Alles over aardgas: samenstelling en eigenschappen, productie en gebruik van aardgas

Blauw brandstofextractieproces

Voorafgaand aan de gasproductie is het proces van geologische exploratie. Hiermee kunt u het volume en de aard van het optreden van de afzetting nauwkeurig bepalen. Momenteel worden verschillende verkenningsmethoden gebruikt.

Zwaartekracht - gebaseerd op de berekening van de massa van rotsen. Gashoudende lagen worden gekenmerkt door een aanzienlijk lagere dichtheid.

Magnetisch - houdt rekening met de magnetische permeabiliteit van het gesteente. Door middel van aeromagnetisch onderzoek is het mogelijk om een ​​volledig beeld te krijgen van afzettingen tot 7 km diep.

Het doel van deze techniek:

Seismisch - maakt gebruik van straling die wordt gereflecteerd bij het passeren van de darmen. Deze echo kan speciale meetinstrumenten opvangen.

Geochemisch - de samenstelling van grondwater wordt bestudeerd met de bepaling van het gehalte daarin van stoffen die verband houden met gasvelden.

Boren is de meest effectieve methode, maar tegelijkertijd de duurste van de genoemde. Daarom is voorafgaand aan het gebruik een voorstudie van de rotsen vereist.

Bronboormethoden voor: aardgasproductie

Nadat het veld is geïdentificeerd en de voorlopige hoeveelheden afzettingen zijn geschat, gaat het proces van gasproductie direct verder. Putten worden geboord tot de diepte van de minerale laag. Om de druk van de opstijgende blauwe brandstof gelijkmatig te verdelen, wordt de put gemaakt met een ladder of telescopisch (zoals een telescoop).

De put is versterkt met mantelbuizen en gecementeerd. Om de druk gelijkmatig te verminderen en het proces van gasproductie te versnellen, worden meerdere putten tegelijk in één veld geboord. De opkomst van gas door de put wordt op een natuurlijke manier uitgevoerd - het gas beweegt naar een zone met lagere druk.

Omdat het gas na extractie verschillende onzuiverheden bevat, is de volgende stap de zuivering ervan. Om dit proces te waarborgen, worden in de buurt van de velden geschikte industriële voorzieningen voor gaszuivering en -verwerking gebouwd.

Aardgaszuiveringssysteem

Mijnbouw met behulp van kolenmijnen

Kolenlagen bevatten een grote hoeveelheid methaan, waarvan de winning niet alleen het verkrijgen van blauwe brandstof mogelijk maakt, maar ook zorgt voor een veilige werking van mijnbouwondernemingen. Deze methode wordt veel gebruikt in de VS.

De belangrijkste gebruiks- en verwerkingsrichtingen van methaan

Hydraulische breekmethode:

Wanneer op deze manier gas wordt geproduceerd, wordt een stroom water of lucht door de put geïnjecteerd. Zo wordt het gas verplaatst.

Deze methode kan seismische instabiliteit van gebroken rotsen veroorzaken, dus het is in sommige staten verboden.

Kenmerken van onderwaterproductie

Voor de eerste keer in Rusland wordt de gasproductie in het Kirinskoye-veld uitgevoerd met behulp van een onderwaterproductiecomplex

Gasreserves zijn aanwezig, behalve op land en onder water. Ons land heeft uitgebreide onderwaterafzettingen. Onderwaterproductie wordt uitgevoerd met behulp van zware zwaartekrachtplatforms. Ze bevinden zich op een basis die op de zeebodem rust. Het boren van een put wordt uitgevoerd met kolommen op de basis. Op de platforms worden tanks geplaatst om het gewonnen gas op te slaan. Vervolgens wordt het via een pijpleiding naar het land vervoerd.

Deze platforms zorgen voor de constante aanwezigheid van mensen die het onderhoud aan het complex uitvoeren. Het aantal kan oplopen tot 100 personen. Deze faciliteiten zijn uitgerust met autonome stroomvoorziening, een platform voor helikopters en personeelsverblijven.

Wanneer afzettingen zich in de buurt van de kust bevinden, worden putten schuin uitgevoerd. Ze beginnen op het land en verlaten de basis onder de zeebodem. De productie en het transport van gas vindt standaard plaats.

