Tutto sul gas naturale: composizione e proprietà, produzione e utilizzo del gas naturale

Processo di estrazione del carburante blu

Prima della produzione di gas c'è il processo di esplorazione geologica. Consentono di determinare con precisione il volume e la natura del verificarsi del deposito. Attualmente vengono utilizzati diversi metodi di ricognizione.

Gravità - basata sul calcolo della massa delle rocce. Gli strati contenenti gas sono caratterizzati da una densità significativamente inferiore.

Magnetico: tiene conto della permeabilità magnetica della roccia. Mediante il rilievo aeromagnetico è possibile ottenere un quadro completo di depositi fino a 7 km di profondità.

Lo scopo di questa tecnica

Sismico: utilizza la radiazione che viene riflessa quando passa attraverso le viscere. Questa eco è in grado di catturare strumenti di misura speciali.

Geochimica: la composizione delle acque sotterranee viene studiata con la determinazione del contenuto in esse di sostanze associate ai giacimenti di gas.

La perforazione è il metodo più efficace, ma allo stesso tempo il più costoso di quelli elencati. Pertanto, prima del suo utilizzo, è necessario uno studio preliminare delle rocce.

Metodi di perforazione del pozzo per produzione di gas naturale

Dopo la determinazione del giacimento e la stima dei volumi preliminari dei giacimenti, il processo di produzione del gas procede direttamente. I pozzi vengono perforati fino alla profondità dello strato minerale. Per distribuire uniformemente la pressione del carburante blu in aumento, il pozzo è realizzato con una scala o telescopicamente (come un telescopio).

Il pozzo è armato con tubi di rivestimento e cementato. Per ridurre uniformemente la pressione e accelerare il processo di produzione del gas, vengono perforati più pozzi contemporaneamente in un campo. L'aumento del gas attraverso il pozzo avviene in modo naturale: il gas si sposta in una zona di pressione inferiore.

Poiché il gas contiene varie impurità dopo l'estrazione, il passaggio successivo è la sua purificazione. Per garantire questo processo, in prossimità dei campi vengono costruiti adeguati impianti industriali per la purificazione e il trattamento dei gas.

Sistema di purificazione del gas naturale

Estrazione mediante miniere di carbone

I giacimenti di carbone contengono una grande quantità di metano, la cui estrazione non solo consente di ottenere carburante blu, ma garantisce anche il funzionamento sicuro delle imprese di estrazione del carbone. Questo metodo è ampiamente utilizzato negli Stati Uniti.

Le principali indicazioni di utilizzo e trattamento del metano

Metodo di fratturazione idraulica

Quando il gas viene prodotto con questo metodo, un flusso di acqua o aria viene iniettato attraverso il pozzo. Pertanto, il gas viene spostato.

Questo metodo può causare instabilità sismica delle rocce rotte, quindi è vietato in alcuni stati.

Caratteristiche delle miniere subacquee

Per la prima volta in Russia, la produzione di gas nel giacimento di Kirinskoye viene effettuata utilizzando un complesso di produzione sottomarino

Sono presenti riserve di gas, ad eccezione della terraferma, e sott'acqua. Il nostro paese ha vasti depositi sottomarini. La produzione subacquea viene effettuata utilizzando piattaforme a gravità pesante. Si trovano su una base appoggiata sul fondale. La perforazione del pozzo viene eseguita con colonne posizionate sulla base. I serbatoi sono posizionati sulle piattaforme per lo stoccaggio del gas estratto. Viene quindi trasportato a terra tramite un gasdotto.

Queste piattaforme prevedono la presenza costante di persone che effettuano la manutenzione del complesso. Il numero può essere fino a 100 persone. Queste strutture sono dotate di alimentazione autonoma, piattaforma per elicotteri e alloggi per il personale.

Quando i depositi si trovano vicino alla riva, i pozzi vengono eseguiti obliquamente. Iniziano a terra, lasciando la base sotto la piattaforma del mare. La produzione e il trasporto del gas vengono effettuati in modo standard.

