Современные способы добычи и переработки природного газа
Здравствуйте, в этой статье мы постараемся ответить на вопрос: «Современные способы добычи и переработки природного газа». Если у Вас нет времени на чтение или статья не полностью решает Вашу проблему, можете получить онлайн консультацию квалифицированного юриста в форме ниже.
Туркменистан входит в число мировых лидеров по доказанным запасам природного газа, занимая четвертое место после России, Ирана и Катара. О том, какое это богатство, говорит не только его значение для экономики и национального бюджета страны, но и практически безграничное количество разнообразных продуктов и товаров, которые можно получить путем его переработки.
Что можно получить из природного газа?
Важно, что природный газ — самое чистое среди ископаемых видов углеводородного топлива. При его сжигании образуются только вода и углекислый газ, в то время как при сжигании нефтепродуктов и угля образуются еще копоть и зола.
Кроме того, эмиссия парникового углекислого газа при сжигании природного газа самая низкая, за что он получил название «зеленое топливо». Благодаря высоким экологическим характеристикам природного газа растет его доля в мировом энергетическом миксе.
Результаты переработки
Полученное вещество после переработки используется не только как источник энергии. Выделяются следующие продукты переработки нефти и газа:
- 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 – использовать их исключительно в своих областях применения.
Природный газ – ценное минеральное образование из недр Земли. Используется как необходимый источник тепловой энергии. Некоторые его производные применяются во многих отраслях промышленности. После извлечения обязательно проходит процесс переработки природного газа для очищения его от ненужных примесей.
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.
В составе природного газа присутствуют:
- Метан — бесцветное горючее вещество, легче воздуха, устойчив к температурам, без характерного запаха. Метан опасен для здоровья. Им заправляют газовые плиты. Газ может находиться в твердом агрегатном состоянии в виде газовых гидратов.
- Этан. Бесцветный газ, без запаха. Немного тяжелее воздуха. Растворяется в спирте. Газ горюч, но не подлежит использованию по назначению. Этан применяют в химической реакции, чтобы в итоге получить этилен. Малотоксичен, представляет опасность для здоровья.
- Пропан. Газ без запаха и цвета, обладает высокой степенью токсичности, плохо растворяется водой. Имеет свойство сжижаться, если показатели температуры находятся в пределах комнатной, а также в условиях невысокого давления. Благодаря этому он без труда транспортируется и хранится. Пропан используют в качестве топлива в некоторых автомобилях.
- Бутан. Бесцветный газ, который имеет специфический запах. Токсичен. Тяжелее воздуха в 2 раза. Плотность его выше, чем у пропана. Используется для заправки некоторых автомобилей.
- Углекислый газ. Без цвета, практически не имеет запаха. Не горюч. В 1,5 раза тяжелее воздуха. Опасен для здоровья человека, хотя является одним из наименее токсичных газов.
- Гелий. Бесцветный газ, очень легкий и инертный, специфического запаха не имеет. В нормальных условиях не вступает в реакцию ни с одним из веществ. В отличие от любого другого газа, не существует в твердом состоянии. Не горюч, не токсичен. Представляет опасность для здоровья. Гелием заполняют дирижабли, аэростаты.
- Сероводород. Тяжелый бесцветный газ, имеет специфический запах тухлых яиц. Горючий, взрывоопасный, опасен для здоровья.
Наиболее ценный элемент в составе газа — метан.
Химический состав природного газа зависит от того, на каком месторождении он был добыт.
Добыча природного газа
Прежде чем приступить к добыче газа, выполняют геологоразведочные работы, которые позволяют оценить объемы и характер залежей.
Основные способы добычи природного газа:
- Бурение. После разведочных работ скважины бурят на глубину, где размещаются пласты полезного ископаемого, а затем укрепляют при помощи обсадных труб и цементирования. Подъем газа на поверхность осуществляется естественным путем: он перемещается к зоне меньшего давления.
- Метод гидроразрыва. В этом случае бурят скважины, а затем нагнетают в них мощный водный или воздушный поток, который разрушает перегородки в горной породе. В результате газ под действием давления выходит наружу. В некоторых государствах такой способ добычи природного газа запрещен, так как гидроразрыв может стать причиной сейсмической неустойчивости разрушенных пород.
