Zmes plynov vznikajúca v útrobách zeme pri anaeróbnom rozklade organickej hmoty.
Zemný plyn sa vzťahuje na minerály. Často sa spája s plynom pri ťažbe ropy. Zemný plyn v ložiskových podmienkach (podmienky výskytu v zemskom vnútrozemí) je v plynnom stave vo forme samostatných akumulácií (ložiská plynu) alebo vo forme plynového uzáveru ropných a plynových polí - ide o voľný plyn, príp. v rozpustenom stave v oleji alebo vode (v podmienkach zásobníka) a za štandardných podmienok (0,101325 MPa a 20 °C) - iba v plynnom stave. Zemný plyn môže byť aj vo forme hydrátov plynu.
Chemické zloženie
Hlavnú časť zemného plynu tvorí metán (CH4) – až 98 %. Zemný plyn môže obsahovať aj ťažšie uhľovodíky: etán (C2H6),
propán (C3H8),
bután (C4H10)
homológy metánu, ako aj iné neuhľovodíkové látky: vodík (H2),
sírovodík (H2S),
oxid uhličitý (CO2),
dusík (N2),
hélium (He).
Zemný plyn je bez farby a bez zápachu. Aby bolo možné odhaliť únik čuchom, do plynu sa pridáva malé množstvo merkaptánov, ktoré majú silný nepríjemný zápach.
Fyzikálne vlastnosti
Približné fyzikálne vlastnosti:
Hustota: = 0,7 kg/m (suchý plyn) alebo 400 kg/m (kvapalina).
Teplota vznietenia: t = 650 °C.
Výhrevnosť: 16 – 35 MJ/m (pre plynné).
Oktánové číslo pri použití na spaľovacích motoroch: 120 - 130.
Polia zemného plynu
Metán a niektoré ďalšie uhľovodíky sú vo vesmíre veľmi rozšírené. Metán je po vodíku a héliu tretím najrozšírenejším plynom vo vesmíre. Vo forme metánového ľadu sa podieľa na štruktúre mnohých planét a asteroidov vzdialených od Slnka, takéto nahromadenia však zvyčajne nie sú klasifikované ako ložiská zemného plynu a zatiaľ neboli nájdené. praktické uplatnenie. Značné množstvo uhľovodíkov je prítomné v zemskom plášti, no tie tiež nie sú zaujímavé.
Obrovské ložiská zemného plynu sú sústredené v sedimentárnom obale zemskej kôry. Podľa teórie biogénneho pôvodu ropy vznikajú v dôsledku rozkladu zvyškov živých organizmov. Predpokladá sa, že zemný plyn sa vyrába vysoké teploty a tlaky ako olej. V súlade s tým je skutočnosť, že plynové polia sú často hlbšie ako ropné polia.
Obrovské zásoby zemného plynu vlastní Rusko (pole Urengoyskoye), USA, Kanada. Z ostatných európskych krajín stojí za povšimnutie Nórsko, no jeho zásoby sú malé. Medzi bývalými republikami Sovietsky zväz Turkménsko vlastní veľké zásoby plynu, ako aj Kazachstan (pole Karachaganak)
V druhej polovici 20. storočia na Univerzite o I. M. Gubkin objavil hydráty zemného plynu (alebo hydráty metánu). Neskôr sa ukázalo, že zásoby zemného plynu v tomto štáte sú obrovské. Nachádzajú sa v podzemí aj v miernej priehlbine pod morským dnom.
Ťažba a preprava
Zemný plyn sa nachádza v zemi v hĺbkach od 1000 metrov do niekoľkých kilometrov. Super hlboká studňa v blízkosti mesta Nový Urengoy dostal prítok plynu z hĺbky viac ako 6000 metrov. V útrobách plynu sa nachádzajú mikroskopické dutiny nazývané póry. Póry sú navzájom prepojené mikroskopickými kanálikmi - trhlinami, cez ktoré plyn z pórov vychádza vysoký tlak do pórov nižšieho tlaku, kým nie je v studni. Pohyb plynu v zásobníku sa riadi určitými zákonmi. Plyn sa získava z útrob zeme pomocou studní. Studne sa snažia umiestniť rovnomerne po celom poli. Toto sa robí pre rovnomerný pokles tlaku v zásobníku v zásobníku. V opačnom prípade sú možné toky plynu medzi oblasťami poľa, ako aj predčasné zaplavenie ložiska.
Plyn vychádza z útrob vďaka tomu, že v zásobníku je pod tlakom mnohonásobne vyšším ako atmosférický tlak. Hnacou silou je teda tlakový rozdiel medzi zásobníkom a zberným systémom.
V roku 2005 predstavovala ruská produkcia zemného plynu 548 miliárd m3. Domácim odberateľom bolo prostredníctvom 220 regionálnych distribučných organizácií plynu dodané 307 miliárd m3. V Rusku je 24 zásobníkov zemného plynu. Dĺžka hlavných ruských plynovodov je 155 000 km.
Príprava zemného plynu na prepravu
Plyn prichádzajúci z vrtov musí byť pripravený na prepravu ku konečnému užívateľovi - chemický závod, kotolňa, mestské plynárenské siete. Potreba prípravy plynu je spôsobená prítomnosťou v ňom okrem cieľových zložiek (rôzne zložky sú určené pre rôznych spotrebiteľov), nečistôt, ktoré spôsobujú ťažkosti počas prepravy alebo používania. Pary vody obsiahnuté v plyne teda môžu za určitých podmienok vytvárať hydráty alebo sa kondenzáciou hromadiť na rôznych miestach (napríklad ohyb v potrubí), čo narúša pohyb plynu; sírovodík je vysoko korozívny plynové zariadenia(potrubia, nádrže výmenníka tepla atď.).