Origine del gas naturale:

Esistono due teorie sull'origine del gas naturale: la teoria biogenica (organica) e la teoria abiogenica (inorganica, minerale).

Per la prima volta, la teoria biogenica dell'origine del gas naturale fu espressa nel 1759 da M.V. Lomonosov. Nel lontano passato geologico della Terra, organismi viventi morti (piante e animali) affondarono sul fondo dei corpi idrici, formando sedimenti limosi. Come risultato di vari processi chimici, si sono decomposti in uno spazio senz'aria.A causa del movimento della crosta terrestre, questi resti affondarono sempre più in profondità, dove, sotto l'influenza dell'alta temperatura e dell'alta pressione, si trasformarono in idrocarburi: gas naturale e petrolio. Gli idrocarburi a basso peso molecolare (cioè il gas naturale vero e proprio) si sono formati a temperature e pressioni più elevate. Idrocarburi ad alto peso molecolare - olio - a minori. Gli idrocarburi, penetrando nei vuoti della crosta terrestre, formarono depositi di giacimenti di petrolio e gas. Nel tempo, questi depositi organici e depositi di idrocarburi sono scesi in profondità da un chilometro a diversi chilometri: erano ricoperti da strati di rocce sedimentarie o sotto l'influenza dei movimenti geologici della crosta terrestre.

La teoria minerale dell'origine del gas naturale e del petrolio fu formulata nel 1877 da D.I. Mendeleev. Ha proceduto dal fatto che gli idrocarburi possono formarsi nelle viscere della terra ad alte temperature e pressioni come risultato dell'interazione di vapore surriscaldato e carburi di metalli pesanti fusi (principalmente ferro). Come risultato delle reazioni chimiche, si formano ossidi di ferro e altri metalli, nonché vari idrocarburi allo stato gassoso. In questo caso, l'acqua entra in profondità nelle viscere della Terra attraverso le fessure della crosta terrestre. Gli idrocarburi risultanti, essendo allo stato gassoso, salgono a loro volta attraverso le stesse fessure e faglie nella zona di minor pressione, formando infine depositi di gas e petrolio. Questo processo, secondo D.I. Mendeleev e sostenitori dell'ipotesi, succede tutto il tempo. Pertanto, la riduzione delle riserve di idrocarburi sotto forma di petrolio e gas non minaccia l'umanità.

Metano

Inoltre, il metano si trova anche nelle miniere di carbone, dove, a causa della sua natura esplosiva, rappresenta una seria minaccia per i minatori. Il metano è anche noto sotto forma di escrezioni nelle paludi - gas di palude.

A seconda del contenuto di metano e di altri gas idrocarburici (pesanti) della serie del metano, i gas si dividono in secchi (poveri) e grassi (ricchi).

• I gas secchi includono gas principalmente di composizione metano (fino al 95 - 96%), in cui il contenuto di altri omologhi (etano, propano, butano e pentano) è insignificante (frazioni di percentuale). Sono più caratteristici dei giacimenti puramente gassosi, dove non ci sono fonti di arricchimento nei loro componenti pesanti che fanno parte del petrolio.
• I gas umidi sono gas con un alto contenuto di composti gassosi "pesanti". Oltre al metano, contengono decine di percento di etano, propano e composti a peso molecolare superiore fino all'esano. Le miscele grasse sono più caratteristiche dei gas associati che accompagnano i depositi di petrolio.

I gas combustibili sono compagni comuni e naturali del petrolio in quasi tutti i suoi giacimenti conosciuti, ad es. petrolio e gas sono inseparabili per la loro relativa composizione chimica (idrocarburi), origine comune, condizioni di migrazione e accumulo in trappole naturali di vario tipo.

Un'eccezione sono i cosiddetti oli "morti". Si tratta di oli prossimi alla superficie diurna, completamente degasati per evaporazione (volatilizzazione) non solo dei gas, ma anche di frazioni leggere dell'olio stesso.

