הכל על גז טבעי: הרכב ותכונות, הפקה ושימוש בגז טבעי
בשל יעילותו האנרגטית הגבוהה והידידותיות לסביבה, הגז הטבעי, לצד הנפט, הוא בעל חשיבות עליונה.הוא נמצא בשימוש נרחב כדלק ומשמש גם כחומר גלם בעל ערך לתעשייה הכימית.
ולמרות שהשימוש בגז הפך יומיומי ומוכר, הוא עדיין נשאר חומר מורכב ודי מסוכן - כדי להיכנס למבער של מכשיר גז הוא עובר דרך ארוכה ומורכבת.
במאמר ננתח את הנושאים העיקריים הקשורים לגז דליק טבעי - נדבר על הרכבו ותכונותיו, נתאר את שלבי הפקת הגז, הובלתו והעיבוד, ואת היקף היישום שלו. בואו נשקול רעיונות מודרניים על מקורם של עתודות פחמימנים, עובדות מעניינות והשערות.
תוכן המאמר:
מהו גז דליק טבעי?
יש דעה שגז שוכב מתחת לאדמה בחלל חללים ומופק משם בקלות, שעבורו מספיק לקדוח באר. אבל במציאות, הכל הרבה יותר מסובך: גז יכול להיות בתוך סלע נקבובי, הוא יכול להיות מומס במים, פחמימנים נוזליים ונפט.
כדי להבין מדוע זה קורה, די לזכור שהמילה "גז" באה מהיוונית "אי סדר", המשקף את עקרון ההתנהגות של חומר. במצב הגזי, מולקולות נעות בצורה כאוטית, ומנסות למלא באופן אחיד את כל הנפח האפשרי. בשל כך הם מסוגלים לחדור ולהתמוסס בחומרים אחרים, לרבות נוזלים ומינרלים צפופים יותר. לחץ וטמפרטורה גבוהים משפרים משמעותית את תהליך הדיפוזיה.לעתים קרובות זה בצורה של "קוקטייל" כזה שגז טבעי כלול בתת הקרקע.
אבל קודם כל, בואו נדבר ממה מורכב הגז ומהו – בואו נסתכל על ההרכב הכימי והתכונות הפיזיקליות של גז דליק טבעי.
תכונות של ההרכב הכימי
גז המופק מתת הקרקע, המכונה "טבעי", הוא תערובת של גזים שונים.
על פי הרכבו, הוא מחולק לשלוש קבוצות של מרכיבים:
- דָלִיק - פחמימנים;
- בלתי דליק (נטלים) – חנקן, פחמן דו חמצני, חמצן, הליום, אדי מים;
- מַזִיק זיהומים - מימן גופרתי ומרקפטנים.
הקבוצה הראשונה והעיקרית היא קבוצה של פחמימנים מתאן (הומולוגים) עם מספר אטומי פחמן מ-1 עד 5. האחוז הגדול ביותר בתערובת הוא מתאן (מ-70 עד 98%), בעל אטום פחמן אחד. תכולת הגזים האחרים (אתאן, פרופאן, בוטאן, פנטן) נעה בין יחידות לעשיריות האחוז.
בנוסף לפחמימנים, התערובת עשויה להכיל חומרים לא דליקים בכמויות קטנות: מימן גופרתי, חנקן, פחמן דו חמצני, פחמן חד חמצני, מימן ועוד. אבל, בהתאם לתחום, הפרופורציות של פחמימנים, כמו הרכב גזים אחרים, יכולים להשתנות באופן משמעותי.
תכונות פיזיקליות של גז
לפי התכונות הפיזיקליות של מתאן CH4 חסר צבע וריח, דליק מאוד. בריכוזי אוויר של יותר מ-4.5% - חומר נפץ. תכונה זו, בשילוב עם חוסר הריח, מהווה איום ובעיה גדולה. במיוחד במכרות, שכן מתאן נספג בפחם.
כתבנו על הגורמים לפיצוצי גז בתנאים ביתיים ב החומר הזה.
כדי להעניק לגז ריח על מנת לזהות את דליפותיו, מוסיפים לו לפני ההובלה חומרים מיוחדים בעלי ריח לא נעים - חומרי ריח. לרוב, מדובר בתרכובות המכילות גופרית - אתניתיול או אתיל מרקפטן. חלק הטומאה נבחר כך שתורגש נזילה בריכוז גז של 1%.
מאיפה מגיע גז במעמקי כדור הארץ?
למרות שאנשים למדו להשתמש בגז לפני יותר מ-200 שנה, עדיין אין הסכמה על מהיכן מגיע הגז בבטן האדמה.
