Wszystko o gazie ziemnym: skład i właściwości, produkcja i wykorzystanie gazu ziemnego

Ze względu na wysoką efektywność energetyczną i przyjazność dla środowiska, gaz ziemny, wraz z ropą, ma ogromne znaczenie. Jest szeroko stosowany jako paliwo, a także służy jako cenny surowiec dla przemysłu chemicznego.

I chociaż stosowanie gazu stało się codzienne i nawykowe, nadal pozostaje trudne w składzie i dość niebezpiecznej substancji - aby dostać się do palnika urządzenia gazowego, przechodzi długą i trudną drogę.

W artykule przeanalizujemy główne zagadnienia związane z naturalnym gazem palnym - porozmawiamy o jego składzie i właściwościach, opiszemy etapy produkcji, transportu i przetwarzania gazu, zakres jego zastosowania. Rozważ nowoczesne pomysły na temat pochodzenia rezerw węglowodorów, ciekawe fakty i hipotezy.

Co to jest naturalny gaz palny?

Istnieje opinia, że ​​gaz znajduje się pod ziemią w pustkach i jest z niego łatwo wydobywany, dla którego wystarczy wywiercić studnię. Ale w rzeczywistości wszystko jest znacznie bardziej skomplikowane: gaz może znajdować się w porowatej skale, może być rozpuszczony w wodzie, płynnych węglowodorach i oleju.

Aby zrozumieć, dlaczego tak się dzieje, pamiętaj tylko, że słowo „gaz” pochodzi od greckiego „chaos”, Co odzwierciedla zasadę zachowania substancji. W stanie gazowym cząsteczki poruszają się losowo, próbując równomiernie wypełnić całą możliwą objętość. Dzięki temu są w stanie przenikać i rozpuszczać się w innych substancjach, w tym w gęstszych cieczach i minerałach. Wysokie ciśnienie i temperatura znacznie usprawniają proces dyfuzji. Często w postaci takiego „koktajlu” gaz ziemny jest zawarty w jelitach.

Ale najpierw porozmawiajmy o tym, z czego składa się gaz i czym on jest - rozważmy skład chemiczny i właściwości fizyczne naturalnego gazu palnego.

Funkcje chemiczne

Gaz wydobywany z jelit, zwany „naturalnym”, jest mieszaniną różnych gazów.

W składzie dzieli się na trzy grupy składników:

• łatwopalny- węglowodory;
• niepalny (stateczniki) - azot, dwutlenek węgla, tlen, hel, para wodna;
• szkodliwy zanieczyszczenia - siarkowodór i merkaptany.

Pierwszą i główną grupą jest zestaw węglowodorów metanowych (homologów) o liczbie atomów węgla od 1 do 5. Największy procent w mieszaninie to metan (od 70 do 98%) posiadający jeden atom węgla. Zawartość innych gazów (etan, propan, butan, pentan) waha się od jednostek do dziesiątych części procenta.

Gaz wytwarzany z pól charakteryzuje się wysokim stężeniem metanu. W powiązanym, wydobytym z ropy naftowej, udział metanu jest znacznie niższy: 30 - 60%, a homologów wyższy: 10 - 20%

Oprócz węglowodorów w mieszaninie mogą znajdować się niepalne substancje w niewielkich ilościach: siarkowodór, azot, dwutlenek węgla, tlenek węgla, wodór i inne. Jednak w zależności od pola proporcje węglowodorów, a także skład innych gazów, mogą się znacznie wahać.

Właściwości fizyczne gazu

Według właściwości fizycznych metanu CH₄ bezbarwny i bezwonnybardzo łatwopalny. Przy stężeniach w powietrzu powyżej 4,5% - materiał wybuchowy. Ta właściwość, w połączeniu z brakiem zapachu, stanowi ogromne zagrożenie i problem. Zwłaszcza w kopalniach, ponieważ metan jest absorbowany przez węgiel.

Pisaliśmy o przyczynach wybuchu gazu w warunkach domowych w te rzeczy.

Aby nadać gazowi zapach, aby wykryć jego wycieki, przed transportem dodaje się do niego specjalne substancje o nieprzyjemnym zapachu, substancje zapachowe. Najczęściej są to związki zawierające siarkę - etanotiol lub merkaptan etylu. Frakcja zanieczyszczeń jest tak dobrana, aby można było zaobserwować wyciek przy stężeniu gazu 1%.

Główną zaletą niebieskiego paliwa jest jego wysokie ciepło właściwe spalania - 39 MJ / kg. W takim przypadku uwalniane są nieszkodliwe substancje: woda i dwutlenek węgla. Jest to również ważny czynnik, który pozwala na stosowanie metanu w życiu codziennym.

Skąd pochodzi gaz z trzewi ziemi?

Chociaż ludzie nauczyli się używać gazu ponad 200 lat temu, do tej pory nie ma zgody co do tego, skąd pochodzi gaz w trzewiach ziemi.