Herkomst van aardgas:

Er zijn twee theorieën over de oorsprong van aardgas: de biogene (organische) theorie en de abiogene (anorganische, minerale) theorie.

Voor het eerst werd de biogene theorie van de oorsprong van aardgas in 1759 uitgedrukt door M.V. Lomonosov. In het verre geologische verleden van de aarde zonken dode levende organismen (planten en dieren) naar de bodem van waterlichamen en vormden slibachtige sedimenten. Als gevolg van verschillende chemische processen vielen ze uiteen in een luchtloze ruimte.Door de beweging van de aardkorst zakten deze resten steeds dieper weg, waar ze onder invloed van hoge temperatuur en hoge druk in koolwaterstoffen veranderden: aardgas en olie. Koolwaterstoffen met een laag molecuulgewicht (d.w.z. eigenlijk aardgas) werden gevormd bij hogere temperaturen en drukken. Hoogmoleculaire koolwaterstoffen - olie - bij kleinere. Koolwaterstoffen, die doordringen in de holtes van de aardkorst, vormden afzettingen van olie- en gasvelden. In de loop van de tijd zijn deze organische afzettingen en koolwaterstofafzettingen diep gedaald tot een diepte van een kilometer tot enkele kilometers - ze waren bedekt met lagen sedimentair gesteente of onder invloed van geologische bewegingen van de aardkorst.

De mineralentheorie over de oorsprong van aardgas en olie werd in 1877 geformuleerd door D.I. Mendelejev. Hij ging uit van het feit dat in de ingewanden van de aarde bij hoge temperaturen en drukken koolwaterstoffen kunnen worden gevormd als gevolg van de interactie van oververhitte stoom en gesmolten zware metaalcarbiden (voornamelijk ijzer). Als gevolg van chemische reacties worden oxiden van ijzer en andere metalen gevormd, evenals verschillende koolwaterstoffen in gasvormige toestand. In dit geval komt water diep in de ingewanden van de aarde door scheuren-breuken in de aardkorst. De resulterende koolwaterstoffen, die zich in een gasvormige toestand bevinden, stijgen op hun beurt door dezelfde scheuren en breuken naar de zone met de minste druk en vormen uiteindelijk gas- en olieafzettingen. Dit proces, volgens D.I. Mendelejev en aanhangers van de hypothese, gebeurt de hele tijd. Daarom vormt de vermindering van de koolwaterstofreserves in de vorm van olie en gas geen bedreiging voor de mensheid.

methaan

Daarnaast wordt methaan ook aangetroffen in kolenmijnen, waar het door zijn explosieve karakter een ernstige bedreiging vormt voor mijnwerkers. Methaan is ook bekend in de vorm van uitscheidingen in moerassen - moerasgas.

Afhankelijk van het gehalte aan methaan en andere (zware) koolwaterstofgassen van de methaanreeks worden gassen onderverdeeld in droog (arm) en vet (rijk).

• Droge gassen omvatten gassen die voornamelijk een methaansamenstelling hebben (tot 95 - 96%), waarin het gehalte aan andere homologen (ethaan, propaan, butaan en pentaan) onbeduidend is (fracties van een procent). Ze zijn meer kenmerkend voor puur gasafzettingen, waar er geen bronnen van verrijking zijn in hun zware componenten die deel uitmaken van de olie.
• Natte gassen zijn gassen met een hoog gehalte aan "zware" gasverbindingen. Naast methaan bevatten ze tientallen procenten ethaan, propaan en verbindingen met een hoger molecuulgewicht tot hexaan. Vetmengsels zijn meer kenmerkend voor geassocieerde gassen die gepaard gaan met olieafzettingen.

Brandbare gassen zijn gewone en natuurlijke metgezellen van olie in bijna al zijn bekende afzettingen, d.w.z. olie en gas zijn onafscheidelijk vanwege hun verwante chemische samenstelling (koolwaterstof), gemeenschappelijke oorsprong, omstandigheden van migratie en accumulatie in natuurlijke vallen van verschillende typen.

Een uitzondering vormen de zogenaamde "dode" oliën. Dit zijn oliën dicht bij het dagoppervlak, volledig ontgast door verdamping (vervluchtiging) van niet alleen gassen, maar ook lichte fracties van de olie zelf.

