Све о природном гасу: састав и својства, производња и употреба природног гаса

Због своје високе енергетске ефикасности и еколошке прихватљивости, природни гас је, поред нафте, од највеће важности.Широко се користи као гориво, а такође служи и као вредна сировина за хемијску индустрију.

И иако је употреба гаса постала свакодневна и позната, она и даље остаје сложена и прилично опасна супстанца - да би ушла у горионик гасног уређаја, пролази дуг и сложен пут.

У чланку ћемо анализирати главна питања у вези са природним запаљивим гасом - причаћемо о његовом саставу и својствима, описати ћемо фазе производње, транспорта и прераде гаса, као и обим његове примене. Хајде да размотримо савремене идеје о пореклу резерви угљоводоника, занимљиве чињенице и хипотезе.

Шта је природни запаљиви гас?

Постоји мишљење да гас лежи под земљом у празнинама и да се одатле лако извлачи, за шта је довољно избушити бунар. Али у стварности, све је много компликованије: гас може бити унутар порозне стене, може се растворити у води, течним угљоводоницима и нафти.

Да бисте разумели зашто се то дешава, довољно је запамтити да реч „гас“ долази од грчког „хаос“, који одражава принцип понашања супстанце. У гасовитом стању, молекули се крећу хаотично, покушавајући да равномерно попуне целокупну могућу запремину. Због тога су у стању да продиру и растварају се у другим супстанцама, укључујући гушће течности и минерале. Висок притисак и температура значајно побољшавају процес дифузије.Често је у облику таквог „коктела“ природни гас садржан у подземљу.

Али прво, хајде да разговарамо о томе од чега се гас састоји и шта је то - хајде да погледамо хемијски састав и физичка својства природног запаљивог гаса.

Особине хемијског састава

Гас извучен из подземља, који се назива „природним“, мешавина је различитих гасова.

Према свом саставу, подељен је у три групе компоненти:

• запаљиво – угљоводоници;
• незапаљиво (баластима) – азот, угљен-диоксид, кисеоник, хелијум, водена пара;
• штетно нечистоће – водоник сулфид и меркаптани.

Прва и главна група је скуп метанских угљоводоника (хомолога) са бројем атома угљеника од 1 до 5. Највећи проценат у смеши је метан (од 70 до 98%), који има један атом угљеника. Садржај осталих гасова (етан, пропан, бутан, пентан) креће се од јединица до десетих делова процента.

Гас екстрахован са поља карактерише висока концентрација метана. У нуспроизводу екстрахованом из нафте, удео метана је знатно мањи: 30 – 60%, а хомолози су већи: 10 – 20%.

Поред угљоводоника, смеша може да садржи незапаљиве супстанце у малим количинама: водоник сулфид, азот, угљен-диоксид, угљен-моноксид, водоник и друге. Али, у зависности од поља, пропорције угљоводоника, као и састав других гасова, могу значајно да варирају.

Физичка својства гаса

Према физичким својствима метана ЦХ₄ без боје и мириса, веома запаљиво. При концентрацијама у ваздуху већим од 4,5% – експлозивно. Ово својство, у комбинацији са недостатком мириса, представља велику претњу и проблем. Нарочито у рудницима, пошто метан апсорбује угаљ.

Писали смо о узроцима експлозија гаса у домаћим условима у овај материјал.

Да би гас добио мирис како би се открило његово цурење, пре транспорта му се додају посебне супстанце непријатног мириса - одоранти. Најчешће су то једињења која садрже сумпор - етанетиол или етил меркаптан. Пропорција нечистоће је одабрана тако да је цурење приметно при концентрацији гаса од 1%.

Главна предност плавог горива је његова висока специфична топлота сагоревања - 39 МЈ/кг. Ово ослобађа безопасне супстанце: воду и угљен-диоксид. Ово је такође важан фактор који омогућава употребу метана у свакодневном животу

Одакле долази гас у дубинама земље?

Иако су људи научили да користе гас пре више од 200 година, још увек не постоји консензус о томе одакле гас долази у недрима земље.