תיאוריות מוצא עיקריות
קיימות שתי תיאוריות עיקריות לגבי מקורו:
- מִינֵרָלִי, המסביר את היווצרות הגז על ידי תהליכי הסרת פחמימנים משכבות עמוקות וצפופות יותר של כדור הארץ ועלייתם לאזורים עם לחץ נמוך יותר;
- אורגני (ביוגני), לפיו גז הוא תוצר של פירוק שאריות של יצורים חיים בתנאים של לחץ גבוה, טמפרטורה וחוסר אוויר.
בשדה, גז יכול להיות בצורה של הצטברות נפרדת, מכסה גז, תמיסה בנפט או מים, או הידרטות גז. במקרה האחרון, המרבצים ממוקמים בסלעים נקבוביים בין שכבות חימר אטומות לגז. לרוב, סלעים כאלה הם אבן חול דחוסה, קרבונטים ואבני גיר.
מכיוון שגז קל יותר מנפט, והמים כבדים יותר, מיקומם של המינרלים במאגר הוא תמיד זהה: גז נמצא על גבי הנפט, ומים מחזקים את כל שדה הנפט והגז מלמטה.
הגז בתצורה נמצא בלחץ. ככל שההפקדות עמוקות יותר, כך הן גבוהות יותר. בממוצע, על כל 10 מטר, עליית הלחץ היא 0.1 MPa. ישנן שכבות עם לחץ גבוה באופן חריג. לדוגמה, במרבצי אחימוב של שדה אורנגוי הוא מגיע ל-600 אטמוספרות ומעלה בעומק של 3800 עד 4500 מ'.
עובדות והשערות מעניינות
לפני זמן לא רב האמינו שיש למצות את מאגרי הנפט והגז בעולם בתחילת המאה ה-21. לדוגמה, הגיאופיזיקאי האמריקאי הסמכותי האברט כתב על כך ב-1965.
על פי דוקטור למדעי הגיאולוגיה והמינרלוגיה V.V. פולבנובה, תפיסות שגויות כאלה נגרמות מהעובדה שהתיאוריה של המקור האורגני של נפט וגז עדיין מקובלת בדרך כלל ושולטת במוחם של רוב המדענים. למרות שעדיין D.I. מנדלייב ביסס את התיאוריה של המקור העמוק האנאורגני של הנפט, ואז זה הוכח על ידי Kudryavtsev ו-V.R. לרין.
אבל עובדות רבות מדברות נגד המקור האורגני של פחמימנים.
הנה כמה מהם:
- משקעים התגלו בעומקים של עד 11 ק"מ, במרתפים גבישיים, שבהם קיומו של חומר אורגני אינו אפשרי אפילו תיאורטית;
- בעזרת תיאוריה אורגנית, ניתן להסביר רק 10% ממאגרי הפחמימנים, 90% הנותרים אינם ניתנים להסבר;
- גשושית החלל קאסיני התגלתה בשנת 2000 על ירחו של שבתאי טיטאן משאבי פחמימנים ענקיים בצורת אגמים, גדולים בכמה סדרי גודל מאלה שבכדור הארץ.
ההשערה של כדור הארץ הידרידי בתחילה שהציג לרין מסבירה את מקורם של פחמימנים באמצעות התגובה של מימן עם פחמן במעמקי כדור הארץ והסרת גז של מתאן לאחר מכן.
לפיו אין מרבצים עתיקים מתקופת היורה. כל הנפט והגז יכלו להיווצר בין 1 ל-15 אלף שנה. ככל שהבחירה מתקדמת, ניתן לחדש בהדרגה את הרזרבות, דבר שהבחין בשדות נפט נטושים ונטושים מזמן.
כיצד מתבצעת החילוץ וההובלה?
תהליך הפקת גז דליק טבעי מתחיל בבניית בארות. בהתאם להתרחשות התצורה נושאת הגז, עומקם יכול להגיע ל-7 ק"מ. ככל שהקידוח מתקדם, מורידים צינור (מארז) לתוך הבאר. כדי למנוע בריחת גז דרך החלל שבין הצינור לדפנות הבאר, סתימה מתבצעת - מילוי הרווח בחימר או מלט.
בתום הבנייה מסירים את הדרק ועץ חג המולד מותקן על ראש המעטפת. זהו מבנה של שסתומי שער ומשמש להפקת גז מהבאר.
מספר הבארות יכול להיות די גדול.
כל המחזור של הפקת גז דליק טבעי מתרחש בשלושה שלבים:
- פיתוח שדה גז. כתוצאה מהקידוח נוצר הפרש לחצים. בשל כך, גז עובר דרך התצורה אל הבארות.
