Kõik maagaasist: koostis ja omadused, maagaasi tootmine ja kasutamine

Suure energiatõhususe ja keskkonnasõbralikkuse tõttu on maagaas koos naftaga ülimalt oluline.Seda kasutatakse laialdaselt kütusena ja see on ka väärtuslik tooraine keemiatööstuses.

Ja kuigi gaasi kasutamine on muutunud igapäevaseks ja omaseks, jääb see siiski keeruliseks ja üsna ohtlikuks aineks - gaasiseadme põletisse pääsemiseks läbib see pika ja keerulise tee.

Artiklis analüüsime põhilisi tuleohtliku gaasiga seotud probleeme - räägime selle koostisest ja omadustest, kirjeldame gaasi tootmise, transportimise ja töötlemise etappe ning selle rakendusala. Vaatleme tänapäevaseid ideid süsivesinike varude päritolu kohta, huvitavaid fakte ja hüpoteese.

Mis on tuleohtlik looduslik gaas?

Arvatakse, et gaas asub maa all tühimikus ja on sealt kergesti ammutatav, selleks piisab kaevu puurimisest. Kuid tegelikult on kõik palju keerulisem: gaas võib olla poorse kivi sees, see võib lahustuda vees, vedelates süsivesinikes ja õlis.

Et mõista, miks see juhtub, piisab, kui meeles pidada, et sõna "gaas" pärineb kreeka keelest "kaos", mis peegeldab aine käitumise põhimõtet. Gaasilises olekus liiguvad molekulid kaootiliselt, püüdes kogu võimalikku mahtu ühtlaselt täita. Tänu sellele on nad võimelised tungima ja lahustuda teistes ainetes, sealhulgas tihedamates vedelikes ja mineraalides. Kõrge rõhk ja temperatuur suurendavad oluliselt difusiooniprotsessi.Sageli sisaldub maagaas maapõues just sellise “kokteili” kujul.

Aga kõigepealt räägime sellest, millest gaas koosneb ja mis see on – vaatleme loodusliku põlevgaasi keemilist koostist ja füüsikalisi omadusi.

Keemilise koostise omadused

Aluspinnasest eraldatud gaas, mida nimetatakse "looduslikuks", on erinevate gaaside segu.

Koostise järgi jaguneb see kolme komponentide rühma:

• tuleohtlik – süsivesinikud;
• Mittesüttiv (liiteseadised) – lämmastik, süsihappegaas, hapnik, heelium, veeaur;
• kahjulikud lisandid – vesiniksulfiid ja merkaptaanid.

Esimene ja põhirühm on metaani süsivesinike (homoloogide) kogum süsinikuaatomite arvuga 1 kuni 5. Suurim protsent segus on metaani (70 kuni 98%), milles on üks süsinikuaatom. Teiste gaaside (etaan, propaan, butaan, pentaan) sisaldus ulatub ühikutest kümnendiku protsendini.

Põldudelt ammutatud gaasi iseloomustab kõrge metaani kontsentratsioon. Naftast ekstraheeritavas kõrvalsaaduses on metaani osakaal palju väiksem: 30–60% ja homoloogide osakaal suurem: 10–20%.

Lisaks süsivesinikele võib segu väikestes kogustes sisaldada mittesüttivaid aineid: vesiniksulfiidi, lämmastikku, süsinikdioksiidi, süsinikmonooksiidi, vesinikku jt. Kuid olenevalt valdkonnast võivad süsivesinike proportsioonid, nagu ka teiste gaaside koostis, oluliselt erineda.

Gaasi füüsikalised omadused

Vastavalt metaani CH füüsikalistele omadustele₄ värvitu ja lõhnatu, väga tuleohtlik. Kui õhukontsentratsioon on üle 4,5% - plahvatusohtlik. See omadus koos lõhna puudumisega kujutab endast suurt ohtu ja probleemi. Eriti kaevandustes, kuna kivisüsi neelab metaani.

Gaasiplahvatuste põhjustest kodustes tingimustes kirjutasime aastal seda materjali.

Gaasile lõhna andmiseks selle lekete tuvastamiseks lisatakse sellele enne transportimist spetsiaalseid ebameeldiva lõhnaga aineid - lõhnaaineid. Enamasti on need väävlit sisaldavad ühendid - etaantiool või etüülmerkaptaan. Lisandi osakaal valitakse nii, et leke oleks märgatav gaasikontsentratsioonil 1%.

Sinise kütuse peamine eelis on kõrge eripõlemissoojus – 39 MJ/kg. See vabastab kahjutuid aineid: vett ja süsinikdioksiidi. See on ka oluline tegur, mis võimaldab metaani igapäevaelus kasutada

Kust tuleb maa sügavusest gaasi?

Kuigi inimesed õppisid gaasi kasutama rohkem kui 200 aastat tagasi, pole siiani üksmeelt selle kohta, kust gaas maa soolestikku pärineb.

