كل شيء عن الغاز الطبيعي: تكوينه وخصائصه وإنتاج واستخدام الغاز الطبيعي
نظرًا لكفاءة الطاقة العالية وصداقتها للبيئة، فإن الغاز الطبيعي، إلى جانب النفط، له أهمية قصوى.يتم استخدامه على نطاق واسع كوقود ويعمل أيضًا كمواد خام قيمة للصناعة الكيميائية.
وعلى الرغم من أن استخدام الغاز أصبح يوميا ومألوفا، إلا أنه لا يزال مادة معقدة وخطيرة إلى حد ما - للوصول إلى موقد جهاز الغاز، فإنه يمر عبر مسار طويل ومعقد.
سنقوم في المقالة بتحليل القضايا الرئيسية المتعلقة بالغاز الطبيعي القابل للاشتعال - سنتحدث عن تركيبته وخصائصه، وسنصف مراحل إنتاج الغاز ونقله ومعالجته ونطاق تطبيقه. دعونا نفكر في الأفكار الحديثة حول أصل احتياطيات الهيدروكربون والحقائق والافتراضات المثيرة للاهتمام.
محتوى المقال:
ما هو الغاز الطبيعي القابل للاشتعال؟
هناك رأي مفاده أن الغاز يقع تحت الأرض في الفراغات ويمكن استخراجه بسهولة من هناك، وهو ما يكفي لحفر بئر. ولكن في الواقع، كل شيء أكثر تعقيدا: يمكن أن يكون الغاز داخل صخرة مسامية، ويمكن إذابته في الماء والهيدروكربونات السائلة والنفط.
لفهم سبب حدوث ذلك، يكفي أن نتذكر أن كلمة "غاز" تأتي من الكلمة اليونانية "فوضى"، وهو ما يعكس مبدأ سلوك المادة. في الحالة الغازية، تتحرك الجزيئات بشكل عشوائي، في محاولة لملء كامل الحجم المحتمل بشكل موحد. ونتيجة لذلك، فهي قادرة على اختراق المواد الأخرى والذوبان فيها، بما في ذلك السوائل والمعادن الأكثر كثافة. الضغط العالي ودرجة الحرارة يعززان بشكل كبير عملية الانتشار.غالبًا ما يكون الغاز الطبيعي موجودًا في باطن الأرض على شكل مثل هذا "الكوكتيل".
ولكن أولا، دعونا نتحدث عن ما يتكون الغاز وما هو عليه - دعونا نلقي نظرة على التركيب الكيميائي والخصائص الفيزيائية للغاز الطبيعي القابل للاحتراق.
ملامح التركيب الكيميائي
والغاز المستخرج من باطن الأرض والذي يسمى "الطبيعي" هو خليط من غازات مختلفة.
وفقا لتكوينه، وينقسم إلى ثلاث مجموعات من المكونات:
- قابلة للاشتعال - الهيدروكربونات.
- غير قابل للاشتعال (كوابح) – النيتروجين وثاني أكسيد الكربون والأكسجين والهيليوم وبخار الماء.
- ضار الشوائب - كبريتيد الهيدروجين والمركابتانات.
المجموعة الأولى والرئيسية عبارة عن مجموعة من هيدروكربونات الميثان (المتجانسات) بعدد ذرات الكربون من 1 إلى 5. أكبر نسبة في الخليط هي الميثان (من 70 إلى 98٪) الذي يحتوي على ذرة كربون واحدة. ويتراوح محتوى الغازات الأخرى (الإيثان والبروبان والبيوتان والبنتان) من الوحدات إلى أعشار النسبة المئوية.
بالإضافة إلى الهيدروكربونات، قد يحتوي الخليط على مواد غير قابلة للاشتعال بكميات صغيرة: كبريتيد الهيدروجين، النيتروجين، ثاني أكسيد الكربون، أول أكسيد الكربون، الهيدروجين وغيرها. ولكن، اعتمادا على المجال، يمكن أن تختلف نسب الهيدروكربونات، مثل تكوين الغازات الأخرى، بشكل كبير.
