Alt om naturgass: sammensetning og egenskaper, produksjon og bruk av naturgass

På grunn av sin høye energieffektivitet og miljøvennlighet er naturgass, sammen med olje, av største betydning.Det er mye brukt som drivstoff og fungerer også som et verdifullt råmateriale for den kjemiske industrien.

Og selv om bruken av gass har blitt hverdagslig og kjent, er det fortsatt et komplekst og ganske farlig stoff - for å komme inn i brenneren til et gassapparat, går det gjennom en lang og kompleks vei.

I artikkelen vil vi analysere hovedproblemene knyttet til naturlig brennbar gass - vi vil snakke om dens sammensetning og egenskaper, vi vil beskrive stadiene av gassproduksjon, transport og prosessering, og omfanget av dens anvendelse. La oss vurdere moderne ideer om opprinnelsen til hydrokarbonreserver, interessante fakta og hypoteser.

Hva er naturlig brannfarlig gass?

Det er en oppfatning at gass ligger under jorden i hulrom og lett trekkes ut derfra, som det er nok å bore en brønn for. Men i virkeligheten er alt mye mer komplisert: gass kan være inne i en porøs bergart, den kan oppløses i vann, flytende hydrokarboner og olje.

For å forstå hvorfor dette skjer, er det nok å huske at ordet "gass" kommer fra det greske "kaos", som gjenspeiler prinsippet om oppførsel av et stoff. I gassform beveger molekyler seg kaotisk og prøver å jevnt fylle hele mulige volumet. På grunn av dette er de i stand til å trenge inn og oppløses i andre stoffer, inkludert tettere væsker og mineraler. Høyt trykk og temperatur forbedrer diffusjonsprosessen betydelig.Ofte er det i form av en slik "cocktail" at naturgass er inneholdt i undergrunnen.

Men først, la oss snakke om hva gassen består av og hva den er - la oss se på den kjemiske sammensetningen og fysiske egenskapene til naturlig brennbar gass.

Funksjoner av den kjemiske sammensetningen

Gass utvunnet fra undergrunnen, som kalles "naturlig", er en blanding av forskjellige gasser.

I henhold til sammensetningen er den delt inn i tre grupper av komponenter:

• brannfarlig – hydrokarboner;
• ikke brennbar (ballaster) – nitrogen, karbondioksid, oksygen, helium, vanndamp;
• skadelig urenheter – hydrogensulfid og merkaptaner.

Den første og hovedgruppen er et sett av metanhydrokarboner (homologer) med antall karbonatomer fra 1 til 5. Den største prosentandelen i blandingen er metan (fra 70 til 98%), som har ett karbonatom. Innholdet av andre gasser (etan, propan, butan, pentan) varierer fra enheter til tiendedeler av en prosent.

Gass utvunnet fra felt er preget av høy konsentrasjon av metan. I biproduktet utvunnet fra olje er andelen metan mye lavere: 30 – 60 %, og homologer er høyere: 10 – 20 %

I tillegg til hydrokarboner kan blandingen inneholde ikke-brennbare stoffer i små mengder: hydrogensulfid, nitrogen, karbondioksid, karbonmonoksid, hydrogen og andre. Men avhengig av felt kan andelene hydrokarboner, som sammensetningen av andre gasser, variere betydelig.

Fysiske egenskaper til gass

I henhold til de fysiske egenskapene til metan CH₄ fargeløs og luktfri, svært brannfarlig. Ved luftkonsentrasjoner på mer enn 4,5 % – eksplosiv. Denne egenskapen, kombinert med mangel på lukt, utgjør en stor trussel og problem. Spesielt i gruver, siden metan absorberes av kull.

Vi skrev om årsakene til gasseksplosjoner under hjemlige forhold i dette materialet.

For å gi gassen en lukt for å oppdage lekkasjer, tilsettes spesielle stoffer med en ubehagelig lukt - luktstoffer - før transport. Oftest er dette svovelholdige forbindelser - etantiol eller etylmerkaptan. Andelen av urenheten velges slik at en lekkasje er merkbar ved en gasskonsentrasjon på 1 %.

Den største fordelen med blått drivstoff er dens høye spesifikke forbrenningsvarme - 39 MJ/kg. Dette frigjør ufarlige stoffer: vann og karbondioksid. Dette er også en viktig faktor som tillater bruk av metan i hverdagen

Hvor kommer gass fra i jordens dyp?

Selv om folk lærte å bruke gass for mer enn 200 år siden, er det fortsatt ingen konsensus om hvor gassen kommer fra i jordens tarm.

