Totul despre gazul natural: compoziția și proprietățile, producția și utilizarea gazelor naturale

Procesul de extracție a combustibilului albastru

Înainte de producerea de gaze este procesul de explorare geologică. Ele vă permit să determinați cu exactitate volumul și natura apariției depozitului. În prezent, se folosesc mai multe metode de recunoaștere.

Gravitația - pe baza calculului masei rocilor. Straturile care conțin gaze se caracterizează printr-o densitate semnificativ mai mică.

Magnetic – ia în considerare permeabilitatea magnetică a rocii. Prin sondajul aeromagnetic este posibilă obținerea unei imagini complete a depozitelor de până la 7 km adâncime.

Scopul acestei tehnici

Seismică - folosește radiația care se reflectă la trecerea prin intestine. Acest ecou este capabil să prindă instrumente speciale de măsurare.

Geochimic - compoziția apelor subterane este studiată cu determinarea conținutului în ele de substanțe asociate câmpurilor de gaze.

Forarea este cea mai eficientă metodă, dar în același timp și cea mai scumpă dintre cele enumerate. Prin urmare, înainte de folosirea lui, este necesar un studiu preliminar al rocilor.

Metode de foraj puţ pentru producția de gaze naturale

După ce zăcământul este determinat și sunt estimate volumele preliminare de zăcăminte, procesul de producere a gazelor decurge direct. Sondele sunt forate până la adâncimea stratului mineral. Pentru a distribui uniform presiunea combustibilului albastru în creștere, puțul este realizat cu o scară sau telescopic (ca un telescop).

Fântâna este întărită cu țevi de tubaj și cimentată. Pentru a reduce uniform presiunea și a accelera procesul de producere a gazelor, mai multe puțuri sunt forate simultan într-un câmp. Creșterea gazului prin puț se realizează într-un mod natural - gazul se deplasează într-o zonă de presiune mai mică.

Deoarece gazul conține diverse impurități după extracție, următorul pas este purificarea acestuia. Pentru a asigura acest proces, în apropierea câmpurilor se construiesc instalații industriale adecvate pentru purificarea și prelucrarea gazelor.

Sistem de purificare a gazelor naturale

Exploatare folosind mine de cărbune

Cusăturile de cărbune conțin o cantitate mare de metan, a cărui extracție nu numai că face posibilă obținerea de combustibil albastru, dar asigură și funcționarea în siguranță a întreprinderilor miniere de cărbune. Această metodă este utilizată pe scară largă în SUA.

Principalele direcții de utilizare și prelucrare a metanului

Metoda de fracturare hidraulică

Când se produce gaz prin această metodă, prin puț se injectează un curent de apă sau aer.Astfel, gazul este deplasat.

Această metodă poate provoca instabilitate seismică a rocilor sparte, deci este interzisă în unele state.

Caracteristicile mineritului subacvatic

Pentru prima dată în Rusia, producția de gaze la zăcământul Kirinskoye se realizează folosind un complex de producție subacvatic

Rezervele de gaze sunt prezente, cu excepția terenurilor și sub apă. Țara noastră are zăcăminte subacvatice extinse. Producția subacvatică se realizează folosind platforme gravitaționale grele. Sunt situate pe o bază sprijinită pe fundul mării. Forarea puțului se realizează cu coloane amplasate pe bază. Rezervoarele sunt amplasate pe platforme pentru a stoca gazul extras. Acesta este apoi transportat la uscat printr-o conductă.

Aceste platforme asigură prezența constantă a persoanelor care efectuează întreținerea complexului. Numărul poate fi de până la 100 de persoane. Aceste facilități sunt echipate cu alimentare autonomă, o platformă pentru elicoptere și spații pentru personal.

Când depozitele sunt situate în apropierea țărmului, puțurile sunt executate oblic. Încep pe uscat, lăsând baza sub raftul mării. Producția și transportul gazelor se realizează în mod standard.

