Fyzikální a chemické vlastnosti zemního plynu. Výroba a využití zemního plynu

2024 Autor: Angel Austin | [email protected]. Naposledy změněno: 2023-12-17 05:20

Plynné skupenství látky je nejběžnější ve srovnání s ostatními agregovanými parametry sloučenin. Ve skutečnosti jsou v tomto stavu:

• stars;
• mezihvězdný prostor;
• planety;
• atmosphere;
• kosmos jako celek.

Hlavními rozlišovacími vlastnostmi plynů jsou slabé mezimolekulární interakce v krystalové mřížce, díky kterým se projevují všechny hlavní charakteristiky těchto látek. Plynů je určitě hodně. My však zvážíme to nejdůležitější a třetí nejčastější na naší planetě – přirozené.

Složení přírodního plynu

Pokud charakterizujeme kvalitativní složení zemního plynu, pak musíme hned rozlišit složky dvou skupin: organické a anorganické. Protože, i když se běžně věří, že se skládá z metanu, není to tak úplně pravda.

Mezi organické přísady patří:

• methan – CH₄;
• propan - C₃H₈;
• butan - С₄Н₁₀;
• ethane - C₂N₄;
• těžšíuhlovodíky s více než pěti atomy uhlíku.

Anorganické složky zahrnují následující sloučeniny:

• vodík (v malých množstvích) - H₂;
• oxid uhličitý – CO₂;
• helium – ne;
• dusík – N₂;
• sirovodík - H₂S.

Jaké přesně bude složení konkrétní směsi závisí na zdroji, tedy na loži. Stejné důvody vysvětlují různé fyzikální a chemické vlastnosti zemního plynu. Každý z nich je však těžen a každý má také svou hodnotu. Jen se nějaký druh používá jako palivo a nasycený cizími nečistotami je příliš mastný používaný v chemickém průmyslu pro syntézu sloučenin.

Fyzikální a chemické vlastnosti zemního plynu

Abyste mohli přesně specifikovat takové parametry, měli byste vědět, jaké přesně je složení plynné směsi. Koneckonců, pokud v něm dominuje metan (až 97 %), pak mohou být charakteristiky dány se zaměřením na něj.

Pokud je přebytek anorganických složek nebo těžkých uhlovodíků (až několik procent), pak se fyzikální a chemické vlastnosti zemního plynu dramaticky mění.

Proto lze zadat pouze přibližné fyzické limity.

1. Teplota samovznícení - 650-700⁰C.
2. Oktanové číslo – 120-130.
3. Žádná barva, chuť ani vůně.
4. Lehčí než vzduch téměř 2krát, snadno se koncentruje v horních vrstvách místnosti.
5. Hustota ve formě normálního stavu (plyn) - 0, 68-0,85 kg/m³.
6. Za standardních podmínek být vždy v plynném stavu agregátu.
7. Při smíchání se vzduchem v objemech 5-15% je výbušný.
8. Spalné teplo je asi 46 MJ/m³.

Kromě toho je třeba poznamenat i chemickou stránku parametrů zemního plynu.

1. Je to vysoce hořlavá látka, schopná samovznícení s jiskrou i bez jiskry při určité teplotě.
2. Jelikož hlavní složkou je metan, má všechny své chemické vlastnosti.
3. Vstup do substituce, dehydrogenace, pyrolýzy, refrakčních reakcí.
4. Stlačuje a zkapalňuje při nízkých teplotách a vysokých tlacích.

Je zřejmé, že takové fyzikální a chemické vlastnosti zemního plynu určují širokou škálu jeho využití v průmyslu.

Speciální vlastnost zemního plynu

Zvláštní vlastností dané sloučeniny je schopnost tvořit usazeniny hydrátů plynu, to znamená být v pevném stavu. Tyto struktury představují objemy zemního plynu absorbované tvorbou molekul vody v poměru 1/220. Proto jsou taková ložiska extrémně bohatými horninami. Místa jejich koncentrace v přírodě:

• hluboké spodní vrstvy oceánů;
• akumulace permafrostu.

Podmínky existence – hydrodynamický tlak a nízké teploty.

Pole přírodního plynu

Pokud mluvíme o obsahu přirozenéhoplyn v přírodě, je možné identifikovat hlavní místa koncentrace:

1. Jedná se o sedimentární horninu, minerál, který vznikal po mnoho tisíciletí anaerobním rozkladem organické hmoty v hlubokých vrstvách zemské kůry.
2. Rozpuštěný v podzemní vodě.
3. Obsahuje ropu a tvoří nad ní olejový a plynový uzávěr.
4. Vyskytuje se ve formě plynných hydrátů ve vrstvách mořského dna a na místech Dálného severu.

