Minden a földgázról: a földgáz összetétele és tulajdonságai, előállítása és felhasználása
Magas energiahatékonysága és környezetbarát jellege miatt a földgáz az olaj mellett kiemelt fontosságú.Széles körben használják üzemanyagként, és értékes nyersanyagként is szolgál a vegyiparban.
És bár a gáz használata mindennapossá és megszokottá vált, továbbra is összetett és meglehetősen veszélyes anyag marad - ahhoz, hogy egy gázkészülék égőjébe kerüljön, hosszú és összetett utat jár be.
A cikkben elemezzük a természetes éghető gázzal kapcsolatos főbb kérdéseket - szó lesz összetételéről és tulajdonságairól, ismertetjük a gáztermelés, szállítás és feldolgozás szakaszait, alkalmazási körét. Tekintsük a szénhidrogén-tartalékok eredetével kapcsolatos modern elképzeléseket, érdekes tényeket és hipotéziseket.
A cikk tartalma:
Mi az a természetes gyúlékony gáz?
Van egy vélemény, hogy a gáz a föld alatt üregekben fekszik, és onnan könnyen kinyerhető, amihez elegendő egy kutat fúrni. A valóságban azonban minden sokkal bonyolultabb: a gáz lehet porózus kőzetben, feloldható vízben, folyékony szénhidrogénekben és olajban.
Hogy megértsük, miért történik ez, elég megjegyezni, hogy a „gáz” szó a görög „káosz", amely egy anyag viselkedésének elvét tükrözi. Gázhalmazállapotban a molekulák kaotikusan mozognak, és igyekeznek egyenletesen kitölteni a teljes lehetséges térfogatot. Ennek köszönhetően képesek behatolni és feloldódni más anyagokban, beleértve a sűrűbb folyadékokat és ásványi anyagokat is. A magas nyomás és hőmérséklet jelentősen fokozza a diffúziós folyamatot.Gyakran egy ilyen „koktél” formájában van a földgáz az altalajban.
De először beszéljünk arról, hogy miből áll a gáz és mi az – nézzük meg a természetes éghető gáz kémiai összetételét és fizikai tulajdonságait.
A kémiai összetétel jellemzői
Az altalajból kivont gáz, amelyet „természetesnek” neveznek, különböző gázok keveréke.
Összetétele szerint három komponenscsoportra osztható:
- gyúlékony – szénhidrogének;
- nem gyúlékony (ballasztok) – nitrogén, szén-dioxid, oxigén, hélium, vízgőz;
- káros szennyeződéseket – hidrogén-szulfid és merkaptánok.
Az első és fő csoportot a metán szénhidrogének (homológok) alkotják, amelyek szénatomszáma 1 és 5 között van. A keverék legnagyobb százaléka a metán (70-98%), amely egy szénatomot tartalmaz. A többi gáz (etán, propán, bután, pentán) tartalma mértékegységtől tized százalékig terjed.
A szénhidrogéneken kívül a keverék kis mennyiségben nem gyúlékony anyagokat is tartalmazhat: hidrogén-szulfidot, nitrogént, szén-dioxidot, szén-monoxidot, hidrogént és másokat. De a területtől függően a szénhidrogének aránya, akárcsak más gázok összetétele, jelentősen változhat.
A gáz fizikai tulajdonságai
A metán fizikai tulajdonságai szerint CH4 színtelen és szagtalan, nagyon gyúlékony. 4,5%-ot meghaladó levegőkoncentráció esetén – robbanó. Ez a tulajdonság a szag hiányával együtt nagy veszélyt és problémát jelent. Különösen a bányákban, mivel a metánt a szén elnyeli.
A hazai körülmények között előforduló gázrobbanások okairól ben írtunk ezt az anyagot.
Annak érdekében, hogy a gáz szagot adjon a szivárgások észlelése érdekében, speciális, kellemetlen szagú anyagokat - szagokat - adnak hozzá a szállítás előtt. Leggyakrabban ezek kéntartalmú vegyületek - etántiol vagy etil-merkaptán. A szennyeződés arányát úgy választjuk meg, hogy 1%-os gázkoncentrációnál észrevehető legyen a szivárgás.
Honnan származik a gáz a föld mélyéről?
