Sve o prirodnom plinu: sastav i svojstva, proizvodnja i korištenje prirodnog plina

Proces ekstrakcije plavog goriva

Prije proizvodnje plina je proces geoloških istraživanja. Omogućuju vam da točno odredite volumen i prirodu nastanka depozita. Trenutno se koristi nekoliko metoda izviđanja.

Gravitacija - na temelju izračuna mase stijena. Slojevi koji sadrže plin karakteriziraju znatno niža gustoća.

Magnetski - uzima u obzir magnetsku propusnost stijene. Aeromagnetskim snimanjem moguće je dobiti potpunu sliku o naslagama do 7 km dubine.

Svrha ove tehnike

Seizmički - koristi zračenje koje se reflektira prilikom prolaska kroz crijeva. Ova jeka može uhvatiti posebne mjerne instrumente.

Geokemijski - proučava se sastav podzemnih voda uz određivanje sadržaja u njima tvari povezanih s plinskim poljima.

Bušenje je najučinkovitija metoda, ali ujedno i najskuplja od navedenih. Stoga je prije njegove uporabe potrebno preliminarno proučavanje stijena.

Metode bušenja bunara za proizvodnja prirodnog plina

Nakon utvrđivanja polja i procjene preliminarnih količina ležišta, izravno se nastavlja proces proizvodnje plina. Bušotine se buše do dubine mineralnog sloja. Za ravnomjernu raspodjelu tlaka diže plavog goriva, bunar se izrađuje ljestvama ili teleskopski (poput teleskopa).

Bušotina je ojačana obložnim cijevima i cementirana. Kako bi se ravnomjerno smanjio tlak i ubrzao proces proizvodnje plina, na jednom polju se buši nekoliko bušotina odjednom. Dizanje plina kroz bušotinu provodi se na prirodan način - plin se kreće u zonu nižeg tlaka.

Budući da plin nakon ekstrakcije sadrži razne nečistoće, sljedeći korak je njegovo pročišćavanje. Kako bi se osigurao ovaj proces, u blizini polja grade se odgovarajući industrijski objekti za pročišćavanje i preradu plina.

Sustav za pročišćavanje prirodnog plina

Rudarstvo pomoću rudnika ugljena

Ugljeni slojevi sadrže veliku količinu metana, čije vađenje ne samo da omogućuje dobivanje plavog goriva, već i osigurava siguran rad rudarskih poduzeća. Ova metoda se široko koristi u SAD-u.

Glavni pravci uporabe i prerade metana

Metoda hidrauličkog frakturiranja

Kada se plin proizvodi ovom metodom, mlaz vode ili zraka se ubrizgava kroz bušotinu.Dakle, plin se istiskuje.

Ova metoda može uzrokovati seizmičku nestabilnost razbijenih stijena, pa je u nekim državama zabranjena.

Značajke podvodnog rudarenja

Po prvi put u Rusiji proizvodnja plina na polju Kirinskoye izvodi se pomoću kompleksa za podvodnu proizvodnju

Zalihe plina su prisutne, osim na kopnu, i pod vodom. Naša zemlja ima velike podvodne naslage. Podvodna proizvodnja se izvodi pomoću teških gravitacijskih platformi. Smješteni su na bazi oslonjenoj na morsko dno. Bušenje bunara vrši se stupovima koji se nalaze na bazi. Spremnici se postavljaju na platforme za skladištenje izvađenog plina. Zatim se cjevovodom transportira na kopno.

Ove platforme omogućuju stalnu prisutnost ljudi koji obavljaju održavanje kompleksa. Broj može biti do 100 osoba. Ovi objekti su opremljeni autonomnim napajanjem, platformom za helikoptere i prostorima za osoblje.

Kada se naslage nalaze u blizini obale, bunari se izvode koso. Počinju na kopnu, ostavljajući bazu ispod morske police. Proizvodnja i transport plina odvija se na standardni način.

