Allt om naturgas: sammansättning och egenskaper, produktion och användning av naturgas

På grund av sin höga energieffektivitet och miljövänlighet är naturgas, tillsammans med olja, av största vikt.Det används i stor utsträckning som bränsle och fungerar också som ett värdefullt råmaterial för den kemiska industrin.

Och även om användningen av gas har blivit vardaglig och bekant, förblir det fortfarande ett komplext och ganska farligt ämne - för att komma in i brännaren på en gasapparat går det igenom en lång och komplex väg.

I artikeln kommer vi att analysera huvudfrågorna relaterade till naturlig brandfarlig gas - vi kommer att prata om dess sammansättning och egenskaper, vi kommer att beskriva stadierna för gasproduktion, transport och bearbetning och omfattningen av dess tillämpning. Låt oss överväga moderna idéer om ursprunget till kolvätereserver, intressanta fakta och hypoteser.

Vad är naturlig brandfarlig gas?

Det finns en åsikt att gas ligger under jorden i tomrum och lätt utvinns därifrån, för vilket det räcker att borra en brunn. Men i verkligheten är allt mycket mer komplicerat: gas kan finnas inuti en porös sten, den kan lösas i vatten, flytande kolväten och olja.

För att förstå varför detta händer räcker det att komma ihåg att ordet "gas" kommer från grekiskan "kaos", som återspeglar principen om ett ämnes beteende. I det gasformiga tillståndet rör sig molekyler kaotiskt och försöker jämnt fylla hela den möjliga volymen. På grund av detta kan de penetrera och lösas upp i andra ämnen, inklusive tätare vätskor och mineraler. Högt tryck och temperatur förbättrar diffusionsprocessen avsevärt.Ofta är det i form av en sådan "cocktail" som naturgas finns i undergrunden.

Men först, låt oss prata om vad gasen består av och vad den är - låt oss titta på den kemiska sammansättningen och fysikaliska egenskaperna hos naturlig brännbar gas.

Funktioner i den kemiska sammansättningen

Gas som utvinns ur undergrunden, som kallas "naturlig", är en blandning av olika gaser.

Enligt dess sammansättning är den indelad i tre grupper av komponenter:

• brandfarlig – kolväten;
• icke brandfarlig (ballaster) – kväve, koldioxid, syre, helium, vattenånga;
• skadlig föroreningar – vätesulfid och merkaptaner.

Den första och huvudgruppen är en uppsättning metankolväten (homologer) med antalet kolatomer från 1 till 5. Den största andelen i blandningen är metan (från 70 till 98%), som har en kolatom. Halten av andra gaser (etan, propan, butan, pentan) varierar från enheter till tiondels procent.

Gas som utvinns från fält kännetecknas av en hög koncentration av metan. I biprodukten som utvinns från olja är andelen metan mycket lägre: 30 – 60 %, och homologer är högre: 10 – 20 %

Förutom kolväten kan blandningen innehålla icke brandfarliga ämnen i små mängder: vätesulfid, kväve, koldioxid, kolmonoxid, väte och andra. Men beroende på fält kan andelen kolväten, liksom sammansättningen av andra gaser, variera avsevärt.

Gasens fysikaliska egenskaper

Enligt de fysikaliska egenskaperna hos metan CH₄ färglös och luktfri, mycket brandfarligt. Vid luftkoncentrationer över 4,5 % – explosiv. Denna egenskap, i kombination med bristen på lukt, utgör ett stort hot och problem. Speciellt i gruvor, eftersom metan absorberas av kol.

Vi skrev om orsakerna till gasexplosioner i hushållsförhållanden i detta material.

För att ge gasen en lukt för att upptäcka dess läckor, tillsätts speciella ämnen med en obehaglig lukt - luktämnen - före transport. Oftast är dessa svavelhaltiga föreningar - etantiol eller etylmerkaptan. Andelen av föroreningen väljs så att ett läckage märks vid en gaskoncentration på 1 %.

Den största fördelen med blått bränsle är dess höga specifika förbränningsvärme - 39 MJ/kg. Detta frigör ofarliga ämnen: vatten och koldioxid. Detta är också en viktig faktor som tillåter användningen av metan i vardagen

Var kommer gasen ifrån i jordens djup?

Även om människor lärde sig att använda gas för mer än 200 år sedan, finns det fortfarande ingen konsensus om var gas kommer ifrån i jordens tarmar.

