Fyzikální a chemické vlastnosti zemního plynu. Jak se používá plyn?

Instrukce

Zemní plyn lze použít k pohonu plynových lamp určených pro svícení. Samotný metan se používá jako surovina pro výrobu acetylenu, čpavku, metanolu a kyanovodíku.

Zemní plyn je přitom surovinovou základnou pro výrobu čpavku. Téměř tři čtvrtiny veškerého amoniaku se spotřebují na výrobu dusíkatých hnojiv.

Kyanovodík, získaný z čpavku, spolu s acetylenem slouží jako výchozí surovina pro výrobu různých syntetických vláken. Z acetylenu je možné vyrábět různé plechy, které jsou v průmyslu i v běžném životě poměrně hojně využívány. Používá se také k výrobě acetátového hedvábí.

V chemickém průmyslu se metan používá nejen k výrobě různých plastů, ale také k výrobě organických kyselin a alkoholu. Právě s využitím zemního plynu bylo možné vytvořit mnoho chemikálií, které se v přírodě nevyskytují, například polyethylen.

Zemní plyn je jedním z nejlepších druhů paliv používaných pro průmyslové a domácí potřeby. Jeho hodnota jako paliva spočívá také v tom, že toto minerální palivo je zcela ekologické. Při jeho hoření se v kombinaci s jinými druhy paliva objevuje mnohem méně škodlivých látek. Proto je zemní plyn jedním z hlavních zdrojů energie při veškeré lidské činnosti.

Vodík Ve své čisté formě se na Zemi vyskytuje zřídka, ale je velmi běžný ve sloučeninách: nachází se ve vodě, rostlinných a živočišných organismech a přírodních plynech. Ve vesmíru je to nejběžnější prvek.

budete potřebovat

• Publikace o obecné chemii nebo učebnice chemie pro ročníky 8-9.

Instrukce

Abyste mohli definovat vodík, musíte něco z toho znát. Některé z nich vám pomohou zvládnout úkol v krátkém čase, zatímco některé vyžadují pobyt v chemické laboratoři. Není nutné používat všechny metody, stačí jedna nebo dvě.
Vodík- nejjednodušší ze všech. Úkolem může být například určit vodík, který má několik nádob s neznámými plyny. V tomto případě je třeba dávat pozor na nádobu – vodík by měl být buď dnem vzhůru, nebo uzavřený (případně sklem, které lze pro další stanovení odsunout). Jinak vodík unikne. Tento plyn je bez barvy a zápachu.

Při zapálení vodík hoří nesvítivým plamenem a vzniká voda. Dobrý způsob určování, ale velmi nebezpečný, protože... Směs vodíku a kyslíku se kvůli své schopnosti explodovat nazývá oxyhydrogenový plyn. I když je třeba poznamenat, že to nebude fungovat při nízkých teplotách. Teprve při 300?C se začne tvořit malé množství vody, při 500?C dojde k požáru a při 700?C k výbuchu.

Pokud plyn prochází přes horký oxid mědi, měď se redukuje, což má za následek načervenalý kov. K provedení tohoto experimentu je nutné dodržovat bezpečnostní pravidla a nejlépe být na příslušném místě (v laboratoři).

Směs uhlovodíků, předmět náboženského uctívání, spor vědců a nejdůležitější surovinový zdroj. Je neviditelný a bez zápachu. V Rusku je toho víc než kdekoli jinde na světě.

Z čeho se zemní plyn skládá?

Základem zemního plynu je metan (CH 4) - nejjednodušší uhlovodík (organická sloučenina skládající se z atomů uhlíku a vodíku). Obvykle obsahuje i těžší uhlovodíky, homology metanu: ethan (C 2 H 6), propan (C 3 H 8), butan (C 4 H 10) a některé neuhlovodíkové nečistoty.

Zemní plyn může existovat ve formě plynových ložisek umístěných v určitých horninových vrstvách, ve formě plynových uzávěrů (nad ropou) a také v rozpuštěné nebo krystalické formě.

Zápach plynu

Je zajímavé, že žádný z těchto plynů nemá barvu ani zápach. Charakteristický nepříjemný zápach, se kterým se v běžném životě setkal snad každý člověk, je plynu uměle dán a nazývá se odorizace. Jako odoranty se obvykle používají sloučeniny obsahující síru, tedy nepříjemně zapáchající látky. Člověk cítí jeden z nejběžnějších odorantů – ethanthiol – i když jedna část této látky je v 50 milionech dílů vzduchu. Právě díky odorizaci lze snadno identifikovat úniky plynu.

Krok přidání zápachu
s nepříjemným zápachem.

Zemní plyn bez zápachu

Zemní plyn
s nepříjemným zápachem

Spor vědců

Mezi vědci stále nepanuje shoda ohledně původu zemního plynu (stejně jako ropy). Dva hlavní koncepty – biogenní a minerální – prosazují různé důvody pro tvorbu uhlovodíkových minerálů v útrobách Země.

