Alles over aardgas: samenstelling en eigenschappen, productie en gebruik van aardgas

Vanwege de hoge energie-efficiëntie en milieuvriendelijkheid is aardgas, samen met olie, van het allergrootste belang.Het wordt veel gebruikt als brandstof en dient tevens als waardevolle grondstof voor de chemische industrie.

En hoewel het gebruik van gas alledaags en vertrouwd is geworden, blijft het nog steeds een complexe en nogal gevaarlijke stof: om in de brander van een gasapparaat te komen, gaat het door een lang en complex pad.

In het artikel zullen we de belangrijkste kwesties met betrekking tot natuurlijk brandbaar gas analyseren - we zullen praten over de samenstelling en eigenschappen ervan, we zullen de stadia van gasproductie, transport en verwerking beschrijven, en de reikwijdte van de toepassing ervan. Laten we moderne ideeën over de oorsprong van koolwaterstofreserves, interessante feiten en hypothesen bekijken.

Wat is natuurlijk brandbaar gas?

Er is een mening dat gas ondergronds in holtes ligt en daar gemakkelijk uit kan worden gewonnen, waarvoor het voldoende is om een ​​​​put te boren. Maar in werkelijkheid is alles veel ingewikkelder: gas kan zich in een poreus gesteente bevinden, het kan worden opgelost in water, vloeibare koolwaterstoffen en olie.

Om te begrijpen waarom dit gebeurt, volstaat het om te onthouden dat het woord ‘gas’ afkomstig is van het Griekse ‘chaos", wat het gedragsprincipe van een stof weerspiegelt. In de gasvormige toestand bewegen moleculen chaotisch, in een poging het gehele mogelijke volume gelijkmatig te vullen. Hierdoor kunnen ze andere stoffen binnendringen en oplossen, inclusief dichtere vloeistoffen en mineralen. Hoge druk en temperatuur bevorderen het diffusieproces aanzienlijk.Vaak is het in de vorm van zo’n “cocktail” dat er aardgas in de ondergrond zit.

Maar laten we eerst eens kijken waaruit het gas bestaat en wat het is - laten we eens kijken naar de chemische samenstelling en fysische eigenschappen van natuurlijk brandbaar gas.

Kenmerken van de chemische samenstelling

Gas dat uit de ondergrond wordt gewonnen en dat “natuurlijk” wordt genoemd, is een mengsel van verschillende gassen.

Volgens de samenstelling is het verdeeld in drie groepen componenten:

• brandbaar – koolwaterstoffen;
• niet vlambaar (ballasten) – stikstof, kooldioxide, zuurstof, helium, waterdamp;
• schadelijk onzuiverheden – waterstofsulfide en mercaptanen.

De eerste en hoofdgroep is een reeks methaankoolwaterstoffen (homologen) met het aantal koolstofatomen van 1 tot 5. Het grootste percentage in het mengsel is methaan (van 70 tot 98%), dat één koolstofatoom heeft. Het gehalte aan andere gassen (ethaan, propaan, butaan, pentaan) varieert van eenheden tot tienden van een procent.

Gas dat uit velden wordt gewonnen, wordt gekenmerkt door een hoge concentratie methaan. In het bijproduct dat uit olie wordt gewonnen, is het aandeel methaan veel lager: 30 – 60%, en de homologen zijn hoger: 10 – 20%

Naast koolwaterstoffen kan het mengsel in kleine hoeveelheden niet-brandbare stoffen bevatten: waterstofsulfide, stikstof, kooldioxide, koolmonoxide, waterstof en andere. Maar afhankelijk van het veld kunnen de hoeveelheden koolwaterstoffen, net als de samenstelling van andere gassen, aanzienlijk variëren.

Fysische eigenschappen van gas

Volgens de fysische eigenschappen van methaan CH₄ kleurloos en geurloos, zeer brandbaar. Bij luchtconcentraties van meer dan 4,5% – explosief. Deze eigenschap, gecombineerd met het gebrek aan geur, vormt een grote bedreiging en probleem. Vooral in mijnen, omdat methaan door steenkool wordt geabsorbeerd.

