Tout sur le gaz naturel : composition et propriétés, production et utilisation du gaz naturel
En raison de sa haute efficacité énergétique et de son respect de l’environnement, le gaz naturel, tout comme le pétrole, revêt une importance primordiale.Il est largement utilisé comme combustible et constitue également une matière première précieuse pour l’industrie chimique.
Et bien que l'utilisation du gaz soit devenue quotidienne et familière, il reste toujours une substance complexe et plutôt dangereuse : pour pénétrer dans le brûleur d'un appareil à gaz, elle passe par un chemin long et complexe.
Dans l'article, nous analyserons les principaux problèmes liés au gaz naturel inflammable - nous parlerons de sa composition et de ses propriétés, nous décrirons les étapes de production, de transport et de traitement du gaz, ainsi que la portée de son application. Considérons les idées modernes sur l'origine des réserves d'hydrocarbures, les faits et hypothèses intéressants.
Le contenu de l'article :
Qu’est-ce que le gaz naturel inflammable ?
Il existe une opinion selon laquelle le gaz se trouve sous terre dans des vides et en est facilement extrait, pour lequel il suffit de forer un puits. Mais en réalité, tout est bien plus compliqué : le gaz peut se trouver à l’intérieur d’une roche poreuse, il peut être dissous dans l’eau, les hydrocarbures liquides et le pétrole.
Pour comprendre pourquoi cela se produit, il suffit de rappeler que le mot « gaz » vient du grec «chaos", qui reflète le principe de comportement d'une substance. À l'état gazeux, les molécules se déplacent de manière chaotique, essayant de remplir uniformément tout le volume possible. De ce fait, ils sont capables de pénétrer et de se dissoudre dans d’autres substances, notamment des liquides et des minéraux plus denses. La pression et la température élevées améliorent considérablement le processus de diffusion.C’est souvent sous la forme d’un tel « cocktail » que le gaz naturel est contenu dans le sous-sol.
Mais d'abord, parlons de la composition du gaz et de ce qu'il est - examinons la composition chimique et les propriétés physiques du gaz combustible naturel.
Caractéristiques de la composition chimique
Le gaz extrait du sous-sol, dit « naturel », est un mélange de différents gaz.
Selon sa composition, il est divisé en trois groupes de composants :
- inflammable – les hydrocarbures ;
- ininflammable (ballasts) – azote, dioxyde de carbone, oxygène, hélium, vapeur d'eau ;
- nocif impuretés – le sulfure d’hydrogène et les mercaptans.
Le premier et principal groupe est un ensemble d'hydrocarbures méthanes (homologues) avec un nombre d'atomes de carbone de 1 à 5. Le pourcentage le plus élevé dans le mélange est le méthane (de 70 à 98 %), qui possède un atome de carbone. La teneur en autres gaz (éthane, propane, butane, pentane) varie d'unités à dixièmes de pour cent.
En plus des hydrocarbures, le mélange peut contenir des substances ininflammables en petites quantités : sulfure d'hydrogène, azote, dioxyde de carbone, monoxyde de carbone, hydrogène et autres. Mais selon les domaines, les proportions d’hydrocarbures, comme la composition des autres gaz, peuvent varier considérablement.
Propriétés physiques du gaz
Selon les propriétés physiques du méthane CH4 incolore et inodore, très inflammable. À des concentrations dans l’air supérieures à 4,5 % – explosif. Cette propriété, combinée à l’absence d’odeur, constitue une menace et un problème majeurs. Surtout dans les mines, puisque le méthane est absorbé par le charbon.
Nous avons écrit sur les causes des explosions de gaz dans les conditions domestiques de ce materiel.
Pour donner une odeur au gaz afin de détecter ses fuites, des substances spéciales à odeur désagréable - des odorants - y sont ajoutées avant le transport. Le plus souvent, il s'agit de composés soufrés - éthanethiol ou éthylmercaptan. La proportion d'impuretés est choisie de manière à ce qu'une fuite soit perceptible à une concentration de gaz de 1 %.
D’où vient le gaz dans les profondeurs de la terre ?