Plyn sa pripravuje podľa rôznych schém. Podľa jedného z nich sa v bezprostrednej blízkosti ihriska buduje komplexná jednotka na úpravu plynu (CGTP), kde sa plyn čistí a suší. Takáto schéma bola implementovaná na poli Urengoyskoye.
Ak plyn obsahuje veľké množstvo hélia alebo sírovodíka, potom sa plyn spracuje v závode na spracovanie plynu, kde sa izoluje hélium a síra. Táto schéma bola implementovaná napríklad na poli Astrakhan.
Preprava zemného plynu
V súčasnosti je hlavným spôsobom dopravy potrubie. Plyn pod tlakom 75 atmosfér sa pohybuje potrubím s priemerom až 1,4 metra. Keď sa plyn pohybuje potrubím, stráca energiu, čím prekonáva trecie sily medzi plynom a stenou potrubia a medzi vrstvami plynu. Preto je v určitých intervaloch potrebné budovať kompresorové stanice (CS), kde je plyn stlačený na 75 atm. Výstavba a údržba potrubia je veľmi nákladná, no napriek tomu je to najviac lacný spôsob preprava plynu a ropy.
Okrem potrubnej dopravy sa používajú špeciálne tankery - nosiče plynu. Ide o špeciálne lode, na ktorých sa za určitých termobarických podmienok prepravuje plyn v skvapalnenom stave. Na prepravu plynu týmto spôsobom je teda potrebné natiahnuť plynovod k morskému pobrežiu, vybudovať závod na skvapalnený plyn, prístav pre tankery a na pobreží samotné tankery. Tento druh dopravy sa považuje za ekonomicky opodstatnený, ak je vzdialenosť spotrebiteľa skvapalneného plynu väčšia ako 3000 km.
V roku 2004 dosiahli medzinárodné dodávky plynu potrubím 502 miliárd m3, skvapalnený plyn - 178 miliárd m3.
Existujú aj iné projekty na prepravu plynu, napríklad pomocou vzducholodí alebo v stave hydrátu plynu, ale tieto projekty sa z rôznych dôvodov veľmi nevyužívajú.
Aplikácia
Zemný plyn je široko používaný v chemickom priemysle ako surovina. Používa sa aj ako palivo, na vykurovanie obytných budov, palivo pre autá, elektrárne a pod.
Prvých desať krajín produkujúcich plyn
Začiatkom roku 2007 Rusko iniciovalo proces vytvorenia plynárenského kartelu podľa vzoru OPEC. Táto otázka bola kľúčovou témou rozhovorov medzi Vladimírom Putinom a kráľom Saudskej Arábie a katarským emirom.
pozri tiež
Olej
Močiarny plyn
Hydráty zemného plynu
Poznámky
Zemný plyn je nerastná surovina. Plyn, ako ropa a uhlie,
vytvorený v hlbinách zeme z organickej hmoty živočíšneho pôvodu
(čiže ložiská dlhovekých organizmov) vplyvom vysokých tlakov a
teploty.
Živé organizmy, ktoré zomreli a klesli na morské dno, spadli do takých
podmienky, v ktorých sa nemohli rozložiť v dôsledku oxidácie (napokon na mori
na dne nie je vzduch a kyslík), ani ich nezničia mikróby (jednoducho tam neboli).
Ložiská týchto organizmov vytvorili bahnité sedimenty. Ako výsledok
geologickými pohybmi prenikli tieto sedimenty do veľkých hĺbok. Tam pod
vplyvom tlaku a vysokej teploty uplynuli milióny rokov
proces, pri ktorom sa uhlík obsiahnutý v sedimentoch premieňa na zlúčeniny,
nazývané uhľovodíky. Dostali svoje meno, pretože oni
molekuly sa skladajú z uhlíka a vodíka. Uhľovodíky s veľkými molekulami
(vysokomolekulárna) - sú to tekuté látky, vznikla z nich ropa. A
uhľovodíky s nízkou molekulovou hmotnosťou (ktoré majú malé molekuly) sú plyny. oni-
a vytvoril zemný plyn. Ale len plyn sa vytvoril pod vplyvom viac
vyššie teploty a tlaky ako olej.
Preto ropné polia vždy obsahujú zemný plyn.
Postupom času tieto nánosy išli hlboko dolu - boli pokryté vrstvami sedimentárnych hornín.
Zemný plyn nie je homogénna látka. Pozostáva zo zmesi plynov.
Hlavnou časťou zemného plynu (98 %) je metán. Okrem metánu,
zemný plyn obsahuje etán, propán, bután a iné
neuhľovodíkové látky - vodík, dusík, oxid uhličitý, sírovodík.
Zemný plyn sa nachádza v zemi v hĺbke 1 až niekoľko kilometrov. IN
V útrobách zeme sa plyn nachádza v mikroskopických dutinách – póroch. póry
vzájomne prepojené mikroskopickými kanálikmi - trhlinami. Podľa týchto
kanálov, plyn prúdi z pórov s vysokým tlakom do pórov s nižším
tlak.
