Viskas apie gamtines dujas: gamtinių dujų sudėtis ir savybės, gamyba ir naudojimas

Mėlynojo kuro išgavimo procesas

Prieš pradedant gaminti dujas, atliekamas geologinis tyrinėjimas. Jie leidžia tiksliai nustatyti indėlio atsiradimo apimtį ir pobūdį. Šiuo metu naudojami keli žvalgybos būdai.

Gravitacija – pagrįsta uolienų masės apskaičiavimu. Dujų turintys sluoksniai pasižymi žymiai mažesniu tankiu.

Magnetinis – atsižvelgiama į uolos magnetinį pralaidumą. Aeromagnetinio tyrimo pagalba galima gauti išsamų vaizdą apie nuosėdas iki 7 km gylio.

Šios technikos tikslas

Seisminis – naudoja spinduliuotę, kuri atsispindi praeinant per žarnyną. Šis aidas gali pagauti specialius matavimo prietaisus.

Geocheminė - požeminio vandens sudėtis tiriama nustatant medžiagų, susijusių su dujų laukais, kiekį juose.

Gręžimas yra efektyviausias būdas, bet kartu ir brangiausias iš išvardytų. Todėl prieš naudojant būtina atlikti išankstinį uolienų tyrimą.

Šulinių gręžimo metodai gamtinių dujų gamyba

Nustačius lauką ir įvertinus preliminarius telkinių kiekius, dujų gamybos procesas vyksta tiesiogiai. Šuliniai gręžiami iki mineralinio sluoksnio gylio. Norint tolygiai paskirstyti kylančio mėlynojo kuro slėgį, šulinys daromas kopėčiomis arba teleskopiškai (kaip teleskopu).

Šulinys sutvirtintas korpusiniais vamzdžiais ir sucementuotas. Norint tolygiai sumažinti slėgį ir pagreitinti dujų gavybos procesą, viename lauke vienu metu gręžiami keli gręžiniai. Dujų kilimas per šulinį vyksta natūraliu būdu – dujos juda į žemesnio slėgio zoną.

Kadangi po ekstrahavimo dujose yra įvairių priemaišų, kitas žingsnis yra jų valymas. Šiam procesui užtikrinti šalia laukų statomi atitinkami pramoniniai įrenginiai dujų valymui ir perdirbimui.

Gamtinių dujų valymo sistema

Kasyba naudojant anglies kasyklas

Anglies siūlėse yra daug metano, kurį išgaunant ne tik galima gauti mėlynojo kuro, bet ir užtikrinama saugi anglies kasybos įmonių veikla. Šis metodas plačiai naudojamas JAV.

Pagrindinės metano panaudojimo ir perdirbimo kryptys

Hidraulinio ardymo metodas

Kai šiuo būdu gaminamos dujos, per šulinį įpurškiama vandens arba oro srovė. Taigi dujos išstumiamos.

Šis metodas gali sukelti lūžusių uolienų seisminį nestabilumą, todėl kai kuriose valstybėse jis yra draudžiamas.

Povandeninės kasybos ypatybės

Pirmą kartą Rusijoje dujų gavyba Kirinskojės telkinyje vykdoma naudojant povandeninį gamybos kompleksą

Dujų atsargos yra, išskyrus žemę ir po vandeniu. Mūsų šalyje yra daug povandeninių telkinių. Povandeninė gamyba vykdoma naudojant sunkiasvores platformas. Jie yra ant pagrindo, besiremiančio jūros dugnu. Šulinių gręžimas atliekamas su kolonomis, esančiomis ant pagrindo. Išgaunamoms dujoms laikyti ant platformų statomos cisternos. Tada jis vamzdynu transportuojamas į žemę.

Šios platformos užtikrina nuolatinį komplekso priežiūrą atliekančių žmonių buvimą. Skaičius gali būti iki 100 žmonių. Šiose patalpose įrengtas autonominis maitinimo šaltinis, platforma sraigtasparniams, personalo patalpos.

Kai telkiniai yra šalia kranto, šuliniai daromi įstrižai. Jie prasideda sausumoje, palikdami pagrindą po jūros šelfu. Dujų gamyba ir transportavimas vykdomas standartiškai.

Gamtinių dujų kilmė:

Yra dvi gamtinių dujų kilmės teorijos: biogeninė (organinė) ir abiogeninė (neorganinė, mineralinė) teorija.