الخصائص الفيزيائية للغاز
وفقا للخصائص الفيزيائية للميثان CH4 عديم اللون وعديم الرائحة، شديد الاشتعال. عند تركيزات الهواء أكثر من 4.5% – مادة متفجرة. تشكل هذه الخاصية، جنبًا إلى جنب مع قلة الرائحة، تهديدًا ومشكلة كبيرة. خاصة في المناجم، حيث يمتص الفحم الميثان.
لقد كتبنا عن أسباب انفجارات الغاز في الظروف المنزلية في هذه المادة.
لإعطاء الغاز رائحة من أجل الكشف عن تسرباته، يتم إضافة مواد خاصة ذات رائحة كريهة - الروائح - إليه قبل النقل. غالبًا ما تكون هذه مركبات تحتوي على الكبريت - إيثانيثيول أو إيثيل مركابتان. يتم اختيار نسبة الشوائب بحيث يكون التسرب ملحوظا عند تركيز غاز 1%.
من أين يأتي الغاز في باطن الأرض؟
على الرغم من أن الناس تعلموا استخدام الغاز منذ أكثر من 200 عام، إلا أنه لا يوجد حتى الآن إجماع حول مصدر الغاز في أحشاء الأرض.
النظريات الرئيسية للمنشأ
هناك نظريتان رئيسيتان حول أصله:
- المعدنيةوهو ما يفسر تكوين الغاز عن طريق عمليات تفريغ الغازات الهيدروكربونية من طبقات الأرض العميقة والأكثر كثافة وصعودها إلى مناطق ذات ضغط أقل؛
- عضوي (حيوي)والتي بموجبها يكون الغاز نتاج تحلل بقايا الكائنات الحية تحت ظروف الضغط العالي ودرجة الحرارة ونقص الهواء.
في الحقل، يمكن أن يكون الغاز على شكل تراكم منفصل، أو غطاء غاز، أو محلول في الزيت أو الماء، أو هيدرات الغاز. وفي الحالة الأخيرة، تقع الرواسب في صخور مسامية بين طبقات من الطين محكمة الغلق بالغاز. في أغلب الأحيان، تكون هذه الصخور عبارة عن حجر رملي مضغوط وكربونات وحجر جيري.
وبما أن الغاز أخف من النفط، والماء أثقل، فإن موضع المعادن في الخزان هو نفسه دائمًا: الغاز فوق النفط، والماء يدعم حقل النفط والغاز بأكمله من الأسفل.
الغاز الموجود في التكوين تحت الضغط. كلما كانت الودائع أعمق، كلما كانت أعلى. في المتوسط، لكل 10 أمتار، يزيد الضغط بمقدار 0.1 ميجا باسكال. هناك طبقات ذات ضغط مرتفع بشكل غير طبيعي. على سبيل المثال، في رواسب أخيموف في حقل أورينغوي تصل إلى 600 ضغط جوي وأعلى على عمق 3800 إلى 4500 متر.
حقائق وافتراضات مثيرة للاهتمام
منذ وقت ليس ببعيد، كان يعتقد أن احتياطيات النفط والغاز في العالم يجب أن تستنفد في بداية القرن الحادي والعشرين. على سبيل المثال، كتب الجيوفيزيائي الأمريكي هوبرت عن هذا في عام 1965.
وفقًا لدكتور في العلوم الجيولوجية والمعدنية ف. بوليفانوفا، ترجع هذه المفاهيم الخاطئة إلى حقيقة أن نظرية الأصل العضوي للنفط والغاز لا تزال مقبولة بشكل عام وتهيمن على عقول معظم العلماء. على الرغم من أن د. أثبت مندليف نظرية الأصل العميق غير العضوي للنفط، ثم أثبت ذلك كودريافتسيف وفي. لارين.
