Tudo sobre gás natural: composição e propriedades, produção e uso do gás natural

Processo de extração de combustível azul

Antes da produção de gás é o processo de exploração geológica. Eles permitem determinar com precisão o volume e a natureza da ocorrência do depósito. Atualmente, vários métodos de reconhecimento são usados.

Gravidade - com base no cálculo da massa das rochas. As camadas contendo gás são caracterizadas por uma densidade significativamente menor.

Magnético - leva em conta a permeabilidade magnética da rocha. Por meio de levantamento aeromagnético é possível obter um quadro completo de depósitos de até 7 km de profundidade.

O objetivo desta técnica

Sísmica - usa radiação que é refletida ao passar pelas entranhas. Este eco é capaz de captar instrumentos de medição especiais.

Geoquímica - a composição das águas subterrâneas é estudada com a determinação do conteúdo nelas de substâncias associadas a campos de gás.

A perfuração é o método mais eficaz, mas ao mesmo tempo o mais caro dos listados. Portanto, antes de sua utilização, é necessário um estudo preliminar das rochas.

Métodos de perfuração de poços para produção de gás natural

Depois que o campo é determinado e os volumes preliminares de depósitos são estimados, o processo de produção de gás prossegue diretamente. Os poços são perfurados até a profundidade da camada mineral. Para distribuir uniformemente a pressão do combustível azul ascendente, o poço é feito com uma escada ou telescopicamente (como um telescópio).

O poço é reforçado com tubos de revestimento e cimentado. Para reduzir a pressão uniformemente e acelerar o processo de produção de gás, vários poços são perfurados de uma só vez em um campo. A subida do gás através do poço é realizada de forma natural - o gás se move para uma zona de menor pressão.

Como o gás contém várias impurezas após a extração, o próximo passo é sua purificação. Para garantir esse processo, instalações industriais apropriadas para purificação e processamento de gás estão sendo construídas próximas aos campos.

Sistema de purificação de gás natural

Mineração usando minas de carvão

As camadas de carvão contêm uma grande quantidade de metano, cuja extração não apenas possibilita a obtenção de combustível azul, mas também garante a operação segura das empresas de mineração de carvão. Este método é amplamente utilizado nos EUA.

As principais direções de uso e processamento de metano

Método de fraturamento hidráulico

Quando o gás é produzido por este método, uma corrente de água ou ar é injetada através do poço. Assim, o gás é deslocado.

Este método pode causar instabilidade sísmica de rochas quebradas, por isso é proibido em alguns estados.

Características da mineração submarina

Pela primeira vez na Rússia, a produção de gás no campo de Kirinskoye é realizada usando um complexo de produção subaquático

As reservas de gás estão presentes, exceto em terra, e debaixo d'água. Nosso país possui extensos depósitos subaquáticos. A produção subaquática é realizada usando plataformas de gravidade pesada. Eles estão localizados em uma base apoiada no fundo do mar. A perfuração do poço é realizada com colunas localizadas na base. Os tanques são colocados nas plataformas para armazenar o gás extraído. Em seguida, é transportado para a terra através de um oleoduto.

Essas plataformas prevêem a presença constante de pessoas realizando a manutenção do complexo. O número pode ser de até 100 pessoas. Essas instalações estão equipadas com fonte de alimentação autônoma, uma plataforma para helicópteros e alojamentos para funcionários.

Quando os depósitos estão localizados perto da costa, os poços são realizados obliquamente. Eles começam em terra, deixando a base sob a plataforma marítima. A produção e o transporte de gás são realizados de forma padronizada.

Origem do gás natural:

Existem duas teorias sobre a origem do gás natural: a teoria biogênica (orgânica) e a teoria abiogênica (inorgânica, mineral).

Pela primeira vez, a teoria biogênica da origem do gás natural foi expressa em 1759 por M.V. Lomonossov. No distante passado geológico da Terra, organismos vivos mortos (plantas e animais) afundaram no fundo dos corpos d'água, formando sedimentos siltosos. Como resultado de vários processos químicos, eles se decompuseram em um espaço sem ar.Devido ao movimento da crosta terrestre, esses resquícios afundaram cada vez mais fundo, onde, sob a influência de alta temperatura e alta pressão, se transformaram em hidrocarbonetos: gás natural e petróleo. Hidrocarbonetos de baixo peso molecular (isto é, gás natural propriamente dito) foram formados em temperaturas e pressões mais altas. Hidrocarbonetos altamente moleculares - petróleo - em menor. Os hidrocarbonetos, penetrando nos vazios da crosta terrestre, formaram depósitos de campos de petróleo e gás. Com o passar do tempo, esses depósitos orgânicos e depósitos de hidrocarbonetos desceram a uma profundidade de um quilômetro a vários quilômetros - foram cobertos por camadas de rochas sedimentares ou sob a influência de movimentos geológicos da crosta terrestre.

