Vše o zemním plynu: složení a vlastnosti, výroba a využití zemního plynu

Díky své vysoké energetické účinnosti a šetrnosti k životnímu prostředí má zemní plyn spolu s ropou prvořadý význam. Široce se používá jako palivo a také slouží jako cenná surovina pro chemický průmysl.

A i když se používání plynu stalo každodenním a obvyklým, stále zůstává složité a poněkud nebezpečnou látkou obtížné - aby se dostal do hořáku plynového zařízení, jde o dlouhou a obtížnou cestu.

V článku budeme analyzovat hlavní problémy týkající se zemního hořlavého plynu - hovoříme o jeho složení a vlastnostech, popíšeme etapy výroby, přepravy a zpracování plynu, rozsah jeho aplikace. Zvažte moderní představy o původu uhlovodíkových rezerv, zajímavých faktech a hypotézách.

Co je to zemní hořlavý plyn?

Existuje názor, že plyn leží v podzemí v dutinách a je odtud snadno těžitelný, k čemu stačí vrtat studnu. Ve skutečnosti je však vše mnohem složitější: plyn může být umístěn uvnitř porézní horniny, může být rozpuštěn ve vodě, kapalných uhlovodících a oleji.

Abyste pochopili, proč k tomu dochází, nezapomeňte, že slovo „plyn“ pochází z řečtiny.chaos", Což odráží princip chování látky. V plynném stavu se molekuly pohybují náhodně a snaží se rovnoměrně naplnit celý možný objem. Díky tomu jsou schopny pronikat a rozpouštět se v jiných látkách, včetně hustějších tekutin a minerálů. Vysoký tlak a teplota výrazně rozšiřují proces difúze. Ve střevech je často obsažen zemní plyn ve formě takového „koktejlu“.

Nejprve si ale promluvíme o tom, z čeho se plyn skládá a co to je - zvažte chemické složení a fyzikální vlastnosti přírodního hořlavého plynu.

Chemické vlastnosti

Plyn extrahovaný ze střev, který se nazývá „přírodní“, je směsí různých plynů.

Ve složení je rozdělen do tří skupin složek:

• hořlavý- uhlovodíky;
• nehořlavý (předřadníky) - dusík, oxid uhličitý, kyslík, helium, vodní pára;
• škodlivé nečistoty - sirovodík a merkaptany.

První a hlavní skupinou je skupina uhlovodíků metanu (homologů) s počtem atomů uhlíku od 1 do 5. Největší procento ve směsi je metan (od 70 do 98%) s jedním atomem uhlíku. Obsah dalších plynů (ethan, propan, butan, pentan) je v rozmezí od jednotek do desetin procenta.

Plyn produkovaný z polí se vyznačuje vysokou koncentrací metanu. V přidružené, extrahované z ropy, je podíl metanu mnohem nižší: 30 - 60% a homologů vyšší: 10 - 20%

Kromě uhlovodíků mohou být ve směsi přítomny nehořlavé látky v malém množství: sirovodík, dusík, oxid uhličitý, oxid uhelnatý, vodík a další. V závislosti na poli se však podíly uhlovodíků, jakož i složení jiných plynů, mohou výrazně lišit.

Fyzikální vlastnosti plynu

Podle fyzikálních vlastností metanu CH₄ bezbarvé a bez zápachuvelmi hořlavý. Při koncentracích ve vzduchu více než 4,5% - výbušný. Tato vlastnost v kombinaci s nedostatkem zápachu představuje velkou hrozbu a problém. Zejména v dolech, protože metan je absorbován uhlím.

V článku jsme psali o příčinách výbuchu plynu v domácích podmínkách tyto věci.

Aby byl plyn cítit, před přepravou se do něj přidávají speciální látky s nepříjemným zápachem, zápachy. Nejčastěji se jedná o sloučeniny obsahující síru - ethanethiol nebo ethylmerkaptan. Znečištěná frakce je zvolena tak, že únik je patrný při koncentraci plynu 1%.

Hlavní výhodou modrého paliva je jeho vysoká měrná teplota spalování - 39 MJ / kg. V tomto případě se uvolňují neškodné látky: voda a oxid uhličitý. To je také důležitý faktor, který umožňuje použití metanu v každodenním životě.

Odkud pochází plyn ze střev Země?

Přestože se lidé naučili používat plyn před více než 200 lety, zatím neexistuje shoda o tom, odkud plyn pochází ze střev Země.

