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

Postopek pridobivanja modrega goriva

Pred pridobivanjem plina je postopek geoloških raziskav. Omogočajo vam natančno določitev obsega in narave nastanka depozita. Trenutno se uporablja več metod izvidništva.

Gravitacija - temelji na izračunu mase kamnin. Za plasti, ki vsebujejo plin, je značilna bistveno manjša gostota.

Magnetno - upošteva magnetno prepustnost kamnine. Z aeromagnetnim raziskovanjem je mogoče dobiti popolno sliko o nahajališčih do 7 km globoko.

Namen te tehnike

Seizmični - uporablja sevanje, ki se odbije pri prehodu skozi črevesje. Ta odmev lahko ujame posebne merilne instrumente.

Geokemična - sestava podzemne vode se preučuje z določitvijo vsebnosti v njih snovi, povezanih s plinskimi polji.

Vrtanje je najučinkovitejša metoda, a hkrati najdražja od naštetih. Zato je pred njegovo uporabo potrebna predhodna študija kamnin.

Metode vrtanja vrtin za proizvodnja zemeljskega plina

Po identifikaciji polja in oceni predhodnih količin nahajališč se proces pridobivanja plina nadaljuje neposredno. Vrtine so izvrtane do globine mineralne plasti. Za enakomerno porazdelitev tlaka naraščajočega modrega goriva je vodnjak izdelan z lestvijo ali teleskopsko (kot teleskop).

Vodnjak je ojačan z ohišnimi cevmi in cementiran. Za enakomerno zmanjšanje tlaka in pospešitev procesa proizvodnje plina se na enem polju izvrta več vrtin hkrati. Dvig plina skozi vrtino poteka na naraven način - plin se premakne v območje nižjega tlaka.

Ker plin po ekstrakciji vsebuje različne nečistoče, je naslednji korak njegovo čiščenje. Za zagotovitev tega procesa se v bližini polj gradijo ustrezni industrijski objekti za čiščenje in predelavo plina.

Sistem za čiščenje zemeljskega plina

Kopanje z uporabo premogovnikov

Premogovni sloji vsebujejo veliko količino metana, katerega pridobivanje ne omogoča le pridobivanja modrega goriva, ampak zagotavlja tudi varno delovanje premogovniških podjetij. Ta metoda se pogosto uporablja v ZDA.

Glavne smeri uporabe in predelave metana

Metoda hidravličnega lomljenja

Ko se plin proizvaja s to metodo, se skozi vrtino vbrizga tok vode ali zraka.Tako se plin izpodriva.

Ta metoda lahko povzroči seizmično nestabilnost zlomljenih kamnin, zato je v nekaterih državah prepovedana.

Značilnosti podvodne proizvodnje

Prvič v Rusiji se proizvodnja plina na Kirinskem polju izvaja s podvodnim proizvodnim kompleksom

Zaloge plina so prisotne, razen na kopnem in pod vodo. Naša država ima obsežna podvodna nahajališča. Podvodna proizvodnja se izvaja z uporabo težkih gravitacijskih ploščadi. Nahajajo se na podstavku, ki leži na morskem dnu. Vrtanje vrtine se izvaja s stebri, ki se nahajajo na dnu. Cisterne so postavljene na ploščadi za shranjevanje pridobljenega plina. Nato se po cevovodu prevaža na kopno.

Te platforme zagotavljajo stalno prisotnost ljudi, ki izvajajo vzdrževanje kompleksa. Število je lahko do 100 oseb. Ti objekti so opremljeni z avtonomnim napajanjem, platformo za helikopterje in prostori za osebje.

Ko se nahajališča nahajajo v bližini obale, se vrtine izvajajo poševno. Začnejo na kopnem, bazo pa pustijo pod morsko polico. Proizvodnja in transport plina potekata na standarden način.

Izvor zemeljskega plina:

Obstajata dve teoriji izvora zemeljskega plina: biogena (organska) teorija in abiogena (anorganska, mineralna) teorija.