Dergelijke olie is bekend in Rusland in Ukhta. Het is een zware, stroperige, geoxideerde, bijna niet-vloeibare olie die wordt geproduceerd door onconventionele mijnbouwmethoden.

Zuivere gasafzettingen zijn wijdverbreid in de wereld, waar geen olie is, en waar gas wordt gevormd door formatiewateren.In Rusland zijn in West-Siberië superreuzengasvelden ontdekt: Urengoyskoye met reserves van 5 biljoen kubieke meter. m3, Yamburgskoye - 4,4 biljoen. m3, Zapolyarnoye - 2,5 biljoen. m3, Medvezhye - 1,5 biljoen. m3.

Olie en gas en olievelden zijn echter het meest verspreid. Gas komt samen met olie voor in gaskappen, d.w.z. over olie, of in een staat opgelost in olie. Dan heet het opgelost gas. In de kern is olie met daarin opgelost gas vergelijkbaar met koolzuurhoudende dranken. Bij hoge reservoirdrukken worden aanzienlijke gasvolumes in de olie opgelost en wanneer de druk tijdens het productieproces daalt tot atmosferische druk, wordt de olie ontgast, d.w.z. gas komt snel vrij uit het gas-oliemengsel. Dergelijk gas wordt geassocieerd gas genoemd.

De natuurlijke metgezellen van koolwaterstoffen zijn kooldioxide, waterstofsulfide, stikstof en inerte gassen (helium, argon, krypton, xenon) die daarin als onzuiverheden aanwezig zijn.

vervoer

Gasvoorbereiding voor transport

Ondanks dat het gas in sommige velden een bijzonder hoogwaardige samenstelling heeft, is aardgas over het algemeen geen afgewerkt product. Naast de doelcomponentniveaus (waar de doelcomponenten kunnen variëren afhankelijk van de eindgebruiker), bevat het gas onzuiverheden die het transport bemoeilijken en ongewenst zijn in gebruik.

Waterdamp kan bijvoorbeeld condenseren en zich ophopen op verschillende plaatsen in de pijpleiding, meestal buigt, waardoor de beweging van gas wordt verstoord. Waterstofsulfide is een zeer corrosief middel dat een negatieve invloed heeft op pijpleidingen, bijbehorende apparatuur en opslagtanks.

In dit opzicht ondergaat het gas, voordat het naar de hoofdoliepijpleiding of naar de petrochemische fabriek wordt gestuurd, de voorbereidingsprocedure in de gasverwerkingsfabriek (GPP).

De eerste voorbereidingsfase is het reinigen van ongewenste onzuiverheden en drogen. Daarna wordt het gas gecomprimeerd - gecomprimeerd tot de druk die nodig is voor verwerking. Traditioneel wordt aardgas gecomprimeerd tot een druk van 200-250 bar, wat resulteert in een 200-250 keer reductie van het bezette volume.

Vervolgens komt de toppingfase: bij speciale installaties wordt het gas gescheiden in onstabiele gasbenzine en afgetopt gas. Het is het gestripte gas dat naar de hoofdgaspijpleidingen en de petrochemische productie wordt gestuurd.

Onstabiele natuurlijke benzine wordt toegevoerd aan gasfractioneringsinstallaties, waar lichte koolwaterstoffen worden gewonnen: ethaan, propaan, butaan, pentaan. Ook deze stoffen zijn waardevolle grondstoffen, met name voor de productie van polymeren. En een mengsel van butaan en propaan is een kant-en-klaar product dat met name als huishoudbrandstof wordt gebruikt.

gaspijplijn

Het belangrijkste type aardgastransport is het pompen door de pijpleiding.

De standaard diameter van een hoofdgasleiding is 1,42 m. Het gas in de leiding wordt verpompt onder een druk van 75 atm. Terwijl het langs de pijp beweegt, verliest het gas geleidelijk aan energie door het overwinnen van wrijvingskrachten, die wordt afgevoerd in de vorm van warmte. In dit verband worden met bepaalde tussenpozen speciale pompcompressorstations gebouwd op de gasleiding. Daarop wordt het gas tot de vereiste druk gecomprimeerd en afgekoeld.

