كل شيء عن الغاز الطبيعي: تكوين وخصائص وإنتاج واستخدام الغاز الطبيعي

نظرًا للكفاءة العالية في استخدام الطاقة والود البيئي ، فإن الغاز الطبيعي ، إلى جانب النفط ، لهما أهمية قصوى. يستخدم على نطاق واسع كوقود ، ويعمل أيضًا كمواد خام قيمة للصناعة الكيميائية.

وعلى الرغم من أن استخدام الغاز أصبح يوميًا ومعتادًا ، إلا أنه لا يزال من الصعب تكوينه ومادة خطرة إلى حد ما - للوصول إلى حارق جهاز الغاز ، فإنه يذهب إلى طريق طويل وصعب.

في المقالة سنقوم بتحليل القضايا الرئيسية المتعلقة بالغاز الطبيعي القابل للاحتراق - سنتحدث عن تكوينه وخصائصه ، ووصف مراحل إنتاج الغاز ونقله ومعالجته ، ونطاق تطبيقه. خذ بعين الاعتبار الأفكار الحديثة حول أصل احتياطيات الهيدروكربون والحقائق والفرضيات المثيرة للاهتمام.

ما هو الغاز الطبيعي القابل للاشتعال؟

هناك رأي بأن الغاز يقع تحت الأرض في فراغات ويمكن استخراجه بسهولة من هناك ، وهو ما يكفي لحفر بئر. ولكن في الواقع ، كل شيء أكثر تعقيدًا: يمكن وضع الغاز داخل صخر مسامي ، ويمكن إذابته في الماء ، والهيدروكربونات السائلة ، والنفط.

لفهم سبب حدوث ذلك ، فقط تذكر أن كلمة "غاز" تأتي من اليونانية "فوضى"، وهو ما يعكس مبدأ سلوك المادة. في الحالة الغازية ، تتحرك الجزيئات بشكل عشوائي ، في محاولة لملء الحجم المحتمل بأكمله بشكل موحد. ونتيجة لذلك ، فهي قادرة على الاختراق والذوبان في مواد أخرى ، بما في ذلك السوائل والمعادن الأكثر كثافة. يعمل الضغط العالي ودرجة الحرارة على تعزيز عملية الانتشار بشكل كبير. غالبًا ما يكون على شكل "كوكتيل" مثل هذا الغاز الطبيعي الموجود في الأمعاء.

لكن أولاً ، لنتحدث عن ماهية الغاز وما هو - فكر في التركيب الكيميائي والخصائص الفيزيائية للغاز الطبيعي القابل للاحتراق.

الميزات الكيميائية

الغاز المستخرج من الأمعاء ، والذي يسمى "طبيعي" ، هو خليط من الغازات المختلفة.

في التكوين ، ينقسم إلى ثلاث مجموعات من المكونات:

• احتراق- الهيدروكربونات ؛
• غير قابل للاحتراق (كوابح) - النيتروجين وثاني أكسيد الكربون والأكسجين والهيليوم وبخار الماء ؛
• ضار الشوائب - كبريتيد الهيدروجين والميركابتان.

المجموعة الأولى والرئيسية هي مجموعة من هيدروكربونات الميثان (متجانسات) مع عدد ذرات الكربون من 1 إلى 5. أكبر نسبة في الخليط هي الميثان (من 70 إلى 98٪) التي تحتوي على ذرة كربون واحدة. يتراوح محتوى الغازات الأخرى (الإيثان والبروبان والبيوتان والبنتان) من الوحدات إلى أعشار النسبة المئوية.

يتميز الغاز المنتج من الحقول بتركيز عال من الميثان. في المادة المصاحبة المستخرجة من النفط ، تكون نسبة الميثان أقل بكثير: 30 - 60٪ ، والمتجانسات أعلى: 10 - 20٪

بالإضافة إلى الهيدروكربونات ، قد توجد مواد غير قابلة للاحتراق بكميات صغيرة في الخليط: كبريتيد الهيدروجين والنيتروجين وثاني أكسيد الكربون وأول أكسيد الكربون والهيدروجين وغيرها. ولكن ، اعتمادًا على المجال ، يمكن أن تتذبذب نسب الهيدروكربونات ، وكذلك تركيبة الغازات الأخرى بشكل كبير.