Podstawowe teorie pochodzenia

Istnieją dwie główne teorie jego pochodzenia:

• minerał, wyjaśniając powstawanie gazu w procesach odgazowania węglowodorów z głębszych i gęstszych warstw ziemi i podnosząc je do obszarów o niższym ciśnieniu;
• organiczny (biogenny), zgodnie z którym gaz jest produktem rozkładu szczątków organizmów żywych w warunkach wysokiego ciśnienia, temperatury i braku powietrza.

Na polu gaz może mieć postać oddzielnego skupiska, korka gazowego, roztworu w oleju lub wodzie lub hydratów gazu. W tym drugim przypadku złoża znajdują się w porowatych skałach między gazoszczelnymi warstwami gliny. Najczęściej takimi skałami są ubity piaskowiec, węglany, wapienie.

Udział konwencjonalnych pól gazowych wynosi zaledwie 0,8%. Nieco większy odsetek przypada na gaz głęboki, węgiel i gaz łupkowy - z 1, 4 do 1,9%. Najczęstszymi rodzajami złóż są gazy rozpuszczone w wodzie i hydraty - w przybliżeniu w równych proporcjach (46,9% każdy)

Ponieważ gaz jest lżejszy od ropy, a woda cięższa, pozycja skamielin w zbiorniku jest zawsze taka sama: gaz jest powyżej ropy, a woda wspiera całe pole naftowe i gazowe od dołu.

Gaz w zbiorniku jest pod ciśnieniem. Im głębsze złoża, tym wyższe. Średnio na każde 10 metrów wzrost ciśnienia wynosi 0,1 MPa. Istnieją nienormalnie wysokie formacje ciśnieniowe. Na przykład na złożach Achimowa złoża Urengoy osiąga 600 atmosfer i więcej na głębokości od 3800 do 4500 m.

Interesujące fakty i hipotezy

Nie tak dawno temu wierzono, że światowe zasoby ropy i gazu powinny zostać wyczerpane już na początku XXI wieku. Na przykład autorytatywny amerykański geofizyk Hubbert napisał o tym w 1965 roku.

Do tej pory wiele krajów nadal zwiększa produkcję gazu. Nic nie wskazuje na to, że wyczerpują się rezerwy węglowodorów.

Według doktora nauk geologicznych i mineralogicznych V.V. Polevanova, takie nieporozumienia są spowodowane faktem, że teoria organicznego pochodzenia ropy i gazu jest nadal ogólnie akceptowana i należy do umysłów większości naukowców. Chociaż wciąż D.I. Mendelejew uzasadnił teorię nieorganicznego głębokiego pochodzenia oleju, a następnie udowodnili to Kudryavtsev i V.R. Larin.

Ale wiele faktów przemawia przeciwko organicznemu pochodzeniu węglowodorów.

Oto niektóre z nich:

• złoża odkrywane są na głębokościach do 11 km, w krystalicznych fundamentach, gdzie istnienie materii organicznej nie może być nawet teoretyczne;
• używając teorii organicznej można wyjaśnić tylko 10% rezerw węglowodorów, pozostałe 90% jest niewytłumaczalne;
• sonda kosmiczna Cassini odkryta w 2000 r. na satelicie Saturn, gigantycznych zasobach węglowodorów w postaci jezior, o kilka rzędów wielkości wyższych niż Ziemia.

Hipoteza wysunięta przez Larina z pierwotnie wodorkowej Ziemi wyjaśnia pochodzenie węglowodorów poprzez reakcję wodoru z węglem w głębinach ziemi, a następnie odgazowanie metanu.

Według niej nie ma starożytnych złóż jurajskich. Cała ropa i gaz mogą powstawać w przedziale od 1 do 15 tysięcy lat temu. W miarę selekcji zapasy mogą stopniowo się uzupełniać, co widać na długo rozwiniętych i opuszczonych polach naftowych.

Jak wygląda wydobycie i transport?

Proces wydobywania naturalnego gazu palnego rozpoczyna się od budowy studni. W zależności od występowania warstwy gazonośnej ich głębokość może osiągnąć 7 km. W miarę wiercenia rura (obudowa) jest opuszczana do studni. Aby zapobiec ulatnianiu się gazu przez przestrzeń między rurą a ścianami studni, wykonuje się fugowanie - wypełnianie luki gliną lub cementem.

Pod koniec budowy wiertnica jest usuwana, a armatura fontannowa instalowana na głowicy obudowy. Jest to konstrukcja zaworów i zaworów, służy do wybierania gazu ze studni.

Liczba studzienek może być dość duża.

Armatura fontanny jest przypisana do kilku funkcji: utrzymuje rury rurowe zawieszone w studni, kontroluje tryby pracy, mierzy parametry zewnętrznych i wewnętrznych części studni

Cały cykl produkcji gazu ziemnego odbywa się w trzech etapach:

1. Zagospodarowanie pola gazowego. W wyniku wiercenia powstaje różnica ciśnień. Z tego powodu gaz przepływa przez zbiornik do studni.
2. Działanie studni gazowych. Na tym etapie gaz przechodzi przez obudowę.
3. Odbiór i przygotowanie do transportu. Gaz ze wszystkich armatur fontannowych jest dostarczany do specjalnych kompleksów technologicznych oczyszczalni gazu. To suchy gaz czyszczenie przed szkodliwymi zanieczyszczeniami.

