천연가스에 관한 모든 것: 천연가스의 구성과 특성, 생산 및 사용
천연가스는 높은 에너지 효율성과 친환경성으로 인해 석유와 함께 가장 중요한 에너지원입니다.이는 연료로 널리 사용되며 화학 산업의 귀중한 원료로도 사용됩니다.
가스 사용이 일상화되고 익숙해졌지만 여전히 복잡하고 위험한 물질로 남아 있습니다. 가스 기기의 버너에 들어가기 위해서는 길고 복잡한 경로를 통과해야 합니다.
이 기사에서는 천연 가연성 가스와 관련된 주요 문제를 분석합니다. 천연 가연성 가스의 구성과 특성에 대해 이야기하고 가스 생산, 운송 및 처리 단계와 적용 범위를 설명합니다. 탄화수소 매장량의 기원, 흥미로운 사실 및 가설에 대한 현대적인 아이디어를 고려해 봅시다.
기사 내용:
천연가연성가스란 무엇인가요?
가스는 지하 공극에 존재하며 거기에서 쉽게 추출되므로 우물을 뚫는 데 충분하다는 의견이 있습니다. 그러나 실제로는 모든 것이 훨씬 더 복잡합니다. 가스는 다공성 암석 내부에 있을 수 있고 물, 액체 탄화수소 및 오일에 용해될 수 있습니다.
왜 이런 일이 발생하는지 이해하려면 "가스"라는 단어가 그리스어 "혼돈"는 물질의 거동 원리를 반영합니다. 기체 상태에서 분자는 가능한 전체 부피를 균일하게 채우려고 혼란스럽게 움직입니다. 이로 인해 밀도가 높은 액체와 미네랄을 포함한 다른 물질에 침투하여 용해될 수 있습니다. 높은 압력과 온도는 확산 과정을 크게 향상시킵니다.종종 천연가스가 하층토에 포함되어 있는 것은 이러한 "칵테일"의 형태입니다.
하지만 먼저 가스가 무엇으로 구성되어 있고 그것이 무엇인지 이야기 해 봅시다. 천연 가연성 가스의 화학적 조성과 물리적 특성을 살펴 보겠습니다.
화학 성분의 특징
"천연"이라고 불리는 하층토에서 추출된 가스는 다양한 가스의 혼합물입니다.
구성에 따라 세 가지 구성 요소 그룹으로 나뉩니다.
- 가연성 – 탄화수소;
- 불연성 (안정기) – 질소, 이산화탄소, 산소, 헬륨, 수증기;
- 해로운 불순물 – 황화수소 및 메르캅탄.
첫 번째이자 주요 그룹은 탄소 원자 수가 1에서 5까지인 메탄 탄화수소(동족체) 세트입니다. 혼합물에서 가장 큰 비율은 1개의 탄소 원자를 갖는 메탄(70~98%)입니다. 기타 가스(에탄, 프로판, 부탄, 펜탄)의 함량은 단위에서 10%까지 다양합니다.
탄화수소 외에도 혼합물에는 황화수소, 질소, 이산화탄소, 일산화탄소, 수소 등의 불연성 물질이 소량 포함될 수 있습니다. 그러나 분야에 따라 다른 가스의 구성과 마찬가지로 탄화수소의 비율도 크게 달라질 수 있습니다.
가스의 물리적 특성
메탄 CH의 물리적 특성에 따라4 무색, 무취, 매우 가연성이 있습니다. 공기 농도가 4.5% 이상인 경우 - 폭발물. 이 특성은 냄새가 없다는 것과 결합되어 큰 위협과 문제를 야기합니다. 특히 광산에서는 메탄이 석탄에 흡수되기 때문입니다.
우리는 국내 상황에서 가스 폭발의 원인에 대해 썼습니다. 이 자료.
누출을 감지하기 위해 가스에 냄새를 부여하기 위해 운송 전에 불쾌한 냄새가 나는 특수 물질 인 취기제를 첨가합니다. 대부분 황 함유 화합물인 에탄티올 또는 에틸 메르캅탄입니다. 불순물의 비율은 가스 농도 1%에서 누출이 눈에 띄도록 선택됩니다.
가스는 지구 깊은 곳에서 어디에서 오는가?
