Kaikki maakaasusta: maakaasun koostumus ja ominaisuudet, tuotanto ja käyttö

Korkean energiatehokkuutensa ja ympäristöystävällisyytensä vuoksi maakaasu on öljyn ohella ensiarvoisen tärkeää.Sitä käytetään laajalti polttoaineena ja se toimii myös arvokkaana raaka-aineena kemianteollisuudessa.

Ja vaikka kaasun käytöstä on tullut jokapäiväistä ja tuttua, se on edelleen monimutkainen ja melko vaarallinen aine - päästäkseen kaasulaitteen polttimeen se kulkee pitkän ja monimutkaisen polun.

Artikkelissa analysoimme syttyvään kaasuun liittyviä pääkysymyksiä - puhumme sen koostumuksesta ja ominaisuuksista, kuvailemme kaasun tuotannon, kuljetuksen ja käsittelyn vaiheita sekä sen soveltamisalaa. Tarkastellaanpa nykyaikaisia ​​ideoita hiilivetyvarantojen alkuperästä, mielenkiintoisia faktoja ja hypoteeseja.

Mikä on syttyvä luonnonkaasu?

On olemassa mielipide, että kaasu on maan alla tyhjiöissä ja on helposti poistettavissa sieltä, mihin riittää kaivon poraus. Mutta todellisuudessa kaikki on paljon monimutkaisempaa: kaasu voi olla huokoisen kiven sisällä, se voi liueta veteen, nestemäisiin hiilivetyihin ja öljyyn.

Ymmärtääksesi miksi näin tapahtuu, riittää muistaa, että sana "kaasu" tulee kreikan sanasta "kaaos", joka kuvastaa aineen käyttäytymisperiaatetta. Kaasumaisessa tilassa molekyylit liikkuvat kaoottisesti yrittäen täyttää tasaisesti koko mahdollisen tilavuuden. Tämän ansiosta ne pystyvät tunkeutumaan ja liukenemaan muihin aineisiin, mukaan lukien tiheämpiin nesteisiin ja mineraaleihin. Korkea paine ja lämpötila parantavat merkittävästi diffuusioprosessia.Usein se on sellaisen "cocktailin" muodossa, että maakaasu sisältyy maaperään.

Mutta ensin puhutaan siitä, mistä kaasu koostuu ja mitä se on - katsotaanpa palavan luonnonkaasun kemiallista koostumusta ja fysikaalisia ominaisuuksia.

Kemiallisen koostumuksen ominaisuudet

Pohjasta erotettu kaasu, jota kutsutaan "luonnolliseksi", on erilaisten kaasujen seos.

Koostumuksensa mukaan se on jaettu kolmeen komponenttiryhmään:

• syttyvä – hiilivedyt;
• ei syttyvä (painolastit) – typpi, hiilidioksidi, happi, helium, vesihöyry;
• haitallista epäpuhtaudet – rikkivety ja merkaptaanit.

Ensimmäinen ja pääryhmä on joukko metaanihiilivetyjä (homologeja), joiden hiiliatomien lukumäärä on 1 - 5. Suurin prosenttiosuus seoksessa on metaania (70 - 98 %), jossa on yksi hiiliatomi. Muiden kaasujen (etaani, propaani, butaani, pentaani) pitoisuus vaihtelee yksiköistä prosentin kymmenesosaan.

Pelloilta louhittavalle kaasulle on ominaista korkea metaanipitoisuus. Öljystä uutetussa sivutuotteessa metaanin osuus on paljon pienempi: 30 – 60 % ja homologien suurempi: 10 – 20 %.

Hiilivetyjen lisäksi seos voi sisältää pieniä määriä palamattomia aineita: rikkivetyä, typpeä, hiilidioksidia, hiilimonoksidia, vetyä ja muita. Mutta alasta riippuen hiilivetyjen osuudet, kuten muiden kaasujen koostumus, voivat vaihdella merkittävästi.

Kaasun fysikaaliset ominaisuudet

Metaanin fysikaalisten ominaisuuksien mukaan CH₄ väritön ja hajuton, erittäin syttyvää. Ilman pitoisuuksilla yli 4,5 % - räjähtävä. Tämä ominaisuus yhdistettynä hajun puutteeseen muodostaa suuren uhan ja ongelman. Varsinkin kaivoksissa, koska kivihiili imee metaania.

