Vše o zemním plynu: složení a vlastnosti zemního plynu, výroba a rozsah jeho použití

Díky své vysoké energetické účinnosti a šetrnosti k životnímu prostředí má zemní plyn spolu s ropou prvořadý význam. Je široce používán jako palivo a slouží také jako cenná surovina pro chemický průmysl.

A přestože se používání plynu stalo každodenním a obvyklým, stále zůstává obtížné ve složení a poměrně nebezpečná látka - dostat se do hořáku plynového spotřebiče, prochází dlouhou a obtížnou způsob.

V tomto článku budeme analyzovat hlavní problémy související s přírodním hořlavým plynem - budeme hovořit o jeho složení a vlastnostech, popíšeme fáze výroby, přepravy a zpracování plynu, jeho rozsah. Zvažme moderní představy o původu uhlovodíkových rezerv, zajímavosti a hypotézy.

Co je to přírodní hořlavý plyn?

Existuje názor, že plyn leží pod zemí v dutinách a snadno se odtud získává, pro což stačí vyvrtat studnu. Ale ve skutečnosti je všechno mnohem komplikovanější: plyn může být uvnitř porézní horniny, může být rozpuštěn ve vodě, kapalných uhlovodících, ropě.

Abychom pochopili, proč se to děje, stačí si uvědomit, že slovo „plyn“ pochází z řeckého „chaos“, Což odráží princip chování látek. V plynném stavu se molekuly pohybují chaoticky a snaží se rovnoměrně vyplnit celý možný objem. Díky tomu jsou schopné pronikat a rozpouštět se v jiných látkách, včetně hutnějších kapalin a minerálů. Vysoký tlak a teplota výrazně zlepšují proces difúze. Často je formou takového „koktejlu“, že je v útrobách obsažen zemní plyn.

Nejprve si ale řekněme, z čeho se plyn skládá a co to je - zvažte chemické složení a fyzikální vlastnosti přírodního hořlavého plynu.

Vlastnosti chemického složení

Plyn extrahovaný z podloží, kterému se říká „přírodní“, je směsí různých plynů.

Podle svého složení je rozdělen do tří skupin složek:

• hořlavý - uhlovodíky;
• nehořlavý (předřadníky) - dusík, oxid uhličitý, kyslík, helium, vodní pára;
• škodlivýnečistoty - sirovodík a merkaptany.

První a hlavní skupina je sada metanových uhlovodíků (homologů) s počtem atomů uhlíku od 1 do 5. Největší procento ve směsi je metan (70 až 98%), který má jeden atom uhlíku. Obsah ostatních plynů (ethan, propan, butan, pentan) se pohybuje od jednotek do desetin procenta.

Kromě uhlovodíků může být ve směsi přítomno malé množství nehořlavých látek: sirovodík, dusík, oxid uhličitý, oxid uhelnatý, vodík a další. V závislosti na oboru se však podíly uhlovodíků, podobně jako složení jiných plynů, mohou výrazně lišit.

Fyzikální vlastnosti plynu

Podle fyzikálních vlastností je metan СН₄bez barvy a bez zápachu, velmi hořlavý. Při koncentracích ve vzduchu nad 4,5% - explozivní. Tato vlastnost v kombinaci s nedostatkem zápachu představuje velkou hrozbu a problém. Zvláště v dolech je metan absorbován uhlím.

O příčinách výbuchu plynu v domácích podmínkách jsme psali v tento materiál.

Aby plyn dostal pach, aby se zjistily jeho úniky, jsou do něj před přepravou přidávány speciální látky s nepříjemným zápachem - odoranty. Nejčastěji se jedná o sloučeniny obsahující síru - ethanthiol nebo ethyl merkaptan. Podíl nečistoty se volí tak, aby při koncentraci plynu 1%byl cítit únik.

Odkud pochází plyn v útrobách Země?

Přestože se lidé naučili používat plyn před více než 200 lety, stále neexistuje shoda ohledně toho, odkud plyn pochází v útrobách Země.

