Fyzikálne a chemické vlastnosti zemného plynu. Ako sa používa plyn?

Pokyny

Zemný plyn je možné použiť ako palivo do plynových lámp určených na svietenie. Samotný metán sa používa ako surovina na výrobu acetylénu, čpavku, metanolu a kyanovodíka.

Zemný plyn je zároveň surovinovou základňou na výrobu čpavku. Takmer tri štvrtiny všetkého amoniaku sa spotrebujú na výrobu dusíkatých hnojív.

Kyanovodík, získaný z amoniaku, spolu s acetylénom slúži ako východisková surovina na výrobu rôznych syntetických vlákien. Z acetylénu je možné vyrábať rôzne plechy, ktoré sú pomerne široko používané v priemysle aj v každodennom živote. Používa sa aj na výrobu acetátového hodvábu.

V chemickom priemysle sa metán používa nielen na výrobu rôznych plastov, ale aj na výrobu organických kyselín a alkoholu. S využitím zemného plynu bolo možné vytvoriť množstvo chemikálií, ktoré sa v prírode nevyskytujú, napríklad polyetylén.

Zemný plyn je jedným z najlepších druhov paliva používaného pre priemyselné a domáce potreby. Jeho hodnota ako paliva spočíva aj v tom, že toto minerálne palivo je celkom šetrné k životnému prostrediu. Pri jeho horení sa v kombinácii s inými druhmi paliva objavuje oveľa menej škodlivých látok. Preto je zemný plyn jedným z hlavných zdrojov energie v celej ľudskej činnosti.

Vodík Vo svojej čistej forme sa na Zemi vyskytuje zriedkavo, ale je veľmi bežný v zlúčeninách: nachádza sa vo vode, rastlinných a živočíšnych organizmoch a prírodných plynoch. Vo vesmíre je to najbežnejší prvok.

Budete potrebovať

• Publikácia o všeobecnej chémii alebo učebnica chémie pre 8. – 9. ročník.

Pokyny

Aby ste mohli definovať vodík, musíte z neho niečo vedieť. Niektoré z nich vám pomôžu zvládnuť úlohu v krátkom čase, niektoré vyžadujú pobyt v chemickom laboratóriu. Nie je potrebné použiť všetky metódy, stačí jedna alebo dve.
Vodík- najjednoduchšie zo všetkých. Úlohou môže byť napríklad určiť vodík, ktorý má niekoľko nádob s neznámymi plynmi. V tomto prípade si treba dať pozor na nádobu – vodík by mal byť buď hore dnom, alebo uzavretý (prípadne sklom, ktoré je možné odsunúť na ďalšie stanovenie). V opačnom prípade vodík unikne. Tento plyn je bez farby a zápachu.

Pri zapálení vodík horí nesvietivým plameňom a vzniká voda. Dobrý spôsob určenia, ale veľmi nebezpečný, pretože... Zmes vodíka a kyslíka sa nazýva výbušný plyn, pretože má schopnosť explodovať. Aj keď treba poznamenať, že pri nízkych teplotách to nebude fungovať. Až pri 300?C sa začne vytvárať malé množstvo vody, pri 500?C dôjde k požiaru a pri 700?C k výbuchu.

Ak plyn prechádza cez horúci oxid medi, meď sa redukuje, čo vedie k červenkastému kovu. Na vykonanie tohto experimentu je potrebné dodržiavať bezpečnostné pravidlá a najlepšie byť na vhodnom mieste (v laboratóriu).

Zmes uhľovodíkov, predmet náboženského uctievania, spor medzi vedcami a najdôležitejší surovinový zdroj. Je neviditeľný a bez zápachu. V Rusku je ho viac ako kdekoľvek inde na svete.

Z čoho pozostáva zemný plyn?

Základom zemného plynu je metán (CH 4) – najjednoduchší uhľovodík (organická zlúčenina pozostávajúca z atómov uhlíka a vodíka). Zvyčajne obsahuje aj ťažšie uhľovodíky, homológy metánu: etán (C 2 H 6), propán (C 3 H 8), bután (C 4 H 10) a niektoré neuhľovodíkové nečistoty.

Zemný plyn môže existovať vo forme plynových ložísk umiestnených v určitých horninových vrstvách, vo forme plynových uzáverov (nad ropou) a tiež v rozpustenej alebo kryštalickej forme.

