Этот метод переработки природного газа основан на энергетических и физических свойствах природного газа. Сырье подвергается воздействию высоких температур и сильному сжатию. В результате происходит разделение на химические элементы.
Современные способы добычи и переработки природного газа
— это большое скопление газов, которое образуется в недрах Земли в процессе анаэробного разложения органических материалов.
Природный газ классифицируется как минеральное сырье. Природный газ встречается в пластовых условиях (условиях залегания в недрах Земли) в газообразном состоянии — в виде отдельных скоплений (газовых залежей) или в виде газовой шапки нефтяных и газовых месторождений, или в растворенном состоянии в нефти или воде. При нормальных условиях (101,325 кПа и 20 °C) природный газ существует только в газообразном состоянии. Природный газ может также встречаться в кристаллическом состоянии в виде гидратов природного газа.
Еще в 1813 году химик сэр Хамфри Дэви на основании своих анализов предположил, что рудничный газ представляет собой смесь метана CH4 с некоторым количеством азота N2 и углекислого газа CO2, то есть качественно идентичен болотному газу.
Месторождения природного газаправить | править код
Глубокое бурение для разведки нефти и газа в России, по данным Росстата.
В осадочной мантии земной коры находятся огромные залежи природного газа. Теория биогенного (органического) происхождения нефти гласит, что она образуется в результате разложения живых организмов. Предполагается, что природный газ образуется в осадочной мантии при более высоких температурах и давлении, чем нефть. Это согласуется с тем фактом, что газовые месторождения часто находятся глубже, чем нефтяные.
Наибольшими запасами газа обладают Россия (Уренгой, «Газпром» располагает 17% мировых запасов газа), Иран, большинство стран Персидского залива, США и Канада. Среди европейских стран — Норвегия и Нидерланды. В республиках бывшего Советского Союза, Туркменистане, Азербайджане, Узбекистане и Казахстане (Карачаганакское месторождение) имеются большие запасы газа.
Метан и некоторые другие углеводороды широко распространены в космосе. Метан — третий по распространенности газ во Вселенной после водорода и гелия. В виде метанового льда он участвует в строении многих планет и астероидов, удаленных от Солнца, но такие скопления обычно не классифицируются как газовые месторождения и пока не нашли практического применения. В мантии Земли имеется значительное количество углеводородов, но они тоже не представляют интереса.
Газогидратыправить | править код
Ученые давно считали, что углеводороды с молекулярным весом более 60 присутствуют в земной коре в жидком состоянии, а более легкие — в газообразном. В начале 20 века группа ученых из Московского института нефти и природного газа А.А. Трофимук, Н.В. Черский, Ф.А. Требин, Ю.Ф. Макогон и В.Г. Васильев обнаружили, что при определенных термодинамических условиях в земной коре природный газ переходит в твердое состояние и образует газогидратные месторождения. Позже было доказано, что запасы газа в этом штате огромны6.
Газ переходит в твердое состояние в земной коре, соединяясь с пластовой водой при гидростатическом давлении до 250 атм и относительно низких температурах (до +22 °C). Гидратированные газовые резервуары имеют несравненно более высокую концентрацию газа на единицу объема пористой среды, чем обычные газовые резервуары, поскольку один объем воды связывает до 220 объемов газа при переходе в гидратированное состояние. Районы с месторождениями газогидратов в основном расположены в местах распространения вечной мерзлоты и на небольшой глубине под морским дном6.
