Wszystko o gazie ziemnym: skład i właściwości gazu ziemnego, produkcja i zakres jego zastosowania

Ze względu na wysoką efektywność energetyczną i przyjazność dla środowiska gaz ziemny wraz z ropą ma ogromne znaczenie. Jest szeroko stosowany jako paliwo, a także służy jako cenny surowiec dla przemysłu chemicznego.

I choć używanie gazu stało się codziennością i nawykiem, nadal pozostaje trudny w składzie i dość niebezpieczna substancja - aby dostać się do palnika urządzenia gazowego, przechodzi długo i trudno droga.

W tym artykule przeanalizujemy główne zagadnienia związane z palnym gazem ziemnym – porozmawiamy o jego składzie i właściwościach, opiszemy etapy produkcji, transportu i przetwarzania gazu, jego zakres. Rozważmy współczesne pomysły dotyczące pochodzenia zasobów węglowodorów, ciekawe fakty i hipotezy.

Co to jest naturalny gaz palny?

Panuje opinia, że ​​gaz zalega pod ziemią w zagłębieniach i jest stamtąd łatwo wydobywany, do czego wystarczy wywiercić studnię. Ale w rzeczywistości wszystko jest znacznie bardziej skomplikowane: gaz może znajdować się w porowatej skale, może być rozpuszczony w wodzie, ciekłych węglowodorach, oleju.

Aby zrozumieć, dlaczego tak się dzieje, wystarczy pamiętać, że słowo „gaz” pochodzi z greckiego „chaos”, co odzwierciedla zasadę zachowania substancji. W stanie gazowym cząsteczki poruszają się chaotycznie, starając się równomiernie wypełnić całą możliwą objętość. Dzięki temu są w stanie wnikać i rozpuszczać się w innych substancjach, w tym w gęstszych cieczach i minerałach. Wysokie ciśnienie i temperatura znacznie usprawniają proces dyfuzji. Często w postaci takiego „koktajlu” zawarty jest w jelitach gaz ziemny.

Ale najpierw porozmawiajmy o tym, z czego składa się gaz i czym jest - rozważ skład chemiczny i właściwości fizyczne naturalnego gazu palnego.

Cechy składu chemicznego

Gaz wydobywany z podglebia, zwany „naturalnym”, jest mieszaniną różnych gazów.

Ze względu na swój skład dzieli się na trzy grupy składników:

• palny - węglowodory;
• niepalny (balasty) - azot, dwutlenek węgla, tlen, hel, para wodna;
• szkodliwyzanieczyszczenia - siarkowodór i merkaptany.

Pierwsza i główna grupa to zbiór węglowodorów metanowych (homologów) o liczbie atomów węgla od 1 do 5. Największy procent w mieszaninie to metan (70 do 98%), który zawiera jeden atom węgla. Zawartość innych gazów (etan, propan, butan, pentan) waha się od jednostek do dziesiątych części procenta.

Oprócz węglowodorów w mieszaninie mogą znajdować się niewielkie ilości substancji niepalnych: siarkowodór, azot, dwutlenek węgla, tlenek węgla, wodór i inne. Jednak w zależności od dziedziny proporcje węglowodorów, podobnie jak skład innych gazów, mogą się znacznie różnić.

Właściwości fizyczne gazu

Zgodnie z właściwościami fizycznymi metan СН₄bezbarwny i bezwonny, bardzo łatwopalny. Przy stężeniach w powietrzu powyżej 4,5% - materiał wybuchowy. Ta właściwość, w połączeniu z brakiem zapachu, stanowi ogromne zagrożenie i problem. Zwłaszcza w kopalniach, gdzie metan jest pochłaniany przez węgiel.

O przyczynach wybuchu gazu w warunkach domowych pisaliśmy w: ten materiał.

Aby nadać gazowi zapach, w celu wykrycia jego wycieków, przed transportem dodaje się do niego specjalne substancje o nieprzyjemnym zapachu - środki zapachowe. Najczęściej są to związki zawierające siarkę - etanotiol lub merkaptan etylowy. Proporcję zanieczyszczenia dobiera się w taki sposób, aby wyciek był odczuwalny przy stężeniu gazu 1%.

Skąd pochodzi gaz w trzewiach ziemi?

Chociaż ludzie nauczyli się używać gazu ponad 200 lat temu, wciąż nie ma zgody co do tego, skąd pochodzi gaz w trzewiach ziemi.

