Všetko o zemnom plyne: zloženie a vlastnosti, výroba a využitie zemného plynu

Vďaka svojej vysokej energetickej účinnosti a šetrnosti k životnému prostrediu má zemný plyn spolu s ropou prvoradý význam. Široko sa používa ako palivo a slúži tiež ako cenná surovina pre chemický priemysel.

A hoci sa používanie plynu stalo každodenným a zvyčajným, jeho zloženie a skôr nebezpečná látka je stále zložité - aby sa dostal do horáka plynového zariadenia, je to dlhá a náročná cesta.

V článku budeme analyzovať hlavné problémy spojené so zemným horľavým plynom - hovoríme o jeho zložení a vlastnostiach, opíšeme etapy výroby, prepravy a spracovania plynu, jeho rozsah. Zvážte moderné predstavy o pôvode zásob uhľovodíkov, zaujímavé fakty a hypotézy.

Čo je to zemný horľavý plyn?

Existuje názor, že plyn leží v podzemí v dutinách a ľahko sa odtiaľ ťaží, na čo stačí vyvŕtať studňu. V skutočnosti je však všetko oveľa komplikovanejšie: plyn sa môže nachádzať vo vnútri pórovitej horniny, môže sa rozpustiť vo vode, kvapalných uhľovodíkoch a oleji.

Aby ste pochopili, prečo sa to stane, nezabudnite, že slovo „plyn“ pochádza z gréčtiny.chaos“, Ktorá odráža zásadu správania látky. V plynnom stave sa molekuly pohybujú náhodne a snažia sa rovnomerne naplniť celý možný objem. Z tohto dôvodu sú schopné prenikať a rozpúšťať sa v iných látkach, vrátane hustejších tekutín a minerálov. Vysoký tlak a teplota výrazne podporujú proces difúzie. Vo forme takého „koktailu“ je často prítomný v črevách zemný plyn.

Najprv si však povedzme, z čoho plyn pozostáva a čo to je - zvážte chemické zloženie a fyzikálne vlastnosti prírodného horľavého plynu.

Chemické vlastnosti

Plyn extrahovaný z čriev, ktorý sa nazýva „prírodný“, je zmesou rôznych plynov.

Zloženie je rozdelené do troch skupín zložiek:

• horľavý- uhľovodíky;
• nehorľavý (predradníky) - dusík, oxid uhličitý, kyslík, hélium, vodná para;
• škodlivý nečistota - sírovodík a merkaptány.

Prvou a hlavnou skupinou je skupina metánových uhľovodíkov (homológov) s počtom atómov uhlíka od 1 do 5. Najväčšie percento v zmesi je metán (od 70 do 98%) s jedným atómom uhlíka. Obsah iných plynov (etán, propán, bután, pentán) je v rozsahu od jednotiek po desatiny percenta.

Plyn produkovaný z polí sa vyznačuje vysokou koncentráciou metánu. V pridružených, extrahovaných z ropy, je podiel metánu oveľa nižší: 30 - 60% a homológy vyššie: 10 - 20%

Okrem uhľovodíkov môžu byť v zmesi prítomné aj nehorľavé látky v malom množstve: sírovodík, dusík, oxid uhličitý, oxid uhoľnatý, vodík a iné. V závislosti od poľa sa však môžu podiely uhľovodíkov, ako aj zloženie iných plynov značne pohybovať.

Fyzikálne vlastnosti plynu

Podľa fyzikálnych vlastností metánu CH₄ bezfarebný a bez zápachuveľmi horľavé. Pri koncentráciách vo vzduchu viac ako 4,5% - výbušný, Táto vlastnosť v kombinácii s nedostatkom zápachu predstavuje veľkú hrozbu a problém. Najmä v baniach, pretože metán je absorbovaný uhlím.

V roku 2006 sme písali o príčinách výbuchu plynu v domácich podmienkach tieto veci.

Aby sa dosiahol zápach plynu, pred prepravou sa do neho pridávajú špeciálne látky s nepríjemným zápachom, zápachy. Najčastejšie sa jedná o zlúčeniny obsahujúce síru - etántiol alebo etylmerkaptán. Znečistená frakcia je vybraná tak, aby bolo možné pozorovať únik 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 použitie metánu v každodennom živote.

Odkiaľ pochádza plyn z vnútorností zeme?

Hoci sa ľudia naučili používať plyn pred viac ako 200 rokmi, zatiaľ neexistuje zhoda o tom, odkiaľ plyn pochádza z vnútorností zeme.

Základné teórie pôvodu

Existujú dve hlavné teórie jeho pôvodu:

• minerálne, vysvetľovanie tvorby plynu procesmi odplynenia uhľovodíkov z hlbších a hustejších vrstiev zeme a ich zvyšovania do oblastí s nižším tlakom;
• organický (biogénny), podľa ktorého je plyn produktom rozkladu zvyškov živých organizmov v podmienkach vysokého tlaku, teploty a nedostatku vzduchu.

