Aufgrund seiner hohen Energieeffizienz und Umweltfreundlichkeit kommt Erdgas neben Erdöl eine herausragende Bedeutung zu. Es wird häufig als Brennstoff verwendet und dient auch als wertvoller Rohstoff für die chemische Industrie.
Und obwohl die Verwendung von Gas alltäglich und zur Gewohnheit geworden ist, bleibt es in der Zusammensetzung und eine ziemlich gefährliche Substanz - um in den Brenner eines Gasgeräts zu gelangen, dauert es lange und schwierig Weg.
In diesem Artikel werden wir die Hauptprobleme im Zusammenhang mit brennbarem Erdgas analysieren - wir werden über seine Zusammensetzung und Eigenschaften sprechen, wir werden die Phasen der Produktion, des Transports und der Verarbeitung von Gas sowie seinen Umfang beschreiben. Betrachten wir moderne Ideen über den Ursprung von Kohlenwasserstoffreserven, interessante Fakten und Hypothesen.
Der Inhalt des Artikels:
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Was ist brennbares Erdgas?
- Merkmale der chemischen Zusammensetzung
- Physikalische Eigenschaften von Gas
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Woher kommt das Gas in den Eingeweiden der Erde?
- Grundlegende Ursprungstheorien
- Interessante Fakten und Hypothesen
- Wie laufen Bergbau und Transport?
- Verarbeitung und Umfang
- Schlussfolgerungen und nützliches Video zum Thema
Was ist brennbares Erdgas?
Es gibt die Meinung, dass Gas in Hohlräumen unter der Erde liegt und dort leicht gefördert werden kann, wofür es ausreicht, einen Brunnen zu bohren. Aber in Wirklichkeit ist alles viel komplizierter: Gas kann sich in einem porösen Gestein befinden, es kann in Wasser, flüssigen Kohlenwasserstoffen, Öl gelöst werden.
Um zu verstehen, warum dies geschieht, genügt es, sich daran zu erinnern, dass das Wort "Gas" aus dem Griechischen stammt "Chaos“, die das Prinzip des Substanzverhaltens widerspiegelt. Im gasförmigen Zustand bewegen sich die Moleküle chaotisch und versuchen, das gesamte mögliche Volumen gleichmäßig auszufüllen. Aus diesem Grund können sie in andere Substanzen eindringen und sich darin auflösen, einschließlich dichterer Flüssigkeiten und Mineralien. Hoher Druck und hohe Temperatur verbessern den Diffusionsprozess erheblich. Oft ist Erdgas in Form eines solchen „Cocktails“ im Darm enthalten.
Aber lassen Sie uns zuerst darüber sprechen, woraus das Gas besteht und was es ist - betrachten Sie die chemische Zusammensetzung und die physikalischen Eigenschaften von natürlichem brennbarem Gas.
Merkmale der chemischen Zusammensetzung
Aus dem Untergrund gewonnenes Gas, das als „natürlich“ bezeichnet wird, ist ein Gemisch verschiedener Gase.
Nach seiner Zusammensetzung wird es in drei Gruppen von Komponenten unterteilt:
- brennbar - Kohlenwasserstoffe;
- nicht brennbar (Vorschaltgeräte) - Stickstoff, Kohlendioxid, Sauerstoff, Helium, Wasserdampf;
- schädlichVerunreinigungen - Schwefelwasserstoff und Mercaptane.
Die erste und Hauptgruppe ist eine Reihe von Methankohlenwasserstoffen (Homologen) mit der Anzahl der Kohlenstoffatome von 1 bis 5. Der größte Anteil im Gemisch ist Methan (70 bis 98 %), das ein Kohlenstoffatom hat. Der Gehalt an anderen Gasen (Ethan, Propan, Butan, Pentan) reicht von Einheiten bis Zehntelprozent.
Das aus den Feldern geförderte Gas zeichnet sich durch eine hohe Methankonzentration aus. Im zugehörigen, aus Öl gewonnenen, ist der Methananteil deutlich geringer: 30 - 60 %, und die Homologen sind höher: 10 - 20 %
Neben Kohlenwasserstoffen können im Gemisch geringe Mengen nicht brennbarer Stoffe enthalten sein: Schwefelwasserstoff, Stickstoff, Kohlendioxid, Kohlenmonoxid, Wasserstoff und andere. Aber je nach Feld können die Anteile der Kohlenwasserstoffe, wie auch die Zusammensetzung anderer Gase, stark variieren.