Prvič je biogeno teorijo o izvoru zemeljskega plina leta 1759 izrazil M.V. Lomonosov. V daljni geološki preteklosti Zemlje so mrtvi živi organizmi (rastline in živali) potonili na dno vodnih teles in tvorili muljaste usedline. Zaradi različnih kemičnih procesov so se v brezzračnem prostoru razgradili.Ti ostanki so se zaradi premikanja zemeljske skorje vse globlje pogrezali, kjer so se pod vplivom visoke temperature in visokega tlaka spremenili v ogljikovodike: zemeljski plin in nafto. Ogljikovodiki z nizko molekulsko maso (tj. sam zemeljski plin) so nastali pri višjih temperaturah in tlakih. Visokomolekularni ogljikovodiki - nafta - pri manjših. Ogljikovodiki, ki so prodirali v praznine zemeljske skorje, so tvorili nahajališča naftnih in plinskih polj. Sčasoma so se te organske usedline in nahajališča ogljikovodikov spustili v globino od enega kilometra do nekaj kilometrov - prekrite so jih s plastmi sedimentnih kamnin ali pod vplivom geoloških premikov zemeljske skorje.

Mineralno teorijo izvora zemeljskega plina in nafte je leta 1877 oblikoval D.I. Mendelejev. Izhajal je iz dejstva, da se ogljikovodiki lahko tvorijo v zemeljskem črevesju pri visokih temperaturah in tlakih kot posledica interakcije pregrete pare in staljenih karbidov težkih kovin (predvsem železa). Kot posledica kemičnih reakcij nastanejo oksidi železa in drugih kovin ter različni ogljikovodiki v plinastem stanju. V tem primeru voda vstopi globoko v zemeljsko črevesje skozi razpoke v zemeljski skorji. Nastali ogljikovodiki, ki so v plinastem stanju, se po istih razpokah in napakah dvignejo na območje najmanjšega tlaka in sčasoma tvorijo plinske in naftne usedline. Ta proces po mnenju D.I. Mendelejev in podporniki hipoteze, se dogaja ves čas. Zato zmanjšanje zalog ogljikovodikov v obliki nafte in plina ne ogroža človeštva.

metan

Poleg tega se metan nahaja tudi v rudnikih premoga, kjer zaradi svoje eksplozivne narave resno ogroža rudarje. Metan poznamo tudi v obliki izločkov v močvirjih – močvirni plin.

Glede na vsebnost metana in drugih (težkih) ogljikovodikovih plinov metanske serije delimo pline na suhe (slabe) in maščobne (bogate).

• Med suhe pline sodijo predvsem plini metanske sestave (do 95 - 96 %), v katerih je vsebnost drugih homologov (etan, propan, butan in pentan) zanemarljiva (delčki odstotka). Bolj so značilne za izključno plinska nahajališča, kjer v njihovih težkih sestavinah, ki so del nafte, ni virov obogatitve.
• Mokri plini so plini z visoko vsebnostjo "težkih" plinskih spojin. Poleg metana vsebujejo več deset odstotkov etana, propana in spojin z večjo molekulsko maso do heksana. Maščobne mešanice so bolj značilne za pridružene pline, ki spremljajo nahajališča nafte.

Gorljivi plini so pogosti in naravni spremljevalci nafte v skoraj vseh njenih znanih nahajališčih, t.j. nafta in plin sta neločljiva zaradi sorodne kemične sestave (ogljikovodik), skupnega izvora, pogojev selitve in kopičenja v naravnih pasteh različnih vrst.

Izjema so tako imenovana "mrtva" olja. To so olja blizu dnevne površine, popolnoma razplinjena zaradi izhlapevanja (hlapljenja) ne le plinov, ampak tudi lahkih frakcij olja samega.

Takšno olje je znano v Rusiji pri Ukhti. Je težko, viskozno, oksidirano, skoraj nepretočno olje, ki se pridobiva z nekonvencionalnimi metodami rudarjenja.

Najdišča čistega plina, kjer ni nafte, plin pa prekrivajo formacijske vode, so zelo razširjena po svetu. V Rusiji so v Zahodni Sibiriji odkrili supergigantska plinska polja: Urengojskoje z zalogami 5 bilijonov kubičnih metrov. m3, Yamburgskoye - 4,4 bilijona. m3, Zapolyarnoye - 2,5 bilijona. m3, Medvezhye - 1,5 bilijona. m3.

Najbolj razširjena pa so naftna in plinska ter naftna polja. Skupaj z nafto se plin pojavlja bodisi v plinskih pokrovih, t.j. nad oljem ali v stanju, raztopljenem v olju. Potem se imenuje raztopljen plin. Olje z raztopljenim plinom je v svojem bistvu podobno gaziranim pijačam. Pri visokih rezervoarskih tlakih se v olju raztopijo znatne količine plina in ko tlak med proizvodnim procesom pade na atmosferski tlak, se olje razplini, t.j. plin se hitro sprosti iz mešanice plina in olja. Takšen plin se imenuje povezani plin.