Plyn sa získava z útrob zeme pomocou studní. Plyn vychádza z podložia cez
studne smerom von v dôsledku skutočnosti, že zásobník je opakovane pod tlakom
presahujúce atmosférické. Teda hybnou silou výroby plynu z
hĺbka je tlakový rozdiel medzi nádržou a zberným systémom.
V súčasnosti je zemný plyn široko používaný v palivovom a energetickom a chemickom priemysle.
Zemný plyn je široko používaný ako lacné palivo v obytných a komerčných priestoroch bytové domy na vykurovanie, ohrev vody a varenie. Používa sa ako palivo pre autá, kotolne, tepelné elektrárne. Toto je jeden z najlepšie výhľady palivo pre domáce a priemyselné potreby. Hodnota zemného plynu as
palivo spočíva aj v tom, že ide o ekologické minerálne palivo. Pri jeho spaľovaní vzniká v porovnaní s inými druhmi paliva oveľa menej škodlivých látok. Preto je zemný plyn jedným z hlavných zdrojov energie v ľudskej činnosti.
V chemickom priemysle sa zemný plyn používa ako surovina na výrobu rôznych organických látok, ako sú plasty, guma, alkohol, organické kyseliny. K syntéze mnohých pomohlo práve používanie zemného plynu chemických látok ktoré v prírode neexistujú, ako napríklad polyetylén.
Spočiatku o tom ľudia nevedeli užitočné vlastnosti plynu. Pri ťažbe ropy je často spojený s plynom. Takýto pridružený plyn sa kedysi jednoducho spaľoval priamo v mieste výroby. V tých časoch bolo nerentabilné prepravovať a predávať zemný plyn, ale postupom času účinných metód preprava zemného plynu k spotrebiteľovi, z ktorých hlavným je plynovod. Pri tejto metóde plyn z vrtov, predtým vyčistený, vstupuje do potrubia pod obrovským tlakom - 75 atmosfér. Okrem toho sa používa spôsob prepravy skvapalneného plynu v špeciálnych tankeroch - nosičoch plynu. Skvapalnený plyn je bezpečnejší na prepravu a skladovanie ako stlačený plyn.
A spaľovanie zemného plynu je v mnohých štátoch zákonom zakázané, ale v niektorých krajinách sa stále praktizuje ...
A vedeli ste, že...
Čistý zemný plyn je bez farby a bez zápachu. Aby bolo možné podľa čuchu určiť únik domáceho plynu, pridáva sa do neho malé množstvo látok so silným nepríjemným zápachom. Najčastejšie sa na tento účel používa etylmerkaptán.
O existencii zemného plynu vie ľudstvo už dlho. Podľa najkonzervatívnejších odhadov sa zemný plyn používal v Číne na vykurovanie a osvetlenie už v 4. storočí pred Kristom. Na jeho získanie boli vyvŕtané studne a potrubia vyrobené z bambusu. Okrem toho, po dlhú dobu bol jasný plameň, ktorý nezanecháva popol, pre niektoré národy predmetom mystického a náboženského kultu. Napríklad na polostrove Absheron (moderné územie Azerbajdžanu) bol v 7. storočí postavený chrám uctievačov ohňa Ateshgah, v ktorom sa bohoslužby konali až do 19. storočia.
Samotné slovo „plyn“ vymyslel na začiatku 17. storočia flámsky prírodovedec Jan Baptist van Helmont na označenie „mŕtveho vzduchu“ (oxid uhličitý), ktorý dostal. Helmont napísal: "Nazval som taký parný plyn, pretože sa takmer nelíši od chaosu staroveku." Ale v tomto prípade máme dočinenia s jednou z foriem existencie hmoty.
Medzi vedcami stále neexistuje konsenzus o pôvode zemného plynu. Dva hlavné koncepty – biogénny a minerálny – uvádzajú rôzne dôvody vzniku uhľovodíkových minerálov v útrobách Zeme.
- minerálna teória. Tvorba minerálov v horninových vrstvách je súčasťou procesu odplyňovania Zeme. V dôsledku vnútornej dynamiky Zeme uhľovodíky nachádzajúce sa vo veľkých hĺbkach stúpajú do zóny najmenšieho tlaku, čím sa vytvárajú usadeniny plynu.
- Biogénna teória. Živé organizmy, ktoré zomreli a klesli na dno vodných plôch, sa rozložili v priestore bez vzduchu. V dôsledku geologických pohybov stále hlbšie klesali zvyšky rozloženej organickej hmoty pod vplyvom termobarických faktorov (teplota a tlak) na uhľovodíkové minerály vrátane zemného plynu.
Relatívne nedávno skupina vedcov z Ústavu pre problémy ropy a zemného plynu Ruskej akadémie vied pod vedením doktora geologických a mineralogických vied Azariyho Barenbauma vyvinula novú koncepciu pôvodu ropy a plynu. Podľa tejto teórie môžu veľké ložiská uhľovodíkov vznikať nie za milióny rokov, ako sa doteraz predpokladalo, ale až za desaťročia.
Zemný plyn môže existovať vo forme plynových ložísk umiestnených vo vrstvách určitých hornín, vo forme plynových uzáverov (nad olejom), ako aj v rozpustenej alebo kryštalickej forme. Zemný plyn môže byť aj vo forme hydrátov plynu (hydráty zemného plynu sú hydráty plynu alebo klatráty - kryštalické zlúčeniny vznikajúce za určitých termobarických podmienok z vody a plynu).