Nawet małe stężenia siarkowodoru, pary wodnej lub cząstek stałych prowadzą do szybkiej korozji, tworzenia się hydratów i mechanicznego uszkodzenia wewnętrznej powierzchni rurociągu.

Ostateczne przygotowanie do transportu odbywa się w centrali. Obejmuje wtórną obróbkę i usuwanie kondensatu węglowodorów, chłodzenie gazu w celu zmniejszenia jego objętości.

Głównym rodzajem transportu gazu na duże odległości jest główny gaz. Jest to system złożonych struktur inżynieryjnych od samych rurociągów do magazyn podziemny.

W końcowym punkcie autostrady znajdują się stacje dystrybucji gazu (GDS). Tutaj następuje ostatnie czyszczenie z zanieczyszczeń z pyłu i płynów, ciśnienie jest redukowane do poziomu wymaganego przez konsumentów, jest stabilizowane, bierze się pod uwagę zużycie gazu i dodaje się środek nawaniający.

Innym powszechnym rodzajem transportu metanu jest transport morski specjalnymi statkami - gazowcami.

Ogromne sferyczne zbiorniki nie pozwolą na pomylenie nośnika gazu z innymi rodzajami statków. Są to termosy, które utrzymują stałą wymaganą temperaturę ciekłego metanu -163 ° С

Przekształcenie gazu w stan ciekły odbywa się w specjalnych instalacjach LNG. Proces odbywa się w dwóch etapach: najpierw metan chłodzi się do -50 ° C, a następnie do -163 ° C. Jednocześnie jego objętość zmniejsza się 600 razy.

Przetwarzanie i zakres

Wysoka palność gazu ziemnego determinuje jego główne zastosowanie. Jest stosowany w postaci paliwa w fabrykach, fabrykach, elektrowniach cieplnych, kotłowniach, instytucjach, w budynkach mieszkalnych, obiektach rolniczych i wielu innych. Zalecamy przeczytanie regulaminu krajowe zużycie gazu.

Produkcji i rafinacji ropy naftowej zawsze towarzyszy uwolnienie powiązanego gazu. W niektórych przypadkach jego objętość może być imponująca i dochodzić do 300 metrów sześciennych na metr sześcienny ropy naftowej.

Ale istnieje duża liczba pól, na których gaz ziemny nie jest wykorzystywany, ale rozszerza się. Na przykład w całej Rosji traci się nawet 25% użytecznych surowców.

Część powiązanego gazu jest dostarczana do zakładów przetwarzania gazu. Z niego otrzymuje się oczyszczony suchy gaz, który służy do ogrzewania. Kolejnym cennym składnikiem jest mieszanina lekkich węglowodorów.

Schemat przedstawia ogólny obraz procesu przetwarzania wytwarzanego gazu. Rola produktów końcowych dla współczesnego przemysłu chemicznego jest trudna do przecenienia

Następnie dzieli się na frakcje w specjalnych instalacjach. Wynikiem są węglowodory, takie jak propan, butan, izobutan, pentan. Aby zmniejszyć objętość, łatwość transportu i przechowywania upłynniać.

Przekształcenie samochodów w gaz szybko się opłaca i daje wymierne oszczędności kosztów. Rozbudowa sieci stacji benzynowych przyczynia się do wzrostu floty samochodów wyposażonych w HBO. Wygrywają nie tylko kierowcy, ale także piesi, którzy nie muszą wdychać szkodliwych spalin

Propan i butan są używane do ogrzewania domów. gaz w butlach albo do samochodów. Ale większość z nich idzie na dalsze przetwarzanie w zakładach petrochemicznych.

Z ogrzewania w wysokiej temperaturze (pirolizy) uzyskuje się z nich główne surowce do wszystkich materiałów syntetycznych - monomery: etylen, propylen, butadien. Pod działaniem katalizatorów łączy się je w polimery. W wyniku produkcji powstają tak cenne materiały, jak guma, PCV, polietylen i wiele innych.

Wnioski i przydatne wideo na ten temat

W filmie dokumentalnym o gazie jest dostępny i przejrzysty:

Ten film szkoleniowy jest poświęcony transportowi pnia gazu:

Nadal nie wiemy wszystkiego o gazie ziemnym - jego pochodzenie jest wciąż pełne wielu tajemnic. Mamy nadzieję, że niebieskie paliwo jest niewyczerpanym darem, który wystarczy nam i naszym potomkom.

Czy masz pytania po przeczytaniu powyższego materiału? A może chcesz uzupełnić artykuł przydatnymi komentarzami, interesującymi faktami lub zdjęciami? Napisz swoje uwagi, zadawaj pytania, bierz udział w dyskusji - formularz opinii znajduje się poniżej.