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

Zbog visoke energetske učinkovitosti i ekološke prihvatljivosti prirodni plin je uz naftu od iznimne važnosti.Naširoko se koristi kao gorivo, a služi i kao vrijedna sirovina za kemijsku industriju.

I premda je uporaba plina postala svakodnevna i udomaćena, on i dalje ostaje složena i prilično opasna tvar - da bi dospjela u plamenik plinskog uređaja, prolazi dug i složen put.

U članku ćemo analizirati glavna pitanja vezana uz prirodni zapaljivi plin - govorit ćemo o njegovom sastavu i svojstvima, opisat ćemo faze proizvodnje, transporta i prerade plina te opseg njegove primjene. Razmotrimo moderne ideje o podrijetlu rezervi ugljikovodika, zanimljivostima i hipotezama.

Što je prirodni zapaljivi plin?

Postoji mišljenje da plin leži ispod zemlje u šupljinama i da se odatle lako izvlači, za što je dovoljno izbušiti bušotinu. Ali u stvarnosti je sve mnogo kompliciranije: plin može biti unutar porozne stijene, može se otopiti u vodi, tekućim ugljikovodicima i nafti.

Da biste razumjeli zašto se to događa, dovoljno je sjetiti se da riječ "plin" dolazi od grčke riječi "kaos“, koji odražava princip ponašanja tvari. U plinovitom stanju molekule se kreću kaotično, nastojeći ravnomjerno ispuniti sav mogući volumen. Zbog toga mogu prodrijeti i otopiti se u drugim tvarima, uključujući gušće tekućine i minerale. Visoki tlak i temperatura značajno pospješuju proces difuzije.Često se prirodni plin nalazi u podzemlju u obliku takvog "koktela".

Ali prvo, razgovarajmo o tome od čega se plin sastoji i što je - pogledajmo kemijski sastav i fizikalna svojstva prirodnog zapaljivog plina.

Značajke kemijskog sastava

Plin izvađen iz podzemlja, koji se naziva "prirodnim", mješavina je različitih plinova.

Prema sastavu dijeli se u tri skupine komponenti:

• zapaljiv – ugljikovodici;
• nezapaljivo (balasta) – dušik, ugljikov dioksid, kisik, helij, vodena para;
• štetan nečistoće – sumporovodik i merkaptani.

Prva i glavna skupina je skup metanskih ugljikovodika (homologa) s brojem ugljikovih atoma od 1 do 5. Najveći postotak u smjesi ima metan (od 70 do 98%), koji ima jedan ugljikov atom. Sadržaj ostalih plinova (etan, propan, butan, pentan) kreće se od jedinica do desetinki postotka.

Plin izvađen iz polja karakterizira visoka koncentracija metana. U nusproduktu ekstrahiranom iz nafte udio metana je znatno manji: 30 – 60%, a homologa je veći: 10 – 20%

Osim ugljikovodika, smjesa može sadržavati nezapaljive tvari u malim količinama: sumporovodik, dušik, ugljikov dioksid, ugljikov monoksid, vodik i druge. No, ovisno o polju, udjeli ugljikovodika, kao i sastav ostalih plinova, mogu značajno varirati.

Fizikalna svojstva plina

Prema fizikalnim svojstvima metana CH₄ bez boje i mirisa, vrlo zapaljivo. Pri koncentraciji u zraku većoj od 4,5% – Eksplozivno. Ovo svojstvo, u kombinaciji s nedostatkom mirisa, predstavlja veliku prijetnju i problem. Osobito u rudnicima, jer metan apsorbira ugljen.

O uzrocima eksplozije plina u domaćim uvjetima pisali smo u ovaj materijal.

Da bi se plinu dao miris kako bi se otkrilo njegovo curenje, prije transporta mu se dodaju posebne tvari neugodnog mirisa - odoranti. Najčešće su to spojevi koji sadrže sumpor - etantiol ili etil merkaptan. Udio nečistoće je odabran tako da je curenje vidljivo pri koncentraciji plina od 1%.

Glavna prednost plavog goriva je njegova visoka specifična toplina izgaranja - 39 MJ/kg. Pritom se oslobađaju bezopasne tvari: voda i ugljični dioksid. Ovo je također važan čimbenik koji omogućuje korištenje metana u svakodnevnom životu

Odakle dolazi plin u dubinama zemlje?

