Semua tentang gas alam: komposisi dan sifat, produksi dan penggunaan gas alam

Proses ekstraksi bahan bakar biru

Sebelum produksi gas dilakukan proses eksplorasi geologi. Mereka memungkinkan Anda untuk secara akurat menentukan volume dan sifat terjadinya deposit. Saat ini, beberapa metode pengintaian digunakan.

Gravitasi - berdasarkan perhitungan massa batuan. Lapisan yang mengandung gas dicirikan oleh kepadatan yang jauh lebih rendah.

Magnetik - memperhitungkan permeabilitas magnetik batuan. Melalui survei aeromagnetik dimungkinkan untuk memperoleh gambaran lengkap tentang endapan hingga kedalaman 7 km.

Tujuan dari teknik ini

Seismik - menggunakan radiasi yang dipantulkan saat melewati usus. Gema ini mampu menangkap alat ukur khusus.

Geokimia - komposisi air tanah dipelajari dengan menentukan kandungan zat yang terkait dengan medan gas di dalamnya.

Pengeboran adalah metode yang paling efektif, tetapi pada saat yang sama yang paling mahal dari yang terdaftar. Oleh karena itu, sebelum digunakan, diperlukan studi pendahuluan terhadap batuan tersebut.

Metode pengeboran sumur untuk produksi gas alam

Setelah lapangan diidentifikasi dan volume awal endapan diperkirakan, proses produksi gas langsung berjalan. Sumur dibor hingga kedalaman lapisan mineral. Untuk mendistribusikan tekanan bahan bakar biru yang naik secara merata, sumur dibuat dengan tangga atau teleskopik (seperti teleskop).

Sumur diperkuat dengan pipa selubung dan disemen. Untuk mengurangi tekanan secara merata dan mempercepat proses produksi gas, beberapa sumur dibor sekaligus dalam satu lapangan. Naiknya gas melalui sumur dilakukan secara alami - gas bergerak ke zona bertekanan lebih rendah.

Karena gas mengandung berbagai kotoran setelah ekstraksi, langkah selanjutnya adalah pemurniannya. Untuk memastikan proses ini, fasilitas industri yang sesuai untuk pemurnian dan pemrosesan gas sedang dibangun di dekat lapangan.

Sistem pemurnian gas alam

Penambangan menggunakan tambang batu bara

Lapisan batubara mengandung metana dalam jumlah besar, ekstraksi yang tidak hanya memungkinkan untuk mendapatkan bahan bakar biru, tetapi juga memastikan operasi yang aman dari perusahaan pertambangan batubara. Metode ini banyak digunakan di Amerika Serikat.

Arahan utama penggunaan dan pemrosesan metana

Metode rekahan hidrolik

Ketika gas diproduksi dengan metode ini, aliran air atau udara disuntikkan melalui sumur.Dengan demikian, gas dipindahkan.

Metode ini dapat menyebabkan ketidakstabilan seismik pada batuan pecah, sehingga dilarang di beberapa negara bagian.

Fitur produksi bawah air

Untuk pertama kalinya di Rusia, produksi gas di ladang Kirinskoye dilakukan menggunakan kompleks produksi bawah air

Cadangan gas ada, kecuali di darat, dan di bawah air. Negara kita memiliki deposit bawah laut yang luas. Produksi bawah air dilakukan dengan menggunakan platform gravitasi berat. Mereka terletak di pangkalan yang terletak di dasar laut. Pengeboran sumur dilakukan dengan kolom yang terletak di pangkalan. Tangki ditempatkan pada platform untuk menyimpan gas yang diekstraksi. Kemudian diangkut ke darat melalui pipa.

Platform ini menyediakan kehadiran konstan orang yang melakukan pemeliharaan kompleks. Jumlahnya bisa sampai 100 orang. Fasilitas ini dilengkapi dengan catu daya otonom, platform untuk helikopter, dan ruang staf.

Ketika deposit terletak di dekat pantai, sumur dilakukan secara miring. Mereka mulai di darat, meninggalkan pangkalan di bawah dasar laut. Produksi dan transportasi gas dilakukan secara standar.

Asal gas alam:

Ada dua teori tentang asal usul gas alam: teori biogenik (organik) dan teori abiogenik (anorganik, mineral).

