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

Процес екстракције плавог горива

Пре производње гаса је процес геолошких истраживања. Они вам омогућавају да тачно одредите обим и природу настанка депозита. Тренутно се користи неколико метода извиђања.

Гравитација - на основу израчунавања масе стена. Слојеви који садрже гас карактерише знатно мања густина.

Магнетна - узима у обзир магнетну пропустљивост стене. Помоћу аеромагнетног снимања могуће је добити потпуну слику о наслагама до 7 км дубине.

Сврха ове технике

Сеизмички - користи зрачење које се рефлектује приликом проласка кроз црева. Овај ехо је у стању да ухвати посебне мерне инструменте.

Геохемијски - проучава се састав подземних вода са одређивањем садржаја у њима супстанци повезаних са гасним пољима.

Бушење је најефикаснији метод, али истовремено и најскупљи од наведених. Због тога је пре његове употребе потребно претходно проучавање стена.

Методе бушења бунара за производња природног гаса

Након утврђивања поља и процене прелиминарних количина налазишта, директно се наставља процес производње гаса. Бушотине се буше до дубине минералног слоја. Да би се равномерно распоредио притисак надолазећег плавог горива, бунар се прави мердевинама или телескопски (као телескоп).

Бунар је ојачан обложним цевима и цементиран. Да би се равномерно смањио притисак и убрзао процес производње гаса, на једном пољу се буши неколико бушотина одједном. Подизање гаса кроз бунар се врши на природан начин - гас се креће у зону нижег притиска.

Пошто гас садржи различите нечистоће након екстракције, следећи корак је његово пречишћавање. Да би се обезбедио овај процес, у близини поља се граде одговарајући индустријски објекти за пречишћавање и прераду гаса.

Систем за пречишћавање природног гаса

Рударство коришћењем рудника угља

Угљени слојеви садрже велику количину метана, чија екстракција не само да омогућава добијање плавог горива, већ и осигурава безбедан рад рударских предузећа. Овај метод се широко користи у САД.

Главни правци употребе и прераде метана

Метода хидрауличког ломљења

Када се гас производи овом методом, млаз воде или ваздуха се убризгава кроз бунар.Дакле, гас се истискује.

Ова метода може изазвати сеизмичку нестабилност разбијених стена, па је у неким државама забрањена.

Карактеристике подводног рударења

По први пут у Русији, производња гаса на Киринском пољу се врши помоћу комплекса за подводну производњу

Залихе гаса су присутне, осим на копну, и под водом. Наша земља има велике подводне наслаге. Подводна производња се врши помоћу тешких гравитационих платформи. Налазе се на бази која се ослања на морско дно. Бушење бунара се врши помоћу стубова који се налазе на бази. Резервоари се постављају на платформе за складиштење извађеног гаса. Затим се цевоводом транспортује на копно.

Ове платформе омогућавају стално присуство људи који обављају одржавање комплекса. Број може бити до 100 људи. Ови објекти су опремљени аутономним напајањем, платформом за хеликоптере и просторијама за особље.

Када се депозити налазе близу обале, бунари се изводе укосо. Почињу на копну, остављајући базу испод морске полице. Производња и транспорт гаса се одвија на стандардни начин.

Порекло природног гаса:

Постоје две теорије о пореклу природног гаса: биогена (органска) теорија и абиогена (неорганска, минерална) теорија.

Биогену теорију о пореклу природног гаса по први пут је изразио 1759. године М.В. Ломоносов. У далекој геолошкој прошлости Земље, мртви живи организми (биљке и животиње) потонули су на дно водених тијела, формирајући муљевите седименте. Као резултат различитих хемијских процеса, распадали су се у безваздушном простору.Услед кретања земљине коре, ови остаци су тонули све дубље, где су се под утицајем високе температуре и високог притиска претварали у угљоводонике: природни гас и нафту. Угљоводоници мале молекулске тежине (тј. природни гас) су настали на вишим температурама и притисцима. Високомолекуларни угљоводоници – нафта – на мањим. Угљоводоници, продирући у празнине земљине коре, формирали су наслаге нафтних и гасних поља. Временом су се ове органске наслаге и налазишта угљоводоника спуштале дубоко до дубине од једног километра до неколико километара – биле су прекривене слојевима седиментних стена или под утицајем геолошких кретања земљине коре.

