Alt om naturgas: sammensætning og egenskaber, produktion og anvendelse af naturgas

Blå brændstofudvindingsproces

Forud for gasproduktion er processen med geologisk udforskning. De giver dig mulighed for nøjagtigt at bestemme volumen og arten af ​​forekomsten af ​​depositum. I øjeblikket bruges flere metoder til rekognoscering.

Gravitation - baseret på beregning af massen af ​​klipper. Gasholdige lag er kendetegnet ved en væsentlig lavere densitet.

Magnetisk - tager højde for bjergartens magnetiske permeabilitet. Ved hjælp af aeromagnetisk undersøgelse er det muligt at få et komplet billede af aflejringer op til 7 km dybe.

Formålet med denne teknik

Seismisk - bruger stråling, der reflekteres, når den passerer gennem tarmene. Dette ekko er i stand til at fange specielle måleinstrumenter.

Geokemisk - sammensætningen af ​​grundvand studeres med bestemmelse af indholdet i dem af stoffer forbundet med gasfelter.

Boring er den mest effektive metode, men samtidig den dyreste af de nævnte. Derfor kræves en forundersøgelse af klipperne forud for dets brug.

Brøndboringsmetoder til naturgasproduktion

Efter at feltet er bestemt og de foreløbige mængder af aflejringer er estimeret, fortsætter processen med gasproduktion direkte. Brønde bores til dybden af ​​minerallaget. For at fordele trykket af det stigende blå brændstof jævnt, er brønden lavet med en stige eller teleskopisk (som et teleskop).

Brønden er forstærket med foringsrør og cementeret. For jævnt at reducere trykket og fremskynde processen med gasproduktion, bores flere brønde på én gang i et felt. Stigningen af ​​gas gennem brønden udføres på en naturlig måde - gassen bevæger sig til en zone med lavere tryk.

Da gassen indeholder forskellige urenheder efter ekstraktion, er næste trin dens rensning. For at sikre denne proces bygges passende industrielle faciliteter til gasrensning og -behandling nær markerne.

Naturgasrensningssystem

Minedrift ved hjælp af kulminer

Kullag indeholder en stor mængde metan, hvis udvinding ikke kun gør det muligt at opnå blåt brændstof, men sikrer også sikker drift af kulminevirksomheder. Denne metode er meget udbredt i USA.

De vigtigste retninger for brug og behandling af metan

Hydraulisk fraktureringsmetode

Når gas produceres ved denne metode, injiceres en strøm af vand eller luft gennem brønden. Dermed fortrænges gassen.

Denne metode kan forårsage seismisk ustabilitet af knækkede sten, så det er forbudt i nogle stater.

Funktioner af undervandsproduktion

For første gang i Rusland udføres gasproduktion på Kirinskoye-feltet ved hjælp af et undervandsproduktionskompleks

Gasreserver er til stede, bortset fra land, og under vand. Vores land har omfattende undervandsaflejringer. Undervandsproduktion udføres ved hjælp af tunge gravitationsplatforme. De er placeret på en base, der hviler på havbunden. Brøndboring udføres med søjler placeret på bunden. Tanke er placeret på platformene for at opbevare den udvundne gas. Det transporteres derefter til land via en rørledning.

Disse platforme sørger for den konstante tilstedeværelse af mennesker, der udfører vedligeholdelse af komplekset. Antallet kan være op til 100 personer. Disse faciliteter er udstyret med autonom strømforsyning, en platform til helikoptere og personalekvarterer.

Når aflejringer er placeret nær kysten, udføres brønde skråt. De begynder på land og efterlader basen under havhylden. Gasproduktion og -transport udføres på en standard måde.

Oprindelse af naturgas:

Der er to teorier om naturgassens oprindelse: den biogene (organiske) teori og den abiogene (uorganiske, mineralske) teori.

For første gang blev den biogene teori om naturgassens oprindelse udtrykt i 1759 af M.V. Lomonosov. I Jordens fjerne geologiske fortid sank døde levende organismer (planter og dyr) til bunden af ​​vandområder og dannede sildige sedimenter. Som et resultat af forskellige kemiske processer nedbrydes de i et luftløst rum.På grund af jordskorpens bevægelse sank disse rester dybere og dybere, hvor de under påvirkning af høj temperatur og højt tryk blev til kulbrinter: naturgas og olie. Kulbrinter med lav molekylvægt (dvs. egentlig naturgas) blev dannet ved højere temperaturer og tryk. Højmolekylære kulbrinter - olie - ved mindre. Kulbrinter, der trængte ind i hulrummene i jordskorpen, dannede aflejringer af olie- og gasfelter. Over tid gik disse organiske aflejringer og kulbrinteaflejringer dybt ned til en dybde på en kilometer til flere kilometer - de var dækket af lag af sedimentære bjergarter eller under påvirkning af geologiske bevægelser af jordskorpen.

