Totul despre gazul natural: compoziția și proprietățile, producția și utilizarea gazelor naturale

Datorită eficienței energetice ridicate și ecologice, gazele naturale, împreună cu petrolul, sunt de o importanță capitală.Este utilizat pe scară largă ca combustibil și servește și ca materie primă valoroasă pentru industria chimică.

Și, deși utilizarea gazului a devenit cotidiană și familiară, rămâne totuși o substanță complexă și destul de periculoasă - pentru a intra în arzătorul unui aparat cu gaz, parcurge o cale lungă și complexă.

În articol vom analiza principalele probleme legate de gazul natural inflamabil - vom vorbi despre compoziția și proprietățile acestuia, vom descrie etapele producției, transportului și procesării gazului și domeniul de aplicare al acestuia. Să luăm în considerare ideile moderne despre originea rezervelor de hidrocarburi, fapte și ipoteze interesante.

Ce este gazul natural inflamabil?

Există o părere că gazul se află sub pământ în goluri și este ușor de extras de acolo, pentru care este suficient să forați un puț. Dar, în realitate, totul este mult mai complicat: gazul poate fi în interiorul unei roci poroase, poate fi dizolvat în apă, hidrocarburi lichide și petrol.

Pentru a înțelege de ce se întâmplă acest lucru, este suficient să ne amintim că cuvântul „gaz” provine din limba greacă „haos„, care reflectă principiul comportamentului unei substanțe. În stare gazoasă, moleculele se mișcă haotic, încercând să umple uniform întregul volum posibil. Datorită acestui fapt, ele sunt capabile să pătrundă și să se dizolve în alte substanțe, inclusiv în lichide și minerale mai dense. Presiunea și temperatura ridicate îmbunătățesc semnificativ procesul de difuzie.Adesea, sub forma unui astfel de „cocktail”, gazul natural este conținut în subsol.

Dar mai întâi, să vorbim despre ce constă gazul și despre ce este acesta - să ne uităm la compoziția chimică și la proprietățile fizice ale gazului combustibil natural.

Caracteristicile compoziției chimice

Gazul extras din subsol, care se numește „natural”, este un amestec de diferite gaze.

În funcție de compoziția sa, este împărțit în trei grupuri de componente:

• inflamabil – hidrocarburi;
• neinflamabil (balasturi) – azot, dioxid de carbon, oxigen, heliu, vapori de apă;
• dăunătoare impurităţi – hidrogen sulfurat și mercaptani.

Primul și principal grup este un set de hidrocarburi metanice (omologi) cu un număr de atomi de carbon de la 1 la 5. Cel mai mare procent din amestec este metanul (de la 70 la 98%), care are un atom de carbon. Conținutul altor gaze (etan, propan, butan, pentan) variază de la unități la zecimi de procente.

Gazul extras din câmpuri se caracterizează printr-o concentrație mare de metan. În produsul secundar extras din petrol, proporția de metan este mult mai mică: 30 – 60%, iar omologii sunt mai mari: 10 – 20%

Pe lângă hidrocarburi, amestecul poate conține substanțe neinflamabile în cantități mici: hidrogen sulfurat, azot, dioxid de carbon, monoxid de carbon, hidrogen și altele. Dar, în funcție de domeniu, proporțiile de hidrocarburi, ca și compoziția altor gaze, pot varia semnificativ.

Proprietățile fizice ale gazului

Conform proprietăților fizice ale metanului CH₄ incolor si inodor, foarte inflamabil. La concentrații în aer de peste 4,5% - exploziv. Această proprietate, combinată cu lipsa mirosului, reprezintă o mare amenințare și problemă. Mai ales în mine, deoarece metanul este absorbit de cărbune.

Am scris despre cauzele exploziilor de gaze în condiții casnice în acest material.

Pentru a conferi gazului un miros în vederea detectării scurgerilor acestuia, înainte de transport se adaugă substanțe speciale cu miros neplăcut - odorante. Cel mai adesea, aceștia sunt compuși care conțin sulf - etantiol sau etil mercaptan. Proporția de impuritate este selectată astfel încât o scurgere să fie vizibilă la o concentrație de gaz de 1%.

Principalul avantaj al combustibilului albastru este căldura sa specifică ridicată de ardere - 39 MJ/kg. Aceasta eliberează substanțe inofensive: apă și dioxid de carbon. Acesta este, de asemenea, un factor important care permite utilizarea metanului în viața de zi cu zi

De unde provine gazele din adâncurile pământului?

Deși oamenii au învățat să folosească gazul în urmă cu mai bine de 200 de ani, încă nu există un consens cu privire la proveniența gazului din intestinele pământului.

