Gracias a su alta eficiencia energética y respeto al medio ambiente, el gas natural, junto con el petróleo, es de suma importancia. Se usa ampliamente como combustible y también sirve como una valiosa materia prima para la industria química.
Y aunque el uso de gas se ha vuelto cotidiano y habitual, sigue siendo difícil en composición y una sustancia bastante peligrosa: para entrar en el quemador de un aparato de gas, pasa un largo y difícil camino.
En este artículo, analizaremos los principales problemas relacionados con el gas combustible natural: hablaremos sobre su composición y propiedades, describiremos las etapas de producción, transporte y procesamiento del gas, su alcance. Consideremos ideas modernas sobre el origen de las reservas de hidrocarburos, hechos interesantes e hipótesis.
El contenido del artículo:
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¿Qué es el gas combustible natural?
- Características de la composición química.
- Propiedades físicas del gas
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¿De dónde viene el gas en las entrañas de la tierra?
- Teorías básicas del origen
- Hechos e hipótesis interesantes
- ¿Cómo va la minería y el transporte?
- Procesamiento y alcance
- Conclusiones y video útil sobre el tema.
¿Qué es el gas combustible natural?
Existe la opinión de que el gas se encuentra bajo tierra en cavidades y se extrae fácilmente de allí, por lo que basta con perforar un pozo. Pero en realidad todo es mucho más complicado: el gas puede estar dentro de una roca porosa, puede estar disuelto en agua, hidrocarburos líquidos, petróleo.
Para entender por qué sucede esto, basta recordar que la palabra “gas” proviene del griego “caos", Que refleja el principio del comportamiento de las sustancias. En estado gaseoso, las moléculas se mueven caóticamente, tratando de llenar uniformemente todo el volumen posible. Debido a esto, pueden penetrar y disolverse en otras sustancias, incluidos líquidos y minerales más densos. La alta presión y temperatura mejoran enormemente el proceso de difusión. A menudo es en forma de tal "cóctel" que el gas natural está contenido en los intestinos.
Pero primero, hablemos de en qué consiste el gas y qué es: considere la composición química y las propiedades físicas del gas combustible natural.
Características de la composición química.
El gas extraído del subsuelo, que se denomina "natural", es una mezcla de varios gases.
Según su composición, se divide en tres grupos de componentes:
- combustible - hidrocarburos;
- incombustible (balastos) - nitrógeno, dióxido de carbono, oxígeno, helio, vapor de agua;
- dañinoimpurezas - sulfuro de hidrógeno y mercaptanos.
El primer y principal grupo es un conjunto de hidrocarburos de metano (homólogos) con el número de átomos de carbono de 1 a 5. El mayor porcentaje de la mezcla es el metano (70 a 98%), que tiene un átomo de carbono. El contenido de otros gases (etano, propano, butano, pentano) varía de unidades a décimas de porcentaje.
El gas producido en los campos se caracteriza por una alta concentración de metano. En el asociado, extraído del aceite, la proporción de metano es mucho menor: 30 - 60%, y los homólogos son mayores: 10 - 20%
Además de los hidrocarburos, la mezcla puede contener pequeñas cantidades de sustancias incombustibles: sulfuro de hidrógeno, nitrógeno, dióxido de carbono, monóxido de carbono, hidrógeno y otros. Pero, dependiendo del campo, las proporciones de hidrocarburos, como la composición de otros gases, pueden variar significativamente.
Propiedades físicas del gas
Según las propiedades físicas, el metano СН4incoloro e inodoro, muy inflamable. En concentraciones en el aire superiores al 4,5% - explosivo. Esta propiedad, combinada con su falta de olor, representa una gran amenaza y un problema. Especialmente en las minas, ya que el carbón absorbe el metano.
Escribimos sobre las causas de la explosión de gas en condiciones domésticas en este material.
Para darle un olor al gas, para detectar sus fugas, se le agregan sustancias especiales con un olor desagradable antes del transporte: olores. Muy a menudo, estos son compuestos que contienen azufre: etanotiol o etilmercaptano. La proporción de impureza se selecciona de tal manera que se sienta una fuga a una concentración de gas del 1%.
La principal ventaja del combustible azul es su alto calor específico de combustión: 39 MJ / kg. En este caso, se liberan sustancias inofensivas: agua y dióxido de carbono. También es un factor importante que permite que el metano se utilice en la vida cotidiana.
¿De dónde viene el gas en las entrañas de la tierra?
Aunque la gente aprendió a usar el gas hace más de 200 años, todavía no existe un consenso sobre de dónde proviene el gas en las entrañas de la tierra.