사람들은 200여년 전에 가스 사용법을 배웠지만, 지구의 내장에서 가스가 어디서 나오는지에 대해서는 아직 합의가 이루어지지 않았습니다.
주요 기원 이론
그 기원에 대해서는 두 가지 주요 이론이 있습니다.
- 광물, 이는 지구의 더 깊고 밀도가 높은 층에서 탄화수소를 탈기하고 압력이 더 낮은 구역으로 상승하는 과정에 의한 가스 형성을 설명합니다.
- 유기농 (생물학적), 이에 따르면 가스는 고압, 온도 및 공기 부족 조건에서 살아있는 유기체의 잔해가 분해되어 생성됩니다.
현장에서 가스는 별도의 축적물, 가스 캡, 오일이나 물에 용해된 용액, 가스 수화물 형태일 수 있습니다. 후자의 경우 퇴적물은 기밀 점토층 사이의 다공성 암석에 위치합니다. 대부분의 경우 이러한 암석은 압축된 사암, 탄산염 및 석회암입니다.
가스는 석유보다 가볍고 물은 무겁기 때문에 저장소에 있는 광물의 위치는 항상 동일합니다. 가스는 석유 위에 있고 물은 석유와 가스전 전체를 아래에서 떠받치고 있습니다.
지층의 가스는 압력을 받고 있습니다. 퇴적물이 깊을수록 높아집니다. 평균적으로 10m당 압력 증가는 0.1MPa입니다. 비정상적으로 압력이 높은 층이 있습니다. 예를 들어 Urengoy 유전의 Achimov 퇴적물에서는 3800~4500m 깊이에서 600기압 이상에 도달합니다.
흥미로운 사실과 가설
얼마 전까지만 해도 세계의 석유와 가스 매장량은 21세기 초에 고갈될 것이라고 믿었습니다. 예를 들어, 권위 있는 미국 지구물리학자 허버트(Hubbert)는 1965년에 이에 대해 썼습니다.
지질 및 광물학 박사 V.V. Polevanova, 그러한 오해는 석유와 가스의 유기 기원 이론이 여전히 일반적으로 받아 들여지고 대부분의 과학자들의 마음을 지배하고 있다는 사실에 기인합니다. 여전히 D.I. Mendeleev는 석유의 무기 심층 기원 이론을 입증했으며 Kudryavtsev와 V.R. 라린.
그러나 많은 사실은 탄화수소의 유기적 기원에 반대합니다.
그 중 일부는 다음과 같습니다.
- 유기물의 존재가 이론적으로 가능하지 않은 결정질 지하의 최대 11km 깊이에서 퇴적물이 발견되었습니다.
- 유기 이론의 도움으로 탄화수소 매장량의 10%만 설명할 수 있고 나머지 90%는 설명할 수 없습니다.
- 카시니(Cassini) 우주 탐사선은 2000년에 토성의 달 타이탄에서 호수 형태의 거대한 탄화수소 자원을 발견했는데, 이는 지구상의 것보다 몇 자릿수 더 큽니다.
Larin이 제시한 최초의 수소 지구에 대한 가설은 지구 깊은 곳에서 수소와 탄소의 반응과 그에 따른 메탄의 탈기를 통해 탄화수소의 기원을 설명합니다.
그에 따르면, 쥐라기 시대의 고대 퇴적물은 없습니다. 모든 석유와 가스는 1~15,000년 전에 형성되었을 수 있습니다. 선택이 진행됨에 따라 매장량은 점차적으로 보충될 수 있으며, 이는 오랫동안 고갈되고 버려진 유전에서 발견되었습니다.
추출 및 운송은 어떻게 이루어지나요?
천연 가연성 가스를 추출하는 과정은 우물 건설부터 시작됩니다. 가스 함유 형성의 발생에 따라 깊이는 7km에 이릅니다. 드릴링이 진행됨에 따라 파이프(케이싱)가 우물 안으로 내려갑니다. 파이프와 우물 벽 사이의 공간을 통해 가스가 빠져 나가는 것을 방지하기 위해 막힘이 수행됩니다. 간격은 점토 또는 시멘트로 채워집니다.
공사가 끝나면 데릭을 제거하고 케이싱 헤드에 크리스마스 트리를 설치합니다. 게이트 밸브의 구조로 유정에서 가스를 추출하는데 사용됩니다.
우물의 수는 상당히 클 수 있습니다.