Voor rechtstreekse levering aan de consument worden leidingen met een kleinere diameter omgeleid van de hoofdgasleiding - gasdistributienetwerken.

gaspijplijn

LNG-transport

Wat te doen met moeilijk bereikbare plaatsen ver van de belangrijkste gaspijpleidingen? In dergelijke gebieden wordt gas in vloeibare toestand (liquefied natural gas, LNG) vervoerd in speciale cryogene tanks over zee en over land.

Over zee wordt vloeibaar gas vervoerd op gastankers (LNG-tankers), schepen die zijn uitgerust met isotherme tanks.

LNG wordt ook vervoerd over land, zowel per spoor als over de weg. Hiervoor worden speciale dubbelwandige tanks gebruikt die een bepaalde tijd op de gewenste temperatuur kunnen blijven.

Waar komt het gas in de ingewanden van de aarde vandaan?

Hoewel mensen meer dan 200 jaar geleden gas hebben leren gebruiken, is er nog steeds geen consensus over waar het gas in de ingewanden van de aarde vandaan komt.

Belangrijke oorsprongstheorieën

Er zijn twee hoofdtheorieën over de oorsprong ervan:

• mineraal, verklaart de vorming van gas door de processen van het ontgassen van koolwaterstoffen uit diepere en dichtere lagen van de aarde en het verhogen van deze naar zones met lagere druk;
• organisch (biogeen), volgens welke gas een afbraakproduct is van de overblijfselen van levende organismen onder omstandigheden van hoge druk, temperatuur en gebrek aan lucht.

In het veld kan gas de vorm hebben van een afzonderlijke accumulatie, een gasdop, een oplossing in olie of water, of gashydraten. In het laatste geval bevinden afzettingen zich in poreuze gesteenten tussen gasdichte kleilagen. Meestal zijn dergelijke rotsen verdichte zandsteen, carbonaten, kalksteen.

Het aandeel conventionele gasvelden is slechts 0,8%.Een iets groter percentage komt voor rekening van diep, kolen en schaliegas - van 1,4 tot 1,9%. De meest voorkomende soorten afzettingen zijn in water opgeloste gassen en hydraten - ongeveer in gelijke verhoudingen (elk 46,9%)

Omdat gas lichter is dan olie en water zwaarder is, is de positie van fossielen in het reservoir altijd hetzelfde: gas bevindt zich bovenop olie en water stuwt het hele olie- en gasveld van onderaf omhoog.

Het gas in het reservoir staat onder druk. Hoe dieper de afzetting, hoe hoger deze is. Gemiddeld is voor elke 10 meter de drukverhoging 0,1 MPa. Er zijn lagen met een abnormaal hoge druk. In de Achimov-afzettingen van het Urengoyskoye-veld bereikt het bijvoorbeeld 600 atmosfeer en hoger op een diepte van 3800 tot 4500 m.

Interessante feiten en hypothesen

Nog niet zo lang geleden dacht men dat de olie- en gasreserves van de wereld al aan het begin van de 21e eeuw zouden zijn uitgeput. Zo schreef de gezaghebbende Amerikaanse geofysicus Hubbert hierover in 1965.

Tot op heden blijven veel landen het tempo van de gasproductie verhogen. Er zijn geen echte tekenen dat de koolwaterstofreserves opraken

Volgens de doctor in de geologische en mineralogische wetenschappen V.V. Polevanov worden dergelijke misvattingen veroorzaakt door het feit dat de theorie van de organische oorsprong van olie en gas nog steeds algemeen wordt aanvaard en de hoofden van de meeste wetenschappers bezit. Hoewel D. I. Mendelejev onderbouwde de theorie van de anorganische diepe oorsprong van olie, en vervolgens werd het bewezen door Kudryavtsev en V.R. Larin.

Maar veel feiten spreken de organische oorsprong van koolwaterstoffen tegen.

Hier zijn er enkele:

• afzettingen werden ontdekt op diepten tot 11 km, in kristallijne funderingen, waar het bestaan ​​van organisch materiaal niet eens theoretisch kan zijn;
• met behulp van de organische theorie kan slechts 10% van de koolwaterstofreserves worden verklaard, de resterende 90% is onverklaarbaar;
• De Cassini-ruimtesonde ontdekte in 2000 op Saturnusmaan Titan gigantische koolwaterstofbronnen in de vorm van meren die enkele orden van grootte groter zijn dan die op aarde.