Mineralteorien om oprindelsen af ​​naturgas og olie blev formuleret i 1877 af D.I. Mendeleev. Han tog udgangspunkt i, at der kan dannes kulbrinter i jordens indvolde ved høje temperaturer og tryk som følge af samspillet mellem overophedet damp og smeltede tungmetalcarbider (primært jern). Som et resultat af kemiske reaktioner dannes oxider af jern og andre metaller samt forskellige kulbrinter i gasform. I dette tilfælde trænger vand dybt ind i jordens tarme gennem revner-fejl i jordskorpen. De resulterende kulbrinter, der er i en gasformig tilstand, stiger til gengæld op gennem de samme revner og forkastninger til zonen med mindst tryk, og danner til sidst gas- og olieaflejringer. Denne proces, ifølge D.I. Mendeleev og tilhængere af hypotesen, sker hele tiden. Derfor truer reduktionen af ​​kulbrintereserver i form af olie og gas ikke menneskeheden.

Metan

Derudover findes metan også i kulminer, hvor det på grund af dets eksplosive karakter udgør en alvorlig trussel for minearbejdere. Metan kendes også i form af udskillelser i sumpe - sumpgas.

Afhængig af indholdet af metan og andre (tunge) kulbrintegasser i metanserien opdeles gasser i tørt (fattigt) og fedtholdigt (rigt).

• Tørre gasser omfatter gasser hovedsageligt af methansammensætning (op til 95 - 96%), hvor indholdet af andre homologer (ethan, propan, butan og pentan) er ubetydeligt (brøkdele af en procent). De er mere karakteristiske for rene gasforekomster, hvor der ikke er kilder til berigelse i deres tunge komponenter, der er en del af olien.
• Våde gasser er gasser med et højt indhold af "tunge" gasforbindelser. Ud over metan indeholder de titusindvis af procent ethan, propan og forbindelser med højere molekylvægt op til hexan. Fedtblandinger er mere karakteristiske for associerede gasser, der ledsager olieaflejringer.

Brændbare gasser er almindelige og naturlige ledsagere af olie i næsten alle dens kendte forekomster, dvs. olie og gas er uadskillelige på grund af deres relaterede kemiske sammensætning (kulbrinte), fælles oprindelse, migrationsforhold og akkumulering i naturlige fælder af forskellige typer.

En undtagelse er de såkaldte "døde" olier. Disse er olier tæt på dagoverfladen, fuldstændig afgasset på grund af fordampning (fordampning) af ikke kun gasser, men også lette fraktioner af selve olien.

Sådan olie er kendt i Rusland ved Ukhta. Det er en tung, tyktflydende, oxideret, næsten ikke-flydende olie, der produceres ved ukonventionelle minedriftsmetoder.

Rene gasforekomster, hvor der ikke er olie, og gas er underlagt formationsvande, er vidt udbredt i verden.I Rusland er der opdaget supergigantiske gasfelter i det vestlige Sibirien: Urengoyskoye med reserver på 5 billioner kubikmeter. m3, Yamburgskoye - 4,4 billioner. m3, Zapolyarnoye - 2,5 billioner. m3, Medvezhye - 1,5 billioner. m3.

Olie- og gas- og oliefelter er dog de mest udbredte. Sammen med olie opstår gas enten i gashætter, dvs. over olie, eller i en tilstand opløst i olie. Så kaldes det opløst gas. I sin kerne ligner olie med gas opløst i kulsyreholdige drikke. Ved høje reservoirtryk opløses betydelige mængder gas i olien, og når trykket falder til atmosfærisk tryk under produktionsprocessen, afgasses olien, dvs. gas frigives hurtigt fra gas-olieblandingen. Sådan gas kaldes associeret gas.

De naturlige ledsagere af kulbrinter er kuldioxid, hydrogensulfid, nitrogen og inerte gasser (helium, argon, krypton, xenon), der er til stede i det som urenheder.