Huvudteorier om ursprung

Det finns två huvudsakliga teorier om dess ursprung:

• mineral, vilket förklarar bildandet av gas genom processerna för avgasning av kolväten från djupare och tätare lager av jorden och deras uppgång till zoner med lägre tryck;
• organisk (biogen), enligt vilken gas är en produkt av nedbrytningen av resterna av levande organismer under förhållanden med högt tryck, temperatur och brist på luft.

På ett fält kan gas vara i form av en separat ansamling, ett gaslock, en lösning i olja eller vatten eller gashydrater. I det senare fallet ligger avlagringarna i porösa bergarter mellan gastäta lager av lera. Oftast är sådana stenar kompakterad sandsten, karbonater och kalksten.

Andelen konventionella gasfält är endast 0,8 %. En något större andel faller på djup, kol och skiffergas - från 1,4 till 1,9%.De vanligaste typerna av avlagringar är vattenupplösta gaser och hydrater - i ungefär lika stora proportioner (46,9% vardera)

Eftersom gas är lättare än olja och vatten är tyngre, är positionen för mineralerna i reservoaren alltid densamma: gas är ovanpå oljan och vatten stöttar upp hela olje- och gasfältet underifrån.

Gasen i formationen är under tryck. Ju djupare avlagringar, desto högre är den. I genomsnitt, för varje 10:e meter, är tryckökningen 0,1 MPa. Det finns lager med onormalt högt tryck. Till exempel, i Achimov-avlagringarna i Urengoy-fältet når den 600 atmosfärer och högre på ett djup av 3800 till 4500 m.

Intressanta fakta och hypoteser

För inte så länge sedan trodde man att världens olje- och gasreserver skulle vara uttömda i början av 2000-talet. Till exempel skrev den auktoritativa amerikanske geofysikern Hubbert om detta 1965.

Hittills fortsätter många länder att öka takten i gasproduktionen. Det finns inga riktiga tecken på att kolvätereserverna håller på att ta slut

Enligt doktor i geologiska och mineralogiska vetenskaper V.V. Polevanova, sådana missuppfattningar orsakas av det faktum att teorin om det organiska ursprunget för olja och gas fortfarande är allmänt accepterad och dominerar de flesta forskares sinnen. Även om fortfarande D.I. Mendeleev underbyggde teorin om oljans oorganiska djupa ursprung, och sedan bevisades detta av Kudryavtsev och V.R. Larin.

Men många fakta talar emot kolvätens organiska ursprung.

Här är några av dem:

• avlagringar har upptäckts på djup upp till 11 km, i kristallina källare, där förekomsten av organiskt material inte ens är teoretiskt möjligt;
• med hjälp av organisk teori kan endast 10 % av kolvätereserverna förklaras, de återstående 90 % är oförklarliga;
• Rymdsonden Cassini upptäckte år 2000 på Saturnus måne Titan gigantiska kolväteresurser i form av sjöar, flera storleksordningar större än de på jorden.

Hypotesen om en ursprungligen hydrid jord som Larin lade fram förklarar ursprunget till kolväten genom reaktionen mellan väte och kol i jordens djup och den efterföljande avgasningen av metan.

Enligt den finns det inga gamla fyndigheter från juraperioden. All olja och gas kunde ha bildats för mellan 1 och 15 tusen år sedan. I takt med att urvalet fortskrider kan reserver gradvis fyllas på, vilket har märkts i länge uttömda och övergivna oljefält.

Hur går utvinning och transport till?

Processen att utvinna naturlig brännbar gas börjar med byggandet av brunnar. Beroende på förekomsten av den gasförande formationen kan deras djup nå 7 km. När borrningen fortskrider sänks ett rör (hölje) ner i brunnen. För att förhindra att gas läcker ut genom utrymmet mellan röret och brunnens väggar görs pluggning - fyllning av gapet med lera eller cement.

I slutet av konstruktionen tas borren bort och julgranen installeras på höljeshuvudet. Det är en struktur av grindventiler och används för att utvinna gas från brunnen.

Antalet brunnar kan vara ganska stort.

Julträdet har flera funktioner: det håller pump- och kompressorrör upphängda i brunnen, styr driftlägen och mäter parametrarna för brunnens externa och inre delar.