Podrijetlo prirodnog plina:

Postoje dvije teorije o podrijetlu prirodnog plina: biogena (organska) teorija i abiogena (anorganska, mineralna) teorija.

Prvi put biogenu teoriju o podrijetlu prirodnog plina iznio je 1759. godine M.V. Lomonosov. U dalekoj geološkoj prošlosti Zemlje, mrtvi živi organizmi (biljke i životinje) potonuli su na dno vodenih tijela, tvoreći muljevite sedimente. Kao rezultat raznih kemijskih procesa, raspadali su se u prostoru bez zraka.Zbog pomicanja zemljine kore ti su ostaci tonuli sve dublje, gdje su se pod utjecajem visoke temperature i visokog tlaka pretvarali u ugljikovodike: prirodni plin i naftu. Ugljikovodici male molekularne mase (tj. prirodni plin) nastali su pri višim temperaturama i tlakovima. Visokomolekularni ugljikovodici – nafta – na manjim. Ugljikovodici, prodirući u praznine zemljine kore, formirali su naslage naftnih i plinskih polja. S vremenom su se te organske naslage i naslage ugljikovodika spustile duboko do dubine od jednog kilometra do nekoliko kilometara – bile su prekrivene slojevima sedimentnih stijena ili pod utjecajem geoloških kretanja zemljine kore.

Mineralnu teoriju o podrijetlu prirodnog plina i nafte formulirao je 1877. D.I. Mendeljejev. Polazio je od činjenice da se u utrobi zemlje pri visokim temperaturama i pritiscima mogu formirati ugljikovodici kao rezultat interakcije pregrijane pare i rastaljenih karbida teških metala (prvenstveno željeza). Kao rezultat kemijskih reakcija nastaju oksidi željeza i drugih metala, kao i razni ugljikovodici u plinovitom stanju. U tom slučaju voda ulazi duboko u utrobu Zemlje kroz pukotine-rasjede u zemljinoj kori. Rezultirajući ugljikovodici, koji su u plinovitom stanju, zauzvrat se uzdižu kroz iste pukotine i rasjede u zonu najmanjeg tlaka, na kraju stvarajući naslage plina i nafte. Ovaj proces, prema D.I. Mendeljejeva i pristaša hipoteze, događa se cijelo vrijeme. Stoga smanjenje rezervi ugljikovodika u obliku nafte i plina ne prijeti čovječanstvu.

Metan

Osim toga, metan se nalazi i u rudnicima ugljena, gdje zbog svoje eksplozivnosti predstavlja ozbiljnu prijetnju rudarima. Metan je poznat i u obliku izlučevina u močvarama – močvarni plin.

Ovisno o sadržaju metana i drugih (teških) ugljikovodičnih plinova metanskog niza, plinovi se dijele na suhe (siromašne) i masne (bogate).

• Suhi plinovi uključuju plinove uglavnom metanskog sastava (do 95 - 96%), u kojima je sadržaj ostalih homologa (etan, propan, butan i pentan) neznatan (djelići postotka). Oni su više karakteristični za čisto plinska ležišta, gdje nema izvora obogaćivanja u njihovim teškim komponentama koje su dio nafte.
• Vlažni plinovi su plinovi s visokim udjelom "teških" plinskih spojeva. Osim metana, sadrže i desetke postotaka etana, propana i spojeva veće molekularne težine do heksana. Masne smjese karakterističnije su za povezane plinove koji prate nalazišta nafte.

Zapaljivi plinovi uobičajeni su i prirodni pratioci nafte u gotovo svim njezinim poznatim nalazištima, t.j. nafta i plin neodvojivi su zbog srodnog kemijskog sastava (ugljikovodika), zajedničkog podrijetla, uvjeta migracije i nakupljanja u prirodnim zamkama raznih vrsta.

Iznimka su takozvana "mrtva" ulja. Riječ je o uljima blizu dnevne površine, potpuno otplinjenim zbog isparavanja (hlapljenja) ne samo plinova, već i lakih frakcija samog ulja.