Untuk pertama kalinya, teori biogenik tentang asal usul gas alam diungkapkan pada tahun 1759 oleh M.V. Lomonosov. Di masa lalu geologis Bumi yang jauh, organisme hidup yang mati (tumbuhan dan hewan) tenggelam ke dasar badan air, membentuk sedimen berlumpur. Sebagai hasil dari berbagai proses kimia, mereka terurai di ruang tanpa udara.Karena pergerakan kerak bumi, sisa-sisa ini tenggelam lebih dalam dan lebih dalam, di mana, di bawah pengaruh suhu tinggi dan tekanan tinggi, mereka berubah menjadi hidrokarbon: gas alam dan minyak. Hidrokarbon dengan berat molekul rendah (yaitu gas alam yang tepat) terbentuk pada suhu dan tekanan yang lebih tinggi. Hidrokarbon molekul tinggi - minyak - dengan ukuran lebih kecil. Hidrokarbon, menembus ke dalam rongga kerak bumi, membentuk endapan ladang minyak dan gas. Seiring waktu, endapan organik dan endapan hidrokarbon ini turun jauh ke kedalaman satu kilometer hingga beberapa kilometer - mereka ditutupi dengan lapisan batuan sedimen atau di bawah pengaruh pergerakan geologis kerak bumi.

Teori mineral asal usul gas alam dan minyak dirumuskan pada tahun 1877 oleh D.I. Mendeleev. Dia melanjutkan dari fakta bahwa hidrokarbon dapat terbentuk di perut bumi pada suhu dan tekanan tinggi sebagai akibat dari interaksi uap super panas dan karbida logam berat cair (terutama besi). Sebagai hasil dari reaksi kimia, oksida besi dan logam lainnya terbentuk, serta berbagai hidrokarbon dalam keadaan gas. Dalam hal ini, air masuk jauh ke dalam perut bumi melalui celah-celah di kerak bumi. Hidrokarbon yang dihasilkan, berada dalam keadaan gas, pada gilirannya naik melalui retakan dan patahan yang sama ke zona dengan tekanan paling rendah, akhirnya membentuk deposit gas dan minyak. Proses ini, menurut D.I. Mendeleev dan pendukung hipotesis, terjadi sepanjang waktu. Oleh karena itu, pengurangan cadangan hidrokarbon dalam bentuk minyak dan gas tidak mengancam umat manusia.

metana

Selain itu, metana juga ditemukan di tambang batu bara, yang karena sifatnya yang eksplosif, merupakan ancaman serius bagi para penambang. Metana juga dikenal dalam bentuk ekskresi di rawa - rawa gas.

Tergantung pada kandungan metana dan gas hidrokarbon (berat) lainnya dari seri metana, gas dibagi menjadi kering (miskin) dan berlemak (kaya).

• Gas kering termasuk gas terutama komposisi metana (hingga 95 - 96%), di mana kandungan homolog lainnya (etana, propana, butana dan pentana) tidak signifikan (fraksi persen). Mereka lebih merupakan karakteristik deposit gas murni, di mana tidak ada sumber pengayaan dalam komponen beratnya yang merupakan bagian dari minyak.
• Gas basah adalah gas dengan kandungan senyawa gas "berat" yang tinggi. Selain metana, mereka mengandung puluhan persen etana, propana, dan senyawa dengan berat molekul lebih tinggi hingga heksana. Campuran lemak lebih merupakan karakteristik gas terkait yang menyertai endapan minyak.

Gas yang mudah terbakar adalah sahabat umum dan alami minyak di hampir semua endapannya yang diketahui, yaitu. minyak dan gas tidak dapat dipisahkan karena komposisi kimia yang terkait (hidrokarbon), asal yang sama, kondisi migrasi dan akumulasi dalam perangkap alam dari berbagai jenis.

Pengecualian adalah apa yang disebut minyak "mati". Ini adalah minyak yang dekat dengan permukaan siang hari, sepenuhnya dihilangkan gasnya karena penguapan (penguapan) tidak hanya gas, tetapi juga fraksi ringan dari minyak itu sendiri.