- Подводная добыча. Если газовые запасы находятся под водой, то для их добычи прибегают к использованию гравитационных платформ с бетонным основанием, которое упирается в дно. Оно содержит колонны, с помощью которых осуществляется бурение. На этих же платформах есть резервуары для временного хранения добытого газа. После завершения работ топливо подают на сушу через трубопровод.
Что такое природный горючий газ?
Бытует мнение, что газ залегает под землей в пустотах и легко оттуда извлекается, для чего достаточно пробурить скважину. Но в реальности все намного сложнее: газ может находиться внутри пористой породы, может быть растворен в воде, жидких углеводородах, нефти.
Чтобы понять, почему это происходит, достаточно вспомнить, что слово «газ» происходит от греческого «хаос», которое отражает принцип поведения вещества. В газообразном состоянии молекулы движутся хаотически, стремясь равномерно заполнить весь возможный объем. За счет этого они способны проникать и растворяться в других веществах, в том числе и более плотных жидкостях и минералах. Высокое давление и температура значительно усиливают процесс диффузии. Часто именно в виде такого «коктейля» природный газ содержится в недрах.
Но для начала поговорим о том, из чего состоит газ и что он из себя представляет — рассмотрим химический состав и физические свойства природного горючего газа.
Как к нам приходит газ?
Итак, покинув место добычи, очищенный природный газ поступает на первую компрессорную станцию, или, как ее еще называют, головную. Расположена она чаще всего в непосредственной близости от месторождения. Там с помощью установок газ с высоким давлением поступает в магистральные газопроводы. Для поддержания заданного давления на магистральных газопроводах устанавливаются дожимные компрессорные станции. Поскольку прокладка труб с данной категорией давления внутри городов запрещена, перед каждым крупным городом устанавливается ответвление. Оно уже, в свою очередь, не повышает, а понижает давление. Часть его расходуется крупными потребителями газа — промышленными предприятиями, заводами, котельными. А другая часть поступает в так называемые ГРП — газораспределительные пункты. Там давление еще раз понижается. Где применение природного газа нам с вами наиболее знакомо и понятно? Это конфорки плит.
Что такое природный газ?
Не существует единой химической формулы природного газа – в каждом месторождении он имеет состав с различным соотношением входящих в него компонентов.
Природный газ – это смесь углеводородов, большую часть которых составляет метан. Остальными компонентами являются: бутан, пропан, этан, водород, сероводород, гелий, азот, диоксид углерода.
Природный газ не имеет цвета и запаха, его наличие в воздухе невозможно определить без помощи специальных приборов. Знакомый каждому человеку запах придаётся газу искусственным путём (одоризацией). Благодаря этому процессу имеется возможность ощущать присутствие газа в воздухе и предотвращать опасные для жизни ситуации.
Новая технология переработки углеводородных газов
В настоящее время природный газ применяется, главным образом, в процессах генерирования теплоты и электроэнергии. Доля природного газа, используемого в России в качестве химического сырья, не превышает 1,5%.
Между тем, степень переработки природного газа в моторное топливо и ценные химические продукты остается на низком уровне, значительная часть его сжигается в факелах, что приводит к невосполнимой потере ценного сырья и порождает сложные экологические проблемы в регионах добычи. Так, например, в России в нефтяных факелах ежегодно сжигается около 10 млрд м3 попутного газа, что примерно соответствует годовому потреблению природного газа населением страны.
Столь расточительное отношение к ископаемым источникам сырья недопустимо и требует незамедлительного создания новых технологий переработки легкого углеводородного сырья.
Как избежать лишних затрат?
Термодинамическая стабильность метана, основного компонента природного газа, обуславливает высокую энергоемкость и капиталоемкость реализованных в промышленности крупнотоннажных процессов переработки природного газа, таких, как производство метанола, аммиака и водорода.
Традиционный, термокаталитический метод конверсии попутного и природного газа в жидкие углеводороды (метод Фишера – Тропша) реализуется при температуре 600‑700°С и рабочем давлении 4‑10 МПа, поэтому является энергоемким и требует больших капитальных затрат.
