Данный метод переработки природного газа опирается на энергетические и физические характеристики этого ресурса. Сырьё подвергается воздействию высоких температур и значительному сжатию, что приводит к разделению на химические элементы.
Современные методы добычи и переработки природного газа
— это обширное скопление газов, формирующееся в недрах Земли в результате анаэробного разложения органических веществ.
Природный газ рассматривается как минеральное сырье. Он может находиться в пластовых условиях (в недрах Земли) в газообразном виде — в форме отдельных накоплений (газовых залежей), либо образовывать газовые шапки над нефтяными и газовыми месторождениями, а также встречаться в растворенном состоянии в нефти или воде. При стандартных условиях (101,325 кПа и 20 °C) природный газ существует исключительно в газообразной форме. Кроме того, природный газ может находиться в кристаллическом виде в виде гидратов газа.
Ещё в 1813 году химик сэр Хамфри Дэви на основании проведенных им анализов сделал вывод, что рудничный газ представляет собой смесь метана CH4 с небольшим количеством азота N2 и углекислого газа CO2, что делает его качественно аналогичным болотному газу.
Месторождения природного газа
Глубокое бурение для исследования запасов нефти и газа в России, согласно статистическим данным Росстата.
В осадочной мантии земной коры находятся значительные объемы природного газа. Теория биогенного (органического) происхождения нефти утверждает, что нефть формируется в результате разложения живых организмов. Предполагается, что природный газ образуется в осадочной мантии при более высоких температурах и давлениях по сравнению с нефтью. Это соответствует наблюдаемому факту, что газовые месторождения часто располагаются на больших глубинах, чем нефтяные.
Наибольшими запасами природного газа обладает Россия (Уренгой; «Газпром» контролирует 17% мировых запасов газа), а также Иран, большинство государств Персидского залива, США и Канада. Среди европейских стран лидируют Норвегия и Нидерланды. В республиках бывшего Советского Союза, таких как Туркменистан, Азербайджан, Узбекистан и Казахстан (Карачаганакское месторождение), также имеются значительные запасы газа.
Метан и ряд других углеводородов широко распространены в космическом пространстве. Метан занимает третье место по своей распространенности среди газов во Вселенной, уступая лишь водороду и гелию. В форме метанового льда он входит в состав многих планет и астероидов, находящихся на значительном удалении от Солнца, однако такие образования обычно не рассматриваются как газовые месторождения и до сих пор не нашли практического применения. В мантии Земли также содержится значительное количество углеводородов, но они пока не представляют особого интереса.
Газогидраты
Долгое время ученые полагали, что углеводороды с молекулярной массой свыше 60 находятся в земной коре в жидкой форме, в то время как более легкие соединения существуют в газовой фазе. В начале двадцатого века исследовательская группа из Московского института нефти и газа, в состав которой входили А.А. Трофимук, Н.В. Черский, Ф.А. Требин, Ю.Ф. Макогон и В.Г. Васильев, сделала важное открытие: при определенных термодинамических условиях природный газ в земной коре может переходить в твердое состояние, приводя к образованию месторождений газогидратов. Позже было установлено, что запасы газа в данной области являются колоссальными.
Газ может преобразовываться в твердую форму в земной коре, взаимодействуя с пластовой водой под гидростатическим давлением до 250 атмосфер и при относительно невысоких температурах (до +22 °C). Газовые резервуары в гидратированном состоянии обладают значительно большей концентрацией газа на единицу объема пористой среды по сравнению с обычными газовыми резервуарами, так как один объем воды способен связывать до 220 объемов газа при формировании гидратов. Месторождения газогидратов в основном находятся в зонах распространения вечной мерзлоты и располагаются на небольшой глубине под морским дном.