Naravni spremljevalci ogljikovodikov so ogljikov dioksid, vodikov sulfid, dušik in inertni plini (helij, argon, kripton, ksenon), ki so v njem prisotni kot nečistoče.

Prevoz

Priprava plina za transport

Kljub temu, da ima plin na nekaterih področjih izjemno kakovostno sestavo, na splošno zemeljski plin ni končni izdelek. Poleg ciljnih ravni komponent (kjer se ciljne komponente lahko razlikujejo glede na končnega uporabnika) vsebuje plin nečistoče, ki otežujejo transport in so nezaželene pri uporabi.

Vodna para se lahko na primer kondenzira in nabira na različnih mestih v cevovodu, največkrat se upogne in tako moti gibanje plina.Vodikov sulfid je zelo jedko sredstvo, ki negativno vpliva na cevovode, pripadajočo opremo in rezervoarje za shranjevanje.

V zvezi s tem plin pred pošiljanjem v glavni naftovod ali v petrokemični obrat opravi postopek priprave v obratu za predelavo plina (GPP).

Prva faza priprave je čiščenje od neželenih nečistoč in sušenje. Po tem se plin stisne - stisne na tlak, potreben za obdelavo. Tradicionalno se zemeljski plin stisne na tlak 200-250 barov, kar povzroči 200-250-kratno zmanjšanje zasedenega volumna.

Sledi faza dolivanja: pri posebnih napravah se plin loči na nestabilen zemeljski bencin in izločeni plin. Odstranjeni plin se pošlje v glavne plinovode in petrokemično proizvodnjo.

Nestabilen zemeljski bencin se dovaja v naprave za frakcioniranje plina, kjer se iz njega pridobivajo lahki ogljikovodiki: etan, propan, butan, pentan. Te snovi so tudi dragocene surovine, zlasti za proizvodnjo polimerov. In mešanica butana in propana je že pripravljen izdelek, ki se uporablja zlasti kot gorivo za gospodinjstvo.

plinovod

Glavna vrsta transporta zemeljskega plina je njegovo črpanje po cevovodu.

Standardni premer cevi glavnega plinovoda je 1,42 m. Plin v cevovodu se črpa pod tlakom 75 atm. Ko se premika vzdolž cevi, plin zaradi premagovanja sil trenja postopoma izgublja energijo, ki se razprši v obliki toplote. V zvezi s tem se v določenih intervalih na plinovodu gradijo posebne črpalne kompresorske postaje. Na njih se plin stisne na zahtevani tlak in ohladi.

Za dostavo neposredno potrošniku se cevi manjšega premera preusmerijo iz glavnega plinovoda - plinovodnih omrežij.

plinovod

Prevoz LNG

Kaj storiti s težko dostopnimi območji, ki se nahajajo daleč od glavnih plinovodov? Na takih območjih se plin prevaža v utekočinjenem stanju (utekočinjeni zemeljski plin, LNG) v posebnih kriogenih rezervoarjih po morju in po kopnem.

Po morju se utekočinjeni plin prevaža na ladjah za prevoz plina (tankerji za UZP), ki so opremljene z izotermnimi rezervoarji.

LNG se prevaža tudi s kopenskim prevozom, tako po železnici kot po cesti. Za to se uporabljajo posebni rezervoarji z dvojnimi stenami, ki lahko določen čas vzdržujejo zahtevano temperaturo.

Od kod prihaja plin v črevesju zemlje?

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

Glavne teorije izvora

Obstajata dve glavni teoriji njegovega izvora:

• mineral, ki pojasnjuje nastanek plina s procesi razplinjevanja ogljikovodikov iz globljih in gostejših plasti zemlje in jih dvigne 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 terenu je plin lahko v obliki ločene akumulacije, plinske kapice, raztopine v olju ali vodi ali plinskih hidratov. V slednjem primeru se nahajališča nahajajo v poroznih kamninah med plinotesnimi plastmi gline.Najpogosteje so takšne kamnine stisnjen peščenjak, karbonati, apnenci.

Delež klasičnih plinskih polj je le 0,8 %. Nekoliko večji delež predstavljajo globoki, premog in plin iz skrilavca - od 1,4 do 1,9 %. Najpogostejše vrste usedlin so v vodi raztopljeni plini in hidrati - približno v enakih razmerjih (po 46,9%)

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

Plin v rezervoarju je pod tlakom. Čim globlji je depozit, tem višji je. V povprečju je na vsakih 10 metrov porast tlaka 0,1 MPa. Obstajajo plasti z nenormalno visokim tlakom. Na primer, v Achimovskih nahajališčih polja Urengoyskoye doseže 600 atmosfer in višje na globini od 3800 do 4500 m.

