаружения метана.

Большинство новаторов из Колорадо тестируют свои технологии в Центре оценки технологий выбросов метана (METEC), учреждении на окраине Форт-Коллинза, финансируемом Университетом США.S. Программа Агентства по перспективным исследовательским проектам Министерства энергетики США (ARPA-E). На первый взгляд объект METEC выглядит так же, как буровые площадки на County Road 28. Но на поверхность не закачивается ни нефть, ни газ — только метан в тщательно контролируемых выбросах из 200 различных точек утечки. METEC — единственный объект такого рода в стране, обладающий способностью выполнять сложные и требовательные симуляции, в которых приезжающие бригады должны одновременно искать несколько небольших утечек. «Я здесь, чтобы обливать все холодной водой, — говорит Дэн Зиммерл, исследователь из Университета штата Колорадо, руководитель METEC.

METEC тестирует как стационарные системы, такие как Rieker, так и мобильные, включая воздушные системы, установленные на вертолетах и, все чаще, на дронах. «Произошел взрывной рост количества технологий и диапазона систем, которые вы видите», — говорит Арвинд Равикумар, доцент кафедры энергетики Гаррисбургского университета, который в прошлом году руководил обширным полевым испытанием различных технологий мониторинга метана в METEC.

Этот всплеск изобретений «предоставляет огромную возможность сократить выбросы при меньших затратах и ​​намного быстрее, чем мы использовали раньше», — говорит Равикумар.«Если мы собираемся достичь нулевых выбросов к 2050 году, наша нынешняя практика использования ископаемого топлива не может продолжаться. Но мы должны серьезно подумать, что можно сделать с нефтью и газом — завтра мы не собираемся отключать все эти трубы. Каждая уменьшенная тонна метана и углекислого газа является преимуществом в решении долгосрочной задачи по смягчению последствий изменения климата ».

«Эту проблему не решить с помощью какой-либо одной технологии», — говорит один ученый. «Это будет пакет, который охватывает всю цепочку поставок.”

Тем не менее, отраслевые эксперты говорят, что без федеральных нормативных актов, заставляющих операторов инвестировать, есть предел тому, насколько эти предприятия могут расти. Shell, BP, ExxonMobil и другие компании, работающие с ископаемым топливом, выпустили волну пресс-релизов как после отмены EPA в августе, так и во время встреч Организации Объединенных Наций по климату в Нью-Йорке в сентябре, пообещав продолжить свои добровольные усилия по сокращению выбросов метана. Но пока эти обещания не привели к существенным инвестициям в новые технологии утечки метана.

«Судя по пресс-релизам, я должен был продать тысячи датчиков», — говорит Рихтер. «Они не подкрепляют это … собственными инвестициями. Я думаю, что федеральное регулирование по-прежнему является необходимым средством, чтобы заставить их что-то делать. Когда есть правило, которое заставляет всех делать одно и то же — вот когда они будут вкладывать деньги ».

Если это вложение будет осуществлено, выгода может увеличиться даже за пределами удаления из атмосферы сверхпогревающих загрязнителей. Около миллиона действующих скважин вокруг U.S., что потребует постоянного мониторинга и 300 000 миль межгосударственных газопроводов — не говоря уже о тысячах компрессорных станций и более 100 объектах сжиженного природного газа — обнаружение метана с использованием всех этих новых инструментов может стать значительным экономическим двигателем.

«Это рабочие места, которые могут появиться в западном Техасе, сельском Колорадо, сельском Арканзасе», — говорит Равикумар. «У него есть потенциал для увеличения экономической активности, с подрядчиками на регулярной основе и целым рядом вспомогательных услуг, которые необходимо будет предоставить в этих регионах.”

Более того, ученые, предприниматели и отраслевые аналитики видят простор для множества различных технологий обнаружения метана, которые могут найти рынок. «Эта проблема не может быть решена с помощью какой-либо одной технологии», — говорит Рикер.