Viskas apie gamtines dujas: gamtinių dujų sudėtis ir savybės, gamyba ir taikymo sritis

Dėl didelio energijos vartojimo efektyvumo ir ekologiškumo gamtinės dujos kartu su nafta yra nepaprastai svarbios. Jis plačiai naudojamas kaip kuras ir taip pat yra vertinga žaliava chemijos pramonei.

Ir nors dujų naudojimas tapo kasdienis ir įprastas, vis tiek sudėtinga ir sudėtinga gana pavojinga medžiaga - patekti į dujinio prietaiso degiklį ji praeina ilgai ir sunkiai būdu.

Šiame straipsnyje mes analizuosime pagrindines problemas, susijusias su gamtinėmis degiosiomis dujomis - kalbėsime apie jų sudėtį ir savybes, aprašysime dujų gamybos, transportavimo ir perdirbimo etapus, jų apimtį. Apsvarstykime šiuolaikines idėjas apie angliavandenilių atsargų kilmę, įdomius faktus ir hipotezes.

Kas yra gamtinės degiosios dujos?

Yra nuomonė, kad dujos slypi po žeme ertmėse ir yra lengvai išgaunamos iš ten, todėl pakanka išgręžti šulinį. Tačiau iš tikrųjų viskas yra daug sudėtingiau: dujos gali būti akytos uolienos viduje, jos gali būti ištirpintos vandenyje, skystuose angliavandeniliuose, aliejuje.

Norint suprasti, kodėl taip atsitinka, pakanka prisiminti, kad žodis „dujos“ kilęs iš graikų kalbos.chaosas“, Kuris atspindi cheminio elgesio principą. Dujinėje būsenoje molekulės juda chaotiškai, bandydamos vienodai užpildyti visą galimą tūrį. Dėl šios priežasties jie gali prasiskverbti ir ištirpti kitose medžiagose, įskaitant tankesnius skysčius ir mineralus. Aukštas slėgis ir temperatūra labai pagerina difuzijos procesą. Dažnai tokio „kokteilio“ pavidalu žarnyne yra gamtinių dujų.

Bet pirmiausia pakalbėkime apie tai, iš ko susideda dujos ir kas tai yra - apsvarstykite cheminę sudėtį ir fizines natūralių degiųjų dujų savybes.

Cheminės sudėties ypatybės

Dujos, išgaunamos iš podirvio, vadinamos „natūraliomis“, yra įvairių dujų mišinys.

Pagal sudėtį jis yra suskirstytas į tris komponentų grupes:

• degi - angliavandeniliai;
• nedegus (balastai) - azotas, anglies dioksidas, deguonis, helis, vandens garai;
• kenksmingaspriemaišų - vandenilio sulfidas ir merkaptanai.

Pirmoji ir pagrindinė grupė yra metano angliavandenilių (homologų) rinkinys, kurio anglies atomų skaičius yra nuo 1 iki 5. Didžiausia mišinio dalis yra metanas (nuo 70 iki 98%), turintis vieną anglies atomą. Kitų dujų (etano, propano, butano, pentano) kiekis svyruoja nuo vienetų iki dešimtadalio procentų.

Be angliavandenilių, mišinyje gali būti nedidelis kiekis nedegių medžiagų: vandenilio sulfidas, azotas, anglies dioksidas, anglies monoksidas, vandenilis ir kiti. Tačiau, priklausomai nuo lauko, angliavandenilių proporcijos, kaip ir kitų dujų sudėtis, gali labai skirtis.

Fizinės dujų savybės

Pagal fizines savybes metanas СН₄bespalvis ir bekvapis, labai degi. Esant didesnėms nei 4,5% koncentracijoms ore, sprogstamasis. Ši savybė kartu su kvapo trūkumu kelia didelę grėsmę ir problemą. Ypač kasyklose, nes anglį sugeria metanas.

Mes rašėme apie dujų sprogimo priežastis buities sąlygomis šią medžiagą.

Kad dujos duotų kvapą, kad būtų galima aptikti jų nuotėkį, prieš transportavimą į jas įpilama specialių nemalonaus kvapo medžiagų - kvapiųjų medžiagų. Dažniausiai tai yra sieros turintys junginiai - etanetiolis arba etilmerkaptanas. Priemaišos dalis parenkama taip, kad nuotėkis būtų jaučiamas esant 1%dujų koncentracijai.

Iš kur atsiranda dujos žemės gelmėse?

Nors žmonės išmoko naudoti dujas daugiau nei prieš 200 metų, vis dar nėra sutarimo dėl to, iš kur dujos kyla iš žarnyno.