Originea gazelor naturale:

Există două teorii ale originii gazelor naturale: teoria biogenă (organică) și teoria abiogenă (anorganică, minerală).

Pentru prima dată, teoria biogenă a originii gazelor naturale a fost exprimată în 1759 de M.V. Lomonosov. În trecutul geologic îndepărtat al Pământului, organismele vii moarte (plante și animale) s-au scufundat pe fundul corpurilor de apă, formând sedimente mâloase. Ca rezultat al diferitelor procese chimice, acestea s-au descompunet într-un spațiu fără aer.Din cauza mișcării scoarței terestre, aceste rămășițe s-au scufundat din ce în ce mai adânc, unde, sub influența temperaturii ridicate și a presiunii înalte, s-au transformat în hidrocarburi: gaze naturale și petrol. Hidrocarburile cu greutate moleculară mică (adică gazul natural propriu-zis) s-au format la temperaturi și presiuni mai ridicate. Hidrocarburi cu molecul mare - ulei - la mai mici. Hidrocarburile, pătrunzând în golurile scoarței terestre, au format depozite de zăcăminte de petrol și gaze. De-a lungul timpului, aceste depozite organice și hidrocarburi au coborât adânc până la o adâncime de la un kilometru până la câțiva kilometri - au fost acoperite cu straturi de roci sedimentare sau sub influența mișcărilor geologice ale scoarței terestre.

Teoria minerală a originii gazelor naturale și petrolului a fost formulată în 1877 de D.I. Mendeleev. El a pornit de la faptul că hidrocarburile se pot forma în intestinele pământului la temperaturi și presiuni ridicate ca urmare a interacțiunii aburului supraîncălzit și a carburilor de metale grele topite (în primul rând fier). În urma reacțiilor chimice, se formează oxizi de fier și alte metale, precum și diferite hidrocarburi în stare gazoasă. În acest caz, apa pătrunde adânc în intestinele Pământului prin fisuri-defecțiuni din scoarța terestră. Hidrocarburile rezultate, fiind în stare gazoasă, se ridică la rândul lor prin aceleași fisuri și falii până în zona de cea mai mică presiune, formând în cele din urmă depozite de gaze și petrol. Acest proces, conform D.I. Mendeleev și susținătorii ipotezei, se întâmplă tot timpul. Prin urmare, reducerea rezervelor de hidrocarburi sub formă de petrol și gaze nu amenință omenirea.

Metan

În plus, metanul se găsește și în minele de cărbune, unde, datorită naturii sale explozive, reprezintă o amenințare serioasă pentru mineri. Metanul este cunoscut și sub formă de excreții în mlaștini - gaz de mlaștină.

În funcție de conținutul de metan și alte gaze de hidrocarburi (grele) din seria metanului, gazele sunt împărțite în uscate (sărace) și grase (bogate).

• Gazele uscate includ gaze cu compoziție în principal metanică (până la 95 - 96%), în care conținutul altor omologi (etan, propan, butan și pentan) este nesemnificativ (fracții de procent). Ele sunt mai caracteristice zăcămintelor pur gazoase, unde nu există surse de îmbogățire în componentele lor grele care fac parte din petrol.
• Gazele umede sunt gaze cu un conținut ridicat de compuși ai gazului „grei”. Pe lângă metan, ele conțin zeci de procente de etan, propan și compuși cu greutate moleculară mai mare până la hexan. Amestecurile grase sunt mai caracteristice gazelor asociate care însoțesc depozitele de petrol.

Gazele combustibile sunt însoțitori obișnuiți și naturali ai petrolului în aproape toate zăcămintele sale cunoscute, de exemplu. petrolul și gazele sunt inseparabile datorită compoziției lor chimice aferente (hidrocarburilor), originii comune, condițiilor de migrare și acumulare în capcane naturale de diferite tipuri.

O excepție sunt așa-numitele uleiuri „mort”. Acestea sunt uleiuri apropiate de suprafața zilei, complet degazate din cauza evaporării (volatilizării) nu numai a gazelor, ci și a fracțiunilor ușoare ale uleiului în sine.