Tale olio è conosciuto in Russia a Ukhta. È un olio pesante, viscoso, ossidato, quasi non fluido, prodotto con metodi di estrazione non convenzionali.

I giacimenti di puro gas sono diffusi nel mondo, dove non c'è petrolio, e il gas è sostenuto da acque di formazione.In Russia sono stati scoperti giacimenti di gas super-giganti nella Siberia occidentale: Urengoyskoye con riserve di 5 trilioni di metri cubi. m3, Yamburgskoye - 4,4 trilioni. m3, Zapolyarnoye - 2,5 trilioni. m3, Medvezhye - 1,5 trilioni. m3.

Tuttavia, i giacimenti di petrolio e gas e di petrolio sono i più diffusi. Insieme al petrolio, il gas si trova nei tappi del gas, ad es. sopra l'olio o allo stato disciolto nell'olio. Allora si chiama gas disciolto. Al suo interno, l'olio con il gas disciolto in esso è simile alle bevande gassate. A pressioni di giacimento elevate, volumi significativi di gas vengono disciolti nell'olio e quando la pressione scende alla pressione atmosferica durante il processo di produzione, l'olio viene degassato, cioè il gas viene rilasciato rapidamente dalla miscela gasolio. Tale gas è chiamato gas associato.

I compagni naturali degli idrocarburi sono anidride carbonica, idrogeno solforato, azoto e gas inerti (elio, argon, kripton, xeno) presenti in esso come impurità.

Trasporto

Preparazione del gas per il trasporto

Nonostante in alcuni giacimenti il ​​gas abbia una composizione di qualità eccezionalmente elevata, in generale il gas naturale non è un prodotto finito. Oltre ai livelli dei componenti target (dove i componenti target possono variare a seconda dell'utente finale), il gas contiene impurità che ne rendono difficile il trasporto e sono indesiderabili durante l'uso.

Ad esempio, il vapore acqueo può condensarsi e accumularsi in vari punti della tubazione, molto spesso si piega, ostacolando così il movimento del gas. Il solfuro di idrogeno è un agente altamente corrosivo che influisce negativamente sulle tubazioni, sulle apparecchiature associate e sui serbatoi di stoccaggio.

A tal proposito, prima di essere inviato all'oleodotto principale o all'impianto petrolchimico, il gas subisce la procedura di preparazione presso l'impianto di trattamento del gas (GPP).

La prima fase della preparazione è la pulizia da impurità indesiderate e l'asciugatura. Successivamente, il gas viene compresso, compresso alla pressione richiesta per l'elaborazione. Tradizionalmente, il gas naturale viene compresso a una pressione di 200-250 bar, il che si traduce in una riduzione del volume occupato di 200-250 volte.

Segue la fase di rabbocco: in installazioni speciali, il gas viene separato in benzina naturale instabile e gas di stripping. È il gas di stripping che viene inviato ai principali gasdotti e alla produzione petrolchimica.

La benzina naturale instabile viene alimentata agli impianti di frazionamento del gas, dove da essa vengono estratti idrocarburi leggeri: etano, propano, butano, pentano. Queste sostanze sono anche preziose materie prime, in particolare per la produzione di polimeri. E una miscela di butano e propano è un prodotto pronto utilizzato, in particolare, come combustibile domestico.

gasdotto

Il principale tipo di trasporto di gas naturale è il suo pompaggio attraverso il gasdotto.

Il diametro standard del tubo del gasdotto principale è di 1,42 m Il gas nel gasdotto viene pompato a una pressione di 75 atm. Mentre si muove lungo il tubo, il gas, a causa del superamento delle forze di attrito, perde gradualmente energia, che viene dissipata sotto forma di calore. A questo proposito, a determinati intervalli, vengono realizzate speciali stazioni di pompaggio compressori sul gasdotto. Su di essi, il gas viene compresso alla pressione richiesta e raffreddato.

