ทุกอย่างเกี่ยวกับก๊าซธรรมชาติ: องค์ประกอบและคุณสมบัติ การผลิตและการใช้ก๊าซธรรมชาติ

เนื่องจากมีประสิทธิภาพในการใช้พลังงานสูงและเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม ก๊าซธรรมชาติและน้ำมันจึงมีความสำคัญอย่างยิ่งมีการใช้กันอย่างแพร่หลายเป็นเชื้อเพลิงและยังทำหน้าที่เป็นวัตถุดิบที่มีคุณค่าสำหรับอุตสาหกรรมเคมีอีกด้วย

แม้ว่าการใช้แก๊สจะกลายเป็นชีวิตประจำวันและคุ้นเคย แต่ก็ยังยังคงเป็นสารที่ซับซ้อนและค่อนข้างอันตราย - เพื่อที่จะเข้าไปในเตาของอุปกรณ์แก๊สจะต้องผ่านเส้นทางที่ยาวและซับซ้อน

ในบทความเราจะวิเคราะห์ประเด็นหลักที่เกี่ยวข้องกับก๊าซธรรมชาติไวไฟ - เราจะพูดถึงองค์ประกอบและคุณสมบัติของมันเราจะอธิบายขั้นตอนของการผลิตก๊าซการขนส่งและการแปรรูปรวมถึงขอบเขตของการใช้งาน ลองพิจารณาแนวคิดสมัยใหม่เกี่ยวกับที่มาของปริมาณสำรองไฮโดรคาร์บอน ข้อเท็จจริงและสมมติฐานที่น่าสนใจ

ก๊าซธรรมชาติไวไฟคืออะไร?

มีความเห็นว่าก๊าซอยู่ใต้ดินในช่องว่างและถูกดึงออกมาจากที่นั่นได้ง่ายซึ่งเพียงพอที่จะเจาะบ่อน้ำได้ แต่ในความเป็นจริงแล้ว ทุกอย่างซับซ้อนกว่ามาก ก๊าซสามารถอยู่ภายในหินที่มีรูพรุน มันสามารถละลายในน้ำ ไฮโดรคาร์บอนเหลว และน้ำมันได้

เพื่อให้เข้าใจว่าเหตุใดจึงเกิดเหตุการณ์เช่นนี้ก็เพียงพอที่จะจำไว้ว่าคำว่า "แก๊ส" มาจากภาษากรีก "ความวุ่นวาย"ซึ่งสะท้อนถึงหลักพฤติกรรมของสาร ในสถานะก๊าซ โมเลกุลจะเคลื่อนที่อย่างโกลาหล โดยพยายามเติมปริมาตรที่เป็นไปได้ทั้งหมดให้เท่ากัน ด้วยเหตุนี้จึงสามารถทะลุผ่านและละลายในสารอื่น ๆ รวมถึงของเหลวและแร่ธาตุที่มีความหนาแน่นมากขึ้น ความดันและอุณหภูมิสูงช่วยเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการแพร่กระจายอย่างมากบ่อยครั้งอยู่ในรูปแบบของ "ค็อกเทล" ซึ่งมีก๊าซธรรมชาติอยู่ในดินใต้ผิวดิน

แต่ก่อนอื่น เรามาพูดถึงสิ่งที่ก๊าซประกอบด้วยและมันคืออะไร มาดูองค์ประกอบทางเคมีและคุณสมบัติทางกายภาพของก๊าซธรรมชาติที่ติดไฟได้

คุณสมบัติขององค์ประกอบทางเคมี

ก๊าซที่สกัดจากดินใต้ผิวดินที่เรียกว่า “ธรรมชาติ” นั้นเป็นส่วนผสมของก๊าซต่างๆ

ตามองค์ประกอบจะแบ่งออกเป็นสามกลุ่มส่วนประกอบ:

