Всичко за природния газ: състав и свойства, производство и използване на природен газ

Поради високата си енергийна ефективност и екологичност, природният газ, наред с нефта, е от първостепенно значение.Той се използва широко като гориво и също така служи като ценна суровина за химическата промишленост.

И въпреки че използването на газ е станало ежедневие и познато, той все още си остава сложно и доста опасно вещество - за да попадне в горелката на газовия уред, той минава през дълъг и сложен път.

В статията ще анализираме основните въпроси, свързани с природния запалим газ - ще говорим за неговия състав и свойства, ще опишем етапите на производство, транспорт и преработка на газ, както и обхвата на неговото приложение. Нека разгледаме съвременните идеи за произхода на запасите от въглеводороди, интересни факти и хипотези.

Какво е природен запалим газ?

Има мнение, че газът се намира под земята в празнини и лесно се извлича оттам, за което е достатъчно да се пробие кладенец. Но в действителност всичко е много по-сложно: газът може да бъде вътре в пореста скала, може да се разтвори във вода, течни въглеводороди и нефт.

За да разберем защо това се случва, достатъчно е да си припомним, че думата „газ“ идва от гръцки „хаос“, който отразява принципа на поведение на дадено вещество. В газообразно състояние молекулите се движат хаотично, опитвайки се да запълнят равномерно целия възможен обем. Благодарение на това те са способни да проникват и да се разтварят в други вещества, включително по-плътни течности и минерали. Високото налягане и температура значително усилват процеса на дифузия.Често именно под формата на такъв „коктейл“ природният газ се съдържа в подпочвения слой.

Но първо, нека поговорим за това от какво се състои газът и какво представлява - нека да разгледаме химичния състав и физичните свойства на природния горим газ.

Характеристики на химичния състав

Газът, извлечен от недрата, който се нарича "природен", е смес от различни газове.

Според състава си се разделя на три групи компоненти:

• запалими – въглеводороди;
• незапалими (баласти) – азот, въглероден диоксид, кислород, хелий, водна пара;
• вреден примеси – сероводород и меркаптани.

Първата и основна група е набор от метанови въглеводороди (хомолози) с брой въглеродни атоми от 1 до 5. Най-голям процент в сместа е метанът (от 70 до 98%), който има един въглероден атом. Съдържанието на други газове (етан, пропан, бутан, пентан) варира от единици до десети от процента.

Газът, извлечен от находищата, се характеризира с висока концентрация на метан. В страничния продукт, извлечен от петрола, делът на метана е много по-нисък: 30 – 60%, а хомолозите са по-високи: 10 – 20%

В допълнение към въглеводородите сместа може да съдържа незапалими вещества в малки количества: сероводород, азот, въглероден диоксид, въглероден оксид, водород и други. Но, в зависимост от полето, пропорциите на въглеводородите, подобно на състава на други газове, могат да варират значително.

Физични свойства на газа

Според физичните свойства на метана CH₄ без цвят и мирис, много запалим. При концентрации във въздуха над 4,5% – експлозивен. Това свойство, съчетано с липсата на миризма, представлява голяма заплаха и проблем. Особено в мините, тъй като метанът се абсорбира от въглищата.

Писахме за причините за газови експлозии в домашни условия в този материал.

За да се даде миризма на газа, за да се открият течовете му, преди транспортирането му се добавят специални вещества с неприятна миризма - одоранти. Най-често това са сяросъдържащи съединения - етантиол или етилмеркаптан. Съотношението на примесите е избрано така, че течът да се забележи при концентрация на газ от 1%.

Основното предимство на синьото гориво е високата му специфична топлина на изгаряне – 39 MJ/kg. При това се отделят безвредни вещества: вода и въглероден диоксид. Това също е важен фактор, позволяващ използването на метан в ежедневието

Откъде идва газът в дълбините на земята?

Въпреки че хората са се научили да използват газ преди повече от 200 години, все още няма консенсус за това откъде идва газът в недрата на земята.