Pirmą kartą biogeninę gamtinių dujų kilmės teoriją 1759 metais išreiškė M.V. Lomonosovas. Tolimoje geologinėje Žemės praeityje negyvi gyvi organizmai (augalai ir gyvūnai) nugrimzdo į vandens telkinių dugną, sudarydami dumblo nuosėdas. Dėl įvairių cheminių procesų jie suyra beorėje erdvėje.Dėl žemės plutos judėjimo šie likučiai grimzdo vis giliau, kur, veikiant aukštai temperatūrai ir aukštam slėgiui, virto angliavandeniliais: gamtinėmis dujomis ir nafta. Mažos molekulinės masės angliavandeniliai (ty gamtinės dujos) susidarė aukštesnėje temperatūroje ir slėgyje. Didelės molekulinės masės angliavandeniliai – nafta – ir mažesni. Angliavandeniliai, prasiskverbę į žemės plutos tuštumas, sudarė naftos ir dujų telkinių telkinius. Laikui bėgant šios organinės nuosėdos ir angliavandenilių telkiniai gilinosi iki vieno kilometro iki kelių kilometrų gylio – buvo padengti nuosėdinių uolienų sluoksniais arba veikiami geologinių žemės plutos judėjimų.

Gamtinių dujų ir naftos kilmės mineralų teoriją 1877 m. suformulavo D.I. Mendelejevas. Jis rėmėsi tuo, kad angliavandeniliai gali susidaryti žemės žarnyne esant aukštai temperatūrai ir slėgiui dėl perkaitintų garų ir išlydytų sunkiųjų metalų karbidų (pirmiausia geležies) sąveikos. Dėl cheminių reakcijų susidaro geležies ir kitų metalų oksidai, taip pat įvairūs angliavandeniliai dujinėje būsenoje. Tokiu atveju vanduo giliai patenka į Žemės žarnas per žemės plutos įtrūkimus-lūžius. Susidarę angliavandeniliai, būdami dujinės būsenos, savo ruožtu per tuos pačius įtrūkimus ir lūžius pakyla į mažiausio slėgio zoną, galiausiai suformuodami dujų ir naftos telkinius. Šis procesas, pasak D.I. Mendelejevas ir hipotezės šalininkai, atsitinka visą laiką. Todėl angliavandenilių atsargų sumažinimas naftos ir dujų pavidalu žmonijai negresia.

Metanas

Be to, metano randama ir anglies kasyklose, kur dėl savo sprogstamojo pobūdžio jis kelia rimtą grėsmę kalnakasiams. Metanas taip pat žinomas kaip išskyros pelkėse – pelkių dujos.

Priklausomai nuo metano ir kitų (sunkiųjų) metano serijos angliavandenilių dujų kiekio, dujos skirstomos į sausas (prastas) ir riebalines (turtingas).

• Sausosioms dujoms priskiriamos daugiausia metano sudėties (iki 95–96%) dujos, kuriose kitų homologų (etano, propano, butano ir pentano) kiekis yra nereikšmingas (procentais). Jie labiau būdingi grynai dujų telkiniams, kuriuose nėra sunkiųjų komponentų, kurie yra naftos dalis, sodrinimo šaltinių.
• Drėgnos dujos – tai dujos, kuriose yra daug „sunkiųjų“ dujų junginių. Be metano, juose yra dešimtys procentų etano, propano ir didesnės molekulinės masės junginių iki heksano. Riebalų mišiniai labiau būdingi susijusioms dujoms, lydinčioms naftos telkinius.

Degiosios dujos yra įprastos ir natūralios naftos palydovės beveik visuose žinomuose jos telkiniuose, t.y. nafta ir dujos yra neatskiriamos dėl jų susijusios cheminės sudėties (angliavandenilių), bendros kilmės, migracijos ir kaupimosi įvairių tipų natūraliuose spąstuose sąlygų.

Išimtis yra vadinamieji „negyvieji“ aliejai. Tai aliejai, esantys arti dienos paviršiaus, visiškai degazuoti dėl ne tik dujų, bet ir lengvųjų paties aliejaus frakcijų išgaravimo (lakavimo).

Toks aliejus yra žinomas Rusijoje Uchta. Tai sunki, klampi, oksiduota, beveik neskysta alyva, gaminama netradiciniais kasybos metodais.