Zemný plyn má oproti iným palivám a surovinám množstvo výhod:
- náklady na ťažbu zemného plynu sú oveľa nižšie ako iné druhy paliva; produktivita práce pri jeho ťažbe je vyššia ako pri ťažbe ropy a uhlia;
- neprítomnosť oxidu uhoľnatého v zemných plynoch zabraňuje možnosti otravy ľudí únikom plynu;
- pri plynové kúrenie mestá a obce sú oveľa menej znečistené ovzdušie;
- pri práci na zemnom plyne je možné automatizovať spaľovacie procesy, dosahuje sa vysoká účinnosť;
- vysoké teploty pri spaľovaní (viac ako 2000°C) a špecifické spalné teplo umožňujú efektívne využívať zemný plyn ako energetické a technologické palivo.
Plyn je mladšie palivo ako ropa. Éra zemného plynu sa v skutočnosti začala objavením ložiska Groningen v Holandsku v roku 1959 a následným objavom zásob plynu Veľkou Britániou v južnom povodí Severného mora v polovici 60. rokov 20. storočia.
Podľa IEA od začiatku 70. rokov. podiel plynu na globálnej energetickej bilancii vzrástol zo 16 % na 21 % v roku 2008. Podľa BP Statistical Review of World Energy tento podiel v rokoch 2008-2010. vo svete bola spotreba energie ešte vyššia – okolo 24 %. Štúdia BP Global Energy Outlook 2030 uvádza, že zemný plyn bude najrýchlejšie rastúcim palivom v nasledujúcich 25 rokoch. Odborníci z Medzinárodnej energetickej agentúry zároveň veria, že podiel plynu na globálnej energetickej bilancii sa do roku 2035 zvýši z 21 % na 25 %, plyn sa stane po rope druhým energetickým nosičom a uhlie vytlačí na tretie miesto.
Chemické zloženie
Chemické zloženie zemného plynu je pomerne jednoduché. Hlavnou časťou tohto typu plynu je metán (CH4) - najjednoduchší uhľovodík (organická zlúčenina pozostávajúca z atómov uhlíka a vodíka), jeho podiel presahuje 92%.
V závislosti od obsahu metánu sa rozlišujú dve hlavné skupiny zemného plynu:
- Skupina zemného plynu H(H-plyn, t.j. vysokokalorický plyn) vďaka vysokému obsahu metánu (od 87% do 99%) je najkvalitnejší. Ruský zemný plyn patrí do skupiny H a má vysokú výhrevnosť. Vďaka vysokému obsahu metánu (~98 %) je najkvalitnejším zemným plynom na svete.
- Skupina zemného plynu L(L-gas, t.j. nízkokalorický plyn) je zemný plyn s nižším obsahom metánu – od 80 % do 87 %. Ak nie sú splnené kvalitatívne požiadavky (11,1 kWh/m3), plyn často nemôže byť dodaný priamo konečnému užívateľovi bez dodatočného spracovania.
Okrem metánu môže zemný plyn obsahovať ťažšie uhľovodíky, homológy metánu: etán (C2H6), propán (C3H8), bután (C4H10) a niektoré neuhľovodíkové nečistoty. Zároveň je dôležité, aby zloženie zemného plynu nebolo konštantné a menilo sa pole od poľa.
Fyzikálne vlastnosti
Približné fyzikálne vlastnosti (v závislosti od zloženia):
- Hustota: od 0,7 do 1,0 kg/m3 (suchý plyn, za normálnych podmienok) alebo 400 kg/m3 (kvapalina).
- Teplota vznietenia: t = 650 °C.
- Spalné teplo 1 m3 zemného plynu v plynnom stave pri n.c.: 28-46 MJ, alebo 6,7-11,0 Mcal.
- Oktánové číslo pri použití v spaľovacích motoroch: 120-130.
- Je 1,8-krát ľahší ako vzduch, preto sa pri úniku nezhromažďuje v nížinách, ale stúpa nahor.
Aplikácia
Zemný plyn, ktorý má v porovnaní s inými nosičmi energie také výhody, ako je napríklad účinnosť a šetrnosť k životnému prostrediu, získava všetko väčšiu hodnotu v priemysle a domácnostiach.
Zemný plyn ako fosílny nosič energie sa používa najmä na vykurovanie obytných a priemyselných priestorov, varenie, výrobu elektriny a v priemyselnom sektore na výrobu tepla.
Zemný plyn sa v malej miere využíva ako motorové palivo. Vzhľadom na rast cien benzínu za posledné roky a niekoľko mesiacov sa zvýšil počet súkromných vozidiel prerobených na plynové motory. Okrem toho sa prerábajú nákladné autá a autobusy na pohon na zemný plyn. Spolu s nákladovým faktorom je dôležitým argumentom v prospech zemného plynu nižšia úroveň emisií škodlivých látok do ovzdušia.