• ไวไฟ – ไฮโดรคาร์บอน
• ไม่ติดไฟ (บัลลาสต์) – ไนโตรเจน, คาร์บอนไดออกไซด์, ออกซิเจน, ฮีเลียม, ไอน้ำ;
• เป็นอันตราย สิ่งสกปรก – ไฮโดรเจนซัลไฟด์และเมอร์แคปแทน

กลุ่มแรกและกลุ่มหลักคือชุดของมีเทนไฮโดรคาร์บอน (homologs) ที่มีจำนวนอะตอมของคาร์บอนตั้งแต่ 1 ถึง 5 เปอร์เซ็นต์ที่ใหญ่ที่สุดในส่วนผสมคือมีเธน (จาก 70 ถึง 98%) ซึ่งมีอะตอมของคาร์บอนหนึ่งอะตอม ปริมาณก๊าซอื่นๆ (อีเทน โพรเพน บิวเทน เพนเทน) มีตั้งแต่หน่วยถึงหนึ่งในสิบของเปอร์เซ็นต์

ก๊าซที่สกัดจากทุ่งนามีลักษณะเป็นก๊าซมีเทนที่มีความเข้มข้นสูง ในส่วนของผลพลอยได้ที่สกัดจากน้ำมัน สัดส่วนของมีเทนจะต่ำกว่ามาก: 30 – 60% และความคล้ายคลึงจะสูงกว่า: 10 – 20%

นอกจากไฮโดรคาร์บอนแล้ว ส่วนผสมอาจมีสารไม่ติดไฟในปริมาณเล็กน้อย: ไฮโดรเจนซัลไฟด์, ไนโตรเจน, คาร์บอนไดออกไซด์, คาร์บอนมอนอกไซด์, ไฮโดรเจนและอื่น ๆ แต่ขึ้นอยู่กับสนามไฟฟ้า สัดส่วนของไฮโดรคาร์บอนเช่นเดียวกับองค์ประกอบของก๊าซอื่น ๆ อาจแตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญ

คุณสมบัติทางกายภาพของก๊าซ

ตามคุณสมบัติทางกายภาพของมีเทน CH₄ ไม่มีสีและไม่มีกลิ่น, ไวไฟมาก. ที่ความเข้มข้นของอากาศมากกว่า 4.5% – ระเบิด. คุณสมบัตินี้บวกกับการขาดกลิ่น ก่อให้เกิดภัยคุกคามและปัญหาอย่างมาก โดยเฉพาะในเหมืองเนื่องจากมีเทนถูกดูดซับโดยถ่านหิน

เราเขียนเกี่ยวกับสาเหตุของการระเบิดของก๊าซในสภาพภายในประเทศ วัสดุนี้.

เพื่อให้ก๊าซมีกลิ่นเพื่อตรวจจับการรั่วไหล จึงมีการเติมสารพิเศษที่มีกลิ่นอันไม่พึงประสงค์ - กลิ่นไม่พึงประสงค์ก่อนการขนส่ง ส่วนใหญ่มักเป็นสารประกอบที่มีกำมะถัน - เอเทนไทออลหรือเอทิลเมอร์แคปแทน เลือกสัดส่วนของสิ่งเจือปนเพื่อให้มองเห็นรอยรั่วที่ความเข้มข้นของก๊าซ 1%

ข้อได้เปรียบหลักของเชื้อเพลิงสีน้ำเงินคือความร้อนจำเพาะของการเผาไหม้สูง - 39 MJ/kg สิ่งนี้จะปล่อยสารที่ไม่เป็นอันตราย: น้ำและคาร์บอนไดออกไซด์ นี่เป็นปัจจัยสำคัญที่ทำให้สามารถใช้มีเทนในชีวิตประจำวันได้

ก๊าซมาจากไหนในส่วนลึกของโลก?