Grynai dujų telkiniai yra plačiai paplitę pasaulyje, kur nėra naftos, o dujas dengia formavimo vandenys.Rusijoje Vakarų Sibire buvo aptikti supermilžiniški dujų telkiniai: Urengoyskoje, kurių atsargos siekia 5 trilijonus kubinių metrų. m3, Jamburgskoje – 4,4 trln. m3, Zapoliarnojė - 2,5 trln. m3, Medvežje – 1,5 trln. m3.

Tačiau nafta ir dujos bei naftos telkiniai yra labiausiai paplitę. Kartu su nafta dujos atsiranda arba dujų dangteliuose, t.y. virš aliejaus arba aliejuje ištirpintos būsenos. Tada tai vadinama ištirpusiomis dujomis. Savo šerdyje nafta su ištirpusiomis dujomis yra panaši į gazuotus gėrimus. Esant dideliam rezervuaro slėgiui, aliejuje ištirpsta nemaži dujų kiekiai, o gamybos procese slėgiui nukritus iki atmosferos slėgio, alyva degazuojama, t.y. iš gazolio mišinio greitai išsiskiria dujos. Tokios dujos vadinamos asocijuotomis dujomis.

Natūralūs angliavandenilių palydovai yra anglies dioksidas, vandenilio sulfidas, azotas ir inertinės dujos (helis, argonas, kriptonas, ksenonas), esančios jame kaip priemaišos.

Transportas

Dujų paruošimas transportavimui

Nepaisant to, kad kai kuriose srityse dujos turi išskirtinai aukštos kokybės sudėtį, apskritai gamtinės dujos nėra gatavas produktas. Be tikslinių komponentų lygių (kai tikslinės sudedamosios dalys gali skirtis priklausomai nuo galutinio vartotojo), dujose yra priemaišų, kurios apsunkina jų transportavimą ir yra nepageidaujamos naudojant.

Pavyzdžiui, vandens garai gali kondensuotis ir kauptis įvairiose vamzdyno vietose, dažniausiai įlinks, taip trukdydami dujoms judėti. Vandenilio sulfidas yra labai ėsdinanti medžiaga, kuri neigiamai veikia vamzdynus, susijusią įrangą ir talpyklas.

Atsižvelgiant į tai, prieš išsiunčiant į magistralinį naftotiekį arba į naftos chemijos gamyklą, dujos yra paruošiamos dujų perdirbimo įmonėje (GPP).

Pirmasis paruošimo etapas – valymas nuo nepageidaujamų nešvarumų ir džiovinimas. Po to dujos suspaudžiamos – suspaudžiamos iki apdorojimui reikalingo slėgio. Tradiciškai gamtinės dujos suspaudžiamos iki 200-250 barų slėgio, todėl užimamas tūris sumažėja 200-250 kartų.

Toliau ateina papildymo etapas: specialiuose įrenginiuose dujos yra atskiriamos į nestabilų gamtinį benziną ir pašalintas dujas. Tai pašalintos dujos, kurios siunčiamos į magistralinius dujotiekius ir naftos chemijos gamybą.

Nestabilus gamtinis benzinas paduodamas į dujų frakcionavimo įrenginius, kur iš jo išgaunami lengvieji angliavandeniliai: etanas, propanas, butanas, pentanas. Šios medžiagos taip pat yra vertingos žaliavos, ypač polimerų gamyboje. O butano ir propano mišinys yra paruoštas produktas, ypač naudojamas kaip buitinis kuras.

dujotiekis

Pagrindinė gamtinių dujų transportavimo rūšis yra jų siurbimas dujotiekiu.

Standartinis magistralinio dujotiekio vamzdžio skersmuo – 1,42 m. Dujos vamzdyne pumpuojamos 75 atm slėgiu. Judėdami vamzdžiu, dujos, įveikdamos trinties jėgas, palaipsniui praranda energiją, kuri išsisklaido šilumos pavidalu. Atsižvelgiant į tai, tam tikrais intervalais ant dujotiekio statomos specialios siurblinės kompresorinės stotys. Ant jų dujos suspaudžiamos iki reikiamo slėgio ir atšaldomos.