Pagrindinės kilmės teorijos

Yra dvi pagrindinės jo kilmės teorijos:

• mineralasdujų susidarymo paaiškinimas angliavandenilių degazavimo iš gilesnių ir tankesnių žemės sluoksnių procesais ir jų iškėlimas į zonas su mažesniu slėgiu;
• organinis (biogeninis), pagal kurią dujos yra gyvų organizmų liekanų skilimo produktas padidėjusio slėgio, temperatūros ir oro trūkumo sąlygomis.

Lauke dujos gali būti atskiros sankaupos, dujų dangtelio, aliejaus ar vandens tirpalo arba dujų hidratų pavidalo. Pastaruoju atveju nuosėdos yra akytose uolienose tarp dujoms nepralaidžių molio sluoksnių. Dažniausiai šios uolienos yra sutankintas smiltainis, karbonatai, kalkakmeniai.

Kadangi dujos yra lengvesnės nei nafta, o vanduo sunkesnis, fosilijų padėtis rezervuare visada yra ta pati: dujos yra ant naftos, o vanduo palaiko visą naftos ir dujų telkinį iš apačios.

Dujos rezervuare yra spaudžiamos. Kuo gilesnis indėlis, tuo jis didesnis. Vidutiniškai kas 10 metrų slėgio padidėjimas yra 0,1 MPa. Yra darinių su neįprastai aukštu slėgiu. Pavyzdžiui, Urengoyskoye lauko Achimovo telkiniuose jis pasiekia 600 atmosferų ir aukštesnį 3800–4500 m gylyje.

Įdomūs faktai ir hipotezės

Ne taip seniai buvo manoma, kad XXI amžiaus pradžioje pasaulio naftos ir dujų atsargos turėtų būti išnaudotos. Pavyzdžiui, autoritetingas amerikiečių geofizikas Hubbertas apie tai rašė 1965 m.

Pasak geologijos ir mineralogijos mokslų daktaro V.V. Polevanovas, tokius kliedesius sukelia tai, kad naftos ir dujų organinės kilmės teorija vis dar yra visuotinai pripažinta ir dominuoja daugumos protuose mokslininkai. Nors D.I. Mendelejevas pagrindė neorganinės gilios naftos kilmės teoriją, o tada tai įrodė Kudryavcevas ir V. R. Larinas.

Tačiau daugelis faktų kalba prieš organinę angliavandenilių kilmę.

Štai keletas iš jų:

• nuosėdos buvo aptiktos iki 11 km gylyje, kristaliniuose rūsiuose, kur net teoriškai negali būti organinių medžiagų buvimo;
• naudojant organinę teoriją, galima paaiškinti tik 10% angliavandenilių atsargų, likę 90% yra nepaaiškinami;
• „Cassini“ kosminis zondas, atrastas 2000 m. Saturno palydovo, Titano, milžiniškuose angliavandenilių ištekliuose ežerų pavidalu, keliais dydžiais didesnis nei Žemėje.

Larino pateikta hipotezė apie iš pradžių hidridinę Žemę paaiškina angliavandenilių kilmę vandenilio reakcija su anglimi žemės gelmėse ir po to metano degazavimas.

Anot jos, senovinių Juros periodo nuosėdų nėra. Visa nafta ir dujos galėjo susidaryti prieš 1–15 tūkstančių metų. Tęsiant gavybą, atsargos gali būti palaipsniui papildomos, o tai buvo pastebėta seniai išsekusiuose ir apleistuose naftos telkiniuose.

Kaip vyksta kasyba ir transportavimas?

Gamtinių degiųjų dujų gavybos procesas prasideda nuo šulinių statybos. Priklausomai nuo dujų turinčio sluoksnio atsiradimo, jų gylis gali siekti 7 km. Kai gręžimas vyksta, vamzdis (korpusas) nuleidžiamas į šulinį. Kad dujos neprasiskverbtų pro tarpą tarp vamzdžio ir gręžinio sienelių, užkimšama - užpildoma spraga moliu arba cementu.

Baigus statybą, gręžimo įrenginys įtraukiamas ir eglutė montuojama ant korpuso galvutės. Tai yra uždaromųjų vožtuvų ir vožtuvų struktūra, naudojama dujoms iš šulinio išgauti.

Šulinių skaičius gali būti gana didelis.