Hovedteorier om opprinnelse

Det er to hovedteorier om opprinnelsen:

• mineral, som forklarer dannelsen av gass ved prosessene med avgassing av hydrokarboner fra dypere og tettere lag av jorden og deres stigning til soner med lavere trykk;
• organisk (biogent), ifølge hvilken gass er et produkt av nedbrytningen av restene av levende organismer under forhold med høyt trykk, temperatur og mangel på luft.

På et felt kan gass være i form av en separat akkumulering, en gasshette, en løsning i olje eller vann, eller gasshydrater. I sistnevnte tilfelle ligger avsetningene i porøse bergarter mellom gasstette leirelag. Oftest er slike bergarter komprimert sandstein, karbonater og kalksteiner.

Andelen konvensjonelle gassfelt er kun 0,8 %. En litt større prosentandel faller på dyp, kull og skifergass – fra 1,4 til 1,9 %.De vanligste typene avleiringer er vannoppløste gasser og hydrater - i omtrent like proporsjoner (46,9% hver)

Siden gass er lettere enn olje, og vann er tyngre, er plasseringen av mineralene i reservoaret alltid den samme: gass er på toppen av oljen, og vann støtter opp hele olje- og gassfeltet nedenfra.

Gassen i formasjonen er under trykk. Jo dypere avleiringer, jo høyere er det. I gjennomsnitt, for hver 10. meter, er trykkøkningen 0,1 MPa. Det er lag med unormalt høyt trykk. For eksempel, i Achimov-avsetningene i Urengoy-feltet når det 600 atmosfærer og høyere på en dybde på 3800 til 4500 m.

Interessante fakta og hypoteser

For ikke så lenge siden trodde man at verdens olje- og gassreserver skulle være oppbrukt på begynnelsen av det 21. århundre. For eksempel skrev den autoritative amerikanske geofysikeren Hubbert om dette i 1965.

Til dags dato fortsetter mange land å øke tempoet i gassproduksjonen. Det er ingen reelle tegn på at hydrokarbonreservene er i ferd med å ta slutt

I følge doktor i geologiske og mineralogiske vitenskaper V.V. Polevanova, slike misoppfatninger er forårsaket av det faktum at teorien om den organiske opprinnelsen til olje og gass fortsatt er generelt akseptert og dominerer hodet til de fleste forskere. Selv om fortsatt D.I. Mendeleev underbygget teorien om den uorganiske dype opprinnelsen til olje, og så ble dette bevist av Kudryavtsev og V.R. Larin.

Men mange fakta taler imot den organiske opprinnelsen til hydrokarboner.

Her er noen av dem:

• avsetninger har blitt oppdaget på dybder på opptil 11 km, i krystallinske kjellere, hvor eksistensen av organisk materiale ikke engang er teoretisk mulig;
• ved hjelp av organisk teori kan bare 10% av hydrokarbonreservene forklares, de resterende 90% er uforklarlige;
• Romsonden Cassini oppdaget i 2000 på Saturns måne Titan gigantiske hydrokarbonressurser i form av innsjøer, flere størrelsesordener større enn de på jorden.

Hypotesen om en opprinnelig hydrid jord som ble fremsatt av Larin forklarer opprinnelsen til hydrokarboner gjennom reaksjonen av hydrogen med karbon i jordens dyp og den påfølgende avgassingen av metan.

I følge den er det ingen eldgamle forekomster fra juraperioden. All olje og gass kunne ha blitt dannet for mellom 1 og 15 tusen år siden. Etter hvert som utvelgelsen fortsetter, kan reservene gradvis fylles opp, noe som har blitt lagt merke til i lenge utarmede og forlatte oljefelt.

Hvordan foregår utvinning og transport?

Prosessen med å utvinne naturlig brennbar gass begynner med bygging av brønner. Avhengig av forekomsten av den gassførende formasjonen, kan deres dybde nå 7 km. Etter hvert som boringen skrider frem, senkes et rør (foringsrør) ned i brønnen. For å forhindre at gass slipper ut gjennom rommet mellom røret og brønnens vegger, plugges det - fyller gapet med leire eller sement.

På slutten av konstruksjonen fjernes boretårnet og juletreet installeres på foringshodet. Det er en struktur av gateventiler og brukes til å trekke ut gass fra brønnen.

Antallet brønner kan være ganske stort.

Juletreet har flere funksjoner: det holder pumpe- og kompressorrør suspendert i brønnen, kontrollerer driftsmoduser og måler parametrene til de eksterne og interne delene av brønnen.