Per la consegna direttamente al consumatore, i tubi di diametro inferiore vengono deviati dal gasdotto principale - reti di distribuzione del gas.

gasdotto

Trasporto GNL

Cosa fare con le zone difficili da raggiungere e lontane dai principali gasdotti? In tali aree il gas viene trasportato allo stato liquefatto (gas naturale liquefatto, GNL) in appositi serbatoi criogenici via mare e via terra.

Via mare, il gas liquefatto viene trasportato su navi gasiere (navi cisterna GNL), navi dotate di serbatoi isotermici.

Il GNL viene trasportato anche con il trasporto terrestre, sia ferroviario che stradale. Per questo vengono utilizzati speciali serbatoi a doppia parete in grado di mantenere la temperatura richiesta per un certo tempo.

Da dove viene il gas nelle viscere della terra?

Sebbene le persone abbiano imparato a usare il gas più di 200 anni fa, non c'è ancora consenso su da dove provenga il gas nelle viscere della terra.

Principali teorie sull'origine

Ci sono due teorie principali sulla sua origine:

• minerale, che spiega la formazione di gas mediante i processi di degassificazione di idrocarburi da strati sempre più densi della terra e di elevazione a zone con pressione più bassa;
• organico (biogenico), secondo il quale il gas è un prodotto di decomposizione dei resti di organismi viventi in condizioni di alta pressione, temperatura e mancanza di aria.

Sul campo, il gas può essere sotto forma di un accumulo separato, un tappo del gas, una soluzione in olio o acqua o idrati di gas. In quest'ultimo caso, i depositi si trovano in rocce porose tra strati di argilla a tenuta di gas. Molto spesso, tali rocce sono arenaria compattata, carbonati, calcari.

La quota dei giacimenti di gas convenzionali è solo dello 0,8%.Una percentuale leggermente maggiore è rappresentata dal gas profondo, di carbone e di scisto, dall'1,4 all'1,9%. I tipi più comuni di depositi sono i gas disciolti dall'acqua e gli idrati, approssimativamente in proporzioni uguali (46,9% ciascuno)

Poiché il gas è più leggero del petrolio e l'acqua è più pesante, la posizione dei fossili nel giacimento è sempre la stessa: il gas è sopra il petrolio e l'acqua sostiene l'intero giacimento di petrolio e gas dal basso.

Il gas nel serbatoio è sotto pressione. Più profondo è il deposito, più alto è. In media, per ogni 10 metri, l'aumento di pressione è di 0,1 MPa. Ci sono strati con una pressione anormalmente alta. Ad esempio, nei depositi di Achimov del campo di Urengoyskoye, raggiunge le 600 atmosfere e oltre a una profondità compresa tra 3800 e 4500 m.

Fatti e ipotesi interessanti

Non molto tempo fa si credeva che le riserve mondiali di petrolio e gas dovessero essere esaurite già all'inizio del 21° secolo. Ad esempio, l'autorevole geofisico americano Hubbert ne scrisse nel 1965.

Ad oggi, molti paesi continuano ad aumentare il ritmo di produzione del gas. Non ci sono segnali reali che le riserve di idrocarburi si stiano esaurendo

Secondo il dottore in scienze geologiche e mineralogiche V.V. Polevanov, tali malintesi sono causati dal fatto che la teoria dell'origine organica del petrolio e del gas è ancora generalmente accettata e possiede le menti della maggior parte degli scienziati. Sebbene DI Mendeleev ha sostanziato la teoria dell'origine profonda inorganica del petrolio, e poi è stata dimostrata da Kudryavtsev e V.R. Larino.

Ma molti fatti parlano contro l'origine organica degli idrocarburi.

Eccone alcuni:

• sono stati scoperti depositi a profondità fino a 11 km, in fondazioni cristalline, dove l'esistenza di materia organica non può essere nemmeno teorica;
• utilizzando la teoria organica, solo il 10% delle riserve di idrocarburi può essere spiegato, il restante 90% è inspiegabile;
• La sonda spaziale Cassini ha scoperto nel 2000 sulla luna di Saturno Titano risorse di idrocarburi giganti sotto forma di laghi diversi ordini di grandezza più grandi di quelli sulla Terra.

