Tudo sobre gás natural: composição e propriedades, produção e utilização do gás natural
Devido à sua elevada eficiência energética e respeito pelo ambiente, o gás natural, juntamente com o petróleo, é de suma importância.É amplamente utilizado como combustível e também serve como matéria-prima valiosa para a indústria química.
E embora o uso do gás tenha se tornado cotidiano e familiar, ele ainda continua sendo uma substância complexa e bastante perigosa - para entrar no queimador de um aparelho a gás, ele percorre um caminho longo e complexo.
No artigo analisaremos as principais questões relacionadas ao gás natural inflamável - falaremos sobre sua composição e propriedades, descreveremos as etapas de produção, transporte e processamento do gás e o escopo de sua aplicação. Consideremos ideias modernas sobre a origem das reservas de hidrocarbonetos, fatos e hipóteses interessantes.
O conteúdo do artigo:
O que é gás natural inflamável?
Existe a opinião de que o gás fica no subsolo em vazios e de lá é facilmente extraído, bastando perfurar um poço. Mas, na realidade, tudo é muito mais complicado: o gás pode estar dentro de uma rocha porosa, pode ser dissolvido em água, hidrocarbonetos líquidos e óleo.
Para entender por que isso acontece, basta lembrar que a palavra “gás” vem do grego “caos", que reflete o princípio de comportamento de uma substância. No estado gasoso, as moléculas se movem de forma caótica, tentando preencher uniformemente todo o volume possível. Devido a isso, são capazes de penetrar e dissolver-se em outras substâncias, incluindo líquidos mais densos e minerais. A alta pressão e a temperatura melhoram significativamente o processo de difusão.Muitas vezes é na forma de um “coquetel” que o gás natural está contido no subsolo.
Mas primeiro, vamos falar sobre em que consiste o gás e o que ele é - vamos dar uma olhada na composição química e nas propriedades físicas do gás combustível natural.
Características da composição química
O gás extraído do subsolo, denominado “natural”, é uma mistura de diversos gases.
De acordo com sua composição, está dividido em três grupos de componentes:
- inflamável – hidrocarbonetos;
- não inflamável (reatores) – nitrogênio, dióxido de carbono, oxigênio, hélio, vapor de água;
- prejudicial impurezas – sulfureto de hidrogénio e mercaptanos.
O primeiro e principal grupo é um conjunto de hidrocarbonetos de metano (homólogos) com número de átomos de carbono de 1 a 5. O maior percentual na mistura é o metano (de 70 a 98%), que possui um átomo de carbono. O conteúdo de outros gases (etano, propano, butano, pentano) varia de unidades a décimos de por cento.
Além dos hidrocarbonetos, a mistura pode conter em pequenas quantidades substâncias não inflamáveis: sulfeto de hidrogênio, nitrogênio, dióxido de carbono, monóxido de carbono, hidrogênio e outros. Mas, dependendo da área, as proporções de hidrocarbonetos, assim como a composição de outros gases, podem variar significativamente.
Propriedades físicas do gás
De acordo com as propriedades físicas do metano CH4 incolor e inodoro, muito inflamável. Em concentrações de ar superiores a 4,5% – explosivo. Esta propriedade, aliada à ausência de odor, representa uma grande ameaça e problema. Principalmente nas minas, já que o metano é absorvido pelo carvão.
Escrevemos sobre as causas das explosões de gás em condições domésticas em este material.
Para dar odor ao gás e detectar seus vazamentos, antes do transporte, são adicionadas substâncias especiais com odor desagradável - odorantes. Na maioria das vezes, são compostos contendo enxofre - etanotiol ou etil mercaptano. A proporção da impureza é selecionada de modo que um vazamento seja perceptível a uma concentração de gás de 1%.
De onde vem o gás nas profundezas da terra?
Embora as pessoas tenham aprendido a usar gás há mais de 200 anos, ainda não há consenso sobre a origem do gás nas entranhas da Terra.
Principais teorias de origem
Existem duas teorias principais sobre sua origem:
- mineral, que explica a formação de gases pelos processos de desgaseificação de hidrocarbonetos das camadas mais profundas e densas da terra e sua ascensão para zonas de menor pressão;
- orgânico (biogênico), segundo o qual o gás é o produto da decomposição de restos de organismos vivos sob condições de alta pressão, temperatura e falta de ar.
Num 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 arenitos compactados, carbonatos e calcários.
Como o gás é mais leve que o petróleo e a água é mais pesada, a posição dos minerais no reservatório é sempre a mesma: o gás está em cima do petróleo e a água sustenta todo o campo de petróleo e gás por baixo.
O gás na formação está sob pressão. Quanto mais profundos os depósitos, maior será. 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 Urengoy, atinge 600 atmosferas e mais a uma profundidade de 3.800 a 4.500 m.
Fatos e hipóteses interessantes
Não faz muito tempo, acreditava-se que as reservas mundiais de petróleo e gás deveriam se esgotar no início do século XXI. Por exemplo, o respeitado geofísico americano Hubbert escreveu sobre isso em 1965.
Segundo o Doutor em Ciências Geológicas e Mineralógicas V.V. Polevanova, tais equívocos são causados pelo fato de que a teoria da origem orgânica do petróleo e do gás ainda é geralmente aceita e domina as mentes da maioria dos cientistas. Embora ainda D.I. Mendeleev fundamentou a teoria da origem inorgânica profunda do petróleo, e então isso foi comprovado 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 embasamentos cristalinos, onde a existência de matéria orgânica não pode sequer ser teoricamente possível;
- com a ajuda da teoria orgânica, apenas 10% das reservas de hidrocarbonetos podem ser explicadas, os restantes 90% são inexplicáveis;
- A sonda espacial Cassini descobriu em 2000 na lua de Saturno, Titã, gigantescos recursos de hidrocarbonetos na forma de lagos, várias ordens de magnitude maiores que os da Terra.