Un astfel de ulei este cunoscut în Rusia la Ukhta. Este un ulei greu, vâscos, oxidat, aproape nefluid, care este produs prin metode miniere neconvenționale.

Zăcămintele pur de gaze sunt larg răspândite în lume, unde nu există petrol, iar gazul se află la baza apelor de formare. În Rusia, în Siberia de Vest au fost descoperite zăcăminte super-gigant de gaze: Urengoyskoye cu rezerve de 5 trilioane de metri cubi. m3, Yamburgskoye - 4,4 trilioane. m3, Zapolyarnoye - 2,5 trilioane. m3, Medvezhye - 1,5 trilioane. m3.

Cu toate acestea, zăcămintele de petrol și gaze și zăcămintele petroliere sunt cele mai răspândite. Împreună cu petrolul, gazul apare fie în capacele de gaz, adică. peste ulei, sau în stare dizolvată în ulei. Apoi se numește gaz dizolvat. În esență, uleiul cu gaz dizolvat în el este similar cu băuturile carbogazoase. La presiuni mari de rezervor, cantități semnificative de gaz sunt dizolvate în ulei, iar atunci când presiunea scade la presiunea atmosferică în timpul procesului de producție, uleiul este degazat, adică. gazul este eliberat rapid din amestecul de motorină. Un astfel de gaz se numește gaz asociat.

Însoțitorii naturali ai hidrocarburilor sunt dioxidul de carbon, hidrogenul sulfurat, azotul și gazele inerte (heliu, argon, kripton, xenon) prezente în el ca impurități.

transport

Pregatirea gazelor pentru transport

În ciuda faptului că în unele domenii gazul are o compoziție de calitate excepțional de înaltă, în general, gazul natural nu este un produs finit. În plus față de nivelurile componentelor țintă (unde componentele țintă pot varia în funcție de utilizatorul final), gazul conține impurități care îngreunează transportul și sunt nedorite în utilizare.

De exemplu, vaporii de apă se pot condensa și se pot acumula în diferite locuri ale conductei, cel mai adesea se îndoaie, interferând astfel cu mișcarea gazului.Hidrogenul sulfurat este un agent extrem de coroziv care afectează negativ conductele, echipamentele asociate și rezervoarele de stocare.

În acest sens, înainte de a fi trimis la conducta principală de petrol sau la uzina petrochimică, gazul trece prin procedura de preparare la uzina de procesare a gazelor (GPP).

Prima etapă a pregătirii este curățarea de impurități nedorite și uscarea. După aceea, gazul este comprimat - comprimat la presiunea necesară procesării. În mod tradițional, gazele naturale sunt comprimate la o presiune de 200-250 bari, ceea ce are ca rezultat o reducere de 200-250 de ori a volumului ocupat.

Urmează etapa de topping: la instalațiile speciale, gazul este separat în benzină instabilă și gaz topit. Este gazul stripat care este trimis către gazoductele principale și producția petrochimică.

Benzina naturală instabilă este alimentată către instalațiile de fracționare a gazelor, de unde se extrag hidrocarburi ușoare: etan, propan, butan, pentan. Aceste substanțe sunt, de asemenea, materii prime valoroase, în special pentru producția de polimeri. Iar un amestec de butan și propan este un produs gata preparat folosit, în special, ca combustibil de uz casnic.

conducta de gaz

Principalul tip de transport al gazelor naturale este pomparea acestuia prin conductă.

Diametrul standard al unei conducte principale de gaz este de 1,42 m. Gazul din conductă este pompat sub o presiune de 75 atm. Pe măsură ce se deplasează de-a lungul conductei, gazul pierde treptat energie datorită depășirii forțelor de frecare, care este disipată sub formă de căldură. În acest sens, la anumite intervale, pe conducta de gaze se construiesc stații speciale de pompare de compresoare. Pe ele, gazul este comprimat la presiunea necesară și răcit.