천연 가연성 가스 생산의 전체 주기는 세 단계로 진행됩니다.
- 가스전 개발. 드릴링 결과 압력 차이가 발생합니다. 이로 인해 가스는 지층을 통해 우물로 이동합니다.
- 가스정 운영. 이 단계에서 가스는 케이싱을 통해 이동합니다.
- 운송을 위한 수집 및 준비. 모든 크리스마스 트리의 가스는 가스 처리 공장의 특수 기술 단지에 공급됩니다. 가스를 건조시키고, 청소 유해한 불순물로부터.
황화수소, 수증기 또는 고체 입자의 농도가 낮더라도 급격한 부식, 수화물 형성 및 파이프라인 내부 표면의 기계적 손상을 초래합니다.
운송을 위한 최종 준비는 본사에서 이루어집니다. 여기에는 탄화수소 응축수의 후처리 및 제거, 부피를 줄이기 위한 가스 냉각이 포함됩니다.
장거리 가스 운송의 주요 유형은 다음과 같습니다. 주요 가스 파이프라인. 파이프라인 자체부터 파이프라인까지 복잡한 엔지니어링 구조의 시스템입니다. 지하 저장 시설.
파이프라인의 마지막 지점에는 가스 분배 스테이션(GDS)이 있습니다. 여기에서 먼지와 액체 불순물의 최종 청소가 이루어지며 압력은 소비자가 요구하는 수준으로 감소되고 안정화되며 가스 소비가 고려되고 방향제가 추가됩니다.
또 다른 일반적인 유형의 메탄 운송은 특수 선박(가스 운반선)을 통한 해상 운송입니다.
가스를 액체 상태로 변환하는 작업은 특수 LNG 플랜트에서 수행됩니다. 이 과정은 두 단계로 진행됩니다. 먼저 메탄을 -50°C로 냉각한 다음 -163°C로 냉각합니다. 동시에 부피는 600배로 감소합니다.
처리 및 적용 범위
천연가스의 높은 가연성이 주요 용도를 결정합니다. 공장, 공장, 화력 발전소, 보일러실, 기관, 주거용 건물, 농업 시설 등에서 연료로 사용됩니다. 규칙을 읽어 보시기 바랍니다. 일상생활에서의 가스 사용.
석유 생산 및 정제에는 항상 관련 가스의 방출이 수반됩니다. 어떤 경우에는 그 양이 인상적일 수 있으며 원유 1입방미터당 최대 300입방미터에 달할 수 있습니다.
그러나 천연수반가스를 사용하지 않고 소각하는 분야가 많이 있습니다. 예를 들어, 러시아 전역에서 유용한 원자재의 최대 25%가 이러한 방식으로 손실됩니다.
수반가스의 일부는 가스 처리 공장에 공급됩니다. 그로부터 정제된 건조 가스가 얻어지며 이는 가열에 사용됩니다. 또 다른 중요한 구성 요소는 경질 탄화수소의 혼합물입니다.
그런 다음 특수 설치에서 여러 부분으로 나뉩니다. 그 결과 프로판, 부탄, 이소부탄, 펜탄과 같은 탄화수소가 생성됩니다. 부피를 줄이고, 운반과 보관을 용이하게 하기 위해 녹이다.
프로판과 부탄은 주택 난방에 사용됩니다. 병에 든 가스 아니면 자동차의 경우. 그러나 대부분은 석유화학 생산의 추가 가공에 사용됩니다.
고온 가열(열분해)을 통해 모든 합성 물질(에틸렌, 프로필렌, 부타디엔 등의 단량체)의 주요 원료를 얻는 데 사용됩니다. 촉매의 영향으로 이들은 폴리머로 결합됩니다. 결과물은 고무, PVC, 폴리에틸렌 및 기타 여러 귀중한 재료입니다.
주제에 대한 결론 및 유용한 비디오
다큐멘터리는 접근 가능하고 시각적인 방식으로 가스에 대해 설명합니다.
이 교육용 영상은 주요 가스 운송에 관한 것입니다.
우리는 여전히 천연가스에 대해 모든 것을 알지 못합니다. 천연가스의 기원은 여전히 많은 미스터리를 안고 있습니다. 우리는 청색연료가 우리와 우리 후손들에게 충분할, 진정으로 무한한 선물이 되기를 바랄 뿐입니다.
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