Pokud označíme distribuci plynových polí teritoriálně, pak vedoucími jsou tyto země:

• Rusko.
• Země Perského zálivu.
• USA.
• Kanada.
• Írán.
• Kazachstán.
• Ázerbájdžán.
• Uzbekistán.
• Norsko.
• Turkmenistán.
• Nizozemsko.

Produkce ve světě je ročně asi 3643 miliard m³ ročně. Z toho pouze Rusko představuje 673,46 miliard mil.³.

Teplota zemního plynu, při které hoří, je 650 ⁰C. To znamená, že toto je indikátor, při kterém je schopen samovznícení. V tomto případě se uvolňuje větší množství tepelné energie než při spalování jakéhokoli jiného druhu paliva. To samozřejmě nemohlo ovlivnit oblasti použití této látky.

Proto je mnoho zemí, které nemají zásoby zemního plynu, nuceno jej dovážet z jiných států. Přeprava se provádí několika způsoby:

• průchozí potrubí v plynném stavu;
• v nádržích po moři – v kapalné formě;
• inželezniční cisternové vozy - zkapalněné.

Každá cesta má své výhody a nevýhody. Zejména námořní a železniční možnosti jsou bezpečnější, protože chemická aktivita zkapalněného plynu v chlazených lahvích je mnohem nižší než v plynném stavu. Potrubí zvyšuje přenosovou vzdálenost a její objemy, navíc je tato metoda ekonomicky životaschopná.

Metan v zemním plynu

Methan je hlavní surovinovou složkou přírodní směsi. Jeho obsah se pohybuje od 70-98%. Sám o sobě je to třetí nejběžnější plyn na planetě, který je součástí ropy, mezihvězdného prostoru a atmosféry jiných planet.

Z hlediska chemie je metan nasycený uhlovodík patřící k řadě nasycených alifatických sloučenin. Vůbec první zástupce alkanů neboli parafinů. Jeho chemická aktivita je nízká, je celkem klidný. Reaktivní:

• replacement;
• úplná oxidace;
• konverze.

Hoří bezbarvým nekuřáckým plamenem, bez zápachu.

Druhy zemního plynu

Existují tři hlavní typy dotyčné látky.

1. Suchý zemní plyn je takový, ve kterém je přítomno více než 97 % metanu. To znamená, že obsah nečistot, včetně jiných uhlovodíků, je extrémně nízký.
2. Skinny plyn. Toto je název směsi obsahující malé množství těžkých uhlovodíků.
3. Tlustý zemní plyn je takový, který je bohatý na těžké uhlovodíky a anorganické složky (dusík, vodík, helium, argon, oxid uhličitý, sirovodík).

Takový koncept, jako je koeficient suchosti plynu, umožňuje hodnotit kvalitu surovin, ze kterých se budou produkty v budoucnu vyrábět. Zemní plyn sám o sobě je totiž pouze základ. Různá průmyslová odvětví vyžadují různé produkty, takže jsou pečlivě zpracovány a zušlechtěny tak, aby splňovaly specifické požadavky.

Kvalita produktu

Kvalita zemního plynu přímo závisí na složení. Pokud převládá metan, pak bude takový produkt nejlepším zdrojem paliva. Pokud jde především o složení mastných uhlovodíků, pak pro chemický průmysl jsou takové suroviny nejvhodnější.

Abychom mohli dodávat zemní plyn správné kvality, existují speciální chemické závody, kde prochází důkladným čištěním a zpracováním před další expedicí do cílové destinace. Pracovní metody budou záviset na zamýšleném použití produktu.

Pokud se tedy například používá pro domácí účely, pak se do něj přidávají speciální odoranty, zejména merkaptany. To se děje tak, že plyn začne zapáchat, protože pak v případě úniku bude snadné jej zjistit. Všechny merkaptany mají silný zápach.

Využití zemního plynu

Spotřeba zemního plynu v mnoha průmyslových odvětvíchprůmysl a zařízení. Například:

• CHP.
• Kotelny.
• Plynové motory.
• Chemická výroba (výroba plastů a jiných materiálů).
• Pohonné hmoty pro auta.
• Vytápění obytných prostor.
• Vaření jídla.

Proto je světová produkce této suroviny tak vysoká a dovoz a vývoz se odhaduje na miliardy dolarů.

Environmentální

Z hlediska čistoty pro přírodu neexistuje lepší zdroj paliva než zemní plyn. Ekologické organizace plně schvalují jeho používání. V posledních letech však spalování zemního plynu vede k akumulaci jednoho z reakčních produktů – oxidu uhličitého.

A protože patří mezi skleníkové plyny, jeho hromadění je pro planetu velmi nebezpečné. Proto se provádějí četné práce, vyvíjejí se projekty na ochranu ekologického stavu planety před hrozícím skleníkovým efektem.