Όλα σχετικά με το φυσικό αέριο: σύνθεση και ιδιότητες, παραγωγή και χρήση του φυσικού αερίου

Λόγω της υψηλής ενεργειακής απόδοσης και της φιλικότητας προς το περιβάλλον, το φυσικό αέριο, μαζί με το πετρέλαιο, είναι υψίστης σημασίας. Χρησιμοποιείται ευρέως ως καύσιμο και χρησιμεύει επίσης ως πολύτιμη πρώτη ύλη για τη χημική βιομηχανία.

Και παρόλο που η χρήση του φυσικού αερίου έχει γίνει καθημερινή και συνήθης, εξακολουθεί να είναι δύσκολη στη σύνθεση και μάλλον επικίνδυνη ουσία - για να μπεις στον καυστήρα μιας συσκευής αερίου, προχωρά πολύ και πολύ δύσκολα.

Στο άρθρο θα αναλύσουμε τα κύρια ζητήματα που σχετίζονται με το φυσικό καύσιμο αέριο - θα μιλήσουμε για τη σύνθεση και τις ιδιότητές του, θα περιγράψουμε τα στάδια της παραγωγής, μεταφοράς και επεξεργασίας του φυσικού αερίου, το πεδίο εφαρμογής του. Εξετάστε τις σύγχρονες ιδέες σχετικά με την προέλευση των αποθεμάτων υδρογονανθράκων, ενδιαφέροντα γεγονότα και υποθέσεις.

Τι είναι το φυσικό καύσιμο αέριο;

Υπάρχει μια άποψη ότι το αέριο βρίσκεται υπόγεια σε κενά και εξάγεται εύκολα από εκεί, για το οποίο αρκεί να γεώσετε ένα πηγάδι. Στην πραγματικότητα, τα πάντα είναι πολύ πιο περίπλοκα: το αέριο μπορεί να βρίσκεται μέσα σε έναν πορώδη βράχο, μπορεί να διαλύεται σε νερό, υγρούς υδρογονάνθρακες και λάδι.

Για να καταλάβετε γιατί συμβαίνει αυτό, απλώς θυμηθείτε ότι η λέξη "αέριο" προέρχεται από τα ελληνικά "χάος", Που αντικατοπτρίζει την αρχή της συμπεριφοράς της ουσίας. Στην αέρια κατάσταση, τα μόρια κινούνται τυχαία, προσπαθώντας να γεμίσουν ομοιόμορφα ολόκληρο τον πιθανό όγκο. Λόγω αυτού, είναι σε θέση να διεισδύσουν και να διαλύσουν σε άλλες ουσίες, συμπεριλαμβανομένων πιο πυκνών υγρών και μετάλλων. Η υψηλή πίεση και η θερμοκρασία ενισχύουν σημαντικά τη διαδικασία διάχυσης. Συχνά, με τη μορφή ενός τέτοιου «κοκτέιλ» το φυσικό αέριο περιέχεται στα έντερα.

Αλλά πρώτα, ας μιλήσουμε για το τι αποτελείται το αέριο και τι είναι - εξετάστε τη χημική σύνθεση και τις φυσικές ιδιότητες του φυσικού καύσιμου αερίου.

Χημικά χαρακτηριστικά

Το αέριο που εξάγεται από τα έντερα, το οποίο ονομάζεται «φυσικό», είναι ένα μείγμα διαφόρων αερίων.

Στη σύνθεση, χωρίζεται σε τρεις ομάδες συστατικών:

• καύσιμο- υδρογονάνθρακες ·
• άκαυστο (στραγγαλιστικά πηνία) - άζωτο, διοξείδιο του άνθρακα, οξυγόνο, ήλιο, υδρατμοί ·
• επιβλαβές ακαθαρσίες - υδρόθειο και μερκαπτάνες.

Η πρώτη και κύρια ομάδα είναι ένα σύνολο υδρογονανθράκων μεθανίου (ομόλογα) με τον αριθμό ατόμων άνθρακα από 1 έως 5. Το μεγαλύτερο ποσοστό στο μείγμα είναι το μεθάνιο (από 70 έως 98%) που έχει ένα άτομο άνθρακα. Η περιεκτικότητα σε άλλα αέρια (αιθάνιο, προπάνιο, βουτάνιο, πεντάνιο) κυμαίνεται από μονάδες έως δέκατα του ποσοστού.

