Viss par dabasgāzi: dabasgāzes sastāvs un īpašības, ražošana un izmantošana

Sakarā ar augsto energoefektivitāti un draudzīgumu videi, dabasgāze kopā ar eļļu ir ārkārtīgi svarīga. To plaši izmanto kā degvielu un kalpo arī kā vērtīga izejviela ķīmiskajā rūpniecībā.

Un, kaut arī gāzes lietošana ir kļuvusi ikdienišķa un ierasta, tā sastāvs joprojām ir sarežģīts un diezgan bīstama - lai nokļūtu gāzes ierīces degli, tas iet tālu un sarežģītu ceļu.

Rakstā mēs analizēsim galvenos jautājumus, kas saistīti ar dabisko degošo gāzi - mēs runāsim par tā sastāvu un īpašībām, aprakstīsim gāzes ražošanas, transportēšanas un pārstrādes posmus, tā darbības jomu. Apsveriet mūsdienu idejas par ogļūdeņražu rezervju izcelsmi, interesantus faktus un hipotēzes.

Kas ir dabiskā degošā gāze?

Pastāv viedoklis, ka gāze atrodas pazemē tukšumos un no turienes tiek viegli iegūta, kurai pietiek ar urbuma urbšanu. Bet patiesībā viss ir daudz sarežģītāk: gāze var atrasties porainā iežā, to var izšķīdināt ūdenī, šķidros ogļūdeņražos un eļļā.

Lai saprastu, kāpēc tas notiek, atcerieties, ka vārds "gāze" nāk no grieķu valodas "haoss", Kas atspoguļo vielas izturēšanās principu. Gāzveida stāvoklī molekulas pārvietojas nejauši, cenšoties vienmērīgi piepildīt visu iespējamo tilpumu. Sakarā ar to tie spēj iekļūt un izšķīst citās vielās, ieskaitot blīvākus šķidrumus un minerālus. Augsts spiediens un temperatūra ievērojami uzlabo difūzijas procesu. Bieži zarnās dabas gāze ir šāda “kokteiļa” formā.

Bet vispirms runāsim par to, kas sastāv no gāzes un kas tā ir - apsveriet dabiskās degošās gāzes ķīmisko sastāvu un fizikālās īpašības.

Ķīmiskās īpašības

No zarnām ekstrahētā gāze, ko sauc par “dabisko”, ir dažādu gāzu maisījums.

Sastāvā tas ir sadalīts trīs komponentu grupās:

• degošs- ogļūdeņraži;
• nedegošs (balasti) - slāpeklis, oglekļa dioksīds, skābeklis, hēlijs, ūdens tvaiki;
• kaitīgs piemaisījumi - sērūdeņradis un merkaptāni.

Pirmā un galvenā grupa ir metāna ogļūdeņražu (homologu) komplekts ar oglekļa atomu skaitu no 1 līdz 5. Lielākais procentuālais daudzums maisījumā ir metāns (no 70 līdz 98%), kurā ir viens oglekļa atoms. Citu gāzu (etāna, propāna, butāna, pentāna) saturs svārstās no vienībām līdz procenta desmitdaļām.

No laukiem ražotajai gāzei raksturīga augsta metāna koncentrācija. Saistītajā, no naftas iegūtā, metāna īpatsvars ir daudz mazāks: 30–60% un homologu augstāks: 10–20%.

Papildus ogļūdeņražiem maisījumā var būt nelielā daudzumā nedegošas vielas: sērūdeņradis, slāpeklis, oglekļa dioksīds, oglekļa monoksīds, ūdeņradis un citi. Bet, atkarībā no lauka, ogļūdeņražu proporcijas, kā arī citu gāzu sastāvs var ievērojami svārstīties.

Gāzes fizikālās īpašības

Saskaņā ar metāna fizikālajām īpašībām CH₄ bezkrāsains un bez smaržasļoti viegli uzliesmojošs. Ja koncentrācija gaisā pārsniedz 4,5% - sprādzienbīstams. Šis īpašums kopā ar ožas trūkumu rada lielus draudus un problēmas. Īpaši raktuvēs, jo metānu absorbē ogles.