A hipótese de uma Terra inicialmente hídrica apresentada por Larin explica a origem dos hidrocarbonetos através da reação do hidrogênio com o carbono nas profundezas da terra e a subsequente desgaseificação do metano.
Segundo ele, não existem depósitos antigos do período Jurássico. Todo o petróleo e gás poderiam ter se formado entre 1 e 15 mil anos atrás. À medida que a selecção prossegue, as reservas podem ser gradualmente repostas, o que tem sido observado em campos petrolíferos há muito esgotados e abandonados.
Como é feita a extração e o transporte?
O processo de extração do gás natural combustível começa com a construção de poços. Dependendo da ocorrência da formação gasosa, sua profundidade pode chegar a 7 km. À medida que a perfuração avança, um tubo (revestimento) é baixado no poço. Para evitar que o gás escape pelo espaço entre a tubulação e as paredes do poço, é feito o entupimento - preenchendo a lacuna com argila ou cimento.
Ao final da construção, a torre é retirada e a árvore de Natal é instalada no cabeçote. É uma estrutura de válvulas gaveta e é utilizada para extrair gás do poço.
O número de poços pode ser bastante grande.
Todo o ciclo de produção de gás natural combustível ocorre em três etapas:
- Desenvolvimento de campo de gás. Como resultado da perfuração, é criada uma diferença de pressão. Devido a isso, o gás passa pela formação até os poços.
- Operação de poços de gás. Nesta fase, o gás percorre o invólucro.
- Coleta e preparação para transporte. O gás de todas as árvores de Natal é fornecido aos complexos tecnológicos especiais da estação de tratamento de gás. Eles secam o gás, limpeza de impurezas prejudiciais.
Mesmo pequenas concentrações de sulfeto de hidrogênio, vapor d'água ou partículas sólidas levam à rápida corrosão, formação de hidrato e danos mecânicos à superfície interna da tubulação.
A preparação final para o transporte ocorre na cabeceira. Inclui pós-tratamento e remoção de condensado de hidrocarbonetos, resfriamento de gás para reduzir seu volume.
O principal tipo de transporte de gás em longas distâncias é gasoduto principal. É um sistema de estruturas de engenharia complexas, desde os próprios dutos até instalações de armazenamento subterrâneo.
No ponto final do gasoduto existem postos de distribuição de gás (GDS). Aqui ocorre a limpeza final do pó e das impurezas líquidas, a pressão é reduzida ao nível exigido pelos consumidores, é estabilizada, o consumo de gás é levado em consideração e um odor é adicionado.
Outro tipo comum de transporte de metano é o transporte marítimo por navios especiais - transportadores de gás.
A transformação do gás em estado líquido é realizada em plantas especiais de GNL. O processo ocorre em duas etapas: primeiro, o metano é resfriado a -50 °C e depois a -163 °C. Ao mesmo tempo, seu volume diminui 600 vezes.
Processamento e âmbito de aplicação
A alta inflamabilidade do gás natural determina seu principal uso. É utilizado como combustível em fábricas, fábricas, usinas termelétricas, caldeiras, instituições, edifícios residenciais, instalações agrícolas e muitos outros. Recomendamos que você leia as regras uso de gás na vida cotidiana.
A produção e refino de petróleo são sempre acompanhadas pela liberação do gás associado. Em alguns casos, seus volumes podem ser impressionantes e chegar a 300 metros cúbicos por metro cúbico de petróleo bruto.
Mas há um grande número de campos onde o gás natural associado não é utilizado, mas sim queimado. Por exemplo, em toda a Rússia, até 25% das matérias-primas úteis são perdidas desta forma.
Parte do gás associado é fornecido às plantas de processamento de gás. A partir dele se obtém gás seco purificado, que é utilizado para aquecimento. Outro componente valioso é uma mistura de hidrocarbonetos leves.
Em seguida, é dividido em frações em instalações especiais. O resultado são hidrocarbonetos como propano, butano, isobutano e pentano. Para reduzir o volume, facilidade de transporte e armazenamento dos mesmos liquefazer.
Propano e butano são usados para aquecimento de casas gás engarrafado ou para carros. Mas a maior parte vai para processamento posterior na produção petroquímica.
Por aquecimento em alta temperatura (pirólise), são utilizados para obter a principal matéria-prima de todos os materiais sintéticos - monômeros: etileno, propileno, butadieno. Sob a influência de catalisadores eles são combinados em polímeros. A saída são materiais valiosos como borracha, PVC, polietileno e muitos outros.
Conclusões e vídeo útil sobre o tema
O documentário fala sobre o gás de forma acessível e visual:
Este filme educativo é dedicado aos principais transportes de gás:
Ainda não sabemos tudo sobre o gás natural – a sua origem ainda guarda muitos mistérios. Só podemos esperar que o combustível azul seja verdadeiramente um presente inesgotável que será suficiente para nós e para os nossos descendentes.
Você ainda tem dúvidas depois de ler o material acima? Ou deseja complementar o artigo com comentários úteis, fatos interessantes ou fotografias? Escreva seus comentários, faça perguntas, participe da discussão - o formulário de feedback está localizado abaixo.