Základní teorie původu

Existují dvě hlavní teorie jeho původu:

• minerálnívysvětlení tvorby plynu procesy odplyňování uhlovodíků z hlubších a hustších vrstev Země a jejich zvedání do zón s nižším tlakem;
• organické (biogenní), podle kterého je plyn produktem rozkladu zbytků živých organismů za podmínek zvýšeného tlaku, teploty a nedostatku vzduchu.

V poli může být plyn ve formě oddělené akumulace, plynového uzávěru, roztoku v oleji nebo ve vodě nebo plynových hydrátů. V druhém případě jsou ložiska umístěna v porézních horninách mezi plynotěsnými vrstvami jílu. Nejčastěji se jedná o zhutněné pískovce, uhličitany, vápence.

Jelikož je plyn lehčí než ropa a voda je těžší, je poloha fosilií v nádrži vždy stejná: plyn je nad ropou a voda podporuje celé pole ropy a plynu zespodu.

Plyn v zásobníku je pod tlakem. Čím je ložisko hlubší, tím je vyšší. V průměru je každých 10 metrů zvýšení tlaku o 0,1 MPa. Existují formace s abnormálně vysokým tlakem. Například na achimovských ložiskách pole Urengoyskoye dosahuje 600 atmosfér a výše v hloubce 3800 až 4500 m.

Zajímavá fakta a hypotézy

Není to tak dávno, co se věřilo, že světové zásoby ropy a plynu by měly být na počátku 21. století vyčerpány. Například autoritativní americký geofyzik Hubbert o tom napsal v roce 1965.

Podle doktora geologických a mineralogických věd V.V. Polevanov, takové bludy jsou způsobeny skutečností, že teorie organického původu ropy a plynu je stále obecně přijímána a ovládá mysl většiny vědci. Ačkoli D.I. Mendělejev podložil teorii anorganického hlubokého původu ropy a poté to dokázali Kudryavtsev a V.R. Larin.

Mnoho faktů ale hovoří proti organickému původu uhlovodíků.

Zde jsou některé z nich:

• ložiska byla objevena v hloubkách až 11 km, v krystalických sklepích, kde existence organické hmoty nemůže být ani teoreticky;
• pomocí organické teorie lze vysvětlit pouze 10% zásob uhlovodíků, zbývajících 90% je nevysvětlitelných;
• Kosmická sonda Cassini objevila v roce 2000 na satelitu Saturn, Titan, obrovské uhlovodíkové zdroje ve formě jezer, o několik řádů větších než na Zemi.

Larinova hypotéza původně hydridové Země vysvětluje původ uhlovodíků reakcí vodíku s uhlíkem v hlubinách Země a následným odplyněním metanu.

Podle ní neexistují žádná starověká jurská ložiska. Veškerá ropa a plyn se mohly vytvořit před 1 až 15 tisíci lety. Jak těžba pokračuje, zásoby lze postupně doplňovat, což bylo zaznamenáno u dlouhodobě vyčerpaných a opuštěných ropných polí.

Jak probíhá těžba a doprava?

Proces těžby přírodního hořlavého plynu začíná stavbou studní. V závislosti na výskytu plynonosné vrstvy může jejich hloubka dosáhnout 7 km. Jak vrtání pokračuje, trubka (plášť) se spustí do studny. Aby se zabránilo úniku plynu prostorem mezi trubkou a stěnami vrtu, provede se ucpání - vyplnění mezery hlínou nebo cementem.

Po dokončení stavby se vrtná souprava zatáhne a vánoční strom je nainstalován na hlavu pláště. Jedná se o konstrukci šoupátek a ventilů a používá se k těžbě plynu ze studny.

Počet jamek může být docela velký.

