Vďaka svojej vysokej energetickej účinnosti a šetrnosti k životnému prostrediu má zemný plyn spolu s ropou mimoriadny význam. Je široko používaný ako palivo a slúži aj ako cenná surovina pre chemický priemysel.
A hoci sa používanie plynu stalo každodenným a zvykovým zvykom, stále zostáva náročné na zloženie a dosť nebezpečná látka - dostať sa do horáka plynového spotrebiča, prechádza dlho a ťažko spôsobom.
V tomto článku budeme analyzovať hlavné problémy súvisiace s prírodným horľavým plynom - budeme hovoriť o jeho zložení a vlastnostiach, popíšeme etapy výroby, prepravy a spracovania plynu, jeho rozsah. Uvažujme moderné predstavy o pôvode zásob uhľovodíkov, zaujímavosti a hypotézy.
Obsah článku:
-
Čo je to prírodný horľavý plyn?
- Vlastnosti chemického zloženia
- Fyzikálne vlastnosti plynu
-
Odkiaľ pochádza plyn v útrobách Zeme?
- Základné teórie pôvodu
- Zaujímavé fakty a hypotézy
- Ako prebieha ťažba a doprava?
- Spracovanie a rozsah
- Závery a užitočné video na túto tému
Čo je to prírodný horľavý plyn?
Existuje názor, že plyn leží pod zemou v dutinách a je odtiaľ ľahko extrahovaný, na čo stačí vyvŕtať studňu. Ale v skutočnosti je všetko oveľa komplikovanejšie: plyn môže byť vo vnútri poréznej horniny, môže byť rozpustený vo vode, kvapalných uhľovodíkoch, oleji.
Aby sme pochopili, prečo sa to deje, stačí si uvedomiť, že slovo „plyn“ pochádza z gréčtiny.chaos“, Čo odzrkadľuje princíp látkového správania. V plynnom stave sa molekuly pohybujú chaoticky a snažia sa rovnomerne naplniť celý možný objem. Vďaka tomu sú schopné preniknúť a rozpustiť sa v iných látkach, vrátane hustejších kvapalín a minerálov. Vysoký tlak a teplota výrazne zvyšujú difúzny proces. Často je vo forme takého „koktailu“, že je v útrobách obsiahnutý zemný plyn.
Najprv si však povedzme, z čoho plyn pozostáva a čo to je - zvážte chemické zloženie a fyzikálne vlastnosti prírodného horľavého plynu.
Vlastnosti chemického zloženia
Plyn extrahovaný z podložia, ktorý sa nazýva „prírodný“, je zmesou rôznych plynov.
Podľa svojho zloženia je rozdelený do troch skupín zložiek:
- horľavý - uhľovodíky;
- nehorľavé (predradníky) - dusík, oxid uhličitý, kyslík, hélium, vodná para;
- škodlivénečistoty - sírovodík a merkaptány.
Prvá a hlavná skupina je sada metánových uhľovodíkov (homológov) s počtom atómov uhlíka od 1 do 5. Najväčšie percento v zmesi je metán (70 až 98%), ktorý má jeden atóm uhlíka. Obsah ostatných plynov (etán, propán, bután, pentán) sa pohybuje od jednotiek do desatín percenta.
Plyn vyrobený z polí sa vyznačuje vysokou koncentráciou metánu. V súvisiacich, extrahovaných z ropy, je podiel metánu oveľa nižší: 30 - 60%a homológy sú vyššie: 10 - 20%
Okrem uhľovodíkov môže byť v zmesi prítomné malé množstvo nehorľavých látok: sírovodík, dusík, oxid uhličitý, oxid uhoľnatý, vodík a ďalšie. V závislosti od oblasti sa však proporcie uhľovodíkov, podobne ako zloženie iných plynov, môžu výrazne líšiť.
Fyzikálne vlastnosti plynu
Podľa fyzikálnych vlastností je metán СН4bezfarebný a bez zápachu, veľmi horľavý. Pri koncentráciách vo vzduchu nad 4,5% - výbušný. Táto vlastnosť v kombinácii s nedostatkom zápachu predstavuje veľkú hrozbu a problém. Najmä v baniach, pretože metán je absorbovaný uhlím.
O príčinách výbuchu plynu v domácich podmienkach sme písali v r tento materiál.
Aby plyn dostal pach, aby sa zistili jeho úniky, pridávajú sa do neho pred prepravou špeciálne látky s nepríjemným zápachom - vonné látky. Najčastejšie ide o zlúčeniny obsahujúce síru - etántiol alebo etylmerkaptán. Podiel nečistoty je zvolený tak, aby bol únik cítiť pri koncentrácii plynu 1%.
Hlavnou výhodou modrého paliva je jeho vysoké špecifické spaľovacie teplo - 39 MJ / kg. V tomto prípade sa uvoľňujú neškodné látky: voda a oxid uhličitý. Je to tiež dôležitý faktor, ktorý umožňuje využitie metánu v každodennom živote.
Odkiaľ pochádza plyn v útrobách Zeme?