Bár az emberek több mint 200 évvel ezelőtt tanulták meg a gáz használatát, még mindig nincs egyetértés abban, hogy honnan származik a gáz a föld belsejéből.
Főbb eredetelméletek
Eredetének két fő elmélete van:
- ásványi, amely a föld mélyebb és sűrűbb rétegeiből származó szénhidrogének gáztalanítási folyamataival magyarázza a gázképződést és azok alacsonyabb nyomású zónákba való felemelkedését;
- szerves (biogén), amely szerint a gáz az élő szervezetek maradványainak nagy nyomás, hőmérséklet és levegőhiány melletti bomlásának terméke.
A mezőben a gáz lehet külön felhalmozódás, gázsapka, olajos vagy vizes oldat vagy gázhidrát formájában. Ez utóbbi esetben a lerakódások porózus kőzetekben helyezkednek el, gázzáró agyagrétegek között. Leggyakrabban az ilyen kőzetek tömörített homokkő, karbonátok és mészkövek.
Mivel a gáz könnyebb, mint az olaj, és a víz nehezebb, az ásványok helyzete a tározóban mindig ugyanaz: a gáz az olaj tetején van, a víz pedig alulról támasztja alá az egész olaj- és gázmezőt.
A képződményben lévő gáz nyomás alatt van. Minél mélyebb a lerakódás, annál magasabb. Átlagosan 10 méterenként a nyomásnövekedés 0,1 MPa. Vannak abnormálisan magas nyomású rétegek. Például az Urengoy mező Achimov-lerakódásaiban 3800-4500 m mélységben eléri a 600 atmoszférát és magasabbat.
Érdekes tények és hipotézisek
Nem is olyan régen még azt hitték, hogy a 21. század elején ki kell meríteni a világ olaj- és gázkészleteit. Például a tekintélyes amerikai geofizikus, Hubbert írt erről 1965-ben.
A földtani és ásványtani tudományok doktora szerint V.V. Polevanova szerint az ilyen tévhiteket az a tény okozza, hogy az olaj és gáz szerves eredetének elmélete még mindig általánosan elfogadott, és uralja a legtöbb tudós elméjét. Bár még mindig D.I. Mengyelejev alátámasztotta az olaj szervetlen mélyeredetének elméletét, majd ezt Kudrjavcev és V.R. Larin.
Sok tény azonban a szénhidrogének szerves eredete ellen szól.
Itt van néhány közülük:
- 11 km-es mélységig, kristályos alagsorokban fedeztek fel lerakódásokat, ahol a szerves anyag léte elméletileg sem lehetséges;
- a szerves elmélet segítségével a szénhidrogénkészleteknek csak 10%-a magyarázható, a maradék 90% megmagyarázhatatlan;
- A Cassini űrszondát 2000-ben fedezték fel a Szaturnusz Titán holdján, gigantikus szénhidrogénforrásokat találtak tavak formájában, amelyek több nagyságrenddel nagyobbak a földinél.
A Larin által felállított, egy kezdetben hidrid Földről szóló hipotézis a szénhidrogének eredetét a hidrogénnek a föld mélyén szénnel való reakciójával, majd a metán gáztalanításával magyarázza.
Eszerint nincsenek ősi jura kori lelőhelyek. Minden olaj és gáz 1 és 15 ezer évvel ezelőtt keletkezhetett. A szelekció előrehaladtával fokozatosan pótolhatók a készletek, ami a régóta kimerült és elhagyott olajmezőkön észrevehető.
Hogyan történik a kitermelés és a szállítás?
A természetes éghető gáz kitermelésének folyamata a kutak építésével kezdődik. Mélységük a gáztartalmú képződmény előfordulásától függően elérheti a 7 km-t. A fúrás előrehaladtával egy csövet (burkolatot) engednek le a kútba. Annak megakadályozása érdekében, hogy a gáz a cső és a kút falai közötti téren keresztül távozzon, dugulás történik - a rés kitöltése agyaggal vagy cementtel.
Az építkezés végén a tartót eltávolítják, és a karácsonyfát a burkolat fejére szerelik. Ez egy tolózár szerkezet, és a kútból történő gáz eltávolítására szolgál.
A kutak száma meglehetősen nagy lehet.
A természetes éghető gáztermelés teljes ciklusa három szakaszból áll:
- Gázmező fejlesztés. A fúrás eredményeként nyomáskülönbség jön létre. Ennek köszönhetően a gáz a képződményen keresztül a kutakba áramlik.
