Tänu suurele energiatõhususele ja keskkonnasõbralikkusele on maagaas koos naftaga ülimalt oluline. Seda kasutatakse laialdaselt kütusena ja see on ka keemiatööstuse väärtuslik tooraine.
Ja kuigi gaasi kasutamine on muutunud igapäevaseks ja tavapäraseks, on selle koostis endiselt keeruline ja üsna ohtlik - gaasiseadme põletiga sisenemiseks läheb see pikk ja keeruline tee.
Artiklis analüüsime peamisi loodusliku põlevgaasiga seotud probleeme - räägime selle koostisest ja omadustest, kirjeldame gaasi tootmise, transportimise ja töötlemise etappe, ulatust. Mõelge praegustele ideedele süsivesinikuvarude päritolu, huvitavate faktide ja hüpoteeside kohta.
Mis on looduslik põlevgaas?
On olemas arvamus, et gaas asub tühimikes maa all ja on sealt kergesti eraldatav, selleks piisab kaevu puurimisest. Kuid tegelikult on kõik palju keerulisem: gaas võib asuda poorse kivimi sees, selle võib lahustada vees, vedelates süsivesinikes ja õlis.
Et aru saada, miks see juhtub, pidage meeles, et sõna "gaas" pärineb kreeka keelest "kaos", Mis peegeldab aine käitumispõhimõtet. Gaasilises olekus liiguvad molekulid juhuslikult, püüdes ühtlaselt täita kogu võimaliku mahu. Seetõttu suudavad nad tungida ja lahustuda teistes ainetes, sealhulgas tihedamates vedelikes ja mineraalides. Kõrgrõhk ja temperatuur suurendavad difusiooniprotsessi märkimisväärselt. Sageli sisaldub soolestikus maagaas just sellise kokteili kujul.
Kuid kõigepealt räägime sellest, millest gaas koosneb ja mis see on - kaaluge loodusliku põlevgaasi keemilist koostist ja füüsikalisi omadusi.
Keemilised omadused
Soolestikust ekstraheeritud gaas, mida nimetatakse looduslikuks, on segu erinevatest gaasidest.
Koosseisus jaguneb see kolmeks komponendirühmaks:
- tuleohtlik- süsivesinikud;
- tuleohtlik (ballast) - lämmastik, süsinikdioksiid, hapnik, heelium, veeaur;
- kahjulik lisandid - vesiniksulfiid ja merkaptaanid.
Esimene ja peamine rühm on metaani süsivesinike (homoloogide) komplekt, milles süsinikuaatomite arv on 1 kuni 5. Suurim protsent segus on metaan (70 kuni 98%), milles on üks süsinikuaatom. Muude gaaside (etaan, propaan, butaan, pentaan) sisaldus ulatub ühikutest kümnendikprotsendini.
Väljadest toodetud gaasi iseloomustab kõrge metaani kontsentratsioon. Nafta ekstraheerimisel on metaani osatähtsus palju väiksem: 30–60% ja homoloogides suurem: 10–20%.
Lisaks süsivesinikele võivad segus esineda väikestes kogustes mittesüttivad ained: vesiniksulfiid, lämmastik, süsinikdioksiid, vingugaas, vesinik ja teised. Kuid sõltuvalt väljast võivad nii süsivesinike osakaal kui ka muude gaaside koostis märkimisväärselt kõikuda.
Gaasi füüsikalised omadused
Vastavalt metaani füüsikalistele omadustele CH4 värvitu ja lõhnatuväga põlev. Kui kontsentratsioon õhus on üle 4,5% - plahvatusohtlik. See omadus koos lõhna puudumisega kujutab endast suurt ohtu ja probleemi. Eriti kaevandustes, kuna kivisüsi neelab metaani.
Selles materjalis kirjutasime olmeolude plahvatuse põhjustest olmetingimustes.
Gaasile lõhna saamiseks ja selle lekete tuvastamiseks lisatakse enne transportimist sellele ebameeldiva lõhnaga spetsiaalseid aineid, lõhnaaineid.Kõige sagedamini on need väävlit sisaldavad ühendid - etaanetool või etüülmerkaptaan. Lisandite fraktsioon valitakse nii, et leke oleks märgatav gaasi kontsentratsioonil 1%.
Sinise kütuse peamine eelis on kõrge põlemissoojus - 39 MJ / kg. Sel juhul eralduvad kahjutud ained: vesi ja süsinikdioksiid. See on ka oluline tegur, mis võimaldab metaani igapäevaelus kasutada.
Kust tuleb maa soolestikus gaasi?
Ehkki inimesed õppisid gaasi kasutama rohkem kui 200 aastat tagasi, pole seni üksmeelt selles, kust maa soolestikust gaas tuleb.