De hypothese van een oorspronkelijk hydride aarde van Larin verklaart het ontstaan ​​van koolwaterstoffen door de reactie van waterstof met koolstof in de diepten van de aarde en de daaropvolgende ontgassing van methaan.

Volgens haar zijn er geen oude afzettingen uit de Jura-periode. Alle olie en gas zou tussen 1.000 en 15.000 jaar geleden gevormd kunnen zijn. Naarmate de reserves worden onttrokken, kunnen ze geleidelijk worden aangevuld, wat te zien is in lang lege en verlaten olievelden.

Classificatie en eigenschappen

Aardgas is onderverdeeld in 3 hoofdcategorieën. Ze worden beschreven door de volgende kenmerken:

1. Sluit de aanwezigheid van koolwaterstoffen met meer dan 2 koolstofverbindingen uit. Ze worden droog genoemd en worden alleen verkregen op die plaatsen die bedoeld zijn voor extractie.
2. Samen met primaire grondstoffen worden vloeibaar en droog gas en met elkaar vermengde gasvormige benzine geproduceerd.
3. Het bevat een grote hoeveelheid zware koolwaterstoffen en droog gas. Er is ook een klein percentage onzuiverheden. Het wordt gewonnen uit gascondensaatafzettingen.

Aardgas wordt beschouwd als een gemengde samenstelling, waarin verschillende ondersoorten van de stof voorkomen. Om deze reden is er geen exacte formule voor de component. De belangrijkste is methaan, dat meer dan 90% bevat. Het is het meest bestand tegen temperatuur. Lichter dan lucht en slecht oplosbaar in water. Bij verbranding in open lucht ontstaat een blauwe vlam. De krachtigste explosie treedt op als je methaan combineert met lucht in een verhouding van 1:10.Als een persoon een grote concentratie van dit element inademt, kan zijn gezondheid worden geschaad.

Het wordt gebruikt als grondstof en als industriële brandstof. Het wordt ook actief gebruikt om nitromethaan, mierenzuur, freonen en waterstof te verkrijgen. Met de afbraak van koolwaterstofbindingen onder invloed van stroom en temperaturen, wordt acetyleen verkregen dat in de industrie wordt gebruikt. Blauwzuur wordt gevormd wanneer ammoniak wordt geoxideerd met methaan.

De samenstelling van aardgas heeft de volgende lijst met componenten:

1. Ethaan is een kleurloze gasvormige stof. Bij branden licht het zwak op. Het lost praktisch niet op in water, maar in alcohol kan het in een verhouding van 3:2. Het is niet als brandstof gebruikt. Het belangrijkste gebruiksdoel is de productie van ethyleen.
2. Propaan is een veelgebruikte brandstof die niet oplost in water. Bij de verbranding komt een grote hoeveelheid warmte vrij.
3. Butaan - met een specifieke geur, lage toxiciteit. Het heeft een negatief effect op de menselijke gezondheid: het kan het zenuwstelsel aantasten, aritmie en verstikking veroorzaken.
4. Stikstof kan worden gebruikt om de juiste druk in boorgaten te handhaven. Om dit element te verkrijgen, is het noodzakelijk om de lucht vloeibaar te maken en door destillatie te scheiden. Het wordt gebruikt voor de productie van ammoniak.
5. Kooldioxide - de verbinding kan bij atmosferische druk in een gasvormige toestand overgaan vanuit een vaste toestand. Het wordt gevonden in de lucht en in minerale bronnen, en komt ook vrij wanneer wezens ademen. Het is een voedingsadditief.
6. Waterstofsulfide is een nogal giftig element. Het kan de werking van het menselijk zenuwstelsel negatief beïnvloeden.Het ruikt naar rotte eieren, heeft een zoete nasmaak en is kleurloos. Zeer goed oplosbaar in ethanol. Reageert niet met water. Noodzakelijk voor de productie van sulfieten, zwavelzuur en zwavel.
7. Helium wordt beschouwd als een unieke stof. Het kan zich ophopen in de aardkorst. Het wordt verkregen door de gassen waarin het is opgenomen te bevriezen. In gasvormige toestand manifesteert het zich niet naar buiten, in vloeibare toestand kan het levende weefsels aantasten. Het is niet in staat om te exploderen en te ontbranden. Maar als er een grote concentratie ervan in de lucht is, kan dit leiden tot verstikking. Wordt gebruikt om luchtschepen en ballonnen te vullen bij het werken met metalen oppervlakken.
8. Argon is een gas zonder uiterlijke kenmerken. Het wordt gebruikt bij het snijden en lassen van metalen onderdelen, maar ook om de houdbaarheid van voedingsmiddelen te verlengen (door deze stof worden water en lucht verdrongen).

