Tutto sul gas naturale: composizione e proprietà del gas naturale, produzione e ambito di applicazione

Grazie alla sua elevata efficienza energetica e rispetto dell'ambiente, il gas naturale, insieme al petrolio, è di fondamentale importanza. È ampiamente utilizzato come combustibile e funge anche da preziosa materia prima per l'industria chimica.

E sebbene l'uso del gas sia diventato quotidiano e abituale, rimane ancora difficile nella composizione e una sostanza piuttosto pericolosa: per entrare nel bruciatore di un apparecchio a gas, passa un lungo e difficile modo.

In questo articolo analizzeremo le principali questioni relative al gas combustibile naturale: parleremo della sua composizione e delle sue proprietà, descriveremo le fasi di produzione, trasporto e lavorazione del gas, la sua portata. Consideriamo le idee moderne sull'origine delle riserve di idrocarburi, fatti interessanti e ipotesi.

Cos'è il gas combustibile naturale?

C'è un'opinione secondo cui il gas si trova sottoterra nelle cavità e da lì viene facilmente estratto, per cui è sufficiente perforare un pozzo. Ma in realtà tutto è molto più complicato: il gas può trovarsi all'interno di una roccia porosa, può essere sciolto in acqua, idrocarburi liquidi, petrolio.

Per capire perché questo accade, basta ricordare che la parola "gas" deriva dal greco "caos", Che riflette il principio del comportamento della sostanza. Allo stato gassoso, le molecole si muovono caoticamente, cercando di riempire uniformemente l'intero volume possibile. A causa di ciò, sono in grado di penetrare e dissolversi in altre sostanze, inclusi liquidi e minerali più densi. L'alta pressione e la temperatura migliorano notevolmente il processo di diffusione. È spesso sotto forma di un tale "cocktail" che il gas naturale è contenuto nelle viscere.

Ma prima, parliamo di in cosa consiste il gas e di cosa si tratta: considera la composizione chimica e le proprietà fisiche del gas combustibile naturale.

Caratteristiche della composizione chimica

Il gas estratto dal sottosuolo, detto "naturale", è una miscela di vari gas.

In base alla sua composizione, è diviso in tre gruppi di componenti:

• combustibile - idrocarburi;
• non combustibile (reattori) - azoto, anidride carbonica, ossigeno, elio, vapore acqueo;
• dannosoimpurità - idrogeno solforato e mercaptani.

Il primo e principale gruppo è un insieme di idrocarburi metanici (omologhi) con il numero di atomi di carbonio da 1 a 5. La percentuale maggiore nella miscela è il metano (dal 70 al 98%), che ha un atomo di carbonio. Il contenuto di altri gas (etano, propano, butano, pentano) varia da unità a decimi di percento.

Oltre agli idrocarburi, nella miscela possono essere presenti piccole quantità di sostanze incombustibili: idrogeno solforato, azoto, anidride carbonica, monossido di carbonio, idrogeno e altre. Ma, a seconda del campo, le proporzioni degli idrocarburi, come la composizione di altri gas, possono variare in modo significativo.

Proprietà fisiche del gas

Secondo le proprietà fisiche, il metano СН₄incolore e inodore, molto infiammabile. A concentrazioni in aria superiori al 4,5% - esplosivo. Questa proprietà, combinata con la sua mancanza di odore, rappresenta una grande minaccia e problema. Soprattutto nelle miniere, poiché il metano viene assorbito dal carbone.

Abbiamo scritto sulle cause dell'esplosione di gas in condizioni domestiche in questo materiale.

Per dare un odore al gas, al fine di rilevare le sue perdite, prima del trasporto vengono aggiunte sostanze speciali con un odore sgradevole: gli odori. Molto spesso, si tratta di composti contenenti zolfo: etantiolo o etil mercaptano. La proporzione dell'impurezza è selezionata in modo tale che si percepisca una perdita con una concentrazione di gas dell'1%.

Da dove viene il gas nelle viscere della terra?

Sebbene le persone abbiano imparato a usare il gas più di 200 anni fa, non c'è ancora consenso sulla provenienza del gas nelle viscere della terra.

