Vse o zemeljskem plinu: sestava in lastnosti, proizvodnja in uporaba zemeljskega plina

Zaradi visoke energetske učinkovitosti in okolju prijaznosti je zemeljski plin poleg nafte izjemnega pomena.Široko se uporablja kot gorivo in služi tudi kot dragocena surovina za kemično industrijo.

In čeprav je uporaba plina postala vsakdanja in udomačena, še vedno ostaja kompleksna in precej nevarna snov – da pride v gorilnik plinske naprave, prehodi dolgo in zapleteno pot.

V članku bomo analizirali glavna vprašanja, povezana z naravnim vnetljivim plinom - govorili bomo o njegovi sestavi in ​​lastnostih, opisali bomo faze proizvodnje, transporta in predelave plina ter obseg njegove uporabe. Razmislimo o sodobnih idejah o izvoru zalog ogljikovodikov, zanimivih dejstvih in hipotezah.

Kaj je naravni vnetljivi plin?

Obstaja mnenje, da plin leži pod zemljo v prazninah in se od tam zlahka črpa, za kar je dovolj izvrtati vrtino. Toda v resnici je vse veliko bolj zapleteno: plin je lahko znotraj porozne kamnine, lahko se raztopi v vodi, tekočih ogljikovodikih in nafti.

Da bi razumeli, zakaj se to zgodi, je dovolj, da se spomnimo, da beseda "plin" izvira iz grščine "kaos«, ki odraža načelo obnašanja snovi. V plinastem stanju se molekule gibljejo kaotično in poskušajo enakomerno zapolniti celotno možno prostornino. Zaradi tega lahko prodrejo in se raztopijo v drugih snoveh, vključno z gostejšimi tekočinami in minerali. Visok tlak in temperatura znatno pospešita proces difuzije.Pogosto je zemeljski plin v obliki takšnega "koktajla" v podzemlju.

Najprej pa se pogovorimo o tem, iz česa je plin sestavljen in kaj je – poglejmo kemično sestavo in fizikalne lastnosti naravnega gorljivega plina.

Značilnosti kemične sestave

Plin, pridobljen iz podzemlja, ki se imenuje "naravni", je mešanica različnih plinov.

Glede na sestavo je razdeljen na tri skupine komponent:

• vnetljiv – ogljikovodiki;
• negorljiv (predstikalne naprave) – dušik, ogljikov dioksid, kisik, helij, vodna para;
• škodljivo nečistoče – vodikov sulfid in merkaptani.

Prva in glavna skupina je niz metanskih ogljikovodikov (homologov) s številom ogljikovih atomov od 1 do 5. Največji odstotek v mešanici predstavlja metan (od 70 do 98 %), ki ima en ogljikov atom. Vsebnost ostalih plinov (etan, propan, butan, pentan) se giblje od enot do desetink odstotka.

Za plin, pridobljen iz polj, je značilna visoka koncentracija metana. V stranskem proizvodu, pridobljenem iz nafte, je delež metana veliko nižji: 30 – 60 %, homologov pa višji: 10 – 20 %.

Poleg ogljikovodikov lahko mešanica v majhnih količinah vsebuje nevnetljive snovi: vodikov sulfid, dušik, ogljikov dioksid, ogljikov monoksid, vodik in druge. Toda glede na polje se lahko deleži ogljikovodikov, tako kot sestava drugih plinov, zelo razlikujejo.

Fizikalne lastnosti plina

Glede na fizikalne lastnosti metana CH₄ brez barve in vonja, zelo vnetljivo. Pri koncentracijah v zraku nad 4,5 % – eksplozivno. Ta lastnost v kombinaciji s pomanjkanjem vonja predstavlja veliko grožnjo in težavo. Še posebej v rudnikih, saj metan absorbira premog.

O vzrokih za eksplozije plina v domačih razmerah smo pisali v ta material.

Da bi plinu dali vonj, da bi zaznali njegovo puščanje, mu pred prevozom dodamo posebne snovi z neprijetnim vonjem - odorante. Najpogosteje so to spojine, ki vsebujejo žveplo - etantiol ali etil merkaptan. Delež nečistoč je izbran tako, da je puščanje opazno pri koncentraciji plina 1 %.

Glavna prednost modrega goriva je njegova visoka specifična toplota zgorevanja - 39 MJ/kg. Pri tem se sproščajo neškodljive snovi: voda in ogljikov dioksid. To je tudi pomemben dejavnik, ki omogoča uporabo metana v vsakdanjem življenju

Od kod prihaja plin v globinah zemlje?

Čeprav so se ljudje naučili uporabljati plin pred več kot 200 leti, še vedno ni enotnega mnenja o tem, od kod prihaja plin v zemeljskem drobovju.