Top 20 krajín sveta z hľadiska preukázaných zásob plynu (podľa výsledkov z roku 2010)
| Krajina | Zásoby (bilión kubických metrov) | Celosvetový podiel (%) | |
| 1 | RF | 44,76 | 23,9 |
| 2 | Irán | 29,61 | 15,8 |
| 3 | Katar | 25,32 | 13,5 |
| 4 | Turkménsko | 8,03 | 4,3 |
| 5 | Saudská Arábia | 8,01 | 4,3 |
| 6 | USA | 7,71 | 4,1 |
| 7 | SAE | 6,43 | 3,4 |
| 8 | Venezuela | 5,45 | 2,9 |
| 9 | Nigéria | 5,29 | 2,8 |
| 10 | Alžírsko | 4,50 | 2,4 |
| 11 | Iraku | 3,16 | 1,7 |
| 12 | Indonézia | 3,06 | 1,6 |
| 13 | Austrália | 2,92 | 1,6 |
| 14 | Čína | 2,80 | 1,5 |
| 15 | Malajzia | 2,39 | 1,3 |
| 16 | Egypt | 2,21 | 1,2 |
| 17 | Nórsko | 2,04 | 1,1 |
| 18 | Kazachstan | 1,84 | 1 |
| 19 | Kuvajt | 1,78 | 1 |
| 20 | Kanada | 1,72 | 0,9 |
Zdroj
Top 20 krajín sveta z hľadiska spotreby plynu (podľa výsledkov z roku 2010)
| Krajina | Spotreba (miliardy metrov kubických) | Celosvetový podiel (%) | |
| 1 | USA | 683,4 | 21,7 |
| 2 | RF | 414,1 | 13 |
| 3 | Irán | 136,9 | 4,3 |
| 4 | Čína | 109,0 | 3,4 |
| 5 | Japonsko | 94,5 | 3 |
| 6 | Veľká Británia | 93,8 | 3 |
| 7 | Kanada | 93,8 | 3 |
| 8 | Saudská Arábia | 83,9 | 2,6 |
| 9 | Nemecko | 81,3 | 2,6 |
| 10 | Taliansko | 76,1 | 2,4 |
| 11 | Mexiko | 68,9 | 2,2 |
| 12 | India | 61,9 | 1,9 |
| 13 | SAE | 60,5 | 1,9 |
| 14 | Ukrajina | 52,1 | 1,6 |
| 15 | Francúzsko | 46,9 | 1,5 |
| 16 | Uzbekistan | 45,5 | 1,4 |
| 17 | Egypt | 45,1 | 1,4 |
| 18 | Thajsko | 45,1 | 1,4 |
| 19 | Holandsko | 43,6 | 1,4 |
| 20 | Argentína | 43,3 | 1,4 |
Zdroj: BP Statistical Review of World Energy 2011
20 popredných krajín sveta z hľadiska produkcie plynu (podľa výsledkov z roku 2010)
| Krajina | Baníctvo (miliardy kubických metrov) | Celosvetový podiel (%) | |
| 1 | USA | 611 | 19,3 |
| 2 | Rusko | 588,9 | 18,4 |
| 3 | Kanada | 159,8 | 5 |
| 4 | Irán | 138,5 | 4,3 |
| 5 | Katar | 116,7 | 3,6 |
| 6 | Nórsko | 106,4 | 3,3 |
| 7 | Čína | 96,8 | 3 |
| 8 | Saudská Arábia | 83,9 | 2,6 |
| 9 | Indonézia | 82 | 2,6 |
| 10 | Alžírsko | 80,4 | 2,5 |
| 11 | Holandsko | 70,5 | 2,2 |
| 12 | Malajzia | 66,5 | 2,1 |
| 13 | Egypt | 61,3 | 1,9 |
| 14 | Uzbekistan | 59,1 | 1,8 |
| 15 | Veľká Británia | 57,1 | 1,8 |
| 16 | Mexiko | 55,3 | 1,7 |
| 17 | SAE | 51 | 1,6 |
| 18 | India | 50,9 | 1,6 |
| 19 | Austrália | 50,4 | 1,6 |
| 20 | Trinidad a Tobago | 42,4 | 1,3 |
Zdroj: BP Statistical Review of World Energy 2011
Kvapalné a plynné. Takmer každá kvapalina môže získať každú zo zostávajúcich dvoch. Mnoho pevných látok, keď sa roztopí, odparí alebo spáli, môže doplniť obsah vzduchu. Ale nie každý plyn sa môže stať zložkou pevných materiálov alebo kvapalín. známy odlišné typy plyny, ktoré sa navzájom líšia vlastnosťami, pôvodom a aplikačnými vlastnosťami.
Definícia a vlastnosti
Plyn je látka, ktorá sa vyznačuje absenciou alebo minimálnou hodnotou medzimolekulových väzieb, ako aj aktívnou pohyblivosťou častíc. Hlavné vlastnosti, ktoré majú všetky druhy plynov:
- Tekutosť, deformovateľnosť, prchavosť, snaha o maximálny objem, reakcia atómov a molekúl na pokles alebo zvýšenie teploty, čo sa prejavuje zmenou intenzity ich pohybu.
- Existujú pri teplote, pri ktorej zvýšenie tlaku nevedie k prechodu do kvapalného stavu.
- Ľahko sa stláča, zmenšuje objem. To zjednodušuje prepravu a používanie.
- Väčšina z nich je skvapalnená kompresiou v rámci určitých limitov tlaku a kritických hodnôt tepla.
Pre neprístupnosť výskumu sú popisované pomocou týchto základných parametrov: teplota, tlak, objem, molárna hmotnosť.
Klasifikácia poľa
IN prírodné prostredie všetky druhy plynov sa nachádzajú vo vzduchu, zemi a vode.