A teoria mineral da origem do gás natural e do petróleo foi formulada em 1877 por D.I. Mendeleiev. Ele partiu do fato de que os hidrocarbonetos podem ser formados nas entranhas da terra em altas temperaturas e pressões como resultado da interação de vapor superaquecido e carbonetos de metais pesados ​​fundidos (principalmente ferro). Como resultado de reações químicas, óxidos de ferro e outros metais são formados, bem como vários hidrocarbonetos em estado gasoso. Neste caso, a água entra profundamente nas entranhas da Terra através de rachaduras-falhas na crosta terrestre. Os hidrocarbonetos resultantes, estando em estado gasoso, por sua vez, sobem pelas mesmas rachaduras e falhas até a zona de menor pressão, formando depósitos de gás e petróleo. Esse processo, segundo D.I. Mendeleev e defensores da hipótese, acontece o tempo todo. Portanto, a redução das reservas de hidrocarbonetos na forma de petróleo e gás não ameaça a humanidade.

Metano

Além disso, o metano também é encontrado em minas de carvão, onde, devido à sua natureza explosiva, representa uma séria ameaça para os mineradores. O metano também é conhecido na forma de excreções em pântanos - gás de pântano.

Dependendo do conteúdo de metano e outros gases de hidrocarbonetos (pesados) da série do metano, os gases são divididos em secos (pobres) e gordurosos (ricos).

• Os gases secos incluem gases principalmente de composição metano (até 95 - 96%), nos quais o conteúdo de outros homólogos (etano, propano, butano e pentano) é insignificante (frações de um por cento). São mais característicos de depósitos puramente de gás, onde não há fontes de enriquecimento em seus componentes pesados ​​que fazem parte do petróleo.
• Gases úmidos são gases com alto teor de compostos gasosos "pesados". Além do metano, eles contêm dezenas de por cento de etano, propano e compostos de maior peso molecular até hexano. As misturas gordurosas são mais características dos gases associados que acompanham os depósitos de petróleo.

Os gases combustíveis são companheiros comuns e naturais do petróleo em quase todos os seus depósitos conhecidos, ou seja, petróleo e gás são inseparáveis ​​devido à sua composição química (hidrocarbonetos), origem comum, condições de migração e acumulação em armadilhas naturais de vários tipos.

Uma exceção são os chamados óleos "mortos". São óleos próximos à superfície do dia, completamente desgaseificados devido à evaporação (volatilização) não apenas de gases, mas também de frações leves do próprio óleo.

Tal óleo é conhecido na Rússia em Ukhta. É um óleo pesado, viscoso, oxidado, quase não fluido, produzido por métodos de mineração não convencionais.

Depósitos puramente de gás são difundidos no mundo, onde não há petróleo, e o gás é sustentado por águas de formação.Na Rússia, campos de gás supergigantes foram descobertos na Sibéria Ocidental: Urengoyskoye com reservas de 5 trilhões de metros cúbicos. m3, Yamburgskoye - 4,4 trilhões. m3, Zapolyarnoye - 2,5 trilhões. m3, Medvezhye - 1,5 trilhão. m3.

No entanto, os campos de petróleo e gás e petróleo são os mais difundidos. Juntamente com o petróleo, o gás ocorre em tampas de gás, ou seja, sobre óleo, ou em estado dissolvido em óleo. Então é chamado de gás dissolvido. Em sua essência, o óleo com gás dissolvido nele é semelhante às bebidas carbonatadas. Em altas pressões do reservatório, volumes significativos de gás são dissolvidos no óleo e, quando a pressão cai para a pressão atmosférica durante o processo de produção, o óleo é desgaseificado, ou seja, O gás é rapidamente liberado da mistura gasóleo. Esse gás é chamado de gás associado.

Os companheiros naturais dos hidrocarbonetos são dióxido de carbono, sulfeto de hidrogênio, nitrogênio e gases inertes (hélio, argônio, criptônio, xenônio) presentes nele como impurezas.