V teréne môže byť plyn vo forme samostatného zhluku, plynového uzáveru, roztoku v oleji alebo vode alebo hydrátov plynu. V druhom prípade sú usadeniny umiestnené v pórovitých horninách medzi plynotesnými vrstvami ílu. Najčastejšie sa jedná o zhutnené pieskovce, karbonáty, vápence.

Podiel konvenčných plynových polí je iba 0,8%. O niečo väčšie percento pripadá na hlboký uhlie a bridlicový plyn - od 1, 4 do 1,9%. Najbežnejším typom usadenín sú plyny a hydráty rozpustené vo vode - v približne rovnakých pomeroch (každý 46,9%).

Pretože plyn je ľahší ako ropa a voda je ťažšia, poloha fosílnych palív v nádrži je vždy rovnaká: plyn je na vrchole ropy a voda podporuje celé ropné a plynové pole zdola.

Plyn v zásobníku je pod tlakom. Čím hlbšie sú vklady, tým vyššie sú. V priemere na každých 10 metrov je zvýšenie tlaku 0,1 MPa. Existujú neobvykle vysoké tlakové formácie. Napríklad na ložiskách Achimov z ložiska Urengoy dosahuje 600 atmosfér a viac s hĺbkou 3800 až 4500 m.

Zaujímavé fakty a hypotézy

Nie je to tak dávno, čo sa predpokladalo, že svetové zásoby ropy a plynu by sa mali vyčerpať už na začiatku XXI. Storočia. Napríklad o tom v roku 1965 napísal autoritatívny americký geofyzik Hubbert.

Veľa krajín naďalej produkuje plyn. Neexistujú žiadne skutočné náznaky, že by sa vyčerpali zásoby uhľovodíkov.

Podľa doktora geologických a mineralogických vied V.V. Polevanova, takéto mylné predstavy sú spôsobené skutočnosťou, že teória organického pôvodu ropy a plynu je stále všeobecne akceptovaná a vlastní myseľ väčšiny vedcov. Aj keď stále D.I. Mendeleev zdôvodnil teóriu anorganického hlbokého pôvodu ropy, a potom to dokázali Kudryavtsev a V.R. Larin.

Mnohé fakty však hovoria proti organickému pôvodu uhľovodíkov.

Tu je niekoľko z nich:

• ložiská sa objavujú v hĺbkach až 11 km v kryštalických základoch, kde existencia organických látok nemôže byť ani teoreticky;
• podľa organickej teórie je možné vysvetliť iba 10% zásob uhľovodíkov, zvyšných 90% je nevysvetliteľných;
• kozmická sonda Cassini objavená v roku 2000 na satelite obrovských zdrojov uhľovodíkov Saturn Titan vo forme jazier, niekoľko rádov vyšších ako Zem.

Hypinéza, ktorú predložil Larin pôvodne hydridovej Zeme, vysvetľuje pôvod uhľovodíkov reakciou vodíka s uhlíkom v hlbinách Zeme a následným odplynením metánu.

Podľa nej neexistujú žiadne starodávne jurské vklady. Všetka ropa a plyn sa mohli tvoriť v rozmedzí od 1 do 15 000 rokov. Ako pokračuje výber, zásoby sa môžu postupne doplňovať, ako je vidieť na dlho rozvinutých a opustených ropných poliach.

Aká je ťažba a preprava?

Výroba zemného horľavého plynu sa začína výstavbou studní. Ich hĺbka môže v závislosti od výskytu vrstvy obsahujúcej plyn dosiahnuť 7 km. Postupom vŕtania sa do studne spustí trubka (plášť). Aby sa zabránilo úniku plynu cez priestor medzi potrubím a stenami studne, injektáž sa vykonáva - vyplnenie medzery hlinkou alebo cementom.

Na konci konštrukcie sa vrtná súprava odstráni a na hlavu krytu sa nainštalujú plniace prvky. Je to konštrukcia ventilov a ventilov, slúži na výber plynu z vrtu.

Počet jamiek môže byť pomerne veľký.

K fontánovému príslušenstvu je priradených niekoľko funkcií: drží rúrky zavesené vo vrte, riadi prevádzkové režimy, meria parametre vonkajšej a vnútornej časti vrtu.

Celý výrobný cyklus zemného plynu prebieha v troch etapách:

1. Rozvoj plynového poľa, V dôsledku vŕtania sa vytvorí tlakový rozdiel. Z tohto dôvodu sa plyn pohybuje cez nádrž do studní.
2. Prevádzkovanie plynových studní. V tejto fáze plyn prechádza cez puzdro.
3. Zber a príprava na prepravu, Plyn zo všetkých fontánových armatúr sa dodáva do špeciálnych technologických komplexov čističiek plynov. Sú to suchý plyn čistenie od škodlivých nečistôt.

