Alles über Erdgas: Zusammensetzung und Eigenschaften, Produktion und Nutzung von Erdgas

Aufgrund seiner hohen Energieeffizienz und Umweltfreundlichkeit ist Erdgas neben Erdöl von größter Bedeutung.Es wird häufig als Brennstoff verwendet und dient auch als wertvoller Rohstoff für die chemische Industrie.

Und obwohl die Verwendung von Gas alltäglich und vertraut geworden ist, bleibt es immer noch ein komplexer und ziemlich gefährlicher Stoff – um in den Brenner eines Gasgeräts zu gelangen, muss es einen langen und komplexen Weg zurücklegen.

In dem Artikel werden wir die Hauptprobleme im Zusammenhang mit natürlichem brennbarem Gas analysieren – wir werden über seine Zusammensetzung und Eigenschaften sprechen, wir werden die Phasen der Gasproduktion, des Transports und der Verarbeitung sowie den Umfang seiner Anwendung beschreiben. Betrachten wir moderne Vorstellungen über die Entstehung von Kohlenwasserstoffreserven, interessante Fakten und Hypothesen.

Was ist natürliches brennbares Gas?

Es besteht die Meinung, dass Gas unter der Erde in Hohlräumen liegt und von dort leicht gefördert werden kann, wofür es ausreicht, einen Brunnen zu bohren. Aber in Wirklichkeit ist alles viel komplizierter: Gas kann sich in einem porösen Gestein befinden, es kann in Wasser, flüssigen Kohlenwasserstoffen und Öl gelöst sein.

Um zu verstehen, warum dies geschieht, genügt es, sich daran zu erinnern, dass das Wort „Gas“ vom griechischen „“ stammt.Chaos", das das Verhaltensprinzip eines Stoffes widerspiegelt. Im gasförmigen Zustand bewegen sich Moleküle chaotisch und versuchen, das gesamte mögliche Volumen gleichmäßig auszufüllen. Dadurch können sie in andere Substanzen, einschließlich dichterer Flüssigkeiten und Mineralien, eindringen und sich darin auflösen. Hoher Druck und hohe Temperatur verstärken den Diffusionsprozess erheblich.Oft ist es in Form eines solchen „Cocktails“, dass Erdgas im Untergrund enthalten ist.

Aber lassen Sie uns zunächst darüber sprechen, woraus das Gas besteht und was es ist – schauen wir uns die chemische Zusammensetzung und die physikalischen Eigenschaften von natürlichem brennbarem Gas an.

Merkmale der chemischen Zusammensetzung

Aus dem Untergrund gefördertes Gas, das als „natürlich“ bezeichnet wird, ist eine Mischung verschiedener Gase.

Entsprechend seiner Zusammensetzung wird es in drei Komponentengruppen unterteilt:

• brennbar – Kohlenwasserstoffe;
• nicht brennbar (Vorschaltgeräte) – Stickstoff, Kohlendioxid, Sauerstoff, Helium, Wasserdampf;
• schädlich Verunreinigungen – Schwefelwasserstoff und Mercaptane.

Die erste und wichtigste Gruppe ist eine Reihe von Methankohlenwasserstoffen (Homologen) mit einer Anzahl von Kohlenstoffatomen von 1 bis 5. Der größte Anteil in der Mischung ist Methan (von 70 bis 98 %), das ein Kohlenstoffatom hat. Der Gehalt anderer Gase (Ethan, Propan, Butan, Pentan) liegt im Bereich von Einheiten bis Zehntel Prozent.

Aus Feldern gefördertes Gas zeichnet sich durch eine hohe Methankonzentration aus. Im aus Erdöl gewonnenen Nebenprodukt ist der Anteil an Methan viel geringer: 30 – 60 %, und der Anteil an Homologen ist höher: 10 – 20 %

Neben Kohlenwasserstoffen kann das Gemisch in geringen Mengen auch nicht brennbare Stoffe enthalten: Schwefelwasserstoff, Stickstoff, Kohlendioxid, Kohlenmonoxid, Wasserstoff und andere. Doch je nach Fachgebiet können die Anteile der Kohlenwasserstoffe, wie auch die Zusammensetzung anderer Gase, deutlich variieren.