Результаты переработки
Полученное вещество после переработки используется не только в качестве источника энергии. При переработке сырой нефти и природного газа можно выделить следующие продукты:
- аммиак – необходим для производства удобрений, полимеров, растворителя, нашатырного спирта; бесцветен, присутствует сильный специфический запах;
- анилин – основа для создания красок, полиуретана, каучука; бесцветная жидкость с резким запахом, плохая растворимость в воде;
- гелий – применяется для высоких технологий при изготовлении медицинских изделий и ядерных реакторов, спутников; необходим геологам, так как они с помощью гелиевой съемки определяют глубинные разломы на поверхности земной коры, нет цвета, вкуса и запаха;
- метанол – используется как растворитель и топливный элемент, жидкость без цвета, но присутствует запах этилового спирта; принимать внутрь смертельно опасно;
- уксусная кислота – нужна при изготовлении текстильной продукции, не в сильной концентрации для кулинарии, применяется как растворитель, присутствует резкий запах и кислый вкус;
- формальдегид – применяется в производстве строительных материалов, фенопластов, хорошо работает в качестве антисептика, консерванта для косметических средств, бесцветен, нет резкого запаха;
- этан – из него изготавливаются изделия из пластмассы, необходим для получения соединения этилена; нет цвета, вкуса и запаха.
Продукты переработки природного газа являются востребованным сырьем во многих отраслях промышленности. Главное, чтобы они использовались исключительно в своей области применения.
Природный газ — это ценный минерал, который добывается из недр земли. Он используется в качестве основного источника тепловой энергии. Некоторые из его производных используются во многих отраслях промышленности. После добычи природный газ должен быть переработан для удаления ненужных примесей.
Происхождение и состав газа
Научное определение природного газа — это газовая смесь с различным химическим составом на основе углеводородного соединения. В зависимости от месторождения, состав углеводородов меняется, при этом основными компонентами природного газа являются следующие химические элементы:
- Метан.
- Бутан.
- Этан.
- Пропан.
- Водород (сероводород).
- Углерод (в соединении).
- Азот, гелий и пр.
- Примеси.
В сланцевом газе, залежи которого находятся на глубине 10 000 метров, в составе минерального материала больше различных углеводородных соединений.
Поэтому невозможно научно обосновать единую общую формулу для определения состава ископаемого материала.
В природе этот газ бесцветен и не имеет запаха, а его присутствие в породе обнаруживается искусственно с помощью оборудования. Болота часто выделяют на поверхность болотный газ со специфическим запахом. Однако это не запах ископаемого, а запах растительных компонентов определенной среды (брожение, разложение растений и т.д.).
Предполагаемое происхождение
Образование природного газа связано с наличием углеводородов. В процессе жизнедеятельности микроорганизмов органические вещества накапливаются в местах, не имеющих доступа к кислороду. Углеводороды образуются путем соединения с молекулами водорода под высоким давлением в нижних слоях породы. Тектонические движения, т.е. движения горных пород под воздействием перепадов давления и температуры, привели к образованию месторождений нефти и газа.
Природный газ — это осадочное ископаемое, и его залежи могут быть либо отдельным резервуаром, либо верхним слоем нефтяного резервуара. Природный газ при низких температурах кристаллизуется, выделяются также газовые залежи, растворенные в нефти или воде.
Добыча газа
Все современные методы переработки газа начинаются с анализа структуры месторождения. Добыча полезных ископаемых осуществляется путем бурения газовых скважин по всей очерченной площади месторождения. Если газоносная залежь залегает в мелкозернистой породе или в сочетании с другими химическими элементами, на краю газового месторождения в дополнение к прямому бурению устанавливаются перерабатывающие заводы.
Современные технологии добычи газа позволяют извлекать природные минералы с глубины до 12 000 метров.
Переработка газа начинается с извлечения полезного ископаемого и попутной добычи из нефтяного пласта, в основном путем откачки скопления газа.
В настоящее время очистные и перерабатывающие заводы строятся, когда ожидается, что значительная часть минеральных ресурсов может быть извлечена в течение 10 лет. Перерабатывая сырье сразу после его извлечения из месторождения, эти заводы позволяют значительно сэкономить на транспортных расходах.
Основное применение — топливо
Доступ к газовому электричеству является наиболее важным фактором улучшения жизни людей и расширения экономических возможностей в их сообществах.
- Доступ к освещению превращает образование из занятий на открытом воздухе в течение дня, в помещение в любое время!
- Простой холодильник может продлить срок годности фруктов на более длительный срок.
- Наличие электричества является краеугольным камнем и позволяет предприятиям работать, позволяя отрасли выпускать продукцию.
