Alt om naturgas: sammensætning og egenskaber, produktion og anvendelse af naturgas

På grund af sin høje energieffektivitet og miljøvenlighed er naturgas sammen med olie af afgørende betydning.Det er meget brugt som brændstof og fungerer også som et værdifuldt råmateriale til den kemiske industri.

Og selvom brugen af ​​gas er blevet dagligdags og velkendt, er det stadig et komplekst og ret farligt stof - for at komme ind i brænderen på et gasapparat, går det gennem en lang og kompleks vej.

I artiklen vil vi analysere de vigtigste spørgsmål relateret til naturlig brændbar gas - vi vil tale om dens sammensætning og egenskaber, vi vil beskrive stadierne af gasproduktion, transport og forarbejdning og omfanget af dens anvendelse. Lad os overveje moderne ideer om oprindelsen af ​​kulbrintereserver, interessante fakta og hypoteser.

Hvad er naturlig brændbar gas?

Der er en opfattelse af, at gas ligger under jorden i hulrum og let udvindes derfra, for hvilket det er nok at bore en brønd. Men i virkeligheden er alt meget mere kompliceret: gas kan være inde i en porøs sten, den kan opløses i vand, flydende kulbrinter og olie.

For at forstå, hvorfor dette sker, er det nok at huske, at ordet "gas" kommer fra det græske "kaos", som afspejler princippet om et stofs adfærd. I den gasformige tilstand bevæger molekyler sig kaotisk og forsøger ensartet at fylde hele det mulige volumen. På grund af dette er de i stand til at trænge ind og opløses i andre stoffer, herunder tættere væsker og mineraler. Højt tryk og temperatur forbedrer diffusionsprocessen markant.Ofte er det i form af en sådan "cocktail", at naturgas er indeholdt i undergrunden.

Men lad os først tale om, hvad gassen består af, og hvad den er - lad os se på den kemiske sammensætning og fysiske egenskaber af naturlig brændbar gas.

Funktioner af den kemiske sammensætning

Gas udvundet af undergrunden, som kaldes "naturlig", er en blanding af forskellige gasser.

I henhold til dets sammensætning er det opdelt i tre grupper af komponenter:

• brandfarlig – kulbrinter;
• ikke-brændbar (ballaster) – nitrogen, kuldioxid, oxygen, helium, vanddamp;
• skadelig urenheder – svovlbrinte og mercaptaner.

Den første og hovedgruppe er et sæt methankulbrinter (homologer) med antallet af kulstofatomer fra 1 til 5. Den største procentdel i blandingen er metan (fra 70 til 98%), som har ét kulstofatom. Indholdet af andre gasser (ethan, propan, butan, pentan) varierer fra enheder til tiendedele af en procent.

Gas udvundet fra felter er karakteriseret ved en høj koncentration af metan. I biproduktet udvundet af olie er andelen af ​​metan meget lavere: 30 – 60 %, og homologer er højere: 10 – 20 %

Ud over kulbrinter kan blandingen indeholde ikke-brændbare stoffer i små mængder: svovlbrinte, nitrogen, kuldioxid, kulilte, brint og andre. Men afhængigt af feltet kan andelen af ​​kulbrinter, ligesom sammensætningen af ​​andre gasser, variere betydeligt.

Gass fysiske egenskaber

Ifølge de fysiske egenskaber af metan CH₄ farveløs og lugtfri, meget brandfarlig. Ved luftkoncentrationer på mere end 4,5 % – eksplosiv. Denne egenskab, kombineret med manglen på lugt, udgør en stor trussel og et problem. Især i miner, da metan optages af kul.

Vi skrev om årsagerne til gaseksplosioner under hjemlige forhold i dette materiale.

For at give gassen en lugt for at opdage dens lækager, tilsættes specielle stoffer med en ubehagelig lugt - lugtstoffer - før transport. Oftest er disse svovlholdige forbindelser - ethanthiol eller ethylmercaptan. Andelen af ​​urenheden vælges således, at en lækage er mærkbar ved en gaskoncentration på 1 %.

Den største fordel ved blåt brændstof er dets høje specifikke forbrændingsvarme - 39 MJ/kg. Dette frigiver harmløse stoffer: vand og kuldioxid. Dette er også en vigtig faktor, der muliggør brugen af ​​metan i hverdagen

Hvor kommer gas fra i jordens dybder?

Selvom folk lærte at bruge gas for mere end 200 år siden, er der stadig ingen konsensus om, hvor gas kommer fra i jordens indvolde.