Minerální teorie

Tvorba minerálů ve vrstvách hornin je součástí procesu odplyňování Země. Vlivem vnitřní dynamiky Země stoupají uhlovodíky umístěné ve velkých hloubkách do zóny nejnižšího tlaku, což má za následek vznik plynových a ropných ložisek.

Biogenní teorie

Živé organismy, které zemřely a klesly na dno nádrží, se rozkládaly v prostoru bez vzduchu. V důsledku geologických pohybů klesaly stále hlouběji zbytky rozložené organické hmoty pod vlivem termobarických faktorů (teplota a tlak) na uhlovodíkové minerály včetně zemního plynu.

Neviditelné póry

Docela rozšířená mylná představa je, že plyn se nachází pod zemí v jakýchsi dutinách, ze kterých se snadno úplně získává. Ve skutečnosti se plyn může nacházet uvnitř horniny, která má porézní strukturu tak jemnou, že ji lidské oko nevidí. Když držíte v rukou kus pískovce vytěženého z velkých hloubek, je docela těžké si představit, že je uvnitř obsažen zemní plyn.

Uctívání plynu

O existenci zemního plynu ví lidstvo již dlouhou dobu. A ačkoli již ve 4. století př. Kr. E. v Číně se ho naučili používat k vytápění a svícení po dlouhou dobu, jasný plamen, který nezanechává popel, byl pro některé národy předmětem mystického a náboženského kultu. Například na poloostrově Absheron (moderní území Ázerbájdžánu) byl v 7. století postaven chrám uctívačů ohně Ateshgah, ve kterém se bohoslužby konaly až do 19. století.

Mimochodem, nedaleko chrámu Ateshgah se v roce 1859 uskutečnil první pokus v Rusku (spíše krátkodobý) využít zemní plyn pro průmyslové účely – v ropné rafinérii v Baku.

Termální lampa a první plyn v Rusku

Historie ruského plynárenského průmyslu začíná v roce 1811. Poté vynálezce Pyotr Sobolevsky vytvořil první zařízení na výrobu umělého plynu - termální lampy. Poté, co o tom podal zprávu na setkání Všeruské společnosti milovníků literatury, věd a umění, byl Sobolevskij na základě výnosu Alexandra I. oceněn za svůj vynález. O pár let později, v roce 1819, se na Aptekarském ostrově v Petrohradě rozsvítily první plynové lampy. Historie plynárenství v Rusku tak začala před téměř 200 lety - v roce 2011 oslavila své výročí.

V polovině 20. let 20. století se v celém SSSR vyrobilo 227,7 milionů metrů krychlových plynu. V roce 2010 skupina Gazprom vyrobila 508,6 miliardy metrů krychlových plynu.

Rusko je na prvním místě na světě, pokud jde o zásoby zemního plynu. Podíl Gazpromu na těchto rezervách je asi 70 %. Gazprom má tedy nejbohatší zásoby zemního plynu na světě.

S příchodem 20. století začal aktivní rozvoj ruského plynárenského průmyslu: poprvé se rozvinula plynová pole, využíval se přidružený (ropný) plyn.

Ruská vynalézavost

Avšak až do 20. století v Rusku byl zemní plyn vedlejším produktem při těžbě ropy a nazýval se přidruženým plynem. Dokonce ani samotné koncepty plynových nebo plynových kondenzátových polí neexistovaly. Byly objeveny náhodou například při vrtání artéských studní. Je však znám případ, kdy při vrtání takové studny vynalézavý saratovský kupec, který místo vody viděl plameny, postavil na tomto místě továrnu na sklo a cihly. Průmyslníci si postupně začali uvědomovat, že zemní plyn může být nesmírně užitečný.

Zemní plyn je směs určitých druhů plynů, které vznikají hluboko v zemi po rozkladu sedimentárních organických hornin. Jedná se o minerál, který se musí těžit společně s ropou nebo jako samostatná látka.

Vlastnosti zemního plynu

Ve svém přirozeném stavu je plyn prezentován ve formě oddělených akumulací. Obvykle se jim říká plynová ložiska, která se hromadí v útrobách země jako plynové uzávěry. Zemní plyn lze v některých případech nalézt v hlubokých vrstvách země ve stavu úplného rozpuštění - jedná se o ropu nebo vodu. Standardní podmínky pro tvorbu plynu jsou teplota dvacet stupňů a tlak asi 0,101325 Pascalu. Za zmínku stojí, že prezentovaný nerost z přírodního ložiska se těží pouze v plynném stavu - plynové hydráty.