Основни теории за произход

Има две основни теории за неговия произход:

• минерал, което обяснява образуването на газ чрез процесите на дегазация на въглеводороди от по-дълбоки и по-плътни слоеве на земята и издигането им до зони с по-ниско налягане;
• органичен (биогенен), според който газът е продукт на разлагането на останки от живи организми при условия на високо налягане, температура и липса на въздух.

В полето газът може да бъде под формата на отделно натрупване, газова шапка, разтвор в нефт или вода или газови хидрати. В последния случай находищата се намират в порести скали между газонепропускливи слоеве от глина. Най-често такива скали са уплътнени пясъчници, карбонати и варовици.

Делът на конвенционалните газови находища е едва 0,8%. Малко по-голям процент се пада на дълбоководния, въглищен и шистов газ - от 1,4 до 1,9%.Най-често срещаните видове отлагания са разтворени във вода газове и хидрати - в приблизително равни пропорции (по 46,9%)

Тъй като газът е по-лек от нефта, а водата е по-тежка, позицията на минералите в резервоара винаги е една и съща: газът е върху петрола, а водата подпира цялото нефтено и газово находище отдолу.

Газът във формацията е под налягане. Колкото по-дълбоки са депозитите, толкова по-високо е то. Средно на всеки 10 метра повишаването на налягането е 0,1 MPa. Има слоеве с необичайно високо налягане. Например в Ачимовските находища на Уренгойското поле тя достига 600 атмосфери и по-висока на дълбочина от 3800 до 4500 m.

Интересни факти и хипотези

Не толкова отдавна се смяташе, че световните запаси от нефт и газ трябва да бъдат изчерпани в началото на 21 век. Например, авторитетният американски геофизик Hubbert пише за това през 1965 г.

Към днешна дата много страни продължават да увеличават темпото на производство на газ. Няма реални признаци, че запасите от въглеводороди са на изчерпване

Според доктора на геолого-минералогичните науки V.V. Полеванова, подобни погрешни схващания са причинени от факта, че теорията за органичния произход на нефта и газа все още е общоприета и доминира в умовете на повечето учени. Въпреки че все още D.I. Менделеев обосновава теорията за неорганичния дълбок произход на нефта, а след това това е доказано от Кудрявцев и В.Р. Ларин.

Но много факти говорят против органичния произход на въглеводородите.

Ето някои от тях:

• открити са находища на дълбочина до 11 km, в кристални основи, където съществуването на органична материя дори теоретично не е възможно;
• с помощта на органичната теория само 10% от запасите на въглеводороди могат да бъдат обяснени, останалите 90% са необясними;
• Космическата сонда "Касини" откри през 2000 г. на спътника на Сатурн Титан гигантски въглеводородни ресурси под формата на езера, няколко порядъка по-големи от тези на Земята.

Хипотезата за първоначално хидридна Земя, предложена от Ларин, обяснява произхода на въглеводородите чрез реакцията на водород с въглерод в дълбините на земята и последващото обезгазяване на метан.

Според него няма древни находища от юрския период. Целият нефт и газ може да са се образували преди между 1 и 15 хиляди години. С напредването на селекцията запасите могат постепенно да се попълват, което е забелязано в отдавна изчерпаните и изоставени нефтени полета.

Как се извършва добивът и транспортирането?

Процесът на добив на природен горим газ започва с изграждането на кладенци. В зависимост от залягането на газоносната формация дълбочината им може да достигне 7 km. Докато сондажът напредва, тръба (корпус) се спуска в кладенеца. За да се предотврати изтичането на газ през пространството между тръбата и стените на кладенеца, се извършва запушване - запълване на празнината с глина или цимент.

В края на строителството дерикът се отстранява и коледното дърво се монтира върху главата на корпуса. Това е структура от шибъри и се използва за извличане на газ от кладенеца.

Броят на кладенците може да бъде доста голям.

Коледното дърво има няколко функции: държи помпени и компресорни тръби, окачени в кладенеца, контролира режимите на работа и измерва параметрите на външните и вътрешните части на кладенеца.