Mēs rakstījām par gāzes eksplozijas cēloņiem sadzīves apstākļos Austrālijā šo lietu.

Lai gāzei būtu smarža, lai noteiktu tās noplūdi, pirms transportēšanas tai pievieno īpašas vielas ar nepatīkamu smaku - smaržvielas. Visbiežāk tie ir sēru saturoši savienojumi - etanetiols vai etilmerkaptāns. Piemaisījumu frakcija tiek izvēlēta tā, lai noplūde būtu pamanāma, ja gāzes koncentrācija ir 1%.

Galvenā zilās degvielas priekšrocība ir lielais īpatnējais sadegšanas siltums - 39 MJ / kg. Šajā gadījumā izdalās nekaitīgas vielas: ūdens un oglekļa dioksīds. Tas ir arī svarīgs faktors, kas ļauj ikdienā izmantot metānu.

No kurienes nāk gāze no zemes zarnām?

Lai gan cilvēki gāzi iemācījās lietot pirms vairāk nekā 200 gadiem, līdz šim nav vienprātības par to, no kurienes gāze nāk no zemes zarnām.

Izcelsmes pamat teorijas

Ir divas galvenās teorijas par tā izcelsmi:

• minerāls, skaidrojot gāzes veidošanos ar ogļūdeņražu atgāzēšanas procesiem no dziļākiem un blīvākiem zemes slāņiem un paceļot tos apgabalos ar zemāku spiedienu;
• organisks (biogēns), saskaņā ar kuru gāze ir dzīvu organismu palieku sadalīšanās produkts augsta spiediena, temperatūras un gaisa trūkuma apstākļos.

Laukā gāze var būt atsevišķa klastera, gāzes vāciņa, eļļas vai ūdens šķīduma vai gāzes hidrātu veidā. Pēdējā gadījumā nogulsnes atrodas porainos iežos starp gāzes necaurlaidīgiem māla slāņiem. Visbiežāk šādas ieži ir sablīvēts smilšakmens, karbonāti, kaļķakmeņi.

Parasto gāzes lauku īpatsvars ir tikai 0,8%. Nedaudz lielāks procents nokrīt dziļajai akmeņogļu un slānekļa gāzei - no 1,4 līdz 1,9%. Visizplatītākie nogulšņu veidi ir ūdenī izšķīdinātas gāzes un hidrāti - aptuveni vienādās proporcijās (katrs 46,9%).

Tā kā gāze ir vieglāka nekā nafta un ūdens ir smagāka, fosiliju novietojums rezervuārā vienmēr ir vienāds: gāze atrodas virs eļļas, un ūdens atbalsta visu naftas un gāzes lauku no apakšas.

Gāzes rezervuārā ir zem spiediena. Jo dziļākas ir nogulsnes, jo augstāks tas ir. Vidēji uz katriem 10 metriem spiediena pieaugums ir 0,1 MPa. Pastāv neparasti augsta spiediena veidojumi. Piemēram, Urengojas atradnes Achimova atradnēs tas sasniedz 600 atmosfēras un augstāku ar dziļumu no 3800 līdz 4500 m.

Interesanti fakti un hipotēzes

Ne tik sen tika uzskatīts, ka pasaules naftas un gāzes rezerves būtu jāizsmeļ jau XXI gadsimta sākumā. Piemēram, autoritatīvais amerikāņu ģeofiziķis Hubberts par to rakstīja 1965. gadā.

Līdz šim daudzas valstis turpina palielināt gāzes ražošanu. Nav īstu pazīmju, ka ogļūdeņražu rezerves iztek.

Pēc ģeoloģisko un mineraloģisko zinātņu doktora V.V. Polevanova, šādus nepareizus priekšstatus izraisa fakts, ka naftas un gāzes organiskās izcelsmes teorija joprojām ir vispārpieņemta un tai pieder vairums zinātnieku. Lai gan joprojām D.I. Mendeļejevs pamatoja naftas neorganiskās dziļās izcelsmes teoriju, un tad to pierādīja Kudryavtsev un V.R. Larins.