Takvo ulje je poznato u Rusiji u Ukhti. Riječ je o teškom, viskoznom, oksidiranom, gotovo netečećem naftu koje se proizvodi nekonvencionalnim metodama rudarenja.

Ležišta čistog plina, u kojima nema nafte, a plin podliježu formacijskim vodama, široko su rasprostranjena u svijetu. U Rusiji su otkrivena supergigantska plinska polja u Zapadnom Sibiru: Urengojskoje s rezervama od 5 trilijuna kubnih metara. m3, Yamburgskoye - 4,4 bilijuna. m3, Zapolyarnoye - 2,5 bilijuna. m3, Medvezhye - 1,5 bilijuna. m3.

Ipak, najraširenija su naftna i plinska i naftna polja. Zajedno s naftom, plin se javlja ili u plinskim kapama, t.j. preko ulja, ili u stanju otopljenom u ulju. Tada se naziva otopljeni plin. U svojoj srži, ulje s otopljenim plinom u njemu je slično gaziranim pićima. Pri visokim ležišnim tlakovima u nafti se otapaju značajne količine plina, a kada tijekom procesa proizvodnje tlak padne na atmosferski, dolazi do otplinjavanja nafte, t.j. plin se brzo oslobađa iz mješavine plina i ulja. Takav plin naziva se pridruženi plin.

Prirodni pratioci ugljikovodika su ugljični dioksid, sumporovodik, dušik i inertni plinovi (helij, argon, kripton, ksenon) prisutni u njemu kao nečistoće.

Prijevoz

Priprema plina za transport

Unatoč činjenici da na nekim poljima plin ima iznimno kvalitetan sastav, prirodni plin općenito nije gotov proizvod. Osim ciljanih razina komponenti (gdje ciljne komponente mogu varirati ovisno o krajnjem korisniku), plin sadrži nečistoće koje otežavaju transport i koje su nepoželjne za upotrebu.

Primjerice, vodena para se može kondenzirati i nakupljati na raznim mjestima u cjevovodu, najčešće se savijati i tako ometati kretanje plina.Sumporovodik je vrlo korozivno sredstvo koje negativno utječe na cjevovode, pripadajuću opremu i spremnike.

S tim u vezi, prije slanja u magistralni naftovod ili u petrokemijsko postrojenje, plin prolazi postupak pripreme u postrojenju za preradu plina (GPP).

Prva faza pripreme je čišćenje od neželjenih nečistoća i sušenje. Nakon toga se plin komprimira – komprimira na tlak potreban za obradu. Tradicionalno se prirodni plin komprimira na tlak od 200-250 bara, što rezultira 200-250 puta smanjenjem zauzetog volumena.

Slijedi faza dopunjavanja: na posebnim instalacijama plin se odvaja na nestabilni plin benzin i plin s prelivom. To je oduzeti plin koji se šalje u magistralne plinovode i petrokemijsku proizvodnju.

Nestabilan prirodni benzin se dovodi u postrojenja za frakcioniranje plina, gdje se iz njega izdvajaju laki ugljikovodici: etan, propan, butan, pentan. Ove tvari su također vrijedne sirovine, posebice za proizvodnju polimera. A mješavina butana i propana je gotov proizvod koji se posebno koristi kao gorivo za kućanstvo.

plinovod

Glavna vrsta transporta prirodnog plina je njegovo pumpanje kroz cjevovod.

Standardni promjer cijevi magistralnog plinovoda je 1,42 m. Plin se u cjevovodu pumpa pod tlakom od 75 atm. Kako se kreće duž cijevi, plin postupno gubi energiju zbog prevladavanja sila trenja, koja se raspršuje u obliku topline. S tim u vezi, u određenim intervalima, na plinovodu se grade posebne crpne kompresorske stanice. Na njima se plin komprimira na potreban tlak i hladi.