Principalele teorii ale originii

Există două teorii principale ale originii sale:

• mineral, ceea ce explică formarea gazului prin procesele de degazare a hidrocarburilor din straturile mai adânci și mai dense ale pământului și ridicarea acestora în zone cu presiune mai mică;
• organic (biogenic), conform căruia gazul este un produs al descompunerii rămășițelor organismelor vii în condiții de presiune ridicată, temperatură și lipsă de aer.

Într-un câmp, gazul poate fi sub formă de acumulare separată, un capac de gaz, o soluție în ulei sau apă sau hidrați de gaz. În acest din urmă caz, depozitele sunt situate în roci poroase între straturi de argilă etanșe la gaz. Cel mai adesea, astfel de roci sunt gresie compactă, carbonați și calcare.

Ponderea zăcămintelor de gaze convenționale este de doar 0,8%. Un procent puțin mai mare se încadrează pe gazele de adâncime, cărbune și șist - de la 1,4 la 1,9%.Cele mai comune tipuri de depozite sunt gazele și hidrații dizolvați în apă - în proporții aproximativ egale (46,9% fiecare)

Deoarece gazul este mai ușor decât petrolul, iar apa este mai grea, poziția mineralelor din rezervor este întotdeauna aceeași: gazul este deasupra petrolului, iar apa susține întregul câmp de petrol și gaze de jos.

Gazul din formațiune este sub presiune. Cu cât depozitele sunt mai adânci, cu atât acestea sunt mai mari. În medie, la fiecare 10 metri, creșterea presiunii este de 0,1 MPa. Există straturi cu presiune anormal de mare. De exemplu, în zăcămintele Achimov din câmpul Urengoy atinge 600 de atmosfere și mai mult la o adâncime de 3800 până la 4500 m.

Fapte și ipoteze interesante

Nu cu mult timp în urmă, se credea că rezervele mondiale de petrol și gaze ar trebui epuizate la începutul secolului XXI. De exemplu, geofizicianul american de autor Hubbert a scris despre asta în 1965.

Până în prezent, multe țări continuă să crească ritmul producției de gaze. Nu există semne reale că rezervele de hidrocarburi se epuizează

Potrivit doctorului în științe geologice și minerale V.V. Polevanova, astfel de concepții greșite sunt cauzate de faptul că teoria originii organice a petrolului și gazelor este încă general acceptată și domină mintea majorității oamenilor de știință. Deși încă D.I. Mendeleev a fundamentat teoria originii anorganice profunde a petrolului, iar apoi acest lucru a fost dovedit de Kudryavtsev și V.R. Larin.

Dar multe fapte vorbesc împotriva originii organice a hidrocarburilor.

Aici sunt câțiva dintre ei:

• s-au descoperit depozite la adâncimi de până la 11 km, în subsoluri cristaline, unde existența materiei organice nici măcar nu poate fi posibilă teoretic;
• cu ajutorul teoriei organice, doar 10% din rezervele de hidrocarburi pot fi explicate, restul de 90% sunt inexplicabile;
• Sonda spațială Cassini a descoperit în 2000 pe luna lui Saturn, Titan, resurse gigantice de hidrocarburi sub formă de lacuri, cu câteva ordine de mărime mai mari decât cele de pe Pământ.

Ipoteza unui Pământ inițial hidrur propusă de Larin explică originea hidrocarburilor prin reacția hidrogenului cu carbonul în adâncurile pământului și degazarea ulterioară a metanului.

Potrivit acesteia, nu există depozite antice din perioada jurasică. Tot petrolul și gazele s-ar fi putut forma între 1 și 15 mii de ani în urmă. Pe măsură ce selecția continuă, rezervele pot fi completate treptat, ceea ce a fost observat în câmpurile petroliere epuizate și abandonate de mult timp.

Cum se efectuează extracția și transportul?

Procesul de extragere a gazelor naturale combustibile începe cu construirea puțurilor. În funcție de apariția formațiunii purtătoare de gaze, adâncimea acestora poate ajunge la 7 km. Pe măsură ce forajul progresează, o țeavă (carcasa) este coborâtă în puț. Pentru a preveni scăparea gazului prin spațiul dintre țeavă și pereții puțului, se face astupare - umplerea golului cu argilă sau ciment.

La sfârșitul construcției, forța este îndepărtată și pomul de Crăciun este instalat pe capul carcasei. Este o structură de supape cu poartă și este folosită pentru extragerea gazului din puț.

Numărul puțurilor poate fi destul de mare.

Arborele de Crăciun are mai multe funcții: ține țevile de pompare și compresoare suspendate în puț, controlează modurile de funcționare și măsoară parametrii părților externe și interne ale puțului.