Итоги переработки
Вещественные продукты, полученные в результате переработки, находят применение не только как источники энергии. При переработке сырых углеводородов, таких как нефть и природный газ, можно выделить следующие вещества:
- аммиак – играет ключевую роль в производстве удобрений, полимеров и растворителей, включая нашатырный спирт; это бесцветное вещество обладает ярко выраженным специфическим запахом;
- анилин – служит важным исходным материалом для производства красок, полиуретана и каучука; представляет собой бесцветную жидкость с резким ароматом и низкой растворимостью в воде;
- гелий – находит применение в высоких технологиях, в производстве медицинских приборов и ядерных реакторов, а также в спутниках; геологи активно используют гелиевую съемку для определения глубоких разломов в земной коре; он не имеет цвета, вкуса и запаха;
- метанол – используется как растворитель и компонент топлива; это бесцветная жидкость с характерным запахом этилового спирта; употребление внутрь крайне опасно и может привести к летальному исходу;
- Уксусная кислота – используется в производстве текстильной продукции, не в большой концентрации для кулинарии, служит растворителем, обладает резким запахом и кислым вкусом;
- Формальдегид – находит применение в создании строительных материалов, фенопластов, эффективно работает как антисептик и консервант для косметических средств, бесцветен и не имеет резкого запаха;
- Этан – используется для производства пластиковых изделий, необходим для получения соединения этилена; не имеет цвета, вкуса и запаха.
Продукты переработки природного газа представляют собой важное сырье для множества отраслей промышленности. Важно, чтобы они использовались исключительно по назначению.
Природный газ представляет собой ценное сырье, извлекаемое из недр Земли. Этот ресурс служит основным источником тепловой энергии. Его производные находят применение в различных секторах промышленности. После извлечения природный газ требует обработки для устранения нежелательных примесей.
Происхождение и состав газа
Научное определение природного газа заключается в том, что это газовая смесь с разнообразным химическим составом, основанным на углеводородном соединении. Состав углеводородов варьируется в зависимости от конкретного месторождения, однако основными компонентами природного газа являются следующие химические элементы:
- Метан.
- Бутан.
- Этан.
- Пропан.
- Водород (сероводород).
- Углерод (в составе соединений).
- Азот, гелий и другие элементы.
- Примеси.
В составе сланцевого газа, который встречается на глубине до 10 000 метров, содержится множество различных углеводородных соединений.
По этой причине невозможно научно установить единую универсальную формулу для точного определения состава ископаемых материалов.
В естественном состоянии этот газ является бесцветным и не имеет заметного запаха, а его наличие в породах определяется с использованием специализированного оборудования. Болотистые местности часто выдают на поверхность болотный газ со своеобразным запахом. Однако этот запах не связан с ископаемым газом, а возникает из-за разложения растительных остатков и других компонентов данной экосистемы (таких как брожение и гниение растений).
Предполагаемое происхождение
Процесс формирования природного газа неразрывно связан с углеводородами. В результате жизнедеятельности микроорганизмов органические вещества накапливаются в районах, недоступных для кислорода. Углеводороды возникают в результате соединения с молекулами водорода под высоким давлением в глубоких слоях земли. Тектонические движения, представляющие собой перемещение горных пород из-за колебаний давления и температуры, способствовали образованию месторождений нефти и газа.
Природный газ является осадочным ископаемым и может встречаться как в виде отдельного резервуара, так и в качестве верхнего слоя нефтяного хранилища. При низких температурах природный газ может кристаллизоваться, также выделяются газовые залежи, которые могут быть растворены в нефти или воде.
Добыча газа
Все актуальные методы газовой переработки начинаются с детального анализа структуры участка месторождения. Добыча природных ресурсов осуществляется путем бурения газовых скважин по всему обозначенному периметру месторождения. В случае, если газовая залежь находится в мелкозернистой породе или в комбинации с другими химическими элементами, на краю газового месторождения дополнительно к прямому бурению устанавливаются заводы для переработки.
Современные технологии извлечения газа делают возможным получение природных минералов на глубинах до 12 000 метров.
Процесс переработки газа начинается с извлечения полезного ископаемого и сопутствующей добычи из нефтяного пласта, главным образом посредством откачки накоплений газа.
На сегодняшний день очистные и перерабатывающие заводы создаются с расчетом на то, что значительная часть минеральных ресурсов сможет быть извлечена в течение следующего десятилетия. Эти заводы, перерабатывая сырье сразу после его добычи из месторождений, существенно снижают затраты на транспортировку.
Основное применение — топливо
Доступ к газовой электроэнергии становится важнейшим фактором для улучшения качества жизни людей и расширения экономических возможностей в их сообществах.
- Возможность освещения меняет процесс обучения, позволяя проводить занятия не только в дневное время, но и ночью!
- Простой холодильник способен значительно увеличить срок хранения фруктов и овощей.
- Наличие электричества служит основой для функционирования предприятий, обеспечивая выпуск продукции в различных отраслях.