Вес технологических установок для переработки попутного и природного газа составляет десятки тысяч тонн, что затрудняет их доставку, монтаж и эксплуатацию в районах нефтегазовых промыслов.
Наибольший интерес для производства ценных химических продуктов представляет метан. В состав природного газа в зависимости от месторождения входит от 55% до 99% метана.
Несмотря на многообразие теоретических возможностей превращения метана, наибольший интерес в последнее время привлекают следующие процессы: – получение синтез-газа; – прямое каталитическое превращение метана в этилен – окислительная конденсация метана; – прямое каталитическое окисление метана в кислородсодержащие продукты – спирты и формальдегид.
Наиболее привлекательный метод превращения метана – окислительная конденсация. Это процесс каталитический, и протекает он при температурах выше 700°С. В настоящее время исследовательские работы по окислительной конденсации метана завершены: изучены механизмы реакции, исследованы различные катализаторы и предложены наиболее эффективные из них. Однако процесс все еще далек от практической реализации, так как имеются проблемы, без решения которых он не может быть внедрен в производство.
Плазмохимическая технология
В настоящее время в исследованиях, посвященных процессам переработки попутного и природного газа, появилось новое направление, которое позволило преодолеть трудности процесса конверсии предельных углеводородов и создать все предпосылки для того, чтобы в ближайшие годы химическая переработка попутного и природного газа заняла достойное место в производстве ценных продуктов газохимии.
Группа ученых, работающих в области физики разрядных явлений, создала принципиально новую плазмохимическую технологию переработки углеводородных газов, в результате которой получают широкий спектр ценных химических продуктов, в число которых входят дизельное топливо, высокооктановый бензин, высокооктановые компоненты топлив, этилен, пропилен, кислородсодержащие углеводородные продукты, олефиновые углеводороды и другие виды сырья крупнотоннажного органического синтеза.
В основу новой технологии заложены результаты фундаментальных научных исследований в области плазмохимических процессов конверсии углеводородов, основанных на пучково‑плазменных, электроразрядных и микроволновых методах воздействия, позволяющих обеспечить максимальную концентрацию электрофизического воздействия на обрабатываемую среду.
По новой технологии могут перерабатываться нефтезаводские, попутные и природные газы, а также биогаз.
Установки по плазмохимической переработке углеводородных газов могут использоваться как непосредственно на нефтегазодобывающих промыслах, так и на нефтегазоперерабатывающих заводах.
На переработку поступает попутный или природный газ, который был подвергнут стандартным процессам осушки, выделения газового конденсата, кислых газов (CO2 и H2S) и других примесей, подлежащих удалению.
По плазмохимической технологии может успешно перерабатыватся пропан-бутановая фракция сжиженного нефтезаводского и природного газов.
Принцип действия
Очищенный углеводородный газ подается в смеситель непрерывного действия, в котором приготавливается реакционная смесь, состоящая из углеводородного газа и окислителя. В качестве окислителя используется очищенный атмосферный воздух.
Переработка реакционной смеси осуществляется в плазмохимическом реакторе, который представляет собой стальной вертикальный аппарат колонного типа. В корпусе реактора размещен стационарный слой катализатора необходимой высоты.
Реакционная смесь при температуре окружающей среды и атмосферном давлении равномерно подается в колонну сверху. В объеме катализатора генерируется диффузионный электрический разряд, равномерно заполняющий весь слой катализатора. Инициирование разряда осуществляется высоковольтными импульсами напряжения, подаваемыми от генератора.
Развитие мирового рынка газа
Есть доминирующие мысли перейти на безуглеводородные источники. Хотя природный газ не безуглеродный источник, он имеет преобразующую роль в активизации развивающихся стран. Обильно доступен по всему миру, и более транспортабелен, чем что-либо. Мировой рынок газа является более стабильным. В качестве выработки электроэнергии, это как базовая альтернатива углю и резервный источник для возобновляемой генерации. Хотя этот источник энергии содержит углерод, но не связан с большими выбросами в атмосферу.
При использовании в качестве транспортного моторного топлива, использование природного газа оказывает существенную пользу качеству воздуха как традиционный вид топлива и может быть одинаково доступным.