Pentru livrarea directă către consumator, conductele de diametru mai mic sunt deviate de la conducta principală de gaze - rețelele de distribuție a gazelor.

conducta de gaz

Transportul GNL

Ce să faci cu zonele greu accesibile situate departe de principalele conducte de gaz? În astfel de zone, gazul este transportat în stare lichefiată (gaz natural lichefiat, GNL) în rezervoare criogenice speciale pe mare și pe uscat.

Pe mare, gazul lichefiat este transportat pe transportoare de gaze (cisterne GNL), nave echipate cu rezervoare izoterme.

GNL este transportat și prin transport terestru, atât feroviar, cât și rutier. Pentru aceasta se folosesc rezervoare speciale cu pereți dubli care pot menține temperatura necesară pentru un anumit timp.

De unde provine gazele din intestinele pământului?

Deși oamenii au învățat să folosească gazul în urmă cu mai bine de 200 de ani, încă nu există un consens asupra de unde provine gazul din intestinele pământului.

Principalele teorii ale originii

Există două teorii principale ale originii sale:

• mineral, explicând formarea gazului prin procesele de degazare a hidrocarburilor din straturile mai adânci și mai dense ale pământului și ridicarea acestora în zone cu presiune mai mică;
• organic (biogenic), conform căruia gazul este un produs de descompunere al rămășițelor organismelor vii în condiții de presiune ridicată, temperatură și lipsă de aer.

În teren, gazul poate fi sub formă de acumulare separată, un capac de gaz, o soluție în ulei sau apă sau hidrați de gaz. În acest din urmă caz, depozitele sunt situate în roci poroase între straturi de argilă etanșe la gaz.Cel mai adesea, astfel de roci sunt gresie compactă, carbonați, calcare.

Ponderea zăcămintelor de gaze convenționale este de doar 0,8%. Un procent puțin mai mare este reprezentat de gazele de adâncime, cărbune și șist - de la 1,4 la 1,9%. Cele mai comune tipuri de depozite sunt gazele dizolvate în apă și hidrații - aproximativ în proporții egale (46,9% fiecare)

Deoarece gazul este mai ușor decât petrolul și apa este mai grea, poziția fosilelor în rezervor este întotdeauna aceeași: gazul este deasupra petrolului, iar apa susține întregul zăcământ de petrol și gaze de jos.

Gazul din rezervor este sub presiune. Cu cât depozitul este mai adânc, cu atât este mai mare. În medie, la fiecare 10 metri, creșterea presiunii este de 0,1 MPa. Există straturi cu presiune anormal de mare. De exemplu, în depozitele Achimov din câmpul Urengoyskoye, atinge 600 de atmosfere și mai mult la o adâncime de 3800 până la 4500 m.

Fapte și ipoteze interesante

Nu cu mult timp în urmă, se credea că rezervele mondiale de petrol și gaze ar trebui să fie epuizate deja la începutul secolului al XXI-lea. De exemplu, geofizicianul american de autor Hubbert a scris despre asta în 1965.

Până în prezent, multe țări continuă să crească ritmul producției de gaze. Nu există semne reale că rezervele de hidrocarburi se epuizează

Potrivit doctorului în științe geologice și mineralogice V.V. Polevanov, astfel de concepții greșite sunt cauzate de faptul că teoria originii organice a petrolului și gazelor este încă general acceptată și deține mintea majorității oamenilor de știință. Deși D.I. Mendeleev a fundamentat teoria originii anorganice profunde a petrolului, iar apoi a fost demonstrată de Kudryavtsev și V.R. Larin.

Dar multe fapte vorbesc împotriva originii organice a hidrocarburilor.

