Природный газ

<час />

Фон

Природный газ представляет собой смесь горючих газов, образующихся под землей в результате разложения органических материалов в организме растений и животных. Обычно он встречается в районах, где присутствует нефть, хотя есть несколько крупных подземных резервуаров природного газа, где нефти мало или совсем нет. Природный газ широко используется для отопления и приготовления пищи, а также для различных промышленных целей.

История

Природный газ был известен древнему человеку в виде выходов из скал и источников. Иногда молния или другие источники воспламенения могут вызывать горение этих утечек газа, что приводит к возникновению пожаров, исходящих из-под земли. Примерно в 900 <небольшом> году до н. Э. природный газ добывался из скважин в Китае. Газ сжигали, а тепло использовали для испарения морской воды с целью производства соли. К первому столетию китайцы разработали более совершенные методы вскрытия подземных резервуаров с природным газом, которые позволили им бурить скважины глубиной до 4800 футов (1460 м) в мягких грунтах. Они использовали металлические буровые коронки, вставленные в секции выдолбленных бамбуковых труб, чтобы достать газ и вывести его на поверхность.

Римляне также знали о природном газе, и Юлий Цезарь должен был стать свидетелем «горящего источника» недалеко от Гренобля, Франция. Религиозные храмы в древней Руси строились вокруг мест, где горящие выходы природного газа образовывали «вечный огонь».

В Соединенных Штатах первое намеренное использование природного газа произошло в 1821 году, когда Уильям Харт пробурил скважину, чтобы выявить неглубокий газовый карман на берегу Канадуэй-Крик недалеко от Фредонии, штат Нью-Йорк. Он пропустил газ через пустотелые бревна в соседнее здание, где сжег его для освещения. В 1865 году Fredonia Gas, Light and Waterworks Company стала первой газовой компанией в Соединенных Штатах. Первый магистральный газопровод был проложен в 25 милях (40 км) от газового месторождения до Рочестера, штат Нью-Йорк, в 1872 году. В нем также использовались полые бревна для труб. Разработка горелки Бунзена Робертом Бунзеном в 1885 году привела к интересу к использованию природного газа в качестве источника тепла и приготовления пищи в дополнение к его использованию для освещения. В 1891 году в центральной части Индианы было открыто месторождение газа высокого давления, и был построен трубопровод длиной 120 миль (192 км) для доставки газа в Чикаго, штат Иллинойс.

Несмотря на эти первые усилия, отсутствие хорошей системы распределения природного газа ограничивало его использование в тех районах, где он был обнаружен. Большая часть газа, вышедшего на поверхность в ходе бурения нефтяных скважин в более отдаленных районах, просто выбрасывалась в атмосферу или сжигалась в гигантских факелах, освещавших нефтяные месторождения днем ​​и ночью. К 1910-м годам нефтяные компании поняли, что такая практика обходится им в потенциальную прибыль, и начали агрессивную программу по прокладке газопроводов в крупные мегаполисы по всей территории Соединенных Штатов. Только после Второй мировой войны эта трубопроводная программа достигла достаточного количества городов и поселков, чтобы сделать природный газ привлекательной альтернативой электричеству и углю.

К 2000 году в США было более 600 заводов по переработке природного газа, подключенных к магистральным транспортным трубопроводам протяженностью более 300 000 миль (480 000 км). Во всем мире есть также значительные месторождения природного газа в бывшем Советском Союзе, Канаде, Китае и странах Персидского залива на Ближнем Востоке.

Сырье

Сырой природный газ состоит из нескольких газов. Основной компонент - метан. Другие компоненты включают этан, пропан, бутан и многие другие горючие углеводороды. Неочищенный природный газ может также содержать водяной пар, сероводород, диоксид углерода, азот и гелий.

Во время обработки многие из этих компонентов могут быть удалены. Некоторые из них, такие как этан, пропан, бутан, сероводород и гелий, могут быть частично или полностью удалены для переработки и продажи как отдельные товары. Другие компоненты, такие как водяной пар, диоксид углерода и азот, могут быть удалены для улучшения качества природного газа или для облегчения транспортировки газа на большие расстояния по трубопроводам.