Два основных пути добычи энергии
Весь новый спрос на ресурсы будет исходить от развивающихся стран. Потребление энергии продолжает расти, и, согласно прогнозам, глобальное потребление энергии будет удваиваться в двух параллельных направлениях.
Реальность энергетического роста можно проиллюстрировать на примере прогнозов роста Индии. Ожидается, что в 2022 году Индия приобретет 250 ГВт угля и относительно небольшие 50 ГВт газа. Однако простой расчет потенциальных выбросов от этих двух источников показывает, что лучшие технологии для производства электроэнергии на природном газе. В результате выбросы сократятся на 20%.
Развитие мирового рынка газа
Существуют фундаментальные соображения для перехода на безуглеродные источники энергии. Хотя природный газ не является безуглеродным источником энергии, он может сыграть преобразующую роль в поддержке развивающихся стран. Он распространен во всем мире и более транспортабелен, чем что-либо другое. Мировой газовый рынок более стабилен. В качестве генератора электроэнергии он является как важной альтернативой углю, так и резервным источником выработки возобновляемой энергии. Хотя этот источник энергии содержит углерод, он не сопровождается большими выбросами в атмосферу.
Использование природного газа в качестве топлива для транспортных средств имеет значительные преимущества по качеству воздуха по сравнению с традиционными видами топлива и может быть столь же доступным по цене.
При использовании в качестве топлива для приготовления пищи сжиженный нефтяной газ обеспечивает значительные преимущества для здоровья и может сократить дополнительные 4 миллиона смертей в год, которые являются результатом приготовления пищи на более неэффективном топливе из биомассы.
Как экономическая составляющая, использование природного газа может расширить возможности для развития промышленности в качестве химического сырья, ингредиента для удобрений, прямого источника энергии и поставщика энергии.
Возможен ли переход на другие источники
Усилия по содействию развитию возобновляемой энергетики без использования ископаемого топлива представляют собой важнейшую, нерешенную задачу.
Использование природного газа является настолько неотъемлемой частью всей деятельности человека, что немедленный переход на альтернативные источники в ближайшем будущем невозможен.
Однако добыча является дорогостоящей и должна осуществляться в разумных масштабах, чтобы результаты были доступны потребителям. Чтобы воспользоваться преимуществами использования природного газа, мы должны быть готовы признать возможности и недостатки этого сравнительно лучшего ископаемого топлива.
Правильная разработка природного газа требует решения вопросов разработки для обеспечения возможности его добычи по приемлемой цене и с гарантированной доставкой. Развитие должно учитывать рыночные условия, баланс между импортом и экспортом, соответствующие налоговые режимы и адекватную инфраструктуру.
Использование природного газа играет важную роль в реализации его потенциала во многих развивающихся странах, особенно в Азии и Восточной Африке. Энергия, получаемая при использовании природного газа, может помочь в борьбе с изменением климата, создать экономическое процветание и избавить людей от бедности.
Происхождение
Существуют две теории происхождения природного газа: ископаемая и биогенная.
Согласно минеральной теории, углеводороды образуются в результате химических реакций глубоко внутри нашей планеты из неорганических соединений под воздействием высокого давления и высоких температур. Вследствие внутренней динамики Земли углеводороды затем поднимаются в зону более низкого давления и образуют месторождения полезных ископаемых, в том числе природного газа.
Согласно биогенетической теории, природный газ образовался в недрах Земли в результате анаэробного разложения растительных и животных организмов при высоких температурах и давлении.
Несмотря на продолжающиеся споры о происхождении углеводородов, биогенетическая теория завоевывает все большую популярность в научном сообществе.
Транспортировка
Подготовка газа к транспортировке
Хотя в некоторых районах природный газ имеет отличное качество, он, как правило, не является конечным продуктом. Помимо содержания целевых компонентов (которое может варьироваться в зависимости от конечного потребителя), газ также содержит примеси, которые затрудняют его транспортировку и нежелательны в использовании.