Päritolu põhiteooriad
Selle päritolul on kaks peamist teooriat:
- mineraal, gaasi moodustumise selgitamine süsivesinike degaseerimisega maa sügavamatest ja tihedamatest kihtidest ning nende tõstmine madalama rõhuga aladele;
- orgaaniline (biogeenne), mille kohaselt on gaas kõrge rõhu, temperatuuri ja õhupuuduse tingimustes elusorganismide jääkide lagunemise produkt.
Põllul võib gaas olla eraldi klastri, gaasikorgi, õli- või vesilahuse või gaasihüdraatide kujul. Viimasel juhul asuvad maardlad poorsetes kivimites gaasikindlate savikihide vahel. Kõige sagedamini on sellised kivimid tihendatud liivakivi, karbonaadid, lubjakivid.
Tavapäraste gaasiväljade osakaal on vaid 0,8%. Veidi suurem protsent langeb sügavale kivisöele ja põlevkivigaasile - 1, 4 kuni 1,9%. Kõige tavalisemad maardlatüübid on vees lahustunud gaasid ja hüdraadid - umbes võrdsetes osades (igaüks 46,9%).
Kuna gaas on naftast kergem ja vesi raskem, on fossiilide paiknemine reservuaaris alati sama: gaas on nafta kohal ja vesi toetab kogu õli- ja gaasivälja altpoolt.
Gaas reservuaaris on rõhu all. Mida sügavamad on hoiused, seda kõrgem see on. Keskmiselt on iga 10 meetri kohta rõhu tõus 0,1 MPa. Ebatavaliselt kõrge rõhu moodustised on olemas. Näiteks ulatub Urengoy välja Achimovi maardlates 600 atmosfääri ja kõrgemale, sügavusega 3800–4500 m.
Huvitavad faktid ja hüpoteesid
Mitte nii kaua aega tagasi arvati, et maailma nafta- ja gaasivarud peaksid ammenduda juba XXI sajandi alguses. Näiteks kirjutas sellest autoriteetne ameerika geofüüsik Hubbert 1965. aastal.
Praeguseks on paljud riigid jätkuvalt suurendanud gaasi tootmist. Puuduvad tõesed märgid, et süsivesinikuvarud saavad otsa.
Geoloogia- ja mineraloogiateaduste doktori V.V. Polevanova, sellised väärarusaamad on tingitud asjaolust, et nafta ja gaasi orgaanilise päritolu teooria on endiselt üldiselt aktsepteeritud ja omab enamiku teadlaste meelt. Kuigi ikkagi D.I. Mendelejev põhjendas õli anorgaanilise sügava päritolu teooriat ja siis tõestasid seda Kudryavtsev ja V.R. Larin.
Kuid paljud faktid räägivad süsivesinike orgaanilise päritolu vastu.
Siin on mõned neist:
- maardlaid avastatakse kuni 11 km sügavusel kristallilistes vundamentides, kus orgaanilise aine olemasolu ei saa olla isegi teoreetiline;
- orgaanilise teooria abil on seletatav ainult 10% süsivesinike varudest, ülejäänud 90% on seletamatud;
- Cassini kosmosesond, mis avastati 2000. aastal Saturni satelliidilt Titan hiiglaslike süsivesinikevarudest järvede kujul, mitu suurusjärku kõrgem kui maa.
Algselt hüdriidse Maa poolt esitatud hüpotees selgitab süsivesinike päritolu vesiniku reageerimisel maa sügavuses oleva süsinikuga ja sellele järgneva metaani degaseerimisega.
Tema sõnul pole juuraaja muistseid leiukohti. Kogu nafta ja gaas võisid moodustuda vahemikus 1 kuni 15 tuhat aastat tagasi. Valiku edenedes võivad varud järk-järgult täieneda, nagu on täheldatud pikka aega arenenud ja mahajäetud naftaväljadel.
Kuidas läheb kaevandamine ja transport?
Loodusliku põlevgaasi kaevandamise protsess algab kaevude rajamisega. Sõltuvalt gaasi kandva kihi esinemisest võib nende sügavus ulatuda 7 km-ni. Puurimise edenedes lastakse toru (ümbris) kaevu. Gaasi väljapääsu vältimiseks läbi toru ja kaevu seinte vahelise ruumi toimub tsementeerimine - tühimiku täitmine savi või tsemendiga.
Pärast ehituse lõppu puurimisseade eemaldatakse ja korpusepeale paigaldatakse purskkaevu liitmikud. See on ventiilide ja ventiilide kujundus, teenib kaevust gaasi valimist.
Kaevude arv võib olla üsna suur.
Purskkaevu liitmikele on määratud mitu funktsiooni: see hoiab torusid kaevu riputatud olekus, kontrollib töötingimusi, mõõdab kaevu välise ja sisemise osa parameetreid
Kogu maagaasi tootmistsükkel toimub kolmes etapis:
- Gaasivälja arendamine. Puurimise tagajärjel tekib rõhkude erinevus. Selle tõttu liigub gaas läbi reservuaari kaevudesse.
- Gaasikaevude käitamine. Selles etapis läbib gaas korpust.