لكن العديد من الحقائق تتحدث ضد الأصل العضوي للهيدروكربونات.
وهنا بعض منهم:
- تم اكتشاف رواسب على أعماق تصل إلى 11 كيلومترًا، في أقبية بلورية، حيث لا يمكن حتى أن يكون وجود المادة العضوية ممكنًا من الناحية النظرية؛
- بمساعدة النظرية العضوية، يمكن تفسير 10٪ فقط من احتياطيات الهيدروكربون، والـ 90٪ المتبقية لا يمكن تفسيرها؛
- اكتشف المسبار الفضائي كاسيني في عام 2000 على قمر زحل تيتان موارد هيدروكربونية هائلة على شكل بحيرات، أكبر بعدة مرات من تلك الموجودة على الأرض.
تشرح فرضية الأرض المائية الأولية التي طرحها لارين أصل الهيدروكربونات من خلال تفاعل الهيدروجين مع الكربون في أعماق الأرض وما تلا ذلك من تفريغ غاز الميثان.
ووفقا له، لا توجد رواسب قديمة من العصر الجوراسي. من الممكن أن يكون النفط والغاز قد تشكلا منذ ما بين 1 و15 ألف سنة. ومع استمرار عملية الاختيار، يمكن تجديد الاحتياطيات تدريجيًا، وهو ما لوحظ في حقول النفط المستنفدة والمهجورة منذ فترة طويلة.
كيف يتم الاستخراج والنقل؟
تبدأ عملية استخراج الغاز الطبيعي القابل للاحتراق ببناء الآبار. اعتمادا على حدوث التكوين الحامل للغاز، يمكن أن يصل عمقها إلى 7 كم. مع تقدم الحفر، يتم إنزال الأنبوب (الغلاف) في البئر. لمنع الغاز من الهروب عبر المسافة بين الأنبوب وجدران البئر، يتم سد الفجوة بالطين أو الأسمنت.
في نهاية البناء، تتم إزالة برج الرفع ويتم تثبيت شجرة عيد الميلاد على رأس الغلاف. وهو عبارة عن هيكل من صمامات البوابة ويستخدم لاستخراج الغاز من البئر.
يمكن أن يكون عدد الآبار كبيرًا جدًا.
تتم الدورة الكاملة لإنتاج الغاز الطبيعي القابل للاحتراق على ثلاث مراحل:
- تطوير حقول الغاز. نتيجة الحفر، يتم إنشاء فرق الضغط. ونتيجة لذلك، يتحرك الغاز عبر التكوين إلى الآبار.
- تشغيل آبار الغاز. في هذه المرحلة، ينتقل الغاز عبر الغلاف.
- التجميع والتحضير للنقل. يتم توريد الغاز من جميع أشجار عيد الميلاد إلى المجمعات التكنولوجية الخاصة بمحطة معالجة الغاز. يجففون الغاز تنظيف من الشوائب الضارة.
حتى التركيزات الصغيرة من كبريتيد الهيدروجين أو بخار الماء أو الجسيمات الصلبة تؤدي إلى التآكل السريع وتكوين الهيدرات والأضرار الميكانيكية للسطح الداخلي لخط الأنابيب.
يتم الإعداد النهائي للنقل في المقر الرئيسي. ويشمل المعالجة اللاحقة وإزالة المكثفات الهيدروكربونية وتبريد الغاز لتقليل حجمه.
النوع الرئيسي لنقل الغاز لمسافات طويلة هو خط أنابيب الغاز الرئيسي. إنه نظام من الهياكل الهندسية المعقدة بدءًا من خطوط الأنابيب نفسها وحتى مرافق التخزين تحت الأرض.