Hele syklusen med produksjon av naturlig brennbar gass skjer i tre trinn:

1. Utbygging av gassfelt. Som et resultat av boring skapes det en trykkforskjell. På grunn av dette beveger gass seg gjennom formasjonen til brønnene.
2. Drift av gassbrønner. På dette stadiet går gassen gjennom foringsrøret.
3. Henting og klargjøring for transport. Gass fra alle juletrær leveres til spesielle teknologiske komplekser i gassbehandlingsanlegget. De tørker gassen, rengjøring fra skadelige urenheter.

Selv små konsentrasjoner av hydrogensulfid, vanndamp eller faste partikler fører til rask korrosjon, hydratdannelse og mekanisk skade på rørledningens indre overflate.

Endelig klargjøring for transport skjer på hovedverket. Det inkluderer etterbehandling og fjerning av hydrokarbonkondensat, gasskjøling for å redusere volumet.

Hovedtypen gasstransport over lange avstander er hovedgassrørledningen. Det er et system av komplekse tekniske strukturer fra selve rørledningene til underjordiske lagerfasiliteter.

Ved det siste punktet av rørledningen er det gassdistribusjonsstasjoner (GDS). Her foregår sluttrengjøringen av støv og flytende urenheter, trykket reduseres til nivået som kreves av forbrukerne, det stabiliseres, gassforbruk tas i betraktning og et luktstoff tilsettes.

En annen vanlig type metantransport er sjøtransport med spesialfartøy - gassskip.

Store sfæriske tanker vil ikke tillate at gassskipet forveksles med andre typer skip. De er termoser som holder en konstant nødvendig temperatur for flytende metan -163 °C

Transformasjonen av gass til flytende tilstand utføres ved spesielle LNG-anlegg. Prosessen skjer i to trinn: Først avkjøles metanet til -50 °C, og deretter til -163 °C. Samtidig reduseres volumet med 600 ganger.

Behandling og anvendelsesområde

Den høye brennbarheten til naturgass bestemmer hovedbruken. Det brukes som drivstoff i fabrikker, fabrikker, termiske kraftverk, kjelehus, institusjoner, boligbygg, landbruksanlegg og mange andre. Vi anbefaler at du leser reglene bruk av gass i hverdagen.

Oljeproduksjon og raffinering er alltid ledsaget av utslipp av tilhørende gass. I noen tilfeller kan volumene være imponerende og utgjøre opptil 300 kubikkmeter per kubikkmeter råolje.

Men det er et stort antall felt hvor naturassosiert gass ikke brukes, men fakles. For eksempel, i hele Russland, går opptil 25% av nyttige råvarer tapt på denne måten.

En del av den tilhørende gassen leveres til gassbehandlingsanlegg. Fra den oppnås renset tørr gass, som brukes til oppvarming. En annen verdifull komponent er en blanding av lette hydrokarboner.

Diagrammet viser et generelt bilde av prosessen med å behandle produsert gass. Rollen til sluttprodukter for den moderne kjemiske industrien kan ikke overvurderes

Den deles deretter i fraksjoner i spesielle installasjoner. Resultatet er hydrokarboner som propan, butan, isobutan og pentan. For å redusere volum, enkel transport og lagring av dem flytende.

Å konvertere biler til gass betaler seg raskt og gir betydelige kostnadsbesparelser. Utvidelsen av nettverket av bensinstasjoner bidrar til en økning i bilparken med LPG. Ikke bare sjåfører kommer til gode, men også fotgjengere som slipper å puste inn skadelig røyk

Propan og butan brukes til oppvarming av boliger flaskegass eller for biler. Men det meste går til videreforedling i petrokjemisk produksjon.

Ved høytemperaturoppvarming (pyrolyse) brukes de til å oppnå hovedråstoffet for alle syntetiske materialer - monomerer: etylen, propylen, butadien. Under påvirkning av katalysatorer kombineres de til polymerer. Utgangen er så verdifulle materialer som gummi, PVC, polyetylen og mange andre.

Konklusjoner og nyttig video om temaet

Dokumentaren forteller om gass på en tilgjengelig og visuell måte:

Denne pedagogiske filmen er dedikert til hovedgasstransporten:

Vi vet fortsatt ikke alt om naturgass - dens opprinnelse har fortsatt mange mysterier. Vi kan bare håpe at blått drivstoff virkelig er en uuttømmelig gave som vil være nok for oss og våre etterkommere.

Har du fortsatt spørsmål etter å ha lest materialet ovenfor? Eller vil du supplere artikkelen med nyttige kommentarer, interessante fakta eller fotografier? Skriv dine kommentarer, still spørsmål, delta i diskusjonen - tilbakemeldingsskjemaet finner du nedenfor.