Transport

Gasforberedelse til transport

På trods af at gassen på nogle områder har en usædvanlig høj kvalitetssammensætning, er naturgas generelt ikke et færdigt produkt. Ud over målkomponentniveauer (hvor målkomponenter kan variere afhængigt af slutbrugeren), indeholder gassen urenheder, der gør den vanskelig at transportere og er uønsket i brug.

For eksempel kan vanddamp kondensere og akkumulere forskellige steder i rørledningen, oftest bøjes, og dermed forstyrre gasbevægelsen. Svovlbrinte er et stærkt ætsende middel, som påvirker rørledninger, tilhørende udstyr og lagertanke negativt.

I denne henseende gennemgår gassen, før den sendes til hovedolierørledningen eller til det petrokemiske anlæg, forberedelsesproceduren på gasbehandlingsanlægget (GPP).

Den første fase af forberedelsen er rengøring fra uønskede urenheder og tørring. Derefter komprimeres gassen - komprimeres til det tryk, der kræves til forarbejdning. Traditionelt komprimeres naturgas til et tryk på 200-250 bar, hvilket resulterer i en 200-250 gange reduktion af den besatte volumen.

Dernæst kommer topfasen: ved specielle installationer adskilles gassen i ustabil naturbenzin og strippet gas. Det er den strippede gas, der sendes til hovedgasrørledninger og petrokemisk produktion.

Ustabil naturbenzin tilføres gasfraktioneringsanlæg, hvor der udvindes lette kulbrinter: ethan, propan, butan, pentan. Disse stoffer er også værdifulde råvarer, især til fremstilling af polymerer. Og en blanding af butan og propan er et færdiglavet produkt, der især bruges som husholdningsbrændstof.

gasrørledning

Den vigtigste type naturgastransport er dens pumpning gennem rørledningen.

Standarddiameteren på hovedgasrørledningens rør er 1,42 m. Gassen i rørledningen pumpes under et tryk på 75 atm. Når den bevæger sig langs røret, mister gassen gradvist energi på grund af overvindelse af friktionskræfter, som spredes i form af varme. I denne forbindelse bygges der med visse intervaller specielle pumpekompressorstationer på gasrørledningen. På dem komprimeres gassen til det nødvendige tryk og afkøles.

Til levering direkte til forbrugeren afledes rør med mindre diameter fra hovedgasrørledningen - gasdistributionsnetværk.

gasrørledning

LNG transport

Hvad skal man gøre med svært tilgængelige områder, der ligger langt fra hovedgasrørledningerne? I sådanne områder transporteres gas i flydende tilstand (flydende naturgas, LNG) i specielle kryogentanke til søs og til lands.

Til søs transporteres flydende gas på gasskibe (LNG-tankskibe), skibe udstyret med isotermiske tanke.

LNG transporteres også med landtransport, både jernbane og vej. Til dette bruges specielle dobbeltvæggede tanke, der kan opretholde den nødvendige temperatur i en vis tid.

Hvor kommer gassen i jordens indvolde fra?

Selvom folk lærte at bruge gas for mere end 200 år siden, er der stadig ingen konsensus om, hvor gassen i jordens indvolde kommer fra.

Vigtigste oprindelsesteorier

Der er to hovedteorier om dens oprindelse:

• mineral, der forklarer dannelsen af ​​gas ved processerne med at afgasse kulbrinter fra dybere og tættere lag af jorden og hæve dem til zoner med lavere tryk;
• organisk (biogen), ifølge hvilken gas er et nedbrydningsprodukt af rester af levende organismer under forhold med højt tryk, temperatur og mangel på luft.

I marken kan gas være i form af en separat akkumulering, en gashætte, en opløsning i olie eller vand eller gashydrater. I sidstnævnte tilfælde er aflejringer placeret i porøse bjergarter mellem gastætte lerlag. Oftest er sådanne sten komprimeret sandsten, karbonater, kalksten.

Andelen af ​​konventionelle gasfelter er kun 0,8%.En lidt større procentdel står for dyb, kul og skifergas - fra 1,4 til 1,9 %. De mest almindelige typer af aflejringer er vandopløste gasser og hydrater - omtrent i lige store andele (46,9% hver)

Da gas er lettere end olie, og vand er tungere, er positionen af ​​fossiler i reservoiret altid den samme: gas er oven på olie, og vand støtter hele olie- og gasfeltet nedefra.

Gassen i reservoiret er under tryk. Jo dybere indskud, jo højere er det. I gennemsnit er trykstigningen 0,1 MPa for hver 10 meter. Der er lag med unormalt højt tryk. For eksempel når det i Achimov-aflejringerne i Urengoyskoye-feltet 600 atmosfærer og højere i en dybde på 3800 til 4500 m.