Za isporuku izravno potrošaču, cijevi manjeg promjera preusmjeravaju se iz magistralnog plinovoda - plinovodne mreže.

plinovod

LNG transport

Što učiniti s teško dostupnim područjima koja su udaljena od magistralnih plinovoda? U takvim područjima plin se transportira u ukapljenom stanju (ukapljeni prirodni plin, LNG) u posebnim kriogenim spremnicima morem i kopnom.

Pomorskim putem, ukapljeni plin se transportira na plinskim nosačima (LNG tankerima), brodovima opremljenim izotermnim spremnicima.

LNG se transportira i kopnenim prijevozom, kako željeznicom tako i cestovnim. Za to se koriste posebni spremnici s dvostrukim stijenkama koji mogu održavati potrebnu temperaturu određeno vrijeme.

Odakle dolazi plin u utrobi zemlje?

Iako su ljudi naučili koristiti plin prije više od 200 godina, još uvijek nema konsenzusa o tome odakle dolazi plin u utrobi zemlje.

Glavne teorije podrijetla

Dvije su glavne teorije o njegovom nastanku:

• mineral, objašnjavajući nastanak plina procesima otplinjavanja ugljikovodika iz dubljih i gušćih slojeva zemlje i njihovo podizanje u zone s nižim tlakom;
• organski (biogeni), prema kojem je plin produkt raspadanja ostataka živih organizama u uvjetima visokog tlaka, temperature i nedostatka zraka.

Na terenu plin može biti u obliku zasebne akumulacije, plinske kapice, otopine u ulju ili vodi ili plinskih hidrata. U potonjem slučaju, naslage se nalaze u poroznim stijenama između plinopropusnih slojeva gline.Najčešće su takve stijene zbijeni pješčenjak, karbonati, vapnenci.

Udio konvencionalnih plinskih polja je samo 0,8%. Nešto veći postotak čine duboki, ugljen i plin iz škriljevca - od 1,4 do 1,9%. Najčešći tipovi naslaga su u vodi otopljeni plinovi i hidrati - otprilike u jednakim omjerima (po 46,9%)

Budući da je plin lakši od nafte, a voda teža, položaj fosila u ležištu uvijek je isti: plin je na vrhu nafte, a voda podupire cijelo naftno i plinsko polje odozdo.

Plin u rezervoaru je pod pritiskom. Što je depozit dublji, to je veći. U prosjeku, na svakih 10 metara, porast tlaka iznosi 0,1 MPa. Postoje slojevi s nenormalno visokim tlakom. Na primjer, u Achimovskim naslagama polja Urengoyskoye doseže 600 atmosfera i više na dubini od 3800 do 4500 m.

Zanimljive činjenice i hipoteze

Ne tako davno vjerovalo se da bi svjetske rezerve nafte i plina trebale biti iscrpljene već početkom 21. stoljeća. Na primjer, autoritativni američki geofizičar Hubbert pisao je o tome 1965. godine.

Do danas mnoge zemlje nastavljaju povećavati tempo proizvodnje plina. Nema pravih znakova da zalihe ugljikovodika ponestaju

Prema doktoru geoloških i mineraloških znanosti V.V. Polevanova, takve su zablude uzrokovane činjenicom da je teorija organskog podrijetla nafte i plina još uvijek općeprihvaćena i posjeduje umove većine znanstvenika. Iako je D.I. Mendeljejev je potkrijepio teoriju anorganskog dubokog porijekla nafte, a zatim su je dokazali Kudryavtsev i V.R. Larin.

Ali mnoge činjenice govore protiv organskog porijekla ugljikovodika.

Evo nekih od njih:

• nalazišta su otkrivena na dubinama do 11 km, u kristalnim temeljima, gdje postojanje organske tvari ne može biti ni teoretski;
• pomoću organske teorije može se objasniti samo 10% rezervi ugljikovodika, preostalih 90% je neobjašnjivo;
• Svemirska sonda Cassini otkrila je 2000. godine na Saturnovom mjesecu Titan divovske resurse ugljikovodika u obliku jezera nekoliko redova veličine veća od onih na Zemlji.