Celý výrobní cyklus zemního plynu probíhá ve třech fázích:

1. Rozvoj plynového pole. Vrtáním se vytvoří tlakový rozdíl. Kvůli tomu se plyn pohybuje formací do studní.
2. Provoz plynových vrtů. V této fázi plyn cestuje po plášti.
3. Sběr a příprava k přepravě. Plyn ze všech stromů X-mas je dodáván do speciálních technologických komplexů UKPG. Na nich probíhá dehydratace plynu, čištění od škodlivých nečistot.

I malé koncentrace sirovodíku, vodní páry nebo pevných částic vedou k rychlé korozi, tvorbě hydrátu a mechanickému poškození vnitřního povrchu potrubí.

Konečná příprava na přepravu probíhá v hlavních zařízeních. Zahrnuje dodatečnou úpravu a odstranění uhlovodíkového kondenzátu, chlazení plynem, aby se zmenšil jeho objem.

Hlavním druhem přepravy plynu na dlouhé vzdálenosti je hlavní plynovod. Jedná se o systém složitých inženýrských struktur od samotných potrubí až po podzemní úložiště.

V koncovém bodě hlavní řady jsou distribuční stanice plynu (GDS). Zde probíhá poslední čištění prachu a kapalných nečistot, tlak se sníží na úroveň požadovanou spotřebiteli, jeho stabilizace, měření spotřeby plynu a přidání odorantu.

Dalším běžným druhem přepravy metanu je námořní přeprava speciálními plavidly - přepravci plynu.

Transformace plynu do kapalného stavu se provádí ve speciálních zařízeních na LNG. Proces probíhá ve dvou fázích: nejprve se metan ochladí na -50 ° C a poté na -163 ° C. Současně se jeho objem sníží 600krát.

Zpracování a rozsah

Vysoká hořlavost zemního plynu určuje jeho hlavní použití. Používá se jako palivo v továrnách, továrnách, tepelných elektrárnách, kotelnách, kancelářích, obytných budovách, zemědělských zařízeních a mnoha dalších. Doporučujeme přečíst si pravidla používání plynu v každodenním životě.

Produkce a zpracování ropy je vždy doprovázeno uvolněním přidruženého plynu. V některých případech mohou být jeho objemy působivé a činit 300 metrů krychlových na jeden metr krychlový ropy.

Existuje však velké množství polí, kde se zemní plyn nevyužívá, ale spaluje se v erupcích. Například po celém Rusku se takto ztratí až 25% užitečných surovin.

Část souvisejícího plynu je dodávána do závodů na zpracování plynu. Z toho se získává vyčištěný suchý plyn, který se používá k vytápění. Další cennou přísadou je směs lehkých uhlovodíků.

Dále je ve speciálních instalacích rozdělen na frakce. Výsledkem jsou uhlovodíky jako propan, butan, isobutan, pentan. Chcete -li snížit objem, snadnou přepravu a skladování zkapalnit.

Pro vytápění domů se používá propan a butan balený plyn buď pro auta. Většina z toho jde ale k dalšímu zpracování v petrochemických závodech.

Pomocí vysokoteplotního ohřevu (pyrolýza) se z nich získává hlavní surovina pro všechny syntetické materiály - monomery: ethylen, propylen, butadien. Působením katalyzátorů se spojují a vytvářejí polymery. Výstupem jsou tak cenné materiály jako guma, PVC, polyetylen a mnoho dalších.

Závěry a užitečné video k tématu

Dokument vypráví o plynu přístupným a vizuálním způsobem:

Tento vzdělávací film je věnován hlavní přepravě plynu:

Stále nevíme všechno o zemním plynu - jeho původ je stále plný mnoha záhad. Můžeme jen doufat, že modré palivo je opravdu nevyčerpatelný dar, který bude stačit jak nám, tak našim potomkům.

Máte nějaké otázky po přečtení výše uvedeného materiálu? Nebo byste chtěli doplnit článek o užitečné komentáře, zajímavosti nebo fotografie? Pište své komentáře, ptejte se, zapojte se do diskuse - formulář zpětné vazby je umístěn níže.