Viskas apie gamtines dujas: jų sudėtį ir savybes, gamtinių dujų gamybą ir naudojimą

Dėl didelio energijos vartojimo efektyvumo ir ekologiškumo gamtinės dujos kartu su nafta yra nepaprastai svarbios. Jis plačiai naudojamas kaip kuras, be to, yra vertinga žaliava chemijos pramonei.

Ir nors dujos tapo įprasta ir įprasta, jos sudėtis vis dar yra sudėtinga ir gana pavojinga - norint patekti į dujų prietaiso degiklį, reikia nueiti ilgą ir sunkų kelią.

Straipsnyje analizuosime pagrindinius klausimus, susijusius su gamtinėmis degiosiomis dujomis - kalbėsime apie jų sudėtį ir savybes, apibūdinsime dujų gamybos, transportavimo ir perdirbimo etapus, taikymo sritį. Apsvarstykite šiuolaikines idėjas apie angliavandenilių atsargų kilmę, įdomius faktus ir hipotezes.

Kas yra natūralios degiosios dujos?

Yra nuomonė, kad dujos slypi po tuštuma ir yra lengvai išgaunamos iš ten, kuriai užtenka gręžti šulinį. Tačiau iš tikrųjų viskas yra daug sudėtingiau: dujos gali būti akytos uolienos viduje, jas galima ištirpinti vandenyje, skystuose angliavandeniliuose ir aliejuje.

Norėdami suprasti, kodėl taip nutinka, atminkite, kad žodis „dujos“ yra kilęs iš graikų kalbos „chaosas“, Kuris atspindi medžiagos elgesio principą. Dujinėje būsenoje molekulės juda atsitiktinai, bandydamos tolygiai užpildyti visą įmanomą tūrį. Dėl šios priežasties jie gali prasiskverbti ir ištirpti kitose medžiagose, įskaitant tankesnius skysčius ir mineralus. Aukštas slėgis ir temperatūra labai pagerina difuzijos procesą. Natūralios dujos žarnyne dažnai būna tokio „kokteilio“ pavidalu.

Bet pirmiausia pakalbėkime apie tai, ką sudaro dujos ir kas jos yra - apsvarstykite natūralių degių dujų cheminę sudėtį ir fizines savybes.

Cheminės savybės

Iš žarnyno išgaunamos dujos, kurios vadinamos „natūraliomis“, yra įvairių dujų mišinys.

Sudėtyje jis skirstomas į tris komponentų grupes:

• degus- angliavandeniliai;
• nedegi (balastai) - azotas, anglies dioksidas, deguonis, helis, vandens garai;
• kenksmingi priemaišos - vandenilio sulfidas ir merkaptanai.

Pirmoji ir pagrindinė grupė yra metano angliavandenilių (homologų) rinkinys, turintis anglies atomų skaičių nuo 1 iki 5. Didžiausia procentinė dalis mišinyje yra metanas (nuo 70 iki 98%), turintis vieną anglies atomą. Kitų dujų (etano, propano, butano, pentano) kiekis svyruoja nuo vienetų iki dešimtosios procentų.

Iš laukų pagamintos dujos pasižymi didele metano koncentracija. Susijusiose, išgaunamose iš naftos, metano dalis yra daug mažesnė: 30–60%, o homologų didesnė: 10–20%.

Be angliavandenilių, mišinyje gali būti nedideliais kiekiais nedegios medžiagos: vandenilio sulfidas, azotas, anglies dioksidas, anglies monoksidas, vandenilis ir kitos. Bet, priklausomai nuo lauko, angliavandenilių proporcijos, taip pat kitų dujų sudėtis, gali smarkiai svyruoti.

Fizinės dujų savybės

Pagal fizines metano savybes CH₄ bespalvis ir bekvapislabai degi. Esant ore daugiau kaip 4,5% koncentracijos - sprogstamasis. Ši savybė kartu su kvapo trūkumu kelia didelę grėsmę ir kelia problemų. Ypač kasyklose, nes metanas yra absorbuojamas anglies.