Iată câteva dintre ele:

• s-au descoperit depozite la adâncimi de până la 11 km, în fundații cristaline, unde existența materiei organice nu poate fi nici măcar teoretică;
• folosind teoria organică, doar 10% din rezervele de hidrocarburi pot fi explicate, restul de 90% sunt inexplicabile;
• Sonda spațială Cassini a descoperit în 2000 pe luna lui Saturn, Titan, resurse de hidrocarburi uriașe sub formă de lacuri cu câteva ordine de mărime mai mari decât cele de pe Pământ.

Ipoteza unui Pământ inițial hidrură propusă de Larin explică originea hidrocarburilor prin reacția hidrogenului cu carbonul în adâncurile pământului și degazarea ulterioară a metanului.

Potrivit ei, nu există depozite antice din perioada jurasică. Tot petrolul și gazele s-ar fi putut forma între 1.000 și 15.000 de ani în urmă. Pe măsură ce rezervele sunt retrase, acestea se pot completa treptat, ceea ce se vede în câmpurile petroliere epuizate și abandonate de mult timp.

Clasificare și proprietăți

Gazele naturale sunt împărțite în 3 categorii principale. Ele sunt descrise de următoarele caracteristici:

1. Exclude prezența hidrocarburilor cu mai mult de 2 compuși de carbon. Se numesc uscate și se obțin numai în acele locuri care sunt destinate extracției.
2. Alături de materiile prime primare se produc gaz lichefiat și uscat și benzină gazoasă amestecate între ele.
3. Conține o cantitate mare de hidrocarburi grele și gaz uscat. Există, de asemenea, un procent mic de impurități. Se extrage din depozite de tip gaz condensat.

Gazul natural este considerat o compoziție mixtă, în care există mai multe subspecii ale substanței. Din acest motiv, nu există o formulă exactă pentru componentă. Principalul este metanul, care conține mai mult de 90%. Este cel mai rezistent la temperatură. Mai ușor decât aerul și ușor solubil în apă.Când este ars în aer liber, se produce o flacără albastră. Cea mai puternică explozie are loc dacă combini metanul cu aerul într-un raport de 1:10. Dacă o persoană inhalează o concentrație mare din acest element, atunci sănătatea sa poate fi afectată.

Este folosit ca materie primă și combustibil industrial. De asemenea, este utilizat în mod activ pentru a obține nitrometan, acid formic, freoni și hidrogen. Odată cu ruperea legăturilor de hidrocarburi sub influența curentului și a temperaturilor, se obține acetilena folosită în industrie. Acidul cianhidric se formează atunci când amoniacul este oxidat cu metan.

Compoziția gazelor naturale are următoarea listă de componente:

1. Etanul este o substanță gazoasă incoloră. Când arde, luminează slab. Practic nu se dizolvă în apă, dar în alcool poate într-un raport de 3:2. Nu a fost folosit ca combustibil. Scopul principal de utilizare este producerea de etilenă.
2. Propanul este un tip de combustibil bine folosit, care nu se dizolvă în apă. În timpul arderii, se eliberează o cantitate mare de căldură.
3. Butan - cu un miros specific, toxicitate scăzută. Are un efect negativ asupra sănătății umane: poate afecta sistemul nervos, provoacă aritmie și asfixie.
4. Azotul poate fi utilizat pentru a menține presiunea corespunzătoare în foraje. Pentru a obține acest element, este necesar să se lichefieze aerul și să-l separă prin distilare. Este folosit pentru fabricarea amoniacului.
5. Dioxid de carbon - compusul poate trece în stare gazoasă din stare solidă la presiunea atmosferică.Se găsește în aer și în izvoarele minerale și este, de asemenea, eliberat atunci când creaturile respiră. Este un aditiv alimentar.
6. Hidrogenul sulfurat este un element destul de toxic. Poate afecta negativ funcționarea sistemului nervos uman. Are un miros de ouă putrezite, un gust dulceag și este incolor. Foarte solubil în etanol. Nu reactioneaza cu apa. Necesar pentru producerea de sulfiți, acid sulfuric și sulf.
7. Heliul este considerat o substanță unică. Se poate acumula în scoarța terestră. Se obtine prin congelarea gazelor in care este inclus. Când se află în stare gazoasă, nu se manifestă în exterior, în stare lichidă poate afecta țesuturile vii. Nu este capabil să explodeze și să se aprindă. Dar dacă există o concentrație mare a acestuia în aer, poate duce la sufocare. Folosit pentru umplerea aeronavelor și baloanelor, atunci când lucrați cu suprafețe metalice.
8. Argonul este un gaz fără caracteristici externe. Se folosește la tăierea și sudarea pieselor metalice, precum și pentru a crește durata de valabilitate a produselor alimentare (datorită acestei substanțe, apa și aerul sunt deplasate).