الخصائص الفيزيائية للغاز

وفقا للخصائص الفيزيائية للميثان CH₄ عديم اللون والرائحةاحتراق للغاية. بتركيزات في الهواء أكثر من 4.5٪ - متفجر. هذه الخاصية ، إلى جانب عدم وجود الرائحة ، تشكل تهديدًا كبيرًا ومشكلة. خاصة في المناجم ، حيث يمتص الفحم الميثان.

كتبنا عن أسباب انفجار غاز في الظروف الداخلية في هذه الاشياء.

لإعطاء الغاز رائحة ، من أجل الكشف عن تسرباته ، تضاف إليه مواد خاصة ذات رائحة كريهة ، ورائحة ، قبل النقل. في أغلب الأحيان ، هذه مركبات تحتوي على الكبريت - إيثان إيثيول أو إيثيل ميركابتان. يتم اختيار جزء الشوائب بحيث يمكن ملاحظة التسرب عند تركيز غاز بنسبة 1٪.

الميزة الرئيسية للوقود الأزرق هي حرارته النوعية العالية للاحتراق - 39 ميجا جول / كجم. في هذه الحالة ، يتم إطلاق مواد غير ضارة: الماء وثاني أكسيد الكربون. هذا أيضًا عامل مهم يسمح باستخدام الميثان في الحياة اليومية.

من أين يأتي الغاز من أحشاء الأرض؟

على الرغم من أن الناس تعلموا استخدام الغاز منذ أكثر من 200 عام ، إلا أنه حتى الآن لا يوجد إجماع حول مصدر الغازات في أحشاء الأرض.

نظريات المنشأ الأساسية

هناك نظريتان رئيسيتان لأصلها:

• المعدنيةوشرح تكوين الغاز من خلال عمليات إزالة الغازات الهيدروكربونية من طبقات أعمق وأكثر كثافة من الأرض ورفعها إلى مناطق ذات ضغط أقل ؛
• عضوي (حيوي)والذي بموجبه يكون الغاز نتاج تحلل بقايا الكائنات الحية تحت ظروف الضغط العالي ودرجة الحرارة ونقص الهواء.

في الحقل ، يمكن أن يكون الغاز على شكل مجموعة منفصلة ، أو غطاء غاز ، أو محلول في الزيت أو الماء ، أو هيدرات الغاز. في الحالة الأخيرة ، توجد الرواسب في صخور مسامية بين طبقات من الصلصال المحكم بالغاز. في معظم الأحيان ، تكون هذه الصخور من الحجر الرملي المضغوط والكربونات والحجر الجيري.

حصة حقول الغاز التقليدية هي 0.8٪ فقط. تقع نسبة أكبر قليلاً على الغاز العميق والفحم والغاز الصخري - من 1 ، 4 إلى 1.9٪. أكثر أنواع الرواسب شيوعًا هي الغازات المذابة في الماء والهيدرات - بنسب متساوية تقريبًا (46.9٪ لكل منهما)

نظرًا لأن الغاز أخف من النفط ، والماء أثقل ، فإن موضع الحفريات في الخزان دائمًا هو نفسه: الغاز فوق النفط ، والماء يدعم حقل النفط والغاز بأكمله أدناه.

الغاز في الخزان تحت الضغط. كلما كانت الرواسب أعمق ، كانت أعلى. في المتوسط ​​، لكل 10 أمتار ، تكون زيادة الضغط 0.1 ميجا باسكال. توجد تشكيلات ضغط مرتفع بشكل غير طبيعي. على سبيل المثال ، على رواسب Achimov من رواسب Urengoy ، يصل إلى 600 أجواء وأعلى بعمق 3800 إلى 4500 متر.

حقائق وفرضيات مثيرة للاهتمام

منذ وقت ليس ببعيد كان يعتقد أنه يجب استنفاد احتياطيات النفط والغاز العالمية بالفعل في بداية القرن الحادي والعشرين. على سبيل المثال ، كتب عالم الجيوفيزياء الأمريكي الموثوق هوبرت عن هذا الأمر في عام 1965.

حتى الآن ، تواصل العديد من البلدان زيادة إنتاج الغاز. لا توجد علامات حقيقية على أن احتياطيات الهيدروكربون تنفد.

وفقا لطبيب العلوم الجيولوجية والمعدنية V.V. Polevanova ، تنتج هذه المفاهيم الخاطئة عن حقيقة أن نظرية الأصل العضوي للنفط والغاز لا تزال مقبولة بشكل عام وتمتلك عقول معظم العلماء. على الرغم من أن D.I. أثبت Mendeleev نظرية الأصل العميق غير العضوي للنفط ، ثم أثبت ذلك Kudryavtsev و V.R. لارين.