Physikalische Eigenschaften von Gas

Gemäß den physikalischen Eigenschaften von Methan CH₄ farblos und geruchlos, sehr brennbar. Bei Luftkonzentrationen über 4,5 % – explosiv. Diese Eigenschaft stellt in Kombination mit der Geruchslosigkeit eine große Bedrohung und ein großes Problem dar. Vor allem in Bergwerken, da Methan von der Kohle absorbiert wird.

Wir haben über die Ursachen von Gasexplosionen unter häuslichen Bedingungen geschrieben dieses Material.

Um dem Gas einen Geruch zu verleihen, um seine Lecks zu erkennen, werden ihm vor dem Transport spezielle Stoffe mit unangenehmem Geruch – Geruchsstoffe – zugesetzt. Am häufigsten handelt es sich dabei um schwefelhaltige Verbindungen – Ethanthiol oder Ethylmercaptan. Der Anteil der Verunreinigung wird so gewählt, dass bei einer Gaskonzentration von 1 % ein Leck erkennbar ist.

Der Hauptvorteil von blauem Kraftstoff ist seine hohe spezifische Verbrennungswärme – 39 MJ/kg. Dabei werden harmlose Stoffe freigesetzt: Wasser und Kohlendioxid. Dies ist auch ein wichtiger Faktor, der die Nutzung von Methan im Alltag ermöglicht

Woher kommt Gas in den Tiefen der Erde?

Obwohl die Menschen bereits vor mehr als 200 Jahren den Umgang mit Gas erlernt haben, besteht noch immer kein Konsens darüber, woher das Gas im Erdinneren kommt.

Wichtigste Ursprungstheorien

Es gibt zwei Haupttheorien zu seiner Entstehung:

• Mineral, was die Bildung von Gas durch die Prozesse der Entgasung von Kohlenwasserstoffen aus tieferen und dichteren Erdschichten und deren Aufstieg in Zonen mit niedrigerem Druck erklärt;
• organisch (biogen), wonach Gas ein Produkt der Zersetzung der Überreste lebender Organismen unter Bedingungen von hohem Druck, Temperatur und Luftmangel ist.

In einem Feld kann Gas in Form einer separaten Ansammlung, eines Tankdeckels, einer Lösung in Öl oder Wasser oder in Form von Gashydraten vorliegen. Im letzteren Fall befinden sich die Lagerstätten in porösen Gesteinen zwischen gasdichten Tonschichten. Am häufigsten handelt es sich bei solchen Gesteinen um verdichteten Sandstein, Karbonate und Kalksteine.

Der Anteil konventioneller Gasfelder beträgt lediglich 0,8 %. Ein etwas größerer Prozentsatz entfällt auf Tiefsee-, Kohle- und Schiefergas – von 1,4 auf 1,9 %.Die häufigsten Ablagerungsarten sind wassergelöste Gase und Hydrate – in etwa gleichen Anteilen (jeweils 46,9 %)

Da Gas leichter als Öl und Wasser schwerer ist, ist die Position der Mineralien in der Lagerstätte immer dieselbe: Gas befindet sich oben auf dem Öl, und Wasser stützt das gesamte Öl- und Gasfeld von unten.

Das Gas in der Formation steht unter Druck. Je tiefer die Einlagen sind, desto höher ist sie. Im Durchschnitt beträgt der Druckanstieg alle 10 Meter 0,1 MPa. Es gibt Schichten mit ungewöhnlich hohem Druck. In den Achimov-Lagerstätten des Urengoi-Feldes erreicht es beispielsweise 600 Atmosphären und mehr in einer Tiefe von 3800 bis 4500 m.

Interessante Fakten und Hypothesen

Vor nicht allzu langer Zeit glaubte man, dass die Öl- und Gasreserven der Welt zu Beginn des 21. Jahrhunderts erschöpft sein würden. Darüber schrieb beispielsweise der maßgebliche amerikanische Geophysiker Hubbert im Jahr 1965.