Kirjoitimme kaasuräjähdysten syistä kotioloissa vuonna tätä materiaalia.

Antaakseen kaasulle hajun vuotojen havaitsemiseksi siihen lisätään ennen kuljetusta erityisiä epämiellyttävän hajuisia aineita - hajusteita. Useimmiten nämä ovat rikkiä sisältäviä yhdisteitä - etaanitiolia tai etyylimerkaptaania. Epäpuhtauden osuus valitaan siten, että vuoto on havaittavissa 1 %:n kaasupitoisuudessa.

Sinisen polttoaineen tärkein etu on sen korkea ominaispalolämpö - 39 MJ/kg. Tästä vapautuu vaarattomia aineita: vettä ja hiilidioksidia. Tämä on myös tärkeä tekijä, joka mahdollistaa metaanin käytön jokapäiväisessä elämässä

Mistä kaasua tulee maan syvyyksistä?

Vaikka ihmiset oppivat käyttämään kaasua yli 200 vuotta sitten, ei vieläkään ole yksimielisyyttä siitä, mistä kaasu tulee maan suolistosta.

Tärkeimmät alkuperäteoriat

Sen alkuperästä on kaksi pääteoriaa:

• mineraali, joka selittää kaasun muodostumisen hiilivetyjen kaasunpoistoprosesseilla maan syvemmistä ja tiheämmistä kerroksista ja niiden noususta alhaisemman paineen vyöhykkeille;
• orgaaninen (biogeeninen), jonka mukaan kaasu on tuote elävien organismien jäänteiden hajoamisesta korkean paineen, lämpötilan ja ilman puutteen olosuhteissa.

Kentällä kaasu voi olla erillisen kerääntymän, kaasukorkin, öljy- tai vesiliuoksen tai kaasuhydraattien muodossa. Jälkimmäisessä tapauksessa kerrostumat sijaitsevat huokoisissa kivissä kaasutiiviiden savikerrosten välissä. Useimmiten tällaiset kivet ovat tiivistettyä hiekkakiveä, karbonaatteja ja kalkkikiviä.

Perinteisten kaasukenttien osuus on vain 0,8 %. Hieman suurempi prosenttiosuus laskee syvälle, hiili- ja liuskekaasulle - 1,4 - 1,9%.Yleisimmät kerrostumat ovat veteen liukenevat kaasut ja hydraatit - suunnilleen yhtä suurissa suhteissa (46,9 % kumpikin)

Koska kaasu on öljyä kevyempää ja vesi raskaampaa, mineraalien sijainti säiliössä on aina sama: kaasu on öljyn päällä ja vesi tukee koko öljy- ja kaasukenttää alhaalta.

Muodosteessa oleva kaasu on paineen alaisena. Mitä syvemmät talletukset ovat, sitä korkeammat ne ovat. Keskimäärin jokaista 10 metriä kohden paineen nousu on 0,1 MPa. On kerroksia, joissa on epätavallisen korkea paine. Esimerkiksi Urengoy-kentän Achimovin esiintymissä se saavuttaa 600 ilmakehän ja korkeamman 3800–4500 metrin syvyydessä.

Mielenkiintoisia faktoja ja hypoteeseja

Vielä vähän aikaa sitten uskottiin, että maailman öljy- ja kaasuvarat pitäisi loppua 2000-luvun alussa. Esimerkiksi arvovaltainen amerikkalainen geofyysikko Hubbert kirjoitti tästä vuonna 1965.

Tähän mennessä monet maat ovat jatkaneet kaasuntuotannon nopeuttamista. Ei ole todellisia merkkejä hiilivetyvarantojen loppumisesta

Geologisten ja mineralogisten tieteiden tohtori V.V. Polevanova, tällaiset väärinkäsitykset johtuvat siitä, että teoria öljyn ja kaasun orgaanisesta alkuperästä on edelleen yleisesti hyväksytty ja hallitsee useimpien tiedemiesten mieliä. Vaikka edelleen D.I. Mendelejev perusti teorian öljyn epäorgaanisesta syvästä alkuperästä, ja sitten Kudrjavtsev ja V.R. Larin.