Το αέριο που παράγεται από τα χωράφια χαρακτηρίζεται από υψηλή συγκέντρωση μεθανίου. Στο σχετικό, που εξάγεται από λάδι, η αναλογία του μεθανίου είναι πολύ χαμηλότερη: 30 - 60% και ομόλογα υψηλότερα: 10 - 20%

Εκτός από τους υδρογονάνθρακες, στο μίγμα μπορεί να υπάρχουν μη εύφλεκτες ουσίες σε μικρές ποσότητες: υδρόθειο, άζωτο, διοξείδιο του άνθρακα, μονοξείδιο του άνθρακα, υδρογόνο και άλλα. Όμως, ανάλογα με το πεδίο, οι αναλογίες υδρογονανθράκων, καθώς και η σύνθεση άλλων αερίων, μπορούν να κυμαίνονται σημαντικά.

Φυσικές ιδιότητες του αερίου

Σύμφωνα με τις φυσικές ιδιότητες του μεθανίου CH₄ άχρωμο και άοσμοπολύ καύσιμο. Σε συγκεντρώσεις στον αέρα περισσότερο από 4,5% - εκρηκτικό. Αυτή η ιδιότητα, σε συνδυασμό με την έλλειψη μυρωδιάς, αποτελεί μεγάλη απειλή και πρόβλημα. Ειδικά στα ορυχεία, αφού το μεθάνιο απορροφάται από άνθρακα.

Γράψαμε για τις αιτίες μιας έκρηξης φυσικού αερίου σε εγχώριες συνθήκες αυτά τα πράγματα.

Για να δώσει στο αέριο μια μυρωδιά, προκειμένου να ανιχνευθούν οι διαρροές του, προστίθενται ειδικές ουσίες με δυσάρεστη οσμή, μυρωδιές πριν από τη μεταφορά. Τις περισσότερες φορές, αυτές είναι ενώσεις που περιέχουν θείο - αιθανοθειόλη ή αιθυλο μερκαπτάνη. Το κλάσμα ακαθαρσίας επιλέγεται έτσι ώστε να παρατηρείται διαρροή σε συγκέντρωση αερίου 1%.

Το κύριο πλεονέκτημα του μπλε καυσίμου είναι η υψηλή ειδική θερμότητα καύσης - 39 MJ / kg. Στην περίπτωση αυτή, απελευθερώνονται αβλαβείς ουσίες: νερό και διοξείδιο του άνθρακα. Αυτός είναι επίσης ένας σημαντικός παράγοντας που επιτρέπει τη χρήση μεθανίου στην καθημερινή ζωή.

Από πού προέρχεται το αέριο από τα έντερα της γης;

Αν και οι άνθρωποι έμαθαν να χρησιμοποιούν αέριο πριν από περισσότερα από 200 χρόνια, μέχρι στιγμής δεν υπάρχει συναίνεση για το πού προέρχεται το αέριο στα έντερα της γης.

Βασικές θεωρίες προέλευσης

Υπάρχουν δύο κύριες θεωρίες για την προέλευσή της:

• ορυκτό, εξηγώντας το σχηματισμό αερίου από τις διαδικασίες απαερίωσης των υδρογονανθράκων από βαθύτερα και πυκνότερα στρώματα της γης και αυξάνοντάς τα σε περιοχές με χαμηλότερη πίεση ·
• οργανικό (βιογενές), σύμφωνα με το οποίο το αέριο είναι προϊόν αποσύνθεσης των υπολειμμάτων ζωντανών οργανισμών υπό συνθήκες υψηλής πίεσης, θερμοκρασίας και έλλειψης αέρα.

Στο χωράφι, το αέριο μπορεί να έχει τη μορφή ξεχωριστού συμπλέγματος, καπακιού αερίου, διαλύματος σε λάδι ή νερό, ή ένυδρα αέρια. Στην τελευταία περίπτωση, οι εναποθέσεις βρίσκονται σε πορώδεις βράχους ανάμεσα σε αεροστεγή στρώματα αργίλου. Τις περισσότερες φορές, τέτοια πετρώματα είναι συμπαγής ψαμμίτης, ανθρακικά άλατα, ασβεστόλιθοι.

Το μερίδιο των συμβατικών πεδίων φυσικού αερίου είναι μόνο 0,8%. Ένα ελαφρώς μεγαλύτερο ποσοστό πέφτει σε βαθύ, άνθρακα και σχιστολιθικό αέριο - από 1, 4 έως 1,9%. Οι πιο συνηθισμένοι τύποι εναποθέσεων είναι υδατοδιαλυτά αέρια και ένυδρα άλατα - σε περίπου ίσες αναλογίες (46,9% το καθένα)

Δεδομένου ότι το αέριο είναι ελαφρύτερο από το πετρέλαιο και το νερό είναι βαρύτερο, η θέση των απολιθωμάτων στη δεξαμενή είναι πάντα η ίδια: το αέριο βρίσκεται πάνω από το λάδι και το νερό υποστηρίζει ολόκληρο το πεδίο πετρελαίου και φυσικού αερίου από κάτω.