Bien que les hommes aient appris à utiliser le gaz il y a plus de 200 ans, il n’existe toujours pas de consensus sur l’origine du gaz dans les entrailles de la Terre.
Principales théories d'origine
Il existe deux théories principales sur son origine :
- minéral, ce qui explique la formation de gaz par les processus de dégazage des hydrocarbures des couches plus profondes et plus denses de la terre et leur remontée vers des zones à plus faible pression ;
- biologique (biogène), selon lequel le gaz est le produit de la décomposition des restes d'organismes vivants dans des conditions de pression, de température et de manque d'air élevés.
Dans un champ, le gaz peut se présenter sous la forme d’une accumulation séparée, d’un bouchon de gaz, d’une solution dans le pétrole ou dans l’eau, ou d’hydrates de gaz. Dans ce dernier cas, les gisements sont situés dans des roches poreuses entre des couches d'argile étanches aux gaz. Le plus souvent, ces roches sont du grès compacté, des carbonates et des calcaires.
Étant donné que le gaz est plus léger que le pétrole et que l’eau est plus lourde, la position des minéraux dans le réservoir est toujours la même : le gaz est au-dessus du pétrole et l’eau soutient l’ensemble du champ de pétrole et de gaz par le bas.
Le gaz présent dans la formation est sous pression. Plus les dépôts sont profonds, plus ils sont élevés. En moyenne, tous les 10 mètres, l'augmentation de pression est de 0,1 MPa. Il existe des couches avec une pression anormalement élevée. Par exemple, dans les gisements Achimov du champ d'Urengoy, il atteint 600 atmosphères et plus à une profondeur de 3 800 à 4 500 m.
Faits et hypothèses intéressants
Il n'y a pas si longtemps, on pensait que les réserves mondiales de pétrole et de gaz devraient être épuisées au début du 21e siècle. Par exemple, le géophysicien américain Hubbert, qui fait autorité, a écrit à ce sujet en 1965.
Selon le docteur en sciences géologiques et minéralogiques V.V. Polevanova, ces idées fausses sont dues au fait que la théorie de l'origine organique du pétrole et du gaz est encore généralement acceptée et domine l'esprit de la plupart des scientifiques. Bien que toujours D.I. Mendeleev a étayé la théorie de l'origine inorganique profonde du pétrole, puis cela a été prouvé par Kudryavtsev et V.R. Larine.
Mais de nombreux faits vont à l’encontre de l’origine organique des hydrocarbures.
En voici quelques uns:
- des gisements ont été découverts jusqu'à 11 km de profondeur, dans des sous-sols cristallins, où l'existence de matière organique n'est même pas théoriquement possible ;
- avec l'aide de la théorie organique, seuls 10 % des réserves d'hydrocarbures peuvent être expliqués, les 90 % restants sont inexplicables ;
- La sonde spatiale Cassini a découvert en 2000 sur Titan, la lune de Saturne, de gigantesques ressources en hydrocarbures sous forme de lacs, plusieurs ordres de grandeur plus grands que ceux de la Terre.
L'hypothèse d'une Terre initialement hydride avancée par Larin explique l'origine des hydrocarbures par la réaction de l'hydrogène avec le carbone dans les profondeurs de la terre et le dégazage ultérieur du méthane.
Selon lui, il n’existe aucun gisement ancien de la période jurassique. L’ensemble du pétrole et du gaz aurait pu se former il y a entre 1 000 et 15 000 ans. À mesure que la sélection progresse, les réserves peuvent être progressivement reconstituées, ce qui a été constaté dans les champs de pétrole épuisés et abandonnés depuis longtemps.
Comment s’effectuent l’extraction et le transport ?
Le processus d’extraction du gaz combustible naturel commence par la construction de puits. Selon la présence de la formation gazeuse, leur profondeur peut atteindre 7 km. Au fur et à mesure que le forage progresse, un tuyau (tubage) est descendu dans le puits. Pour empêcher le gaz de s'échapper à travers l'espace entre le tuyau et les parois du puits, un bouchage est effectué - en remplissant l'espace avec de l'argile ou du ciment.
À la fin de la construction, le derrick est retiré et l'arbre de Noël est installé sur la tête du tubage. Il s'agit d'une structure de vannes à vanne et est utilisée pour extraire le gaz du puits.