Целият цикъл на производство на природен горим газ протича на три етапа:

1. Разработване на газови находища. В резултат на пробиването се създава разлика в налягането. Поради това газът се движи през формацията към кладенците.
2. Експлоатация на газови кладенци. На този етап газът преминава през корпуса.
3. Събиране и подготовка за транспортиране. Газът от всички коледни елхи се доставя в специални технологични комплекси на газопречиствателната станция. Те изсушават газа, почистване от вредни примеси.

Дори малки концентрации на сероводород, водна пара или твърди частици водят до бърза корозия, образуване на хидрати и механични повреди на вътрешната повърхност на тръбопровода.

Окончателната подготовка за транспортиране се извършва в централната част. Включва последваща обработка и отстраняване на въглеводороден кондензат, охлаждане на газа за намаляване на обема му.

Основният вид транспорт на газ на дълги разстояния е магистрален газопровод. Това е система от сложни инженерни конструкции от самите тръбопроводи до подземни хранилища.

В крайната точка на газопровода има газоразпределителни станции (ГРС). Тук се извършва окончателното почистване от прах и течни примеси, налягането се намалява до нивото, изисквано от потребителите, стабилизира се, отчита се консумацията на газ и се добавя одорант.

Друг често срещан вид транспортиране на метан е морският транспорт със специални кораби - газовози.

Огромните сферични резервоари няма да позволят газовият превозвач да бъде объркан с други видове кораби. Те са термоси, които поддържат постоянна необходимата температура за течния метан -163 °C

Преобразуването на газ в течно състояние се извършва в специални инсталации за LNG. Процесът протича на два етапа: първо метанът се охлажда до -50 °C, а след това до -163 °C. В същото време обемът му намалява 600 пъти.

Обработка и обхват на приложение

Високата запалимост на природния газ определя основното му приложение. Използва се като гориво във фабрики, фабрики, ТЕЦ, котелни, институции, жилищни сгради, селскостопански съоръжения и много други. Препоръчваме ви да прочетете правилата използване на газ в ежедневието.

Производството и рафинирането на нефт винаги е придружено от освобождаване на свързан газ. В някои случаи обемите му могат да бъдат впечатляващи и да достигнат до 300 кубически метра на кубичен метър суров петрол.

Но има голям брой находища, където природен свързан газ не се използва, а се изгаря. Например в цяла Русия по този начин се губят до 25% от полезните суровини.

Част от свързания газ се доставя на газопреработвателни предприятия. От него се получава пречистен сух газ, който се използва за отопление. Друг ценен компонент е смес от леки въглеводороди.

Диаграмата показва обща картина на процеса на преработка на добития газ. Ролята на крайните продукти за съвременната химическа промишленост не може да бъде надценена

След това се разделя на фракции в специални инсталации. Резултатът е въглеводороди като пропан, бутан, изобутан и пентан. За намаляване на обема, лекота на транспортиране и съхранение на тях втечнявам.

Преобразуването на автомобили на газ бързо се изплаща и осигурява значителни икономии на разходи. Разширяването на мрежата от бензиностанции допринася за увеличаване на автопарка с пропан-бутан. Не само шофьорите печелят, но и пешеходците, които не трябва да вдишват вредни изпарения

Пропан и бутан се използват за отопление на жилища газ в бутилки или за автомобили. Но по-голямата част от него отива за по-нататъшна преработка в нефтохимическото производство.

Чрез високотемпературно нагряване (пиролиза) те се използват за получаване на основната суровина за всички синтетични материали - мономери: етилен, пропилен, бутадиен. Под въздействието на катализатори те се свързват в полимери. Изходът е такива ценни материали като каучук, PVC, полиетилен и много други.

Изводи и полезно видео по темата

Документалният филм разказва за газа по достъпен и нагледен начин:

Този образователен филм е посветен на главния транспорт на газ:

Все още не знаем всичко за природния газ - неговият произход все още крие много мистерии. Можем само да се надяваме, че синьото гориво е наистина неизчерпаем дар, който ще стигне за нас и нашите потомци.

Имате ли още въпроси, след като прочетете материала по-горе? Или искате да допълните статията с полезни коментари, интересни факти или снимки? Напишете вашите коментари, задавайте въпроси, участвайте в дискусията - формата за обратна връзка се намира по-долу.