Zápach plynu

Je zaujímavé, že žiadny z týchto plynov nemá farbu ani zápach. Charakteristický nepríjemný zápach, s ktorým sa v bežnom živote stretol takmer každý človek, je plynom umelo daný a nazýva sa odorizácia. Ako odoranty sa zvyčajne používajú zlúčeniny obsahujúce síru, to znamená nepríjemne zapáchajúce látky. Človek cíti jeden z najbežnejších odorantov – etántiol – aj keď jedna časť tejto látky je v 50 miliónoch častí vzduchu. Práve vďaka odorizácii možno ľahko identifikovať úniky plynu.

Krok pridávania zápachu
s nepríjemným zápachom.

Zemný plyn bez zápachu

Zemný plyn
s nepríjemným zápachom

Spor vedcov

O pôvode zemného plynu (rovnako ako ropy) medzi vedcami stále nepanuje zhoda. Dva hlavné koncepty – biogénne a minerálne – uvádzajú rôzne dôvody pre tvorbu uhľovodíkových minerálov v útrobách Zeme.

Teória minerálov

Tvorba minerálov v horninových vrstvách je súčasťou procesu odplyňovania Zeme. V dôsledku vnútornej dynamiky Zeme uhľovodíky nachádzajúce sa vo veľkých hĺbkach stúpajú do zóny najnižšieho tlaku, čo vedie k tvorbe ložísk plynu a ropy.

Biogénna teória

Živé organizmy, ktoré zomreli a klesli na dno nádrží, sa rozložili v priestore bez vzduchu. V dôsledku geologických pohybov stále hlbšie klesali zvyšky rozloženej organickej hmoty pod vplyvom termobarických faktorov (teplota a tlak) na uhľovodíkové minerály vrátane zemného plynu.

Neviditeľné póry

Pomerne bežnou mylnou predstavou je, že plyn sa nachádza pod zemou v akýchsi dutinách, z ktorých sa dá ľahko úplne vytiahnuť. V skutočnosti sa plyn môže nachádzať vo vnútri horniny, ktorá má poréznu štruktúru tak jemnú, že ju ľudské oko nevidí. Keď držíte v rukách kus pieskovca vyťaženého z veľkých hĺbok, je dosť ťažké si predstaviť, že je vo vnútri obsiahnutý zemný plyn.

Uctievanie plynu

O existencii zemného plynu vie ľudstvo už dlho. A hoci už v 4. storočí pred Kr. e. v Číne sa ho naučili dlho používať na kúrenie a svietenie, jasný plameň, ktorý nezanecháva popol, bol pre niektoré národy predmetom mystického a náboženského kultu. Napríklad na polostrove Absheron (moderné územie Azerbajdžanu) bol v 7. storočí postavený chrám uctievačov ohňa Ateshgah, v ktorom sa bohoslužby konali až do 19. storočia.

Mimochodom, neďaleko chrámu Ateshgah sa v roku 1859 uskutočnil prvý pokus v Rusku (skôr krátkodobý) využiť zemný plyn na priemyselné účely – v ropnej rafinérii v Baku.

Termálna lampa a prvý plyn v Rusku

História ruského plynárenského priemyslu sa začína v roku 1811. Potom vynálezca Pyotr Sobolevsky vytvoril prvé zariadenie na výrobu umelého plynu - termálne lampy. Po tom, čo o tom podal správu na stretnutí All-ruskej spoločnosti milovníkov literatúry, vied a umenia, bol Sobolevskij dekrétom Alexandra I. udelený rozkaz za svoj vynález. O niekoľko rokov neskôr, v roku 1819, sa na Aptekarskom ostrove v Petrohrade rozsvietili prvé plynové lampy. História plynárenstva v Rusku sa tak začala takmer pred 200 rokmi - v roku 2011 oslávila svoje výročie.

V polovici 20. rokov sa v celom ZSSR vyrobilo 227,7 milióna kubických metrov plynu. V roku 2010 skupina Gazprom vyprodukovala 508,6 miliárd kubických metrov plynu.