Hovedteorier om oprindelse

Der er to hovedteorier om dens oprindelse:

• mineral, som forklarer dannelsen af ​​gas ved processerne med afgasning af kulbrinter fra dybere og tættere lag af jorden og deres stigning til zoner med lavere tryk;
• organisk (biogent), ifølge hvilken gas er et produkt af nedbrydning af resterne af levende organismer under forhold med højt tryk, temperatur og mangel på luft.

På et felt kan gas være i form af en separat ophobning, en gashætte, en opløsning i olie eller vand eller gashydrater. I sidstnævnte tilfælde er aflejringerne placeret i porøse bjergarter mellem gastætte lag af ler. Oftest er sådanne sten komprimeret sandsten, karbonater og kalksten.

Andelen af ​​konventionelle gasfelter er kun 0,8%. En lidt større procentdel falder på dyb, kul og skifergas – fra 1,4 til 1,9 %.De mest almindelige typer af aflejringer er vandopløste gasser og hydrater - i omtrent lige store andele (46,9% hver)

Da gas er lettere end olie, og vand er tungere, er positionen af ​​mineralerne i reservoiret altid den samme: gas er oven på olien, og vand støtter hele olie- og gasfeltet nedefra.

Gassen i formationen er under tryk. Jo dybere aflejringer, jo højere er det. I gennemsnit er trykstigningen 0,1 MPa for hver 10 meter. Der er lag med unormalt højt tryk. For eksempel når den i Achimov-aflejringerne i Urengoy-feltet 600 atmosfærer og højere i en dybde på 3800 til 4500 m.

Interessante fakta og hypoteser

For ikke så længe siden troede man, at verdens olie- og gasreserver skulle være opbrugt i begyndelsen af ​​det 21. århundrede. For eksempel skrev den autoritative amerikanske geofysiker Hubbert om dette i 1965.

Til dato fortsætter mange lande med at øge tempoet i gasproduktionen. Der er ingen reelle tegn på, at kulbrintereserverne er ved at løbe tør

Ifølge doktor i geologiske og mineralogiske videnskaber V.V. Polevanova, sådanne misforståelser er forårsaget af det faktum, at teorien om den organiske oprindelse af olie og gas stadig er generelt accepteret og dominerer de fleste videnskabsmænds sind. Selvom stadig D.I. Mendeleev underbyggede teorien om oliens uorganiske dybe oprindelse, og så blev dette bevist af Kudryavtsev og V.R. Larin.

Men mange fakta taler imod kulbrinternes organiske oprindelse.

Her er nogle af dem:

• aflejringer er blevet opdaget i dybder på op til 11 km, i krystallinske kældre, hvor eksistensen af ​​organisk stof ikke engang er teoretisk mulig;
• ved hjælp af organisk teori kan kun 10% af kulbrintereserverne forklares, de resterende 90% er uforklarlige;
• Cassini-rumsonden opdagede i 2000 på Saturns måne Titan gigantiske kulbrinteressourcer i form af søer, flere størrelsesordener større end dem på Jorden.

Hypotesen om en oprindeligt hydrid Jord fremsat af Larin forklarer kulbrinternes oprindelse gennem reaktionen mellem brint og kulstof i jordens dybder og den efterfølgende afgasning af metan.

Ifølge den er der ingen gamle aflejringer fra juraperioden. Al olie og gas kunne være dannet for mellem 1 og 15 tusind år siden. Efterhånden som udvælgelsen skrider frem, kan reserverne gradvist genopbygges, hvilket er blevet bemærket i længe udtømte og forladte oliefelter.

Hvordan foregår udvinding og transport?

Processen med at udvinde naturlig brændbar gas begynder med konstruktionen af ​​brønde. Afhængigt af forekomsten af ​​den gasbærende formation kan deres dybde nå 7 km. Efterhånden som boringen skrider frem, sænkes et rør (foringsrør) ned i brønden. For at forhindre gas i at undslippe gennem mellemrummet mellem røret og brøndens vægge udføres tilstopning - udfyldning af hullet med ler eller cement.

Ved afslutningen af ​​konstruktionen fjernes boretårnet, og juletræet monteres på foringshovedet. Det er en struktur af gateventiler og bruges til at udvinde gas fra brønden.

Antallet af brønde kan være ret stort.

Juletræet har flere funktioner: det holder pumpe- og kompressorrør ophængt i brønden, styrer driftstilstande og måler parametrene for de eksterne og interne dele af brønden.