Aj malé koncentrácie sírovodíka, vodnej pary alebo tuhých znečisťujúcich látok vedú k rýchlej korózii, tvorbe hydrátu a mechanickému poškodeniu vnútorného povrchu potrubia.

Záverečná príprava na prepravu sa koná v ústredí. Zahŕňa dodatočnú úpravu a odstránenie uhľovodíkového kondenzátu, ochladenie plynu na zníženie jeho objemu.

Hlavným typom prepravy plynu na veľké vzdialenosti je plynovod, Je to systém zložitých inžinierskych stavieb od samotných potrubí po podzemné úložisko.

V konečnom bode diaľnice sú rozvodne plynu (GDS). Tu sa uskutočňuje posledné čistenie od nečistôt prachu a tekutín, tlak sa zníži na úroveň požadovanú spotrebiteľmi, stabilizuje sa, berie sa do úvahy spotreba plynu a pridá sa zápach.

Ďalším bežným typom prepravy metánu je námorná preprava špeciálnymi plavidlami - prepravcami plynu.

Obrovské sférické nádrže nedovolia, aby bol prepravca plynu zamieňaný s inými typmi plavidiel. Sú to termózy, ktoré udržiavajú konštantnú požadovanú teplotu pre tekutý metán -163 ° С

Premena plynu na kvapalný stav sa uskutočňuje v špeciálnych zariadeniach na LNG. Proces prebieha v dvoch stupňoch: najskôr sa metán ochladí na -50 ° C a potom na -163 ° C. Zároveň sa jej objem zníži o 600 krát.

Spracovanie a rozsah pôsobnosti

Jeho hlavné použitie určuje vysoká horľavosť zemného plynu. Používa sa vo forme paliva v továrňach, továrňach, tepelných elektrárňach, kotolniach, inštitúciách, v obytných budovách, poľnohospodárskych zariadeniach a mnohých ďalších. Odporúčame, aby ste si prečítali pravidlá domáce použitie plynu.

Produkcia a rafinácia ropy je vždy sprevádzaná uvoľňovaním súvisiaceho plynu. V niektorých prípadoch môžu byť jej objemy pôsobivé a až 300 metrov kubických na meter kubický ropy.

Existuje však veľa polí, v ktorých sa zemný plyn nespotrebúva, ale rozširuje. Napríklad v celom Rusku sa stráca až 25% užitočných surovín.

Časť pridruženého plynu sa dodáva do zariadení na spracovanie plynu. Z toho sa získa vyčistený suchý plyn, ktorý sa používa na zahrievanie. Ďalšou cennou zložkou je zmes ľahkých uhľovodíkov.

Schéma zobrazuje všeobecný obraz procesu spracovania vyrobeného plynu. Úlohu konečných výrobkov pre moderný chemický priemysel je ťažké preceňovať

Potom sa v špeciálnych inštaláciách rozdelí na zlomky. Výsledkom sú uhľovodíky ako propán, bután, izobután, pentán. Zníženie objemu, jednoduchá preprava a skladovanie skvapalnený.

Premena automobilov na plyn sa rýchlo oplatí a prináša hmatateľné úspory nákladov. Rozšírenie siete čerpacích staníc prispieva k nárastu vozového parku automobilov s HBO. Vyhrávajú nielen vodiči, ale aj chodci, ktorí nemusia dýchať škodlivé výfukové plyny

Propán a bután sa používajú na vykurovanie domácností. fľaškový plyn buď pre autá. Väčšina sa však týka ďalšieho spracovania v petrochemických závodoch.

Vysokoteplotným zahrievaním (pyrolýzou) sa z nich získavajú hlavné suroviny pre všetky syntetické materiály - monoméry: etylén, propylén, butadién. Pôsobením katalyzátorov sa kombinujú do polymérov. Výstup produkuje také cenné materiály ako guma, PVC, polyetylén a mnoho ďalších.

Závery a užitočné video na túto tému

Dokumentárny film o plyne je prístupný a jasný:

Tento tréningový film je venovaný preprave plynu kufrom:

O zemnom plyne stále nevieme všetko - jeho pôvod je stále plný mnohých záhad. Dúfame, že modré palivo je skutočne nevyčerpateľný dar, ktorý bude stačiť pre nás a našich potomkov.

Máte otázky po prečítaní vyššie uvedeného materiálu? Alebo chcete tento článok doplniť užitočnými komentármi, zaujímavými faktami alebo fotografiami? Napíšte svoje pripomienky, pýtajte sa, zúčastnite sa diskusie - formulár spätnej väzby je uvedený nižšie.