Два основных пути добычи энергии
Вся новая потребность в ресурсах будет исходить от стран с развивающейся экономикой. Потребление энергии продолжает увеличиваться, и согласно прогнозам, глобальное потребление энергии ожидается вдвое больше в двух основных направлениях.
Реальность энергетического роста можно продемонстрировать через прогнозы для Индии. В 2022 году предполагается, что Индия приобретет 250 ГВт угля и относительно небольшие 50 ГВт газа. Однако простые расчеты потенциальных выбросов от этих двух источников показывают преимущество более современных технологий в производстве электроэнергии на основе природного газа. В результате выбросы могут быть сокращены на 20%.
Развитие мирового газового рынка
Существует несколько ключевых факторов, обуславливающих переход на источники энергии, не содержащие углерода. Несмотря на то, что природный газ не считается безуглеродным источником, он может играть критически важную роль в поддержке стран, находящихся на стадии развития. Этот ресурс широко доступен на глобальном уровне и отличается высокой транспортировочной способностью. Мировой рынок газа демонстрирует большую стабильность по сравнению с другими энергетическими рынками. В качестве источника электроэнергии природный газ выступает как надежная альтернатива углю и может служить резервом для выработки возобновляемой энергии. Хотя этот источник и содержит углерод, его использование связано с меньшими выбросами в атмосферу.
Применение природного газа в качестве топлива для автотранспорта предлагает значительные преимущества для качества воздуха по сравнению с традиционными видами топлива и может быть сопоставимо доступно по цене.
Использование сжиженного нефтяного газа в качестве топлива для готовки пищи приносит значительные преимущества для здоровья и может предотвратить около 4 миллионов смертей ежегодно, связанных с применением менее эффективных видов топлива на основе биомассы.
С точки зрения экономики переход на природный газ предоставляет новые возможности для промышленного роста, так как он может служить химическим сырьем, компонентом удобрений, а также прямым и надежным источником энергии.
Переход на альтернативные источники энергии
Работа по продвижению возобновляемых источников энергии и отказ от ископаемого топлива представляет собой одну из важнейших и пока не решенных задач современности.
Природный газ играет столь важную роль в жизни общества, что переход на альтернативные источники энергии в ближайшие сроки представляется затруднительным.
Тем не менее, его добыча обходится недешево и должна проводиться с умом, чтобы результаты были доступны для потребителей. Чтобы извлечь максимальную выгоду из использования природного газа, необходимо осознать как его сильные, так и слабые стороны среди всех ископаемых видов топлива.
Эффективная разработка природного газа требует решения ряда ключевых задач, чтобы обеспечить его добычу по разумной цене и с гарантированной доставкой. Процесс развития должен учитывать рыночные дорожные условия, соотношение между импортом и экспортом, актуальные налоговые правила, а также необходимую инфраструктуру.
Природный газ оказывает значительное влияние на реализацию своего потенциала в различных развивающихся странах, особенно в регионах Азии и Восточной Африки. Энергия, производимая из природного газа, может способствовать борьбе с изменениями климата, создавать экономическое расцвет и помогать людям выйти из состояния бедности.
Происхождение
Существует две основные теории о происхождении природного газа: ископаемая и биогенная.
Согласно минеральной теории, углеводороды формируются в результате химических реакций, происходящих на больших глубинах Земли из неорганических соединений под высоким давлением и температурами. В процессе внутренней динамики нашей планеты углеводороды поднимаются в области с более низким давлением, где образуются месторождения полезных ископаемых, включая природный газ.
По биогенетической теории, природный газ возникает в недрах Земли в результате анаэробного разложения органических материалов — как растительных, так и животных — при высоких температурах и давлениях.
Несмотря на существующие дебаты относительно происхождения углеводородов, биогенетическая теория становится всё более признанной в научном сообществе.
Транспортировка
Подготовка газа к транспортировке
Хотя в некоторых регионах природный газ может обладать высоким качеством, в большинстве случаев он не является конечным продуктом. Качество газа, помимо содержания необходимых компонентов (которые могут изменяться в зависимости от потребителей), также зависит от примесей, затрудняющих его транспортировку и делающих его использование нежелательным.