Transporte

Preparação de gás para transporte

Apesar de em alguns campos o gás ter uma composição de qualidade excepcionalmente alta, em geral, o gás natural não é um produto acabado. Além dos níveis de componentes alvo (onde os componentes alvo podem variar dependendo do usuário final), o gás contém impurezas que dificultam o transporte e são indesejáveis ​​no uso.

Por exemplo, o vapor de água pode se condensar e se acumular em vários pontos da tubulação, na maioria das vezes em curvas, interferindo assim no movimento do gás. O sulfeto de hidrogênio é um agente altamente corrosivo que afeta adversamente tubulações, equipamentos associados e tanques de armazenamento.

Nesse sentido, antes de ser enviado ao oleoduto principal ou à planta petroquímica, o gás passa pelo procedimento de preparação na planta de processamento de gás (GPP).

A primeira etapa da preparação é a limpeza de impurezas indesejadas e a secagem. Depois disso, o gás é comprimido - comprimido até a pressão necessária para o processamento. Tradicionalmente, o gás natural é comprimido a uma pressão de 200-250 bar, o que resulta em uma redução de 200-250 vezes no volume ocupado.

Em seguida vem a etapa de topping: em instalações especiais, o gás é separado em gasolina instável e gás tostado. É o gás extraído que é enviado para os principais gasodutos e para a produção petroquímica.

A gasolina natural instável é fornecida às plantas de fracionamento de gás, onde são extraídos hidrocarbonetos leves: etano, propano, butano, pentano. Essas substâncias também são matérias-primas valiosas, principalmente para a produção de polímeros. E uma mistura de butano e propano é um produto pronto usado, principalmente, como combustível doméstico.

conduta de gás

O principal tipo de transporte de gás natural é o bombeamento por gasoduto.

O diâmetro padrão de um tubo de gasoduto principal é de 1,42 m. O gás no gasoduto é bombeado sob uma pressão de 75 atm. À medida que se move ao longo do tubo, o gás perde gradualmente energia devido à superação das forças de atrito, que é dissipada na forma de calor. A este respeito, em determinados intervalos, estão sendo construídas estações de compressão de bombeamento especiais no gasoduto. Neles, o gás é comprimido até a pressão necessária e resfriado.

Para entrega direta ao consumidor, tubos de menor diâmetro são desviados do gasoduto principal - redes de distribuição de gás.

conduta de gás

Transporte de GNL

O que fazer com as áreas de difícil acesso localizadas longe dos principais gasodutos? Nessas áreas, o gás é transportado em estado liquefeito (gás natural liquefeito, GNL) em tanques criogênicos especiais por mar e por terra.

Por mar, o gás liquefeito é transportado em gas carriers (GNL), navios equipados com tanques isotérmicos.

O GNL também é transportado por transporte terrestre, ferroviário e rodoviário. Para isso, são utilizados tanques especiais de parede dupla que podem manter a temperatura necessária por um determinado tempo.

De onde vem o gás nas entranhas da terra?

Embora as pessoas tenham aprendido a usar o gás há mais de 200 anos, ainda não há consenso sobre de onde vem o gás nas entranhas da terra.

Principais teorias de origem

Existem duas teorias principais sobre sua origem:

• mineral, explicando a formação de gás pelos processos de desgaseificação de hidrocarbonetos de camadas mais profundas e densas da terra e elevando-os para zonas de menor pressão;
• orgânico (biogênico), segundo o qual o gás é um produto de decomposição dos restos de organismos vivos sob condições de alta pressão, temperatura e falta de ar.

No campo, o gás pode estar na forma de uma acumulação separada, uma tampa de gás, uma solução em óleo ou água ou hidratos de gás. Neste último caso, os depósitos estão localizados em rochas porosas entre camadas de argila estanques ao gás. Na maioria das vezes, essas rochas são arenito compactado, carbonatos, calcários.

A participação dos campos de gás convencionais é de apenas 0,8%.Uma porcentagem um pouco maior é contabilizada por gás profundo, carvão e xisto - de 1,4 a 1,9%. Os tipos mais comuns de depósitos são gases dissolvidos em água e hidratos - aproximadamente em proporções iguais (46,9% cada)

Como o gás é mais leve que o petróleo e a água é mais pesada, a posição dos fósseis no reservatório é sempre a mesma: o gás está em cima do petróleo e a água está sustentando todo o campo de petróleo e gás por baixo.

