Gamtinių dujų fizinės ir cheminės savybės. Gamtinių dujų gamyba ir naudojimas

2024 Autorius: Angel Austin | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2023-12-17 05:34

Medžiagos dujinė būsena yra labiausiai paplitusi, palyginti su kitais junginių suvestiniais parametrais. Iš tiesų, šios būsenos yra:

• žvaigždės;
• tarpžvaigždinė erdvė;
• planetos;
• atmosfera;
• visas kosmosas.

Pagrindinės skiriamosios dujų savybės yra silpna tarpmolekulinė sąveika kristalinėje gardelėje, dėl kurios pasireiškia visos pagrindinės šių medžiagų savybės. Tikrai yra daug dujų. Tačiau mes laikysime svarbiausią ir trečią pagal dažnumą mūsų planetoje – natūralią.

Gamtinių dujų sudėtis

Jei apibūdintume gamtinių dujų kokybinę sudėtį, iš karto turime išskirti dviejų grupių komponentus: organinius ir neorganinius. Kadangi, nors paprastai manoma, kad jį sudaro metanas, tai nėra visiškai tiesa.

Ekologiški ingredientai:

• metanas – CH₄;
• propanas – C₃H₈;
• butanas – С₄Н₁₀;
• etanas – C₂N₄;
• sunkesnisangliavandeniliai, turintys daugiau nei penkis anglies atomus.

Neorganiniai komponentai apima šiuos junginius:

• vandenilis (mažais kiekiais) - H₂;
• anglies dioksidas – CO₂;
• helis – ne;
• azotas – N₂;
• vandenilio sulfidas – H₂S.

Kokia tiksliai bus konkretaus mišinio sudėtis, priklauso nuo š altinio, ty nuo nuosėdų. Tos pačios priežastys paaiškina įvairias gamtinių dujų fizines ir chemines savybes. Tačiau bet kuris iš jų yra iškasamas, ir kiekvienas taip pat turi vertę. Tiesiog tam tikra rūšis naudojama kaip kuras, o prisotintas pašalinių priemaišų yra per riebus, naudojamas chemijos pramonėje junginių sintezei.

Gamtinių dujų fizinės ir cheminės savybės

Norėdami tiksliai nurodyti tokius parametrus, turėtumėte žinoti, kokia tiksliai yra dujų mišinio sudėtis. Juk jei jame vyrauja metanas (iki 97 proc.), tuomet galima pateikti charakteristikas, sutelkiant dėmesį į jį.

Jei yra neorganinių komponentų arba sunkiųjų angliavandenilių perteklius (iki kelių procentų), gamtinių dujų fizinės ir cheminės savybės labai pasikeičia.

Todėl gali būti nurodytos tik apytikslės fizinės ribos.

1. Savaitinio užsidegimo temperatūra – 650–700⁰C.
2. Oktaninis skaičius – 120–130.
3. Jokios spalvos, skonio ar kvapo.
4. Beveik 2 kartus lengvesnis už orą, lengvai susikoncentruoja viršutiniuose kambario sluoksniuose.
5. Tankis normalios būsenos (dujų) pavidalu - 0, 68-0,85 kg/m³.
6. Standartinėmis sąlygomis visada būkite dujinės agregatinės būsenos.
7. Sumaišytas su oru 5–15 %, jis yra sprogus.
8. Degimo šiluma yra apie 46 MJ/m³.

Be to, reikėtų atkreipti dėmesį ir į gamtinių dujų parametrų cheminę pusę.

1. Tai labai degi medžiaga, galinti savaime užsidegti su kibirkštimi ir be jos tam tikroje temperatūroje.
2. Kadangi pagrindinis komponentas yra metanas, jis turi visas chemines savybes.
3. Įveskite į pakeitimo, dehidrogenavimo, pirolizės, refrakcijos reakcijas.
4. Suspaudžia ir suskystėja esant žemai temperatūrai ir aukštam slėgiui.

Akivaizdu, kad tokios gamtinių dujų fizinės ir cheminės savybės lemia platų jų panaudojimo pramonėje spektrą.

Ypatinga gamtinių dujų savybė

Ypatinga nagrinėjamo junginio savybė yra gebėjimas sudaryti dujų hidrato nuosėdas, ty būti kietos būsenos. Šios struktūros atspindi gamtinių dujų tūrį, kurį sugeria susidarant vandens molekulėms santykiu 1/220. Todėl tokie telkiniai yra itin turtingos uolienos. Jų koncentracijos vietos gamtoje:

• vandenynų dugno sluoksniai;
• amžinojo įšalo sankaupos.

Egzistavimo sąlygos – hidrodinaminis slėgis ir žema temperatūra.

Gamtinių dujų telkiniai

Jei kalbėtume apie natūralų turinįdujos gamtoje, galima nustatyti pagrindines koncentracijos vietas:

1. Tai nuosėdinė uoliena, mineralas, susidaręs per daugelį tūkstantmečių anaerobiškai skaidant organines medžiagas giliuose žemės plutos sluoksniuose.
2. Ištirpsta požeminiame vandenyje.
3. Įeina į alyvą, virš jos sudaro alyvos ir dujų dangtelį.
4. Atsiranda dujų hidratų pavidalu jūros dugno sluoksniuose ir Tolimosios Šiaurės taškuose.