Hoci sa ľudia naučili používať plyn pred viac ako 200 rokmi, stále neexistuje zhoda v tom, odkiaľ plyn pochádza v útrobách Zeme.
Základné teórie pôvodu
Existujú dve hlavné teórie jeho pôvodu:
- minerálnevysvetlenie tvorby plynu procesmi odplyňovania uhľovodíkov z hlbších a hustejších vrstiev Zeme a ich zvyšovaním do zón s nižším tlakom;
- organické (biogénne), podľa ktorého je plyn produktom rozkladu zvyškov živých organizmov v podmienkach zvýšeného tlaku, teploty a nedostatku vzduchu.
V teréne môže byť plyn vo forme oddelenej akumulácie, plynového uzáveru, roztoku v oleji alebo vo vode alebo plynových hydrátov. V druhom prípade sa ložiská nachádzajú v pórovitých horninách medzi plynotesnými ílovými vrstvami. Najčastejšie sú týmito horninami zhutnený pieskovec, uhličitany, vápence.
Podiel konvenčných plynových polí je iba 0,8%. O niečo vyššie percento tvorí hlbinný, uhoľný a bridlicový plyn - od 1,4 do 1,9%. Najbežnejšími druhmi usadenín sú plyny a hydráty rozpustné vo vode - v približne rovnakých pomeroch (po 46,9%)
Pretože plyn je ľahší ako ropa a voda je ťažšia, poloha fosílií v nádrži je vždy rovnaká: plyn je na vrchu ropy a voda podporuje celé pole ropy a plynu zospodu.
Plyn v nádrži je pod tlakom. Čím je ložisko hlbšie, tým je vyššie. V priemere na každých 10 metrov je nárast tlaku 0,1 MPa. Existujú formácie s abnormálne vysokým tlakom. Napríklad na ložiskách Achimov poľa Urengoyskoye dosahuje 600 atmosfér a vyššie v hĺbke 3800 až 4500 m.
Zaujímavé fakty a hypotézy
Nie je to tak dávno, čo sa verilo, že svetové zásoby ropy a plynu by mali byť na začiatku 21. storočia vyčerpané. V roku 1965 o tom napríklad napísal autoritatívny americký geofyzik Hubbert.
Doteraz mnohé krajiny pokračujú v zvyšovaní rýchlosti výroby plynu. Neexistujú žiadne skutočné známky toho, že by sa zásoby uhľovodíkov vyčerpali.
Podľa doktora geologických a mineralogických vied V.V. Polevanov, také bludy sú spôsobené tým, že teória organického pôvodu ropy a plynu je stále všeobecne uznávaná a dominuje v mysliach väčšiny vedci. Napriek tomu, že D.I. Mendeleev podložil teóriu anorganického hlbokého pôvodu ropy a potom to dokázali Kudryavtsev a V.R. Larin.
Mnoho faktov však hovorí proti organickému pôvodu uhľovodíkov.
Tu sú niektoré z nich:
- ložiská boli objavené v hĺbkach až 11 km, v kryštalických pivniciach, kde existencia organickej hmoty nemôže byť ani teoreticky;
- pomocou organickej teórie je možné vysvetliť iba 10% zásob uhľovodíkov, zvyšných 90% je nevysvetliteľných;
- Vesmírna sonda Cassini objavila v roku 2000 na satelite Saturn, Titan, obrovské zdroje uhľovodíkov vo forme jazier, o niekoľko rádov väčších ako tie na Zemi.
Larinova hypotéza pôvodne hydridovej Zeme vysvetľuje pôvod uhľovodíkov reakciou vodíka s uhlíkom v hlbinách Zeme a následným odplyňovaním metánu.
Podľa nej neexistujú žiadne staroveké jurské ložiská. Všetka ropa a plyn sa mohli vytvoriť pred 1 až 15 tisíc rokmi. Ako ťažba pokračuje, zásoby sa dajú postupne dopĺňať, čo bolo zaznamenané na dlhodobo vyčerpaných a opustených ropných poliach.
Ako prebieha ťažba a doprava?
Proces ťažby prírodného horľavého plynu začína výstavbou studní. V závislosti od výskytu plynonosnej vrstvy môže ich hĺbka dosiahnuť 7 km. Ako vŕtanie pokračuje, do studne sa spustí rúrka (plášť). Aby sa zabránilo úniku plynu priestorom medzi potrubím a stenami vrtu, vykoná sa upchatie - vyplnenie medzery hlinkou alebo cementom.
Po dokončení stavby sa vrtná súprava stiahne a vianočný stromček sa nainštaluje na hlavu plášťa. Je to štruktúra uzatváracích ventilov a ventilov a používa sa na extrakciu plynu zo studne.
Počet studní môže byť dosť veľký.
Vianočný stromček má niekoľko funkcií: drží ho zavesený v studni hadica, ovláda prevádzkové režimy, meria parametre vonkajších a vnútorných častí studne
Celý výrobný cyklus prírodného horľavého plynu prebieha v troch fázach:
- Rozvoj plynového poľa. V dôsledku vŕtania sa vytvorí tlakový rozdiel. Z tohto dôvodu sa plyn pohybuje cez formáciu do studní.
