Zaradi visoke energetske učinkovitosti in prijaznosti do okolja je naravni plin, skupaj z nafto, izjemnega pomena. Široko se uporablja kot gorivo in služi tudi kot dragocena surovina za kemično industrijo.
In čeprav je uporaba plina postala vsakdanja in običajna, še vedno ostaja težka po sestavi in precej nevarna snov - da bi prišli v gorilnik plinske naprave, gre po dolgi in težki poti.
V članku bomo analizirali glavna vprašanja, povezana z naravnim gorljivim plinom - govorili bomo o njegovi sestavi in lastnostih, opisali stopnje proizvodnje, prevoza in predelave plina, njegov obseg. Razmislite o trenutnih idejah o izvoru zalog ogljikovodikov, zanimivih dejstvih in hipotezah.
Kaj je naravni gorljiv plin?
Obstaja mnenje, da plin leži pod zemljo v prazninah in se od tam zlahka črpa, za kar je dovolj, da vrtamo vrtino. Toda v resnici je vse veliko bolj zapleteno: plin se lahko nahaja znotraj porozne skale, raztaplja se lahko v vodi, tekočih ogljikovodikih in nafti.
Če želite razumeti, zakaj se to zgodi, samo ne pozabite, da beseda "plin" prihaja iz grščine "kaos", Ki odraža načelo obnašanja snovi. V plinastem stanju se molekule premikajo naključno in poskušajo enakomerno napolniti celoten možni volumen. Zaradi tega lahko prodrejo in se raztopijo v drugih snoveh, vključno z bolj gostimi tekočinami in minerali. Visok tlak in temperatura močno izboljšata difuzijski postopek. Pogosto je zemeljski plin v obliki takega "koktajla" v črevesju.
Najprej pa se pogovorimo o tem, kaj sestavlja plin in kaj je - razmislite o kemični sestavi in fizikalnih lastnostih naravnega vnetljivega plina.
Kemijske lastnosti
Plin, ki se pridobiva iz črevesja, kar imenujemo "naravni", je mešanica različnih plinov.
Po sestavi je razdeljen na tri skupine komponent:
- gorljiv- ogljikovodiki;
- negorljiv (predstikalne naprave) - dušik, ogljikov dioksid, kisik, helij, vodna para;
- škodljivo nečistoče - vodikov sulfid in merkaptani.
Prva in glavna skupina je niz metanskih ogljikovodikov (homologi) s številom ogljikovih atomov od 1 do 5. Največji odstotek v mešanici je metan (od 70 do 98%) z enim ogljikovim atomom. Vsebnost drugih plinov (etan, propan, butan, pentan) se giblje od enot do desetin odstotka.
Za plin, proizveden iz polj, je značilna visoka koncentracija metana. V povezanem ekstrahiranem iz nafte je delež metana veliko nižji: 30 - 60%, homologi pa višji: 10 - 20%
Poleg ogljikovodikov so lahko v mešanici negorljive snovi v majhnih količinah: vodikov sulfid, dušik, ogljikov dioksid, ogljikov monoksid, vodik in druge. Toda glede na področje lahko deleži ogljikovodikov in sestava drugih plinov znatno nihajo.
Fizikalne lastnosti plina
Po fizikalnih lastnostih metana CH4 brezbarven in brez vonjazelo vnetljiv. Pri koncentracijah v zraku več kot 4,5% - eksplozivno. Ta lastnost v kombinaciji s pomanjkanjem vonja predstavlja veliko grožnjo in težavo. Še posebej v rudnikih, saj metan absorbira premog.
O vzrokih eksplozije plina v domačih razmerah smo pisali v tem gradivu.
Da bi plinu dali vonj, da bi zaznali njegovo puščanje, se mu pred prevozom dodajo posebne snovi z neprijetnim vonjem, vonji.Najpogosteje so to spojine, ki vsebujejo žveplo - etanetiol ali etil merkaptan. Frakcija nečistoč je izbrana tako, da je uhajanje opazno pri koncentraciji plina 1%.
Glavna prednost modrega goriva je njegova visoka specifična toplota zgorevanja - 39 MJ / kg. V tem primeru se sproščajo neškodljive snovi: voda in ogljikov dioksid. To je tudi pomemben dejavnik, ki omogoča uporabo metana v vsakdanjem življenju.
Od kod pride plin v črevesju zemlje?
Čeprav so se ljudje naučili uporabljati plin pred več kot 200 leti, do zdaj ni soglasja o tem, od kod prihaja plin v črevesju zemlje.