Rusko je na prvom mieste na svete z hľadiska zásob zemného plynu. Podiel Gazpromu na týchto rezervách je približne 70 %. Gazprom má teda najbohatšie zásoby zemného plynu na svete.

S príchodom 20. storočia sa začal aktívny rozvoj ruského plynárenského priemyslu: po prvýkrát sa rozvíjali plynové polia, využíval sa pridružený (ropný) plyn.

Ruská vynaliezavosť

Až do 20. storočia v Rusku bol však zemný plyn vedľajším produktom pri ťažbe ropy a nazýval sa pridruženým plynom. Dokonca ani samotné koncepty plynových alebo plynových kondenzátových polí neexistovali. Objavili ich náhodou, napríklad pri vŕtaní artézskych studní. Známy je však prípad, keď pri vŕtaní takejto studne vynaliezavý saratovský obchodník, vidiac namiesto vody plamene, postavil na tomto mieste továreň na výrobu skla a tehál. Priemyselníci si postupne začali uvedomovať, že zemný plyn môže byť mimoriadne užitočný.

Zemný plyn je zmes určitých druhov plynov, ktoré vznikajú hlboko v zemi po rozklade sedimentárnych organických hornín. Ide o minerál, ktorý sa musí extrahovať spolu s ropou alebo ako samostatná látka.

Vlastnosti zemného plynu

Vo svojom prirodzenom stave je plyn prezentovaný vo forme oddelených akumulácií. Zvyčajne sa nazývajú ložiská plynu, ktoré sa hromadia v útrobách zeme ako plynové uzávery. Zemný plyn sa v niektorých prípadoch nachádza v hlbokých vrstvách zeme v stave úplného rozpustenia - ide o ropu alebo vodu. Štandardné podmienky pre tvorbu plynu sú teplota dvadsať stupňov a tlak asi 0,101325 Pascal. Stojí za zmienku, že prezentovaný minerál z prírodného ložiska sa ťaží iba v plynnom stave - plynové hydráty.

Hlavnými vlastnosťami zemného plynu sú absencia akéhokoľvek zápachu a farby. Na zistenie úniku sa môžu pridať látky, ako sú odoranty, ktoré majú silný a charakteristický nepríjemný zápach. Vo väčšine prípadov je odorant nahradený etylmerkaptánom. Zemný plyn sa široko používa ako palivo v elektrárňach, v hutníctve železa a neželezných kovov, v cementárskych a sklárskych priemyselných podnikoch. Môže byť užitočný pri výrobe stavebných materiálov, pre komunálne a domáce potreby a tiež ako jedinečná surovina na výrobu organických zlúčenín pri syntéze.

V akom stave sa plyn prepravuje?

Aby sa výrazne zjednodušila úloha prepravy a ďalšieho skladovania plynu, musí byť skvapalnený. Doplnkovou podmienkou je ochladzovanie zemného plynu, ak je konštantný vysoký tlak. Vlastnosti zemného plynu umožňujú jeho prepravu v bežných tlakových fľašiach.

Na prepravu plynu vo fľaši sa musí rozdeliť, potom bude pozostávať prevažne z propánu, ale budú obsahovať aj ťažšie uhľovodíky. Stáva sa to preto, že metán a etán nemôžu existovať v kvapalnom stave, najmä ak je vzduch dostatočne teplý (18-20 stupňov). Pri preprave zemného plynu je potrebné dodržiavať všetky požiadavky a stanovené normy. V opačnom prípade sa môžete stretnúť s výbušnými situáciami.

Čo je skvapalnený zemný plyn?

Skvapalnený plyn je špecifický stav zemného plynu, ktorý bol ochladený tlakom. Do tohto stavu sa privádza skvapalnený zemný plyn, aby sa dal ľahšie skladovať a pri preprave nezaberal veľa miesta. Môže byť teda doručený konečnému spotrebiteľovi. Hustota plynu je polovičná ako u benzínu. V závislosti od zloženia môže jeho bod varu dosiahnuť až 160 stupňov. Rýchlosť skvapalňovania alebo ekonomický režim je až 95 percent.

Plyn, ktorý je v studniach, musí byť starostlivo pripravený na ďalšiu prepravu, aby sa mohol dostať do podnikov. Môžu to byť chemické závody, kotolne, ako aj mestské plynárenské siete. Dôležitosť správnej prípravy spočíva v tom, že zemný plyn obsahuje rôzne nečistoty, ktoré spôsobujú určité ťažkosti pri jeho preprave a použití.