Το αέριο στη δεξαμενή βρίσκεται υπό πίεση. Όσο βαθύτερες είναι οι καταθέσεις, τόσο υψηλότερη είναι. Κατά μέσο όρο, για κάθε 10 μέτρα, η αύξηση της πίεσης είναι 0,1 MPa. Υπάρχουν ασυνήθιστα σχηματισμοί υψηλής πίεσης. Για παράδειγμα, στις αποθέσεις Achimov της κατάθεσης Urengoy, φτάνει τις 600 ατμόσφαιρες και υψηλότερο με βάθος 3800 έως 4500 m.

Ενδιαφέροντα γεγονότα και υποθέσεις

Πριν από λίγο καιρό πιστεύεται ότι τα παγκόσμια αποθέματα πετρελαίου και φυσικού αερίου πρέπει να έχουν εξαντληθεί ήδη στις αρχές του ΧΧΙ αιώνα. Για παράδειγμα, ο Αμερικανός γεωφυσικός Χάμπερτ έγραψε για αυτό το 1965.

Μέχρι σήμερα, πολλές χώρες συνεχίζουν να αυξάνουν την παραγωγή φυσικού αερίου. Δεν υπάρχουν πραγματικά σημάδια ότι εξαντλούνται τα αποθέματα υδρογονανθράκων.

Σύμφωνα με τον γιατρό των γεωλογικών και ορυκτολογικών επιστημών, V.V. Polevanova, τέτοιες παρανοήσεις προκαλούνται από το γεγονός ότι η θεωρία της οργανικής προέλευσης του πετρελαίου και του φυσικού αερίου εξακολουθεί να είναι γενικά αποδεκτή και κατέχει το μυαλό των περισσότερων επιστημόνων. Αν και ακόμα D.I. Ο Μεντελέεφ τεκμηρίωσε τη θεωρία της ανόργανης βαθιάς προέλευσης του λαδιού και στη συνέχεια αυτό αποδείχθηκε από τους Kudryavtsev και V.R. Λάριν.

Αλλά πολλά γεγονότα μιλούν κατά της οργανικής προέλευσης των υδρογονανθράκων.

Εδώ είναι μερικά από αυτά:

• οι εναποθέσεις ανακαλύπτονται σε βάθη έως 11 χλμ., σε κρυσταλλικά θεμέλια, όπου η ύπαρξη οργανικής ύλης δεν μπορεί καν να είναι θεωρητικά.
• Με τη χρήση της οργανικής θεωρίας, μόνο το 10% των αποθεμάτων υδρογονανθράκων μπορεί να εξηγηθεί, το υπόλοιπο 90% είναι ανεξήγητο.
• ο διαστημικός ανιχνευτής Cassini που ανακαλύφθηκε το 2000 στον δορυφόρο των τεράστιων πόρων υδρογονανθράκων του Κρόνου Τιτάνα με τη μορφή λιμνών, αρκετές τάξεις μεγέθους υψηλότερες από τη γη.

Η υπόθεση που υπέβαλε ο Larin της αρχικά υδριδίου της Γης εξηγεί την προέλευση των υδρογονανθράκων από την αντίδραση του υδρογόνου με τον άνθρακα στα βάθη της γης και την επακόλουθη απαέρωση του μεθανίου.

Σύμφωνα με αυτήν, δεν υπάρχουν αρχαίες ιουρασικές αποθέσεις. Όλο το πετρέλαιο και το φυσικό αέριο θα μπορούσαν να σχηματιστούν από 1 έως 15 χιλιάδες χρόνια πριν. Καθώς προχωρά η επιλογή, τα αποθέματα μπορούν σταδιακά να αναπτυχθούν, όπως φαίνεται σε μακρά αναπτυγμένες και εγκαταλειμμένες πετρελαιοπηγές.