Полученный в результате переработанный природный газ содержит в основном метан и этан, хотя такого понятия, как «типичный» природный газ не существует. Некоторые другие компоненты могут быть добавлены в обработанный газ для придания ему особых свойств. Например, добавляется химическое вещество, известное как меркаптан, чтобы придать газу характерный запах, предупреждающий людей об утечке.

Производственный процесс

Методы, используемые для добычи, обработки, транспортировки, хранения и распределения природного газа, зависят от расположения и состава неочищенного газа, а также от местоположения и применения газа конечными пользователями. Вот типичная последовательность операций, используемых для производства природного газа для отопления и приготовления пищи.

Извлечение

• 1 Некоторые подземные резервуары природного газа находятся под достаточным внутренним давлением, чтобы газ мог течь вверх по скважине и достигать поверхности Земли без дополнительной помощи. Однако для большинства скважин требуется насос для вывода газа (и нефти, если она присутствует) на поверхность. Самый распространенный насос имеет длинный шток, прикрепленный к поршню глубоко в колодце. Штанга попеременно тянется вверх и погружается обратно в колодец с помощью балки, которая медленно качается вверх и вниз на вертикальной опоре. Эту конфигурацию часто называют насосом для головы лошади, потому что форма тягового механизма на конце балки-качалки напоминает голову лошади.
• 2 Когда неочищенный природный газ достигает поверхности, он отделяется от нефти, которая может присутствовать в нем, и подается по трубопроводу на расположенный поблизости центральный газоперерабатывающий завод. Несколько сотен колодцев могут питаться одним растением.

Обработка

• 3 Около 75% сырого природного газа в Соединенных Штатах поступает из подземных резервуаров, в которых мало или совсем нет нефти. Этот газ легче перерабатывать, чем газ из нефтяных скважин. Независимо от источника, большая часть неочищенного природного газа содержит грязь, песок и водяной пар, которые необходимо удалить перед дальнейшей обработкой, чтобы предотвратить загрязнение и коррозию оборудования и трубопроводов. Грязь и песок удаляются фильтрами или уловителями возле колодца. Водяной пар обычно удаляется путем пропускания газа через колонну, заполненную гранулами твердого осушителя, такого как оксид алюминия или силикагель, или через жидкий осушитель, такой как гликоль. После очистки и сушки неочищенный газ может быть подвергнут дальнейшей переработке или может быть отправлен непосредственно на компрессорную станцию ​​и закачан в главный транспортный трубопровод.
• 4 Если неочищенный природный газ содержит большое количество более тяжелых углеводородных газов, таких как пропан и бутан, эти материалы удаляются и продаются отдельно. Наиболее распространенный метод - барботаж неочищенного газа через высокую закрытую башню, содержащую холодное абсорбционное масло, подобное керосину. Когда газ входит в контакт с холодной нефтью, более тяжелые углеводородные газы конденсируются в жидкости и задерживаются в масле. Более легкие углеводородные газы, такие как метан и этан, не конденсируются в жидкость и выходят из верхней части башни. Таким образом улавливается около 85% пропана и почти весь бутан и более тяжелые углеводороды. Затем абсорбционное масло перегоняется для удаления захваченных углеводородов, которые разделяются на отдельные компоненты в ректификационной колонне.
• 5 На данный момент природный газ содержит метан, этан и небольшое количество пропана, которое не было захвачено. Он также может содержать различное количество углекислого газа, Диаграмма, изображающая добычу природного газа из подземных источников для бытовых нужд. сероводород, азот и другие материалы. Часть этана иногда удаляют для использования в качестве сырья в различных химических процессах. Для этого водяной пар в газе дополнительно снижается с использованием одного из нескольких методов, а затем газ подвергается повторным циклам сжатия и расширения для охлаждения этана и улавливания его в виде жидкости.
• 6 Некоторые виды природного газа содержат высокий процент углекислого газа и сероводорода. Эти химические вещества могут реагировать с оставшимся водяным паром в газе с образованием кислоты, которая может вызвать коррозию. Их удаляют, пропуская газ через колонну, в то время как сверху впрыскивается струя воды, смешанная с растворителем, таким как моноэтаноламин. Растворитель вступает в реакцию с химическими веществами, и раствор сливается со дна башни для дальнейшей обработки.
• 7 Некоторые виды природного газа также содержат высокий процент азота. Поскольку азот не горит, он снижает теплотворную способность природного газа. После удаления диоксида углерода и сероводорода газ проходит процесс низкотемпературной перегонки для сжижения и отделения азота. Вместе процессы на этапах 6 и 7 иногда называют «улучшением качества» газа, потому что природный газ теперь чище и будет гореть сильнее.
• 8 Если необходимо улавливать газообразный гелий, это делается после удаления азота. Это включает в себя сложный процесс дистилляции и очистки, чтобы изолировать гелий от других газов. Природный газ - основной источник промышленного гелия в США.