Mes rašėme apie dujų sprogimo buitinėmis sąlygomis priežastis tai daiktai.

Kad dujos turėtų kvapą, kad būtų galima aptikti jų nuotėkį, prieš transportavimą į jas pridedamos specialios nemalonaus kvapo medžiagos, kvapiosios medžiagos. Dažniausiai tai yra sieros turintys junginiai - etanetiolis arba etilo merkaptanas. Priemaišų frakcija parenkama taip, kad nuotėkis būtų pastebimas esant 1% dujų koncentracijai.

Pagrindinis mėlynojo kuro privalumas yra didelis savitasis degimo karštis - 39 MJ / kg. Tokiu atveju išsiskiria nekenksmingos medžiagos: vanduo ir anglies dioksidas. Tai taip pat svarbus veiksnys, leidžiantis metaną naudoti kasdieniame gyvenime.

Iš kur gaunamos dujos iš žemės gelmių?

Nors žmonės išmoko naudoti dujas daugiau nei prieš 200 metų, iki šiol nėra sutarimo, kur dujos kyla iš žemės gelmių.

Pagrindinės kilmės teorijos

Yra dvi pagrindinės jo kilmės teorijos:

• mineralinis, paaiškinantis dujų susidarymą vykstant angliavandenilių degazavimui iš gilesnių ir tankesnių žemės sluoksnių ir pakeliant juos į vietas, kuriose yra mažesnis slėgis;
• organinis (biogeninis), pagal kurį dujos yra gyvų organizmų liekanų skilimo produktas aukšto slėgio, temperatūros ir oro trūkumo sąlygomis.

Lauke dujos gali būti atskiros sankaupos, dujų dangtelis, tirpalas aliejuje ar vandenyje arba dujų hidratai. Pastaruoju atveju nuosėdos yra poringose ​​uolienose tarp dujoms nepralaidžių molio sluoksnių. Dažniausiai tokios uolienos yra sutankintas smiltainis, karbonatai, kalkakmeniai.

Įprastinių dujų telkinių dalis sudaro tik 0,8%. Šiek tiek didesnis procentas tenka giluminėms, anglies ir skalūnų dujoms - nuo 1,4 iki 1,9%. Dažniausiai pasitaikančios nuosėdos yra vandenyje ištirpintos dujos ir hidratai - maždaug lygiomis dalimis (kiekviena 46,9%).

Kadangi dujos yra lengvesnės už naftą, o vanduo yra sunkesnės, fosilijų padėtis rezervuare visada yra ta pati: dujos yra ant naftos, o vanduo palaiko visą naftos ir dujų lauką iš apačios.

Dujos rezervuare yra slėgio. Kuo gilesni telkiniai, tuo jis didesnis. Vidutiniškai kiekvienam 10 metrų slėgis padidėja 0,1 MPa. Yra neįprastai aukšto slėgio formacijų. Pavyzdžiui, Urengojaus telkinio Achimovo telkiniuose jis siekia 600 atmosferų ir aukštesnę, kai gylis yra nuo 3800 iki 4500 m.

Įdomūs faktai ir hipotezės

Ne taip seniai buvo manoma, kad pasaulinės naftos ir dujų atsargos turėtų būti išnaudotos jau XXI amžiaus pradžioje. Pavyzdžiui, autoritetingas amerikiečių geofizikas Hubbertas apie tai rašė 1965 m.

Iki šiol daugelis šalių ir toliau didina dujų gamybą. Nėra jokių ženklų, kad angliavandenilių atsargos baigsis.

Anot geologijos ir mineralogijos mokslų daktaro V.V. Polevanova, tokius klaidingus įsitikinimus lemia tai, kad naftos ir dujų organinės kilmės teorija vis dar yra visuotinai priimta ir jai priklauso daugumos mokslininkų mintys. Nors vis tiek D.I. Mendelejevas pagrindė neorganinės giliosios naftos kilmės teoriją, o tada tai įrodė Kudryavtsevas ir V.R. Larinas.