Минералну теорију порекла природног гаса и нафте формулисао је 1877. године Д.И. Мендељејев. Он је полазио од чињенице да се угљоводоници могу формирати у утроби земље на високим температурама и притисцима као резултат интеракције прегрејане паре и растопљених карбида тешких метала (првенствено гвожђа). Као резултат хемијских реакција настају оксиди гвожђа и других метала, као и различити угљоводоници у гасовитом стању. У овом случају вода улази дубоко у утробу Земље кроз пукотине-раседе у земљиној кори. Настали угљоводоници, који су у гасовитом стању, заузврат се уздижу кроз исте пукотине и раседе до зоне најмањег притиска, на крају формирајући наслаге гаса и нафте. Овај процес, према Д.И. Мендељејев и присталице хипотезе, дешава се све време. Дакле, смањење резерви угљоводоника у виду нафте и гаса не прети човечанству.

Метан

Поред тога, метан се налази и у рудницима угља, где због своје експлозивне природе представља озбиљну претњу за рударе. Метан је познат и у виду излучевина у мочварама – мочварни гас.

У зависности од садржаја метана и других (тешких) угљоводоничних гасова метанске серије, гасови се деле на суве (сиромашне) и масне (богате).

• У суве гасове спадају гасови углавном метанског састава (до 95 - 96%), у којима је садржај осталих хомолога (етан, пропан, бутан и пентан) незнатан (деонице процента). Они су карактеристичнији за чисто гасна лежишта, где нема извора обогаћивања у њиховим тешким компонентама које су део нафте.
• Влажни гасови су гасови са високим садржајем "тешких" гасних једињења. Поред метана, садрже десетине процената етана, пропана и једињења веће молекуларне тежине до хексана. Масне смеше су карактеристичније за пратеће гасове који прате налазишта нафте.

Запаљиви гасови су уобичајени и природни пратиоци нафте у скоро свим њеним познатим налазиштима, тј. нафта и гас су неодвојиви због сродног хемијског састава (угљоводоника), заједничког порекла, услова миграције и акумулације у природним замкама разних врста.

Изузетак су такозвана "мртва" уља. То су уља близу дневне површине, потпуно дегазирана услед испаравања (испарења) не само гасова, већ и лаких фракција самог уља.

Таква нафта је позната у Русији код Ухте. То је тешка, вискозна, оксидована, скоро нетечећа нафта која се производи неконвенционалним методама рударења.

Лежишта чистог гаса, где нема нафте, а испод гаса се налазе формацијске воде, широко су распрострањена у свету. У Русији су откривена супергигантска гасна поља у Западном Сибиру: Уренгојское са резервама од 5 трилиона кубних метара. м3, Иамбургскоие - 4,4 трилиона. м3, Заполиарноие - 2,5 трилиона. м3, Медвезхие - 1,5 трилиона. м3.

Ипак, најраспрострањенија су нафтна и гасна и нафтна поља. Заједно са нафтом, гас се јавља или у гасним капама, тј. преко уља, или у стању раствореном у уљу. Тада се назива растворени гас. У својој основи, уље са раствореним гасом у њему је слично газираним пићима. При високим резервоарским притисцима у нафти се растварају значајне запремине гаса, а када притисак падне на атмосферски притисак у току процеса производње долази до дегазације нафте, тј. гас се брзо ослобађа из мешавине гаса и уља. Такав гас се назива придружени гас.

Природни пратиоци угљоводоника су угљен-диоксид, водоник-сулфид, азот и инертни гасови (хелијум, аргон, криптон, ксенон) присутни у њему као нечистоће.

Транспорт

Припрема гаса за транспорт

Упркос чињеници да на неким пољима гас има изузетно квалитетан састав, природни гас уопште није готов производ. Поред циљних нивоа компоненти (где циљне компоненте могу да варирају у зависности од крајњег корисника), гас садржи нечистоће које отежавају транспорт и које су непожељне за употребу.

На пример, водена пара може да се кондензује и акумулира на разним местима у цевоводу, најчешће се савија и тако омета кретање гаса.Водоник сулфид је високо корозивно средство које негативно утиче на цевоводе, припадајућу опрему и резервоаре за складиштење.

С тим у вези, пре слања у магистрални нафтовод или у петрохемијско постројење, гас пролази процедуру припреме у фабрици за прераду гаса (ГПП).

Прва фаза припреме је чишћење од нежељених нечистоћа и сушење. Након тога, гас се компресује - компресује на притисак потребан за обраду. Традиционално, природни гас се компресује на притисак од 200-250 бара, што резултира 200-250 пута смањењем заузете запремине.

Следи фаза допуњавања: на специјалним инсталацијама гас се раздваја на нестабилни гас бензин и преливени гас. То је уклоњени гас који се шаље у магистралне гасоводе и петрохемијску производњу.

