Tutto sul gas naturale: composizione e proprietà, produzione e utilizzo del gas naturale
Grazie alla sua elevata efficienza energetica e al rispetto dell’ambiente, il gas naturale, insieme al petrolio, è di fondamentale importanza.È ampiamente utilizzato come combustibile e funge anche da preziosa materia prima per l'industria chimica.
E sebbene l'uso del gas sia diventato quotidiano e familiare, rimane comunque una sostanza complessa e piuttosto pericolosa: per entrare nel bruciatore di un apparecchio a gas, attraversa un percorso lungo e complesso.
Nell'articolo analizzeremo le principali problematiche relative al gas naturale infiammabile: parleremo della sua composizione e proprietà, descriveremo le fasi di produzione, trasporto e lavorazione del gas e l'ambito della sua applicazione. Consideriamo idee moderne sull'origine delle riserve di idrocarburi, fatti e ipotesi interessanti.
Il contenuto dell'articolo:
Cos'è il gas naturale infiammabile?
C'è un'opinione secondo cui il gas si trova sottoterra nei vuoti e da lì viene facilmente estratto, per il quale è sufficiente perforare un pozzo. Ma in realtà tutto è molto più complicato: il gas può trovarsi all'interno di una roccia porosa, può essere disciolto in acqua, idrocarburi liquidi e petrolio.
Per capire perché ciò accade basta ricordare che la parola “gas” deriva dal greco “caos", che riflette il principio di comportamento di una sostanza. Nello stato gassoso, le molecole si muovono in modo caotico, cercando di riempire uniformemente l'intero volume possibile. Per questo motivo sono in grado di penetrare e dissolversi in altre sostanze, compresi liquidi e minerali più densi. L’alta pressione e la temperatura migliorano significativamente il processo di diffusione.Spesso è sotto forma di un tale “cocktail” che il gas naturale è contenuto nel sottosuolo.
Ma prima parliamo di cosa è costituito il gas e di cosa si tratta: diamo un'occhiata alla composizione chimica e alle proprietà fisiche del gas combustibile naturale.
Caratteristiche della composizione chimica
Il gas estratto dal sottosuolo, detto “naturale”, è una miscela di diversi gas.
Secondo la sua composizione, è diviso in tre gruppi di componenti:
- infiammabile – idrocarburi;
- non infiammabile (reattori) – azoto, anidride carbonica, ossigeno, elio, vapore acqueo;
- dannoso impurità – idrogeno solforato e mercaptani.
Il primo e principale gruppo è un insieme di idrocarburi metanici (omologhi) con un numero di atomi di carbonio da 1 a 5. La percentuale maggiore nella miscela è il metano (dal 70 al 98%), che ha un atomo di carbonio. Il contenuto di altri gas (etano, propano, butano, pentano) varia da unità a decimi di punto percentuale.
Oltre agli idrocarburi, la miscela può contenere sostanze non infiammabili in piccole quantità: idrogeno solforato, azoto, anidride carbonica, monossido di carbonio, idrogeno e altre. Ma a seconda del settore, le proporzioni degli idrocarburi, così come la composizione di altri gas, possono variare in modo significativo.
Proprietà fisiche del gas
Secondo le proprietà fisiche del metano CH4 incolore e inodore, molto infiammabile. Con concentrazioni nell’aria superiori al 4,5% – esplosivo. Questa proprietà, combinata con la mancanza di odore, rappresenta una grande minaccia e problema. Soprattutto nelle miniere, poiché il metano viene assorbito dal carbone.
Abbiamo scritto sulle cause delle esplosioni di gas nelle condizioni domestiche in questo materiale.
Per conferire un odore al gas in modo da rilevarne le perdite, prima del trasporto vengono aggiunte sostanze speciali con un odore sgradevole - odorizzanti. Molto spesso si tratta di composti contenenti zolfo: etantiolo o etil mercaptano. La proporzione delle impurità è scelta in modo tale che una perdita sia evidente con una concentrazione di gas dell'1%.
Da dove viene il gas dalle profondità della terra?
