Исследование состава синтетических гидратов метана, этана полученных в установках закрытого типа. Большая энциклопедия нефти и газа

Природный газ (метан) рассматривается экологами как одно из перспективных моторных топлив. Его преимуществами по сравнению с нефтяным топливом являются высокое октановое число (120), способность обеспечивать устойчивое сгорание на более «бедных» топливовоздушных смесях и более высокое соотношение водород-углерод (4:1). Поэтому при сгорании метана образуется примерно на 10 % меньше диоксида углерода (СО 2). Однако метан считается «парниковым» газом, влияющим на климат. При его сгорании практически не выделяются углеводороды, участвующие в реакциях образования озона в атмосфере. Однако запасы природного газа, как и нефти не безграничны.

Несмотря на развитие альтернативных источников энергии, ископаемые виды топлива по-прежнему сохраняют и, в обозримом будущем, будут сохранять главную роль в топливном балансе планеты. По прогнозам экспертов, потребление энергоресурсов в ближайшие 30 лет на Земле возрастет наполовину. Продуктивность известных месторождений углеводородов снижается, новые крупные месторождения открываются все реже, а использование угля наносит ущерб экологии. Поэтому скудеющие запасы обычных углеводородов нужно чем-то компенсировать.

Свойства гидрата метана

Среди перспективных новых видов углеводородного сырья ученые выделяют гидрат метана, запасы которого на планете, по ориентировочным оценкам, составляют не менее 250 триллионов кубических метров (по энергетической ценности это в 2 раза больше ценности всех имеющихся на планете запасов нефти, угля и газа вместе взятых).

Гидрат метана — это супрамолекулярное соединение метана с водой, образующееся при низкой температуре и высоком давлении. Вокруг молекулы метана образуется решетка молекул воды (льда). Обычно залегает под слоем вечной мерзлоты или глубоко на дне океана. Внешне гидрат метана похож на лед или рыхлый снег. Соединение устойчиво при низкой температуре и повышенном давлении. Например, гидрат метана стабилен при температуре 0°C и давлении порядка 25 бар и выше.

Такое давление имеет место на глубине океана около 250 м. При атмосферном давлении гидрат метана сохраняет устойчивость при температуре -80°C. Если гидрат метана нагревается, либо повышается давление, соединение распадается на воду и природный газ (метан). Если при этом поднести огонь, гидрат метана будет гореть. Поэтому его иногда называют «горящий лед». Из одного кубического метра гидрата метана при нормальном атмосферном давлении можно получить 164 кубических метра природного газа. Самые большие запасы гидрата метана обнаружены в районах вечной мерзлоты и в океанских приполярных областях.

Добыча гидрата метана

Полномасштабная добыча этого ценного сырья сдерживается трудностями технологического характера. Свойство газовых гидратов при относительно небольших давлениях концентрировать значительные объемы газа привлекает внимание специалистов длительное время. Исследования по добыче, хранению и транспорту природного газа в гидратном состоянии появились ещё в 40-х годах ХХ века. Предварительные экономические расчеты показали, что наиболее эффективным является морской транспорт газа в гидратном состоянии, причем дополнительный экономический эффект может быть достигнут при одновременной реализации потребителям транспортируемого газа и чистой воды, остающейся после разложения гидрата (при образовании газогидратов вода очищается от примесей).

Научное изучение гидрата метана набрало обороты за последние десять лет. Недавние исследования в США привели к крупным шагам вперед в понимании внутренних ресурсов гидрата метана. Между тем, международные усилия в Японии, Индии и других странах, помогли определить глобальный ресурс гидратов.

Перспективы промышленного использования

В марте 2014 года Япония впервые в мировой практике осуществила добычу природного газа из слоя гидрата метана, находящегося в шельфе полуострова Ацуми, на расстоянии 330 метров от поверхности океанского дна, на глубине примерно 1000 метров. Запасов гидрата метана в тех краях, по оценкам японского Агентства природных ресурсов, хватит примерно на 14 лет.

Японские власти надеются наладить промышленную добычу газа из гидрата метана уже через пять лет. До этого газогидраты добывали только на суше, но технология добычи была нерентабельна. Чтобы добыть такой газ со дна океана, нужны были новые технологии, не применявшиеся ранее нигде. Их и разработали японцы. Пока построено только два промышленных экспериментальных завода.

Cтраница 1

Гидрат метана впервые был получен в 1888 г. при максимальной температуре составляющей 21 5 С.  

Гидраты метана и азота могут существовать при температурах значительно выше 0 С. Углекислый газ, этан и особенно сероводород, согласно рис. 3, образуют гидраты еще легче. Так, сероводород может образовывать гидраты при давлении всего в 8 8 кгс / см2 при температуре 21 1 С.  

Кривые образования гидратов в зависимости от изменения в их.| Кривые образования гидратов в зависимости от изменения в их составе количества пропана.

Гидрат метана впервые был получен в 1888 г. при максимальной температуре, равной 21 5 С.  