Например, водяной пар может конденсироваться и накапливаться в различных участках трубопровода, особенно на изгибах, что препятствует свободному потоку газа. Сероводород оказывает сильное коррозионное воздействие, которое приводит к повреждению трубопроводов, оборудования и резервуаров для хранения.
Поэтому перед направлением в магистральный трубопровод или на нефтехимический завод газ проходит очистку на газоочистной установке (ГПУ).
Первый этап переработки включает в себя удаление нежелательных примесей и процесс сушки. Далее газ сжимается до необходимого давления для последующей переработки. Обычно давление достигает 200-250 бар, что позволяет уменьшить объем газа в 200-250 раз.
После этого проходит этап очистки: на специальных установках газ разделяется на нестабильный бензин и отбензиненный газ. Отделенный газ отправляется в магистральные трубопроводы и на нефтехимические заводы.
Нестабильный бензин поступает на газофракционирующие установки, где он расщепляется на легкие углеводороды: этан, пропан, бутан и пентан. Эти вещества представляют собой ценных сырьё, особенно для производства полимеров. Смесь бутана и пропана также является конечным продуктом, часто используемым как бытовое топливо.
Pipeline
Одним из наиболее значимых способов транспортировки природного газа являются трубопроводы.
Обычный диаметр газопровода составляет 1,42 метра. Газ перемещается по трубам под давлением в 75 атмосфер. По мере его продвижения через трубу газ теряет часть энергии, сталкиваясь с силами трения, которые проявляются в виде тепла. В связи с этим вдоль газопровода с равными интервалами возводятся специализированные станции для повышения давления. На этих станциях газ сжимается и охладится до требуемого уровня давления.
Для эффективной доставки газа конечному потребителю от магистрального газопровода ответвляются трубы меньшего диаметра, образующие газораспределительные сети.
Транспортировка СПГ
Как решать проблему доставки газа в удаленные районы, расположенные вдали от основных газопроводов? В такие местности природный газ поставляется в сжиженном виде (сжиженный природный газ, СПГ) при помощи специальных криогенных контейнеров по морю и суше.
На водном транспорте СПГ перевозят специальные танкеры, оснащенные изотермическими цистернами.
Что касается наземных маршрутов, СПГ доставляют как железнодорожным, так и автомобильным транспортом. Для этого используются специальные двустенные резервуары, способные поддерживать нужную температуру на протяжении определенного времени.
Использование природного газа
Природный газ широко применяется для отопления, генерации электроэнергии и в быту. В России, например, примерно 50 процентов его поставок направляются в энергетический сектор и муниципальные учреждения. Кроме того, газ используется как топливо для транспорта, а также является сырьем для производства пластиков и различных органических веществ.
Читать далее: Что изготавливают из природного газа?
Использование побочных продуктов
Что можно получить из природного газа? Каковы главные компоненты природного газа? Одним из наиболее ценных ресурсов является природный газ, который играет важную роль в обеспечении энергетическими ресурсами. Кроме того, существует другая группа веществ, которые также извлекаются из него — формальдегиды. Эти соединения получают посредством химических реакций и являются важным сырьем для различных производств. Формальдегид служит основой для создания следующих продуктов:
- клей;
- теплоизоляционные материалы на основе минераловатных и пенопластовых компонентов;
- ДВП (деревянно-волокнистая плита);
- прессованная фанера.
Процесс очистки также позволяет извлекать смолы, которые крайне необходимы для производства строительных красок и лаков. В ходе основной стадии очистки выделяется гелий — ценный газ, который находит широкое применение в аэрокосмической отрасли, а также в производстве высокоточных инструментов, включая медицинские приборы.
Аммиак представляет собой важный побочный продукт переработки ископаемого топлива. Его активно применяют для создания азотных удобрений, востребованных в сельском хозяйстве. Кроме того, аммиак используется в производстве мяса и молочных продуктов. Ниже приведены другие товары, для изготовления которых используется аммиак:
- косметические средства;
- алкогольные напитки;
- корма для домашних животных;
- составы для тушения пожаров.
Выделяемый этан также находит применение в производстве пластиковых материалов и полиэтилена. Метанол выступает одним из составляющих автомобильного бензина. Кроме того, уксусная кислота и другие кислоты извлекаются из природного газа. Эти соединения востребованы в легкой промышленности, особенно при производстве целлюлозы.