- Zložky vzduchu: kyslík, dusík, oxid uhličitý, argón, oxid dusnatý s prímesami neónu, kryptónu, vodíka, metánu.
- IN zemská kôra dusík, vodík, metán a iné uhľovodíky, oxid uhličitý, oxid síry a iné sú v plynnom a kvapalnom skupenstve. V tuhej frakcii zmiešanej s vodnými vrstvami pri tlakoch asi 250 atm sú tiež usadeniny plynu. pri relatívne nízkych teplotách (do 20˚С).
- Nádrže obsahujú rozpustné plyny – chlorovodík, čpavok a slabo rozpustné plyny – kyslík, dusík, vodík, oxid uhličitý atď.
Prírodné rezervácie ďaleko presahujú možný počet umelo vytvorených.
Klasifikácia horľavosti
Všetky druhy plynov, v závislosti od charakteristík správania v procesoch vznietenia a spaľovania, sú rozdelené na oxidačné činidlá, inertné a horľavé.
- Oxidačné činidlá podporujú horenie a podporujú horenie, ale samy nespaľujú: vzduch, kyslík, fluór, chlór, oxidy dusíka a oxidy.
- Inertné sa nezúčastňujú horenia, ale majú tendenciu vytláčať kyslík a ovplyvňujú zníženie intenzity procesu: hélium, neón, xenón, dusík, argón,
- Horľavé látky sa vznietia alebo vybuchnú v kombinácii s kyslíkom: metán, čpavok, vodík, acetylén, propán, bután, etán, etylén. Väčšina z nich sa vyznačuje spaľovaním iba za podmienok určitého zloženia plynnej zmesi. Vďaka tejto vlastnosti je plyn typom paliva, zďaleka najbežnejším. V tejto kapacite sa používa metán, propán, bután.
Oxid uhličitý a jeho úloha
Je to jeden z najbežnejších plynov v atmosfére (0,04%). O normálna teplota a atmosférický tlak má hustotu 1,98 kg/m3. Môže byť v pevnom alebo kvapalnom stave. Tuhá fáza sa vyskytuje pri negatívne ukazovatele teplo a konštantný atmosférický tlak, nazýva sa „suchý ľad“. Kvapalná fáza CO 2 je možná so zvyšujúcim sa tlakom. Táto vlastnosť sa využíva na skladovanie, prepravu a technologické aplikácie. Sublimácia (prechod do plynného skupenstva z pevnej látky bez prechodnej kvapalnej fázy) je možná pri -77 - -79˚С. Rozpustnosť vo vode v pomere 1:1 je realizovaná pri t=14-16˚С.
Typy oxidu uhličitého sa rozlišujú v závislosti od pôvodu:
- Odpadové produkty rastlín a živočíchov, emisie zo sopiek, emisie plynov z útrob zeme, vyparovanie z povrchu vodných útvarov.
- Výsledky ľudskej činnosti vrátane emisií zo spaľovania všetkých druhov palív.
Ako užitočná látka sa používa:
- v hasiacich prístrojoch s oxidom uhličitým.
- Vo valcoch na oblúkové zváranie vo vhodnom prostredí CO 2 .
- V potravinárskom priemysle ako konzervačná látka a na sýtenie vody.
- Ako chladivo na dočasné chladenie.
- v chemickom priemysle.
- v hutníctve.
Keďže je nevyhnutnou súčasťou života planéty, človeka, prevádzky strojov a celých tovární, hromadí sa v spodných a horných vrstvách atmosféry, spomaľuje uvoľňovanie tepla a vytvára „skleníkový efekt“.
a jeho úlohu
Medzi látkami prírodného pôvodu a technologickým účelom sú také, ktoré majú vysoký stupeň horľavosti a výhrevnosti. Na skladovanie, prepravu a použitie sa používajú tieto druhy skvapalneného plynu: metán, propán, bután, ako aj zmesi propán-bután.
Bután (C4H10) a propán sú zložky ropných plynov. Prvý z nich skvapalňuje pri -1 - -0,5˚С. Preprava a použitie v mrazivom počasí čistého butánu sa nevykonáva z dôvodu jeho zamrznutia. Teplota skvapalňovania propánu (C 3 H 8) -41 - -42 °C, kritický tlak - 4,27 MPa.
Metán (CH 4) - hlavná zložka Druhy zdrojov plynu - ložiská ropy, produkty biogénnych procesov. K skvapalneniu dochádza postupným stláčaním a znižovaním tepla na -160 - -161˚С. V každej fáze sa stlačí 5-10 krát.
Skvapalnenie sa vykonáva v špeciálnych zariadeniach. Samostatne sa vyrábajú propán, bután, ako aj ich zmes pre domáce a priemyselné použitie. Metán sa používa v priemysle a ako palivo v doprave. Ten môže byť vydaný aj v komprimovanej forme.
Stlačený plyn a jeho úloha
IN V poslednej dobe stlačený zemný plyn sa stal populárnym. Ak sa pre propán a bután používa iba skvapalňovanie, potom sa metán môže vyrábať v skvapalnenom aj stlačenom stave. Plyn vo fľašiach pod vysokým tlakom 20 MPa má oproti známemu skvapalnenému množstvo výhod.
- Vysoká rýchlosť odparovania, a to aj pri negatívnych teplotách vzduchu, absencia negatívnych akumulačných javov.
- Nižšia úroveň toxicity.
- Úplné spaľovanie, vysoká účinnosť, žiadny negatívny vplyv na zariadenie a atmosféru.