Physikalische Eigenschaften von Gas
Nach den physikalischen Eigenschaften ist Methan СН4farb- und geruchlos, sehr brennbar. Bei Konzentrationen in der Luft über 4,5% - explosiv. Diese Eigenschaft, kombiniert mit ihrer Geruchslosigkeit, stellt eine große Bedrohung und ein großes Problem dar. Vor allem in Bergwerken, da Methan von Kohle aufgenommen wird.
Wir schrieben über die Ursachen der Gasexplosion unter häuslichen Bedingungen in dieses Material.
Um dem Gas einen Geruch zu verleihen, um seine Lecks zu erkennen, werden ihm vor dem Transport spezielle Stoffe mit unangenehmem Geruch zugesetzt - Geruchsstoffe. Am häufigsten sind dies schwefelhaltige Verbindungen - Ethanthiol oder Ethylmercaptan. Der Anteil der Verunreinigung ist so gewählt, dass bei einer Gaskonzentration von 1 % eine Undichtigkeit spürbar ist.
Der Hauptvorteil von blauem Kraftstoff ist seine hohe spezifische Verbrennungswärme - 39 MJ / kg. Dabei werden harmlose Stoffe freigesetzt: Wasser und Kohlendioxid. Es ist auch ein wichtiger Faktor, der die Nutzung von Methan im Alltag ermöglicht.
Woher kommt das Gas in den Eingeweiden der Erde?
Obwohl die Menschen vor mehr als 200 Jahren den Umgang mit Gas erlernten, herrscht noch immer kein Konsens darüber, woher das Gas im Darm der Erde kommt.
Grundlegende Ursprungstheorien
Es gibt zwei Haupttheorien zu seiner Entstehung:
- MineralErläuterung der Gasbildung durch die Entgasung von Kohlenwasserstoffen aus tieferen und dichteren Erdschichten und deren Förderung in Zonen mit niedrigerem Druck;
- organisch (biogen), wonach Gas ein Zersetzungsprodukt von Überresten lebender Organismen unter erhöhten Druck-, Temperatur- und Luftmangelbedingungen ist.
In einem Feld kann Gas in Form einer separaten Ansammlung, einer Gaskappe, einer Lösung in Öl oder Wasser oder als Gashydrat vorliegen. Im letzteren Fall befinden sich die Lagerstätten in porösen Gesteinen zwischen gasdichten Tonschichten. Meistens sind diese Gesteine verdichteter Sandstein, Karbonate, Kalksteine.
Der Anteil konventioneller Gasfelder beträgt nur 0,8%. Ein etwas größerer Anteil entfällt auf Tiefen-, Kohle- und Schiefergas – von 1,4 bis 1,9 %. Die häufigsten Arten von Ablagerungen sind wassergelöste Gase und Hydrate – in etwa gleichen Anteilen (je 46,9 %)
Da Gas leichter als Öl und Wasser schwerer ist, ist die Position der Fossilien in der Lagerstätte immer gleich: Gas liegt auf Öl und Wasser stützt das gesamte Öl- und Gasfeld von unten.
Das Gas im Reservoir steht unter Druck. Je tiefer die Einzahlung, desto höher ist sie. Im Durchschnitt beträgt die Druckerhöhung alle 10 Meter 0,1 MPa. Es gibt Formationen mit ungewöhnlich hohem Druck. In den Achimov-Lagerstätten des Urengoyskoye-Feldes beispielsweise erreicht es in einer Tiefe von 3800 bis 4500 m 600 Atmosphären und mehr.
Interessante Fakten und Hypothesen
Noch vor nicht allzu langer Zeit glaubte man, dass die Öl- und Gasreserven der Welt zu Beginn des 21. Jahrhunderts erschöpft sein sollten. Zum Beispiel schrieb der maßgebliche amerikanische Geophysiker Hubbert 1965 darüber.
Bis jetzt erhöhen viele Länder die Rate der Gasförderung weiter. Es gibt keine wirklichen Anzeichen dafür, dass die Kohlenwasserstoffreserven zur Neige gehen.