Πώς είναι η εξόρυξη και η μεταφορά;

Η διαδικασία εξαγωγής φυσικού καύσιμου αερίου ξεκινά με την κατασκευή φρεατίων. Ανάλογα με την εμφάνιση του φέροντος αερίου στρώματος, το βάθος τους μπορεί να φτάσει τα 7 km. Καθώς η διάτρηση εξελίσσεται, ένας σωλήνας (περίβλημα) κατεβαίνει στο πηγάδι. Για να αποφευχθεί η διαφυγή αερίου μέσω του χώρου μεταξύ του σωλήνα και των τοιχωμάτων του φρεατίου, γίνεται αρμολόγηση - γεμίζοντας το κενό με πηλό ή τσιμέντο.

Στο τέλος της κατασκευής, η εξέδρα γεώτρησης αφαιρείται και τοποθετούνται εξαρτήματα βρύσης στην κεφαλή του περιβλήματος. Είναι ένα σχέδιο βαλβίδων και βαλβίδων, χρησιμεύει για την επιλογή αερίου από το πηγάδι.

Ο αριθμός των φρεατίων μπορεί να είναι αρκετά μεγάλος.

Διάφορες λειτουργίες έχουν ανατεθεί στα εξαρτήματα του σιντριβανιού: συγκρατεί σωλήνες σε ανάρτηση στο πηγάδι, ελέγχει τους τρόπους λειτουργίας, μετρά τις παραμέτρους των εξωτερικών και εσωτερικών τμημάτων του πηγαδιού

Ολόκληρος ο κύκλος παραγωγής φυσικού αερίου πραγματοποιείται σε τρία στάδια:

1. Ανάπτυξη πεδίου φυσικού αερίου. Ως αποτέλεσμα της γεώτρησης, δημιουργείται μια διαφορά πίεσης. Λόγω αυτού, το αέριο κινείται μέσω της δεξαμενής στα πηγάδια.
2. Λειτουργία φρεατίων αερίου. Σε αυτό το στάδιο, το αέριο περνά μέσα από το περίβλημα.
3. Συλλογή και προετοιμασία για μεταφορά. Το αέριο από όλα τα εξαρτήματα βρύσης παρέχεται σε ειδικά τεχνολογικά συγκροτήματα εγκαταστάσεων επεξεργασίας αερίου. Είναι ξηρό αέριο καθαρισμός από επιβλαβείς ακαθαρσίες.

Ακόμη και μικρές συγκεντρώσεις υδρόθειου, υδρατμών ή σωματιδίων οδηγούν σε ταχεία διάβρωση, σχηματισμό ένυδρου και μηχανική βλάβη στην εσωτερική επιφάνεια του αγωγού.

Η τελική προετοιμασία για τη μεταφορά πραγματοποιείται στην έδρα. Περιλαμβάνει μετεπεξεργασία και αφαίρεση συμπυκνώματος υδρογονανθράκων, ψύξη του αερίου για μείωση του όγκου του.

Ο κύριος τύπος μεταφοράς φυσικού αερίου σε μεγάλες αποστάσεις είναι κεντρικό αέριο. Είναι ένα σύστημα σύνθετων μηχανικών κατασκευών από τους ίδιους τους αγωγούς έως υπόγεια αποθήκη.

Στο τελικό σημείο της εθνικής οδού βρίσκονται σταθμοί διανομής φυσικού αερίου (GDS). Εδώ, πραγματοποιείται ο τελευταίος καθαρισμός από ακαθαρσίες σκόνης και υγρών, η πίεση μειώνεται στο επίπεδο που απαιτείται από τους καταναλωτές, σταθεροποιείται, λαμβάνεται υπόψη η κατανάλωση αερίου και προστίθεται οσμή.

Ένας άλλος κοινός τύπος μεταφοράς μεθανίου είναι η θαλάσσια μεταφορά με ειδικά πλοία - μεταφορείς φυσικού αερίου.

Οι τεράστιες σφαιρικές δεξαμενές δεν θα επιτρέψουν τη σύγχυση του φορέα αερίου με άλλους τύπους σκαφών. Είναι θερμόζες που διατηρούν μια σταθερή απαιτούμενη θερμοκρασία για υγρό μεθάνιο -163 ° С

Η μετατροπή του αερίου σε υγρή κατάσταση πραγματοποιείται σε ειδικές εγκαταστάσεις ΥΦΑ. Η διαδικασία λαμβάνει χώρα σε δύο στάδια: πρώτα, το μεθάνιο ψύχεται στους -50 ° C και μετά στους -163 ° C. Ταυτόχρονα, ο όγκος του μειώνεται κατά 600 φορές.