Hipoteza o izvorno hidridnoj Zemlji koju je iznio Larin objašnjava porijeklo ugljikovodika reakcijom vodika s ugljikom u dubinama zemlje i naknadnim otplinjavanjem metana.

Prema njoj, nema drevnih naslaga jurskog razdoblja. Sva nafta i plin mogli su nastati između 1000 i 15 000 godina. Kako se rezerve povlače, mogu se postupno obnavljati, što se vidi u davno iscrpljenim i napuštenim naftnim poljima.

Klasifikacija i svojstva

Prirodni plin je podijeljen u 3 glavne kategorije. Oni su opisani sljedećim karakteristikama:

1. Isključuje prisutnost ugljikovodika u kojima ima više od 2 ugljikova spoja. Zovu se suhi i dobivaju se samo na onim mjestima koja su namijenjena za proizvodnju.
2. Uz primarne sirovine proizvode se međusobno pomiješani ukapljeni i suhi plin te plinoviti benzin.
3. Sadrži veliku količinu teških ugljikovodika i suhog plina. Postoji i mali postotak nečistoća. Izvlači se iz naslaga plinskog kondenzata.

Prirodni plin smatra se mješovitim sastavom, u kojem postoji nekoliko podvrsta tvari. Upravo iz tog razloga ne postoji točna formula za komponentu. Glavni je metan, koji sadrži više od 90%. Najotporniji je na temperaturu. Lakši od zraka i slabo topiv u vodi.Kada se spali na otvorenom, nastaje plavi plamen. Najsnažnija eksplozija nastaje ako spojite metan sa zrakom u omjeru 1:10. Ako osoba udahne veliku koncentraciju ovog elementa, tada može naštetiti njegovom zdravlju.

Koristi se kao sirovina i industrijsko gorivo. Također se aktivno koristi za dobivanje nitrometana, mravlje kiseline, freona i vodika. Razbijanjem ugljikovodičnih veza pod utjecajem struje i temperature dobiva se acetilen koji se koristi u industriji. Cijanovodonična kiselina nastaje kada se amonijak oksidira metanom.

Sastav prirodnog plina ima sljedeći popis komponenti:

1. Etan je bezbojna plinovita tvar. Kada gori, slabo svijetli. U vodi se praktički ne otapa, ali u alkoholu može u omjeru 3:2. Nije korišteno kao gorivo. Glavna svrha upotrebe je proizvodnja etilena.
2. Propan je dobro korištena vrsta goriva koja se ne otapa u vodi. Tijekom izgaranja oslobađa se velika količina topline.
3. Butan - sa specifičnim mirisom, niske toksičnosti. Ima negativan učinak na ljudsko zdravlje: može utjecati na živčani sustav, uzrokuje aritmiju i gušenje.
4. Dušik se može koristiti za održavanje bušotina na odgovarajućem tlaku. Za dobivanje ovog elementa potrebno je ukapniti zrak i odvojiti ga destilacijom. Koristi se za proizvodnju amonijaka.
5. Ugljični dioksid – spoj može prijeći u plinovito stanje iz čvrstog stanja pri atmosferskom tlaku.Nalazi se u zraku i mineralnim izvorima, a također se oslobađa kada bića dišu. To je aditiv za hranu.
6. Sumporovodik je prilično otrovan element. Može negativno utjecati na rad ljudskog živčanog sustava. Ima miris pokvarenih jaja, slatkastog okusa i bezbojan je. Vrlo topiv u etanolu. Ne reagira s vodom. Neophodan za proizvodnju sulfita, sumporne kiseline i sumpora.
7. Helij se smatra jedinstvenom tvari. Može se akumulirati u zemljinoj kori. Dobiva se smrzavanjem plinova u koje je uključen. Kada je u plinovitom stanju, ne manifestira se prema van, u tekućem stanju može utjecati na živa tkiva. Nije sposoban eksplodirati i zapaliti se. Ali ako je u zraku velika koncentracija, može doći do gušenja. Koristi se za punjenje zračnih brodova i balona, ​​pri radu s metalnim površinama.
8. Argon je plin bez vanjskih karakteristika. Koristi se za rezanje i zavarivanje metalnih dijelova, kao i za produženje roka trajanja prehrambenih proizvoda (zbog ove tvari dolazi do istiskivanja vode i zraka).