Minyak seperti itu dikenal di Rusia di Ukhta. Ini adalah minyak yang berat, kental, teroksidasi, hampir tidak cair yang diproduksi dengan metode penambangan yang tidak konvensional.

Deposito gas murni tersebar luas di dunia, di mana tidak ada minyak, dan gas ditopang oleh perairan formasi. Di Rusia, ladang gas super-raksasa telah ditemukan di Siberia Barat: Urengoyskoye dengan cadangan 5 triliun meter kubik. m3, Yamburgskoye - 4,4 triliun. m3, Zapolyarnoye - 2,5 triliun. m3, Medvezhye - 1,5 triliun. m3.

Namun, minyak dan gas dan ladang minyak adalah yang paling luas. Bersama dengan minyak, gas terjadi baik di tutup gas, mis. atas minyak, atau dalam keadaan terlarut dalam minyak. Kemudian disebut gas terlarut. Pada intinya, minyak dengan gas terlarut di dalamnya mirip dengan minuman berkarbonasi. Pada tekanan reservoir yang tinggi, sejumlah besar gas terlarut dalam minyak, dan ketika tekanan turun ke tekanan atmosfer selama proses produksi, minyak dihilangkan gasnya, yaitu. gas dilepaskan dengan cepat dari campuran gas-minyak. Gas semacam itu disebut gas terkait.

Pendamping alami hidrokarbon adalah karbon dioksida, hidrogen sulfida, nitrogen, dan gas inert (helium, argon, kripton, xenon) yang ada di dalamnya sebagai pengotor.

Angkutan

Persiapan gas untuk transportasi

Meskipun di beberapa lapangan gas memiliki komposisi kualitas yang sangat tinggi, pada umumnya gas alam bukanlah produk jadi. Selain tingkat komponen target (di mana komponen target dapat bervariasi tergantung pada pengguna akhir), gas mengandung kotoran yang menyulitkan pengangkutan dan penggunaan yang tidak diinginkan.

Misalnya, uap air dapat mengembun dan menumpuk di berbagai tempat di dalam pipa, paling sering membengkok, sehingga menghambat pergerakan gas.Hidrogen sulfida adalah zat yang sangat korosif yang berdampak buruk pada saluran pipa, peralatan terkait, dan tangki penyimpanan.

Untuk itu, sebelum dikirim ke pipa minyak utama atau ke pabrik petrokimia, gas tersebut melalui prosedur persiapan di pabrik pengolahan gas (GPP).

Tahap pertama persiapan adalah pembersihan dari kotoran yang tidak diinginkan dan pengeringan. Setelah itu, gas dikompresi - dikompresi ke tekanan yang diperlukan untuk pemrosesan. Secara tradisional, gas alam dikompresi ke tekanan 200-250 bar, yang menghasilkan pengurangan 200-250 kali dalam volume yang terisi.

Berikutnya adalah tahap topping: di instalasi khusus, gas dipisahkan menjadi bensin alam yang tidak stabil dan gas buang. Ini adalah gas yang dilucuti yang dikirim ke pipa gas utama dan produksi petrokimia.

Bensin alami yang tidak stabil diumpankan ke pabrik fraksinasi gas, di mana hidrokarbon ringan diekstraksi darinya: etana, propana, butana, pentana. Zat-zat ini juga merupakan bahan baku yang berharga, khususnya untuk produksi polimer. Dan campuran butana dan propana adalah produk siap pakai yang digunakan, khususnya, sebagai bahan bakar rumah tangga.

pipa gas

Jenis utama transportasi gas alam adalah pemompaannya melalui pipa.

Diameter standar pipa pipa gas utama adalah 1,42 m.Gas dalam pipa dipompa di bawah tekanan 75 atm. Saat bergerak di sepanjang pipa, gas, karena mengatasi gaya gesekan, secara bertahap kehilangan energi, yang dihamburkan dalam bentuk panas. Dalam hal ini, pada interval tertentu, stasiun kompresor pemompaan khusus sedang dibangun di atas pipa gas. Pada mereka, gas dikompresi ke tekanan yang diperlukan dan didinginkan.