We schreven over de oorzaken van gasexplosies in huiselijke omstandigheden in dit materiaal.

Om het gas een geur te geven en zo de lekkages op te sporen, worden er vóór transport speciale stoffen met een onaangename geur – geurstoffen – aan toegevoegd. Meestal zijn dit zwavelhoudende verbindingen - ethaanthiol of ethylmercaptaan. Het aandeel van de onzuiverheid wordt zo gekozen dat een lek merkbaar is bij een gasconcentratie van 1%.

Het belangrijkste voordeel van blauwe brandstof is de hoge soortelijke verbrandingswarmte: 39 MJ/kg. Daarbij komen onschadelijke stoffen vrij: water en kooldioxide. Dit is ook een belangrijke factor die het gebruik van methaan in het dagelijks leven mogelijk maakt

Waar komt gas vandaan in de diepten van de aarde?

Hoewel mensen ruim 200 jaar geleden leerden gas te gebruiken, bestaat er nog steeds geen consensus over waar gas vandaan komt in de ingewanden van de aarde.

Belangrijkste theorieën over de oorsprong

Er zijn twee belangrijke theorieën over de oorsprong ervan:

• mineraal, wat de vorming van gas verklaart door de processen van het ontgassen van koolwaterstoffen uit diepere en dichtere lagen van de aarde en hun opkomst naar zones met lagere druk;
• organisch (biogeen), volgens welke gas een product is van de ontbinding van de overblijfselen van levende organismen onder omstandigheden van hoge druk, temperatuur en gebrek aan lucht.

In een veld kan gas de vorm hebben van een afzonderlijke accumulatie, een gaskap, een oplossing in olie of water, of gashydraten. In het laatste geval bevinden de afzettingen zich in poreuze gesteenten tussen gasdichte kleilagen. Meestal zijn dergelijke rotsen verdichte zandsteen, carbonaten en kalksteen.

Het aandeel conventionele gasvelden bedraagt ​​slechts 0,8%. Een iets groter percentage valt op diepgas, steenkool en schaliegas: van 1,4 naar 1,9%.De meest voorkomende soorten afzettingen zijn in water opgeloste gassen en hydraten - in ongeveer gelijke verhoudingen (elk 46,9%)

Omdat gas lichter is dan olie en water zwaarder, is de positie van de mineralen in het reservoir altijd hetzelfde: gas bevindt zich bovenop de olie en water ondersteunt het hele olie- en gasveld van onderaf.

Het gas in de formatie staat onder druk. Hoe dieper de afzettingen, hoe hoger deze zijn. Gemiddeld bedraagt ​​de drukstijging per 10 meter 0,1 MPa. Er zijn lagen met abnormaal hoge druk. In de Achimov-afzettingen van het Oerengoj-veld bereikt het bijvoorbeeld 600 atmosfeer en hoger op een diepte van 3800 tot 4500 m.

Interessante feiten en hypothesen

Nog niet zo lang geleden werd aangenomen dat de olie- en gasvoorraden in de wereld aan het begin van de 21e eeuw uitgeput zouden zijn. De gezaghebbende Amerikaanse geofysicus Hubbert schreef hierover bijvoorbeeld in 1965.

Tot op heden blijven veel landen het tempo van de gasproductie verhogen. Er zijn geen echte tekenen dat de koolwaterstofvoorraden uitgeput raken

Volgens Doctor in de Geologische en Mineralogische Wetenschappen V.V. Polevanova worden dergelijke misvattingen veroorzaakt door het feit dat de theorie van de organische oorsprong van olie en gas nog steeds algemeen aanvaard is en de hoofden van de meeste wetenschappers domineert. Hoewel nog steeds D.I. Mendelejev onderbouwde de theorie van de anorganische diepe oorsprong van olie, en vervolgens werd dit bewezen door Kudryavtsev en V.R. Larin.