Teorías básicas del origen
Hay dos teorías principales sobre su origen:
- mineralexplicar la formación de gas por los procesos de desgasificación de hidrocarburos de capas más profundas y densas de la tierra y elevarlos a zonas con menor presión;
- orgánico (biogénico), según el cual el gas es un producto de descomposición de los restos de organismos vivos en condiciones de aumento de presión, temperatura y falta de aire.
En un campo, el gas puede presentarse en forma de acumulación separada, un tapón de gas, una solución en aceite o agua, o hidratos de gas. En este último caso, los depósitos se encuentran en rocas porosas entre capas de arcilla estancas a los gases. Muy a menudo, estas rocas son areniscas compactadas, carbonatos, calizas.
La participación de los campos de gas convencionales es solo del 0,8%. Un porcentaje ligeramente mayor corresponde al gas profundo, el carbón y el esquisto, del 1,4 al 1,9%. Los tipos más comunes de depósitos son los hidratos y los gases disueltos en agua, en proporciones aproximadamente iguales (46,9% cada uno).
Dado que el gas es más liviano que el petróleo y el agua es más pesado, la posición de los fósiles en el depósito es siempre la misma: el gas está encima del petróleo y el agua sostiene todo el campo de petróleo y gas desde abajo.
El gas del depósito está bajo presión. Cuanto más profundo es el depósito, más alto es. En promedio, por cada 10 metros, el aumento de presión es de 0,1 MPa. Hay formaciones con una presión anormalmente alta. Por ejemplo, en los depósitos Achimov del campo Urengoyskoye, alcanza 600 atmósferas y más a una profundidad de 3800 a 4500 m.
Hechos e hipótesis interesantes
No hace mucho tiempo se creía que las reservas mundiales de petróleo y gas deberían agotarse a principios del siglo XXI. Por ejemplo, el geofísico estadounidense autorizado Hubbert escribió sobre esto en 1965.
Hasta ahora, muchos países continúan aumentando la tasa de producción de gas. No hay señales reales de que las reservas de hidrocarburos se estén agotando.
Según el doctor en ciencias geológicas y mineralógicas V.V. Polevanov, tales delirios son causados por el hecho de que La teoría del origen orgánico del petróleo y el gas todavía es generalmente aceptada y domina las mentes de la mayoría. científicos. Aunque D.I. Mendeleev corroboró la teoría del origen profundo inorgánico del petróleo, y luego esto fue demostrado por Kudryavtsev y V.R. Larin.
Pero muchos hechos hablan en contra del origen orgánico de los hidrocarburos.
Éstos son algunos de ellos:
- se descubrieron depósitos a profundidades de hasta 11 km, en basamentos cristalinos, donde la existencia de materia orgánica ni siquiera puede ser teóricamente;
- con la ayuda de la teoría orgánica, solo se puede explicar el 10% de las reservas de hidrocarburos, el 90% restante son inexplicables;
- La sonda espacial Cassini descubrió en 2000 en el satélite de Saturno, Titán, recursos de hidrocarburos gigantes en forma de lagos, varios órdenes de magnitud más grandes que los de la Tierra.
La hipótesis de una Tierra inicialmente hidrida planteada por Larin explica el origen de los hidrocarburos por la reacción del hidrógeno con el carbono en las profundidades de la tierra y la posterior desgasificación del metano.
Según ella, no hay depósitos jurásicos antiguos. Todo el petróleo y el gas podrían haberse formado hace entre 1 y 15 mil años. A medida que avanza la extracción, las reservas se pueden reponer gradualmente, lo que se ha notado en los campos petroleros abandonados y agotados durante mucho tiempo.
¿Cómo va la minería y el transporte?
El proceso de extracción de gas combustible natural comienza con la construcción de pozos. Dependiendo de la aparición de la capa portadora de gas, su profundidad puede alcanzar los 7 km. A medida que avanza la perforación, se baja una tubería (revestimiento) al pozo. Para evitar que el gas se escape a través del espacio entre la tubería y las paredes del pozo, se realiza el taponamiento, llenando el espacio con arcilla o cemento.
Una vez finalizada la construcción, la plataforma de perforación se retrae y el árbol de Navidad se instala en el cabezal de la carcasa. Es un diseño de válvulas de compuerta y válvulas, y se utiliza para extraer gas del pozo.
La cantidad de pozos puede ser bastante grande.