Teorie di base dell'origine

Ci sono due teorie principali sulla sua origine:

• mineralespiegare la formazione di gas mediante i processi di degasaggio degli idrocarburi da strati più profondi e densi della terra e sollevarli in zone a pressione più bassa;
• organico (biogenico), secondo cui il gas è un prodotto di decomposizione dei resti di organismi viventi in condizioni di aumento della pressione, della temperatura e della mancanza di aria.

In un campo, il gas può essere sotto forma di un accumulo separato, un tappo di gas, una soluzione in olio o acqua o idrati di gas. In quest'ultimo caso, i depositi si trovano in rocce porose tra strati di argilla a tenuta di gas. Molto spesso, queste rocce sono arenaria compattata, carbonati, calcari.

Poiché il gas è più leggero del petrolio e l'acqua è più pesante, la posizione dei fossili nel giacimento è sempre la stessa: il gas è sopra il petrolio e l'acqua sostiene l'intero giacimento di petrolio e gas dal basso.

Il gas nel serbatoio è sotto pressione. Più profondo è il deposito, più alto è. In media, per ogni 10 metri, l'aumento di pressione è di 0,1 MPa. Ci sono formazioni con pressione anormalmente alta. Ad esempio, sui depositi di Achimov del campo di Urengoyskoye, raggiunge le 600 atmosfere e oltre a una profondità da 3800 a 4500 m.

Fatti e ipotesi interessanti

Non molto tempo fa si credeva che le riserve mondiali di petrolio e gas avrebbero dovuto esaurirsi all'inizio del 21° secolo. Ad esempio, l'autorevole geofisico americano Hubbert ne scrisse nel 1965.

Secondo il dottore in scienze geologiche e mineralogiche V.V. Polevanov, tali delusioni sono causate dal fatto che la teoria dell'origine organica del petrolio e del gas è ancora generalmente accettata e domina le menti della maggioranza scienziati. Sebbene D.I. Mendeleev ha convalidato la teoria dell'origine profonda inorganica del petrolio, e quindi questo è stato dimostrato da Kudryavtsev e V.R. Larino.

Ma molti fatti parlano contro l'origine organica degli idrocarburi.

Ecco alcuni di loro:

• giacimenti sono stati scoperti a profondità fino a 11 km, in sotterranei cristallini, dove l'esistenza di materia organica non può nemmeno essere teoricamente;
• con l'aiuto della teoria organica, solo il 10% delle riserve di idrocarburi può essere spiegato, il restante 90% è inspiegabile;
• La sonda spaziale Cassini ha scoperto nel 2000 sul satellite di Saturno, Titano, gigantesche risorse di idrocarburi sotto forma di laghi, diversi ordini di grandezza più grandi di quelli terrestri.

L'ipotesi di una Terra inizialmente idrurica avanzata da Larin spiega l'origine degli idrocarburi dalla reazione dell'idrogeno con il carbonio nelle profondità della terra e il successivo degasaggio del metano.

Secondo lei, non ci sono antichi depositi giurassici. Tutto il petrolio e il gas potrebbero essersi formati tra 1 e 15 mila anni fa. Man mano che l'estrazione procede, le riserve possono essere gradualmente ricostituite, come è stato notato nei giacimenti petroliferi da tempo esauriti e abbandonati.

Come stanno andando l'estrazione mineraria e i trasporti?

Il processo di estrazione del gas combustibile naturale inizia con la costruzione di pozzi. A seconda della presenza dello strato gassoso, la loro profondità può raggiungere i 7 km. Man mano che la perforazione procede, un tubo (involucro) viene calato nel pozzo. Per evitare che il gas fuoriesca attraverso lo spazio tra il tubo e le pareti del pozzo, viene eseguito il collegamento, riempiendo lo spazio vuoto con argilla o cemento.

Al termine della costruzione, la perforatrice viene retratta e l'albero di Natale viene installato sulla testata dell'involucro. È un design di valvole a saracinesca e valvole e viene utilizzato per estrarre il gas dal pozzo.