Например, водяной пар может конденсироваться и скапливаться в различных точках трубопровода, обычно на поворотах, препятствуя потоку газа. Сероводород является сильным коррозионным агентом, который повреждает трубопроводы, оборудование и резервуары для хранения.
Поэтому перед отправкой в магистральный трубопровод или на нефтехимический завод газ проходит очистку на газоочистной установке (ГПУ).
Первым этапом переработки является удаление нежелательных примесей и сушка. Затем газ сжимается до давления, необходимого для переработки. Как правило, газ сжимается до 200-250 бар, что уменьшает его объем в 200-250 раз.
Затем следует этап зачистки: На специальных установках газ разделяется на нестабильный бензин и отбензиненный газ. Отделенный газ направляется в магистральные трубопроводы и на нефтехимические заводы.
Нестабильный бензин направляется на газофракционирующие установки, где он расщепляется на легкие углеводороды: Этан, пропан, бутан и пентан. Эти вещества также являются ценным сырьем, особенно для производства полимеров. А смесь бутана и пропана — это конечный продукт, который используется, в частности, в качестве бытового топлива.
Газопровод
Наиболее важными видами транспорта природного газа являются трубопроводы.
Типичный диаметр газопровода составляет 1,42 метра. Газ в трубопроводе перекачивается под давлением 75 атм. Двигаясь по трубе, газ постепенно теряет энергию, преодолевая силы трения, которая рассеивается в виде тепла. По этой причине вдоль трубопровода через равные промежутки строятся специальные станции повышения давления. Здесь газ сжимается и охлаждается до необходимого давления.
Для непосредственной доставки газа потребителю от магистрального газопровода отходят трубы меньшего диаметра — газораспределительные сети.
Транспортировка СПГ
Как быть с труднодоступными районами, находящимися вдали от магистральных газопроводов? Природный газ транспортируется в эти районы в сжиженном состоянии (Liquefied Natural Gas, LNG) в специальных криогенных резервуарах по морю и суше.
По морю СПГ перевозится на СПГ-танкерах, оборудованных изотермическими резервуарами.
СПГ также транспортируется по суше, как по железной дороге, так и по автомобильным дорогам. Для этого используются специальные двустенные резервуары, которые способны поддерживать необходимую температуру в течение определенного периода времени.
Применение природного газа
Природный газ в основном используется для отопления, выработки электроэнергии и в бытовых целях. В России, например, около 50 процентов поставок приходится на энергетические предприятия и муниципальные объекты. Он также используется в качестве топлива для транспортных средств, сырья для производства пластмасс и других органических материалов.
Читать далее: Что добывают из природного газа?
Применение побочных продуктов
Что получают из природного газа? Из чего состоит природный газ? Наиболее ценным из них является природный газ, который используется в качестве источника энергии. Наиболее ценным из них является природный газ, который используется в качестве источника энергии. Другая группа экстрагированных веществ — формальдегиды. Они добываются путем химических реакций и являются ценным сырьем. В качестве основы для этих продуктов используется формальдегид:
- клей;
- минераловатную и пенопластовую теплоизоляцию;
- ДВП;
- прессованную фанеру.
Очистка также позволяет получить смолы, необходимые для промышленного производства строительных красок и лаков. В процессе основной очистки выделяется гелий — ценный газ, востребованный в аэрокосмической промышленности и в производстве высокоточных инструментов, включая изготовление медицинских приборов.
Аммиак является ценным побочным продуктом переработки ископаемого топлива. Он используется для производства азотных удобрений для сельского хозяйства. Он также используется при производстве мясных и молочных продуктов. Другие виды товаров, в которых аммиак используется для производства аммиака:
- косметика;
- алкогольные напитки;
- корма для животных;
- огнетушащие составы.
Выделяемый этан также используется в производстве пластмасс и полиэтилена. Метанол является одним из компонентов автомобильного бензина. Кроме того, уксусная кислота и другие кислоты добываются из природного газа. Эти вещества востребованы в легкой промышленности, особенно в производстве целлюлозы.