Podstawowe teorie pochodzenia

Istnieją dwie główne teorie dotyczące jego pochodzenia:

• minerałwyjaśnienie powstawania gazu procesami odgazowania węglowodorów z głębszych i gęstszych warstw ziemi i podniesienia ich do stref o niższym ciśnieniu;
• organiczne (biogenne), zgodnie z którym gaz jest produktem rozkładu szczątków organizmów żywych w warunkach podwyższonego ciśnienia, temperatury i braku powietrza.

Na polu gaz może mieć postać oddzielnej akumulacji, korka gazowego, roztworu w oleju lub wodzie lub hydratów gazu. W tym ostatnim przypadku złoża znajdują się w porowatych skałach pomiędzy gazoszczelnymi warstwami gliny. Najczęściej są to ubite piaskowce, węglany, wapienie.

Ponieważ gaz jest lżejszy niż ropa, a woda cięższa, położenie skamielin w zbiorniku jest zawsze takie samo: gaz znajduje się na górze ropy, a woda podtrzymuje całe pole naftowe i gazowe od dołu.

Gaz w zbiorniku jest pod ciśnieniem. Im głębszy depozyt, tym jest wyższy. Średnio na każde 10 metrów wzrost ciśnienia wynosi 0,1 MPa. Istnieją formacje z nienormalnie wysokim ciśnieniem. Na przykład na złożach Achimov pola Urengoyskoye osiąga 600 atmosfer i więcej na głębokości od 3800 do 4500 m.

Interesujące fakty i hipotezy

Jeszcze nie tak dawno uważano, że światowe rezerwy ropy i gazu powinny zostać wyczerpane na początku XXI wieku. Na przykład autorytatywny amerykański geofizyk Hubbert pisał o tym w 1965 roku.

Według doktora nauk geologicznych i mineralogicznych V.V. Polevanov, takie urojenia są spowodowane faktem, że teoria organicznego pochodzenia ropy i gazu jest nadal ogólnie akceptowana i dominuje w umysłach większości naukowcy. Chociaż D.I. Mendelejew uzasadnił teorię nieorganicznego głębokiego pochodzenia ropy, a następnie udowodnili to Kudryavtsev i V.R. Larin.

Ale wiele faktów przemawia przeciwko organicznemu pochodzeniu węglowodorów.

Oto niektóre z nich:

• osady odkryto na głębokości do 11 km, w piwnicach krystalicznych, gdzie istnienie materii organicznej nie może być nawet teoretycznie;
• za pomocą teorii organicznej można wyjaśnić tylko 10% rezerw węglowodorów, pozostałe 90% są niewytłumaczalne;
• Sonda kosmiczna Cassini odkryła w 2000 roku na satelicie Saturna Tytana gigantyczne zasoby węglowodorów w postaci jezior, o kilka rzędów wielkości większe niż te na Ziemi.

Hipoteza pierwotnie wodorkowej Ziemi wysunięta przez Larina wyjaśnia pochodzenie węglowodorów w wyniku reakcji wodoru z węglem w głębi ziemi, a następnie odgazowania metanu.

Według niej nie ma starożytnych złóż jurajskich. Cała ropa i gaz mogły powstać od 1 do 15 tysięcy lat temu. W miarę postępu wydobycia zasoby mogą być stopniowo uzupełniane, co zostało zauważone na dawno wyeksploatowanych i opuszczonych polach naftowych.

Jak idzie górnictwo i transport?

Proces wydobycia naturalnego gazu palnego rozpoczyna się wraz z budową studni. W zależności od występowania warstwy gazonośnej ich głębokość może sięgać 7 km. W miarę postępu wiercenia rura (obudowa) jest opuszczana do studni. Aby zapobiec ucieczce gazu przez przestrzeń między rurą a ścianami odwiertu, wykonuje się zatykanie - wypełniając szczelinę gliną lub cementem.

Po zakończeniu budowy wiertnica jest wycofywana, a choinka jest montowana na głowicy obudowy. Jest to konstrukcja zasuw i zaworów i służy do wydobywania gazu ze studni.

Liczba studni może być dość duża.