Hela cykeln för produktion av naturlig brännbar gas sker i tre steg:

1. Utbyggnad av gasfält. Som ett resultat av borrning skapas en tryckskillnad. På grund av detta rör sig gas genom formationen till brunnarna.
2. Drift av gasbrunnar. I detta skede färdas gasen genom höljet.
3. Samling och förberedelse för transport. Gas från alla julgranar levereras till speciella tekniska komplex i gasreningsverket. De torkar gasen, rengöring från skadliga föroreningar.

Även små koncentrationer av svavelväte, vattenånga eller fasta partiklar leder till snabb korrosion, hydratbildning och mekanisk skada på rörledningens inre yta.

Slutlig förberedelse för transport sker på huvudbyggnaden. Det inkluderar efterbehandling och avlägsnande av kolvätekondensat, gaskylning för att minska dess volym.

Den huvudsakliga typen av gastransport över långa avstånd är huvudgasledning. Det är ett system av komplexa tekniska strukturer från själva rörledningarna till underjordiska förråd.

Vid den sista punkten av rörledningen finns gasdistributionsstationer (GDS). Här sker slutrengöringen av damm och flytande föroreningar, trycket sänks till den nivå som konsumenterna kräver, det stabiliseras, gasförbrukningen beaktas och ett luktämne tillsätts.

En annan vanlig typ av metantransport är sjötransporter med speciella fartyg - gasbärare.

Enorma sfäriska tankar tillåter inte att gasbäraren förväxlas med andra typer av fartyg. De är termosar som håller en konstant erforderlig temperatur för flytande metan -163 °C

Omvandlingen av gas till flytande tillstånd utförs vid speciella LNG-anläggningar. Processen sker i två steg: först kyls metanet till -50 °C och sedan till -163 °C. Samtidigt minskar dess volym med 600 gånger.

Behandling och tillämpningsområde

Naturgasens höga brandfarlighet avgör dess huvudsakliga användning. Det används som bränsle i fabriker, fabriker, värmekraftverk, pannhus, institutioner, bostadshus, jordbruksanläggningar och många andra. Vi rekommenderar att du läser reglerna användning av gas i vardagen.

Oljeproduktion och raffinering åtföljs alltid av utsläpp av tillhörande gas. I vissa fall kan dess volymer vara imponerande och uppgå till upp till 300 kubikmeter per kubikmeter råolja.

Men det finns ett stort antal fält där naturgas inte används utan facklas. Till exempel i hela Ryssland går upp till 25% av användbara råvaror förlorade på detta sätt.

En del av den tillhörande gasen levereras till gasbearbetningsanläggningar. Från den erhålls renad torr gas, som används för uppvärmning. En annan värdefull komponent är en blandning av lätta kolväten.

Diagrammet visar en allmän bild av processen för bearbetning av producerad gas. Slutprodukternas roll för den moderna kemiska industrin kan inte överskattas

Den delas sedan upp i fraktioner i speciella installationer. Resultatet är kolväten som propan, butan, isobutan och pentan. För att minska volymen, enkel transport och förvaring av dem smälta.

Att konvertera bilar till gas betalar sig snabbt och ger betydande kostnadsbesparingar. Utbyggnaden av nätverket av bensinstationer bidrar till en ökning av bilparken med gasol. Inte bara förare gynnas, utan också fotgängare som inte behöver andas in skadliga ångor

Propan och butan används för uppvärmning av bostäder gas på flaska eller för bilar. Men det mesta går till vidareförädling inom petrokemisk produktion.

Genom högtemperaturuppvärmning (pyrolys) används de för att erhålla huvudråvaran för alla syntetiska material - monomerer: eten, propen, butadien. Under inverkan av katalysatorer kombineras de till polymerer. Utgången är sådana värdefulla material som gummi, PVC, polyeten och många andra.

Slutsatser och användbar video om ämnet

Dokumentären berättar om gas på ett tillgängligt och visuellt sätt:

Denna utbildningsfilm är tillägnad den huvudsakliga gastransporten:

Vi vet fortfarande inte allt om naturgas - dess ursprung har fortfarande många mysterier. Vi kan bara hoppas att blå bränsle verkligen är en outtömlig gåva som kommer att räcka för oss och våra ättlingar.

Har du fortfarande frågor efter att ha läst materialet ovan? Eller vill du komplettera artikeln med användbara kommentarer, intressanta fakta eller fotografier? Skriv dina kommentarer, ställ frågor, delta i diskussionen - feedbackformuläret finns nedan.