- Gázkutak üzemeltetése. Ebben a szakaszban a gáz áthalad a burkolaton.
- Begyűjtés és szállításra való előkészítés. Az összes karácsonyfáról származó gázt a gáztisztító telep speciális technológiai komplexumaiba szállítják. Kiszárítják a gázt, tisztítás a káros szennyeződésektől.
Már kis koncentrációjú hidrogén-szulfid, vízgőz vagy szilárd részecskék is gyors korrózióhoz, hidrátképződéshez és a csővezeték belső felületének mechanikai károsodásához vezetnek.
A végső szállításra való felkészítés a fejművön történik. Tartalmazza a szénhidrogén kondenzátum utókezelését és eltávolítását, gázhűtést a térfogatának csökkentése érdekében.
A nagy távolságra történő gázszállítás fő típusa az fő gázvezeték. Ez egy összetett mérnöki szerkezetek rendszere maguktól a csővezetékektől földalatti tárolók.
A vezeték végső pontján gázelosztó állomások (GDS) találhatók. Itt megtörténik a por és a folyékony szennyeződések végső tisztítása, a nyomást a fogyasztók által igényelt szintre csökkentik, stabilizálják, figyelembe veszik a gázfogyasztást és illatosítót adnak hozzá.
A metánszállítás másik gyakori típusa a tengeri szállítás speciális hajókkal - gázszállítókkal.
A gáz folyékony halmazállapotúvá alakítását speciális LNG-üzemekben végzik. A folyamat két lépésben megy végbe: először a metánt -50 °C-ra, majd -163 °C-ra hűtik. Ugyanakkor a térfogata 600-szorosára csökken.
Feldolgozás és alkalmazási kör
A földgáz nagy gyúlékonysága határozza meg fő felhasználását. Üzemanyagként használják gyárakban, gyárakban, hőerőművekben, kazánházakban, intézményekben, lakóépületekben, mezőgazdasági létesítményekben és sok másban. Javasoljuk, hogy olvassa el a szabályokat gázhasználat a mindennapi életben.
Az olajtermelés és -finomítás mindig a kapcsolódó gáz felszabadulásával jár. Egyes esetekben a mennyisége lenyűgöző lehet, és elérheti a 300 köbmétert is köbméter kőolajonként.
De nagyon sok mező van, ahol nem használnak földgázt, hanem fáklyáznak. Például egész Oroszországban a hasznos nyersanyagok akár 25%-a is elveszik így.
A kapcsolódó gáz egy részét a gázfeldolgozó üzemekbe szállítják. Ebből tisztított száraz gázt kapnak, amelyet fűtésre használnak. Egy másik értékes komponens a könnyű szénhidrogének keveréke.
Ezt követően speciális berendezésekben frakciókra osztják. Az eredmény szénhidrogének, például propán, bután, izobután és pentán. A mennyiség csökkentése, szállításuk és tárolásuk megkönnyítése érdekében felenged.
A propánt és a butánt otthonok fűtésére használják palackos gáz vagy autókhoz. De a legtöbb a petrolkémiai termelésben történő további feldolgozásra kerül.
Magas hőmérsékletű hevítéssel (pirolízis) minden szintetikus anyag - monomerek: etilén, propilén, butadién - fő nyersanyagának előállítására szolgálnak. Katalizátorok hatására polimerekké egyesülnek. A kimenet olyan értékes anyagok, mint a gumi, PVC, polietilén és még sokan mások.
Következtetések és hasznos videó a témában
A dokumentumfilm hozzáférhető és vizuális módon mesél a gázról:
Ez az oktatófilm a fő gázszállításnak szól:
Még mindig nem tudunk mindent a földgázról – eredete még mindig sok rejtélyt rejt magában. Csak remélni tudjuk, hogy a kék üzemanyag valóban kimeríthetetlen ajándék, amely elég lesz nekünk és utódainknak.
Van még kérdése a fenti anyag elolvasása után? Vagy szeretné kiegészíteni a cikket hasznos megjegyzésekkel, érdekes tényekkel vagy fényképekkel? Írja meg észrevételeit, tegyen fel kérdéseket, vegyen részt a vitában - a visszajelzési űrlap alább található.