Čoraz častejšie sa využíva nielen pre nákladné autá, ale aj pre autá, ako aj pre kotlové zariadenia.
Plyn je nenápadná, no pre život človeka nepostrádateľná látka. Vysoká výhrevnosť niektorých z nich odôvodňuje rozšírené používanie rôznych zložiek zemného plynu ako paliva pre priemysel a dopravu.
Zemný plyn, na ktorý sme všetci tak zvyknutí v našich kuchyniach, je blízkym príbuzným ropy. Pozostáva prevažne z metánu s prímesami ťažších uhľovodíkov (etán, propán, bután). V prírodných podmienkach často obsahuje aj nečistoty iných plynov (hélium, dusík, sírovodík, oxid uhličitý).
Typické zloženie zemného plynu:
uhľovodíky:
- Metán - 70-98%
- Etán - 1-10%
- Propán - do 5%
- Bután - do 2%
- Pentán - do 1%
- Hexán - do 0,5%
nečistoty:
- dusík - až 15%
- hélium - do 5%
- oxid uhličitý - do 1%
- Sírovodík - menej ako 0,1%
Zemný plyn je v útrobách Zeme mimoriadne rozšírený. Nachádza sa v hrúbke zemskej kôry v hĺbke od niekoľkých centimetrov do 8 kilometrov. Rovnako ako ropa, aj zemný plyn sa v procese migrácie v zemskej kôre dostáva do pascí (priepustných vrstiev ohraničených nepriepustným horninovým masívom), v dôsledku čoho vznikajú plynové polia.
Päť najväčších plynových polí v Rusku:
- Urengoy (plyn)
- Yamburgskoye (ropný a plynový kondenzát)
- Bovanenkovo (ropný a plynový kondenzát)
- Shtokmanovskoye (plynový kondenzát)
- Leningrad (plyn)
Zemný (uhľovodíkový) plyn je častým spoločníkom ropných polí. V oleji je zvyčajne obsiahnutý v rozpustenej forme a v niektorých prípadoch sa hromadí v hornej časti ložísk a vytvára takzvaný plynový uzáver. Plyn uvoľňovaný pri ťažbe ropy, nazývaný pridružený plyn, bol dlho nežiaducou súčasťou procesu ťažby. Najčastejšie to bolo jednoducho spálené v pochodniach.
Až v posledných desaťročiach sa ľudstvo naučilo naplno využívať všetky výhody zemného plynu. Takéto oneskorenie vo vývoji tohto mimoriadne cenného druhu paliva je do značnej miery spôsobené tým, že preprava plynu a jeho využitie v priemysle a každodennom živote si vyžaduje pomerne vysokú technickú a technologickú úroveň rozvoja. Zemný plyn navyše po zmiešaní so vzduchom tvorí výbušnú zmes, ktorá si vyžaduje zvýšené bezpečnostné opatrenia pri jeho používaní.
Aplikácia plynu
Niektoré pokusy o využitie plynu sa uskutočnili už v 19. storočí. Svetelný plyn, ako sa vtedy nazýval, slúžil ako zdroj osvetlenia. Rozvoj plynových polí v tom čase ešte nebol uskutočnený a na osvetlenie sa používal plyn vyrobený spolu s ropou. Preto sa takýto plyn často nazýva ropa. Takýto ropný plyn napríklad dlho osvetľuje Kazaň. Používal sa aj na osvetlenie Petrohradu a Moskvy.
V súčasnosti zohráva plyn čoraz významnejšiu úlohu vo svetovom energetickom sektore. Rozsah jeho použitia je veľmi široký. Používa sa v priemysle, v domácnostiach, v kotolniach, tepelných elektrárňach, ako motorové palivo pre automobily a ako surovina v chemickom priemysle.
Plyn sa považuje za relatívne čisté palivo. Pri spaľovaní plynu vzniká iba oxid uhličitý a voda. Zároveň sú emisie oxidu uhličitého takmer dvakrát menšie ako pri spaľovaní uhlia a 1,3-krát menšie ako pri spaľovaní ropy. Nehovoriac o tom, že pri spaľovaní ropy a uhlia zostávajú sadze a popol. Vzhľadom na to, že zo všetkých fosílnych palív je plyn najekologickejším typom, zaujíma dominantné postavenie v energetike moderných megamiest.
Ako sa vyrába plyn
Rovnako ako ropa, aj zemný plyn sa ťaží pomocou vrtov, ktoré sú rovnomerne rozmiestnené po celej ploche plynového poľa. K výrobe dochádza v dôsledku tlakového rozdielu v plynojeme a na povrchu. Pôsobením tlaku v zásobníku je plyn vytláčaný cez studne na povrch, kde sa dostáva do zberného systému. Ďalej sa plyn privádza do komplexnej úpravne plynu, kde sa čistí od nečistôt. Ak je vo vyrobenom plyne malé množstvo nečistôt, môže byť okamžite odoslaný do zariadenia na spracovanie plynu, pričom sa obíde komplexná jednotka úpravy.
Ako sa prepravuje plyn
Plyn sa prepravuje hlavne potrubím. Hlavné objemy plynu sa prepravujú hlavnými plynovodmi, kde tlak plynu môže dosiahnuť 118 atm. Spotrebitelia získavajú plyn prostredníctvom distribúcie a vnútropodnikových plynovodov. Najprv plyn prechádza cez distribučnú stanicu plynu, kde sa jeho tlak zníži na 12 atm. Potom sa cez rozvody plynu privádza do regulačných bodov plynu, kde sa jeho tlak opäť zníži, tentoraz na 0,3 atm. Potom sa cez vnútrodomové plynovody dostáva plyn do našej kuchyne.