Главне теорије о пореклу

Постоје две главне теорије о његовом пореклу:

• минералне, што објашњава настанак гаса процесима дегазације угљоводоника из дубљих и гушћих слојева земље и њихово подизање у зоне са нижим притиском;
• органски (биогени), према којој је гас производ распадања остатака живих организама у условима високог притиска, температуре и недостатка ваздуха.

У пољу, гас може бити у облику одвојене акумулације, гасне капице, раствора у нафти или води или гасних хидрата. У последњем случају, наслаге се налазе у порозним стенама између гасно непропусних слојева глине. Најчешће су такве стене збијени пешчар, карбонати и кречњаци.

Удео конвенционалних гасних поља је само 0,8%. Нешто већи проценат отпада на дубоки, угаљ и гас из шкриљаца – од 1,4 до 1,9%.Најчешћи типови депозита су у води растворени гасови и хидрати - у приближно једнаким размерама (по 46,9%)

Пошто је гас лакши од нафте, а вода тежа, положај минерала у резервоару је увек исти: гас је на врху нафте, а вода подупире цело нафтно и гасно поље одоздо.

Гас у формацији је под притиском. Што су наслаге дубље, то је веће. У просеку, на сваких 10 метара, повећање притиска је 0,1 МПа. Постоје слојеви са ненормално високим притиском. На пример, у Аћимовским наслагама Уренгојског поља достиже 600 атмосфера и више на дубини од 3800 до 4500 м.

Занимљиве чињенице и хипотезе

Не тако давно се веровало да би светске резерве нафте и гаса требало да буду исцрпљене почетком 21. века. На пример, ауторитативни амерички геофизичар Хубберт је писао о томе 1965. године.

До данас, многе земље настављају да повећавају темпо производње гаса. Нема правих знакова да су резерве угљоводоника на измаку

Према доктору геолошких и минералошких наука В.В. Полеванова, такве заблуде су узроковане чињеницом да је теорија о органском пореклу нафте и гаса још увек општеприхваћена и доминира умовима већине научника. Иако још увек Д.И. Мендељејев је поткрепио теорију о неорганском дубоком пореклу нафте, а затим су то доказали Кудрјавцев и В.Р. Ларин.

Али многе чињенице говоре против органског порекла угљоводоника.

Ево неких од њих:

• налазишта су откривена на дубинама до 11 км, у кристалним подрумима, где постојање органске материје није ни теоретски могуће;
• уз помоћ органске теорије може се објаснити само 10% резерви угљоводоника, преосталих 90% је необјашњиво;
• Свемирска сонда Касини открила је 2000. године на Сатурновом месецу Титан гигантске ресурсе угљоводоника у облику језера, неколико редова величине веће од оних на Земљи.

Хипотеза о првобитно хидридној Земљи коју је изнео Ларин објашњава порекло угљоводоника кроз реакцију водоника са угљеником у дубинама земље и накнадно отплињавање метана.

Према њему, нема древних наслага јурског периода. Сва нафта и гас су се могли формирати између 1 и 15 хиљада година. Како се селекција одвија, резерве се постепено могу допуњавати, што је примећено на давно исцрпљеним и напуштеним нафтним пољима.

Како се врши вађење и транспорт?

Процес вађења природног запаљивог гаса почиње изградњом бунара. У зависности од појаве формације која носи гас, њихова дубина може достићи 7 км. Како бушење напредује, цев (кућиште) се спушта у бунар. Да би се спречило излазак гаса кроз простор између цеви и зидова бунара, врши се зачепљење - попуњавање празнине глином или цементом.

На крају изградње, подигнута дизалица се уклања и божићно дрво се поставља на главу кућишта. То је структура вентила и користи се за извлачење гаса из бунара.

Број бунара може бити прилично велики.

Божићно дрво има неколико функција: држи пумпне и компресорске цеви суспендоване у бунару, контролише режиме рада и мери параметре спољашњих и унутрашњих делова бунара.