Osnovne teorije izvora
Obstajata dve glavni teoriji njenega nastanka:
- mineral, ki pojasnjujejo nastajanje plina s postopki razplinjanja ogljikovodikov iz globljih in gostejših plasti zemlje in jih dvignejo na območja z manj pritiska;
- 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 ločenega grozda, 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 stisnjeni peščenjak, karbonati, apnenci.
Delež običajnih plinskih polj znaša le 0,8%. Nekoliko večji odstotek pade na zemeljski plin iz premoga in skrilavca - od 1,4 do 1,9%. Najpogostejše vrste nahajališč so v vodi raztopljeni plini in hidrati - v približno enakih razmerjih (46,9% vsak)
Ker je plin lažji od nafte in voda je težja, je položaj fosilov v rezervoarju vedno enak: plin je nad nafto, voda pa podpira celotno naftno in plinsko polje od spodaj.
Plin v rezervoarju je pod pritiskom. Čim globlje so nahajališča, tem višje so. V povprečju na vsakih 10 metrov zvišanje tlaka znaša 0,1 MPa. Obstajajo nenormalno visokotlačne formacije. Na primer na Achimovih nahajališčih polja Urengoy doseže 600 atmosfer in višje z globino od 3800 do 4500 m.
Zanimiva dejstva in hipoteze
Ne tako dolgo nazaj je veljalo, da je treba svetovne rezerve nafte in plina izčrpati že na začetku XXI stoletja. O tem je na primer avtor leta 1965 pisal avtoritativni ameriški geofizik Hubbert.
Do danes številne države še naprej povečujejo proizvodnjo plina. Ni resničnih znakov, da se rezerve ogljikovodikov izčrpajo.
Po besedah doktorja geoloških in mineraloških znanosti V.V. Polevanova, takšne napačne predstave povzroča dejstvo, da je teorija o organskem izvoru nafte in plina še vedno splošno sprejeta in ima v mislih večino znanstvenikov. Čeprav še vedno D.I. Mendeleev je utemeljil teorijo anorganskega globokega izvora nafte, nato pa sta to dokazala Kudryavtsev in V.R. Larin.
Toda veliko dejstev govori o organskem izvoru ogljikovodikov.
Tu je nekaj takih:
- nahajališča se odkrijejo v globinah do 11 km, v kristalnih temeljih, kjer obstoja organske snovi ni mogoče niti teoretično;
- z uporabo organske teorije je mogoče razložiti le 10% rezerv ogljikovodikov, preostalih 90% pa ni mogoče razložiti;
- vesoljska sonda Cassini, ki so jo leta 2000 odkrili na satelitu velikanskih virov ogljikovodikov Saturn Titan v obliki jezer, za nekaj vrst večje od zemeljske.
Hipoteza, ki jo je predstavil Larin iz prvotno hidridne Zemlje, pojasnjuje nastanek ogljikovodikov z reakcijo vodika z ogljikom v zemeljskih globinah in kasnejšo razplinjevanjem metana.
Po njenih besedah ni starodavnih nahajališč jurskega obdobja. Vsa nafta in plin se lahko tvorita v območju od 1 do 15 tisoč let. Medtem ko se bo izbira nadaljevala, se lahko rezerve postopoma dopolnjujejo, kar je bilo opaziti na dolgo razvitih in opuščenih naftnih poljih.
Kako poteka rudarjenje in prevoz?
Postopek pridobivanja naravnega gorljivega plina se začne z gradnjo vrtin. Njihova globina lahko odvisno od pojava plinovodne plasti doseže 7 km. Ko vrtanje napreduje, se v vrtino spusti cev (ohišje). Da bi preprečili uhajanje plina skozi prostor med cevjo in stenami vodnjaka, se izvede fugiranje - zapolnitev vrzeli z glino ali cementom.
Na koncu konstrukcije se vrtalna ploščica odstrani in na glavi ohišja se namesti okovje za fontane. To je zasnova ventilov in ventilov, služi za izbiro plina iz vrtine.
Število vrtin je lahko precej veliko.
Fontani fontane je dodeljenih več funkcij: drži cevi v visečem stanju v vrtini, nadzoruje obratovalne pogoje, meri parametre zunanjih in notranjih delov vodnjaka
Celoten cikel proizvodnje zemeljskega plina poteka v treh fazah:
- Razvoj plinskega polja. Kot rezultat vrtanja se ustvari razlika v tlaku. Zaradi tega se plin premika skozi rezervoar do vodnjakov.
- Delovanje plinskih vrtin. V tej fazi plin prehaja skozi ohišje.