Základní teorie původu

Existují dvě hlavní teorie jeho původu:

• minerální, vysvětlování tvorby plynu procesy odplyňování uhlovodíků z hlubších a hustších vrstev Země a jejich zvyšování do oblastí s nižším tlakem;
• organický (biogenní), podle kterého je plyn produktem rozkladu zbytků živých organismů za podmínek vysokého tlaku, teploty a nedostatku vzduchu.

V terénu může být plyn ve formě samostatného shluku, plynového uzávěru, roztoku v oleji nebo vodě nebo hydrátů plynu. Ve druhém případě jsou ložiska umístěna v porézních horninách mezi plynotěsnými vrstvami hlíny. Nejčastěji se jedná o zhutněné pískovce, uhličitany, vápence.

Podíl konvenčních plynových polí je pouze 0,8%. O něco větší procento připadá na hluboký, uhlí a břidlicový plyn - od 1, 4 do 1,9%. Nejběžnějšími typy ložisek jsou plyny a hydráty rozpuštěné ve vodě - přibližně ve stejných poměrech (každý 46,9%)

Protože je plyn lehčí než ropa a voda je těžší, je poloha fosilií v nádrži vždy stejná: plyn je na vrcholu oleje a voda podporuje celé ropné a plynové pole zespodu.

Plyn v nádrži je pod tlakem. Čím hlouběji jsou vklady, tím vyšší je. V průměru na každých 10 metrů je zvýšení tlaku 0,1 MPa. Existují neobvykle vysokotlaké formace. Například u ložisek Achimov z ložiska Urengoy dosahuje 600 atmosfér a výše s hloubkou 3800 až 4500 m.

Zajímavá fakta a hypotézy

Není to tak dávno, co se věřilo, že světové zásoby ropy a plynu by měly být vyčerpány již na začátku XXI. Století. Například o tom v roce 1965 napsal autoritativní americký geofyzik Hubbert.

Mnoho zemí stále zvyšuje produkci plynu. Neexistují žádné skutečné známky toho, že by zásoby uhlovodíků docházely.

Podle doktora geologických a mineralogických věd V.V. Polevanova, takové mylné představy jsou způsobeny skutečností, že teorie organického původu ropy a zemního plynu je stále všeobecně přijímána a vlastní mysl většiny vědců. I když stále D.I. Mendeleev zdůvodnil teorii anorganického hlubokého původu ropy, a to bylo prokázáno Kudryavtsevem a V.R. Larine.

Ale mnoho faktů hovoří proti organickému původu uhlovodíků.

Zde jsou některé z nich:

• ložiska jsou objevena v hloubkách až 11 km, v krystalických základech, kde existence organické hmoty nemůže být ani teoreticky;
• pomocí organické teorie lze vysvětlit pouze 10% uhlovodíkových rezerv, zbývajících 90% je nevysvětlitelných;
• kosmická sonda Cassini objevená v roce 2000 na satelitu obřích uhlovodíkových zdrojů Saturn Titan ve formě jezer, o několik řádů vyšší než Země.

Hypinéza předložená Larinem původně hydridové Země vysvětluje původ uhlovodíků reakcí vodíku s uhlíkem v hlubinách Země a následným odplyněním metanu.

Podle ní neexistují žádná prastará jurská ložiska. Veškerá ropa a plyn se mohly tvořit v rozmezí od 1 do 15 000 let. Jak postupuje výběr, zásoby se mohou postupně doplňovat, jak je vidět na dlouho rozvinutých a opuštěných ropných polích.

Jak je těžba a doprava?

Proces těžby zemního hořlavého plynu začíná konstrukcí studní. V závislosti na výskytu plynové vrstvy může jejich hloubka dosáhnout 7 km. Jak vrtání postupuje, trubka (plášť) je spuštěna do studny. Aby se zabránilo úniku plynu prostorem mezi trubkou a stěnami studny, provádí se injektáž - vyplnění mezery hlínou nebo cementem.

Na konci konstrukce je vrtná souprava odstraněna a na hlavu skříně je instalováno plnicí zařízení. Jedná se o konstrukci ventilů a ventilů, slouží k výběru plynu ze studny.

Počet jamek může být poměrně velký.

K fontánovým armaturám je přiřazeno několik funkcí: drží hadicové potrubí zavěšené ve studně, řídí provozní režimy, měří parametry vnější a vnitřní části studny

Celý výrobní cyklus zemního plynu probíhá ve třech fázích:

1. Rozvoj plynového pole. V důsledku vrtání se vytvoří tlakový rozdíl. Z tohoto důvodu se plyn pohybuje skrz nádrž do studní.
2. Provoz plynových vrtů. V této fázi plyn prochází skrz pouzdro.
3. Sběr a příprava na přepravu. Plyn ze všech fontánových armatur je dodáván do speciálních technologických komplexů úpraven plynu. Jsou to suchý plyn čištění od škodlivých nečistot.