Bis heute erhöhen viele Länder weiterhin das Tempo der Gasförderung. Es gibt keine wirklichen Anzeichen dafür, dass die Kohlenwasserstoffreserven zur Neige gehen

Laut Doktor der Geologischen und Mineralogischen Wissenschaften V.V. Polevanova zufolge werden solche Missverständnisse dadurch verursacht, dass die Theorie des organischen Ursprungs von Öl und Gas immer noch allgemein akzeptiert ist und die Köpfe der meisten Wissenschaftler dominiert. Obwohl immer noch D.I. Mendelejew begründete die Theorie des anorganischen Tiefenursprungs des Öls, und dies wurde dann von Kudryavtsev und V.R. bewiesen. Larin.

Doch viele Fakten sprechen gegen den organischen Ursprung von Kohlenwasserstoffen.

Hier sind einige davon:

• Ablagerungen wurden in Tiefen von bis zu 11 km in kristallinen Kellern entdeckt, in denen die Existenz organischer Materie nicht einmal theoretisch möglich ist;
• Mit Hilfe der organischen Theorie können nur 10 % der Kohlenwasserstoffreserven erklärt werden, die restlichen 90 % sind unerklärlich;
• Die Raumsonde Cassini entdeckte im Jahr 2000 auf dem Saturnmond Titan riesige Kohlenwasserstoffvorkommen in Form von Seen, die um mehrere Größenordnungen größer sind als die auf der Erde.

Die von Larin aufgestellte Hypothese einer zunächst hydridischen Erde erklärt die Entstehung von Kohlenwasserstoffen durch die Reaktion von Wasserstoff mit Kohlenstoff in der Tiefe der Erde und die anschließende Entgasung von Methan.

Demnach gibt es keine antiken Ablagerungen aus der Jurazeit. Sämtliches Öl und Gas könnte vor 1.000 bis 15.000 Jahren entstanden sein. Mit fortschreitender Selektion können die Reserven nach und nach wieder aufgefüllt werden, was bei längst erschöpften und verlassenen Ölfeldern zu beobachten ist.

Wie erfolgt die Gewinnung und der Transport?

Der Prozess der Gewinnung von brennbarem Erdgas beginnt mit dem Bau von Brunnen. Abhängig vom Vorkommen der gasführenden Formation kann ihre Tiefe bis zu 7 km betragen. Während des Bohrens wird ein Rohr (Futterrohr) in das Bohrloch abgesenkt. Um zu verhindern, dass Gas durch den Raum zwischen dem Rohr und den Wänden des Brunnens entweicht, wird ein Stopfen durchgeführt – der Spalt wird mit Ton oder Zement gefüllt.

Am Ende der Bauarbeiten wird der Bohrturm entfernt und der Weihnachtsbaum auf dem Futterrohrkopf montiert. Es handelt sich um eine Struktur aus Absperrschiebern und dient der Gasförderung aus dem Bohrloch.

Die Anzahl der Brunnen kann recht groß sein.

Der Weihnachtsbaum hat mehrere Funktionen: Er hält im Brunnen aufgehängte Pump- und Kompressorrohre, steuert die Betriebsmodi und misst die Parameter der Außen- und Innenteile des Brunnens.

Der gesamte Zyklus der Erdgasproduktion erfolgt in drei Phasen:

1. Erschließung von Gasfeldern. Durch das Bohren entsteht ein Druckunterschied. Dadurch bewegt sich Gas durch die Formation zu den Bohrlöchern.
2. Betrieb von Gasbrunnen. In diesem Stadium strömt das Gas durch das Gehäuse.
3. Abholung und Vorbereitung zum Transport. Das Gas aller Weihnachtsbäume wird an spezielle Technologiekomplexe der Gasaufbereitungsanlage geliefert. Sie trocknen das Gas, Reinigung vor schädlichen Verunreinigungen.

Bereits geringe Konzentrationen von Schwefelwasserstoff, Wasserdampf oder Feststoffpartikeln führen zu schneller Korrosion, Hydratbildung und mechanischen Schäden an der Innenoberfläche der Rohrleitung.

Im Kopfwerk erfolgt die letzte Vorbereitung für den Transport. Es umfasst die Nachbehandlung und Entfernung von Kohlenwasserstoffkondensat sowie die Kühlung des Gases zur Reduzierung seines Volumens.

Die Hauptart des Gastransports über große Entfernungen ist Hauptgasleitung. Es handelt sich um ein System komplexer Ingenieurbauwerke von den Pipelines selbst bis hin zu unterirdische Lagereinrichtungen.