Untuk pengiriman langsung ke konsumen, pipa dengan diameter lebih kecil dialihkan dari pipa gas utama - jaringan distribusi gas.

pipa gas

transportasi LNG

Apa yang harus dilakukan dengan daerah yang sulit dijangkau yang jauh dari jaringan pipa gas utama? Di daerah seperti itu, gas diangkut dalam keadaan cair (gas alam cair, LNG) dalam tangki kriogenik khusus melalui laut dan darat.

Melalui laut, gas cair diangkut dengan kapal pengangkut gas (LNG tanker), kapal yang dilengkapi dengan tangki isotermal.

LNG juga diangkut melalui transportasi darat, baik kereta api maupun jalan raya. Untuk ini, tangki berdinding ganda khusus digunakan yang dapat mempertahankan suhu yang diperlukan untuk waktu tertentu.

Dari mana asal gas di perut bumi?

Meskipun orang belajar menggunakan gas lebih dari 200 tahun yang lalu, masih belum ada konsensus tentang dari mana asal gas di perut bumi.

Teori asal utama

Ada dua teori utama asal-usulnya:

• mineral, menjelaskan pembentukan gas oleh proses degassing hidrokarbon dari lapisan bumi yang lebih dalam dan lebih padat dan mengangkatnya ke zona dengan tekanan lebih rendah;
• organik (biogenik), yang menurutnya gas adalah produk penguraian sisa-sisa organisme hidup dalam kondisi tekanan tinggi, suhu dan kekurangan udara.

Di lapangan, gas bisa dalam bentuk akumulasi terpisah, tutup gas, larutan dalam minyak atau air, atau hidrat gas. Dalam kasus terakhir, endapan terletak di batuan berpori di antara lapisan tanah liat yang kedap gas.Paling sering, batuan tersebut adalah batu pasir yang dipadatkan, karbonat, batugamping.

Pangsa lapangan gas konvensional hanya 0,8%. Persentase yang sedikit lebih besar dicatat oleh gas dalam, batu bara, dan serpih - dari 1,4 hingga 1,9%. Jenis endapan yang paling umum adalah gas dan hidrat yang larut dalam air - kira-kira dalam proporsi yang sama (masing-masing 46,9%)

Karena gas lebih ringan dari minyak dan air lebih berat, posisi fosil dalam reservoir selalu sama: gas berada di atas minyak, dan air menopang seluruh ladang minyak dan gas dari bawah.

Gas di reservoir berada di bawah tekanan. Semakin dalam deposit, semakin tinggi itu. Rata-rata, untuk setiap 10 meter, peningkatan tekanan adalah 0,1 MPa. Ada lapisan dengan tekanan tinggi yang tidak normal. Misalnya, di endapan Achimov di ladang Urengoyskoye, ia mencapai 600 atmosfer dan lebih tinggi pada kedalaman 3800 hingga 4500 m.

Fakta dan hipotesis menarik

Belum lama ini, diyakini bahwa cadangan minyak dan gas dunia seharusnya sudah habis pada awal abad ke-21. Misalnya, ahli geofisika Amerika Hubbert menulis tentang ini pada tahun 1965.

Hingga saat ini, banyak negara terus meningkatkan laju produksi gasnya. Tidak ada tanda-tanda nyata bahwa cadangan hidrokarbon akan habis

Menurut doktor ilmu geologi dan mineralogi V.V. Polevanov, kesalahpahaman semacam itu disebabkan oleh fakta bahwa teori asal usul organik minyak dan gas masih diterima secara umum dan dimiliki oleh sebagian besar ilmuwan. Meskipun D.I. Mendeleev memperkuat teori asal usul minyak dalam anorganik, dan kemudian dibuktikan oleh Kudryavtsev dan V.R. Larin.

Tetapi banyak fakta yang menentang asal usul organik hidrokarbon.

Berikut adalah beberapa di antaranya:

• deposit ditemukan pada kedalaman hingga 11 km, di dasar kristal, di mana keberadaan bahan organik bahkan tidak dapat teoritis;
• menggunakan teori organik, hanya 10% cadangan hidrokarbon yang dapat dijelaskan, 90% sisanya tidak dapat dijelaskan;
• Wahana antariksa Cassini ditemukan pada tahun 2000 di bulan Saturnus, Titan, sumber daya hidrokarbon raksasa dalam bentuk danau beberapa kali lipat lebih besar daripada yang ada di Bumi.

