Όλα για το φυσικό αέριο: σύνθεση και ιδιότητες, παραγωγή και χρήση φυσικού αερίου

Λόγω της υψηλής ενεργειακής του απόδοσης και της φιλικότητας προς το περιβάλλον, το φυσικό αέριο, μαζί με το πετρέλαιο, είναι υψίστης σημασίας.Χρησιμοποιείται ευρέως ως καύσιμο και επίσης χρησιμεύει ως πολύτιμη πρώτη ύλη για τη χημική βιομηχανία.

Και παρόλο που η χρήση του αερίου έχει γίνει καθημερινή και οικεία, εξακολουθεί να παραμένει μια πολύπλοκη και μάλλον επικίνδυνη ουσία - για να μπει στον καυστήρα μιας συσκευής αερίου, περνά από μια μακρά και πολύπλοκη διαδρομή.

Στο άρθρο θα αναλύσουμε τα κύρια θέματα που σχετίζονται με το φυσικό εύφλεκτο αέριο - θα μιλήσουμε για τη σύνθεση και τις ιδιότητές του, θα περιγράψουμε τα στάδια παραγωγής, μεταφοράς και επεξεργασίας αερίου και το πεδίο εφαρμογής του. Ας εξετάσουμε σύγχρονες ιδέες για την προέλευση των αποθεμάτων υδρογονανθράκων, ενδιαφέροντα γεγονότα και υποθέσεις.

Τι είναι το φυσικό εύφλεκτο αέριο;

Υπάρχει η άποψη ότι το αέριο βρίσκεται υπόγεια σε κενά και εξάγεται εύκολα από εκεί, για το οποίο αρκεί να ανοίξετε ένα πηγάδι. Αλλά στην πραγματικότητα, όλα είναι πολύ πιο περίπλοκα: το αέριο μπορεί να βρίσκεται μέσα σε ένα πορώδες πέτρωμα, μπορεί να διαλυθεί σε νερό, υγρούς υδρογονάνθρακες και πετρέλαιο.

Για να καταλάβουμε γιατί συμβαίνει αυτό, αρκεί να θυμηθούμε ότι η λέξη «αέριο» προέρχεται από την ελληνική «χάος», το οποίο αντανακλά την αρχή της συμπεριφοράς μιας ουσίας. Στην αέρια κατάσταση, τα μόρια κινούνται χαοτικά, προσπαθώντας να γεμίσουν ομοιόμορφα ολόκληρο τον πιθανό όγκο. Λόγω αυτού, είναι σε θέση να διεισδύσουν και να διαλυθούν σε άλλες ουσίες, συμπεριλαμβανομένων πυκνότερων υγρών και ορυκτών. Η υψηλή πίεση και θερμοκρασία ενισχύουν σημαντικά τη διαδικασία διάχυσης.Συχνά είναι με τη μορφή ενός τέτοιου «κοκτέιλ» που το φυσικό αέριο περιέχεται στο υπέδαφος.

Αλλά πρώτα, ας μιλήσουμε για το από τι αποτελείται το αέριο και τι είναι - ας δούμε τη χημική σύνθεση και τις φυσικές ιδιότητες του φυσικού εύφλεκτου αερίου.

Χαρακτηριστικά της χημικής σύνθεσης

Το αέριο που εξάγεται από το υπέδαφος, το οποίο ονομάζεται «φυσικό», είναι ένα μείγμα διαφορετικών αερίων.

Σύμφωνα με τη σύνθεσή του, χωρίζεται σε τρεις ομάδες συστατικών:

• εύφλεκτος – υδρογονάνθρακες·
• μη εύφλεκτο (στραγγαλιστικά πηνία) – άζωτο, διοξείδιο του άνθρακα, οξυγόνο, ήλιο, υδρατμοί.
• επιβλαβής ακαθαρσίες – υδρόθειο και μερκαπτάνες.

Η πρώτη και κύρια ομάδα είναι ένα σύνολο υδρογονανθράκων μεθανίου (ομόλογα) με αριθμό ατόμων άνθρακα από 1 έως 5. Το μεγαλύτερο ποσοστό στο μείγμα είναι το μεθάνιο (από 70 έως 98%), το οποίο έχει ένα άτομο άνθρακα. Η περιεκτικότητα σε άλλα αέρια (αιθάνιο, προπάνιο, βουτάνιο, πεντάνιο) κυμαίνεται από μονάδες έως δέκατα τοις εκατό.