Hlavní vlastnosti zemního plynu jsou absence jakéhokoli zápachu a barvy. Pro detekci úniku lze přidat látky, jako jsou odoranty, které mají silný a charakteristicky nepříjemný zápach. Ve většině případů je odorant nahrazen ethylmerkaptanem. Zemní plyn je široce používán jako palivo v elektrárnách, v hutnictví železa a neželezných kovů, v podnicích cementářského a sklářského průmyslu. Může být užitečný při výrobě stavebních materiálů, pro komunální a domácí potřeby a také jako unikátní surovina pro výrobu organických sloučenin při syntéze.

V jakém stavu se plyn přepravuje?

Aby se výrazně zjednodušila úloha přepravy a dalšího skladování plynu, musí být zkapalněn. Další podmínkou je chlazení zemního plynu při stálém vysokém tlaku. Vlastnosti zemního plynu umožňují jeho přepravu v běžných lahvích.

Pro přepravu plynu v tlakové láhvi je nutné jej rozdělit, poté se bude skládat převážně z propanu, ale budou obsahovat i těžší uhlovodíky. To se děje proto, že metan a etan nemohou existovat v kapalném stavu, zvláště pokud je vzduch dostatečně teplý (18-20 stupňů). Při přepravě zemního plynu je nutné dodržet všechny požadavky a stanovené normy. Jinak se můžete dostat do výbušných situací.

Co je to zkapalněný zemní plyn?

Zkapalněný plyn je specifický stav zemního plynu, který byl ochlazen tlakem. Do tohoto stavu je přiveden zkapalněný zemní plyn, aby se lépe skladoval a nezabíral při přepravě mnoho místa. Může být tedy doručen konečnému spotřebiteli. Hustota plynu je poloviční než u benzínu. V závislosti na složení může jeho bod varu dosáhnout až 160 stupňů. Míra zkapalňování neboli ekonomický režim je až 95 procent.

Plyn, který je ve vrtech, musí být pečlivě připraven pro další přepravu, aby se dostal do podniků. Mohou to být chemické závody, kotelny, ale i městské plynárenské sítě. Význam správné přípravy spočívá v tom, že zemní plyn obsahuje různé nečistoty, které způsobují určité potíže při jeho přepravě a použití.

Jak se vyrábí plyn v Rusku

Zemní plyn vzniká smícháním různých druhů plynů, které se nacházejí v zemské kůře. Hloubka může dosáhnout téměř 2-3 kilometrů. Plyn se může objevit v důsledku podmínek vysoké teploty a tlaku. Ale přístup kyslíku do místa těžby by měl zcela chybět.

Těžba zemního plynu na území Ruské federace se dnes provádí v nejhlubším vrtu. Nachází se poblíž města Nový Urengoy, kde vrt sahá téměř šest kilometrů hluboko. Plyn v těchto hlubinách je pod silným a vysokým tlakem. Správná těžba přírodních látek zahrnuje vrtání studní. V místech, kde je plyn, je instalováno několik studní. Specialisté se snaží vrtat rovnoměrně, aby formovací tlaky měly stejné rozložení.

Chemické složení zemního plynu

Plyn, který se těží z přírodních ložisek, se skládá z uhlovodíkových a neuhlovodíkových složek. Zemní plyn je metan, který zahrnuje těžší homology – etan, propan a butan. V některých případech můžete najít přírodní látku, která obsahuje páry pentanu a hexanu. Uhlovodík obsažený v ložiskách je považován za těžký. Může vznikat výhradně při tvorbě ropy, stejně jako při přeměně rozptýlených organických látek.

Zemní plyn obsahuje kromě uhlovodíkových složek nečistoty oxid uhličitý, dusík, sirovodík, helium a argon. V některých případech plynová a ropná pole obsahují kapalné páry.

Zemní plyn je minerál ze skupiny sedimentárních hornin, který je směsí plynů. Tento zdroj vznikl v důsledku rozkladu organické hmoty v útrobách Země. Ekologové uznávají zemní plyn jako nejčistší druh fosilního paliva.

Charakteristika a druhy zemního plynu

Vlastnosti zemního plynu závisí na jeho složení. Je 1,8x lehčí než vzduch, teplota samovznícení je 650°C. Suchý plyn má hustotu od 0,68 kg/m3 do 0,85 kg/m3 a kapalný plyn má hustotu 400 kg/m3. Směs plynu a vzduchu od 5 % do 15 % objemu je výbušná. Měrné spalné teplo od 8-12 kW-h/m3. Při použití zemního plynu ve spalovacích motorech je oktanové číslo mezi 120 a 130.

Většina zemního plynu je směs plynných uhlovodíků. Hlavní část tvoří metan (CH 4 - až 98 %), dále těžké uhlovodíky - ethan C 2 H 6, propan C 3 H 8, butan C 4 H 10. Složení obsahuje i další neuhlíkové látky: vodík H2, sirovodík H2S, oxid uhličitý CO2, dusík N2, helium He.