- Kogumine ja transportimiseks ettevalmistamine. Kõigist purskkaevude liitmikegaasidest tarnitakse gaasi spetsiaalsetesse gaasipuhastusjaamade tehnoloogilistesse kompleksidesse. Need on veetustatud gaasid, puhastades kahjulikest lisanditest.
Isegi väikesed vesiniksulfiidi, veeauru või tahkete osakeste kontsentratsioonid põhjustavad kiiret korrosiooni, hüdraadi moodustumist ja torujuhtme sisepinna mehaanilisi kahjustusi.
Lõplik ettevalmistamine veoks toimub peakorteris. See hõlmab süsivesinike kondensaadi järeltöötlust ja eemaldamist, gaasi jahutamist selle mahu vähendamiseks.
Gaasitranspordi peamine tüüp pikkadel vahemaadel on peamine gaasijuhe. See on keerukate insenerkonstruktsioonide süsteem alates torujuhtmetest kuni maa-aluste hoidlateni.
Maantee lõpus on bensiinijaamad (GDS). Siin toimub viimane puhastamine tolmu ja vedelike lisanditest, rõhk vähendatakse tarbijate nõutud tasemeni, see stabiliseeritakse, arvestatakse gaasi tarbimist ja lisatakse lõhnaainet.
Teine levinud metaanitranspordi liik on merevedu erilaevade - gaasikandjate abil.
Tohutud sfäärilised mahutid ei lase gaasikandjat segi ajada teist tüüpi anumatega. Need on termosed, mis hoiavad vedela metaani vajalikku temperatuuri konstantsena -163 ° С
Gaasi muundamine vedelasse olekusse viiakse läbi spetsiaalsetes maagaasi veeldusjaamades. Protsess toimub kahes etapis: esiteks jahutatakse metaan temperatuurini -50 ° C ja seejärel temperatuurini -163 ° C. Samal ajal väheneb selle maht 600 korda.
Töötlemine ja ulatus
Maagaasi kõrge põlevus määrab selle peamise rakenduse. Seda kasutatakse kütusena tehastes, tehastes, soojuselektrijaamades, katlamajades, asutustes, elamutes, põllumajanduslikes rajatistes ja paljudes teistes. Soovitame teil tutvuda kodu gaasi kasutamise reeglitega.
Naftatootmise ja rafineerimisega kaasneb alati sellega seotud gaasi eraldumine. Mõnel juhul võib selle maht olla muljetavaldav ja kuni 300 kuupmeetrit ühe kuupmeetri toornaftat.
Kuid on palju põlde, kus looduslikku gaasi ei kasutata, vaid põletatakse. Näiteks kaob kogu Venemaal kuni 25% kasulikust toorainest.
Osa sellega seotud gaasist tarnitakse gaasitöötlemistehastesse. Sellest saadakse puhastatud kuiv gaas, mida kasutatakse kuumutamiseks. Veel üks väärtuslik komponent on kergete süsivesinike segu.
Diagramm näitab toodetud gaasi töötlemise protsessi üldpilti. Lõpptoodete rolli tänapäevases keemiatööstuses on raske üle hinnata
Siis jagatakse see spetsiaalsetes installatsioonides fraktsioonideks.Tulemuseks on süsivesinikud nagu propaan, butaan, isobutaan, pentaan. Mahu vähendamiseks, transportimise ja ladustamise lihtsustamiseks need veeldatakse.
Autode gaasiks muundamine tasub end ära ja annab käegakatsutavat kokkuhoidu. Bensiinijaamade võrgu laiendamine aitab kaasa HBO-ga autopargi suurenemisele. Võidavad mitte ainult autojuhid, vaid ka jalakäijad, kes ei pea kahjulikke heitgaase hingama
Propaan ja butaan kasutatakse majade kütmiseks pudeligaasiga või autodega. Kuid suurem osa sellest läheb edasiseks töötlemiseks naftakeemiaettevõtetes.
Kõrgtemperatuuril kuumutamisel (pürolüüs) saadakse neist sünteetiliste materjalide peamised toorained - monomeerid: etüleen, propüleen, butadieen. Katalüsaatorite toimel ühinevad nad polümeerideks. Väljund toodab selliseid väärtuslikke materjale nagu kumm, PVC, polüetüleen ja paljud teised.
Gaasidokumentaalfilmis on juurdepääsetav ja selge:
See koolitusfilm on pühendatud gaasitrassi transportimisele:
Me ei tea endiselt maagaasi kohta kõike - selle päritolu on endiselt palju saladusi. Loodetakse, et sinine kütus on tõepoolest ammendamatu kingitus, millest piisab nii meile kui ka meie järeltulijatele.
Kas teil on küsimusi pärast ülaltoodud materjali lugemist? Või soovite artiklit täiendada kasulike kommentaaride, huvitavate faktide või fotodega? Kirjutage oma kommentaarid, esitage küsimusi, osalege arutelus - tagasiside vorm asub allpool.