في النقطة الأخيرة من خط الأنابيب توجد محطات توزيع الغاز (GDS). هنا تتم عملية التنظيف النهائي للغبار والشوائب السائلة، ويتم تقليل الضغط إلى المستوى المطلوب من قبل المستهلكين، ويتم تثبيته، ويؤخذ في الاعتبار استهلاك الغاز وتضاف الرائحة.
نوع آخر شائع من نقل الميثان هو النقل البحري بواسطة سفن خاصة - ناقلات الغاز.
يتم تحويل الغاز إلى الحالة السائلة في محطات خاصة للغاز الطبيعي المسال. تتم العملية على مرحلتين: أولاً، يتم تبريد الميثان إلى -50 درجة مئوية، ثم إلى -163 درجة مئوية. في الوقت نفسه، ينخفض \u200b\u200bحجمه بمقدار 600 مرة.
المعالجة ونطاق التطبيق
تحدد القابلية العالية للاشتعال للغاز الطبيعي استخدامه الرئيسي. يتم استخدامه كوقود في المصانع والمصانع ومحطات الطاقة الحرارية وبيوت الغلايات والمؤسسات والمباني السكنية والمنشآت الزراعية وغيرها الكثير. ننصحك بقراءة القواعد استخدام الغاز في الحياة اليومية.
دائمًا ما يكون إنتاج النفط وتكريره مصحوبًا بإطلاق الغاز المصاحب. وفي بعض الحالات، يمكن أن تكون أحجامها مثيرة للإعجاب وتصل إلى 300 متر مكعب لكل متر مكعب من النفط الخام.
ولكن هناك عدد كبير من الحقول التي لا يتم فيها استخدام الغاز الطبيعي المصاحب، ولكن يتم حرقه. على سبيل المثال، في جميع أنحاء روسيا، يتم فقدان ما يصل إلى 25٪ من المواد الخام المفيدة بهذه الطريقة.
ويتم توريد جزء من الغاز المصاحب إلى محطات معالجة الغاز. ويتم الحصول منه على الغاز الجاف المنقى الذي يستخدم للتدفئة. عنصر آخر قيم هو خليط من الهيدروكربونات الخفيفة.
ثم يتم تقسيمها إلى كسور في تركيبات خاصة. والنتيجة هي الهيدروكربونات مثل البروبان والبيوتان والأيزوبيوتان والبنتان. لتقليل حجمها وسهولة نقلها وتخزينها تسييل.
يستخدم البروبان والبيوتان لتدفئة المنازل الغاز المعبأة في زجاجات أو للسيارات. لكن معظمها يذهب لمزيد من المعالجة في إنتاج البتروكيماويات.
عن طريق التسخين بدرجة حرارة عالية (الانحلال الحراري)، يتم استخدامها للحصول على المادة الخام الرئيسية لجميع المواد الاصطناعية - المونومرات: الإيثيلين والبروبيلين والبوتادين. تحت تأثير المحفزات يتم دمجها في البوليمرات. ويتم الإنتاج من مواد قيمة مثل المطاط والـ PVC والبولي إيثيلين وغيرها الكثير.
استنتاجات وفيديو مفيد حول هذا الموضوع
يحكي الفيلم الوثائقي عن الغاز بطريقة يسهل الوصول إليها ومرئية:
هذا الفيلم التعليمي مخصص لوسائل نقل الغاز الرئيسية:
ما زلنا لا نعرف كل شيء عن الغاز الطبيعي، ولا يزال أصله يحمل العديد من الألغاز. لا يسعنا إلا أن نأمل أن يكون الوقود الأزرق حقًا هدية لا تنضب وستكون كافية لنا ولأحفادنا.
هل لا تزال لديك أسئلة بعد قراءة المادة أعلاه؟ أو هل ترغب في استكمال المقالة بتعليقات مفيدة أو حقائق مثيرة للاهتمام أو صور فوتوغرافية؟ اكتب تعليقاتك، واطرح الأسئلة، وشارك في المناقشة - نموذج التعليقات موجود أدناه.