Fizička svojstva prirodnog resursa su sljedeća: temperatura spontanog izgaranja je 650 stupnjeva Celzija, gustoća prirodnog plina je 0,68-0,85 (u plinovitom stanju) i 400 kg / m3 (tekućina). Kada se pomiješa sa zrakom, koncentracije od 4,4-17% smatraju se eksplozivnim. Oktanski broj fosila je 120-130. Izračunava se na temelju omjera zapaljivih komponenti prema onima koje je teško oksidirati tijekom kompresije. Kalorična vrijednost je približno jednaka 12 tisuća kalorija po 1 kubičnom metru. Toplinska vodljivost plina i ulja je ista.

Kada se doda zrak, prirodni izvor se može brzo zapaliti. U domaćim uvjetima diže se do stropa. Tu počinje vatra. To je zbog lakoće metana. Ali zrak je oko 2 puta teži od ovog elementa.

Metode prerade prirodnog plina

Prije dovoda prirodnog plina u magistralni plinovod, ovu sirovinu nije potrebno dodatno pročišćavati, što je prednost u odnosu na naftu (koja se mora podvrgnuti primarnoj obradi prije nego što se ubaci u naftovod), što rezultira značajnim uštedama u troškovima transporta.

Prije dobivanja konačnog kemijskog i proizvodnog sastava, plinska smjesa se podvrgava sekundarnoj preradi u pogonima kemijske industrije, koja se, ovisno o korištenim tehnologijama, dijeli na glavne i sekundarne metode prerade plina.

fizička obrada

Ova se metoda temelji na fizičkim i energetskim pokazateljima. Iskopani fosilni materijal podvrgava se dubokoj kompresiji i odvaja se na frakcije izlaganjem visokim temperaturama.

Tijekom prijelaza s niskih na visoke temperature, sirovine se intenzivno čiste od nečistoća. Korištenje snažnih kompresora omogućuje preradu na mjestu proizvodnje plina. Prilikom crpljenja plina iz naftonosne formacije koriste se naftne pumpe koje su relativno jeftine.

Svojstva prirodnog plina

Korištenje kemijskih reakcija

Tijekom kemijsko-katalitičke obrade javljaju se procesi povezani s prijelazom metana u sintetizirani plin, nakon čega slijedi obrada. Kemijske metode uključuju korištenje dvije metode:

• para, pretvorba ugljičnog dioksida;
• djelomična oksidacija.

Potonja metoda je najštedljivija i najprikladnija, budući da je brzina kemijske reakcije tijekom djelomične oksidacije prilično visoka i nema potrebe za korištenjem dodatnih katalizatora.

Korištenje visokih i niskih temperatura kao alata za utjecaj na fosilne sirovine naziva se termokemijska metoda prerade prirodnog plina. Pod utjecajem temperature na ovu sirovinu nastaju kemijski spojevi poput etilena, propilena i dr. Složenost ove vrste obrade leži u korištenju opreme koja može proizvesti toplinu do 11 tisuća stupnjeva uz povećanje tlaka do tri atmosfere.

Suvremene tehnologije za preradu prirodnog plina koriste dodatnu sintezu metana, što omogućuje udvostručenje količine proizvedenog vodika. Vodik je prirodna sirovina iz koje se izolira amonijak koji je materijal za proizvodnju dušične kiseline, amonijevih komponenti, anilina itd.