Нестабилан природни бензин се доводи у постројења за фракционисање гаса, где се из њега издвајају лаки угљоводоници: етан, пропан, бутан, пентан. Ове супстанце су такође вредне сировине, посебно за производњу полимера. А мешавина бутана и пропана је готов производ који се користи, посебно, као гориво за домаћинство.

гасовод

Главни вид транспорта природног гаса је његово пумпање кроз цевовод.

Стандардни пречник магистралног гасовода је 1,42 м. Гас у цевоводу се пумпа под притиском од 75 атм. Како се креће дуж цеви, гас постепено губи енергију услед савладавања сила трења, која се расипа у виду топлоте. С тим у вези, у одређеним интервалима, на гасоводу се граде посебне пумпне компресорске станице. На њима се гас компресује на потребан притисак и хлади.

За испоруку директно потрошачу, цеви мањег пречника се преусмеравају са магистралног гасовода – гасоводне мреже.

гасовод

ЛНГ транспорт

Шта учинити са тешко доступним подручјима која су удаљена од магистралних гасовода? У таквим подручјима гас се транспортује у течном стању (течни природни гас, ЛНГ) у посебним криогеним резервоарима морским и копненим путем.

Поморским путем, течни гас се транспортује на транспортерима за гас (ЛНГ танкерима), бродовима опремљеним изотермним резервоарима.

ЛНГ се такође транспортује копненим транспортом, како железничким тако и друмским. За то се користе специјални резервоари са двоструким зидовима који могу одржавати потребну температуру одређено време.

Одакле долази гас у недрима земље?

Иако су људи научили да користе гас пре више од 200 година, још увек нема консензуса о томе одакле долази гас у цревима земље.

Главне теорије о пореклу

Постоје две главне теорије о његовом пореклу:

• минерал, објашњавајући настанак гаса процесима дегазације угљоводоника из дубљих и гушћих слојева земље и њиховог подизања у зоне са нижим притиском;
• органски (биогени), према коме је гас продукт распадања остатака живих организама у условима високог притиска, температуре и недостатка ваздуха.

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

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

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

Гас у резервоару је под притиском. Што је депозит дубљи, то је већи. 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 већ 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 да поседује умове већине научника. Иако је Д.И. Мендељејев је поткрепио теорију о неорганском дубоком пореклу нафте, а затим су је 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 темељима, где постојање органске материје не може бити ни теоријско;
• користећи органску теорију, може се објаснити само 10% резерви угљоводоника, преосталих 90% је необјашњиво;
• Свемирска сонда Касини открила је 2000. године на Сатурновом месецу Титан џиновске ресурсе угљоводоника у облику језера неколико редова величине већих од оних на Земљи.

Хипотеза о првобитно хидридној Земљи коју је изнео Ларин објашњава порекло угљоводоника реакцијом водоника са угљеником у дубинама земље и накнадним отплињавањем метана.

Према њеним речима, нема древних наслага јурског периода. Сва нафта и гас су се могли формирати између 1.000 и 15.000 година. Како се резерве повлаче, оне се постепено могу обнављати, што се види у давно исцрпљеним и напуштеним нафтним пољима.

Класификација и својства

Природни гас је подељен у 3 главне категорије. Они су описани следећим карактеристикама:

1. Искључује присуство угљоводоника у којима има више од 2 једињења угљеника. Зову се суви и добијају се само на оним местима која су намењена за производњу.
2. Уз примарне сировине производе се течни и суви гас и гасовити бензин међусобно помешани.
3. Садржи велику количину тешких угљоводоника и сувог гаса. Постоји и мали проценат нечистоћа. Извлачи се из депозита типа гасног кондензата.

Природни гас се сматра мешовитим саставом, у којем постоји неколико подврста супстанце. Из тог разлога не постоји тачна формула за компоненту. Главни је метан, који садржи више од 90%. Најотпорнији је на температуру. Лакши од ваздуха и слабо растворљив у води.Када се сагоре на отвореном, настаје плави пламен. Најснажнија експлозија настаје ако комбинујете метан са ваздухом у односу 1:10. Ако особа удахне велику концентрацију овог елемента, онда његово здравље може бити штетно.

Користи се као сировина и индустријско гориво. Такође се активно користи за добијање нитрометана, мравље киселине, фреона и водоника. Разбијањем угљоводоничних веза под утицајем струје и температуре добија се ацетилен који се користи у индустрији. Цијановодонична киселина настаје када се амонијак оксидира метаном.