Glavne teorije izvora

Obstajata dve glavni teoriji o njegovem izvoru:

• mineral, ki pojasnjuje nastanek plina s procesi razplinjevanja ogljikovodikov iz globljih in gostejših plasti zemlje in njihovega dviga v cone z nižjim tlakom;
• organski (biogeni), po katerem je plin produkt razgradnje ostankov živih organizmov v pogojih visokega tlaka, temperature in pomanjkanja zraka.

Na polju je plin lahko v obliki ločene akumulacije, plinskega pokrova, raztopine v olju ali vodi ali plinskih hidratov. V slednjem primeru se nahajališča nahajajo v poroznih kamninah med za plin neprepustnimi plastmi gline. Najpogosteje so takšne kamnine zbiti peščenjak, karbonati in apnenci.

Delež konvencionalnih plinskih polj je le 0,8 %. Nekoliko večji odstotek pade na globinski, premog in plin iz skrilavca - od 1,4 do 1,9%.Najpogostejše vrste usedlin so v vodi raztopljeni plini in hidrati – v približno enakem deležu (po 46,9 %).

Ker je plin lažji od nafte, voda pa težja, je položaj mineralov v rezervoarju vedno enak: plin je na vrhu nafte, voda pa podpira celotno naftno in plinsko polje od spodaj.

Plin v formaciji je pod pritiskom. Čim globlje so usedline, tem višje je. V povprečju je na vsakih 10 metrov povečanje tlaka 0,1 MPa. Obstajajo plasti z nenormalno visokim pritiskom. Na primer, v nahajališčih Achimov na Urengojskem polju doseže 600 atmosfer in več na globini od 3800 do 4500 m.

Zanimiva dejstva in hipoteze

Še ne tako dolgo nazaj je veljalo, da naj bi bile svetovne zaloge nafte in plina izčrpane v začetku 21. stoletja. O tem je na primer leta 1965 pisal avtoritativni ameriški geofizik Hubbert.

Do danes številne države še naprej povečujejo hitrost proizvodnje plina. Pravih znakov, da bi zaloge ogljikovodikov zmanjkalo, ni

Po mnenju doktorja geoloških in mineraloških znanosti V.V. Polevanova, so takšne napačne predstave posledica dejstva, da je teorija o organskem izvoru nafte in plina še vedno splošno sprejeta in prevladuje v glavah večine znanstvenikov. Čeprav še vedno D.I. Mendeleev je utemeljil teorijo anorganskega globokega izvora nafte, nato pa sta to dokazala Kudryavtsev in V.R. Larin.

Toda veliko dejstev govori proti organskemu izvoru ogljikovodikov.

Tukaj je nekaj izmed njih:

• nahajališča so odkrita v globinah do 11 km, v kristalnih podlagah, kjer obstoj organske snovi niti teoretično ni mogoč;
• s pomočjo organske teorije je mogoče pojasniti le 10 % zalog ogljikovodikov, preostalih 90 % je nerazložljivih;
• Vesoljska sonda Cassini je leta 2000 na Saturnovi luni Titan odkrila velikanske vire ogljikovodikov v obliki jezer, ki so za nekaj velikostnih redov večja od tistih na Zemlji.

Hipoteza o prvotno hidridni Zemlji, ki jo je predstavil Larin, pojasnjuje izvor ogljikovodikov z reakcijo vodika z ogljikom v globinah zemlje in kasnejšim razplinjevanjem metana.

Po njem ni starodavnih nahajališč jurskega obdobja. Vsa nafta in plin sta lahko nastala pred 1 do 15 tisoč leti. Ko poteka selekcija, se zaloge lahko postopoma obnavljajo, kar je bilo opaziti na že zdavnaj izčrpanih in opuščenih naftnih poljih.

Kako poteka pridobivanje in transport?

Postopek pridobivanja naravnega gorljivega plina se začne z gradnjo vrtin. Odvisno od pojava plinonosne formacije lahko njihova globina doseže 7 km. Ko vrtanje napreduje, se cev (ohišje) spusti v vrtino. Da bi preprečili uhajanje plina skozi prostor med cevjo in stenami vodnjaka, se izvede zamašitev - zapolnitev vrzeli z glino ali cementom.

Na koncu gradnje se dvigalo odstrani in božično drevo namesti na glavo ohišja. Je struktura zapornih ventilov in se uporablja za pridobivanje plina iz vrtine.

Število vodnjakov je lahko precej veliko.

Božično drevo ima več funkcij: drži črpalne in kompresorske cevi obešene v vodnjaku, nadzoruje načine delovanja ter meri parametre zunanjih in notranjih delov vodnjaka.