L'ipotesi di una Terra originariamente idruro avanzata da Larin spiega l'origine degli idrocarburi dalla reazione dell'idrogeno con il carbonio nelle profondità della terra e dal successivo degassamento del metano.

Secondo lei, non ci sono depositi antichi del periodo giurassico. Tutto il petrolio e il gas potrebbero essersi formati tra 1.000 e 15.000 anni fa. Man mano che le riserve vengono ritirate, possono gradualmente reintegrarsi, cosa che si nota nei giacimenti petroliferi abbandonati da tempo.

Classificazione e proprietà

Il gas naturale è suddiviso in 3 categorie principali. Sono descritti dalle seguenti caratteristiche:

1. Esclude la presenza di idrocarburi in cui più di 2 composti di carbonio. Si chiamano secchi e si ottengono solo in quei luoghi destinati alla produzione.
2. Insieme alle materie prime primarie vengono prodotti gas liquefatti e secchi e benzina gassosa miscelati tra loro.
3. Contiene una grande quantità di idrocarburi pesanti e gas secco. C'è anche una piccola percentuale di impurità. Viene estratto da depositi di tipo gas condensato.

Il gas naturale è considerato una composizione mista, in cui sono presenti diverse sottospecie della sostanza. È per questo motivo che non esiste una formula esatta per il componente. Il principale è il metano, che contiene oltre il 90%. È il più resistente alla temperatura. Più leggero dell'aria e leggermente solubile in acqua. Quando viene bruciato all'aria aperta, si produce una fiamma blu. L'esplosione più potente si verifica se si combina il metano con l'aria in un rapporto di 1:10.Se una persona inala una grande concentrazione di questo elemento, la sua salute potrebbe essere danneggiata.

Viene utilizzato come materia prima e combustibile industriale. Viene anche attivamente utilizzato per ottenere nitrometano, acido formico, freon e idrogeno. Con la rottura dei legami idrocarburici sotto l'influenza della corrente e delle temperature, si ottiene l'acetilene utilizzato nell'industria. L'acido cianidrico si forma quando l'ammoniaca viene ossidata con metano.

La composizione del gas naturale ha il seguente elenco di componenti:

1. L'etano è una sostanza gassosa incolore. Quando brucia, si illumina debolmente. Praticamente non si dissolve in acqua, ma in alcool può in un rapporto di 3:2. Non è stato utilizzato come combustibile. Lo scopo principale dell'uso è la produzione di etilene.
2. Il propano è un tipo di carburante ben utilizzato che non si dissolve in acqua. Durante la combustione viene rilasciata una grande quantità di calore.
3. Butano: con un odore specifico, bassa tossicità. Ha un effetto negativo sulla salute umana: può colpire il sistema nervoso, provoca aritmia e asfissia.
4. L'azoto può essere utilizzato per mantenere i pozzi ad una pressione adeguata. Per ottenere questo elemento è necessario liquefare l'aria e separarla per distillazione. È usato per la produzione di ammoniaca.
5. Anidride carbonica: il composto può passare allo stato gassoso da uno stato solido a pressione atmosferica. Si trova nell'aria e nelle sorgenti minerali e viene rilasciato anche quando le creature respirano. È un additivo alimentare.
6. L'idrogeno solforato è un elemento piuttosto tossico. Può influenzare negativamente il funzionamento del sistema nervoso umano.Ha un odore di uova marce, un retrogusto dolciastro ed è incolore. Molto solubile in etanolo. Non reagisce con l'acqua. Necessario per la produzione di solfiti, acido solforico e zolfo.
7. L'elio è considerato una sostanza unica. Può accumularsi nella crosta terrestre. Si ottiene congelando i gas in cui è contenuto. Quando è allo stato gassoso, non si manifesta esternamente, allo stato liquido può influenzare i tessuti viventi. Non è in grado di esplodere e prendere fuoco. Ma se c'è una grande concentrazione nell'aria, può portare al soffocamento. Usato per riempire dirigibili e palloncini, quando si lavora con superfici metalliche.
8. L'argon è un gas senza caratteristiche esterne. Viene utilizzato durante il taglio e la saldatura di parti metalliche, nonché per aumentare la durata di conservazione dei prodotti alimentari (a causa di questa sostanza, l'acqua e l'aria vengono spostate).