Hipotesis Bumi yang awalnya hidrida yang diajukan oleh Larin menjelaskan asal usul hidrokarbon melalui reaksi hidrogen dengan karbon di kedalaman bumi dan pelepasan gas metana selanjutnya.

Menurutnya, tidak ada endapan kuno dari periode Jurassic. Semua minyak dan gas bisa terbentuk antara 1.000 dan 15.000 tahun yang lalu. Saat cadangan ditarik, mereka dapat secara bertahap mengisi kembali, yang terlihat di ladang minyak yang telah lama terkuras dan terbengkalai.

Klasifikasi dan properti

Gas alam dibagi menjadi 3 kategori utama. Mereka dijelaskan oleh karakteristik berikut:

1. Tidak termasuk keberadaan hidrokarbon di mana lebih dari 2 senyawa karbon. Mereka disebut kering dan hanya diperoleh di tempat-tempat yang dimaksudkan untuk ekstraksi.
2. Seiring dengan bahan baku utama, gas cair dan kering dan bensin gas, dicampur satu sama lain, diproduksi.
3. Ini mengandung sejumlah besar hidrokarbon berat dan gas kering. Ada juga persentase kecil dari kotoran. Ini diekstraksi dari endapan jenis kondensat gas.

Gas alam dianggap sebagai komposisi campuran, di mana ada beberapa subspesies zat tersebut. Karena alasan inilah tidak ada rumus pasti untuk komponen tersebut. Yang utama adalah metana, yang mengandung lebih dari 90%. Ini adalah yang paling tahan terhadap suhu. Lebih ringan dari udara dan sedikit larut dalam air.Ketika dibakar di udara terbuka, api biru dihasilkan. Ledakan paling kuat terjadi jika Anda menggabungkan metana dengan udara dengan perbandingan 1:10. Jika seseorang menghirup konsentrasi besar elemen ini, maka kesehatannya dapat terganggu.

Ini digunakan sebagai bahan baku dan bahan bakar industri. Hal ini juga aktif digunakan untuk mendapatkan nitromethane, asam format, freon dan hidrogen. Dengan pemecahan ikatan hidrokarbon di bawah pengaruh arus dan suhu, asetilena, yang digunakan dalam industri, diperoleh. Asam hidrosianat terbentuk ketika amonia dioksidasi dengan metana.

Komposisi gas alam memiliki daftar komponen sebagai berikut:

1. Etana adalah zat gas tidak berwarna. Saat terbakar, itu menyala dengan lemah. Praktis tidak larut dalam air, tetapi dalam alkohol dapat dengan perbandingan 3:2. Itu belum digunakan sebagai bahan bakar. Tujuan utama penggunaan adalah produksi etilen.
2. Propana adalah jenis bahan bakar yang digunakan dengan baik yang tidak larut dalam air. Selama pembakaran, sejumlah besar panas dilepaskan.
3. Butana - dengan bau tertentu, toksisitas rendah. Ini memiliki efek negatif pada kesehatan manusia: dapat mempengaruhi sistem saraf, menyebabkan aritmia dan asfiksia.
4. Nitrogen dapat digunakan untuk menjaga lubang bor pada tekanan yang sesuai. Untuk mendapatkan unsur ini, udara perlu dicairkan dan dipisahkan dengan cara distilasi. Ini digunakan untuk pembuatan amonia.
5. Karbon dioksida - senyawa dapat berubah menjadi gas dari keadaan padat pada tekanan atmosfer.Itu ditemukan di udara dan di mata air mineral, dan juga dilepaskan saat makhluk bernafas. Ini adalah bahan tambahan makanan.
6. Hidrogen sulfida adalah elemen yang agak beracun. Ini dapat berdampak negatif pada fungsi sistem saraf manusia. Ini memiliki bau telur busuk, aftertaste manis dan tidak berwarna. Sangat larut dalam etanol. Tidak bereaksi dengan air. Diperlukan untuk produksi sulfit, asam sulfat dan belerang.
7. Helium dianggap sebagai zat yang unik. Itu bisa menumpuk di kerak bumi. Itu diperoleh dengan membekukan gas di dalamnya. Ketika dalam keadaan gas, itu tidak memanifestasikan dirinya secara lahiriah, dalam keadaan cair dapat mempengaruhi jaringan hidup. Itu tidak mampu meledak dan menyala. Tetapi jika ada konsentrasi besar di udara, itu dapat menyebabkan mati lemas. Digunakan untuk mengisi kapal udara dan balon, saat bekerja dengan permukaan logam.
8. Argon adalah gas tanpa karakteristik eksternal. Ini digunakan saat memotong dan mengelas bagian logam, serta untuk meningkatkan umur simpan produk makanan (karena zat ini, air dan udara dipindahkan).