Peamised päritoluteooriad

Selle päritolu kohta on kaks peamist teooriat:

• mineraalne, mis seletab gaasi teket süsivesinike degaseerimise protsessidega maa sügavamatest ja tihedamatest kihtidest ning nende tõusust madalama rõhuga tsoonidesse;
• orgaaniline (biogeenne), mille kohaselt on gaas kõrge rõhu, temperatuuri ja õhupuuduse tingimustes elusorganismide jäänuste lagunemise saadus.

Põllul võib gaas olla eraldi akumulatsiooni, gaasikorgi, õli- või veelahuse või gaasihüdraatide kujul. Viimasel juhul paiknevad ladestused poorsetes kivimites gaasikindlate savikihtide vahel. Enamasti on sellised kivimid tihendatud liivakivi, karbonaadid ja lubjakivid.

Tavagaasiväljade osakaal on vaid 0,8%. Veidi suurem protsent langeb süva-, kivisöe- ja põlevkivigaasile - 1,4–1,9%.Kõige levinumad ladestused on vees lahustunud gaasid ja hüdraadid - ligikaudu võrdsetes osades (igaüks 46,9%)

Kuna gaas on naftast kergem ja vesi raskem, on mineraalide asukoht reservuaaris alati sama: gaas on nafta peal ja vesi toetab kogu nafta- ja gaasivälja altpoolt.

Kihistuses olev gaas on rõhu all. Mida sügavamal on ladestused, seda kõrgem see on. Keskmiselt tõuseb rõhk iga 10 meetri kohta 0,1 MPa. Seal on ebanormaalselt kõrge rõhuga kihid. Näiteks Urengoy välja Achimovi maardlates ulatub see 3800–4500 m sügavusel 600 atmosfääri ja kõrgemale.

Huvitavad faktid ja hüpoteesid

Mitte nii kaua aega tagasi arvati, et 21. sajandi alguses peaksid maailma nafta- ja gaasivarud ammenduma. Näiteks kirjutas sellest 1965. aastal autoriteetne Ameerika geofüüsik Hubbert.

Praeguseks on paljud riigid jätkanud gaasitootmise tempo suurendamist. Mingeid tõelisi märke süsivesinike varude lõppemisest ei ole

Geoloogia- ja mineraloogiateaduste doktori V.V. Polevanova sõnul on sellised väärarusaamad tingitud asjaolust, et nafta ja gaasi orgaanilise päritolu teooria on endiselt üldtunnustatud ja domineerib enamiku teadlaste meeltes. Kuigi ikkagi D.I. Mendelejev põhjendas nafta anorgaanilise süvapäritolu teooriat ning seejärel tõestasid seda Kudrjavtsev ja V.R. Larin.

Kuid paljud faktid räägivad süsivesinike orgaanilise päritolu vastu.

Siin on mõned neist:

• maardlaid on avastatud kuni 11 km sügavuselt, kristalsetest keldritest, kus orgaanilise aine olemasolu pole isegi teoreetiliselt võimalik;
• orgaanilise teooria abil saab seletada vaid 10% süsivesinike varudest, ülejäänud 90% on seletamatud;
• Kosmosesond Cassini avastati 2000. aastal Saturni kuult Titanilt hiiglaslikud süsivesinike ressursid järvede kujul, mis on mitu suurusjärku suuremad kui Maal.

Larini püstitatud hüpotees algselt hüdriidsest Maast selgitab süsivesinike päritolu läbi vesiniku reaktsiooni maa sügavuses süsinikuga ja sellele järgneva metaani degaseerimise.

Selle järgi puuduvad juura ajastu muistsed maardlad. Kogu nafta ja gaas võisid tekkida 1–15 tuhat aastat tagasi. Valiku edenedes saab varusid järk-järgult täiendada, mida on märgata ammu ammendatud ja mahajäetud naftaväljadel.

Kuidas toimub kaevandamine ja transportimine?

Loodusliku põlevgaasi ammutamise protsess algab kaevude rajamisega. Sõltuvalt gaasi kandva kihistu tekkimisest võib nende sügavus ulatuda 7 km-ni. Puurimise edenedes langetatakse toru (korpus) kaevu. Selleks, et gaas ei pääseks läbi toru ja kaevu seinte vahelise ruumi, tehakse ummistus - tühimiku täitmine savi või tsemendiga.

Ehituse lõpus eemaldatakse nool ja jõulupuu paigaldatakse korpuse peale. See on väravaventiilide struktuur ja seda kasutatakse gaasi kaevandamiseks kaevust.

Kaevude arv võib olla üsna suur.

Jõulupuul on mitu funktsiooni: see hoiab kaevus riputatud pumba- ja kompressortorusid, juhib töörežiime ning mõõdab kaevu välis- ja siseosade parameetreid.

Kogu loodusliku põlevgaasi tootmise tsükkel toimub kolmes etapis:

1. Gaasivälja arendamine. Puurimise tulemusena tekib rõhkude erinevus. Tänu sellele liigub gaas läbi kihistu kaevudesse.
2. Gaasikaevude käitamine. Selles etapis liigub gaas läbi korpuse.
3. Kogumine ja ettevalmistamine transpordiks. Kõigist jõulupuudest tarnitakse gaas gaasipuhasti spetsiaalsetesse tehnoloogilistesse kompleksidesse. Nad kuivatavad gaasi, puhastamine kahjulike lisandite eest.