Το αέριο που εξάγεται από κοιτάσματα χαρακτηρίζεται από υψηλή συγκέντρωση μεθανίου. Στο υποπροϊόν που εξάγεται από το πετρέλαιο, η αναλογία μεθανίου είναι πολύ χαμηλότερη: 30 – 60%, και τα ομόλογα είναι υψηλότερα: 10 – 20%

Εκτός από τους υδρογονάνθρακες, το μείγμα μπορεί να περιέχει μη εύφλεκτες ουσίες σε μικρές ποσότητες: υδρόθειο, άζωτο, διοξείδιο του άνθρακα, μονοξείδιο του άνθρακα, υδρογόνο και άλλα. Όμως, ανάλογα με το πεδίο, οι αναλογίες των υδρογονανθράκων, όπως και η σύνθεση άλλων αερίων, μπορεί να ποικίλλουν σημαντικά.

Φυσικές ιδιότητες αερίου

Σύμφωνα με τις φυσικές ιδιότητες του μεθανίου CH₄ άχρωμο και άοσμο, πολύ εύφλεκτο. Σε συγκεντρώσεις αέρα άνω του 4,5% – εκρηκτικός. Αυτή η ιδιότητα, σε συνδυασμό με την έλλειψη οσμής, αποτελεί μεγάλη απειλή και πρόβλημα. Ειδικά στα ορυχεία, αφού το μεθάνιο απορροφάται από τον άνθρακα.

Γράψαμε για τα αίτια των εκρήξεων αερίου σε οικιακές συνθήκες στο αυτό το υλικό.

Για να δώσουν οσμή στο αέριο προκειμένου να ανιχνευθούν οι διαρροές του, προστίθενται σε αυτό ειδικές ουσίες με δυσάρεστη οσμή - οσμές πριν από τη μεταφορά. Τις περισσότερες φορές, αυτές είναι ενώσεις που περιέχουν θείο - αιθανοθειόλη ή αιθυλική μερκαπτάνη. Η αναλογία της ακαθαρσίας επιλέγεται έτσι ώστε η διαρροή να είναι αισθητή σε συγκέντρωση αερίου 1%.

Το κύριο πλεονέκτημα του μπλε καυσίμου είναι η υψηλή ειδική θερμότητα καύσης του - 39 MJ/kg. Αυτό απελευθερώνει αβλαβείς ουσίες: νερό και διοξείδιο του άνθρακα. Αυτός είναι επίσης ένας σημαντικός παράγοντας που επιτρέπει τη χρήση του μεθανίου στην καθημερινή ζωή

Από πού προέρχεται το αέριο στα βάθη της γης;

Αν και οι άνθρωποι έμαθαν να χρησιμοποιούν αέριο πριν από περισσότερα από 200 χρόνια, δεν υπάρχει ακόμη συναίνεση σχετικά με το από πού προέρχεται το αέριο στα έγκατα της γης.

Κύριες θεωρίες προέλευσης

Υπάρχουν δύο βασικές θεωρίες για την προέλευσή του:

• ορυκτό, που εξηγεί τον σχηματισμό αερίου από τις διαδικασίες απαέρωσης υδρογονανθράκων από βαθύτερα και πυκνότερα στρώματα της γης και την άνοδό τους σε ζώνες με χαμηλότερη πίεση.
• οργανικό (βιογενές), σύμφωνα με την οποία το αέριο είναι προϊόν της αποσύνθεσης των υπολειμμάτων ζωντανών οργανισμών υπό συνθήκες υψηλής πίεσης, θερμοκρασίας και έλλειψης αέρα.

Σε ένα πεδίο, το αέριο μπορεί να έχει τη μορφή χωριστής συσσώρευσης, καπακιού αερίου, διαλύματος σε πετρέλαιο ή νερό ή υδρίτες αερίου. Στην τελευταία περίπτωση, οι αποθέσεις βρίσκονται σε πορώδη πετρώματα μεταξύ αεριοστεγών στρωμάτων αργίλου. Τις περισσότερες φορές, τέτοια πετρώματα είναι συμπαγής ψαμμίτης, ανθρακικά άλατα και ασβεστόλιθοι.

Το μερίδιο των συμβατικών κοιτασμάτων αερίου είναι μόνο 0,8%. Ένα ελαφρώς μεγαλύτερο ποσοστό πέφτει στο βαθύ αέριο, τον άνθρακα και το σχιστολιθικό αέριο - από 1,4 έως 1,9%.Οι πιο συνηθισμένοι τύποι εναποθέσεων είναι τα διαλυμένα στο νερό αέρια και υδρίτες - σε περίπου ίσες αναλογίες (46,9% το καθένα)

Δεδομένου ότι το αέριο είναι ελαφρύτερο από το πετρέλαιο και το νερό είναι βαρύτερο, η θέση των ορυκτών στη δεξαμενή είναι πάντα η ίδια: το αέριο είναι πάνω από το πετρέλαιο και το νερό στηρίζει ολόκληρο το κοίτασμα πετρελαίου και φυσικού αερίου από κάτω.