Цео циклус производње природног запаљивог гаса одвија се у три фазе:

1. Развој гасног поља. Као резултат бушења, ствара се разлика притиска. Због тога се гас креће кроз формацију до бунара.
2. Рад гасних бунара. У овој фази, гас путује кроз кућиште.
3. Сакупљање и припрема за транспорт. Гас са свих јелки се снабдева посебним технолошким комплексима постројења за пречишћавање гаса. Суше гас, чишћење од штетних нечистоћа.

Чак и мале концентрације водоник-сулфида, водене паре или чврстих честица доводе до брзе корозије, формирања хидрата и механичког оштећења унутрашње површине цевовода.

Завршна припрема за транспорт се одвија на главном делу. Укључује накнадни третман и уклањање кондензата угљоводоника, хлађење гаса ради смањења његове запремине.

Главни вид транспорта гаса на велике удаљености је магистрални гасовод. То је систем сложених инжењерских конструкција од самих цевовода до подземна складишта.

На крајњој тачки гасовода налазе се гасне дистрибутивне станице (ГДС). Овде се врши завршно чишћење прашине и течних нечистоћа, притисак се смањује на ниво који захтевају потрошачи, стабилизује се, узима се у обзир потрошња гаса и додаје се одорант.

Још један уобичајени вид транспорта метана је поморски транспорт специјалним пловилима - транспортерима гаса.

Огромни сферни резервоари неће дозволити да се носач гаса збуни са другим врстама бродова. То су термозе које одржавају константну потребну температуру за течни метан -163 °Ц

Трансформација гаса у течно стање се врши у специјалним ЛНГ постројењима. Процес се одвија у две фазе: прво се метан охлади на -50 °Ц, а затим на -163 °Ц. Истовремено, његова запремина се смањује за 600 пута.

Обрада и обим примене

Висока запаљивост природног гаса одређује његову главну употребу. Користи се као гориво у фабрикама, фабрикама, термоелектранама, котларницама, установама, стамбеним зградама, пољопривредним објектима и многим другим. Препоручујемо да прочитате правила употреба гаса у свакодневном животу.

Производња и прерада нафте увек је праћена ослобађањем пратећег гаса. У неким случајевима, његове запремине могу бити импресивне и износе до 300 кубних метара по кубном метру сирове нафте.

Али постоји велики број поља на којима се природни придружени гас не користи, већ се спаљује. На пример, широм Русије на овај начин се губи до 25% корисних сировина.

Део пратећег гаса се испоручује у постројења за прераду гаса. Из њега се добија пречишћени суви гас који се користи за грејање. Још једна вредна компонента је мешавина лаких угљоводоника.

Дијаграм приказује општу слику процеса прераде произведеног гаса. Улога финалних производа за савремену хемијску индустрију не може се преценити

Затим се у посебним инсталацијама дели на фракције. Резултат су угљоводоници као што су пропан, бутан, изобутан и пентан. Да бисте смањили запремину, једноставност транспорта и складиштења течни.

Претварање аутомобила на гас брзо се исплати и пружа значајне уштеде. Ширење мреже бензинских станица доприноси повећању флоте аутомобила са ТНГ. Од користи немају само возачи, већ и пешаци који не морају да удишу штетна испарења

За грејање домова користе се пропан и бутан гас у боцама или за аутомобиле. Али највећи део иде за даљу прераду у петрохемијској производњи.

Високотемпературним загревањем (пиролизом) од њих се добија главна сировина за све синтетичке материјале – мономери: етилен, пропилен, бутадиен. Под утицајем катализатора они се комбинују у полимере. Излаз је тако вредних материјала као што су гума, ПВЦ, полиетилен и многи други.

Закључци и користан видео на тему

Документарац говори о гасу на приступачан и визуелан начин:

Овај едукативни филм посвећен је главном транспорту гаса:

Још увек не знамо све о природном гасу - његово порекло још увек крије многе мистерије. Остаје нам да се надамо да је плаво гориво заиста неисцрпни дар који ће бити довољан за нас и наше потомке.

Да ли и даље имате питања након што сте прочитали горњи материјал? Или желите да допуните чланак корисним коментарима, занимљивим чињеницама или фотографијама? Пишите своје коментаре, постављајте питања, учествујте у дискусији - образац за повратне информације се налази испод.