O gás no reservatório está sob pressão. Quanto mais profundo o depósito, mais alto ele é. Em média, a cada 10 metros, o aumento de pressão é de 0,1 MPa. Existem camadas com pressão anormalmente alta. Por exemplo, nos depósitos de Achimov do campo Urengoyskoye, atinge 600 atmosferas e superior a uma profundidade de 3800 a 4500 m.

Fatos e hipóteses interessantes

Não muito tempo atrás, acreditava-se que as reservas mundiais de petróleo e gás deveriam se esgotar já no início do século XXI. Por exemplo, o respeitado geofísico americano Hubbert escreveu sobre isso em 1965.

Até à data, muitos países continuam a aumentar o ritmo de produção de gás. Não há sinais reais de que as reservas de hidrocarbonetos estejam se esgotando

De acordo com o doutor em ciências geológicas e mineralógicas V.V. Polevanov, tais equívocos são causados ​​pelo fato de que a teoria da origem orgânica do petróleo e do gás ainda é geralmente aceita e domina a mente da maioria dos cientistas. Embora D. I. Mendeleev fundamentou a teoria da origem inorgânica profunda do petróleo, e depois foi provado por Kudryavtsev e V.R. Larin.

Mas muitos fatos falam contra a origem orgânica dos hidrocarbonetos.

Aqui estão alguns deles:

• foram descobertos depósitos em profundidades de até 11 km, em fundações cristalinas, onde a existência de matéria orgânica não pode sequer ser teórica;
• usando a teoria orgânica, apenas 10% das reservas de hidrocarbonetos podem ser explicadas, os 90% restantes são inexplicáveis;
• A sonda espacial Cassini descobriu em 2000 na lua de Saturno, Titã, recursos gigantes de hidrocarbonetos na forma de lagos várias ordens de magnitude maiores do que os da Terra.

A hipótese de uma Terra originalmente hidreto apresentada por Larin explica a origem dos hidrocarbonetos pela reação do hidrogênio com o carbono nas profundezas da Terra e a subsequente desgaseificação do metano.

Segundo ela, não há depósitos antigos do período jurássico. Todo o petróleo e gás poderiam ter se formado entre 1.000 e 15.000 anos atrás. À medida que as reservas são retiradas, elas podem se reabastecer gradualmente, o que é visto em campos de petróleo há muito esgotados e abandonados.

Classificação e propriedades

O gás natural é dividido em 3 categorias principais. Eles são descritos pelas seguintes características:

1. Exclui a presença de hidrocarbonetos com mais de 2 compostos de carbono. Eles são chamados de secos e são obtidos apenas nos locais destinados à extração.
2. Juntamente com as matérias-primas primárias, são produzidos gás liquefeito e seco e gasolina gasosa misturadas entre si.
3. Contém uma grande quantidade de hidrocarbonetos pesados ​​e gás seco. Há também uma pequena porcentagem de impurezas. É extraído de depósitos do tipo condensado de gás.

O gás natural é considerado uma composição mista, na qual existem várias subespécies da substância. É por esta razão que não existe uma fórmula exata para o componente. O principal deles é o metano, que contém mais de 90%. É o mais resistente à temperatura. Mais leve que o ar e ligeiramente solúvel em água. Quando queimado ao ar livre, uma chama azul é produzida. A explosão mais poderosa ocorre se você combinar metano com ar na proporção de 1:10.Se uma pessoa inala uma grande concentração desse elemento, sua saúde pode ser prejudicada.

É usado como matéria-prima e combustível industrial. Também é usado ativamente para obter nitrometano, ácido fórmico, freons e hidrogênio. Com a quebra das ligações de hidrocarbonetos sob a influência da corrente e das temperaturas, obtém-se o acetileno utilizado na indústria. O ácido cianídrico é formado quando a amônia é oxidada com metano.