แม้ว่าผู้คนจะเรียนรู้การใช้แก๊สเมื่อกว่า 200 ปีที่แล้ว แต่ก็ยังไม่มีความเห็นพ้องต้องกันว่าก๊าซมาจากไหนในบาดาลของโลก

ทฤษฎีหลักเกี่ยวกับการกำเนิด

มีสองทฤษฎีหลักเกี่ยวกับที่มาของมัน:

• แร่ซึ่งอธิบายการก่อตัวของก๊าซโดยกระบวนการ degassing ของไฮโดรคาร์บอนจากชั้นลึกและหนาแน่นของโลกและการขึ้นสู่โซนที่มีความดันต่ำกว่า
• อินทรีย์ (ไบโอจีนิก)ตามที่ก๊าซเป็นผลจากการสลายตัวของซากสิ่งมีชีวิตภายใต้สภาวะความดันสูง อุณหภูมิ และการขาดอากาศ

ในสนามแม่เหล็ก ก๊าซอาจอยู่ในรูปแบบของการสะสมแยกกัน ฝาแก๊ส สารละลายในน้ำมันหรือน้ำ หรือแก๊สไฮเดรต ในกรณีหลังนี้ ตะกอนจะอยู่ในหินที่มีรูพรุนระหว่างชั้นดินเหนียวที่กันก๊าซไว้ ส่วนใหญ่แล้วหินดังกล่าวจะเป็นหินทรายอัดแน่นคาร์บอเนตและหินปูน

ส่วนแบ่งของแหล่งก๊าซธรรมดาเพียง 0.8% เปอร์เซ็นต์ที่ใหญ่กว่าเล็กน้อยคือก๊าซลึกถ่านหินและหินดินดาน - จาก 1.4 เป็น 1.9%ประเภทของตะกอนที่พบบ่อยที่สุดคือก๊าซและไฮเดรตที่ละลายน้ำ - ในสัดส่วนที่เท่ากันโดยประมาณ (46.9% ในแต่ละชนิด)

เนื่องจากก๊าซมีน้ำหนักเบากว่าน้ำมัน และน้ำมีน้ำหนักมากกว่า ตำแหน่งของแร่ธาตุในอ่างเก็บน้ำจึงเท่าเดิมเสมอ ก๊าซจะอยู่ด้านบนของน้ำมัน และน้ำจะพาดผ่านแหล่งน้ำมันและก๊าซทั้งหมดจากด้านล่าง

ก๊าซที่อยู่ในชั้นหินอยู่ภายใต้ความกดดัน ยิ่งเงินฝากลึกก็ยิ่งสูง โดยเฉลี่ยทุกๆ 10 เมตร ความดันเพิ่มขึ้นคือ 0.1 MPa มีชั้นความดันสูงผิดปกติ ตัวอย่างเช่น ในแหล่งสะสม Achimov ของสนาม Urengoy นั้นสูงถึง 600 ชั้นบรรยากาศและสูงกว่าที่ระดับความลึก 3,800 ถึง 4,500 เมตร

ข้อเท็จจริงและสมมติฐานที่น่าสนใจ

ไม่นานมานี้เชื่อกันว่าปริมาณสำรองน้ำมันและก๊าซของโลกควรจะหมดไปเมื่อต้นศตวรรษที่ 21 ตัวอย่างเช่น Hubbert นักธรณีฟิสิกส์ชาวอเมริกันผู้มีอำนาจเขียนเกี่ยวกับเรื่องนี้ในปี 1965

จนถึงปัจจุบัน หลายประเทศยังคงเพิ่มอัตราการผลิตก๊าซอย่างต่อเนื่อง ไม่มีสัญญาณบ่งชี้ว่าปริมาณสำรองไฮโดรคาร์บอนกำลังจะหมดลง

ตามที่แพทย์ศาสตร์ธรณีวิทยาและแร่วิทยา V.V. Polevanova ความเข้าใจผิดดังกล่าวเกิดจากความจริงที่ว่าทฤษฎีแหล่งกำเนิดอินทรีย์ของน้ำมันและก๊าซยังคงเป็นที่ยอมรับโดยทั่วไปและครอบงำจิตใจของนักวิทยาศาสตร์ส่วนใหญ่ แม้ว่าจะยังคง D.I. Mendeleev ยืนยันทฤษฎีแหล่งกำเนิดน้ำมันอนินทรีย์ลึก จากนั้น Kudryavtsev และ V.R. ลาริน.