- Zbiranje in priprava na prevoz. Plin iz vseh fontanskih vodov se dobavlja v posebne tehnološke komplekse čistilnih naprav. So dehidrirani plin, čiščenje pred škodljivimi nečistočami.
Že majhne koncentracije vodikovega sulfida, vodne pare ali trdnih delcev vodijo do hitre korozije, tvorbe hidratov in mehanskih poškodb notranje površine cevovoda.
Končna priprava za prevoz poteka na sedežu. Vključuje naknadno obdelavo in odstranjevanje ogljikovodikovega kondenzata, hlajenje plina za zmanjšanje njegove prostornine.
Glavna vrsta prevoza plina na dolge razdalje je glavni plinovod. Gre za sistem zapletenih inženirskih struktur od samih cevovodov do podzemnih skladišč.
Na končni točki avtoceste so postaje za distribucijo plina (GDS). Tu poteka zadnje čiščenje iz nečistoč prahu in tekočin, tlak se zmanjša na raven, ki jo zahtevajo potrošniki, se stabilizira, upošteva se poraba plina in doda vonj.
Druga pogosta vrsta prevoza metana je pomorski prevoz s posebnimi plovili - prevozniki plina.
Ogromni sferični rezervoarji ne bodo dovolili zamenjave nosilca plina z drugimi vrstami plovil. Gre za termoze, ki ohranjajo stalno potrebno temperaturo tekočega metana -163 ° С
Pretvorba plina v tekoče stanje se izvaja v posebnih napravah za UZP. Postopek poteka v dveh stopnjah: najprej se metan ohladi na -50 ° C, nato pa na -163 ° C. Hkrati se njegova prostornina zmanjša za 600 krat.
Obdelava in obseg
Visoka vnetljivost zemeljskega plina določa njegovo glavno uporabo. Uporablja se v obliki goriva v tovarnah, tovarnah, termoelektrarnah, kotlovnicah, zavodih, v stanovanjskih stavbah, kmetijskih objektih in mnogih drugih. Priporočamo, da se seznanite s pravili uporabe plina v domu.
Proizvodnjo in rafiniranje nafte vedno spremlja sproščanje pripadajočega plina. V nekaterih primerih je njegova prostornina lahko impresivna in do 300 kubičnih metrov na kubični meter surove nafte.
Obstaja veliko število polj, kjer se naravni plin, ki se uporablja, ne uporablja, temveč se razplamti. Tako na primer po vsej Rusiji tako izgubijo do 25% koristnih surovin.
Del pripadajočega plina se dobavi obratom za predelavo plina. Iz njega se pridobiva prečiščen suh plin, ki se uporablja za ogrevanje. Druga dragocena sestavina je mešanica lahkih ogljikovodikov.
Diagram prikazuje splošno sliko procesa predelave proizvedenega plina. Vlogo končnih izdelkov v sodobni kemični industriji je težko preceniti
Nato se v posebnih napravah razdeli na frakcije.Rezultat so ogljikovodiki, kot so propan, butan, izobutan, pentan. Za zmanjšanje prostornine, enostavnega prevoza in skladiščenja jih utekočinijo.
Pretvorba avtomobilov v plin se hitro izplača in prinese oprijemljive stroške. Širitev mreže bencinskih črpalk prispeva k povečanju voznega parka avtomobilov z HBO. Zmagajo ne le vozniki, ampak tudi pešci, ki jim ni treba vdihniti škodljivih izpuhov
Propan in butan se uporabljajo za ogrevanje domov s polnjenim plinom ali za avtomobile. Toda večina gre za nadaljnjo predelavo v petrokemičnih obratih.
Z visokotemperaturnim segrevanjem (piroliza) iz njih dobimo glavne surovine za vse sintetične materiale - monomere: etilen, propilen, butadien. Pod delovanjem katalizatorjev se združijo v polimere. Iz proizvodnje nastajajo tako dragoceni materiali, kot so guma, PVC, polietilen in mnogi drugi.
V dokumentarnem filmu o plinu je dostopen in jasen:
Ta izobraževalni film je namenjen glavnemu prometu s plinom:
Še vedno ne vemo vsega o zemeljskem plinu - njegov nastanek je še vedno prepreden s številnimi skrivnostmi. Upamo, da je modro gorivo res neizčrpno darilo, ki bo zadostovalo tako nam kot našim potomcem.
Imate vprašanja po branju zgornjega gradiva? Ali pa želite članek dopolniti s koristnimi komentarji, zanimivimi dejstvi ali fotografijami? Napišite svoje komentarje, postavite vprašanja, sodelujte v razpravi - obrazec za povratne informacije je spodaj.