Επεξεργασία και πεδίο εφαρμογής

Η υψηλή καύση φυσικού αερίου καθορίζει την κύρια εφαρμογή του. Χρησιμοποιείται με τη μορφή καυσίμου σε εργοστάσια, εργοστάσια, θερμοηλεκτρικούς σταθμούς, λέβητες, ιδρύματα, σε κτίρια κατοικιών, γεωργικές εγκαταστάσεις και πολλά άλλα. Σας συνιστούμε να διαβάσετε τους κανόνες οικιακή χρήση φυσικού αερίου.

Η παραγωγή και η διύλιση του λαδιού συνοδεύονται πάντα από την απελευθέρωση του σχετικού αερίου. Σε ορισμένες περιπτώσεις, ο όγκος του μπορεί να είναι εντυπωσιακός και έως 300 κυβικά μέτρα ανά κυβικό μέτρο αργού πετρελαίου.

Υπάρχει όμως ένας μεγάλος αριθμός πεδίων όπου το φυσικό αέριο δεν χρησιμοποιείται, αλλά καίγεται. Για παράδειγμα, σε ολόκληρη τη Ρωσία, χάνεται έως και το 25% των χρήσιμων πρώτων υλών.

Μέρος του σχετικού αερίου παρέχεται σε μονάδες επεξεργασίας αερίου. Από αυτό, λαμβάνεται καθαρό ξηρό αέριο, το οποίο χρησιμοποιείται για θέρμανση. Ένα άλλο πολύτιμο συστατικό είναι ένα μείγμα ελαφρών υδρογονανθράκων.

Το διάγραμμα δείχνει μια γενική εικόνα της διαδικασίας επεξεργασίας παραγόμενου αερίου. Ο ρόλος των τελικών προϊόντων για τη σύγχρονη χημική βιομηχανία είναι δύσκολο να υπερεκτιμηθεί

Στη συνέχεια χωρίζεται σε κλάσματα σε ειδικές εγκαταστάσεις. Το αποτέλεσμα είναι υδρογονάνθρακες όπως προπάνιο, βουτάνιο, ισοβουτάνιο, πεντάνιο. Για να μειώσετε τον όγκο, την ευκολία μεταφοράς και αποθήκευσης υγρό.

Η μετατροπή αυτοκινήτων σε φυσικό αέριο αποδίδει γρήγορα και προσφέρει απτή εξοικονόμηση κόστους. Η επέκταση του δικτύου βενζινάδικων συμβάλλει στην αύξηση του στόλου των αυτοκινήτων με HBO. Όχι μόνο κερδίζουν οι οδηγοί, αλλά και πεζοί που δεν χρειάζεται να αναπνέουν επιβλαβή καυσαέρια

Το προπάνιο και το βουτάνιο χρησιμοποιούνται για τη θέρμανση σπιτιών. εμφιαλωμένο αέριο είτε για αυτοκίνητα. Αλλά τα περισσότερα από αυτά προορίζονται για περαιτέρω επεξεργασία σε πετροχημικά εργοστάσια.

Με θέρμανση υψηλής θερμοκρασίας (πυρόλυση), οι κύριες πρώτες ύλες για όλα τα συνθετικά υλικά λαμβάνονται από αυτά - μονομερή: αιθυλένιο, προπυλένιο, βουταδιένιο. Υπό τη δράση των καταλυτών, συνδυάζονται σε πολυμερή. Η παραγωγή παράγει τόσο πολύτιμα υλικά όπως καουτσούκ, PVC, πολυαιθυλένιο και πολλά άλλα.

Συμπεράσματα και χρήσιμο βίντεο σχετικά με το θέμα

Στο ντοκιμαντέρ για το αέριο είναι προσβάσιμο και σαφές:

Αυτή η εκπαιδευτική ταινία είναι αφιερωμένη στη μεταφορά κορμού αερίου:

Ακόμα δεν γνωρίζουμε τα πάντα για το φυσικό αέριο - η προέλευσή του εξακολουθεί να είναι γεμάτη με πολλά μυστήρια. Ελπίζουμε ότι το μπλε καύσιμο είναι πράγματι ένα ανεξάντλητο δώρο που θα αρκεί για εμάς και τους απογόνους μας.

Έχετε απορίες μετά την ανάγνωση του παραπάνω υλικού; Ή θέλετε να συμπληρώσετε το άρθρο με χρήσιμα σχόλια, ενδιαφέροντα γεγονότα ή φωτογραφίες; Γράψτε τα σχόλιά σας, κάντε ερωτήσεις, συμμετάσχετε στη συζήτηση - η φόρμα σχολίων βρίσκεται παρακάτω.