Pristatymui tiesiai vartotojui mažesnio skersmens vamzdžiai nukreipiami nuo magistralinio dujotiekio – dujų skirstymo tinklų.

dujotiekis

SGD transportavimas

Ką daryti su sunkiai pasiekiamomis vietovėmis, kurios yra toli nuo magistralinių dujotiekių? Tokiose zonose dujos gabenamos suskystintos (suskystintos gamtinės dujos, SGD) specialiose kriogeninėse talpyklose jūra ir sausuma.

Jūra suskystintos dujos gabenamos dujovežiais (SGD tanklaiviais), laivais, kuriuose įrengti izoterminiai rezervuarai.

SGD taip pat gabenamos sausumos transportu – tiek geležinkeliu, tiek keliais. Tam naudojamos specialios dvisienės talpyklos, kurios tam tikrą laiką gali palaikyti reikiamą temperatūrą.

Iš kur atsiranda dujos žemės žarnyne?

Nors žmonės išmoko naudoti dujas daugiau nei prieš 200 metų, vis dar nėra sutarimo, iš kur atsiranda dujos, esančios žemės gelmėse.

Pagrindinės kilmės teorijos

Yra dvi pagrindinės jo kilmės teorijos:

• mineralinis, paaiškinantis dujų susidarymą angliavandenilių degazavimo iš gilesnių ir tankesnių žemės sluoksnių procesais ir jų pakėlimu į mažesnio slėgio zonas;
• organinis (biogeninis), pagal kurį dujos yra gyvų organizmų liekanų skilimo produktas esant aukštam slėgiui, temperatūrai ir oro trūkumui.

Lauke dujos gali būti atskiros sankaupos, dujų dangtelio, aliejaus ar vandens tirpalo arba dujų hidratų pavidalo. Pastaruoju atveju nuosėdos yra poringose ​​uolienose tarp dujoms nepralaidžių molio sluoksnių. Dažniausiai tokios uolienos yra sutankintas smiltainis, karbonatai, kalkakmeniai.

Įprastų dujų telkinių dalis tesudaro 0,8 proc.Šiek tiek didesnį procentą sudaro giluminės, anglies ir skalūnų dujos – nuo ​​1,4 iki 1,9%. Dažniausios nuosėdų rūšys yra vandenyje ištirpintos dujos ir hidratai – maždaug lygiomis dalimis (kiekvienas po 46,9%).

Kadangi dujos yra lengvesnės už naftą, o vanduo sunkesnis, fosilijų padėtis rezervuare visada yra tokia pati: dujos yra naftos viršuje, o vanduo palaiko visą naftos ir dujų telkinį iš apačios.

Dujos rezervuare yra spaudžiamos. Kuo gilesnis indėlis, tuo jis didesnis. Vidutiniškai kas 10 metrų slėgio padidėjimas yra 0,1 MPa. Yra sluoksnių su neįprastai aukštu slėgiu. Pavyzdžiui, Urengojaus lauko Achimovo telkiniuose jis siekia 600 atmosferų ir aukštesnę 3800–4500 m gylyje.

Įdomūs faktai ir hipotezės

Dar ne taip seniai buvo manoma, kad jau XXI amžiaus pradžioje pasaulio naftos ir dujų atsargos turėtų būti išnaudotos. Pavyzdžiui, autoritetingas amerikiečių geofizikas Hubbertas apie tai rašė 1965 m.

Iki šiol daugelis šalių toliau didina dujų gavybos tempą. Realių ženklų, kad angliavandenilių atsargos baigiasi, nėra

Pasak geologijos ir mineralogijos mokslų daktaro V.V. Polevanovo nuomone, tokias klaidingas nuomones sukelia tai, kad naftos ir dujų organinės kilmės teorija vis dar yra visuotinai priimta ir priklauso daugumos mokslininkų protui. Nors D.I. Mendelejevas pagrindė neorganinės giluminės naftos kilmės teoriją, o paskui ją įrodė Kudryavcevas ir V.R. Larinas.

Tačiau daugelis faktų kalba prieš organinę angliavandenilių kilmę.

Štai keletas iš jų:

• telkiniai buvo aptikti iki 11 km gylyje, kristaliniuose pamatuose, kur organinių medžiagų egzistavimas negali būti net teorinis;
• naudojant organinę teoriją galima paaiškinti tik 10 % angliavandenilių atsargų, likusieji 90 % yra nepaaiškinami;
• Kosminis zondas „Cassini“ 2000 m. buvo aptiktas Saturno mėnulyje Titano milžiniškus angliavandenilių išteklius ežerų pavidalu, kelis kartus didesnius nei Žemėje.