Isegi väikesed vesiniksulfiidi, veeauru või tahkete osakeste kontsentratsioonid põhjustavad torujuhtme sisepinna kiiret korrosiooni, hüdraadi moodustumist ja mehaanilisi kahjustusi.

Lõplik ettevalmistus transpordiks toimub peatöökojas. See hõlmab süsivesinikkondensaadi järeltöötlust ja eemaldamist, gaasi jahutamist selle mahu vähendamiseks.

Peamine gaasi transportimise liik pikkade vahemaade tagant on magistraalgaasitoru. See on keeruliste insenerstruktuuride süsteem torustikest endist kuni maa-alused hoidlad.

Torujuhtme lõpp-punktis on gaasijaotusjaamad (GDS). Siin toimub lõplik puhastamine tolmust ja vedelatest lisanditest, rõhk alandatakse tarbijate poolt nõutavale tasemele, see stabiliseeritakse, arvestatakse gaasikulu ja lisatakse lõhnaainet.

Teine levinud metaani transportimise liik on meretransport spetsiaalsete laevade - gaasikandjatega.

Tohutud sfäärilised mahutid ei võimalda gaasikandjat segi ajada teist tüüpi laevadega. Need on termosed, mis hoiavad vedela metaani jaoks püsivat vajalikku temperatuuri -163 °C

Gaasi muundamine vedelasse olekusse toimub spetsiaalsetes LNG tehastes. Protsess toimub kahes etapis: esmalt jahutatakse metaan temperatuurini -50 °C ja seejärel -163 °C. Samal ajal väheneb selle maht 600 korda.

Töötlemine ja rakendusala

Maagaasi kõrge süttivus määrab selle peamise kasutuse. Seda kasutatakse kütusena tehastes, tehastes, soojuselektrijaamades, katlamajades, asutustes, elamutes, põllumajandusrajatistes ja paljudes teistes. Soovitame tutvuda reeglitega gaasi kasutamine igapäevaelus.

Nafta tootmise ja rafineerimisega kaasneb alati seotud gaasi eraldumine. Mõnel juhul võivad selle mahud olla muljetavaldavad ja ulatuda kuni 300 kuupmeetrini toornafta kuupmeetri kohta.

Kuid on palju maardlaid, kus maagaasi ei kasutata, vaid põletatakse. Näiteks kogu Venemaal läheb sel viisil kaotsi kuni 25% kasulikest toorainetest.

Osa sellega seotud gaasist tarnitakse gaasitöötlemisettevõtetele. Sellest saadakse puhastatud kuivgaas, mida kasutatakse kütmiseks. Teine väärtuslik komponent on kergete süsivesinike segu.

Diagramm näitab üldist pilti toodetud gaasi töötlemise protsessist. Lõpptoodete rolli kaasaegses keemiatööstuses ei saa ülehinnata

Seejärel jagatakse see spetsiaalsetes paigaldistes fraktsioonideks. Tulemuseks on süsivesinikud, nagu propaan, butaan, isobutaan ja pentaan. Mahu vähendamiseks, nende transportimise ja ladustamise hõlbustamiseks vedelema.

Autode üleviimine gaasile tasub end kiiresti ära ja annab märkimisväärse kulude kokkuhoiu. Gaasitanklate võrgu laienemine aitab kaasa veeldatud naftagaasiga autode pargi suurenemisele. Sellest saavad kasu mitte ainult autojuhid, vaid ka jalakäijad, kes ei pea kahjulikke suitsu sisse hingama

Propaani ja butaani kasutatakse kodude kütmiseks pudeligaas või autodele. Kuid suurem osa sellest läheb edasiseks töötlemiseks naftakeemiatootmises.

Kõrgtemperatuuri kuumutamisel (pürolüüsil) saadakse neist kõigi sünteetiliste materjalide põhitooraine - monomeerid: etüleen, propüleen, butadieen. Katalüsaatorite mõjul ühendatakse need polümeerideks. Väljundiks on sellised väärtuslikud materjalid nagu kumm, PVC, polüetüleen ja paljud teised.

Järeldused ja kasulik video sellel teemal

Dokumentaalfilm räägib gaasist ligipääsetaval ja visuaalsel viisil:

See õppefilm on pühendatud peamisele gaasitranspordile:

Me ei tea maagaasist ikka veel kõike – selle päritolu sisaldab endiselt palju saladusi. Jääb vaid loota, et sinine kütus on tõesti ammendamatu kingitus, millest piisab meile ja meie järglastele.

Kas teil on pärast ülaltoodud materjali lugemist endiselt küsimusi? Või soovite artiklit täiendada kasulike kommentaaride, huvitavate faktide või fotodega? Kirjutage oma kommentaarid, esitage küsimusi, osalege arutelus - tagasiside vorm asub allpool.