Bet daudzi fakti runā pret ogļūdeņražu organisko izcelsmi.

Šeit ir daži no tiem:

• nogulsnes tiek atklātas līdz 11 km dziļumā kristāliskajos pamatos, kur organisko vielu esamība pat teorētiski nav iespējama;
• izmantojot organisko teoriju, var izskaidrot tikai 10% ogļūdeņražu rezerves, pārējie 90% ir neizskaidrojami;
• Cassini kosmosa zonde, kas 2000. gadā tika atklāta Saturna Titāna milzu ogļūdeņražu resursos ezeru veidā, kas ir par vairākiem kārtas lielumiem augstāki par zemi.

Larīna izvirzītā hipotēze par sākotnēji hidrīdu Zeme skaidro ogļūdeņražu izcelsmi ar ūdeņraža reakciju ar oglekli zemes dzīlēs un tam sekojošo metāna atgāzēšanu.

Pēc viņas teiktā, senās Jurassic atradnes nav. Visa nafta un gāze varēja veidoties diapazonā no 1 līdz 15 tūkstošiem gadu atpakaļ. Atlasei turpinoties, krājumi var pakāpeniski papildināties, kā redzams sen attīstītos un pamestos naftas laukos.

Kā notiek kalnrūpniecība un transportēšana?

Dabiskās degošās gāzes ieguves process sākas ar urbumu izbūvi. Atkarībā no gāzi nesošā slāņa rašanās to dziļums var sasniegt 7 km. Urbšanas gaitā caurule (apvalks) tiek nolaista akā. Lai novērstu gāzes izplūšanu caur telpu starp cauruli un urbuma sienām, tiek veikta šuvju iepildīšana - spraugas piepildīšana ar māliem vai cementu.

Pēc būvniecības beigām urbšanas iekārta tiek noņemta, un uz apvalka galvas ir uzstādīti strūklaku veidgabali. Tas ir vārstu un vārstu dizains, kalpo gāzes atlasīšanai no akas.

Urbumu skaits var būt diezgan liels.

Strūklakas veidgabaliem tiek piešķirtas vairākas funkcijas: tas tur urbumā piekārtas caurules, kontrolē darbības režīmus, mēra urbuma ārējo un iekšējo daļu parametrus

Viss dabasgāzes ražošanas cikls notiek trīs posmos:

1. Gāzes lauka attīstība. Urbšanas rezultātā tiek radīta spiediena starpība. Sakarā ar to gāze pārvietojas pa rezervuāru uz akām.
2. Gāzes aku darbība. Šajā posmā gāze iet caur apvalku.
3. Savākšana un sagatavošana transportēšanai. Gāze no visiem strūklaku veidgabaliem tiek piegādāta īpašiem gāzes attīrīšanas iekārtu tehnoloģiskiem kompleksiem. Tās ir sausa gāze tīrīšana no kaitīgiem piemaisījumiem.

Pat nelielas sērūdeņraža, ūdens tvaiku vai daļiņu koncentrācijas izraisa ātru koroziju, hidrātu veidošanos un cauruļvada iekšējās virsmas mehāniskus bojājumus.

Galīgā sagatavošanās transportēšanai notiek galvenajā mītnē. Tajā ietilpst ogļūdeņraža kondensāta pēcapstrāde un noņemšana, gāzes atdzesēšana, lai samazinātu tās tilpumu.

Galvenais gāzes pārvadāšanas veids lielos attālumos ir gāzes maģistrāle. Tā ir sarežģītu inženierbūvju sistēma no pašiem cauruļvadiem līdz pazemes krātuve.

Šosejas pēdējā vietā ir gāzes sadales stacijas (GDS). Šeit notiek pēdējā tīrīšana no putekļu un šķidrumu piemaisījumiem, spiediens tiek samazināts līdz patērētājiem nepieciešamajam līmenim, tas tiek stabilizēts, tiek ņemts vērā gāzes patēriņš un pievienots odorants.