Mutta monet tosiasiat puhuvat hiilivetyjen orgaanista alkuperää vastaan.

Tässä muutama niistä:

• kerrostumia on löydetty jopa 11 km:n syvyyksistä kiteisistä kellareista, joissa orgaanisen aineen olemassaolo ei ole edes teoreettisesti mahdollista;
• orgaanisen teorian avulla vain 10 % hiilivetyvarannoista voidaan selittää, loput 90 % ovat selittämättömiä;
• Cassini-avaruusluotain löydettiin vuonna 2000 Saturnuksen kuusta Titanista jättimäiset hiilivetyvarat järvien muodossa, useita suuruusluokkia suurempia kuin maan päällä.

Larinin esittämä hypoteesi alun perin hydridisestä maapallosta selittää hiilivetyjen alkuperän vedyn ja hiilen reaktion kautta maan syvyyksissä ja sitä seuranneen metaanin kaasunpoiston kautta.

Sen mukaan jurakauden muinaisia ​​esiintymiä ei ole. Kaikki öljy ja kaasu ovat saattaneet muodostua 1-15 tuhatta vuotta sitten. Valinnan edetessä varoja voidaan vähitellen täydentää, mikä on havaittu pitkään ehtyneillä ja hylätyillä öljykentillä.

Miten louhinta ja kuljetus tapahtuu?

Palavan kaasun talteenottoprosessi alkaa kaivojen rakentamisesta. Kaasua sisältävän muodostuman esiintymisestä riippuen niiden syvyys voi olla 7 km. Kairauksen edetessä putki (vaippa) lasketaan kaivoon. Jotta kaasu ei pääse karkaamaan putken ja kaivon seinien välisen tilan läpi, tulppa tehdään - täyttöaukko savella tai sementillä.

Rakentamisen lopussa nostopuomi poistetaan ja joulupuu asennetaan kotelon päähän. Se on luistiventtiilien rakenne ja sitä käytetään kaasun poistamiseen kaivosta.

Kaivojen määrä voi olla melko suuri.

Joulupuulla on useita toimintoja: se pitää pumppaus- ja kompressoriputket kaivossa, ohjaa toimintatiloja ja mittaa kaivon ulko- ja sisäosien parametreja.

Luonnon palavan kaasun tuotannon koko sykli tapahtuu kolmessa vaiheessa:

1. Kaasukentän kehittäminen. Porauksen seurauksena syntyy paine-ero. Tästä johtuen kaasu liikkuu muodostuman läpi kaivoihin.
2. Kaasukaivojen käyttö. Tässä vaiheessa kaasu kulkee kotelon läpi.
3. Keräys ja valmistelu kuljetukseen. Kaasu kaikista joulukuusista toimitetaan kaasunkäsittelylaitoksen erityisiin teknologisiin komplekseihin. Ne kuivattavat kaasua, puhdistus haitallisilta epäpuhtauksilta.

Pienetkin pitoisuudet rikkivetyä, vesihöyryä tai kiinteitä hiukkasia aiheuttavat nopeaa korroosiota, hydraatin muodostumista ja mekaanisia vaurioita putkilinjan sisäpinnalle.

Viimeinen kuljetusvalmistelu tapahtuu päätöissä. Se sisältää hiilivetykondensaatin jälkikäsittelyn ja poistamisen, kaasun jäähdytyksen sen tilavuuden pienentämiseksi.

Pääasiallinen kaasun kuljetusmuoto pitkiä matkoja on pääkaasuputki. Se on monimutkaisten teknisten rakenteiden järjestelmä itse putkistosta maanalaiset varastotilat.

Putkilinjan viimeisessä kohdassa on kaasunjakeluasemia (GDS). Täällä tapahtuu pölyn ja nestemäisten epäpuhtauksien loppupuhdistus, paine lasketaan kuluttajien vaatimalle tasolle, se stabiloidaan, kaasunkulutus otetaan huomioon ja hajuainetta lisätään.