Il numero di pozzi può essere piuttosto grande.

L'intero ciclo produttivo del gas combustibile naturale si svolge in tre fasi:

1. Sviluppo di giacimenti di gas. Come risultato della perforazione, viene creata una differenza di pressione. A causa di ciò, il gas si sposta attraverso la formazione ai pozzi.
2. Funzionamento dei pozzi di gas. A questo punto, il gas viaggia lungo l'involucro.
3. Raccolta e preparazione per il trasporto. Il gas di tutto l'albero di Natale viene fornito a speciali complessi tecnologici dell'UKPG. Su di essi avviene la disidratazione del gas, pulizia da impurità nocive.

Anche piccole concentrazioni di idrogeno solforato, vapore acqueo o particelle solide portano a una rapida corrosione, formazione di idrati e danni meccanici alla superficie interna della tubazione.

La preparazione finale per il trasporto avviene presso le strutture principali. Include il post-trattamento e la rimozione della condensa di idrocarburi, il raffreddamento del gas per ridurne il volume.

Il principale tipo di trasporto del gas su lunghe distanze è gasdotto principale. È un sistema di strutture ingegneristiche complesse dalle stesse condutture a deposito sotterraneo.

Ci sono stazioni di distribuzione del gas (GDS) al punto finale della linea principale. Qui avviene l'ultima pulizia da polvere e impurità liquide, la pressione viene ridotta al livello richiesto dai consumatori, la sua stabilizzazione, la misurazione del consumo di gas e l'aggiunta di un odorizzante.

Un altro tipo comune di trasporto del metano è il trasporto marittimo con navi speciali - i vettori del gas.

La trasformazione del gas allo stato liquido avviene in appositi impianti GNL. Il processo avviene in due fasi: prima il metano viene raffreddato a -50°C, quindi a -163°C. Allo stesso tempo, il suo volume diminuisce di 600 volte.

Elaborazione e ambito

L'elevata infiammabilità del gas naturale ne determina la principale applicazione. Viene utilizzato come combustibile in fabbriche, stabilimenti, centrali termiche, caldaie, uffici, edifici residenziali, strutture agricole e molti altri. Ti consigliamo di leggere il regolamento uso del gas nella vita di tutti i giorni.

La produzione e la lavorazione del petrolio sono sempre accompagnate dal rilascio di gas associato. In alcuni casi, i suoi volumi possono essere impressionanti e ammontare a 300 metri cubi per metro cubo di greggio.

Ma ci sono un gran numero di giacimenti in cui il gas naturale associato non viene utilizzato, ma viene bruciato in torce. Ad esempio, fino al 25% delle materie prime utili viene perso in questo modo in tutta la Russia.

Parte del gas associato viene fornito agli impianti di trattamento del gas. Da esso si ottiene gas secco purificato, che viene utilizzato per il riscaldamento. Un altro prezioso ingrediente è una miscela di idrocarburi leggeri.

Inoltre, è diviso in frazioni in installazioni speciali. Il risultato sono idrocarburi come propano, butano, isobutano, pentano. Per ridurre il volume, facilità di trasporto e stoccaggio liquefare.

Propano e butano sono usati per il riscaldamento delle case gas in bombole sia per le auto. Ma la maggior parte va per ulteriori lavorazioni negli impianti petrolchimici.

Per mezzo del riscaldamento ad alta temperatura (pirolisi), da essi si ottiene la principale materia prima per tutti i materiali sintetici: monomeri: etilene, propilene, butadiene. Sotto l'azione dei catalizzatori, si combinano per formare polimeri. L'output è costituito da materiali preziosi come gomma, PVC, polietilene e molti altri.

Conclusioni e video utili sull'argomento

Il documentario racconta il gas in modo accessibile e visivo:

Questo film educativo è dedicato ai principali trasporti di gas:

Non sappiamo ancora tutto sul gas naturale: la sua origine è ancora piena di molti misteri. Possiamo solo sperare che il carburante blu sia un dono davvero inesauribile che basterà sia per noi che per i nostri discendenti.

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