Interessante fakta og hypoteser

For ikke så længe siden troede man, at verdens olie- og gasreserver skulle være opbrugt allerede i begyndelsen af ​​det 21. århundrede. For eksempel skrev den autoritative amerikanske geofysiker Hubbert om dette i 1965.

Indtil nu fortsætter mange lande med at øge tempoet i gasproduktionen. Der er ingen reelle tegn på, at kulbrintereserverne er ved at løbe tør

Ifølge doktoren i geologiske og mineralogiske videnskaber V.V. Polevanov, sådanne misforståelser er forårsaget af det faktum, at teorien om den organiske oprindelse af olie og gas stadig er generelt accepteret og ejer hovedet af de fleste videnskabsmænd. Selvom D.I. Mendeleev underbyggede teorien om oliens uorganiske dybe oprindelse, og så blev den bevist af Kudryavtsev og V.R. Larin.

Men mange fakta taler imod kulbrinternes organiske oprindelse.

Her er nogle af dem:

• aflejringer blev opdaget i dybder på op til 11 km, i krystallinske fundamenter, hvor eksistensen af ​​organisk stof ikke engang kan være teoretisk;
• ved hjælp af organisk teori kan kun 10% af kulbrintereserverne forklares, de resterende 90% er uforklarlige;
• Cassini-rumsonden opdagede i 2000 på Saturns måne Titan gigantiske kulbrinteressourcer i form af søer flere størrelsesordener større end dem på Jorden.

Hypotesen om en oprindeligt hydridjord fremsat af Larin forklarer kulbrinternes oprindelse ved reaktionen mellem brint og kulstof i jordens dybder og den efterfølgende afgasning af metan.

Ifølge hende er der ingen gamle aflejringer fra juraperioden. Al olie og gas kunne være dannet for mellem 1.000 og 15.000 år siden. Efterhånden som reserverne trækkes tilbage, kan de gradvist genopbygges, hvilket bemærkes i længe udtømte og forladte oliefelter.

Klassificering og egenskaber

Naturgas er opdelt i 3 hovedkategorier. De er beskrevet af følgende egenskaber:

1. Udelukker tilstedeværelsen af ​​kulbrinter, hvori mere end 2 kulstofforbindelser. De kaldes tørre og fås kun på de steder, der er beregnet til udvinding.
2. Sammen med primære råvarer produceres flydende og tør gas og gasformig benzin, blandet med hinanden.
3. Den indeholder en stor mængde tunge kulbrinter og tør gas. Der er også en lille procentdel af urenheder. Det udvindes fra gaskondensat aflejringer.

Naturgas betragtes som en blandet sammensætning, hvor der er flere underarter af stoffet. Det er af denne grund, at der ikke er nogen nøjagtig formel for komponenten. Den vigtigste er metan, som indeholder mere end 90 %. Det er den mest modstandsdygtige over for temperatur. Lettere end luft og lidt opløselig i vand. Ved forbrænding i fri luft dannes en blå flamme. Den kraftigste eksplosion sker, hvis man kombinerer metan med luft i forholdet 1:10.Hvis en person inhalerer en stor koncentration af dette element, kan hans helbred blive skadet.

Det bruges som råmateriale og industrielt brændstof. Det bruges også aktivt til at opnå nitromethan, myresyre, freoner og brint. Ved nedbrydning af kulbrintebindinger under påvirkning af strøm og temperatur opnås acetylen, som bruges i industrien. Blåsyre dannes, når ammoniak oxideres med metan.

Sammensætningen af ​​naturgas har følgende liste over komponenter:

1. Ethan er et farveløst gasformigt stof. Når den brænder, lyser den svagt. Det opløses praktisk talt ikke i vand, men i alkohol kan det i forholdet 3:2. Det har ikke været brugt som brændstof. Hovedformålet med brugen er fremstilling af ethylen.
2. Propan er en velanvendt type brændstof, der ikke opløses i vand. Ved forbrænding frigives en stor mængde varme.
3. Butan - med en specifik lugt, lav toksicitet. Det har en negativ effekt på menneskers sundhed: det kan påvirke nervesystemet, forårsager arytmi og asfyksi.
4. Nitrogen kan bruges til at holde boringer på et passende tryk. For at opnå dette element er det nødvendigt at gøre luften flydende og adskille den ved destillation. Det bruges til fremstilling af ammoniak.
5. Kuldioxid - forbindelsen kan gå i gasform fra fast tilstand ved atmosfærisk tryk. Det findes i luften og i mineralske kilder og frigives også, når væsner trækker vejret. Det er et fødevaretilsætningsstof.
6. Svovlbrinte er et ret giftigt element. Det kan negativt påvirke funktionen af ​​det menneskelige nervesystem.Den har en lugt af rådne æg, en sødlig eftersmag og er farveløs. Meget opløselig i ethanol. Reagerer ikke med vand. Nødvendig til fremstilling af sulfitter, svovlsyre og svovl.
7. Helium betragtes som et unikt stof. Det kan ophobes i jordskorpen. Det fås ved at fryse de gasser, hvori det indgår. Når det er i en gasform, manifesterer det sig ikke udadtil, i en flydende tilstand kan det påvirke levende væv. Den er ikke i stand til at eksplodere og antænde. Men hvis der er en stor koncentration af det i luften, kan det føre til kvælning. Bruges til at fylde luftskibe og balloner, når der arbejdes med metaloverflader.
8. Argon er en gas uden ydre egenskaber. Det bruges ved skæring og svejsning af metaldele, samt for at øge holdbarheden af ​​fødevarer (på grund af dette stof fortrænges vand og luft).

De fysiske egenskaber af en naturressource er som følger: den spontane forbrændingstemperatur er 650 grader Celsius, tætheden af ​​naturgas er 0,68-0,85 (i gasform) og 400 kg / m3 (væske). Ved blanding med luft anses koncentrationer på 4,4-17% som eksplosive. Fossilets oktantal er 120-130. Det beregnes ud fra forholdet mellem brændbare komponenter og dem, der er svære at oxidere under kompression. Brændværdien er omtrent lig med 12 tusinde kalorier pr. 1 kubikmeter. Den termiske ledningsevne af gas og olie er den samme.

Når der tilføres luft, kan en naturlig kilde hurtigt antændes. Under hjemlige forhold stiger det til loftet. Det er der, ilden starter. Dette skyldes letheden af ​​metan. Men luft er omkring 2 gange tungere end dette element.

Naturgasbehandlingsmetoder

Før tilførsel af naturgas til hovedgasrørledningen, behøver dette råmateriale ikke at blive yderligere renset, denne fordel i forhold til olie (som skal underkastes primær behandling, før det føres ind i olierørledningen), hvilket resulterer i betydelige besparelser i transportomkostninger.

Inden den endelige kemikalie- og produktionssammensætning opnås, underkastes gasblandingen sekundær forarbejdning på kemiske industrianlæg, som afhængigt af de anvendte teknologier er opdelt i hoved- og sekundærgasbehandlingsmetoder.

fysisk genbrug

Denne metode er baseret på fysiske og energimæssige indikatorer. Udvundet fossilt materiale udsættes for dyb kompression og adskilles i fraktioner ved udsættelse for høje temperaturer.

Under overgangen fra lave til høje temperaturer renses råvarer intensivt for urenheder. Brugen af ​​kraftige kompressorer muliggør behandling på gasproduktionsstedet. Ved pumpning af gas fra en olieførende formation anvendes oliepumper, som er relativt billige.

Egenskaber af naturgas

Brug af kemiske reaktioner

Under kemisk-katalytisk forarbejdning opstår processer forbundet med overgangen af ​​metan til syntetiseret gas, efterfulgt af forarbejdning. Kemiske metoder involverer brugen af ​​to metoder:

• damp, kuldioxid omdannelse;
• delvis oxidation.

Sidstnævnte metode er den mest energibesparende og bekvemme, da hastigheden af ​​kemisk reaktion under partiel oxidation er ret høj, og der er ingen grund til at bruge yderligere katalysatorer.

Brugen af ​​høje og lave temperaturer som et værktøj til at påvirke fossile råstoffer kaldes en termokemisk metode til behandling af naturgas. Under påvirkning af temperaturen på dette råmateriale dannes kemiske forbindelser som ethylen, propylen osv. Kompleksiteten af ​​denne type forarbejdning ligger i brugen af ​​udstyr, der er i stand til at producere varme op til 11 tusinde grader, mens trykket øges op til tre atmosfærer.

Moderne teknologier til behandling af naturgas bruger den ekstra syntese af metan, som fordobler mængden af ​​produceret brint. Brint er et naturligt råmateriale, hvorfra der isoleres ammoniak, som er et materiale til fremstilling af salpetersyre, ammoniumkomponenter, anilin mv.