Toinen yleinen metaanin kuljetusmuoto on merikuljetukset erikoisaluksilla - kaasunkuljetusaluksilla.

Valtavat pallomaiset säiliöt eivät salli kaasusäiliön sekoittamista muuntyyppisiin laivoihin. Ne ovat termospulloja, jotka pitävät nestemäiselle metaanille vakiolämpötilan -163 °C

Kaasun muuttaminen nestemäiseksi tapahtuu erityisissä LNG-laitoksissa. Prosessi tapahtuu kahdessa vaiheessa: ensin metaani jäähdytetään -50 °C:seen ja sitten -163 °C:seen. Samalla sen tilavuus pienenee 600 kertaa.

Käsittely ja soveltamisala

Maakaasun korkea syttyvyys määrää sen pääkäytön. Sitä käytetään polttoaineena tehtaissa, tehtaissa, lämpövoimalaitoksissa, kattilahuoneissa, laitoksissa, asuinrakennuksissa, maatalouslaitoksissa ja monissa muissa. Suosittelemme, että luet säännöt kaasun käyttöä jokapäiväisessä elämässä.

Öljyn tuotantoon ja jalostukseen liittyy aina siihen liittyvän kaasun vapautuminen. Joissakin tapauksissa sen määrät voivat olla vaikuttavia ja olla jopa 300 kuutiometriä kuutiometriä kohden raakaöljyä.

Mutta on monia kenttiä, joilla maakaasua ei käytetä, vaan se soihdutetaan. Esimerkiksi koko Venäjällä jopa 25% hyödyllisistä raaka-aineista menetetään tällä tavalla.

Osa siihen liittyvästä kaasusta toimitetaan kaasunkäsittelylaitoksille. Siitä saadaan puhdistettua kuivaa kaasua, jota käytetään lämmitykseen. Toinen arvokas komponentti on kevyiden hiilivetyjen seos.

Kaavio esittää yleiskuvan tuotetun kaasun käsittelyprosessista. Lopputuotteiden roolia nykyaikaisessa kemianteollisuudessa ei voi yliarvioida

Se jaetaan sitten osiin erityisissä asennuksissa. Tuloksena on hiilivetyjä, kuten propaani, butaani, isobutaani ja pentaani. Niiden määrän vähentämiseksi, kuljetuksen ja varastoinnin helpottamiseksi nesteyttää.

Autojen muuttaminen kaasukäyttöiseksi maksaa itsensä nopeasti takaisin ja tuo merkittäviä kustannussäästöjä. Kaasuntankkausasemaverkoston laajentaminen lisää nestekaasua käyttävien autojen määrää. Ei vain kuljettajat, vaan myös jalankulkijat, joiden ei tarvitse hengittää haitallisia höyryjä

Propaania ja butaania käytetään kodin lämmitykseen pullotettua kaasua tai autoille. Mutta suurin osa siitä menee jatkojalostukseen petrokemian tuotannossa.

Kuumentamalla korkeassa lämpötilassa (pyrolyysi) niitä käytetään kaikkien synteettisten materiaalien pääraaka-aineen saamiseksi - monomeerit: eteen, propeeni, butadieeni. Katalyyttien vaikutuksesta ne yhdistetään polymeereiksi. Tuotanto on sellaisia ​​arvokkaita materiaaleja kuin kumi, PVC, polyeteeni ja monet muut.

Päätelmät ja hyödyllinen video aiheesta

Dokumentti kertoo kaasusta helposti ja visuaalisesti:

Tämä opetuselokuva on omistettu tärkeimmille kaasunsiirroille:

Emme vieläkään tiedä kaikkea maakaasusta – sen alkuperä sisältää edelleen monia mysteereitä. Voimme vain toivoa, että sininen polttoaine on todella ehtymätön lahja, joka riittää meille ja jälkeläisillemme.

Onko sinulla vielä kysyttävää yllä olevan materiaalin lukemisen jälkeen? Vai haluatko täydentää artikkelia hyödyllisillä kommenteilla, mielenkiintoisilla faktoilla tai valokuvilla? Kirjoita kommenttisi, esitä kysymyksiä, osallistu keskusteluun - palautelomake löytyy alta.