Транспортировка

• 9 Меркаптан вводится в обработанный природный газ для придания ему характерного предупреждающего запаха, и газ подается по трубопроводу на компрессорную станцию, где давление повышается примерно до 200–1500 фунтов на квадратный дюйм (1380–10 350 кПа). Затем газ транспортируется по стране по одному из нескольких крупных трубопроводов, проложенных под землей. Эти трубопроводы имеют диаметр от 20 до 42 дюймов (от 51 до 107 см). Примерно каждые 100 миль (160 км) другой компрессор повышает давление газа, чтобы компенсировать небольшие потери давления, вызванные трением между газом и стенками трубы. Это поддерживает поток газа.
• 10 Когда сжатый природный газ достигает своего конечного пункта назначения, он иногда закачивается обратно в землю для хранения. Истощенные подземные газовые и нефтяные резервуары, слои пористой породы, известные как водоносные горизонты, или подземные соляные каверны могут использоваться для хранения газа. Это гарантирует бесперебойное снабжение в более холодные зимние месяцы.

Распространение

• 11 Когда газ необходим, его забирают из подземного хранилища и транспортируют по трубопроводам под давлением до 1 000 фунтов на квадратный дюйм (6 900 кПа). По этим трубопроводам газ доставляется в город или район, где он будет использоваться.
• 12 Давление снижается до менее 60 фунтов на квадратный дюйм (410 кПа), и газ распределяется по подземным трубам, которые проходят по всей территории. Перед подачей газа в каждый дом или офис давление дополнительно снижается до примерно 1,7 кПа (0,25 фунта на квадратный дюйм).

Контроль качества

Природный газ легко горит на воздухе и может сильно взорваться, если внезапно воспламенится большое количество газа. В результате мощных взрывов, вызванных утечками природного газа, сровняли с землей целые здания. В других случаях люди задыхались в закрытых помещениях, которые медленно наполнялись природным газом. Поскольку природный газ не имеет запаха, в газ добавляется меркаптан с неприятным запахом, так что даже небольшая утечка будет сразу заметна. Для защиты подземных газопроводов высокого давления в землю в нескольких футах над трубопроводом закапывают ярко-желтую пластиковую ленту, чтобы предупредить людей, которые могут копать в этом районе. Таким образом, они откроют ленту до того, как на самом деле столкнутся с трубопроводом внизу. Предупреждающие знаки также размещаются на уровне земли по всей длине трубопровода в качестве дополнительной меры предосторожности.

Будущее

Поскольку природный газ является экологически чистым топливом, он рассматривается как альтернативное топливо для автомобилей. Легковые и грузовые автомобили, работающие на сжатом природном газе (КПГ), уже используются во многих областях. Компании, использующие промышленные процессы, требующие высоких температур, также переходят на природный газ вместо других видов топлива, чтобы уменьшить загрязнение воздуха, выбрасываемое их заводами. Сюда входят компании, занимающиеся производством стали, стекла, керамики, цемента, бумаги, химикатов, алюминия и пищевых продуктов.