Састав природног гаса има следећу листу компоненти:

1. Етан је безбојна гасовита супстанца. Када гори, слабо светли. Практично се не раствара у води, али у алкохолу може у односу 3:2. Није коришћен као гориво. Главна сврха употребе је производња етилена.
2. Пропан је добро коришћена врста горива која се не раствара у води. Током сагоревања ослобађа се велика количина топлоте.
3. Бутан - са специфичним мирисом, ниске токсичности. Има негативан утицај на здравље људи: може утицати на нервни систем, изазива аритмију и асфиксију.
4. Азот се може користити за одржавање бушотина на одговарајућем притиску. За добијање овог елемента потребно је течни ваздух и одвојити га дестилацијом. Користи се за производњу амонијака.
5. Угљен диоксид - једињење може прећи у гасовито стање из чврстог стања при атмосферском притиску.Налази се у ваздуху и минералним изворима, а такође се ослобађа када бића дишу. То је адитив за храну.
6. Водоник сулфид је прилично токсичан елемент. Може негативно утицати на функционисање људског нервног система. Има мирис покварених јаја, слаткастог укуса и безбојан је. Веома растворљив у етанолу. Не реагује са водом. Неопходан за производњу сулфита, сумпорне киселине и сумпора.
7. Хелијум се сматра јединственом супстанцом. Може се акумулирати у земљиној кори. Добија се замрзавањем гасова у којима је укључен. Када је у гасовитом стању, не манифестује се споља, у течном стању може утицати на жива ткива. Није у стању да експлодира и запали се. Али ако је у ваздуху велика концентрација, то може довести до гушења. Користи се за пуњење ваздушних бродова и балона, при раду са металним површинама.
8. Аргон је гас без спољашњих карактеристика. Користи се за сечење и заваривање металних делова, као и за продужење рока трајања прехрамбених производа (због ове супстанце се истискују вода и ваздух).

Физичка својства природног ресурса су следећа: температура спонтаног сагоревања је 650 степени Целзијуса, густина природног гаса је 0,68-0,85 (у гасовитом стању) и 400 кг / м3 (течност). Када се помеша са ваздухом, концентрације од 4,4-17% се сматрају експлозивним. Октански број фосила је 120-130. Израчунава се на основу односа запаљивих компоненти према онима које је тешко оксидирати током компресије. Калорична вредност је приближно једнака 12 хиљада калорија по 1 кубном метру. Топлотна проводљивост гаса и нафте је иста.

Када се дода ваздух, природни извор може брзо да се запали. У домаћим условима подиже се до плафона. Ту почиње ватра. То је због лакоће метана. Али ваздух је око 2 пута тежи од овог елемента.

Методе прераде природног гаса

Пре испоруке природног гаса у магистрални гасовод, ову сировину није потребно додатно пречишћавати, што је предност у односу на нафту (која се мора подвргнути примарној преради пре него што се убаци у нафтовод), што резултира значајним уштедама у трошковима транспорта.

Пре добијања коначног хемијског и производног састава, смеша гаса се подвргава секундарној преради у погонима хемијске индустрије, која се у зависности од примењених технологија дели на главне и секундарне методе прераде гаса.

физичка обрада

Овај метод се заснива на физичким и енергетским индикаторима. Ископани фосилни материјал је подвргнут дубокој компресији и раздвојен на фракције излагањем високим температурама.

Приликом преласка са ниских на високе температуре, сировине се интензивно чисте од нечистоћа. Употреба снажних компресора омогућава прераду на месту производње гаса. Приликом пумпања гаса из нафтоносне формације користе се нафтне пумпе, које су релативно јефтине.

Својства природног гаса

Употреба хемијских реакција

Током хемијско-каталитичке обраде дешавају се процеси повезани са преласком метана у синтетисани гас, након чега следи прерада. Хемијске методе укључују употребу две методе:

• пара, конверзија угљен-диоксида;
• делимична оксидација.

Последња метода је најекономичнија и најпогоднија, јер је брзина хемијске реакције током делимичне оксидације прилично висока и нема потребе за употребом додатних катализатора.

Употреба високих и ниских температура као алата за утицај на фосилне сировине назива се термохемијска метода прераде природног гаса. Под утицајем температуре на ову сировину настају хемијска једињења као што су етилен, пропилен и др. Сложеност ове врсте прераде лежи у употреби опреме способне да произведе топлоту до 11 хиљада степени уз повећање притиска до три атмосфере.

Савремене технологије за прераду природног гаса користе додатну синтезу метана, што омогућава удвостручење количине произведеног водоника. Водоник је природна сировина из које се изолује амонијак, који је материјал за производњу азотне киселине, амонијум компоненти, анилина итд.