لكن العديد من الحقائق تتحدث عن الأصل العضوي للهيدروكربونات.

هنا بعض منهم:

• يتم اكتشاف الرواسب على أعماق تصل إلى 11 كم ، في الأسس البلورية ، حيث لا يمكن أن يكون وجود المادة العضوية نظريًا ؛
• باستخدام النظرية العضوية ، يمكن تفسير 10٪ فقط من احتياطيات الهيدروكربون ، و 90٪ المتبقية لا يمكن تفسيرها ؛
• اكتشف المسبار الفضائي كاسيني في عام 2000 على القمر الصناعي لموارد زحل تيتان الهيدروكربونية العملاقة على شكل بحيرات ، بارتفاع عدة مرات من الأرض.

تشرح الفرضية التي طرحها لارين من هيدريد الأرض في البداية أصل الهيدروكربونات عن طريق تفاعل الهيدروجين مع الكربون في أعماق الأرض وما تلاه من تفريغ غاز الميثان.

وفقا لها ، لا توجد رواسب جوراسية قديمة. يمكن أن يتشكل كل النفط والغاز في المدى من 1 إلى 15 ألف سنة مضت. مع استمرار عملية الاختيار ، يمكن تجديد المخزونات تدريجيًا ، كما هو موضح في حقول النفط المتطورة والمتروكة منذ فترة طويلة.

كيف هو التعدين والنقل؟

تبدأ عملية استخراج الغاز الطبيعي القابل للاحتراق ببناء الآبار. اعتمادًا على حدوث الطبقة الحاملة للغاز ، يمكن أن يصل عمقها إلى 7 كم. مع تقدم الحفر ، يتم تخفيض الأنبوب (الغلاف) في البئر. لمنع تسرب الغاز من خلال المسافة بين الأنبوب وجدران البئر ، يتم عمل الحقن - سد الفجوة بالطين أو الأسمنت.

في نهاية البناء ، تتم إزالة جهاز الحفر وتركيب تركيبات النافورة على رأس الغلاف. إنه تصميم الصمامات والصمامات ، يعمل على اختيار الغاز من البئر.

يمكن أن يكون عدد الآبار كبيرًا جدًا.

يتم تعيين العديد من الوظائف لتركيبات النافورة: فهي تحمل أنابيب الأنابيب المعلقة في البئر ، وتتحكم في أوضاع التشغيل ، وتقيس معلمات الأجزاء الخارجية والداخلية للبئر

تتم دورة إنتاج الغاز الطبيعي بالكامل على ثلاث مراحل:

1. تطوير مجال الغاز. نتيجة للحفر ، يتم إنشاء فرق الضغط. ونتيجة لذلك ، يتحرك الغاز عبر الخزان إلى الآبار.
2. تشغيل آبار الغاز. في هذه المرحلة ، يمر الغاز عبر الغلاف.
3. الجمع والتحضير للنقل. يتم توريد الغاز من جميع تركيبات النافورة إلى المجمعات التكنولوجية الخاصة لمحطات معالجة الغاز. هم غاز جاف التنظيف من الشوائب الضارة.

حتى التركيزات الصغيرة من كبريتيد الهيدروجين أو بخار الماء أو الجسيمات تؤدي إلى التآكل السريع وتكوين الهيدرات والأضرار الميكانيكية للسطح الداخلي لخط الأنابيب.

يتم الإعداد النهائي للنقل في المقر الرئيسي. وتشمل المعالجة اللاحقة وإزالة مكثفات الهيدروكربون وتبريد الغاز لتقليل حجمه.

النوع الرئيسي لنقل الغاز لمسافات طويلة هو الغاز الرئيسي. إنه نظام من الهياكل الهندسية المعقدة من خطوط الأنابيب نفسها إلى تخزين تحت الأرض.

عند النقطة الأخيرة من الطريق السريع توجد محطات توزيع الغاز (GDS). هنا ، يتم إجراء آخر عملية تنظيف من شوائب الغبار والسوائل ، ويتم تقليل الضغط إلى المستوى الذي يطلبه المستهلكون ، ويتم تثبيته ، ويؤخذ استهلاك الغاز في الاعتبار ويضاف الرائحة.