Το αέριο στον σχηματισμό βρίσκεται υπό πίεση. Όσο πιο βαθιά είναι τα κοιτάσματα, τόσο υψηλότερα είναι. Κατά μέσο όρο, για κάθε 10 μέτρα, η αύξηση της πίεσης είναι 0,1 MPa. Υπάρχουν στρώματα με ασυνήθιστα υψηλή πίεση. Για παράδειγμα, στα κοιτάσματα Achimov του πεδίου Urengoy φτάνει τις 600 ατμόσφαιρες και υψηλότερα σε βάθος 3800 έως 4500 m.

Ενδιαφέροντα γεγονότα και υποθέσεις

Όχι πολύ καιρό πριν, πίστευαν ότι τα παγκόσμια αποθέματα πετρελαίου και φυσικού αερίου θα έπρεπε να εξαντληθούν στις αρχές του 21ου αιώνα. Για παράδειγμα, ο έγκυρος Αμερικανός γεωφυσικός Hubbert έγραψε για αυτό το 1965.

Μέχρι σήμερα, πολλές χώρες συνεχίζουν να αυξάνουν τον ρυθμό παραγωγής φυσικού αερίου. Δεν υπάρχουν πραγματικά σημάδια ότι τα αποθέματα υδρογονανθράκων εξαντλούνται

Σύμφωνα με τον Διδάκτωρ Γεωλογικών και Ορυκτολογικών Επιστημών V.V. Polevanova, τέτοιες λανθασμένες αντιλήψεις προκαλούνται από το γεγονός ότι η θεωρία της οργανικής προέλευσης του πετρελαίου και του φυσικού αερίου εξακολουθεί να είναι γενικά αποδεκτή και κυριαρχεί στο μυαλό των περισσότερων επιστημόνων. Αν και ακόμα D.I. Ο Mendeleev τεκμηρίωσε τη θεωρία της ανόργανης βαθιάς προέλευσης του πετρελαίου και στη συνέχεια αυτό αποδείχθηκε από τους Kudryavtsev και V.R. Larin.

Αλλά πολλά γεγονότα μιλούν ενάντια στην οργανική προέλευση των υδρογονανθράκων.

Εδώ είναι μερικά από αυτά:

• έχουν ανακαλυφθεί κοιτάσματα σε βάθη έως και 11 km, σε κρυσταλλικά υπόγεια, όπου η ύπαρξη οργανικής ύλης δεν μπορεί καν να είναι θεωρητικά δυνατή.
• Με τη βοήθεια της οργανικής θεωρίας, μόνο το 10% των αποθεμάτων υδρογονανθράκων μπορεί να εξηγηθεί, το υπόλοιπο 90% είναι ανεξήγητο.
• Ο διαστημικός ανιχνευτής Cassini ανακάλυψε το 2000 στο φεγγάρι του Κρόνου, Τιτάνα, γιγάντιους πόρους υδρογονανθράκων με τη μορφή λιμνών, αρκετές τάξεις μεγέθους μεγαλύτερου από εκείνους στη Γη.

Η υπόθεση μιας αρχικά υδριδικής Γης που προτάθηκε από τον Larin εξηγεί την προέλευση των υδρογονανθράκων μέσω της αντίδρασης υδρογόνου με άνθρακα στα βάθη της γης και της επακόλουθης απαέρωσης του μεθανίου.

Σύμφωνα με αυτήν, δεν υπάρχουν αρχαία κοιτάσματα της Ιουρασικής περιόδου. Όλο το πετρέλαιο και το φυσικό αέριο θα μπορούσαν να έχουν σχηματιστεί μεταξύ 1 και 15 χιλιάδων ετών. Καθώς προχωρά η επιλογή, τα αποθέματα μπορούν σταδιακά να αναπληρώνονται, κάτι που έχει παρατηρηθεί σε πετρελαιοπηγές που έχουν εξαντληθεί από καιρό και έχουν εγκαταλειφθεί.

Πώς γίνεται η εξόρυξη και η μεταφορά;

Η διαδικασία εξόρυξης φυσικού εύφλεκτου αερίου ξεκινά με την κατασκευή γεωτρήσεων. Ανάλογα με την εμφάνιση του σχηματισμού αερίου, το βάθος τους μπορεί να φτάσει τα 7 km. Καθώς προχωρά η γεώτρηση, ένας σωλήνας (περίβλημα) χαμηλώνεται στο φρεάτιο. Για να αποφευχθεί η διαφυγή αερίου μέσω του χώρου μεταξύ του σωλήνα και των τοιχωμάτων του φρεατίου, πραγματοποιείται απόφραξη - πλήρωση του κενού με πηλό ή τσιμέντο.