Sebbene l’uomo abbia imparato a usare il gas più di 200 anni fa, non c’è ancora consenso sulla provenienza del gas dalle viscere della terra.
Principali teorie sull'origine
Ci sono due teorie principali sulla sua origine:
- minerale, che spiega la formazione di gas mediante processi di degasaggio di idrocarburi dagli strati più profondi e densi della terra e la loro risalita verso zone a pressione inferiore;
- organico (biogenico), secondo il quale il gas è un prodotto della decomposizione dei resti di organismi viventi in condizioni di alta pressione, temperatura e mancanza di aria.
In un giacimento, il gas può presentarsi sotto forma di un accumulo separato, di un tappo di gas, di una soluzione in olio o acqua o di gas idrati. In quest'ultimo caso, i depositi si trovano in rocce porose tra strati di argilla impermeabili ai gas. Molto spesso, tali rocce sono arenarie compattate, carbonati e calcari.
Poiché il gas è più leggero del petrolio e l’acqua è più pesante, la posizione dei minerali nel giacimento è sempre la stessa: il gas è sopra il petrolio e l’acqua sostiene l’intero giacimento di petrolio e gas dal basso.
Il gas nella formazione è sotto pressione. Più profondi sono i depositi, più alto è. In media, per ogni 10 metri, l'aumento di pressione è di 0,1 MPa. Ci sono strati con una pressione anormalmente alta. Ad esempio, nei depositi Achimov del giacimento di Urengoy raggiunge le 600 atmosfere e oltre a una profondità compresa tra 3800 e 4500 m.
Fatti e ipotesi interessanti
Non molto tempo fa si credeva che le riserve mondiali di petrolio e gas sarebbero state esaurite all'inizio del 21° secolo. Ad esempio, l'autorevole geofisico americano Hubbert ne scrisse nel 1965.
Secondo il dottore in scienze geologiche e mineralogiche V.V. Polevanova, tali malintesi sono causati dal fatto che la teoria dell'origine organica del petrolio e del gas è ancora generalmente accettata e domina le menti della maggior parte degli scienziati. Sebbene ancora D.I. Mendeleev ha confermato la teoria dell'origine inorganica profonda del petrolio, e poi questo è stato dimostrato da Kudryavtsev e V.R. Larin.
Ma molti fatti parlano contro l’origine organica degli idrocarburi.
Ecco qui alcuni di loro:
- sono stati scoperti depositi fino a 11 km di profondità, in basamenti cristallini, dove l'esistenza di materia organica non è nemmeno teoricamente possibile;
- con l'aiuto della teoria organica solo il 10% delle riserve di idrocarburi può essere spiegato, il restante 90% è inspiegabile;
- La sonda spaziale Cassini ha scoperto nel 2000 su Titano, luna di Saturno, gigantesche risorse di idrocarburi sotto forma di laghi, diversi ordini di grandezza più grandi di quelli presenti sulla Terra.
L'ipotesi di una Terra inizialmente idrica avanzata da Larin spiega l'origine degli idrocarburi attraverso la reazione dell'idrogeno con il carbonio nelle profondità della terra e il successivo degasaggio del metano.
Secondo esso non esistono antichi depositi del periodo Giurassico. Tutto il petrolio e il gas potrebbero essersi formati tra 1 e 15 mila anni fa. Man mano che la selezione procede, le riserve possono essere gradualmente ricostituite, come è stato notato nei giacimenti petroliferi abbandonati e da tempo esauriti.
Come viene effettuata l'estrazione e il trasporto?
Il processo di estrazione del gas naturale combustibile inizia con la costruzione dei pozzi. A seconda del verificarsi della formazione di gas, la loro profondità può raggiungere i 7 km. Man mano che la perforazione procede, un tubo (involucro) viene calato nel pozzo. Per evitare che il gas fuoriesca attraverso lo spazio tra il tubo e le pareti del pozzo, viene eseguito il tappo, riempiendo lo spazio con argilla o cemento.
Al termine della costruzione, la torre viene rimossa e l'albero di Natale viene installato sulla testata del rivestimento. È una struttura di valvole a saracinesca e viene utilizzata per estrarre il gas dal pozzo.