แต่มีข้อเท็จจริงหลายประการที่ขัดแย้งกับแหล่งกำเนิดอินทรีย์ของไฮโดรคาร์บอน

นี่คือบางส่วนของพวกเขา:

• มีการค้นพบตะกอนที่ระดับความลึกสูงสุด 11 กม. ในห้องใต้ดินที่เป็นผลึก ซึ่งการมีอยู่ของสารอินทรีย์ไม่สามารถทำได้ในทางทฤษฎีด้วยซ้ำ
• ด้วยความช่วยเหลือของทฤษฎีอินทรีย์สามารถอธิบายปริมาณสำรองไฮโดรคาร์บอนได้เพียง 10% ส่วนที่เหลืออีก 90% ไม่สามารถอธิบายได้
• ยานสำรวจอวกาศแคสซินีค้นพบในปี พ.ศ. 2543 บนแหล่งไฮโดรคาร์บอนขนาดยักษ์ไททันของดาวเสาร์บนดวงจันทร์ของดาวเสาร์ ในรูปแบบของทะเลสาบ ซึ่งมีขนาดใหญ่กว่าบนโลกหลายเท่า

สมมติฐานของโลกไฮดริดที่เสนอโดยลารินอธิบายต้นกำเนิดของไฮโดรคาร์บอนผ่านปฏิกิริยาของไฮโดรเจนกับคาร์บอนในส่วนลึกของโลกและการกำจัดก๊าซมีเทนในเวลาต่อมา

ตามที่กล่าวไว้ไม่มีแหล่งสะสมโบราณในยุคจูราสสิก น้ำมันและก๊าซทั้งหมดอาจก่อตัวขึ้นเมื่อประมาณ 1 ถึง 15,000 ปีก่อน เมื่อการคัดเลือกดำเนินไป ปริมาณสำรองสามารถค่อยๆ เติมเต็มได้ ซึ่งพบเห็นได้ในแหล่งน้ำมันที่หมดไปนานแล้วและถูกทิ้งร้าง

การสกัดและการขนส่งดำเนินการอย่างไร?

กระบวนการสกัดก๊าซธรรมชาติที่ติดไฟได้เริ่มต้นจากการก่อสร้างบ่อน้ำ ขึ้นอยู่กับการเกิดขึ้นของการก่อตัวของก๊าซที่มีความลึกสามารถเข้าถึง 7 กม. เมื่อการขุดเจาะดำเนินไป ท่อ (ปลอก) จะถูกลดระดับลงในบ่อ เพื่อป้องกันไม่ให้ก๊าซหลบหนีผ่านช่องว่างระหว่างท่อกับผนังของบ่อ ให้ทำการอุดช่องว่างโดยเติมช่องว่างด้วยดินเหนียวหรือซีเมนต์

เมื่อสิ้นสุดการก่อสร้าง ปั้นจั่นขนาดใหญ่จะถูกถอดออก และติดตั้งต้นคริสต์มาสไว้บนหัวปลอก เป็นโครงสร้างของวาล์วประตูและใช้ในการแยกก๊าซออกจากบ่อ

จำนวนบ่ออาจมีค่อนข้างมาก

ต้นคริสต์มาสมีหน้าที่หลายอย่าง: ยึดท่อปั๊มและท่อคอมเพรสเซอร์ที่แขวนอยู่ในบ่อ ควบคุมโหมดการทำงาน และวัดพารามิเตอร์ของชิ้นส่วนภายนอกและภายในของบ่อ

วงจรการผลิตก๊าซธรรมชาติทั้งหมดเกิดขึ้นในสามขั้นตอน:

1. การพัฒนาแหล่งก๊าซธรรมชาติ. จากการเจาะจะทำให้เกิดความแตกต่างของแรงดัน ด้วยเหตุนี้ก๊าซจึงเคลื่อนผ่านชั้นหินไปยังบ่อน้ำ
2. การดำเนินงานของบ่อก๊าซ ในขั้นตอนนี้ ก๊าซจะเดินทางผ่านท่อ
3. การรวบรวมและการเตรียมการขนส่ง. ก๊าซจากต้นคริสต์มาสทั้งหมดถูกส่งไปยังศูนย์เทคโนโลยีพิเศษของโรงบำบัดก๊าซ พวกเขาทำให้แก๊สแห้ง ทำความสะอาด จากสิ่งสกปรกที่เป็นอันตราย

แม้แต่ไฮโดรเจนซัลไฟด์ ไอน้ำ หรืออนุภาคของแข็งที่มีความเข้มข้นเพียงเล็กน้อยก็ทำให้เกิดการกัดกร่อนอย่างรวดเร็ว การก่อตัวของไฮเดรต และความเสียหายทางกลต่อพื้นผิวภายในของท่อ

การเตรียมการขนส่งขั้นสุดท้ายเกิดขึ้นที่สำนักงานใหญ่ รวมถึงการบำบัดหลังและการกำจัดคอนเดนเสทไฮโดรคาร์บอน การระบายความร้อนด้วยแก๊สเพื่อลดปริมาตร

การขนส่งก๊าซประเภทหลักในระยะทางไกลคือ ท่อส่งก๊าซหลัก. เป็นระบบโครงสร้างทางวิศวกรรมที่ซับซ้อนตั้งแต่ตัวท่อไปจนถึง สิ่งอำนวยความสะดวกการจัดเก็บใต้ดิน.

ที่จุดสุดท้ายของท่อส่งก๊าซจะมีสถานีจ่ายก๊าซ (GDS) ที่นี่จะมีการทำความสะอาดฝุ่นและของเหลวในขั้นสุดท้าย ความดันจะลดลงจนถึงระดับที่ผู้บริโภคต้องการ มีความเสถียร โดยคำนึงถึงปริมาณการใช้ก๊าซ และเติมสารดับกลิ่น

การขนส่งมีเทนทั่วไปอีกประเภทหนึ่งคือการขนส่งทางทะเลโดยเรือพิเศษ - เรือบรรทุกก๊าซ

ถังทรงกลมขนาดใหญ่จะไม่อนุญาตให้ผู้ขนส่งก๊าซสับสนกับเรือประเภทอื่น เป็นเทอร์โมเซสที่ช่วยรักษาอุณหภูมิที่ต้องการคงที่สำหรับมีเทนเหลว -163 °C

การเปลี่ยนก๊าซให้เป็นสถานะของเหลวดำเนินการที่โรงงาน LNG พิเศษ กระบวนการนี้เกิดขึ้นในสองขั้นตอน: ขั้นแรก มีเทนจะถูกทำให้เย็นลงถึง -50 °C และจากนั้นไปที่ -163 °C ในขณะเดียวกันปริมาตรก็ลดลง 600 เท่า

การประมวลผลและขอบเขตการใช้งาน

ความไวไฟสูงของก๊าซธรรมชาติเป็นตัวกำหนดการใช้งานหลัก ใช้เป็นเชื้อเพลิงในโรงงาน โรงงาน โรงไฟฟ้าพลังความร้อน โรงต้มน้ำ สถาบัน อาคารที่พักอาศัย สิ่งอำนวยความสะดวกทางการเกษตร และอื่นๆ อีกมากมาย เราขอแนะนำให้คุณอ่านกฎ การใช้แก๊สในชีวิตประจำวัน.