Le nombre de puits peut être assez important.
Le cycle complet de production de gaz combustible naturel se déroule en trois étapes :
- Développement de gisements de gaz. Suite au forage, une différence de pression est créée. De ce fait, le gaz traverse la formation jusqu'aux puits.
- Exploitation de puits de gaz. A ce stade, le gaz traverse le boîtier.
- Collecte et préparation au transport. Le gaz de tous les arbres de Noël est fourni à des complexes technologiques spéciaux de l'usine de traitement du gaz. Ils sèchent le gaz, nettoyage des impuretés nocives.
Même de faibles concentrations de sulfure d'hydrogène, de vapeur d'eau ou de particules solides entraînent une corrosion rapide, la formation d'hydrates et des dommages mécaniques à la surface interne du pipeline.
La préparation finale pour le transport a lieu au siège. Il comprend le post-traitement et l'élimination des condensats d'hydrocarbures, le refroidissement du gaz pour réduire son volume.
Le principal type de transport de gaz sur de longues distances est gazoduc principal. Il s'agit d'un système de structures d'ingénierie complexes allant des pipelines eux-mêmes jusqu'aux installations de stockage souterraines.
Au point final du gazoduc se trouvent des stations de distribution de gaz (GDS). Ici, le nettoyage final des poussières et des impuretés liquides a lieu, la pression est réduite au niveau requis par les consommateurs, elle est stabilisée, la consommation de gaz est prise en compte et un odorisant est ajouté.
Un autre type courant de transport de méthane est le transport maritime par des navires spéciaux - les transporteurs de gaz.
La transformation du gaz à l'état liquide est effectuée dans des usines spéciales de GNL. Le processus se déroule en deux étapes : d’abord, le méthane est refroidi à -50 °C, puis à -163 °C. Dans le même temps, son volume diminue de 600 fois.
Traitement et champ d'application
La haute inflammabilité du gaz naturel détermine son utilisation principale. Il est utilisé comme combustible dans les usines, les usines, les centrales thermiques, les chaufferies, les institutions, les bâtiments résidentiels, les installations agricoles et bien d'autres. Nous vous recommandons de lire le règlement utilisation du gaz au quotidien.
La production et le raffinage du pétrole s’accompagnent toujours du rejet de gaz associé. Dans certains cas, ses volumes peuvent être impressionnants et s'élever jusqu'à 300 mètres cubes par mètre cube de pétrole brut.
Mais il existe un grand nombre de gisements dans lesquels le gaz naturel associé n'est pas utilisé, mais est torché. Par exemple, dans toute la Russie, jusqu'à 25 % des matières premières utiles sont ainsi perdues.
Une partie du gaz associé est fournie aux usines de traitement du gaz. On en obtient du gaz sec purifié, qui est utilisé pour le chauffage. Un autre composant précieux est un mélange d’hydrocarbures légers.
Il est ensuite divisé en fractions dans des installations spéciales. Le résultat est des hydrocarbures tels que le propane, le butane, l'isobutane et le pentane. Pour réduire le volume, faciliter leur transport et leur stockage liquéfier.
Le propane et le butane sont utilisés pour chauffer les maisons gaz en bouteille ou pour les voitures. Mais la majeure partie est destinée à une transformation ultérieure dans la production pétrochimique.
Par chauffage à haute température (pyrolyse), ils permettent d'obtenir la matière première principale de tous les matériaux synthétiques - les monomères : éthylène, propylène, butadiène. Sous l'influence de catalyseurs, ils se combinent en polymères. Le résultat est des matériaux aussi précieux que le caoutchouc, le PVC, le polyéthylène et bien d’autres.
Conclusions et vidéo utile sur le sujet
Le documentaire raconte le gaz de manière accessible et visuelle :
Ce film pédagogique est consacré aux principaux transports de gaz :
On ne sait pas encore tout sur le gaz naturel : son origine recèle encore de nombreux mystères. Nous ne pouvons qu’espérer que le carburant bleu soit véritablement un don inépuisable qui suffira à nous et à nos descendants.
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