Στο τέλος της κατασκευής, αφαιρείται το αυλάκι και τοποθετείται το χριστουγεννιάτικο δέντρο στην κεφαλή του περιβλήματος. Είναι μια δομή βαλβίδων πύλης και χρησιμοποιείται για την εξαγωγή αερίου από το πηγάδι.

Ο αριθμός των πηγαδιών μπορεί να είναι αρκετά μεγάλος.

Το χριστουγεννιάτικο δέντρο έχει πολλές λειτουργίες: συγκρατεί σωλήνες άντλησης και συμπιεστή αναρτημένες στο φρεάτιο, ελέγχει τους τρόπους λειτουργίας και μετρά τις παραμέτρους των εξωτερικών και εσωτερικών τμημάτων του φρεατίου.

Ολόκληρος ο κύκλος παραγωγής φυσικού καύσιμου αερίου λαμβάνει χώρα σε τρία στάδια:

1. Ανάπτυξη κοιτασμάτων φυσικού αερίου. Ως αποτέλεσμα της διάτρησης, δημιουργείται διαφορά πίεσης. Εξαιτίας αυτού, το αέριο μετακινείται μέσω του σχηματισμού στα φρεάτια.
2. Λειτουργία γεωτρήσεων αερίου. Σε αυτό το στάδιο, το αέριο ταξιδεύει μέσα από το περίβλημα.
3. Συλλογή και προετοιμασία για μεταφορά. Αέριο από όλα τα χριστουγεννιάτικα δέντρα παρέχεται σε ειδικά τεχνολογικά συγκροτήματα της μονάδας επεξεργασίας αερίου. Στεγνώνουν το αέριο, καθάρισμα από επιβλαβείς ακαθαρσίες.

Ακόμη και μικρές συγκεντρώσεις υδρόθειου, υδρατμών ή στερεών σωματιδίων οδηγούν σε ταχεία διάβρωση, σχηματισμό υδρίτη και μηχανική βλάβη στην εσωτερική επιφάνεια του αγωγού.

Η τελική προετοιμασία για τη μεταφορά πραγματοποιείται στο κεντρικό εργοστάσιο. Περιλαμβάνει μετεπεξεργασία και αφαίρεση συμπυκνωμάτων υδρογονανθράκων, ψύξη αερίου για μείωση του όγκου του.

Ο κύριος τύπος μεταφοράς αερίου σε μεγάλες αποστάσεις είναι κεντρικός αγωγός αερίου. Είναι ένα σύστημα πολύπλοκων μηχανικών κατασκευών από τους ίδιους τους αγωγούς μέχρι υπόγειες αποθηκευτικές εγκαταστάσεις.

Στο τελικό σημείο του αγωγού υπάρχουν σταθμοί διανομής φυσικού αερίου (GDS). Εδώ γίνεται ο τελικός καθαρισμός από σκόνη και υγρές ακαθαρσίες, η πίεση μειώνεται στο επίπεδο που απαιτείται από τους καταναλωτές, σταθεροποιείται, λαμβάνεται υπόψη η κατανάλωση αερίου και προστίθεται ένα αρωματικό.

Ένας άλλος κοινός τύπος μεταφοράς μεθανίου είναι η θαλάσσια μεταφορά με ειδικά πλοία - γκαζάκια.

Τεράστιες σφαιρικές δεξαμενές δεν θα επιτρέψουν τη σύγχυση του αερομεταφορέα με άλλους τύπους πλοίων. Είναι θερμόσωμα που διατηρούν μια σταθερή απαιτούμενη θερμοκρασία για το υγρό μεθάνιο -163 °C

Η μετατροπή του αερίου σε υγρή κατάσταση πραγματοποιείται σε ειδικές εγκαταστάσεις LNG. Η διαδικασία λαμβάνει χώρα σε δύο στάδια: πρώτα, το μεθάνιο ψύχεται στους -50 °C και στη συνέχεια στους -163 °C. Ταυτόχρονα, ο όγκος του μειώνεται κατά 600 φορές.