Laut dem Doktor der geologischen und mineralogischen Wissenschaften V.V. Polevanov, solche Wahnvorstellungen werden dadurch verursacht, dass die Theorie des organischen Ursprungs von Öl und Gas ist immer noch allgemein akzeptiert und beherrscht die Köpfe der Mehrheit Wissenschaftler. Obwohl D. I. Mendelejew begründete die Theorie des anorganischen tiefen Ursprungs des Öls, und dann wurde dies von Kudryavtsev und V.R. Larin.
Doch viele Fakten sprechen gegen die organische Herkunft von Kohlenwasserstoffen.
Hier sind einige davon:
- Ablagerungen wurden in Tiefen von bis zu 11 km in kristallinen Basen entdeckt, wo die Existenz von organischem Material nicht einmal theoretisch möglich ist;
- mit Hilfe der organischen Theorie sind nur 10 % der Kohlenwasserstoffreserven erklärbar, die restlichen 90 % sind unerklärlich;
- Die Raumsonde Cassini entdeckte im Jahr 2000 auf dem Saturn-Satelliten Titan gigantische Kohlenwasserstoff-Ressourcen in Form von Seen, mehrere Größenordnungen größer als die der Erde.
Die von Larin aufgestellte Hypothese einer zunächst hydridischen Erde erklärt die Entstehung von Kohlenwasserstoffen durch die Reaktion von Wasserstoff mit Kohlenstoff in den Tiefen der Erde und die anschließende Entgasung von Methan.
Ihr zufolge gibt es keine alten Jura-Ablagerungen. Alle Öl- und Gasvorkommen könnten sich vor 1 bis 15.000 Jahren gebildet haben. Mit fortschreitender Förderung können die Reserven nach und nach wieder aufgefüllt werden, was in längst erschöpften und aufgegebenen Ölfeldern festgestellt wurde.
Wie laufen Bergbau und Transport?
Der Prozess der Gewinnung von brennbarem Erdgas beginnt mit dem Bau von Brunnen. Je nach Vorkommen der gasführenden Schicht kann ihre Tiefe 7 km erreichen. Während des Bohrens wird ein Rohr (Gehäuse) in das Bohrloch abgesenkt. Um zu verhindern, dass Gas durch den Raum zwischen dem Rohr und den Bohrlochwänden entweicht, wird gestopft - die Lücke wird mit Ton oder Zement gefüllt.
Nach Abschluss der Bauarbeiten wird die Bohranlage eingefahren und der Weihnachtsbaum auf dem Bohrrohrkopf montiert. Es ist eine Struktur von Absperrschiebern und Ventilen und wird verwendet, um Gas aus dem Bohrloch zu extrahieren.
Die Anzahl der Brunnen kann ziemlich groß sein.
Der Weihnachtsbaum hat mehrere Funktionen: Er hält ihn im Brunnen aufgehängt Schläuche, steuert Betriebsarten, misst die Parameter der Außen- und Innenteile Brunnen
Der gesamte Produktionszyklus von Erdgas brennt in drei Stufen:
- Erschließung von Gasfeldern. Durch das Bohren entsteht eine Druckdifferenz. Dadurch bewegt sich das Gas durch die Formation zu den Bohrlöchern.
- Betrieb von Gasbrunnen. An diesem Punkt strömt das Gas entlang des Gehäuses.
- Abholung und Transportvorbereitung. Gas aus allen Weihnachtsbäumen wird an spezielle technologische Komplexe der UKPG geliefert. Auf ihnen findet eine Gasentwässerung statt, Reinigung vor schädlichen Verunreinigungen.
Bereits geringe Konzentrationen von Schwefelwasserstoff, Wasserdampf oder Feststoffpartikeln führen zu schneller Korrosion, Hydratbildung und mechanischer Beschädigung der Innenoberfläche der Rohrleitung.
Die letzte Vorbereitung für den Transport findet in den Kopfanlagen statt. Es umfasst die Nachbehandlung und Entfernung von Kohlenwasserstoffkondensat, Gaskühlung zur Reduzierung seines Volumens.
Die Hauptart des Gastransports über lange Distanzen ist Hauptgaspipeline. Es ist ein System komplexer Ingenieurbauwerke von den Pipelines bis hin zu unterirdische Lagerung.