Maar veel feiten spreken de organische oorsprong van koolwaterstoffen tegen.

Hier zijn er een aantal:

• Er zijn afzettingen ontdekt op een diepte van wel 11 km, in kristalheldere kelders, waar het bestaan ​​van organisch materiaal theoretisch niet eens mogelijk is;
• met behulp van de organische theorie kan slechts 10% van de koolwaterstofreserves worden verklaard, de overige 90% is onverklaarbaar;
• De Cassini-ruimtesonde ontdekte in 2000 op de Saturnusmaan Titan gigantische koolwaterstofbronnen in de vorm van meren, enkele ordes van grootte groter dan die op aarde.

De hypothese van een aanvankelijk gehydrateerde aarde, naar voren gebracht door Larin, verklaart de oorsprong van koolwaterstoffen door de reactie van waterstof met koolstof in de diepten van de aarde en de daaropvolgende ontgassing van methaan.

Volgens het zijn er geen oude afzettingen uit de Jura-periode. Alle olie en gas zouden zich tussen de 1 en 15 duizend jaar geleden kunnen hebben gevormd. Naarmate de selectie vordert, kunnen de reserves geleidelijk worden aangevuld, wat is opgemerkt in reeds lang uitgeputte en verlaten olievelden.

Hoe gebeurt de winning en het transport?

Het proces van het winnen van natuurlijk brandbaar gas begint met de aanleg van putten. Afhankelijk van het voorkomen van de gasdragende formatie kan hun diepte 7 km bereiken. Naarmate het boren vordert, wordt een pijp (casing) in de put neergelaten. Om te voorkomen dat gas door de ruimte tussen de buis en de wanden van de put ontsnapt, wordt er gestopt met pluggen: het gat wordt opgevuld met klei of cement.

Aan het einde van de bouw wordt de boortoren verwijderd en wordt de kerstboom op de behuizingskop geïnstalleerd. Het is een structuur van schuifafsluiters en wordt gebruikt om gas uit de put te halen.

Het aantal putten kan behoorlijk groot zijn.

De kerstboom heeft verschillende functies: hij houdt pomp- en compressorleidingen vast die in de put hangen, regelt de bedrijfsmodi en meet de parameters van de externe en interne delen van de put.

De hele cyclus van de productie van natuurlijk brandbaar gas vindt plaats in drie fasen:

1. Ontwikkeling van gasvelden. Als gevolg van het boren ontstaat er een drukverschil. Hierdoor beweegt gas door de formatie naar de putten.
2. Exploitatie van gasbronnen. In dit stadium beweegt het gas door de behuizing.
3. Verzamelen en klaarmaken voor transport. Gas van alle kerstbomen wordt geleverd aan speciale technologische complexen van de gaszuiveringsinstallatie. Ze drogen het gas, schoonmaak tegen schadelijke onzuiverheden.

Zelfs kleine concentraties waterstofsulfide, waterdamp of vaste deeltjes leiden tot snelle corrosie, hydraatvorming en mechanische schade aan het binnenoppervlak van de pijpleiding.

Op het hoofdkantoor vindt de laatste voorbereiding voor het transport plaats. Het omvat de nabehandeling en verwijdering van koolwaterstofcondensaat en gaskoeling om het volume ervan te verminderen.

Het belangrijkste type gastransport over lange afstanden is belangrijkste gasleiding. Het is een systeem van complexe kunstwerken, van de pijpleidingen zelf tot ondergrondse opslagfaciliteiten.

Op het laatste punt van de pijpleiding bevinden zich gasdistributiestations (GDS). Hier vindt de eindreiniging van stof en vloeibare verontreinigingen plaats, wordt de druk verlaagd tot het door de consument gewenste niveau, wordt deze gestabiliseerd, wordt er rekening gehouden met het gasverbruik en wordt er een geurstof toegevoegd.