Proprietățile fizice ale unei resurse naturale sunt următoarele: temperatura de ardere spontană este de 650 de grade Celsius, densitatea gazului natural este de 0,68-0,85 (în stare gazoasă) și 400 kg/m3 (lichid). Când sunt amestecate cu aer, concentrațiile de 4,4-17% sunt considerate explozive. Cifra octanica a fosilei este 120-130. Se calculează pe baza raportului dintre componentele inflamabile și cele care sunt greu de oxidat în timpul compresiei. Puterea calorică este aproximativ egală cu 12 mii de calorii pe 1 metru cub. Conductivitatea termică a gazului și a uleiului este aceeași.

Când se adaugă aer, o sursă naturală se poate aprinde rapid. În condiții casnice, se ridică până la tavan. Acolo începe focul. Acest lucru se datorează ușurinței metanului. Dar aerul este de aproximativ 2 ori mai greu decât acest element.

Metode de prelucrare a gazelor naturale

Înainte de a furniza gaze naturale gazoductului principal, această materie primă nu trebuie purificată în continuare, acest avantaj față de petrol (care trebuie supus unui tratament primar înainte de a fi alimentat în conducta de petrol), rezultând economii semnificative la costurile de transport.

Înainte de a obține compoziția chimică și de producție finală, amestecul de gaze este supus unei prelucrări secundare la uzinele din industria chimică, care, în funcție de tehnologiile utilizate, se împarte în metode principale și secundare de prelucrare a gazelor.

prelucrare fizică

Această metodă se bazează pe indicatori fizici și energetici. Materialul fosil extras este supus unei compresiuni profunde și este separat în fracțiuni prin expunerea la temperaturi ridicate.

În timpul trecerii de la temperaturi scăzute la înalte, materiile prime sunt curățate intens de impurități. Utilizarea compresoarelor puternice permite prelucrarea la locul de producere a gazului. La pomparea gazului dintr-o formațiune cu ulei, se folosesc pompe de ulei, care sunt relativ ieftine.

Proprietățile gazelor naturale

Utilizarea reacțiilor chimice

În timpul prelucrării chimico-catalitice au loc procese asociate cu trecerea metanului în gaz sintetizat, urmate de procesare. Metodele chimice implică utilizarea a două metode:

• abur, conversie de dioxid de carbon;
• oxidare parțială.

Această din urmă metodă este cea mai economisitoare de energie și cea mai convenabilă, deoarece viteza reacției chimice în timpul oxidării parțiale este destul de mare și nu este nevoie să folosiți catalizatori suplimentari.

Utilizarea temperaturilor ridicate și scăzute ca instrument de influențare a materiilor prime fosile se numește o metodă termochimică de prelucrare a gazelor naturale. Sub influența temperaturii asupra acestei materii prime se formează compuși chimici precum etilena, propilena etc.. Complexitatea acestui tip de prelucrare constă în utilizarea unor echipamente capabile să producă căldură până la 11 mii de grade în timp ce crește presiunea până la trei atmosfere.

Tehnologiile moderne de procesare a gazelor naturale folosesc sinteza suplimentară a metanului, care dublează cantitatea de hidrogen produsă. Hidrogenul este o materie primă naturală din care este izolat amoniacul, care este un material pentru producerea de acid azotic, componente de amoniu, anilină etc.