Другим компонентом является нитрат аммония. Он используется в оборонных целях и в качестве ингредиента взрывчатых веществ. Таким образом, сочетание современных методов добычи, многоступенчатой переработки и использования природного газа в различных отраслях вносит значительный вклад в экономику и производство ВВП.
Транспортировка природного газа
Газ, который будет транспортироваться в трубопроводах или танкерах, должен быть подготовлен заранее. Необходимо изучить состав и устранить вредные элементы.
Водяной пар конденсируется и скапливается в изгибах трубопровода. Сера приводит к преждевременной коррозии. Азотные устройства помогают создать инертную среду и ускорить скорость потока.
В процессе подготовки используется несколько систем. Вблизи поля предварительная очистка и сушка осуществляются в абсорбционных колоннах. Гелий и сероводород отделяются на специальной установке.
По газопроводу
Трубопровод имеет сечение до 1,4 метра. Требуется определенное давление до 75 атмосфер. Газопровод должен выдерживать определенное давление до 75 атмосфер.
Компрессионные станции могут улучшить ситуацию. При дальнейшем охлаждении давление достигает 120 атмосфер. Строительство и обслуживание требуют инвестиций, но этот метод является наиболее эффективным и не приводит к росту цен на газ.
С помощью танкеров
В последние годы были построены терминалы, облегчающие транспортировку газа специальными танкерами. В контейнерах устанавливаются изотермические емкости, температура в которых понижается до минус 60 градусов, что необходимо для транспортировки газа в сжиженном виде.
От месторождения к побережью ведет трубопровод. На терминале происходит сжижение и закачка. Вместимость судна составляет от 150 000 до 250 000 кубических метров.
Высокие затраты неизбежны, поскольку необходимо создать развитую инфраструктуру. Существует множество преимуществ. Уровень безопасности выше благодаря сжиженному состоянию. Этот способ транспортировки экономичен, если потребитель находится на расстоянии более 2000 км.
Другие методы
Газ транспортируется в сжиженном виде в железнодорожных цистернах. Планы по транспортировке сырья на дирижаблях пока не реализованы. Транспорт в состоянии гидратированного газа нуждается в дальнейшей разработке.
Зачем нужна переработка природного газа
Природный газ добывается при образовании пористых слоев горных пород, содержащих нефть и карбонатные жилы. Помимо компонентов, важных для промышленных нужд, он содержит примеси, затрудняющие его транспортировку и использование конечными потребителями.
Сразу после добычи газ осушается на комплексных перерабатывающих предприятиях для удаления водяных паров и серы. Газ и попутный газ подвергаются дальнейшей переработке на химических заводах и газоперерабатывающих предприятиях.
Переработка
Эти природные ресурсы образовались в каменноугольном периоде, когда сформировались пористые породы, нефть и карбонатные жилы. Большая часть природного газа содержит метан, но в нем есть и некоторые примеси, что делает его неоднородным. Это затрудняет его транспортировку и повторное использование. Используются основные направления обработки.
Читайте также: Биосфера как глобальная экосистема Земли
После экстракции он проходит процесс сушки для удаления водяных паров и серы. Затем его очищают на нефтеперерабатывающем заводе. Целью является извлечение компонентов газа в товарной форме для дальнейшего использования. Важно, чтобы проект не нанес необратимого ущерба окружающей среде.
Существует три типа переработки природного газа:
- Термохимическим. Применяется термическое воздействие. В результате этого возникают непредельные углеводороды. Способ возможен только при высоких температурах и давлении.
- Физико-энергетическим. Данная технология способствует сжатию и делению газа на компоненты. Используется сильное нагревание или охлаждение. Чаще всего к этому способу обращаются на участках добычи полезного ископаемого. Сжимание и деление происходит благодаря компрессорам и нефтяным насосам.
- Химико-каталитическим. Метан модифицируется в синтез-газ для возможности осуществления переработки. Используется парциальное окисление или паровая, углекислая конверсия. В химическом методе полученное вещество не нуждается в разделении компонентов.
Только таким образом можно переработать газ и освободить его от ненужных примесей.