I malé koncentrace sirovodíku, vodní páry nebo částicových látek vedou k rychlé korozi, tvorbě hydrátů a mechanickému poškození vnitřního povrchu potrubí.

Závěrečná příprava na přepravu probíhá v centrále. Zahrnuje následné zpracování a odstranění uhlovodíkového kondenzátu, ochlazení plynu za účelem snížení jeho objemu.

Hlavním typem přepravy plynu na velké vzdálenosti je plynové potrubí. Je to systém složitých inženýrských struktur od samotných potrubí k podzemní úložiště.

V konečném bodě dálnice jsou rozvodny plynu (GDS). Zde dochází k poslednímu čištění od nečistot prachu a kapalin, tlak je snížen na úroveň požadovanou spotřebiteli, je stabilizován, je zohledněna spotřeba plynu a je přidán zápach.

Dalším běžným typem přepravy metanu je námořní přeprava zvláštními plavidly - dopravci plynu.

Obrovské kulové nádrže nedovolí, aby byl plynový nosič zaměňován s jinými typy plavidel. Jsou to termózy, které udržují konstantní požadovanou teplotu pro kapalný metan -163 ° С

Přeměna plynu do kapalného stavu se provádí ve speciálních LNG zařízeních. Proces probíhá ve dvou stupních: nejprve se metan ochladí na -50 ° C a poté na -163 ° C. Současně se jeho objem snižuje o 600krát.

Zpracování a oblast působnosti

Jeho hlavní použití určuje vysoká hořlavost zemního plynu. Používá se ve formě paliva v továrnách, továrnách, tepelných elektrárnách, kotelnách, institucích, v obytných budovách, zemědělských zařízeních a mnoha dalších. Doporučujeme si přečíst pravidla domácí plyn.

Produkce a rafinace ropy je vždy doprovázena uvolňováním přidruženého plynu. V některých případech mohou být jeho objemy působivé a až 300 kubických metrů na metr krychlový ropy.

Existuje však mnoho polí, ve kterých se zemní plyn nepoužívá, ale vzplane. Například v celém Rusku se tak ztratí až 25% užitečných surovin.

Část přidruženého plynu je dodávána do zařízení na zpracování plynu. Z toho se získá vyčištěný suchý plyn, který se používá k zahřívání. Další cennou složkou je směs lehkých uhlovodíků.

Diagram ukazuje obecný obrázek procesu zpracování vyrobeného plynu. Role konečných produktů pro moderní chemický průmysl je obtížné přeceňovat

Ve zvláštních instalacích se pak dělí na zlomky. Výsledkem jsou uhlovodíky, jako je propan, butan, isobutan, pentan. Snížení objemu, snadná přeprava a skladování zkapalněný.

Převod automobilů na plyn se rychle vyplatí a přináší hmatatelné úspory nákladů. Rozšíření sítě čerpacích stanic přispívá k nárůstu vozového parku automobilů s HBO. Vyhrají nejen řidiči, ale také chodci, kteří nemusí dýchat škodlivé výfukové plyny

Pro vytápění domů se používá propan a butan. lahvový plyn buď pro automobily. Většina z nich však jde o další zpracování v petrochemických závodech.

Vysokoteplotním ohřevem (pyrolýza) se z nich získají hlavní suroviny pro všechny syntetické materiály - monomery: ethylen, propylen, butadien. Působením katalyzátorů jsou sloučeny do polymerů. Výstup produkuje takové cenné materiály jako guma, PVC, polyethylen a mnoho dalších.

Závěry a užitečné video na toto téma

Dokumentární film o plynu je přístupný a jasný:

Tento tréninkový film je určen pro přepravu plynových kufrů:

O zemním plynu stále nevíme vše - jeho původ je stále plný mnoha záhad. Doufáme, že modré palivo je skutečně nevyčerpatelným darem, který bude stačit pro nás a naše potomky.

Máte otázky po přečtení výše uvedeného materiálu? Nebo chcete článek doplnit užitečnými komentáři, zajímavými fakty nebo fotografiemi? Napište své připomínky, klást otázky, účastnit se diskuse - formulář zpětné vazby je umístěn níže.