Întregul ciclu de producere a gazelor naturale combustibile are loc în trei etape:

1. Dezvoltarea câmpului de gaze. Ca rezultat al forajului, se creează o diferență de presiune. Din acest motiv, gazul se deplasează prin formațiune spre puțuri.
2. Exploatarea sondelor de gaz. În această etapă, gazul trece prin carcasă.
3. Colectare si pregatire pentru transport. Gazul din toți pomii de Crăciun este furnizat complexelor tehnologice speciale ale stației de tratare a gazelor. Ei usucă gazul, curatenie de impurități nocive.

Chiar și concentrațiile mici de hidrogen sulfurat, vapori de apă sau particule solide duc la coroziune rapidă, formare de hidrat și deteriorarea mecanică a suprafeței interioare a conductei.

Pregătirea finală pentru transport are loc la fabrică. Include post-tratarea și îndepărtarea condensului de hidrocarburi, răcirea cu gaz pentru a-i reduce volumul.

Principalul tip de transport de gaze pe distanțe lungi este conducta principală de gaz. Este un sistem de structuri de inginerie complexe de la conductele în sine la depozite subterane.

În punctul final al conductei se află stații de distribuție a gazelor (GDS). Aici are loc curățarea finală a prafului și a impurităților lichide, se reduce presiunea la nivelul cerut de consumatori, se stabilizează, se ține cont de consumul de gaz și se adaugă un odorant.

Un alt tip comun de transport al metanului este transportul maritim cu nave speciale - transportoare de gaze.

Tancurile sferice uriașe nu vor permite transportatorului de gaz să fie confundat cu alte tipuri de nave. Sunt termosuri care mențin constantă temperatura necesară pentru metanul lichid -163 °C

Transformarea gazului în stare lichidă se realizează la instalații speciale de GNL. Procesul are loc în două etape: mai întâi, metanul este răcit la -50 °C și apoi la -163 °C. În același timp, volumul său scade de 600 de ori.

Prelucrare și domeniul de aplicare

Inflamabilitatea ridicată a gazelor naturale determină utilizarea sa principală. Este folosit ca combustibil în fabrici, fabrici, centrale termice, cazane, instituții, clădiri rezidențiale, unități agricole și multe altele. Vă recomandăm să citiți regulile utilizarea gazelor în viața de zi cu zi.

Producția și rafinarea petrolului sunt întotdeauna însoțite de eliberarea de gaz asociat. În unele cazuri, volumele sale pot fi impresionante și se ridică la până la 300 de metri cubi pe metru cub de țiței.

Există însă un număr mare de zăcăminte în care gazele naturale asociate nu sunt utilizate, ci sunt arse. De exemplu, în toată Rusia, până la 25% din materiile prime utile se pierd în acest fel.

O parte din gazul asociat este furnizat fabricilor de procesare a gazelor. Din acesta se obține gaz uscat purificat, care este folosit pentru încălzire. O altă componentă valoroasă este un amestec de hidrocarburi ușoare.

Diagrama prezintă o imagine generală a procesului de prelucrare a gazului produs. Rolul produselor finale pentru industria chimică modernă nu poate fi supraestimat

Se împarte apoi în fracții în instalații speciale. Rezultatul sunt hidrocarburi precum propan, butan, izobutan și pentan. Pentru a reduce volumul, ușurința de transport și depozitare a acestora lichefia.

Transformarea mașinilor la benzină se plătește rapid de la sine și oferă economii semnificative de costuri. Extinderea rețelei de benzinării contribuie la creșterea parcului de autoturisme cu GPL. Beneficiază nu doar șoferii, ci și pietonii care nu trebuie să respire fumuri nocive

Propanul și butanul sunt folosite pentru încălzirea locuințelor gaz îmbuteliat sau pentru mașini. Dar cea mai mare parte este destinată procesării ulterioare în producția petrochimică.

Prin încălzire la temperatură înaltă (piroliză), acestea sunt utilizate pentru obținerea materiei prime principale pentru toate materialele sintetice - monomeri: etilenă, propilenă, butadienă. Sub influența catalizatorilor, aceștia sunt combinați în polimeri. Producția este materiale atât de valoroase precum cauciucul, PVC, polietilena și multe altele.

Concluzii și video util pe această temă

Documentarul vorbește despre gaz într-un mod accesibil și vizual:

Acest film educațional este dedicat principalului transport de gaze:

Încă nu știm totul despre gazul natural – originea sa păstrează încă multe mistere. Nu putem decât să sperăm că combustibilul albastru este cu adevărat un dar inepuizabil care va fi suficient pentru noi și urmașii noștri.

Mai aveți întrebări după ce ați citit materialul de mai sus? Sau vrei să completezi articolul cu comentarii utile, fapte interesante sau fotografii? Scrieți-vă comentariile, puneți întrebări, participați la discuție - formularul de feedback se găsește mai jos.