Vēl viens izplatīts metāna pārvadāšanas veids ir jūras pārvadājumi ar īpašiem kuģiem - gāzes nesējiem.

Milzīgas sfēriskas tvertnes neļaus sajaukt gāzes nesēju ar cita veida tvertnēm. Tie ir termosi, kas uztur nemainīgu nepieciešamo temperatūru šķidrajam metānam -163 ° С

Gāzes pārvēršana šķidrā stāvoklī tiek veikta īpašās SDG iekārtās. Process notiek divos posmos: vispirms metānu atdzesē līdz -50 ° C, pēc tam līdz -163 ° C. Tajā pašā laikā tā apjoms samazinās par 600 reizēm.

Apstrāde un darbības joma

Dabasgāzes augstā uzliesmojamība nosaka tās galveno pielietojumu. Kurināmā veidā to izmanto rūpnīcās, rūpnīcās, termoelektrostacijās, katlu mājās, iestādēs, dzīvojamās ēkās, lauksaimniecības objektos un daudzos citos. Mēs iesakām jums izlasīt noteikumus vietējā gāzes izmantošana.

Naftas ražošanu un rafinēšanu vienmēr pavada saistītās gāzes izlaišana. Dažos gadījumos tā apjomi var būt iespaidīgi un sasniegt līdz 300 kubikmetriem uz kubikmetru jēlnaftas.

Bet ir liels skaits lauku, kur ar dabisko gāzi nevis izmanto, bet uzliesmo. Piemēram, visā Krievijā tādējādi tiek zaudēti līdz 25% derīgo izejvielu.

Daļa saistītās gāzes tiek piegādāta gāzes pārstrādes uzņēmumiem. No tā iegūst attīrītu sausu gāzi, kuru izmanto apkurei. Vēl viena vērtīga sastāvdaļa ir vieglo ogļūdeņražu maisījums.

Diagramma parāda vispārēju saražotās gāzes pārstrādes procesa ainu. Galaproduktu lomu mūsdienu ķīmiskajā rūpniecībā ir grūti pārvērtēt

Tad īpašās instalācijās to sadala frakcijās. Rezultāts ir ogļūdeņraži, piemēram, propāns, butāns, izobutāns, pentāns. Lai samazinātu apjomu, ērtu transportēšanu un uzglabāšanu sašķidrināt.

Automašīnu pārveidošana par degvielu ātri atmaksājas un dod reālus izmaksu ietaupījumus. Degvielas uzpildes staciju tīkla paplašināšana veicina autoparka palielināšanos ar HBO. Uzvar ne tikai autovadītāji, bet arī gājēji, kuriem nav jāelpo kaitīgas izplūdes gāzes

Mājas apsildīšanai tiek izmantots propāns un butāns. pudelēs iepildīta gāze nu automašīnām. Bet lielākoties to izmanto turpmākai pārstrādei naftas ķīmijas rūpnīcās.

Sildot augstā temperatūrā (pirolīze), no tām tiek iegūtas visu sintētisko materiālu galvenās izejvielas - monomēri: etilēns, propilēns, butadiēns. Katalizatoru iedarbībā tie tiek apvienoti polimēros. Rezultātā tiek iegūti tādi vērtīgi materiāli kā gumija, PVC, polietilēns un daudzi citi.

Secinājumi un noderīgs video par tēmu

Dokumentālajā filmā par gāzi ir pieejama un skaidra informācija:

Šī mācību filma ir veltīta gāzes pārvadāšanai:

Mēs joprojām nezinām visu par dabasgāzi - tās izcelsme joprojām ir saistīta ar daudziem noslēpumiem. Ir cerība, ka zilā degviela patiešām ir neizsmeļama dāvana, ar kuru pietiks mums un mūsu pēcnācējiem.

Vai jums ir jautājumi pēc iepriekš minētā materiāla izlasīšanas? Vai arī vēlaties papildināt rakstu ar noderīgiem komentāriem, interesantiem faktiem vai fotogrāfijām? Rakstiet komentārus, uzdodiet jautājumus, piedalieties diskusijā - zemāk ir atrodama atsauksmes forma.