Larino iškelta hipotezė apie hidridinę Žemę angliavandenilių kilmę paaiškina vandenilio reakcija su anglimi žemės gelmėse ir po to metano degazavimu.

Anot jos, senųjų Juros periodo telkinių nėra. Visa nafta ir dujos galėjo susidaryti prieš 1 000–15 000 metų. Atitraukiant atsargas jie gali palaipsniui pasipildyti, o tai pastebima seniai išeikvotuose ir apleistuose naftos telkiniuose.

Klasifikacija ir savybės

Gamtinės dujos skirstomos į 3 pagrindines kategorijas. Jie apibūdinami šiomis savybėmis:

1. Neapima angliavandenilių, kuriuose yra daugiau nei 2 anglies junginiai. Jie vadinami sausais ir gaunami tik tose vietose, kurios yra skirtos gamybai.
2. Kartu su pirminėmis žaliavomis gaminamos suskystintos ir sausos dujos bei tarpusavyje sumaišytas dujinis benzinas.
3. Jame yra daug sunkiųjų angliavandenilių ir sausų dujų. Taip pat yra nedidelis procentas priemaišų. Jis išgaunamas iš dujų kondensato tipo nuosėdų.

Gamtinės dujos laikomos mišria kompozicija, kurioje yra keletas medžiagos porūšių. Būtent dėl ​​šios priežasties nėra tikslios komponento formulės. Pagrindinis yra metanas, kuriame yra daugiau nei 90 proc. Jis yra atspariausias temperatūrai. Lengvesnis už orą ir šiek tiek tirpus vandenyje. Deginant atvirame ore susidaro mėlyna liepsna. Galingiausias sprogimas įvyksta, jei metaną sujungiate su oru santykiu 1:10.Jei žmogus įkvepia didelę šio elemento koncentraciją, gali būti pakenkta jo sveikatai.

Jis naudojamas kaip žaliava ir pramoninis kuras. Jis taip pat aktyviai naudojamas gauti nitrometaną, skruzdžių rūgštį, freonus ir vandenilį. Srovei ir temperatūroms suskaidžius angliavandenilių jungtims, gaunamas pramonėje naudojamas acetilenas. Ciano vandenilio rūgštis susidaro oksiduojant amoniaką metanu.

Gamtinių dujų sudėtis turi tokį komponentų sąrašą:

1. Etanas yra bespalvė dujinė medžiaga. Degdamas silpnai šviečia. Vandenyje praktiškai netirpsta, o alkoholyje gali santykiu 3:2. Jis nebuvo naudojamas kaip kuras. Pagrindinis naudojimo tikslas yra etileno gamyba.
2. Propanas yra gerai naudojama kuro rūšis, kuri netirpsta vandenyje. Degimo metu išsiskiria didelis šilumos kiekis.
3. Butanas – specifinio kvapo, mažo toksiškumo. Jis neigiamai veikia žmogaus sveikatą: gali paveikti nervų sistemą, sukelti aritmiją ir asfiksiją.
4. Azotas gali būti naudojamas palaikyti tinkamą slėgį gręžiniuose. Norint gauti šį elementą, reikia suskystinti orą ir atskirti jį distiliuojant. Jis naudojamas amoniako gamybai.
5. Anglies dioksidas – esant atmosferos slėgiui junginys iš kietos būsenos gali pereiti į dujinę būseną. Jis randamas ore ir mineraliniuose šaltiniuose, taip pat išsiskiria kvėpuojant būtybėms. Tai maisto priedas.
6. Vandenilio sulfidas yra gana toksiškas elementas. Tai gali neigiamai paveikti žmogaus nervų sistemos veiklą.Jis turi supuvusių kiaušinių kvapą, saldų poskonį ir yra bespalvis. Labai gerai tirpsta etanolyje. Nereaguoja su vandeniu. Būtinas sulfitų, sieros rūgšties ir sieros gamybai.
7. Helis laikomas unikalia medžiaga. Jis gali kauptis žemės plutoje. Jis gaunamas užšaldant dujas, kuriose jis yra. Būdamas dujinėje būsenoje, jis nepasireiškia išorėje, skystoje būsenoje gali paveikti gyvus audinius. Jis negali sprogti ir užsidegti. Bet jei ore yra didelė jo koncentracija, tai gali sukelti uždusimą. Naudojamas dirižablių ir oro balionų užpildymui, dirbant su metaliniais paviršiais.
8. Argonas yra dujos, neturinčios išorinių savybių. Naudojamas pjaunant ir virinant metalines dalis, taip pat siekiant pailginti maisto produktų galiojimo laiką (dėl šios medžiagos išstumiamas vanduo ir oras).