Ako sa vyrába plyn v Rusku

Zemný plyn vzniká zmiešaním rôznych druhov plynov, ktoré sa nachádzajú v zemskej kôre. Hĺbka môže dosiahnuť takmer 2-3 kilometre. Plyn sa môže objaviť v dôsledku podmienok vysokej teploty a tlaku. Prístup kyslíka do miesta ťažby by však mal úplne chýbať.

Ťažba zemného plynu na území Ruskej federácie sa dnes vykonáva v najhlbšom vrte. Nachádza sa neďaleko mesta Nový Urengoy, kde vrt siaha takmer šesť kilometrov hlboko. Plyn v týchto hĺbkach je pod silným a vysokým tlakom. Správna extrakcia prírodných látok zahŕňa vŕtanie studní. V miestach, kde je plyn, je inštalovaných niekoľko studní. Špecialisti sa snažia vŕtať rovnomerne, aby mali formačné tlaky rovnaké rozloženie.

Chemické zloženie zemného plynu

Plyn, ktorý sa ťaží z prírodných ložísk, pozostáva z uhľovodíkových a neuhľovodíkových zložiek. Zemný plyn je metán, ktorého súčasťou sú aj ťažšie homológy – etán, propán a bután. V niektorých prípadoch môžete nájsť prírodnú látku, ktorá obsahuje výpary pentánu a hexánu. Uhľovodík obsiahnutý v ložiskách sa považuje za ťažký. Môže vzniknúť výlučne pri tvorbe ropy, ako aj pri premene rozptýlených organických látok.

Okrem uhľovodíkových zložiek zemný plyn obsahuje nečistoty oxidu uhličitého, dusíka, sírovodíka, hélia a argónu. V niektorých prípadoch plynové a ropné polia obsahujú kvapalné výpary.

Zemný plyn je minerál zo skupiny sedimentárnych hornín, ktorý je zmesou plynov. Tento zdroj vznikol v dôsledku rozkladu organickej hmoty v útrobách Zeme. Ekológovia uznávajú zemný plyn ako najčistejší typ fosílneho paliva.

Charakteristika a druhy zemného plynu

Vlastnosti zemného plynu závisia od jeho zloženia. Je 1,8 krát ľahší ako vzduch, teplota samovznietenia je 650°C. Suchý plyn má hustotu od 0,68 kg/m3 do 0,85 kg/m3 a kvapalný plyn 400 kg/m3. Zmes plynu a vzduchu od 5 % do 15 % objemu je výbušná. Špecifické spalné teplo od 8-12 kW-h/m3. Pri použití zemného plynu v spaľovacích motoroch je oktánové číslo medzi 120 a 130.

Väčšina zemného plynu je zmesou plynných uhľovodíkov. Hlavnú časť tvorí metán (CH 4 - až 98%), ďalej ťažké uhľovodíky - etán C 2 H 6, propán C 3 H 8, bután C 4 H 10. Zloženie obsahuje aj ďalšie neuhlíkové látky: vodík H2, sírovodík H2S, oxid uhličitý CO2, dusík N2, hélium He.

Vo svojej čistej forme nemá zemný plyn farbu ani zápach. Na uľahčenie určenia miesta úniku sa do nej primiešavajú odoranty, látky s nepríjemným zápachom.

Druhy zemného plynu:

• skvapalnený (LPG);
• močiar;
• olej;
• uhličitý;
• hydráty plynu;
• bridlica;
• osvetlenie;
• koks;
• stlačený alebo stlačený (CNG);
• súvisiaca ropa;
• po vrstvách a podvrstvách zemskej vrstvy kriedového obdobia, odkiaľ sa dnes ťaží - turon, cenoman, valanginian, achimov.

Pole zemného plynu

V zásade sa ložiská zemného plynu nachádzajú v sedimentárnom obale zemskej kôry. Rusko má obrovské zásoby zemného plynu (pole Urengoy), v Európe - Nórsko, Holandsko, väčšina krajín Perzského zálivu, Irán, Kanada, USA, veľké ložiská sú v Azerbajdžane, Uzbekistane, Turkménsku a Kazachstane. Hydráty plynu sú prítomné v obrovských množstvách vo veľkých hĺbkach pod morským dnom, ako aj pod zemou.