El árbol de Navidad tiene varias funciones: lo mantiene suspendido en el pozo tubería, controla los modos de funcionamiento, mide los parámetros de las partes externas e internas pozos
Todo el ciclo de producción de gas combustible natural se desarrolla en tres etapas:
- Desarrollo de campos de gas. Como resultado de la perforación, se crea una diferencia de presión. Debido a esto, el gas se mueve a través de la formación hacia los pozos.
- Operación de pozos de gas. En esta etapa, el gas viaja a lo largo de la carcasa.
- Recogida y preparación para el transporte. El gas de todo el árbol de Navidad se suministra a los complejos tecnológicos especiales del UKPG. Sobre ellos se produce la deshidratación del gas, limpieza de impurezas nocivas.
Incluso pequeñas concentraciones de sulfuro de hidrógeno, vapor de agua o partículas sólidas provocan una rápida corrosión, formación de hidratos y daños mecánicos en la superficie interior de la tubería.
La preparación final para el transporte se lleva a cabo en las instalaciones principales. Incluye post-tratamiento y remoción de condensados de hidrocarburos, enfriamiento de gas para reducir su volumen.
El principal tipo de transporte de gas a largas distancias es gasoducto principal. Es un sistema de estructuras de ingeniería complejas desde las propias tuberías hasta almacenamiento subterráneo.
Hay estaciones de distribución de gas (GDS) en el punto final de la línea principal. Aquí tiene lugar la última limpieza de polvo e impurezas líquidas, la presión se reduce al nivel requerido por los consumidores, su estabilización, la medición del consumo de gas y la adición de un odorante.
Otro tipo común de transporte de metano es el transporte marítimo por buques especiales: transportadores de gas.
Los enormes tanques esféricos no permitirán que el carguero de GNL se confunda con otros tipos de embarcaciones. Son termos que mantienen una temperatura constante requerida para el metano líquido -163 ° С
La transformación del gas en estado líquido se realiza en plantas especiales de GNL. El proceso se lleva a cabo en dos etapas: primero, el metano se enfría a -50 ° C y luego a -163 ° C. Al mismo tiempo, su volumen disminuye 600 veces.
Procesamiento y alcance
La alta inflamabilidad del gas natural determina su principal aplicación. Se utiliza como combustible en fábricas, fábricas, centrales térmicas, salas de calderas, oficinas, edificios residenciales, instalaciones agrícolas y muchos otros. Te recomendamos leer las reglas uso de gas en la vida diaria.
La producción y el procesamiento de petróleo siempre van acompañados de la liberación de gas asociado. En algunos casos, sus volúmenes pueden ser impresionantes y ascender a 300 metros cúbicos por metro cúbico de crudo.
Pero hay una gran cantidad de campos donde no se utiliza gas natural asociado, sino que se quema en llamaradas. Por ejemplo, hasta el 25% de las materias primas útiles se pierden de esta manera en toda Rusia.
Parte del gas asociado se suministra a plantas de procesamiento de gas. A partir de él, se obtiene gas seco purificado, que se utiliza para calentar. Otro ingrediente valioso es una mezcla de hidrocarburos ligeros.
El diagrama muestra la imagen general del proceso de procesamiento de gas. No se puede dejar de enfatizar el papel de los productos finales para la industria química moderna.
Además, se divide en fracciones en instalaciones especiales. El resultado son hidrocarburos como propano, butano, isobutano, pentano. Para reducir el volumen, facilidad de transporte y almacenamiento de los mismos. licuar.
La conversión de vehículos a gasolina se amortiza rápidamente y proporciona ahorros de costos tangibles. La ampliación de la red de estaciones de servicio contribuye a un aumento de la flota de vehículos con GLP. No solo ganan los conductores, sino también los peatones que no tienen que respirar humos nocivos.
El propano y el butano se utilizan para calentar casas. gas envasado ya sea para autos. Pero la mayor parte se destina a un procesamiento posterior en plantas petroquímicas.
Mediante calentamiento a alta temperatura (pirólisis), a partir de ellos se obtiene la principal materia prima para todos los materiales sintéticos: monómeros: etileno, propileno, butadieno. Bajo la acción de los catalizadores, se combinan para formar polímeros. El resultado son materiales tan valiosos como caucho, PVC, polietileno y muchos otros.
Conclusiones y video útil sobre el tema.
El documental habla sobre el gas de forma accesible y visual:
Esta película educativa está dedicada al principal transporte de gas:
Todavía no sabemos todo sobre el gas natural, su origen todavía está plagado de muchos misterios. Solo podemos esperar que el combustible azul sea un regalo verdaderamente inagotable que será suficiente tanto para nosotros como para nuestros descendientes.
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