При развертывании в качестве топлива для приготовления пищи сжиженный газ обеспечивает важные преимущества для здоровья и может уменьшить лишние 4 миллиона ежегодных смертей приписываемые при приготовлении более неэффективному топливу из биомассы.
Как экономический ингредиент, применение природного газа может расширить возможности промышленного развития в качестве химического сырья, компонентов удобрений, прямым источником энергии и поставщик электроэнергии.
Происхождение природного газа:
Существует две теории происхождения природного газа: биогенная (органическая) теория и абиогенная (неорганическая, минеральная) теория.
Впервые биогенную теорию происхождения природного газа в 1759 году высказал М.В. Ломоносов. В далеком геологическом прошлом Земли погибшие живые организмы (растения и животные) опускались на дно водоемов, образуя илистые осадки. В результате различных химических процессов они разлагались в безвоздушном пространстве. Из-за движения земной коры эти остатки опускались все глубже и глубже, где под действием высокой температуры и высокого давления превращались в углеводороды: природный газ и нефть. Низкомолекулярные углеводороды (т.е. собственно природный газ) образовывался при более высоких температурах и давлениях. Высокомолекулярные углеводороды – нефть – при меньших. Углеводороды, проникая в пустоты земной коры, образовывали залежи месторождений нефти и газа. Со временем эти органические отложения и залежи углеводородов уходили глубоко вниз на глубину от одного километра до нескольких километров – их покрывали слои осадочных пород либо под действием геологических движений земной коры.
Добыча природного газа:
Залежи природного газа находятся глубоко в земле, на глубине от одного до нескольких километров. Поэтому, чтобы добыть его необходимо пробурить скважину. Самая глубокая скважина имеет глубину более 6 километров.
В недрах Земли газ находится микроскопических пустотах – порах, которыми обладают некоторые горные породы. Поры соединены между собой микроскопическими каналами – трещинами. В порах и трещинах газ находится под высоким давлением, которое намного превышает атмосферное. Природный газ движется в порах и трещинах, поступая из пор с высоким давлением в поры с более низким давлением.
При бурении скважины газ вследствие действия физических законов полностью поступает в скважину, стремясь в зону низкого давления. Таким образом, разность давления в месторождении и на поверхности Земли является естественной движущей силой, которая выталкивает газ из недр.
Газ добывают из недр земли с помощью не одной, а нескольких и более скважин. Скважины стараются разместить равномерно по всей территории месторождения для равномерного падения пластового давления в залежи. Иначе возможны перетоки газа между областями месторождения, а также преждевременное обводнение залежи.
Так как добытый газ содержит множество примесей, то его сразу же после добычи очищают на специальном оборудовании, после чего транспортируют потребителю.
Что такое природный газ?
Не существует единой химической формулы природного газа – в каждом месторождении он имеет состав с различным соотношением входящих в него компонентов.
Природный газ – это смесь углеводородов, большую часть которых составляет метан. Остальными компонентами являются: бутан, пропан, этан, водород, сероводород, гелий, азот, диоксид углерода.
Природный газ не имеет цвета и запаха, его наличие в воздухе невозможно определить без помощи специальных приборов. Знакомый каждому человеку запах придаётся газу искусственным путём (одоризацией). Благодаря этому процессу имеется возможность ощущать присутствие газа в воздухе и предотвращать опасные для жизни ситуации.
Особенность попутного нефтяного газа
Попутный нефтяной газ, или сокращённо ПНГ – это вещество, залегающее в нефтяных месторождениях. Оно образуется над основным пластом и в его толще в результате снижения давления до показателей ниже давления насыщения нефти. Его концентрация зависит от того, насколько глубоко залегает нефть, и варьируется в пределах от 5 м3 в верхнем слое до нескольких тысяч м3 в нижнем.
Как правило, при вскрытии пласта нефтяники натыкаются на так называемую газообразную «шапку». Углеводородные газы существуют и самостоятельно, и присутствуют в самой нефти в жидком виде, отделяясь от неё в процессе добычи и переработки. Сам газ состоит преимущественно из метана и более тяжелых углеводородов. Его химический состав зависит от внешних факторов, таких как география расположения пласта.