- הפעלת בארות גז. בשלב זה, הגז עובר דרך המעטפת.
- איסוף והכנה להובלה. גז מכל עצי חג המולד מסופק למתחמים טכנולוגיים מיוחדים של המתקן לטיפול בגז. הם מייבשים את הגז, ניקוי מפני זיהומים מזיקים.
אפילו ריכוזים קטנים של מימן גופרתי, אדי מים או חלקיקים מוצקים מובילים לקורוזיה מהירה, היווצרות הידרט ונזק מכני למשטח הפנימי של הצינור.
הכנה סופית להובלה מתקיימת בעבודות הראש. הוא כולל טיפול לאחר והסרה של עיבוי פחמימנים, קירור גז להפחתת נפחו.
הסוג העיקרי של הובלת גז למרחקים ארוכים הוא צינור גז ראשי. זוהי מערכת של מבנים הנדסיים מורכבים מהצינורות עצמם ועד מתקני אחסון תת קרקעיים.
בנקודה האחרונה של הצינור יש תחנות חלוקת גז (GDS). כאן מתבצע הניקוי הסופי של אבק וזיהומים נוזליים, הלחץ מופחת לרמה הנדרשת על ידי הצרכנים, הוא מתייצב, נלקחת בחשבון צריכת גז ומוסיפים חומר ריח.
סוג נפוץ נוסף של שינוע מתאן הוא הובלה ימית בכלי שיט מיוחדים – מובילי גז.
הפיכת הגז למצב נוזלי מתבצעת במפעלי LNG מיוחדים. התהליך מתרחש בשני שלבים: ראשית, מתאן מקורר ל-50 מעלות צלזיוס, ולאחר מכן ל-163 מעלות צלזיוס. במקביל, נפחו יורד פי 600.
עיבוד והיקף יישום
דליקותו הגבוהה של הגז הטבעי קובעת את השימוש העיקרי בו. הוא משמש כדלק במפעלים, מפעלים, תחנות כוח תרמיות, בתי דוודים, מוסדות, מבני מגורים, מתקנים חקלאיים ועוד רבים אחרים. אנו ממליצים לקרוא את הכללים שימוש בגז בחיי היומיום.
הפקת נפט וזיקוק מלווה תמיד בשחרור גז קשור. בחלק מהמקרים הנפחים שלו יכולים להיות מרשימים ולהסתכם עד 300 מ"ק למ"ק נפט גולמי.
אבל יש מספר רב של שדות שבהם לא נעשה שימוש בגז הקשור טבעי, אלא מתלקח. לדוגמה, ברחבי רוסיה, עד 25% מחומרי הגלם השימושיים הולכים לאיבוד בדרך זו.
חלק מהגז הנלווה מסופק למפעלי עיבוד גז. ממנו מתקבל גז יבש מטוהר, המשמש לחימום. מרכיב חשוב נוסף הוא תערובת של פחמימנים קלים.
לאחר מכן הוא מחולק לשברים במתקנים מיוחדים. התוצאה היא פחמימנים כמו פרופאן, בוטאן, איזובוטן ופנטן. כדי להפחית נפח, קלות הובלה ואחסון שלהם לְנַזֵל.
פרופאן ובוטאן משמשים לחימום בתים גז בבקבוקים או למכוניות. אבל רובו הולך לעיבוד נוסף בייצור פטרוכימי.
על ידי חימום בטמפרטורה גבוהה (פירוליזה), הם משמשים להשגת חומר הגלם העיקרי לכל החומרים הסינתטיים - מונומרים: אתילן, פרופילן, בוטאדיאן. בהשפעת זרזים הם משולבים לפולימרים. הפלט הוא חומרים יקרי ערך כמו גומי, PVC, פוליאתילן ועוד רבים אחרים.
מסקנות וסרטון שימושי בנושא
הסרט התיעודי מספר על גז בצורה נגישה ויזואלית:
סרט חינוכי זה מוקדש להובלת הגז העיקרית:
אנחנו עדיין לא יודעים הכל על גז טבעי - מקורו עדיין טומן בחובו תעלומות רבות. נותר רק לקוות שדלק כחול הוא באמת מתנה בלתי נדלית שתספיק לנו ולצאצאינו.
האם עדיין יש לך שאלות לאחר קריאת החומר למעלה? או שאתה רוצה להשלים את המאמר עם הערות שימושיות, עובדות מעניינות או תמונות? כתבו את הערותיכם, שאלו שאלות, השתתפו בדיון - טופס המשוב נמצא למטה.