نوع آخر شائع من نقل الميثان هو النقل البحري بواسطة السفن الخاصة - ناقلات الغاز.

لن تسمح الخزانات الكروية الضخمة بالخلط بين حاملة الغاز وأنواع أخرى من السفن. هم الترمس التي تحافظ على درجة حرارة ثابتة مطلوبة للميثان السائل -163 درجة مئوية

يتم تحويل الغاز إلى حالة سائلة في مصانع الغاز الطبيعي المسال الخاصة. تتم العملية على مرحلتين: أولاً ، يتم تبريد الميثان إلى -50 درجة مئوية ، ثم إلى -163 درجة مئوية. في الوقت نفسه ، ينخفض ​​حجمه بمقدار 600 مرة.

المعالجة والنطاق

تحدد قابلية الاحتراق العالية للغاز الطبيعي تطبيقه الرئيسي. يتم استخدامه على شكل وقود في المصانع ، والمصانع ، ومحطات الطاقة الحرارية ، وغلايات ، والمؤسسات ، في المباني السكنية والمنشآت الزراعية وغيرها الكثير. نوصي بقراءة القواعد استخدام الغاز المنزلي.

ويرافق إنتاج وتكرير النفط دائمًا إطلاق الغاز المصاحب. في بعض الحالات ، يمكن أن تكون أحجامها مثيرة للإعجاب وتصل إلى 300 متر مكعب لكل متر مكعب من النفط الخام.

ولكن هناك عدد كبير من الحقول حيث لا يتم استخدام الغاز المصاحب الطبيعي ، ولكن يتم اشتعاله. على سبيل المثال ، في جميع أنحاء روسيا ، يتم فقدان ما يصل إلى 25 ٪ من المواد الخام المفيدة.

يتم تزويد جزء من الغاز المصاحب لمحطات معالجة الغاز. من ذلك ، يتم الحصول على الغاز الجاف المنقى ، والذي يستخدم للتدفئة. مكون قيم آخر هو خليط من الهيدروكربونات الخفيفة.

يوضح الرسم البياني صورة عامة لعملية معالجة الغاز المنتج. من الصعب المبالغة في تقدير دور المنتجات النهائية للصناعات الكيماوية الحديثة

ثم يتم تقسيمها إلى كسور في تركيبات خاصة. والنتيجة هي الهيدروكربونات مثل البروبان ، البوتان ، الأيزوبيوتان ، البنتان. لتقليل الحجم وسهولة النقل والتخزين تسييل.

إن تحويل السيارات إلى غاز يؤتي ثماره بسرعة ويوفر وفورات ملموسة في التكلفة. يساهم التوسع في شبكة محطات الوقود في زيادة أسطول السيارات مع HBO. لا يفوز السائقون فقط ، ولكن أيضًا المشاة الذين لا يحتاجون إلى تنفس العوادم الضارة

يستخدم البروبان والبيوتان لتدفئة المنازل. غاز معبأ في زجاجات سواء للسيارات. لكن معظمها يذهب لمزيد من المعالجة في مصانع البتروكيماويات.

عن طريق التسخين عالي الحرارة (الانحلال الحراري) ، يتم الحصول على المواد الخام الرئيسية لجميع المواد الاصطناعية منها - مونومرات: إيثيلين ، بروبيلين ، بوتادين. تحت تأثير المحفزات ، يتم دمجها في البوليمرات. ينتج الناتج مواد قيمة مثل المطاط والبلاستيك والبولي إيثيلين وغيرها الكثير.

استنتاجات وفيديو مفيد حول الموضوع

في الفيلم الوثائقي عن الغاز يمكن الوصول إليه وواضح:

هذا الفيلم التدريبي مخصص لنقل جذع الغاز:

ما زلنا لا نعرف كل شيء عن الغاز الطبيعي - لا يزال أصله محفوفًا بالعديد من الألغاز. ومن المؤمل أن الوقود الأزرق هو بالفعل هدية لا تنضب تكفي لنا ولأحفادنا.

هل لديك أسئلة بعد قراءة المواد المذكورة أعلاه؟ أو هل تريد استكمال المقال بتعليقات مفيدة أو حقائق مثيرة للاهتمام أو صور فوتوغرافية؟ اكتب تعليقاتك ، واطرح الأسئلة ، وشارك في المناقشة - نموذج الملاحظات موجود أدناه.