- Prevádzka plynových vrtov. V tomto mieste plyn prechádza pozdĺž plášťa.
- Zber a príprava na prepravu. Plyn zo všetkých stromov X-mas sa dodáva do špeciálnych technologických komplexov UKPG. Prebieha na nich plynová dehydratácia, čistenie pred škodlivými nečistotami.
Aj malé koncentrácie sírovodíka, vodnej pary alebo pevných častíc vedú k rýchlej korózii, tvorbe hydrátu a mechanickému poškodeniu vnútorného povrchu potrubia.
Konečná príprava na prepravu prebieha v hlavnom zariadení. Zahŕňa dodatočnú úpravu a odstraňovanie uhľovodíkového kondenzátu, chladenie plynom na zníženie jeho objemu.
Hlavným druhom prepravy plynu na dlhé vzdialenosti je hlavný plynovod. Ide o systém komplexných inžinierskych štruktúr od samotných potrubí po podzemné skladovanie.
V koncovom bode hlavného radu sú distribučné stanice plynu (GDS). Tu prebieha posledné čistenie prachu a kvapalných nečistôt, tlak sa zníži na úroveň požadovanú spotrebiteľmi, jeho stabilizácia, meranie spotreby plynu a pridanie odorantu.
Ďalším bežným typom prepravy metánu je námorná doprava špeciálnymi plavidlami - prepravcami plynu.
Obrovské sférické nádrže nedovolia zamieňať nosič LNG s inými druhmi plavidiel. Sú to termosky, ktoré udržiavajú konštantnú požadovanú teplotu pre kvapalný metán -163 ° С
Transformácia plynu do kvapalného stavu sa vykonáva v špeciálnych závodoch na skvapalnený zemný plyn. Tento proces prebieha v dvoch fázach: najskôr sa metán ochladí na -50 ° C a potom na -163 ° C. Zároveň sa jeho objem zníži 600 -krát.
Spracovanie a rozsah
Vysoká horľavosť zemného plynu určuje jeho hlavné použitie. Používa sa ako palivo v továrňach, továrňach, tepelných elektrárňach, kotolniach, kanceláriách, obytných budovách, poľnohospodárskych zariadeniach a mnohých ďalších. Odporúčame vám, aby ste si prečítali pravidlá používanie plynu v každodennom živote.
Produkcia a spracovanie ropy je vždy sprevádzané uvoľňovaním súvisiaceho plynu. V niektorých prípadoch môžu byť jeho objemy pôsobivé a dosahujú 300 metrov kubických na jeden meter kubický ropy.
Existuje však veľký počet polí, v ktorých sa zemný plyn nepoužíva, ale spaľuje sa v erupciách. Napríklad v celom Rusku sa takto stratí až 25% užitočných surovín.
Časť súvisiaceho plynu je dodávaná do závodov na spracovanie plynu. Z toho sa získa vyčistený suchý plyn, ktorý sa používa na vykurovanie. Ďalšou cennou zložkou je zmes ľahkých uhľovodíkov.
Diagram ukazuje všeobecný obraz o procese spracovania plynu. Úlohu konečných produktov pre moderný chemický priemysel nemožno príliš zdôrazňovať
Ďalej je rozdelený na frakcie v špeciálnych inštaláciách. Výsledkom sú uhľovodíky ako propán, bután, izobután, pentán. Aby sa znížil objem, uľahčila sa ich preprava a skladovanie skvapalniť.
Prestavba vozidla na plyn sa rýchlo vyplatí a poskytne citeľné úspory nákladov. Rozšírenie siete čerpacích staníc plynu prispieva k zvýšeniu flotily vozidiel s LPG. Vyhrávajú nielen vodiči, ale aj chodci, ktorí nemusia dýchať škodlivé výpary
Na vykurovanie domov sa používa propán a bután plyn vo fľašiach buď pre autá. Ale väčšina z toho ide na ďalšie spracovanie v petrochemických závodoch.
Vysokoteplotným zahrievaním (pyrolýza) sa z nich získava hlavná surovina pre všetky syntetické materiály - monoméry: etylén, propylén, butadién. Pôsobením katalyzátorov sa spájajú a vytvárajú polyméry. Výstupom sú také cenné materiály ako guma, PVC, polyetylén a mnohé ďalšie.
Závery a užitočné video na túto tému
Dokumentárny film prístupným a vizuálnym spôsobom hovorí o plyne:
Tento vzdelávací film je venovaný hlavnej preprave plynu:
Stále nevieme všetko o zemnom plyne - jeho pôvod je stále plný mnohých záhad. Môžeme len dúfať, že modré palivo je skutočne nevyčerpateľný dar, ktorý bude stačiť nám aj našim potomkom.
Máte nejaké otázky po prečítaní vyššie uvedeného materiálu? Alebo by ste chceli doplniť článok o užitočné komentáre, zaujímavosti alebo fotografie? Napíšte svoje pripomienky, položte otázky, zapojte sa do diskusie - formulár spätnej väzby nájdete nižšie.