A composição do gás natural tem a seguinte lista de componentes:

1. O etano é uma substância gasosa incolor. Ao queimar, ilumina fracamente. Praticamente não se dissolve em água, mas em álcool pode na proporção de 3:2. Não foi usado como combustível. O principal objetivo de uso é a produção de etileno.
2. O propano é um tipo de combustível bem utilizado que não se dissolve na água. Durante a combustão, uma grande quantidade de calor é liberada.
3. Butano - com um cheiro específico, baixa toxicidade. Tem um efeito negativo na saúde humana: pode afetar o sistema nervoso, causar arritmia e asfixia.
4. O nitrogênio pode ser usado para manter a pressão apropriada nos poços. Para obter este elemento, é necessário liquefazer o ar e separá-lo por destilação. É usado para a fabricação de amônia.
5. Dióxido de carbono - o composto pode passar para um estado gasoso a partir de um estado sólido à pressão atmosférica. É encontrado no ar e em fontes minerais, e também é liberado quando as criaturas respiram. É um aditivo alimentar.
6. O sulfeto de hidrogênio é um elemento bastante tóxico. Pode afetar negativamente o funcionamento do sistema nervoso humano.Tem cheiro de ovo podre, sabor adocicado e é incolor. Muito solúvel em etanol. Não reage com água. Necessário para a produção de sulfitos, ácido sulfúrico e enxofre.
7. O hélio é considerado uma substância única. Pode acumular-se na crosta terrestre. É obtido congelando os gases em que está incluído. Quando em estado gasoso, não se manifesta externamente, em estado líquido pode afetar tecidos vivos. Não é capaz de explodir e inflamar. Mas se houver uma grande concentração dele no ar, pode levar à asfixia. Usado para encher dirigíveis e balões, ao trabalhar com superfícies metálicas.
8. O argônio é um gás sem características externas. É usado no corte e soldagem de peças metálicas, bem como para aumentar a vida útil dos produtos alimentícios (devido a essa substância, a água e o ar são deslocados).

As propriedades físicas de um recurso natural são as seguintes: a temperatura de combustão espontânea é de 650 graus Celsius, a densidade do gás natural é de 0,68-0,85 (em estado gasoso) e 400 kg / m3 (líquido). Quando misturado com ar, concentrações de 4,4-17% são consideradas explosivas. O número de octanas do fóssil é 120-130. É calculado com base na proporção de componentes inflamáveis ​​para aqueles que são difíceis de oxidar durante a compressão. O poder calorífico é aproximadamente igual a 12 mil calorias por 1 metro cúbico. A condutividade térmica do gás e do óleo é a mesma.

Quando o ar é adicionado, uma fonte natural pode inflamar rapidamente. Em condições domésticas, sobe até o teto. É aí que o fogo começa. Isto é devido à leveza do metano. Mas o ar é cerca de 2 vezes mais pesado que este elemento.

Métodos de processamento de gás natural

Antes de fornecer gás natural ao gasoduto principal, essa matéria-prima não precisa ser mais purificada, vantagem sobre o petróleo (que deve ser submetido a tratamento primário antes de ser alimentado no oleoduto), resultando em economia significativa nos custos de transporte.

Antes de obter a composição química e de produção final, a mistura gasosa é submetida ao processamento secundário em plantas da indústria química, que, dependendo das tecnologias utilizadas, é dividida em métodos de processamento de gás principal e secundário.

processamento físico

Este método é baseado em indicadores físicos e energéticos. O material fóssil extraído é submetido a compressão profunda e é separado em frações pela exposição a altas temperaturas.

Durante a transição de baixas para altas temperaturas, as matérias-primas são intensamente limpas de impurezas. O uso de compressores potentes permite o processamento no local de produção de gás. Ao bombear gás de uma formação com óleo, são usadas bombas de óleo, que são relativamente baratas.

Propriedades do gás natural

Uso de reações químicas

Durante o processamento químico-catalítico, ocorrem processos associados à transição do metano para gás sintetizado, seguido de processamento. Os métodos químicos envolvem o uso de dois métodos:

• vapor, conversão de dióxido de carbono;
• oxidação parcial.

O último método é o mais econômico e conveniente, pois a taxa de reação química durante a oxidação parcial é bastante alta e não há necessidade de usar catalisadores adicionais.

O uso de altas e baixas temperaturas como ferramenta para influenciar matérias-primas fósseis é chamado de método termoquímico de processamento de gás natural. Sob a influência da temperatura sobre essa matéria-prima, formam-se compostos químicos como etileno, propileno, etc. A complexidade desse tipo de processamento está no uso de equipamentos capazes de produzir calor até 11 mil graus e aumentar a pressão em três atmosferas.

As modernas tecnologias de processamento de gás natural utilizam a síntese adicional de metano, que duplica a quantidade de hidrogênio produzida. O hidrogênio é uma matéria-prima natural da qual se isola a amônia, que é um material para a produção de ácido nítrico, componentes de amônio, anilina, etc.