Výroba zemného plynu

Pred ťažbou sa najskôr vykonáva prieskum – gravitačný, magnetický, seizmický alebo geochemický. Jediným spoľahlivým spôsobom, ako zistiť, či je pod vami zásoba plynu, je vyvŕtať studňu. Zemný plyn sa nachádza v hĺbke jedného kilometra. V útrobách Zeme sa plyn nachádza v mikroskopických póroch, ktoré sú prepojené kanálikmi – prasklinami, cez ktoré tento dôležitý zdroj pod vysokým tlakom preniká do pórov nižšieho tlaku, až skončí vo vnútri vrtov. To všetko sa uskutočňuje v súlade s Darcyho zákonom - filtrácia plynov a kvapalín v poréznom médiu. Plyn vychádza z hlbín v dôsledku toho, že vo vrtoch je pod tlakom, ktorý je niekoľkonásobne vyšší ako atmosférický tlak.

Plyn sa ťaží pomocou studní, ktoré sú rovnomerne rozmiestnené po celej ploche poľa. Toto sa robí, aby sa zabezpečil rovnomerný pokles tlaku v nádrži v nádrži. Vyťažený plyn je pripravený na prepravu. Plyn sa prepravuje potrubím, špeciálnymi tankermi na plyn a železničnými cisternami.

Použitie zemného plynu

Zemný plyn sa používa ako vysoko ekonomické palivo pre elektrárne, cementársky a sklársky priemysel, železnú a neželeznú metalurgiu, výrobu stavebných materiálov a výrobu rôznych organických zlúčenín. Tento dôležitý zdroj sa využíva na komunálne a domáce potreby. Zdroj energie pre megamestá, motorové palivo, farby, lepidlo, ocot, čpavok – to všetko máme vďaka zemnému plynu.

V súčasnosti je zemný plyn široko používaný v palivovom, energetickom a chemickom priemysle.

Zemný plyn je široko používaný ako lacné palivo v obytných súkromných a bytových domoch na vykurovanie, ohrev vody a varenie. Používa sa ako palivo pre autá, kotolne a tepelné elektrárne. Toto je jeden z najlepších druhov paliva pre domáce a priemyselné potreby. Hodnota zemného plynu ako paliva spočíva aj v tom, že ide o ekologické minerálne palivo. Pri spaľovaní vzniká v porovnaní s inými druhmi paliva oveľa menej škodlivých látok. Preto je zemný plyn jedným z hlavných zdrojov energie v ľudskej činnosti.

V chemickom priemysle sa zemný plyn používa ako surovina na výrobu rôznych organických látok, napríklad plastov, gumy, alkoholu a organických kyselín. Práve použitie zemného plynu pomohlo syntetizovať mnohé chemikálie, ktoré v prírode neexistujú, napríklad polyetylén.

Ľudia spočiatku netušili o prospešných vlastnostiach plynu. Pri ťažbe ropy je to často pridružený plyn. Predtým sa takýto pridružený plyn jednoducho spaľoval priamo na mieste výroby. V tom čase bolo nerentabilné prepravovať a predávať zemný plyn, no postupom času sa vyvinuli efektívne spôsoby prepravy zemného plynu k spotrebiteľom, pričom hlavným boli plynovody. Pri tejto metóde plyn z vrtov, predtým vyčistený, vstupuje do potrubia pod obrovským tlakom - 75 atmosfér. Okrem toho sa používa spôsob prepravy skvapalneného plynu v špeciálnych tankeroch - nosičoch plynu. Skvapalnený plyn je počas prepravy a skladovania bezpečnejší ako stlačený plyn.

A spaľovanie zemného plynu je v mnohých krajinách zákonom zakázané, no v niektorých krajinách sa to praktizuje dodnes...

Vedeli ste, že...

Čistý zemný plyn je bez farby a bez zápachu. Aby bolo možné rozpoznať únik plynu v domácnosti čuchom, pridáva sa do neho malé množstvo látok, ktoré majú silný nepríjemný zápach. Najčastejšie sa na tento účel používa etylmerkaptán.