Sifat fisik sumber daya alam adalah sebagai berikut: suhu pembakaran spontan adalah 650 derajat Celcius, massa jenis gas alam adalah 0,68-0,85 (dalam bentuk gas) dan 400 kg / m3 (cair). Ketika dicampur dengan udara, konsentrasi 4,4-17% dianggap eksplosif. Bilangan oktan dari fosil adalah 120-130. Ini dihitung berdasarkan rasio komponen yang mudah terbakar dengan yang sulit teroksidasi selama kompresi. Nilai kalorinya kira-kira sama dengan 12 ribu kalori per 1 meter kubik. Konduktivitas termal gas dan minyak adalah sama.

Ketika udara ditambahkan, sumber alami dapat dengan cepat menyala. Dalam kondisi domestik, itu naik ke langit-langit. Di situlah api dimulai. Ini karena ringannya metana. Tapi udara sekitar 2 kali lebih berat dari elemen ini.

Metode pemrosesan gas alam

Sebelum memasok gas alam ke pipa gas utama, bahan baku ini tidak perlu dimurnikan lebih lanjut, keunggulan ini dibandingkan minyak (yang harus menjalani perawatan primer sebelum dimasukkan ke dalam pipa minyak), menghasilkan penghematan biaya transportasi yang signifikan.

Sebelum mendapatkan komposisi kimia dan produksi akhir, campuran gas tersebut diproses secara sekunder di pabrik industri kimia, yang, tergantung pada teknologi yang digunakan, dibagi menjadi metode pemrosesan gas utama dan sekunder.

pemrosesan fisik

Metode ini didasarkan pada indikator fisik dan energi. Bahan fosil yang ditambang mengalami kompresi yang dalam dan dipisahkan menjadi fraksi oleh paparan suhu tinggi.

Selama transisi dari suhu rendah ke tinggi, bahan mentah dibersihkan secara intensif dari kotoran. Penggunaan kompresor yang kuat memungkinkan pemrosesan di lokasi produksi gas. Saat memompa gas dari formasi bantalan minyak, pompa minyak digunakan, yang relatif murah.

Sifat gas alam

Penggunaan reaksi kimia

Selama pemrosesan katalitik kimia, ada proses yang terkait dengan transisi metana menjadi gas yang disintesis, diikuti dengan pemrosesan. Metode kimia melibatkan penggunaan dua metode:

• uap, konversi karbon dioksida;
• oksidasi parsial.

Metode terakhir adalah yang paling hemat energi dan nyaman, karena laju reaksi kimia selama oksidasi parsial cukup tinggi, dan tidak perlu menggunakan katalis tambahan.

Penggunaan suhu tinggi dan rendah sebagai alat untuk mempengaruhi bahan baku fosil disebut metode termokimia pengolahan gas alam. Di bawah pengaruh suhu pada bahan baku ini, terbentuk senyawa kimia seperti etilen, propilena, dll. Kompleksitas pengolahan jenis ini terletak pada penggunaan peralatan yang mampu menghasilkan panas hingga 11 ribu derajat sambil meningkatkan tekanan hingga tiga atmosfer.

Teknologi modern untuk memproses gas alam menggunakan sintesis tambahan metana, yang memungkinkan untuk menggandakan jumlah hidrogen yang dihasilkan. Hidrogen adalah bahan baku alami dari mana amonia diisolasi, yang merupakan bahan untuk produksi asam nitrat, komponen amonium, anilin, dll.