Гидрат метана, имеющий химическую формулу СН4 7Н2О, содержит в 1 м3 112 8 кг метана и 887 2 кг воды, причем объем этого гидрата в 180 раз меньше объема газообразного метана.  

Гидрат метана (СН4) впервые был получен в 1888 г. Максимальная температура, при которой удалось получить гидрат, равнялась 21 5 С.  

Известно, что гидрат метана образуется достаточно быстро из ледяной пыли с размером частиц не более 0 2 мм. Увеличение диаметра частиц свыше этого значения сильно снижает скорость формирования гидратов.  

Температура и давление разложения кристаллов гидрата метана (создающих иногда технические трудности, так как они закупоривают трубы) равны соответственно - 29 и 26 атм.  

Печально известно образование клатрата состава гидрата метана, приводящее к аварийным закупоркам газопроводов. Гидрат метана образуется при вымораживании влаги во время сильных морозов. Давление перекачивания газа 2 6 МПа и температура - 29 С соответствуют условиям этого превращения.  

Гидрат метана на океаническом дне

Гидрат метана – самый таинственный минерал Земли, о котором стало известно только в последние десятилетия. Этот минерал может существовать только в специфических условиях. Например, при земном атмосферном давлении и температуре не выше минус 80 градусов. Если же температура воздуха будет равна 0 градусов Цельсия, то для существования этого минерала необходимо создать высокое давление – 25 бар. Он не может находиться в жидком и газообразном состоянии, его невозможно расплавить. Гидрат метана может быть только твердым.

Что же представляет из себя этот таинственный минерал?
Гидрат метана – это лед, имеющий особую структуру в виде кластеров, внутри которых разместились молекулы метана и других соединений метанового ряда (CH4, C2H6, C3H8, изобутан, и т. п.). Вода и метан связаны между собой непрочными молекулярными связями, и при повышении температуры газ метан просто покидает кластеры и испаряется. Если нагрев происходит быстро – освобождение метана тоже происходит быстро, иногда – взрывообразно.

Модель гидрата метана

Известны случаи взрывообразного отхождения метана из подтаявшей вечной мерзлоты и осадочных толщ морей. Это приводит к насыщению воды пузырьками метана и понижению её плотности. В результате корабль или подводная лодка могут затонуть. Существует предположение, что именно такое явление было причиной внезапного затопления кораблей в знаменитом Бермудском треугольнике.

При сильных землетрясениях, подвижках литосферных плит, также может происходить нагрев пород и взрывообразное высвобождение метана. Если поднять гидрат метана со дна или извлечь из вечной мерзлоты, из него сразу начнет выходить газ. Этот газ можно поджечь и увидеть удивительную картину – пылающий лед!

Где находятся гидраты метана и почему об этом удивительном соединении стало известно только во второй половине двадцатого века?
Этот минерал находится на дне океанов, на шельфе и в толщах пород океанического дна. Но только на определенной глубине, там, где тепло из недр Земли ещё не нагревает осадочные породы. Под вечной мерзлотой, опять же, до определенной глубины. На дне озера Байкал. Природные запасы этого минерала очень велики.

Гидрат метана — источник энергии, так как при его добыче можно получать природный газ в больших количествах. По подсчетам специалистов, это 160 – 180 кубических сантиметров метана из 1 куб. см льда. Так что промышленная разработка скоплений этого минерала может принести немало голубого топлива. Перспектива использования гидрата метана как источника запасов газа подтолкнула к его тщательному изучению в конце 20 и начале 21 века.

Но этот минерал также источник большой опасности для жизни на Земле. Представьте, что температура морской воды вдруг увеличилась, на дне морей и океанов начали извергаться вулканы в большом количестве. Метан сразу выделится в воду и атмосферу. Метан – парниковый газ, также, как и СО2. Парниковый эффект, создаваемый метаном, в разы больше, чем от углекислого газа. Произойдет разогрев атмосферы и океанов. Это приведет к глобальным изменениям климата на Земле, к гибели множества видов животных и растений в морях и на суше. Может быть, и к гибели человека.

Геологи считают, что нечто подобное произошло примерно 252 млн. лет назад (конец пермского геологического периода), когда на севере центральной Сибири упал большой астероид и пробил земную кору. Это привело к излиянию базальтовой лавы на значительной территории, извержению вулканов и землетрясениям на всей планете. Как следствие – поступление в атмосферу не только вулканического пепла, но и метана. В результате погибло 70 процентов видов обиталелей суши и 96% видов обитателей морей и океанов. Мир изменился… Это космическое и геологическое событие известно как «пермская катастрофа». , излившиеся после падения астероида можно увидеть на геологических картах, они носят название «сибирские траппы».

Усиление вулканической активности и выделение большого количества метана в атмосферу происходило и в позднем палеоцене, что также привело к изменениям в растительном и животном мире, гибели тысяч видов живых организмов.

Есть не только на Земле. Гидраты метана, с большой долей вероятности, есть на планетах солнечной системы, покрытых льдом и имеющих метановую атмосферу. Это Нептун и Уран. Возможно, гидраты метана содержит лед комет.