การผลิตและการกลั่นน้ำมันมักมาพร้อมกับการปล่อยก๊าซที่เกี่ยวข้องเสมอ ในบางกรณีอาจมีปริมาตรที่น่าประทับใจและสูงถึง 300 ลูกบาศก์เมตรต่อลูกบาศก์เมตรของน้ำมันดิบ

แต่มีสาขาจำนวนมากที่ไม่ได้ใช้ก๊าซธรรมชาติที่เกี่ยวข้อง แต่เกิดเปลวไฟ ตัวอย่างเช่นทั่วรัสเซียสูญเสียวัตถุดิบที่มีประโยชน์มากถึง 25% ด้วยวิธีนี้

ส่วนหนึ่งของก๊าซที่เกี่ยวข้องจะถูกส่งไปยังโรงงานแปรรูปก๊าซ จากนั้นจะได้ก๊าซแห้งบริสุทธิ์ซึ่งใช้เพื่อให้ความร้อน ส่วนประกอบที่มีคุณค่าอีกประการหนึ่งคือส่วนผสมของไฮโดรคาร์บอนเบา

แผนภาพแสดงภาพทั่วไปของกระบวนการแปรรูปก๊าซที่ผลิตได้ ไม่สามารถประเมินบทบาทของผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายสำหรับอุตสาหกรรมเคมีสมัยใหม่ได้

จากนั้นจะแบ่งออกเป็นเศษส่วนในการติดตั้งแบบพิเศษ ผลลัพธ์ที่ได้คือไฮโดรคาร์บอน เช่น โพรเพน บิวเทน ไอโซบิวเทน และเพนเทน เพื่อลดปริมาณความสะดวกในการขนส่งและการเก็บรักษา ทำให้เป็นของเหลว.

การเปลี่ยนรถยนต์เป็นแก๊สจะคุ้มค่าอย่างรวดเร็วและช่วยประหยัดต้นทุนได้อย่างมาก การขยายเครือข่ายสถานีเติมก๊าซส่งผลให้มีปริมาณรถยนต์ที่ใช้ LPG เพิ่มขึ้น ไม่เพียงแต่ผู้ขับขี่จะได้รับประโยชน์เท่านั้น แต่ยังรวมถึงคนเดินถนนที่ไม่ต้องหายใจเอาควันที่เป็นอันตรายอีกด้วย

โพรเพนและบิวเทนใช้สำหรับทำความร้อนในบ้าน ก๊าซบรรจุขวด หรือสำหรับรถยนต์ แต่ส่วนใหญ่จะนำไปใช้ในการแปรรูปเพิ่มเติมในการผลิตปิโตรเคมี

ด้วยการให้ความร้อนที่อุณหภูมิสูง (ไพโรไลซิส) พวกมันถูกใช้เพื่อให้ได้วัตถุดิบหลักสำหรับวัสดุสังเคราะห์ทั้งหมด - โมโนเมอร์: เอทิลีน, โพรพิลีน, บิวทาไดอีน ภายใต้อิทธิพลของตัวเร่งปฏิกิริยา พวกมันจะรวมกันเป็นโพลีเมอร์ ผลลัพธ์ที่ได้คือวัสดุที่มีคุณค่า เช่น ยาง พีวีซี โพลีเอทิลีน และอื่นๆ อีกมากมาย

บทสรุปและวิดีโอที่เป็นประโยชน์ในหัวข้อ

สารคดีบอกเล่าเกี่ยวกับก๊าซในรูปแบบที่เข้าถึงได้และเห็นภาพ:

ภาพยนตร์เพื่อการศึกษาเรื่องนี้เน้นไปที่การขนส่งก๊าซหลัก:

เรายังไม่รู้ทุกอย่างเกี่ยวกับก๊าซธรรมชาติ ต้นกำเนิดของมันยังคงมีความลึกลับมากมาย เราหวังได้เพียงว่าเชื้อเพลิงสีน้ำเงินเป็นของขวัญที่ไม่รู้จักหมดสิ้นซึ่งจะเพียงพอสำหรับเราและลูกหลานของเรา

คุณยังมีคำถามหลังจากอ่านเนื้อหาข้างต้นหรือไม่ หรือคุณต้องการเสริมบทความด้วยความคิดเห็นที่เป็นประโยชน์ข้อเท็จจริงหรือรูปถ่ายที่น่าสนใจ? เขียนความคิดเห็นของคุณ ถามคำถาม เข้าร่วมการสนทนา - แบบฟอร์มคำติชมอยู่ด้านล่าง