Другим важным компонентом является нитрат аммония. Он используется в военных целях и в качестве составной части взрывчатых веществ. Таким образом, синергия современных методов добычи, многоступенчатой переработки и применения природного газа в различных секторах экономики значительно способствует росту ВВП.
Транспортировка природного газа
Газ, который планируется транспортировать через трубопроводы или танкеры, требует предварительной подготовки. Важно проанализировать его состав и удалить вредные элементы.
Водяной пар конденсируется и накапливается в изгибах трубопроводов. Сера способна вызывать преждевременное возникновение коррозии. Азотные системы помогают создать инертную атмосферу и увеличить скорость потока.
Во время процесса подготовки применяются различные системы. Вблизи эксплуатационного поля осуществляется предварительная очистка и сушка в абсорбционных колоннах. Гелий и сероводород разделяются на специальном оборудовании.
По газопроводу
Диаметр трубопровода может достигать 1,4 метра. Для его функционирования требуется поддержание давления до 75 атмосфер. Газопровод должен быть спроектирован с учетом способности выдерживать это давление.
Компрессионные станции способны существенно улучшить ситуацию. При дополнительном охлаждении давление может возрасти до 120 атмосфер. Строительство и эксплуатация таких станций требуют финансовых вложений, но этот способ является самым эффективным и не приводит к повышению цен на газ.
С использованием танкеров
В последние годы были возведены терминалы, которые упрощают транспортировку газа специализированными танкерами. В этих контейнерах установлены изотермические резервуары, в которых температура понижается до минус 60 градусов. Это условие необходимо для перевозки газа в сжиженном состоянии.
Трубопровод соединяет месторождение с побережьем. На специализированном терминале осуществляется процесс сжижения и закачки газа. Вместимость танкеров варьируется от 150 000 до 250 000 кубических метров.
Высокие затраты являются неизбежной частью процесса, так как требуется создать развитую инфраструктуру. Однако существуют многочисленные преимущества. Уровень безопасности повышается благодаря сжиженному состоянию газа. Этот метод транспортировки оказывается экономически выгодным, если расстояние до потребителя составляет более 2000 км.
Альтернативные методы
Газ также может быть перевезен в сжиженном виде с использованием железнодорожных цистерн. Планы по транспортировке сырья на дирижаблях пока ещё не были реализованы. Транспортировка в виде гидратированного газа нуждается в дальнейшей разработке.
Почему важна переработка природного газа
Природный газ образуется в результате формирования пористых слоев горных пород, которые содержат нефть и карбонатные образования. В дополнение к важным для промышленности компонентам этот газ включает в себя примеси, которые осложняют его транспортировку и использование конечными пользователями.
После добычи газ проходит процесс осушки на комплексах по переработке для удаления водяного пара и серы. Как основной газ, так и попутный газ затем подвергаются дополнительной переработке на химических заводах и газоперерабатывающих предприятиях.
Переработка
Эти природные ресурсы возникли в период каменноугольной эры, когда сформировались пористые породы, нефть и карбонатные жилища. Основная часть природного газа состоит из метана, но также содержит различные примеси, что приводит к его неоднородности. Это усложняет как транспортировку, так и повторное использование газа. Применяются основные направления его обработки.
Читайте также: Биосфера как глобальная экосистема Земли
После извлечения он подвергается сушке для устранения водяных паров и серы. Затем сырье очищается на заводе по переработке нефти. Основная задача заключается в получении газовых компонентов в товарном виде для их последующего применения. Крайне важно, чтобы реализация проекта не привела к серьезным загрязнениям и повреждениям окружающей среды.
Существует три основных способа переработки природного газа:
- Термохимический. В этом методе применяется тепловое воздействие, в результате чего образуются ненасыщенные углеводороды. Данный подход возможен только при высоких температурах и давлениях.
- Физико-энергетический. Эта технология направлена на сжатие и разделение газа на его составные части. Для этого используются интенсивное нагревание или охлаждение. Чаще всего к данному методу прибегают на местах добычи полезных ископаемых. Сжатие и разделение осуществляются с помощью компрессоров и нефтяных насосов.
- Химико-каталитический. При этом методе метан преобразуется в синтез-газ для дальнейшей переработки. Используются такие процессы, как частичное окисление или паровая углекислая конверсия. В химическом подходе полученный продукт не требует дополнительного разделения компонентов.
Современные способы добычи и переработки природного газа. Что можно сделать из газа.
Содержание