Celoten cikel proizvodnje naravnega gorljivega plina poteka v treh fazah:

1. Razvoj plinskega polja. Zaradi vrtanja nastane razlika v tlaku. Zaradi tega se plin premika skozi formacijo do vrtin.
2. Delovanje plinskih vrtin. V tej fazi plin potuje skozi ohišje.
3. Zbiranje in priprava za transport. Plin iz vseh božičnih dreves se dovaja v posebne tehnološke komplekse čistilne naprave. Posušijo plin, čiščenje iz škodljivih nečistoč.

Že majhne koncentracije vodikovega sulfida, vodne pare ali trdnih delcev povzročijo hitro korozijo, nastanek hidratov in mehanske poškodbe notranje površine cevovoda.

Končna priprava za prevoz poteka na glavni napravi. Vključuje naknadno obdelavo in odstranitev ogljikovodikovega kondenzata, hlajenje plina za zmanjšanje njegove prostornine.

Glavna vrsta transporta plina na dolge razdalje je magistralni plinovod. Gre za sistem zapletenih inženirskih konstrukcij od samih cevovodov do podzemna skladišča.

Na končni točki plinovoda so distribucijske plinske postaje (GDS). Tu poteka končno čiščenje prahu in tekočih nečistoč, tlak se zniža na raven, ki jo zahtevajo potrošniki, se stabilizira, upošteva se poraba plina in doda odorant.

Druga pogosta vrsta prevoza metana je pomorski prevoz s posebnimi plovili - plinonosilci.

Ogromni sferični rezervoarji ne bodo dovolili, da bi prevoznik plina zamenjali z drugimi vrstami ladij. So termovke, ki vzdržujejo stalno potrebno temperaturo za tekoči metan -163 °C

Pretvorba plina v tekoče stanje se izvaja v posebnih napravah za UZP. Proces poteka v dveh stopnjah: najprej se metan ohladi na -50 °C, nato pa na -163 °C. Hkrati se njegova prostornina zmanjša za 600-krat.

Obdelava in obseg uporabe

Visoka vnetljivost zemeljskega plina določa njegovo glavno uporabo. Uporablja se kot gorivo v tovarnah, tovarnah, termoelektrarnah, kotlovnicah, ustanovah, stanovanjskih zgradbah, kmetijskih objektih in mnogih drugih. Priporočamo, da preberete pravila uporaba plina v vsakdanjem življenju.

Pridobivanje in rafiniranje nafte vedno spremlja sproščanje povezanega plina. V nekaterih primerih so njegove količine lahko impresivne in znašajo do 300 kubičnih metrov na kubični meter surove nafte.

Obstaja pa veliko polj, kjer se zemeljski plin ne uporablja, ampak se sežiga. Na primer, po vsej Rusiji se na ta način izgubi do 25% uporabnih surovin.

Del pripadajočega plina se dobavlja plinopredelovalnim napravam. Iz njega se pridobiva prečiščen suh plin, ki se uporablja za ogrevanje. Druga dragocena komponenta je mešanica lahkih ogljikovodikov.

Diagram prikazuje splošno sliko procesa predelave proizvedenega plina. Vloge končnih izdelkov za sodobno kemično industrijo ni mogoče preceniti

Nato se v posebnih napravah razdeli na frakcije. Rezultat so ogljikovodiki, kot so propan, butan, izobutan in pentan. Za zmanjšanje obsega, enostavnost prevoza in skladiščenja le-teh utekočiniti.

Predelava avtomobilov na plin se hitro povrne in zagotavlja znatne prihranke pri stroških. Širitev mreže bencinskih servisov prispeva k povečanju voznega parka vozil na LPG. Ne koristijo le vozniki, ampak tudi pešci, ki jim ni treba vdihavati škodljivih hlapov

Propan in butan se uporabljata za ogrevanje domov plin v jeklenkah ali za avtomobile. Največ pa gre v nadaljnjo predelavo v petrokemično proizvodnjo.

Z visokotemperaturnim segrevanjem (pirolizo) se uporabljajo za pridobivanje glavne surovine za vse sintetične materiale - monomere: etilen, propilen, butadien. Pod vplivom katalizatorjev se združijo v polimere. Izhod so tako dragoceni materiali, kot so guma, PVC, polietilen in mnogi drugi.

Zaključki in uporaben video na to temo

Dokumentarni film na dostopen in vizualni način pripoveduje o plinu:

Ta izobraževalni film je posvečen glavnemu transportu plina:

Še vedno ne vemo vsega o zemeljskem plinu - njegov izvor še vedno skriva veliko skrivnosti. Le upamo lahko, da je modro gorivo res neizčrpen dar, ki ga bo dovolj za nas in naše zanamce.

Imate po branju zgornjega gradiva še vedno vprašanja? Ali pa želite članek dopolniti s koristnimi komentarji, zanimivimi dejstvi ali fotografijami? Napišite svoje komentarje, postavljajte vprašanja, sodelujte v razpravi - obrazec za povratne informacije se nahaja spodaj.