Tačiau daugelis faktų prieštarauja organinei angliavandenilių kilmei.

Štai keletas iš jų:

• nuosėdos aptinkamos iki 11 km gylyje, kristaliniuose fonduose, kur organinių medžiagų egzistavimas net teoriškai negali būti;
• naudojant organinę teoriją, paaiškinta tik 10% angliavandenilių atsargų, likę 90% yra nepaaiškinami;
• kosminis zondas „Cassini“, 2000 m. aptiktas Saturno palydovo „Titan“ milžiniškuose angliavandenilių ištekliuose ežerų pavidalu, keliais laipsniais aukštesniais už Žemę.

Larino iškelta hipotezė apie iš pradžių hidridą Žemę paaiškina angliavandenilių kilmę vykstant vandenilio reakcijai su anglimi žemės gelmėse ir vėlesniam metano degazavimui.

Anot jos, senovės Juros laikų telkinių nėra. Visa nafta ir dujos galėjo susidaryti nuo 1 iki 15 tūkstančių metų. Kai vyksta atranka, atsargos gali pamažu pasipildyti, kaip tai matyti seniai išplėtotuose ir apleistuose naftos telkiniuose.

Kaip vyksta kasyba ir transportavimas?

Natūralių degių dujų gavybos procesas prasideda nuo šulinių statybos. Priklausomai nuo dujų nešančio sluoksnio atsiradimo, jų gylis gali siekti 7 km. Gręžiant vamzdis (apvalkalas) nuleidžiamas į šulinį. Norint išvengti dujų patekimo pro tarpą tarp vamzdžio ir šulinio sienelių, atliekamas skiedinio užpildymas - tarpas užpildomas moliu ar cementu.

Pasibaigus statybai, gręžimo įrenginys pašalinamas ir fontano armatūra sumontuojama ant korpuso galvutės. Tai yra vožtuvų ir vožtuvų dizainas, tarnauja dujų išrinkimui iš šulinio.

Šulinių skaičius gali būti gana didelis.

Fontano jungiamosioms detalėms priskiriamos kelios funkcijos: jis laiko vamzdelių vamzdžius, pakabintus šulinyje, kontroliuoja darbo režimus, matuoja šulinio išorinių ir vidinių dalių parametrus.

Visas gamtinių dujų gamybos ciklas vyksta trimis etapais:

1. Dujų lauko plėtra. Dėl gręžimo susidaro slėgio skirtumas. Dėl šios priežasties dujos juda per rezervuarą į šulinius.
2. Dujų šulinių eksploatavimas. Šiame etape dujos praeina per korpusą.
3. Surinkimas ir paruošimas transportavimui. Dujos iš visų fontano detalių tiekiamos į specialius technologinius dujų valymo įrenginių kompleksus. Jie yra sausos dujos valymas nuo kenksmingų priemaišų.

Net nedidelės vandenilio sulfido, vandens garų ar kietųjų dalelių koncentracijos lemia greitą koroziją, hidrato susidarymą ir mechaninius dujotiekio vidaus paviršiaus pažeidimus.

Galutinis pasiruošimas transportavimui vyksta būstinėje. Tai apima angliavandenilių kondensato apdorojimą ir pašalinimą, atšaldant dujas, kad būtų sumažintas jų tūris.

Pagrindinis dujų transportavimo dideliais atstumais būdas yra dujų magistralė. Tai yra sudėtingų inžinerinių konstrukcijų sistema nuo pačių vamzdynų iki požeminė saugykla.

Galutiniame greitkelio taške yra degalų paskirstymo stotys (GDS). Čia atliekamas paskutinis valymas nuo dulkių ir skysčių priemaišų, slėgis sumažinamas iki vartotojų reikalaujamo lygio, jis stabilizuojamas, atsižvelgiama į dujų suvartojimą ir pridedama kvapiųjų medžiagų.