Am Endpunkt der Pipeline befinden sich Gasverteilungsstationen (GDS). Hier erfolgt die Endreinigung von Staub und flüssigen Verunreinigungen, der Druck wird auf das vom Verbraucher geforderte Niveau reduziert, stabilisiert, der Gasverbrauch berücksichtigt und ein Odoriermittel zugesetzt.

Eine weitere übliche Art des Methantransports ist der Seetransport mit Spezialschiffen – Gastankschiffen.

Riesige Kugeltanks erlauben keine Verwechslung des Gastransporters mit anderen Schiffstypen. Es handelt sich um Thermoskannen, die die für flüssiges Methan erforderliche Temperatur von -163 °C konstant halten

Die Umwandlung von Gas in einen flüssigen Zustand erfolgt in speziellen LNG-Anlagen. Der Prozess erfolgt in zwei Stufen: Zuerst wird das Methan auf -50 °C und dann auf -163 °C abgekühlt. Gleichzeitig verringert sich sein Volumen um das 600-fache.

Verarbeitung und Geltungsbereich

Die hohe Brennbarkeit von Erdgas bestimmt seine Hauptverwendung. Es wird als Brennstoff in Fabriken, Fabriken, Wärmekraftwerken, Kesselhäusern, Institutionen, Wohngebäuden, landwirtschaftlichen Anlagen und vielen anderen verwendet. Wir empfehlen Ihnen, die Regeln zu lesen Verwendung von Gas im Alltag.

Bei der Erdölförderung und -raffination wird stets Begleitgas freigesetzt. Die Volumina können zum Teil beeindruckend sein und betragen bis zu 300 Kubikmeter pro Kubikmeter Rohöl.

Es gibt jedoch eine Vielzahl von Feldern, in denen Erdgas nicht genutzt, sondern abgefackelt wird. Beispielsweise gehen in ganz Russland auf diese Weise bis zu 25 % der nützlichen Rohstoffe verloren.

Ein Teil des Begleitgases wird an Gasaufbereitungsanlagen geliefert. Daraus wird gereinigtes Trockengas gewonnen, das zum Heizen verwendet wird. Ein weiterer wertvoller Bestandteil ist eine Mischung aus leichten Kohlenwasserstoffen.

Das Diagramm zeigt ein allgemeines Bild des Prozesses der Verarbeitung von produziertem Gas. Die Rolle der Endprodukte für die moderne chemische Industrie kann nicht hoch genug eingeschätzt werden

Anschließend wird es in speziellen Anlagen in Fraktionen zerlegt. Es entstehen Kohlenwasserstoffe wie Propan, Butan, Isobutan und Pentan. Um das Volumen zu reduzieren und den Transport und die Lagerung zu erleichtern verflüssigen.

Die Umrüstung von Autos auf Benziner macht sich schnell bezahlt und führt zu erheblichen Kosteneinsparungen. Der Ausbau des Gastankstellennetzes trägt zu einer Vergrößerung der Autoflotte mit Flüssiggas bei. Davon profitieren nicht nur Autofahrer, sondern auch Fußgänger, die keine schädlichen Abgase einatmen müssen

Propan und Butan werden zum Heizen von Häusern verwendet Flaschengas oder für Autos. Der größte Teil davon wird jedoch in der petrochemischen Produktion weiterverarbeitet.

Durch Hochtemperaturerhitzung (Pyrolyse) werden aus ihnen der Hauptrohstoff für alle synthetischen Materialien gewonnen – Monomere: Ethylen, Propylen, Butadien. Unter dem Einfluss von Katalysatoren werden sie zu Polymeren verbunden. Das Ergebnis sind so wertvolle Materialien wie Gummi, PVC, Polyethylen und viele andere.

Schlussfolgerungen und nützliches Video zum Thema

Der Dokumentarfilm erzählt auf zugängliche und visuelle Weise über Gas:

Dieser Lehrfilm ist dem Hauptgastransport gewidmet:

Wir wissen immer noch nicht alles über Erdgas – sein Ursprung birgt noch immer viele Rätsel. Wir können nur hoffen, dass Blue Fuel wirklich ein unerschöpfliches Geschenk ist, das für uns und unsere Nachkommen ausreicht.

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