Celá táto obrovská infraštruktúra distribúcie plynu je skutočne rozsiahlym obrazom. Stovky a stovky tisíc kilometrov plynovodov, ktoré zamotali takmer celé územie Ruska. Ak je celá táto sieť plynovodov natiahnutá v jednej línii, potom jej dĺžka bude stačiť na to, aby sa dostala zo Zeme na Mesiac a späť. A to je iba systém prepravy plynu v Rusku. Ak hovoríme o celej globálnej infraštruktúre prepravy plynu, potom budeme hovoriť o miliónoch kilometrov potrubí.
Keďže zemný plyn nemá zápach ani farbu, aby bolo možné rýchlo odhaliť únik plynu, je mu umelo dodávaný nepríjemný zápach. Tento proces sa nazýva odorizácia a prebieha na distribučných staniciach plynu. Zlúčeniny obsahujúce síru, ako je etántiol (EtSH), sa bežne používajú ako odoranty, to znamená nepríjemne zapáchajúce látky.
Spotreba plynu je sezónna. V zime jeho spotreba stúpa a v lete klesá. Na vyrovnanie sezónnych výkyvov v spotrebe plynu sa v blízkosti veľkých priemyselných centier budujú podzemné zásobníky plynu (PZP). Môžu to byť vyčerpané plynové polia prispôsobené na skladovanie plynu alebo umelo vytvorené podzemné soľné jaskyne. V lete sa prebytky prepraveného plynu posielajú do podzemných zásobníkov a v zime naopak prípadný nedostatok kapacít potrubný systém kompenzované odberom plynu zo zásobníkov.
Vo svetovej praxi sa zemný plyn okrem plynovodov často prepravuje aj v skvapalnenej forme pomocou špeciálnych nádob – nosičov plynu (prenášačov metánu). V skvapalnenej forme sa objem zemného plynu zníži 600-krát, čo je vhodné nielen na prepravu, ale aj na skladovanie. Na skvapalnenie sa plyn ochladí na kondenzačnú teplotu (-161,5 ° C), v dôsledku čoho sa zmení na kvapalinu. V takejto chladenej forme sa prepravuje. Hlavnými producentmi skvapalneného zemného plynu sú Katar, Indonézia, Malajzia, Austrália a Nigéria.
Výhľad a trendy
Pre svoju šetrnosť k životnému prostrediu a neustále zdokonaľovanie technológií a technológií, ako pri výrobe, tak aj pri používaní plynu, je tento druh paliva čoraz obľúbenejší. BP napríklad predpovedá, že dopyt po plyne prekoná ostatné fosílne palivá.
Rastúci dopyt po plyne vedie k hľadaniu nových, často nekonvenčných zdrojov plynu. Tieto zdroje môžu byť:
- Plyn uhoľného lôžka
- Bridlicového plynu
- Plyn hydratuje
♦ Plyn uhoľného lôžkaťažba začala až koncom 80. rokov 20. storočia. Prvýkrát sa tak stalo v USA, kde bola preukázaná komerčná realizovateľnosť tohto typu ťažby. V Rusku začal Gazprom testovať túto metódu v roku 2003, keď začal skúšobnú výrobu metánu z uhoľného sloja v Kuzbase. Výroba plynu z uhoľných slojov sa realizuje aj v iných krajinách – Austrálii, Kanade a Číne.
♦ Bridlicového plynu. Bridlicová revolúcia vo výrobe plynu, ktorá sa odohrala v Spojených štátoch v uplynulom desaťročí, bola na titulných stránkach periodík. Rozvoj technológie horizontálneho vŕtania umožnil ťažiť plyn z bridlice s nízkou priepustnosťou v objemoch, ktoré splácajú náklady na jeho ťažbu. Fenomén rýchleho rozvoja ťažby bridlicového plynu v Spojených štátoch podnecuje ďalšie krajiny k rozvoju tohto smeru. Okrem USA sa aktívne pracuje na ťažbe bridlicového plynu aj v Kanade. Čína má tiež významný potenciál pre rozvoj rozsiahlej produkcie bridlicového plynu.
♦ Plyn hydratuje. Značná časť zemného plynu je v kryštalickom stave vo forme takzvaných plynových hydrátov (metánhydrátov). Veľké zásoby hydrátov plynu existujú v oceánoch a v zónach permafrostu kontinentov. Odhadované zásoby hydrátov plynu v súčasnosti prevyšujú kombinované zásoby ropy, uhlia a konvenčného plynu. Vývoj ekonomicky životaschopných technológií na ťažbu hydrátov plynu sa intenzívne realizuje v Japonsku, USA a niektorých ďalších krajinách. Japonsko venuje tejto téme osobitnú pozornosť, pretože je zbavené tradičných zásob plynu a je nútené nakupovať tento druh zdrojov za extrémne vysoké ceny.
Zemný plyn ako palivo a zdroj chemických prvkov má veľkú budúcnosť. Dlhodobo sa považuje za hlavný druh paliva, ktoré sa bude využívať pri prechode svetovej energetiky na čistejšie obnoviteľné zdroje.