Kitas paplitęs metano gabenimo būdas yra gabenimas jūra specialiaisiais laivais - dujų pernešėjais.

Didžiulės sferinės talpyklos neleis supainioti dujų nešiklio su kitų tipų indais. Tai yra termosai, palaikantys pastovią skysto metano temperatūrą -163 ° С

Dujų pavertimas skysta būsena atliekamas specialiose SGD įmonėse. Procesas vyksta dviem etapais: pirmiausia metanas atšaldomas iki -50 ° C, o po to iki -163 ° C. Tuo pačiu metu jo tūris sumažėja 600 kartų.

Apdorojimas ir taikymo sritis

Didelis gamtinių dujų degumas lemia jų pagrindinį pritaikymą. Jis naudojamas kaip kuras gamyklose, gamyklose, šiluminėse elektrinėse, katilinėse, įstaigose, gyvenamuosiuose pastatuose, žemės ūkio objektuose ir daugelyje kitų. Mes rekomenduojame perskaityti taisykles buitinių dujų naudojimas.

Naftos gavyba ir rafinavimas visada lydimi susijusių dujų išmetimo. Kai kuriais atvejais jo tūris gali būti įspūdingas ir iki 300 kubinių metrų vienam kubiniam metrui žalios naftos.

Tačiau yra daugybė laukų, kuriuose gamtinės dujos nenaudojamos, o deginamos. Pavyzdžiui, visoje Rusijoje prarandama iki 25% naudingų žaliavų.

Dalis susijusių dujų tiekiama dujų perdirbimo įmonėms. Iš jo gaunamos išgrynintos sausos dujos, kurios naudojamos šildymui. Kitas vertingas komponentas yra lengvųjų angliavandenilių mišinys.

Diagrama rodo bendrą pagamintų dujų perdirbimo proceso vaizdą. Sunku pervertinti galutinių produktų vaidmenį šiuolaikinėje chemijos pramonėje

Tada jis yra padalijamas į dalis specialiose instaliacijose. Rezultatas yra angliavandeniliai, tokie kaip propanas, butanas, izobutanas, pentanas. Norėdami sumažinti apimtį, lengvai transportuoti ir laikyti suskystinti.

Automobilių pavertimas dujomis greitai atsiperka ir leidžia sutaupyti. Dėl degalinių tinklo išplėtimo padidėja automobilių su HBO parkas. Laimi ne tik vairuotojai, bet ir pėstieji, kurie neturi kvėpuoti kenksmingų išmetimų

Propanas ir butanas naudojami namų šildymui. išpilstytos dujos arba automobiliams. Tačiau didžioji jo dalis skiriama tolesniam perdirbimui naftos chemijos gamyklose.

Šildant aukštoje temperatūroje (pirolizė) iš jų gaunamos pagrindinės visų sintetinių medžiagų žaliavos - monomerai: etilenas, propilenas, butadienas. Veikiant katalizatoriams, jie sujungiami į polimerus. Produkcija gamina tokias vertingas medžiagas kaip guma, PVC, polietilenas ir daugelis kitų.

Išvados ir naudingas vaizdo įrašas šia tema

Dokumentiniame filme apie dujas yra prieinama ir aiški:

Šis mokomasis filmas skirtas dujų bagažo transportavimui:

Mes vis dar nežinome visko apie gamtines dujas - jų kilmė vis dar kupina daugybės paslapčių. Tikimasi, kad mėlynasis kuras iš tikrųjų yra neišsemiama dovana, kurios užteks mums ir mūsų palikuonims.

Ar turite klausimų perskaitę aukščiau pateiktą medžiagą? O gal norite straipsnį papildyti naudingais komentarais, įdomiais faktais ar nuotraukomis? Rašykite savo komentarus, užduokite klausimus, dalyvaukite diskusijoje - atsiliepimų forma yra žemiau.