De fysische eigenschappen van een natuurlijke hulpbron zijn als volgt: de zelfontbrandingstemperatuur is 650 graden Celsius, de dichtheid van aardgas is 0,68-0,85 (in gasvormige toestand) en 400 kg/m3 (vloeistof). Bij vermenging met lucht worden concentraties van 4,4-17% als explosief beschouwd. Het octaangetal van het fossiel is 120-130. Het wordt berekend op basis van de verhouding van ontvlambare componenten tot componenten die moeilijk te oxideren zijn tijdens compressie. De calorische waarde is ongeveer gelijk aan 12.000 calorieën per 1 kubieke meter. De thermische geleidbaarheid van gas en olie is hetzelfde.

Wanneer lucht wordt toegevoegd, kan een natuurlijke bron snel ontbranden. In huishoudelijke omstandigheden stijgt het naar het plafond. Daar begint het vuur. Dit komt door de lichtheid van methaan. Maar lucht is ongeveer 2 keer zwaarder dan dit element.

Aardgasverwerkingsmethoden

Alvorens aardgas aan de hoofdgasleiding te leveren, hoeft deze grondstof niet verder te worden gezuiverd, dit voordeel ten opzichte van olie (die een primaire behandeling moet ondergaan voordat deze in de olieleiding wordt ingevoerd), wat resulteert in een aanzienlijke besparing op transportkosten.

Alvorens de uiteindelijke chemische en productiesamenstelling te verkrijgen, wordt het gasmengsel onderworpen aan secundaire verwerking in fabrieken van de chemische industrie, die, afhankelijk van de gebruikte technologieën, wordt onderverdeeld in hoofd- en secundaire gasverwerkingsmethoden.

fysieke verwerking

Deze methode is gebaseerd op fysieke en energie-indicatoren. Gedolven fossiel materiaal wordt onderworpen aan diepe compressie en wordt door blootstelling aan hoge temperaturen in fracties gescheiden.

Tijdens de overgang van lage naar hoge temperaturen worden grondstoffen intensief ontdaan van onzuiverheden. Het gebruik van krachtige compressoren maakt verwerking op de gasproductielocatie mogelijk. Bij het verpompen van gas uit een oliehoudende formatie wordt gebruik gemaakt van oliepompen, die relatief goedkoop zijn.

Eigenschappen van aardgas

Gebruik van chemische reacties

Tijdens chemisch-katalytische verwerking vinden processen plaats die verband houden met de overgang van methaan naar gesynthetiseerd gas, gevolgd door verwerking. Chemische methoden omvatten het gebruik van twee methoden:

• stoom, kooldioxide-omzetting;
• gedeeltelijke oxidatie.

De laatste methode is het meest energiebesparend en handig, omdat de chemische reactiesnelheid tijdens gedeeltelijke oxidatie vrij hoog is en het niet nodig is om extra katalysatoren te gebruiken.

Het gebruik van hoge en lage temperaturen als instrument om fossiele grondstoffen te beïnvloeden wordt een thermochemische methode van aardgasverwerking genoemd. Onder invloed van de temperatuur op deze grondstof worden chemische verbindingen gevormd zoals ethyleen, propyleen, enz. De complexiteit van dit type verwerking ligt in het gebruik van apparatuur die warmte kan produceren tot 11 duizend graden terwijl de druk tot drie sferen.

Moderne technologieën voor de verwerking van aardgas maken gebruik van de extra synthese van methaan, waardoor de hoeveelheid geproduceerde waterstof wordt verdubbeld. Waterstof is een natuurlijke grondstof waaruit ammoniak wordt geïsoleerd, een materiaal voor de productie van salpeterzuur, ammoniumcomponenten, aniline, enz.