Fizinės gamtos išteklių savybės yra tokios: savaiminio degimo temperatūra yra 650 laipsnių Celsijaus, gamtinių dujų tankis yra 0,68-0,85 (dujinėje būsenoje) ir 400 kg / m3 (skystas). Sumaišius su oru, 4,4–17% koncentracija laikoma sprogia medžiaga. Fosilijos oktaninis skaičius yra 120-130. Jis apskaičiuojamas pagal degių komponentų ir tų, kuriuos suspaudimo metu sunku oksiduotis, santykį. Kaloringumas yra maždaug 12 tūkstančių kalorijų 1 kubiniame metre. Dujų ir naftos šilumos laidumas yra vienodas.

Pridėjus oro, natūralus šaltinis gali greitai užsidegti. Buitinėmis sąlygomis jis pakyla iki lubų. Čia ir prasideda ugnis. Taip yra dėl metano lengvumo. Tačiau oras yra maždaug 2 kartus sunkesnis už šį elementą.

Gamtinių dujų perdirbimo būdai

Prieš tiekiant gamtines dujas į magistralinį dujotiekį, šios žaliavos nereikia toliau valyti, šis pranašumas prieš naftą (kuri prieš tiekiant į naftotiekį turi būti apdorota pirminiu būdu), todėl žymiai sutaupoma transportavimo išlaidų.

Prieš gaunant galutinę cheminę ir gamybinę sudėtį, dujų mišinys chemijos pramonės įmonėse apdorojamas antriniu būdu, kuris, priklausomai nuo naudojamų technologijų, skirstomas į pagrindinius ir antrinius dujų apdorojimo būdus.

fizinis apdorojimas

Šis metodas pagrįstas fiziniais ir energetiniais rodikliais. Išgauta iškastinė medžiaga yra giliai suspaudžiama ir, veikiant aukštai temperatūrai, suskaidoma į frakcijas.

Pereinant nuo žemos prie aukštos temperatūros, žaliavos intensyviai valomos nuo nešvarumų. Galingų kompresorių naudojimas leidžia apdoroti dujas gamybos vietoje. Siurbiant dujas iš alyvą turinčio darinio, naudojami alyvos siurbliai, kurie yra palyginti pigūs.

Gamtinių dujų savybės

Cheminių reakcijų naudojimas

Cheminio-katalizinio apdorojimo metu vyksta procesai, susiję su metano perėjimu į sintezuotas dujas, o po to vyksta apdorojimas. Cheminiai metodai apima dviejų metodų naudojimą:

• garai, anglies dioksido konversija;
• dalinė oksidacija.

Pastarasis metodas yra labiausiai energiją taupantis ir patogiausias, nes dalinės oksidacijos metu cheminės reakcijos greitis yra gana didelis ir nereikia naudoti papildomų katalizatorių.

Aukštos ir žemos temperatūrų, kaip iškastinių žaliavų įtakos įrankio, naudojimas vadinamas termocheminiu gamtinių dujų perdirbimo metodu. Temperatūros įtakoje šiai žaliavai susidaro cheminiai junginiai, tokie kaip etilenas, propilenas ir tt Tokio apdorojimo sudėtingumas slypi įrangos, galinčios gaminti šilumą iki 11 tūkst. laipsnių, didinant slėgį iki trys atmosferos.

Šiuolaikinėse gamtinių dujų perdirbimo technologijose naudojama papildoma metano sintezė, kuri leidžia padvigubinti pagaminamo vandenilio kiekį. Vandenilis yra natūrali žaliava, iš kurios išskiriamas amoniakas, kuris yra medžiaga azoto rūgšties, amonio komponentų, anilino ir kt.