Le proprietà fisiche di una risorsa naturale sono le seguenti: la temperatura di combustione spontanea è di 650 gradi Celsius, la densità del gas naturale è 0,68-0,85 (allo stato gassoso) e 400 kg/m3 (liquido). Se miscelate con l'aria, le concentrazioni del 4,4-17% sono considerate esplosive. Il numero di ottano del fossile è 120-130. Viene calcolato in base al rapporto tra i componenti infiammabili e quelli difficili da ossidare durante la compressione. Il potere calorifico è pari a circa 12mila calorie per 1 metro cubo. La conducibilità termica di gas e petrolio è la stessa.

Quando viene aggiunta aria, una fonte naturale può accendersi rapidamente. In condizioni domestiche, sale al soffitto. È lì che inizia il fuoco. Ciò è dovuto alla leggerezza del metano. Ma l'aria è circa 2 volte più pesante di questo elemento.

Metodi di lavorazione del gas naturale

Prima di fornire gas naturale al gasdotto principale, questa materia prima non ha bisogno di essere ulteriormente purificata, questo vantaggio rispetto al petrolio (che deve essere sottoposto a trattamento primario prima di essere immesso nell'oleodotto), comporta un notevole risparmio sui costi di trasporto.

Prima di ottenere la composizione chimica e produttiva finale, la miscela di gas viene sottoposta a lavorazioni secondarie presso impianti dell'industria chimica, che, a seconda delle tecnologie utilizzate, si suddividono in modalità di lavorazione gas principali e secondarie.

elaborazione fisica

Questo metodo si basa su indicatori fisici ed energetici. Il materiale fossile estratto è sottoposto a una profonda compressione e viene separato in frazioni dall'esposizione alle alte temperature.

Durante il passaggio dalle basse alle alte temperature, le materie prime vengono accuratamente pulite dalle impurità. L'uso di potenti compressori consente la lavorazione nel sito di produzione del gas. Quando si pompa gas da una formazione oleosa, vengono utilizzate pompe dell'olio, che sono relativamente economiche.

Proprietà del gas naturale

Uso di reazioni chimiche

Durante l'elaborazione chimico-catalitica, si verificano processi associati alla transizione del metano nel gas sintetizzato, seguita dall'elaborazione. I metodi chimici prevedono l'uso di due metodi:

• vapore, conversione di anidride carbonica;
• ossidazione parziale.

Quest'ultimo metodo è il più economico e conveniente, poiché la velocità di reazione chimica durante l'ossidazione parziale è piuttosto elevata e non è necessario utilizzare catalizzatori aggiuntivi.

L'uso delle alte e delle basse temperature come strumento per influenzare le materie prime fossili è chiamato metodo termochimico di lavorazione del gas naturale. Sotto l'influenza della temperatura su questa materia prima si formano composti chimici come etilene, propilene, ecc.. La complessità di questo tipo di lavorazione risiede nell'utilizzo di apparecchiature in grado di produrre calore fino a 11 mila gradi aumentando la pressione fino a tre atmosfere.

Le moderne tecnologie per la lavorazione del gas naturale utilizzano la sintesi aggiuntiva di metano, che consente di raddoppiare la quantità di idrogeno prodotta. L'idrogeno è una materia prima naturale da cui viene isolata l'ammoniaca, che è un materiale per la produzione di acido nitrico, componenti di ammonio, anilina, ecc.