Hele cyklussen af ​​produktion af naturbrændbar gas foregår i tre faser:

1. Gasfeltudvikling. Som et resultat af boring skabes en trykforskel. På grund af dette bevæger gas gennem formationen til brøndene.
2. Drift af gasbrønde. På dette stadium bevæger gassen sig gennem huset.
3. Afhentning og klargøring til transport. Gas fra alle juletræer leveres til særlige teknologiske komplekser på gasbehandlingsanlægget. De tørrer gassen, rengøring fra skadelige urenheder.

Selv små koncentrationer af svovlbrinte, vanddamp eller faste partikler fører til hurtig korrosion, hydratdannelse og mekanisk skade på rørledningens indre overflade.

Sidste klargøring til transport foregår på hovedværket. Det omfatter efterbehandling og fjernelse af kulbrintekondensat, gaskøling for at reducere dets volumen.

Den vigtigste type gastransport over lange afstande er hovedgasrørledning. Det er et system af komplekse tekniske strukturer fra selve rørledningerne til underjordiske lagerfaciliteter.

På det sidste punkt af rørledningen er der gasdistributionsstationer (GDS). Her foregår den endelige rensning af støv og flydende urenheder, trykket reduceres til det niveau, forbrugerne kræver, det stabiliseres, der tages hensyn til gasforbruget, og der tilsættes en lugtstof.

En anden almindelig type metantransport er søtransport med specielle fartøjer - gasskibe.

Kæmpe sfæriske tanke vil ikke tillade, at gasskibet forveksles med andre typer skibe. Det er termokander, der holder en konstant nødvendig temperatur for flydende metan -163 °C

Omdannelsen af ​​gas til flydende tilstand udføres på specielle LNG-anlæg. Processen foregår i to trin: Først afkøles metanen til -50 °C og derefter til -163 °C. Samtidig falder dens volumen med 600 gange.

Behandling og anvendelsesområde

Den høje brændbarhed af naturgas bestemmer dens hovedanvendelse. Det bruges som brændstof i fabrikker, fabrikker, termiske kraftværker, kedelhuse, institutioner, boligbyggerier, landbrugsanlæg og mange andre. Vi anbefaler, at du læser reglerne brug af gas i hverdagen.

Olieproduktion og raffinering er altid ledsaget af frigivelse af tilhørende gas. I nogle tilfælde kan dens volumener være imponerende og beløbe sig til op til 300 kubikmeter pr. kubikmeter råolie.

Men der er en lang række felter, hvor naturgas ikke bruges, men afbrændes. For eksempel går op til 25% af nyttige råvarer i hele Rusland tabt på denne måde.

En del af den tilhørende gas leveres til gasbehandlingsanlæg. Fra det opnås renset tør gas, som bruges til opvarmning. En anden værdifuld komponent er en blanding af lette kulbrinter.

Diagrammet viser et generelt billede af processen med at behandle produceret gas. Slutprodukternes rolle for den moderne kemiske industri kan ikke overvurderes

Derefter opdeles det i fraktioner i specielle installationer. Resultatet er kulbrinter som propan, butan, isobutan og pentan. For at reducere volumen, nem transport og opbevaring af dem flydende.

Konvertering af biler til gas betaler sig hurtigt og giver betydelige omkostningsbesparelser. Udvidelsen af ​​netværket af gastankstationer bidrager til en stigning i flåden af ​​biler med LPG. Det kommer ikke kun bilister til gode, men også fodgængere, der ikke skal indånde skadelige dampe

Propan og butan bruges til opvarmning af boliger gas på flaske eller til biler. Men det meste går til videre forarbejdning i petrokemisk produktion.

Ved højtemperaturopvarmning (pyrolyse) bruges de til at opnå hovedråmaterialet til alle syntetiske materialer - monomerer: ethylen, propylen, butadien. Under påvirkning af katalysatorer kombineres de til polymerer. Udgangen er så værdifulde materialer som gummi, PVC, polyethylen og mange andre.

Konklusioner og nyttig video om emnet

Dokumentaren fortæller om gas på en tilgængelig og visuel måde:

Denne undervisningsfilm er dedikeret til den vigtigste gastransport:

Vi ved stadig ikke alt om naturgas - dens oprindelse rummer stadig mange mysterier. Vi kan kun håbe, at blåt brændstof virkelig er en uudtømmelig gave, der vil være nok for os og vores efterkommere.

Har du stadig spørgsmål efter at have læst ovenstående materiale? Eller vil du supplere artiklen med nyttige kommentarer, interessante fakta eller fotografier? Skriv dine kommentarer, stil spørgsmål, deltag i diskussionen - feedbackformularen er placeret nedenfor.