Cały cykl produkcyjny gazu ziemnego palnego odbywa się w trzech etapach:

1. Zagospodarowanie złoża gazowego. W wyniku wiercenia powstaje różnica ciśnień. Dzięki temu gaz przemieszcza się przez formację do odwiertów.
2. Eksploatacja odwiertów gazowych. W tym momencie gaz przemieszcza się wzdłuż obudowy.
3. Odbiór i przygotowanie do transportu. Gaz ze wszystkich choinek dostarczany jest do specjalnych kompleksów technologicznych UKPG. odbywa się na nich odwodnienie gazowe, czyszczenie ze szkodliwych zanieczyszczeń.

Nawet niewielkie stężenia siarkowodoru, pary wodnej lub cząstek stałych prowadzą do szybkiej korozji, tworzenia się hydratów i mechanicznych uszkodzeń wewnętrznej powierzchni rurociągu.

Ostateczne przygotowanie do transportu odbywa się w siedzibie firmy. Obejmuje obróbkę końcową i usuwanie kondensatu węglowodorowego, chłodzenie gazu w celu zmniejszenia jego objętości.

Głównym rodzajem transportu gazu na duże odległości jest główny gazociąg. Jest to system złożonych konstrukcji inżynierskich od samych rurociągów do podziemne magazyny.

Na końcowym punkcie głównej linii znajdują się stacje dystrybucji gazu (GDS). Tu następuje ostatnie oczyszczenie z zanieczyszczeń pyłowych i ciekłych, obniżenie ciśnienia do poziomu wymaganego przez konsumentów, jego stabilizacja, rozliczenie zużycia gazu oraz dodanie nawaniacza.

Innym powszechnym rodzajem transportu metanu jest transport morski specjalnymi statkami – gazowcami.

Przekształcenie gazu w stan ciekły odbywa się w specjalnych instalacjach LNG. Proces przebiega dwuetapowo: najpierw metan jest schładzany do -50°C, a następnie do -163°C. Jednocześnie jego objętość zmniejsza się 600 razy.

Przetwarzanie i zakres

Wysoka palność gazu ziemnego determinuje jego główne zastosowanie. Znajduje zastosowanie jako paliwo w fabrykach, fabrykach, elektrociepłowniach, kotłowniach, biurach, budynkach mieszkalnych, obiektach rolniczych i wielu innych. Zalecamy zapoznanie się z regulaminem wykorzystanie gazu w życiu codziennym.

Wydobyciu i przetwarzaniu ropy naftowej zawsze towarzyszy uwalnianie związanego z nią gazu. W niektórych przypadkach jego objętość może być imponująca i sięgać 300 metrów sześciennych na metr sześcienny ropy naftowej.

Istnieje jednak wiele pól, na których gaz ziemny nie jest używany, lecz spalany w pochodniach. Na przykład w całej Rosji traci się w ten sposób do 25% użytecznych surowców.

Część gazu towarzyszącego dostarczana jest do zakładów przetwarzania gazu. Z niego uzyskuje się oczyszczony suchy gaz, który służy do ogrzewania. Innym cennym składnikiem jest mieszanka lekkich węglowodorów.

Dalej dzieli się na frakcje w specjalnych instalacjach. Rezultatem są węglowodory takie jak propan, butan, izobutan, pentan. Aby zmniejszyć objętość, łatwość transportu i przechowywania stopić.

Do ogrzewania domów stosuje się propan i butan gaz w butlach albo dla samochodów. Jednak większość trafia do dalszego przetwarzania w zakładach petrochemicznych.

Za pomocą ogrzewania wysokotemperaturowego (pirolizy) uzyskuje się z nich główny surowiec do wszystkich materiałów syntetycznych - monomery: etylen, propylen, butadien. Pod wpływem katalizatorów łączą się, tworząc polimery. Wyjściem są tak cenne materiały jak guma, PCV, polietylen i wiele innych.

Wnioski i przydatne wideo na ten temat

Dokument opowiada o gazie w przystępny i wizualny sposób:

Ten film edukacyjny poświęcony jest głównemu transportowi gazu:

Wciąż nie wiemy wszystkiego o gazie ziemnym – jego pochodzenie jest wciąż owiane wieloma tajemnicami. Możemy mieć tylko nadzieję, że błękitne paliwo to naprawdę niewyczerpany dar, który wystarczy nam i naszym potomkom.

Masz pytania po przeczytaniu powyższego materiału? A może chciałbyś uzupełnić artykuł przydatnymi komentarzami, ciekawostkami lub zdjęciami? Napisz swoje uwagi, zadawaj pytania, weź udział w dyskusji - formularz opinii znajduje się poniżej.