Am Endpunkt der Fernstrecke befinden sich Gasverteilstationen (GDS). Hier erfolgt die letzte Reinigung von Staub und flüssigen Verunreinigungen, Druckreduzierung auf das vom Verbraucher gewünschte Niveau, Stabilisierung, Gasverbrauchsmessung und Zugabe eines Odoriermittels.
Eine weitere übliche Art des Methantransports ist der Seetransport mit speziellen Schiffen - Gastankern.
Riesige kugelförmige Tanks lassen eine Verwechslung des LNG-Tankers mit anderen Schiffstypen nicht zu. Sie sind Thermosflaschen, die eine konstante erforderliche Temperatur für flüssiges Methan aufrechterhalten -163 ° С
Die Umwandlung von Gas in einen flüssigen Zustand erfolgt in speziellen LNG-Anlagen. Der Prozess läuft in zwei Stufen ab: Zuerst wird das Methan auf -50 °C und dann auf -163 °C abgekühlt. Gleichzeitig verringert sich sein Volumen um das 600-fache.
Verarbeitung und Umfang
Die hohe Entflammbarkeit von Erdgas bestimmt seine Hauptanwendung. Es wird als Brennstoff in Fabriken, Fabriken, Wärmekraftwerken, Kesselhäusern, Büros, Wohngebäuden, landwirtschaftlichen Einrichtungen und vielen anderen verwendet. Wir empfehlen Ihnen, die Regeln zu lesen Gasverbrauch im Alltag.
Die Erdölförderung und -raffination geht immer mit der Freisetzung von Begleitgas einher. Seine Volumina können teilweise beeindruckend sein und betragen 300 Kubikmeter pro Kubikmeter Rohöl.
Aber es gibt eine Vielzahl von Feldern, in denen Erdgas nicht genutzt wird, sondern in Fackeln verbrannt wird. So gehen beispielsweise in ganz Russland bis zu 25 % der wertvollen Rohstoffe verloren.
Ein Teil des Begleitgases wird an Gasaufbereitungsanlagen geliefert. Daraus wird gereinigtes Trockengas gewonnen, das zum Heizen verwendet wird. Ein weiterer wertvoller Inhaltsstoff ist eine Mischung aus leichten Kohlenwasserstoffen.
Das Diagramm zeigt das allgemeine Bild des Gasaufbereitungsprozesses. Die Rolle von Endprodukten für die moderne chemische Industrie kann nicht genug betont werden
Außerdem wird es in speziellen Anlagen in Fraktionen unterteilt. Das Ergebnis sind Kohlenwasserstoffe wie Propan, Butan, Isobutan, Pentan. Um das Volumen zu reduzieren, den Transport und die Lagerung zu erleichtern verflüssigen.
Die Umstellung von Fahrzeugen auf Gas macht sich schnell bezahlt und bringt spürbare Kosteneinsparungen. Der Ausbau des Gastankstellennetzes trägt zu einer Erhöhung des Fuhrparks mit Flüssiggas bei. Nicht nur Autofahrer gewinnen, sondern auch Fußgänger, die keine schädlichen Dämpfe einatmen müssen
Propan und Butan werden zum Heizen von Häusern verwendet Flaschengas entweder für Autos. Aber das meiste davon geht zur Weiterverarbeitung in petrochemischen Anlagen.
Durch Hochtemperaturerhitzen (Pyrolyse) wird aus ihnen der Hauptrohstoff für alle Kunststoffe gewonnen - Monomere: Ethylen, Propylen, Butadien. Unter Einwirkung von Katalysatoren verbinden sie sich zu Polymeren. Das Ergebnis sind so wertvolle Materialien wie Gummi, PVC, Polyethylen und viele andere.
Schlussfolgerungen und nützliches Video zum Thema
Der Dokumentarfilm erzählt auf zugängliche und visuelle Weise über Gas:
Dieser Lehrfilm widmet sich den wichtigsten Gastransporten:
Noch wissen wir nicht alles über Erdgas – seine Herkunft birgt noch viele Geheimnisse. Wir können nur hoffen, dass blauer Treibstoff ein wahrhaft unerschöpfliches Geschenk ist, das uns und unseren Nachkommen genügt.
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