Zanimiva dejstva in hipoteze

Ne tako dolgo nazaj je veljalo, da bi morale biti svetovne zaloge nafte in plina izčrpane že na 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. Ni resničnih znakov, da se zaloge ogljikovodikov iztekajo

Po mnenju doktorja geoloških in mineraloških znanosti V.V. Polevanov, takšne napačne predstave povzroča dejstvo, da je teorija o organskem izvoru nafte in plina še vedno splošno sprejeta in ima misli večine znanstvenikov. Čeprav je D.I. Mendelejev je utemeljil teorijo o anorganskem globokem izvoru nafte, nato pa sta jo dokazala Kudryavtsev in V.R. Larin.

Toda številna dejstva govorijo proti organskemu izvoru ogljikovodikov.

Tukaj je nekaj izmed njih:

• nahajališča so bila odkrita v globinah do 11 km, v kristalnih temeljih, kjer obstoj organske snovi ne more biti niti teoretičen;
• z uporabo organske teorije je mogoče razložiti le 10 % zalog ogljikovodikov, preostalih 90 % je nerazložljivih;
• Vesoljska sonda Cassini je leta 2000 odkrila na Saturnovi luni Titan velikanske vire ogljikovodikov v obliki jezer, ki so nekaj redov velikosti večja od tistih na Zemlji.

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

Po njenem mnenju ni starodavnih nahajališč jurske dobe. Vsa nafta in plin bi lahko nastala med 1000 in 15.000 leti. Ko se zaloge črpajo, se lahko postopoma dopolnjujejo, kar je vidno na že dolgo izčrpanih in zapuščenih naftnih poljih.

Razvrstitev in lastnosti

Zemeljski plin je razdeljen na 3 glavne kategorije. Opisujejo jih naslednje značilnosti:

1. Izključuje prisotnost ogljikovodikov, v katerih sta več kot 2 ogljikovi spojini. Imenujejo se suhi in se pridobivajo le na tistih mestih, ki so namenjena ekstrakciji.
2. Skupaj s primarnimi surovinami se proizvajajo utekočinjen in suh plin ter plinasti bencin, pomešani med seboj.
3. Vsebuje veliko količino težkih ogljikovodikov in suhega plina. Obstaja tudi majhen odstotek nečistoč. Pridobiva se iz nahajališč plinskega kondenzata.

Zemeljski plin velja za mešano sestavo, v kateri obstaja več podvrst snovi. Prav zaradi tega ni natančne formule za komponento. Glavni je metan, ki ga vsebuje več kot 90%. Je najbolj odporen na temperaturo. Lažji od zraka in rahlo topen v vodi.Pri gorenju na prostem nastane modri plamen. Najmočnejša eksplozija se zgodi, če združite metan z zrakom v razmerju 1:10. Če oseba vdihne veliko koncentracijo tega elementa, lahko škodi njegovemu zdravju.

Uporablja se kot surovina in industrijsko gorivo. Aktivno se uporablja tudi za pridobivanje nitrometana, mravljinčne kisline, freonov in vodika. Z razpadom ogljikovodikovih vezi pod vplivom toka in temperatur se pridobi acetilen, ki se uporablja v industriji. Cianovodikova kislina nastane pri oksidaciji amoniaka z metanom.

Sestava zemeljskega plina ima naslednji seznam sestavin:

1. Etan je brezbarvna plinasta snov. Pri gorenju sveti šibko. V vodi se praktično ne raztopi, v alkoholu pa lahko v razmerju 3:2. Ni bil uporabljen kot gorivo. Glavni namen uporabe je proizvodnja etilena.
2. Propan je dobro uporabljena vrsta goriva, ki se ne raztopi v vodi. Med zgorevanjem se sprosti velika količina toplote.
3. Butan - s specifičnim vonjem, nizko strupenost. Negativno vpliva na zdravje ljudi: lahko vpliva na živčni sistem, povzroča aritmijo in asfiksijo.
4. Dušik se lahko uporablja za vzdrževanje vrtine pri ustreznem tlaku. Za pridobitev tega elementa je treba zrak utekočiniti in ga ločiti z destilacijo. Uporablja se za proizvodnjo amoniaka.
5. Ogljikov dioksid - spojina lahko preide v plinasto stanje iz trdnega stanja pri atmosferskem tlaku.Najdemo ga v zraku in v mineralnih izvirih, sprošča pa se tudi, ko bitja dihajo. Je aditiv za živila.
6. Vodikov sulfid je precej strupen element. Lahko negativno vpliva na delovanje človeškega živčnega sistema. Ima vonj po gnilih jajcih, sladkast priokus in je brezbarven. Zelo topen v etanolu. Ne reagira z vodo. Potreben za proizvodnjo sulfitov, žveplove kisline in žvepla.
7. Helij velja za edinstveno snov. Lahko se kopiči v zemeljski skorji. Pridobiva se z zamrzovanjem plinov, v katerih je vključen. V plinastem stanju se navzven ne kaže, v tekočem stanju lahko vpliva na živa tkiva. Ne more eksplodirati in se vžgati. Če pa je njegova koncentracija v zraku velika, lahko pride do zadušitve. Uporablja se za polnjenje zračnih ladij in balonov pri delu s kovinskimi površinami.
8. Argon je plin brez zunanjih lastnosti. Uporablja se pri rezanju in varjenju kovinskih delov, pa tudi za podaljšanje roka uporabnosti živilskih izdelkov (zaradi te snovi se voda in zrak izpodrivata).

Fizikalne lastnosti naravnega vira so naslednje: temperatura spontanega izgorevanja je 650 stopinj Celzija, gostota zemeljskega plina je 0,68-0,85 (v plinastem stanju) in 400 kg / m3 (tekočina). Pri mešanju z zrakom se koncentracije 4,4-17 % štejejo za eksplozivne. Oktansko število fosila je 120-130. Izračuna se na podlagi razmerja med vnetljivimi komponentami in tistimi, ki jih je med stiskanjem težko oksidirati. Kalorična vrednost je približno 12 tisoč kalorij na 1 kubični meter. Toplotna prevodnost plina in nafte je enaka.

Ko se doda zrak, se naravni vir lahko hitro vname. V domačih razmerah se dvigne do stropa. Tam se začne ogenj. To je posledica lahkotnosti metana. Toda zrak je približno 2-krat težji od tega elementa.

Metode predelave zemeljskega plina

Pred dobavo zemeljskega plina v magistralni plinovod te surovine ni treba dodatno prečistiti, kar je prednost pred nafto (ki jo je treba pred dovajanjem v naftovod podvrniti primarni obdelavi), kar ima za posledico znatne prihranke pri stroških transporta.

Pred pridobitvijo končne kemične in proizvodne sestave se plinska mešanica podvrže sekundarni predelavi v obratih kemične industrije, ki se glede na uporabljene tehnologije deli na glavne in sekundarne metode predelave plina.

fizično recikliranje

Ta metoda temelji na fizičnih in energijskih kazalcih. Izkopani fosilni material je podvržen globokemu stiskanju in se z izpostavljenostjo visokim temperaturam loči na frakcije.

Pri prehodu z nizke na visoke temperature se surovine intenzivno čistijo od nečistoč. Uporaba močnih kompresorjev omogoča obdelavo na mestu proizvodnje plina. Pri črpanju plina iz naftonosne formacije se uporabljajo oljne črpalke, ki so razmeroma poceni.

Lastnosti zemeljskega plina

Uporaba kemičnih reakcij

Med kemično-katalitično obdelavo se pojavijo procesi, povezani s prehodom metana v sintetiziran plin, čemur sledi predelava. Kemične metode vključujejo uporabo dveh metod:

• para, pretvorba ogljikovega dioksida;
• delna oksidacija.

Slednja metoda je energetsko najbolj varčna in priročna, saj je hitrost kemične reakcije med delno oksidacijo precej visoka in ni potrebe po uporabi dodatnih katalizatorjev.

Uporaba visokih in nizkih temperatur kot orodja za vpliv na fosilne surovine imenujemo termokemična metoda predelave zemeljskega plina. Pod vplivom temperature na to surovino nastajajo kemične spojine, kot so etilen, propilen itd.. Kompleksnost te vrste predelave je v uporabi opreme, ki lahko proizvede toploto do 11 tisoč stopinj ob povečanju tlaka do tri atmosfere.

Sodobne tehnologije za predelavo zemeljskega plina uporabljajo dodatno sintezo metana, ki podvoji količino proizvedenega vodika. Vodik je naravna surovina, iz katere se izolira amoniak, ki je material za proizvodnjo dušikove kisline, amonijevih komponent, anilina itd.