Visas gamtinių degiųjų dujų gamybos ciklas vyksta trimis etapais:

1. Dujų telkinio plėtra. Dėl gręžimo susidaro slėgio skirtumas. Dėl to dujos per formavimąsi juda į šulinius.
2. Dujų gręžinių eksploatavimas. Šiuo metu dujos keliauja išilgai korpuso.
3. Surinkimas ir paruošimas transportavimui. Dujos iš visų X-mas medžių tiekiamos į specialius UKPG technologinius kompleksus. Ant jų vyksta dujų dehidratacija, valymas nuo kenksmingų priemaišų.

Netgi maža vandenilio sulfido, vandens garų ar kietų dalelių koncentracija sukelia greitą koroziją, hidratų susidarymą ir mechaninius vidinio dujotiekio paviršiaus pažeidimus.

Galutinis paruošimas transportavimui vyksta pagrindinėse patalpose. Tai apima angliavandenilių kondensato papildomą apdorojimą ir pašalinimą, dujų aušinimą, siekiant sumažinti jo tūrį.

Pagrindinis dujų transportavimo būdas dideliais atstumais yra magistralinis dujotiekis. Tai sudėtingų inžinerinių konstrukcijų sistema nuo pačių dujotiekių iki požeminė saugykla.

Pagrindinės linijos gale yra dujų skirstymo stotys (GDS). Čia atliekamas paskutinis dulkių ir skystų priemaišų valymas, slėgio sumažinimas iki vartotojų reikalaujamo lygio, jo stabilizavimas, dujų suvartojimo matavimas ir kvapiosios medžiagos pridėjimas.

Kitas paplitęs metano gabenimo būdas yra gabenimas jūra specialiais laivais - dujų vežėjais.

Dujos paverčiamos skysta būsena specialiose SGD gamyklose. Procesas vyksta dviem etapais: pirma, metanas atšaldomas iki -50 ° C, o paskui iki -163 ° C. Tuo pačiu metu jo tūris sumažėja 600 kartų.

Apdorojimas ir apimtis

Didelis gamtinių dujų degumas lemia jų pagrindinę paskirtį. Jis naudojamas kaip kuras gamyklose, gamyklose, šiluminėse elektrinėse, katilinėse, biuruose, gyvenamuosiuose pastatuose, žemės ūkio objektuose ir daugelyje kitų. Rekomenduojame perskaityti taisykles dujų naudojimas kasdieniame gyvenime.

Naftos gavybą ir perdirbimą visada lydi susijusios dujos. Kai kuriais atvejais jo tūris gali būti įspūdingas ir siekti 300 kubinių metrų vienam kubiniam metrui žalios naftos.

Tačiau yra daug laukų, kuriuose gamtinės dujos nenaudojamos, bet sudeginamos. Pavyzdžiui, visoje Rusijoje tokiu būdu prarandama iki 25% naudingų žaliavų.

Dalis susijusių dujų tiekiama dujų perdirbimo įmonėms. Iš jo gaunamos išgrynintos sausos dujos, kurios naudojamos šildymui. Kitas vertingas ingredientas yra lengvų angliavandenilių mišinys.

Be to, specialiuose įrenginiuose jis yra padalintas į trupmenas. Rezultatas yra angliavandeniliai, tokie kaip propanas, butanas, izobutanas, pentanas. Norėdami sumažinti jų kiekį, patogumą juos transportuoti ir laikyti suskystinti.

Namų šildymui naudojamas propanas ir butanas išpilstytos dujos arba automobiliams. Tačiau didžioji jo dalis skirta tolesniam perdirbimui naftos chemijos gamyklose.

Aukšto temperatūros kaitinimo (pirolizės) būdu iš jų gaunama pagrindinė visų sintetinių medžiagų žaliava - monomerai: etilenas, propilenas, butadienas. Veikiant katalizatoriams, jie susilieja ir sudaro polimerus. Produkcija yra tokios vertingos medžiagos kaip guma, PVC, polietilenas ir daugelis kitų.

Išvados ir naudingas vaizdo įrašas šia tema

Dokumentinis filmas apie dujas pasakoja prieinamu ir vizualiu būdu:

Šis mokomasis filmas skirtas pagrindiniam dujų transportavimui:

Mes vis dar nežinome visko apie gamtines dujas - jų kilmė vis dar kupina daugybės paslapčių. Galime tik tikėtis, kad mėlynas kuras yra tikrai neišsenkanti dovana, kurios pakaks ir mums, ir mūsų palikuonims.

Ar perskaičius aukščiau pateiktą medžiagą kyla klausimų? O gal norėtumėte papildyti straipsnį naudingais komentarais, įdomiais faktais ar nuotraukomis? Rašykite savo komentarus, užduokite klausimus, dalyvaukite diskusijoje - atsiliepimų forma yra žemiau.