Nález zemního plynu – obor plynárenství

Zemní plyn využívá většina domácností. Málokdo se však zamýšlí nad touto komoditou – nad tím, jak vznikla, odkud pochází a dalšími náležitostmi. Samozřejmě není nutné, abyste o zemním plynu věděli vše. Ovšem proč si pro zajímavost nepřiblížit nějaké informace? Přiblížíme si obor plynárenství, ale i vznik zemního plynu a jeho naleziště.

Plynárenství představuje energetický obor, jehož vznik se datuje do roku 1813. Nejdříve se plynárenství zabývalo svítiplynem. Od druhé poloviny 20. století ho ve světě a později i u nás nahradil zemní plyn. U nás jsme se se svítiplynem rozloučili roku 1996.

O historii plynárenství bychom si toho mohli napsat hodně, my se však zaměříme na to podstatné. Zajímavé jsou různé mezníky, ať už ty, které jsou významné pro obor plynárenství celosvětově, ale i ty, které souvisejí s českým plynárenstvím.

Pokud vás historie tohoto oboru zajímá, máte možnosti navštívit Plynárenské muzeum, které najdete v Praze 4 – Michle. Expozice je zaměřená na laiky, ale své si v ní najdou i zájemci z řad odborníků. Muzeum provozuje Pražská plynárenská.

Vznik a naleziště zemního plynu

Nejdříve bychom si měli říci, jak vznikl zemní plyn. Existuje více teorií, které přicházejí v úvahu. Jedna z teorií říká, že se zemní plyny uvolňovaly při vzniku ropy a uhlí v důsledku jejich rozkladu. K tomu tato teorie došla na základě toho, že většinou bývá zemní plyn nalezen společně s ropou či uhlím, ale nebývá to pravidlem.

Anorganická teorie říká, že zemní plyn vznik z anorganických látek mnohými chemickými reakcemi. Je tu i abiogenetická hypotéza, která tvrdí, že zemní plyn vznikl štěpením uhlovodíků. Ty se měly na naši planetu dostat z vesmírné hmoty v době, kdy Země vznikla.

První těžba zemního plynu začala v Texasu, a to roku 1918. V Evropě se zemní plyn těží od 2. poloviny 20. století. Největší naleziště zemního plynu jsou v Rusku. Na druhém místě je USA a třetí místo připadá Kanadě. Z dalších významných nalezišť si jmenujme Velkou Británii a Nizozemsko.

V České republice nejsou významná naleziště zemního plynu. Těží se pouze na jižní Moravě, což pokryje zhruba jedno procento celkové české spotřeby. Zemní plyn dovážíme především plynovody z Ruska a Norska.

Jak se zemní plyn získává?

Nejprve se zkušebním vrtem potvrdí, že ložisko má dostatek zemního plynu a jeho těžba může být rentabilní. Poté budou provedeny nové těžební vrty.

Těžba ropy je často spojena s těžbou zemního plynu. Existují také příklady, kdy se zemní plyn čerpá zpět do vrtu pro budoucí těžbu. Po vyvrtání vrtu se do něj nainstaluje betonový a kovový plášť a nad ním se vybuduje sběrné čerpadlo.

V závislosti na druhu zemního plynu může být sběr tohoto fosilního materiálu různý. Metody:

• Vertikální vrty
• Horizontální vrty
• Hydraulické štěpení / frakování
• Okyselování

Existuje mnoho typů zemního plynu a pro každý typ existuje lepší způsob, jak efektivně vrtat. Ropa a zemní plyn se často nacházejí na stejném místě.

Metody sběru zemního plynu

Vertikální vrtání: nejběžnější metoda

Tento způsob těžby zemního plynu byl do roku 1980 prvním a jediným typem těžby zemního plynu. Vertikální vrty jsou účinné, pokud se zemní plyn nachází blízko pod povrchem, takže jsou účinné při uvolňování konvenčního zemního plynu.

Průměrná hloubka vertikálních vrtů je pouze 300-800 metrů, pak dosáhnou ložiska zemního plynu a plyn může začít proudit na povrch. Vertikální vrty jsou tedy omezeny zásobami plynu, na které narazí shora, a proto mohou být v některých případech ideálním řešením.

Horizontální vrty

Horizontální vrty jsou flexibilním a nákladově efektivním řešením, které rozšiřuje možnosti vrtání. Vrtné společnosti tak mohou instalovat méně vrtů, protože po dosažení požadované hloubky může vrták změnit svou cestu horizontálně. S řiditelným vrtákem se stává produktivnějším a může procházet horizontálně skrz ložiska zemního plynu.

Hydraulické štěpení / frakování

Hydraulické štěpení je vzrušující stránkou těžby zemního plynu. Tento způsob vrtání začíná generovaným „mikrootřesem“. Pomocí vysokotlakých proudů vody, písku a chemikálií rozbíjí horninový útvar. Poté může zemní plyn proudit až ke sběrným plynovodům a vrtům na povrchu.

Tato metoda je však na některých místech zakázána, protože:

1. Potřebuje obrovské množství vody, které může zatížit životní prostředí.
2. Má silně toxické nebo dokonce radioaktivní odpadní vody, které mohou při špatném zacházení ovlivnit přírodu.

K těžbě nekonvenčního zemního plynu se používá hydraulické štěpení neboli frakování.