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

Glavne teorije o podrijetlu

Postoje dvije glavne teorije o njegovom podrijetlu:

• mineral, koji nastanak plina objašnjava procesima otplinjavanja ugljikovodika iz dubljih i gušćih slojeva zemlje i njihovim dizanjem u zone nižeg tlaka;
• organski (biogeni), prema kojem je plin proizvod razgradnje ostataka živih organizama u uvjetima visokog tlaka, temperature i nedostatka zraka.

U polju plin može biti u obliku zasebne akumulacije, plinske kape, otopine u nafti ili vodi ili plinskih hidrata. U potonjem slučaju, naslage se nalaze u poroznim stijenama između slojeva gline nepropusnih za plin. Najčešće su takve stijene zbijeni pješčenjaci, karbonati i vapnenci.

Udio konvencionalnih plinskih polja je samo 0,8%. Nešto veći postotak otpada na dubinski, ugljen i plin iz škriljevca - od 1,4 do 1,9%.Najčešći tipovi naslaga su plinovi otopljeni u vodi i hidrati - u približno jednakom omjeru (svaki po 46,9%).

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

Plin u formaciji je pod pritiskom. Što su naslage dublje, to je viši. U prosjeku, za svakih 10 metara, povećanje tlaka je 0,1 MPa. Postoje slojevi s nenormalno visokim tlakom. Na primjer, u naslagama Achimov polja Urengoy 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 početkom 21. stoljeća. Primjerice, autoritativni američki geofizičar Hubbert pisao je o tome 1965. godine.

Do danas mnoge zemlje nastavljaju povećavati tempo proizvodnje plina. Nema stvarnih znakova da rezerve ugljikovodika ponestaju

Prema doktoru geoloških i mineraloških znanosti V.V. Polevanova, takve su zablude uzrokovane činjenicom da je teorija o organskom podrijetlu nafte i plina još uvijek općeprihvaćena i dominira umovima većine znanstvenika. Iako još uvijek D.I. Mendeljejev je potkrijepio teoriju anorganskog dubinskog podrijetla nafte, a zatim su to dokazali Kudrjavcev i V.R. Larin.

Ali mnoge činjenice govore protiv organskog porijekla ugljikovodika.

Ovo su neki od njih:

• naslage su otkrivene na dubinama do 11 km, u kristalnim podrumima, gdje postojanje organske tvari nije ni teoretski moguće;
• uz pomoć organske teorije može se objasniti samo 10% rezervi ugljikovodika, preostalih 90% je neobjašnjivo;
• Svemirska sonda Cassini otkrila je 2000. godine na Saturnovom mjesecu Titanu goleme izvore ugljikovodika u obliku jezera, nekoliko redova veličine većih od onih na Zemlji.

Hipoteza prvobitno hidridne Zemlje koju je iznio Larin objašnjava podrijetlo ugljikovodika reakcijom vodika s ugljikom u dubinama zemlje i naknadnim otplinjavanjem metana.

Prema njemu, nema drevnih naslaga jurskog razdoblja. Sva nafta i plin mogli su nastati prije 1 do 15 tisuća godina. Kako selekcija napreduje, rezerve se mogu postupno obnavljati, što je primijećeno na davno iscrpljenim i napuštenim naftnim poljima.

Kako se obavlja vađenje i transport?

Proces vađenja prirodnog zapaljivog plina započinje izgradnjom bušotina. Ovisno o pojavi plinonosne formacije, njihova dubina može doseći 7 km. Kako bušenje napreduje, cijev (kućište) se spušta u bušotinu. Kako bi se spriječio izlazak plina kroz prostor između cijevi i zidova bušotine, vrši se začepljenje - punjenje praznine glinom ili cementom.

Na kraju izgradnje, dizalica se uklanja i božićno drvce se postavlja na glavu kućišta. To je struktura zasuna i koristi se za izvlačenje plina iz bušotine.

Broj bunara može biti prilično velik.

Božićno drvce ima nekoliko funkcija: drži cijevi pumpe i kompresora obješene u bušotini, kontrolira načine rada i mjeri parametre vanjskih i unutarnjih dijelova bušotine.

Cijeli ciklus proizvodnje prirodnog zapaljivog plina odvija se u tri faze:

1. Razvoj plinskih polja. Kao rezultat bušenja stvara se razlika tlaka. Zbog toga se plin kreće kroz formaciju do bušotina.
2. Rad plinskih bušotina. U ovoj fazi plin putuje kroz kućište.
3. Prikupljanje i priprema za transport. Plin sa svih božićnih drvaca isporučuje se u posebne tehnološke komplekse postrojenja za obradu plina. Suše plin, čišćenje od štetnih nečistoća.