Επεξεργασία και πεδίο εφαρμογής

Η υψηλή ευφλεκτότητα του φυσικού αερίου καθορίζει την κύρια χρήση του. Χρησιμοποιείται ως καύσιμο σε εργοστάσια, εργοστάσια, θερμοηλεκτρικούς σταθμούς, λεβητοστάσια, ιδρύματα, κτίρια κατοικιών, αγροτικές εγκαταστάσεις και πολλά άλλα. Σας συνιστούμε να διαβάσετε τους κανόνες χρήση αερίου στην καθημερινή ζωή.

Η παραγωγή και η διύλιση πετρελαίου συνοδεύεται πάντα από την απελευθέρωση σχετικού αερίου. Σε ορισμένες περιπτώσεις, οι όγκοι του μπορεί να είναι εντυπωσιακοί και να ανέρχονται έως και 300 κυβικά μέτρα ανά κυβικό μέτρο αργού πετρελαίου.

Ωστόσο, υπάρχει ένας μεγάλος αριθμός κοιτασμάτων όπου το φυσικό αέριο δεν χρησιμοποιείται, αλλά έχει καεί. Για παράδειγμα, σε ολόκληρη τη Ρωσία χάνεται με αυτόν τον τρόπο έως και 25% των χρήσιμων πρώτων υλών.

Μέρος του σχετικού αερίου παρέχεται σε μονάδες επεξεργασίας αερίου. Από αυτό, λαμβάνεται καθαρισμένο ξηρό αέριο, το οποίο χρησιμοποιείται για θέρμανση. Ένα άλλο πολύτιμο συστατικό είναι ένα μείγμα ελαφρών υδρογονανθράκων.

Το διάγραμμα δείχνει μια γενική εικόνα της διαδικασίας επεξεργασίας του παραγόμενου αερίου. Ο ρόλος των τελικών προϊόντων για τη σύγχρονη χημική βιομηχανία δεν μπορεί να υπερεκτιμηθεί

Στη συνέχεια χωρίζεται σε κλάσματα σε ειδικές εγκαταστάσεις. Το αποτέλεσμα είναι υδρογονάνθρακες όπως προπάνιο, βουτάνιο, ισοβουτάνιο και πεντάνιο. Για μείωση όγκου, ευκολία μεταφοράς και αποθήκευσης τους ρευστοποιώ.

Η μετατροπή αυτοκινήτων σε φυσικό αέριο αποδίδει γρήγορα και προσφέρει σημαντική εξοικονόμηση κόστους. Η επέκταση του δικτύου πρατηρίων βενζίνης συμβάλλει στην αύξηση του στόλου των αυτοκινήτων με υγραέριο. Δεν ωφελούνται μόνο οι οδηγοί, αλλά και οι πεζοί που δεν χρειάζεται να αναπνέουν επιβλαβείς αναθυμιάσεις

Το προπάνιο και το βουτάνιο χρησιμοποιούνται για τη θέρμανση των σπιτιών εμφιαλωμένο αέριο ή για αυτοκίνητα. Αλλά το μεγαλύτερο μέρος του προορίζεται για περαιτέρω επεξεργασία στην πετροχημική παραγωγή.

Με θέρμανση σε υψηλή θερμοκρασία (πυρόλυση), χρησιμοποιούνται για τη λήψη της κύριας πρώτης ύλης για όλα τα συνθετικά υλικά - μονομερή: αιθυλένιο, προπυλένιο, βουταδιένιο. Υπό την επίδραση των καταλυτών συνδυάζονται σε πολυμερή. Η παραγωγή είναι τόσο πολύτιμα υλικά όπως καουτσούκ, PVC, πολυαιθυλένιο και πολλά άλλα.

Συμπεράσματα και χρήσιμο βίντεο για το θέμα

Το ντοκιμαντέρ μιλάει για το φυσικό αέριο με προσιτό και οπτικό τρόπο:

Αυτή η εκπαιδευτική ταινία είναι αφιερωμένη στην κύρια μεταφορά αερίου:

Εξακολουθούμε να μην γνωρίζουμε τα πάντα για το φυσικό αέριο - η προέλευσή του εξακολουθεί να κρύβει πολλά μυστήρια. Μπορούμε μόνο να ελπίζουμε ότι το μπλε καύσιμο είναι πραγματικά ένα ανεξάντλητο δώρο που θα είναι αρκετό για εμάς και τους απογόνους μας.

Έχετε ακόμα ερωτήσεις αφού διαβάσετε το παραπάνω υλικό; Ή θέλετε να συμπληρώσετε το άρθρο με χρήσιμα σχόλια, ενδιαφέροντα γεγονότα ή φωτογραφίες; Γράψτε τα σχόλιά σας, κάντε ερωτήσεις, συμμετάσχετε στη συζήτηση - η φόρμα σχολίων βρίσκεται παρακάτω.