Jei žymime dujų telkinių pasiskirstymą teritoriniu požiūriu, lyderiauja šios šalys:

• Rusija.
• Persijos įlankos šalys.
• JAV.
• Kanada.
• Iranas.
• Kazachstanas.
• Azerbaidžanas.
• Uzbekistanas.
• Norvegija.
• Turkmėnija.
• Nyderlandai.

Pasaulyje kasmet pagaminama apie 3643 mlrd. m³ per metus. Iš jų tik Rusijai tenka 673,46 mlrd. m³.

Gamtinių dujų temperatūra, kurioje jos dega, yra 650 ⁰C. Tai yra, tai yra rodiklis, kai jis gali savaime užsidegti. Tokiu atveju išsiskiria didesnis šiluminės energijos kiekis nei deginant bet kurį kitą kurą. Žinoma, tai turėjo įtakos šios medžiagos naudojimo sritims.

Todėl daugelis šalių, kurios neturi gamtinių dujų atsargų, yra priverstos importuoti jas iš kitų valstybių. Transportavimas vykdomas keliais būdais:

• dujotiekiu;
• cisternose jūroje – skysto pavidalo;
• ingeležinkelio cisternos – suskystinti.

Kiekvienas kelias turi savo privalumų ir trūkumų. Visų pirma, jūra ir geležinkelis yra saugesni, nes suskystintų dujų cheminis aktyvumas šaldomuose balionuose yra daug mažesnis nei dujinių. Dujotiekis padidina perdavimo atstumą ir jo apimtį, be to, šis metodas yra ekonomiškai pagrįstas.

Metanas gamtinėse dujose

Metano dujos yra pagrindinė natūralaus mišinio žaliava. Jo kiekis svyruoja nuo 70 iki 98%. Tai yra trečios pagal dažnumą dujos planetoje, kurios yra naftos, tarpžvaigždinės erdvės ir kitų planetų atmosferos dalis.

Chemijos požiūriu metano dujos yra sotieji angliavandeniliai, priklausantys daugeliui sočiųjų alifatinių junginių. Pats pirmasis alkanų ar parafinų atstovas. Jo cheminis aktyvumas mažas, gana ramus. Reaktyvus:

• pakeitimas;
• visiška oksidacija;
• konversijos.

Dega bespalve nerūkoma liepsna, neturi kvapo.

Gamtinių dujų rūšys

Yra trys pagrindiniai nagrinėjamos medžiagos tipai.

1. Sausos gamtinės dujos – tai dujos, kuriose yra daugiau nei 97 % metano. Tai reiškia, kad priemaišų, įskaitant kitus angliavandenilius, kiekis yra labai mažas.
2. Skinny gas. Tai mišinio, kuriame yra nedidelis kiekis sunkiųjų angliavandenilių, pavadinimas.
3. Tiršosios gamtinės dujos yra tokios, kuriose gausu sunkiųjų angliavandenilių ir neorganinių komponentų (azoto, vandenilio, helio, argono, anglies dioksido, vandenilio sulfido).

Tokia sąvoka kaip dujų sausumo koeficientas leidžia įvertinti žaliavų, iš kurių ateityje bus gaminami produktai, kokybę. Juk pačios gamtinės dujos yra tik bazė. Įvairioms pramonės šakoms reikalingi skirtingi produktai, todėl jie yra kruopščiai apdorojami ir rafinuojami, kad atitiktų konkrečius reikalavimus.

Produkto kokybė

Gamtinių dujų kokybė tiesiogiai priklauso nuo sudėties. Jei vyrauja metanas, toks produktas bus geriausias kuro š altinis. Jei daugiausia riebalų angliavandenilių sudėtyje, tai chemijos pramonei tokios žaliavos yra tinkamiausios.

Siekiant tiekti tinkamos kokybės gamtines dujas, yra specialios chemijos gamyklos, kuriose jos kruopščiai išvalomos ir apdorojamos prieš išsiunčiant į galutinę paskirties vietą. Darbo metodai priklausys nuo numatomo gaminio naudojimo.

Taigi, pavyzdžiui, jei jis naudojamas buitiniais tikslais, į jį pridedami specialūs kvapikliai, ypač merkaptanai. Tai daroma taip, kad dujos imtų smirdėti, nes tada nutekėjus bus nesunku aptikti. Visi merkaptanai turi stiprų kvapą.

Gamtinių dujų naudojimas

Gamtinių dujų suvartojimas daugelyje pramonės šakųpramonė ir įrenginiai. Pavyzdžiui:

• CHP.
• Katilinės.
• Dujiniai varikliai.
• Chemijos gamyba (plastmasių ir kitų medžiagų gamyba).
• Degalai automobiliams.
• Gyvenamųjų patalpų šildymas.
• Maisto gaminimas.

Štai kodėl pasaulyje šios žaliavos pagaminama tokia didelė, o importas ir eksportas vertinami milijardais dolerių.

Aplinkosauga

Kalbant apie švarą gamtai, nėra geresnio kuro š altinio nei gamtinės dujos. Aplinkosaugos organizacijos visiškai pritaria jo naudojimui. Tačiau pastaraisiais metais deginant gamtines dujas kaupiasi vienas iš reakcijos produktų – anglies dioksidas.

Ir kadangi jis priklauso šiltnamio efektą sukeliančioms dujoms, jo sankaupos yra labai pavojingos planetai. Todėl atliekami keli darbai, kuriami projektai, skirti apsaugoti planetos ekologinę būklę nuo gresiančio šiltnamio efekto.