Il numero di pozzi può essere piuttosto elevato.
L’intero ciclo di produzione del gas naturale combustibile avviene in tre fasi:
- Sviluppo giacimenti di gas. Come risultato della perforazione, viene creata una differenza di pressione. A causa di ciò, il gas si sposta attraverso la formazione verso i pozzi.
- Gestione dei pozzi di gas. In questa fase il gas viaggia attraverso l'involucro.
- Raccolta e preparazione per il trasporto. Il gas di tutti gli alberi di Natale viene fornito a speciali complessi tecnologici dell'impianto di trattamento del gas. Essiccano il gas, pulizia dalle impurità nocive.
Anche piccole concentrazioni di idrogeno solforato, vapore acqueo o particelle solide provocano una rapida corrosione, formazione di idrati e danni meccanici alla superficie interna della tubazione.
La preparazione finale per il trasporto avviene presso i vitoni. Comprende il post-trattamento e la rimozione dei condensati di idrocarburi, il raffreddamento del gas per ridurne il volume.
Il principale tipo di trasporto del gas su lunghe distanze è gasdotto principale. È un sistema di strutture ingegneristiche complesse dalle condutture stesse a impianti di stoccaggio sotterranei.
Nel punto finale del gasdotto si trovano le stazioni di distribuzione del gas (GDS). Qui avviene la pulizia finale da polvere e impurità liquide, la pressione viene ridotta al livello richiesto dai consumatori, viene stabilizzata, viene preso in considerazione il consumo di gas e viene aggiunto un odorizzante.
Un altro tipo comune di trasporto del metano è il trasporto marittimo tramite navi speciali: navi gasiere.
La trasformazione del gas allo stato liquido viene effettuata presso appositi impianti GNL. Il processo avviene in due fasi: prima il metano viene raffreddato a -50 °C e poi a -163 °C. Allo stesso tempo, il suo volume diminuisce di 600 volte.
Elaborazione e ambito di applicazione
L'elevata infiammabilità del gas naturale ne determina l'utilizzo principale. Viene utilizzato come combustibile in fabbriche, fabbriche, centrali termoelettriche, caldaie, istituzioni, edifici residenziali, strutture agricole e molti altri. Ti consigliamo di leggere il regolamento utilizzo del gas nella vita di tutti i giorni.
La produzione e la raffinazione del petrolio sono sempre accompagnate dal rilascio del gas associato. In alcuni casi, i suoi volumi possono essere impressionanti e arrivare fino a 300 metri cubi per metro cubo di petrolio greggio.
Ma ci sono un gran numero di giacimenti in cui il gas naturale associato non viene utilizzato, ma viene bruciato. In tutta la Russia, ad esempio, si perde in questo modo fino al 25% delle materie prime utili.
Parte del gas associato viene fornito agli impianti di trattamento del gas. Da esso si ottiene gas secco purificato, che viene utilizzato per il riscaldamento. Un altro componente prezioso è una miscela di idrocarburi leggeri.
Viene poi suddiviso in frazioni in appositi impianti. Il risultato sono idrocarburi come propano, butano, isobutano e pentano. Per ridurne il volume, la facilità di trasporto e stoccaggio liquefare.
Propano e butano vengono utilizzati per riscaldare le case gas in bombola o per le automobili. Ma la maggior parte viene destinata all'ulteriore lavorazione nella produzione petrolchimica.
Mediante riscaldamento ad alta temperatura (pirolisi) vengono utilizzati per ottenere la materia prima principale per tutti i materiali sintetici: i monomeri: etilene, propilene, butadiene. Sotto l'influenza di catalizzatori vengono combinati in polimeri. Il risultato sono materiali pregiati come gomma, PVC, polietilene e molti altri.
Conclusioni e video utile sull'argomento
Il documentario racconta il gas in modo accessibile e visivo:
Questo film didattico è dedicato ai principali trasporti del gas:
Non sappiamo ancora tutto del gas naturale: la sua origine nasconde ancora molti misteri. Possiamo solo sperare che il carburante blu sia davvero un dono inesauribile che basterà a noi e ai nostri discendenti.
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