Čak i male koncentracije sumporovodika, vodene pare ili krutih čestica dovode do brze korozije, stvaranja hidrata i mehaničkog oštećenja unutarnje površine cjevovoda.

Konačna priprema za prijevoz odvija se na glavnom mjestu. Uključuje naknadnu obradu i uklanjanje kondenzata ugljikovodika, hlađenje plina kako bi se smanjio njegov volumen.

Glavna vrsta transporta plina na velike udaljenosti je magistralni plinovod. To je sustav složenih inženjerskih konstrukcija od samih cjevovoda do podzemna skladišta.

Na krajnjoj točki plinovoda nalaze se plinske distribucijske stanice (GDS). Ovdje se odvija završno čišćenje od prašine i tekućih nečistoća, tlak se smanjuje na razinu koju zahtijevaju potrošači, stabilizira se, uzima se u obzir potrošnja plina i dodaje odorant.

Još jedna uobičajena vrsta transporta metana je pomorski transport posebnim plovilima - nosačima plina.

Ogromni sferni spremnici neće dopustiti da se nosač plina zamijeni s drugim vrstama brodova. To su termosice koje održavaju konstantnu potrebnu temperaturu za tekući metan -163 °C

Pretvorba plina u tekuće stanje provodi se u posebnim LNG postrojenjima. Proces se odvija u dvije faze: prvo se metan ohladi na -50 °C, a zatim na -163 °C. Istodobno se njegov volumen smanjuje za 600 puta.

Obrada i opseg primjene

Visoka zapaljivost prirodnog plina određuje njegovu glavnu upotrebu. Koristi se kao gorivo u tvornicama, tvornicama, termoelektranama, kotlovnicama, ustanovama, stambenim zgradama, poljoprivrednim objektima i mnogim drugim. Preporučamo da pročitate pravila korištenje plina u svakodnevnom životu.

Proizvodnja i prerada nafte uvijek je praćena ispuštanjem popratnog plina. U nekim slučajevima njegove količine mogu biti impresivne i doseći i do 300 kubnih metara po kubnom metru sirove nafte.

Ali postoji veliki broj polja gdje se prirodni popratni plin ne koristi, već se spaljuje. Na primjer, u cijeloj Rusiji se na ovaj način gubi do 25% korisnih sirovina.

Dio popratnog plina isporučuje se postrojenjima za preradu plina. Iz njega se dobiva pročišćeni suhi plin koji se koristi za grijanje. Druga vrijedna komponenta je mješavina lakih ugljikovodika.

Dijagram prikazuje opću sliku procesa prerade proizvedenog plina. Uloga finalnih proizvoda za modernu kemijsku industriju ne može se precijeniti

Zatim se dijeli na frakcije u posebnim instalacijama. Rezultat su ugljikovodici kao što su propan, butan, izobutan i pentan. Za smanjenje volumena, jednostavnost transporta i skladištenja istih rastopiti.

Pretvorba automobila na plin brzo se isplati i omogućuje značajne uštede. Širenje mreže benzinskih postaja pridonosi povećanju voznog parka automobila s UNP-om. Nemaju koristi samo vozači, već i pješaci koji ne moraju udisati štetne pare

Propan i butan koriste se za grijanje domova plin u bocama ili za automobile. No najveći dio odlazi na daljnju preradu u petrokemijsku proizvodnju.

Visokotemperaturnim zagrijavanjem (pirolizom) dobivaju se glavna sirovina za sve sintetske materijale - monomeri: etilen, propilen, butadien. Pod utjecajem katalizatora spajaju se u polimere. Izlaz su tako vrijedni materijali kao što su guma, PVC, polietilen i mnogi drugi.

Zaključci i koristan video na tu temu

Dokumentarni film govori o plinu na pristupačan i vizualan način:

Ovaj edukativni film posvećen je magistralnom transportu plina:

Još uvijek ne znamo sve o prirodnom plinu - njegovo podrijetlo još uvijek krije mnoge misterije. Možemo se samo nadati da je plavo gorivo uistinu neiscrpan dar kojeg će biti dovoljno za nas i naše potomke.

Imate li još pitanja nakon čitanja gornjeg materijala? Ili želite dopuniti članak korisnim komentarima, zanimljivostima ili fotografijama? Pišite svoje komentare, postavljajte pitanja, sudjelujte u raspravi - obrazac za povratne informacije nalazi se ispod.