Een ander veel voorkomend type methaantransport is zeetransport door speciale schepen - gastankers.

Enorme bolvormige tanks zorgen ervoor dat de gastanker niet kan worden verward met andere soorten schepen. Het zijn thermosflessen die een constante vereiste temperatuur voor vloeibaar methaan handhaven -163 °C

De transformatie van gas naar een vloeibare toestand wordt uitgevoerd in speciale LNG-installaties. Het proces verloopt in twee fasen: eerst wordt het methaan afgekoeld tot -50 °C en vervolgens tot -163 °C. Tegelijkertijd neemt het volume 600 keer af.

Verwerking en toepassingsgebied

De hoge ontvlambaarheid van aardgas bepaalt het voornaamste gebruik ervan. Het wordt gebruikt als brandstof in fabrieken, fabrieken, thermische centrales, ketelhuizen, instellingen, woongebouwen, landbouwfaciliteiten en vele anderen. Wij raden u aan de regels te lezen gebruik van gas in het dagelijks leven.

De productie en raffinage van olie gaat altijd gepaard met het vrijkomen van bijbehorend gas. In sommige gevallen kunnen de volumes indrukwekkend zijn en oplopen tot wel 300 kubieke meter per kubieke meter ruwe olie.

Maar er is een groot aantal velden waar aardgas niet wordt gebruikt, maar wordt afgefakkeld. In heel Rusland gaat op deze manier bijvoorbeeld tot 25% van de nuttige grondstoffen verloren.

Een deel van het bijbehorende gas wordt geleverd aan gasverwerkingsinstallaties. Hieruit wordt gezuiverd droog gas verkregen, dat wordt gebruikt voor verwarming. Een ander waardevol bestanddeel is een mengsel van lichte koolwaterstoffen.

Het diagram toont een algemeen beeld van het proces van verwerking van geproduceerd gas. De rol van eindproducten voor de moderne chemische industrie kan niet worden overschat

Vervolgens wordt het in speciale installaties in fracties verdeeld. Het resultaat zijn koolwaterstoffen zoals propaan, butaan, isobutaan en pentaan. Om het volume, het transportgemak en de opslag ervan te verminderen vloeibaar maken.

Het ombouwen van auto’s naar benzine betaalt zich snel terug en levert aanzienlijke kostenbesparingen op. De uitbreiding van het netwerk van gastankstations draagt ​​bij aan een toename van het wagenpark met LPG. Niet alleen automobilisten profiteren hiervan, maar ook voetgangers die geen schadelijke dampen hoeven in te ademen

Propaan en butaan worden gebruikt voor het verwarmen van woningen flessengas of voor auto's. Maar het grootste deel gaat naar verdere verwerking in de petrochemische productie.

Door verhitting op hoge temperatuur (pyrolyse) worden ze gebruikt om de belangrijkste grondstof voor alle synthetische materialen te verkrijgen: monomeren: ethyleen, propyleen, butadieen. Onder invloed van katalysatoren worden ze gecombineerd tot polymeren. De output bestaat uit waardevolle materialen als rubber, PVC, polyethyleen en vele andere.

Conclusies en nuttige video over het onderwerp

De documentaire vertelt op toegankelijke en visuele wijze over gas:

Deze educatieve film is gewijd aan de belangrijkste gastransporten:

We weten nog steeds niet alles over aardgas; de oorsprong ervan herbergt nog steeds veel mysteries. We kunnen alleen maar hopen dat blauwe brandstof werkelijk een onuitputtelijk geschenk is dat genoeg zal zijn voor ons en onze nakomelingen.

Heeft u na het lezen van het bovenstaande materiaal nog vragen? Of wil je het artikel aanvullen met nuttig commentaar, interessante weetjes of foto's? Schrijf uw opmerkingen, stel vragen, neem deel aan de discussie - het feedbackformulier vindt u hieronder.