Ve své čisté formě nemá zemní plyn barvu ani zápach. Pro snazší určení místa úniku se do něj přimíchávají odoranty, látky s nepříjemným zápachem.

Druhy zemního plynu:

• zkapalněný (LPG);
• bažina;
• olej;
• uhličitý;
• hydráty plynů;
• břidlice;
• osvětlení;
• koks;
• stlačený nebo stlačený (CNG);
• související ropa;
• po patrech a podvrstvách zemské vrstvy období křídy, odkud se dnes těží - turon, cenoman, valanginian, achimov.

Pole zemního plynu

V zásadě se ložiska zemního plynu nacházejí v sedimentárním obalu zemské kůry. Rusko má obrovské zásoby zemního plynu (pole Urengoy), v Evropě - Norsko, Holandsko, většina zemí Perského zálivu, Írán, Kanada, USA, velká ložiska jsou v Ázerbájdžánu, Uzbekistánu, Turkmenistánu a Kazachstánu. Hydráty plynu jsou přítomny v obrovském množství ve velkých hloubkách pod mořským dnem i v podzemí.

Produkce zemního plynu

Před těžbou se nejprve provádí průzkum – gravitační, magnetický, seismický nebo geochemický. Jediný spolehlivý způsob, jak zjistit, zda je pod vámi zásoba plynu, je vyvrtat studnu. Zemní plyn se nachází v hloubce jednoho kilometru. V útrobách Země se plyn nachází v mikroskopických pórech, které jsou propojeny kanálky – trhlinami, kterými pod vysokým tlakem tento důležitý zdroj proniká do pórů nižšího tlaku, až skončí uvnitř vrtů. To vše probíhá v souladu s Darcyho zákonem – filtrace plynů a kapalin v porézním médiu. Plyn vychází z hlubin v důsledku toho, že ve vrtech je pod tlakem, který je několikanásobně vyšší než tlak atmosférický.

Plyn je těžen pomocí vrtů, které jsou rovnoměrně rozmístěny po celé ploše pole. To se provádí pro zajištění rovnoměrného poklesu tlaku v zásobníku v zásobníku. Vytěžený plyn je připraven k přepravě. Plyn je přepravován potrubím, speciálními tankery a železničními cisternami.

Využití zemního plynu

Zemní plyn se používá jako vysoce ekonomické palivo pro elektrárny, cementářský a sklářský průmysl, železnou a neželeznou metalurgii, výrobu stavebních materiálů a výrobu různých organických sloučenin. Tento důležitý zdroj je využíván pro komunální a domácí potřeby. Zdroj energie pro velkoměsta, motorové palivo, barvy, lepidlo, ocet, čpavek – to vše máme díky zemnímu plynu.

V současné době je zemní plyn široce využíván v palivovém, energetickém a chemickém průmyslu.

Zemní plyn je široce používán jako levné palivo v obytných soukromých a bytových domech pro vytápění, ohřev vody a vaření. Používá se jako palivo pro automobily, kotelny a tepelné elektrárny. Jedná se o jeden z nejlepších typů paliva pro domácí a průmyslové potřeby. Hodnota zemního plynu jako paliva spočívá také v tom, že se jedná o ekologické minerální palivo. Při spalování vzniká oproti jiným druhům paliva mnohem méně škodlivých látek. Zemní plyn je proto jedním z hlavních zdrojů energie v lidské činnosti.

V chemickém průmyslu se zemní plyn používá jako surovina pro výrobu různých organických látek, například plastů, pryže, alkoholu a organických kyselin. Bylo to použití zemního plynu, které pomohlo syntetizovat mnoho chemikálií, které se v přírodě nevyskytují, například polyethylen.

Zpočátku lidé neměli tušení o blahodárných vlastnostech plynu. Při těžbě ropy se často jedná o přidružený plyn. Dříve se takový související plyn jednoduše spaloval přímo v místě výroby. V té době bylo nerentabilní přepravovat a prodávat zemní plyn, ale postupem času byly vyvinuty účinné způsoby přepravy zemního plynu ke spotřebitelům, z nichž hlavní byly plynovody. Při této metodě plyn z vrtů, dříve vyčištěný, vstupuje do potrubí pod obrovským tlakem - 75 atmosfér. Kromě toho se používá způsob přepravy zkapalněného plynu ve speciálních tankerech - nosičích plynu. Zkapalněný plyn je při přepravě a skladování bezpečnější než stlačený plyn.

A spalování zemního plynu je v řadě zemí zákonem zakázáno, ale v některých zemích se to praktikuje dodnes...

Věděli jste, že...

Čistý zemní plyn je bezbarvý a bez zápachu. Aby bylo možné odhalit únik domácího plynu čichem, přidává se do něj malé množství látek, které mají silný nepříjemný zápach. Nejčastěji se k tomuto účelu používá ethylmerkaptan.