Zpracování zemního plynu

Zemní plyn odebíraný z vrtů na zemní plyn nebo ropu se nazývá mokrý zemní plyn, protože spolu s metanem obvykle obsahuje NGL – etan, propan, butany a pentany – a vodní páru. Zemní plyn z vrtu může také obsahovat ne-uhlovodíky, jako je síra, helium, dusík, sirovodík a oxid uhličitý, z nichž většina musí být ze zemního plynu před prodejem spotřebitelům odstraněna.

Z ústí vrtu se zemní plyn posílá do zpracovatelských závodů, kde se z něj odstraňuje vodní pára a ne-uhlovodíkové sloučeniny a kde se od vlhkého plynu oddělují NGL, které se prodávají samostatně. Ve zpracovaném zemním plynu často zůstává určité množství ethanu. Oddělené NGL se nazývají zkapalněný zemní plyn (NGPL) a zpracovaný zemní plyn se nazývá suchý, spotřebitelský nebo potrubní zemní plyn.

Některý zemní plyn z vrtu je dostatečně suchý a splňuje normy pro přepravu potrubím i bez zpracování. Do zemního plynu se přidávají chemické látky zvané odoranty, aby bylo možné odhalit úniky v plynovodech. Suchý zemní plyn se posílá plynovody do podzemních zásobníků nebo distribučních společností a poté ke spotřebitelům.

Přeprava zemního plynu

Jakmile je zemní plyn vytěžen, musí být přepraven na různá místa, kde je zpracován, uskladněn a nakonec dodán konečnému spotřebiteli.

Zemní plyn lze přepravovat po souši prostřednictvím plynovodu nebo po vodě pomocí lodí. Většina zemního plynu na světě se dodává potrubím. Rozsáhlé sítě plynovodů rychle dopravují zemní plyn po souši do velkých zpracovatelských zařízení a ke konečným spotřebitelům.

Tato složitá síť zahrnuje tři typy plynovodů na přepravní trase

• Systém shromažďovacích plynovodů – shromažďovací systém zahrnuje malé nízkotlaké plynovody, které přepravují surový zemní plyn od ústí vrtu do zpracovatelského závodu.
• Vnitrostátní/mezistátní plynovodní systém – plynovody lze klasifikovat jako vnitrostátní nebo mezistátní. Jejich technické a provozní charakteristiky jsou v podstatě podobné a oba mají stejný cíl: přepravovat zemní plyn ze zpracovatelského závodu do center jeho spotřeby.
• Distribuční potrubní systém – cílem distribučního potrubního systému je dodávat plyn konečným spotřebitelům.

Zemní plyn musí být pod vysokým tlakem, aby se mohl pohybovat po potrubí. Aby zemní plyn zůstal pod tlakem, jsou podél plynovodu v určitých intervalech umístěny kompresorové stanice. Zemní plyn vstupuje do kompresorové stanice, kde je stlačován buď turbínou, motorem, nebo motorem. V celé síti plynovodů jsou také instalovány měřicí stanice, které monitorují tlak, průtok a úniky.

Tam, kde nelze zemní plyn dodávat po zemi, může být zkapalněn a dodán lodí. Ve srovnání s plynovody se pro mezinárodní přepravu upřednostňuje přeprava zkapalněného zemního plynu (LNG), protože v kapalné formě zabírá zemní plyn menší objem, což usnadňuje jeho přepravu a skladování.

Infrastruktura LNG zahrnuje plynovod vedoucí k moři, závod na zkapalňování plynu, skladovací zařízení a terminál LNG pro přepravu. Po zkapalnění a přepravě do oblasti poptávky se LNG vrací do plynné podoby v zařízeních na opětovné zplyňování v terminálu.

Příklady zemního plynu

Konvenční zemní plyn:

Klasický zemní plyn je dostupný, protože je zachycen pod propustnou vrstvou horniny. Ve většině případů se vyskytuje společně s ložisky ropy a někdy se vznáší nad ropou a tvoří na ní vrstvu.

Nekonvenční zemní plyn:

Nekonvenční zemní plyn se skrývá hluboko pod povrchem (4500 metrů a více), což ztěžuje jeho těžbu. Z ekonomického hlediska není těžba nekonvenčních typů plynu vždy rentabilní, protože se nevyplatí. Přesto se každý den vyvíjejí nové technologie, které těžbu zemního plynu usnadňují. Dnešní nekonvenční typy zemního plynu se tak v budoucnu stanou konvenčními.

Hlubinné typy zemního plynu patří do kategorie nekonvenčních. Jejich těžba je obtížná z různých důvodů.

• Břidlice: Břidlice je jemnozrnná klastická sedimentární hornina, která se skládá z bahna a je to masivní minerál. Je tak houževnatá, že vrtání do ní je poměrně nákladný proces.
• Těsný plyn: Těžit ho lze pouze štěpením a okyselováním, protože těsný plyn je uvězněn pod zemí v nepropustném horninovém útvaru.
• Uhelný metan: Může se vyskytovat v uhelných slojích. Historicky byl odpadním produktem těžby uhlí, ale v posledních desetiletích se stal významným zdrojem energie.
• Plyn v geotlakových zónách: V geopresurních zónách se tvoří v hloubce 3000-7600 metrů pod povrchem. Těžko se těží, ale zpracování plynu může být životaschopné, protože se v této zóně skrývá vysoké množství zemního plynu.
• Hydráty metanu: Je zachycen v místech, jako je Arktida, kde je nízká teplota a vysoký tlak. Změna klimatu podněcuje uvolňování hydrátů metanu do atmosféry.

Bioplyn obsahuje méně metanu než zemní plyn, ale přesto je spolehlivým zdrojem energie. Jedná se o druh plynu, který vzniká při rozkladu organických látek bez přítomnosti kyslíku.