Eļļa un gāze

Metāna hidrāts



Pasaulē lielākais dabasgāzes resurss ir ieslodzīts zem mūžīgā sasaluma un okeāna nogulumiem.


Metāna hidrāts: Kreisajā pusē ir metāna hidrāta lodveida un nūjveida modelis, kurā parādīta centrālā metāna molekula, kuru ieskauj ūdens molekulu "būris". Citas ogļūdeņražu molekulas, piemēram, pentāns un etāns, var ieņemt centrālo pozīciju šajā struktūrā. (Amerikas Savienoto Valstu enerģētikas departamenta attēls). Labajā pusē ir degošs metāna hidrāta ledus paraugs (Amerikas Savienoto Valstu Ģeoloģijas dienesta attēls).

Metāna hidrāta "cements" konglomerātā ?: Šajā fotoattēlā redzams metāna hidrāta zonas paraugs Mallik testa akā. Tas labi iekļūst mūžīgā sasaluma atradnēs Kanādas Mackenzie upes deltas apgabalā. Šajā kodola daļā redzamas grants, ko ar metāna hidrāta ledu cementē "konglomerātā". Noklikšķiniet, lai palielinātu attēlu.

Nākamā enerģija "Spēļu mainītājs"?

Tā kā slānekļa dabiskā gāze kļūst par pasaules mēroga enerģijas mainītāju, naftas un gāzes pētnieki strādā pie jaunu tehnoloģiju izstrādes, lai dabisko gāzi iegūtu no metāna hidrāta atradnēm. Šis pētījums ir svarīgs, jo tiek uzskatīts, ka metāna hidrāta atradnes ir lielāks ogļūdeņražu resurss nekā visi pasaules naftas, dabasgāzes un ogļu resursi kopā. 1 Ja šīs atradnes var efektīvi un ekonomiski attīstīt, metāna hidrāts varētu kļūt par nākamo enerģijas spēles mainītāju.

Visā Arktikas mūžīgajā sasalumā, zem Antarktikas ledus un nogulumu atradnēs visā kontinentālajā pierobežā ir atrasts milzīgs daudzums metāna hidrāta. Dažās pasaules daļās tie ir daudz tuvāk apgabaliem ar lielu apdzīvotību nekā jebkurš dabasgāzes lauks. Šīs blakus esošās atradnes varētu ļaut valstīm, kuras šobrīd importē dabasgāzi, kļūt pašpietiekamām. Pašreizējais izaicinājums ir inventarizēt šo resursu un atrast drošus, ekonomiskus veidus, kā to attīstīt.

Metāna hidrāta stabilitātes diagramma: Šajā fāzes diagrammā parādīts ūdens dziļums (spiediens) uz vertikālās ass un temperatūra uz horizontālās ass. Punktotās līnijas atdala ūdens, ūdens ledus, gāzes un gāzes hidrāta stabilitātes laukus. Līnija ar apzīmējumu "pāreja no hidrāta uz gāzi" ir nozīmīga. Zem šīs līnijas ir apstākļi metāna hidrāta veidošanai. Virs šīs līnijas neveidosies metāna hidrāts. Sarkanā līnija izseko ģeotermu (temperatūras izmaiņas ar dziļumu noteiktā vietā). Ņemiet vērā, kā, palielinoties dziļumam, ģeoterma šķērso hidrāta un gāzes pārejas līniju. Tas nozīmē, ka gāzes hidrāts nogulumos parasti pārsniedz brīvo gāzi. Diagramma modificēta pēc NOAA. 4

Kas ir metāna hidrāts?

Metāna hidrāts ir kristāliska cieta viela, kas sastāv no metāna molekulas, kuru ieskauj savstarpēji saistītu ūdens molekulu sprosts (sk. Attēlu šīs lapas augšpusē). Metāna hidrāts ir "ledus", kas dabiski rodas tikai zemzemes nogulumos, kur temperatūras un spiediena apstākļi ir labvēlīgi tā veidošanai. Šie apstākļi ir parādīti šīs lapas fāzes diagrammā.

Ja ledus tiek noņemts no šīs temperatūras / spiediena vides, tas kļūst nestabils. Šī iemesla dēļ ir grūti izpētīt metāna hidrāta nogulsnes. Tos nevar urbt un urbt pētījumiem tāpat kā citus pazemes materiālus, jo, tos nogādājot uz virsmas, spiediens tiek samazināts un temperatūra paaugstinās. Tas izraisa ledus kausēšanu un metāna izkļūšanu.

Metāna hidrātam parasti izmanto vairākus citus nosaukumus. Tajos ietilpst: metāna klatrāts, hidrometāns, metāna ledus, uguns ledus, dabasgāzes hidrāts un gāzes hidrāts. Lielākā daļa metāna hidrātu atradņu satur nelielu daudzumu citu ogļūdeņražu hidrātu. Tie ietver propāna hidrātu un etāna hidrātu.

Metāna hidrāta karte: Šī karte ir vispārināta atrašanās vietu versija USGS dabasgāzes hidrātu sastopamības datu bāzes globālajā uzskaitē. 2

Gāzes hidrāta karte: Viena no visplašāk izpētītajām gāzes hidrātu atradnēm ir Bleika grāfiste, Ziemeļkarolīnas un Dienvidkarolīnas piekraste. Metāna iegūšanas izaicinājumi no šīs atradnes ir lielais māla saturs un zemā metāna koncentrācija. 3 Šī karte ir piemērs tam, kā kontinentālās rezerves rezerves atrodas potenciālajos dabasgāzes tirgos. Image NOAA. 4

USGS gāzes hidrātu laboratorija: Šis video dod jums vizīti USGS Gas Hydrates Lab, kur pētnieki veic eksperimentus ar gāzes hidrātu paraugiem, kas savākti no polāro un kontinentālo robežu apgabaliem. Viņi arī rada sintētiskos gāzes hidrātus un veic eksperimentus, lai noteiktu to ķīmiskās un fizikālās īpašības.

Kur ir metāna hidrāta noguldījumi?

Četrās Zemes vidēs ir temperatūras un spiediena apstākļi, kas ir piemēroti metāna hidrāta veidošanai un stabilitātei. Tās ir: 1) nogulšņu un nogulumiežu vienības zem Arktikas mūžīgā sasaluma; 2) nogulšņu atradnes gar kontinentālajām robežām; 3) iekšējo ezeru un jūru dziļūdens nogulumi; un 4) zem Antarktikas ledus. 10. Metāna hidrātu uzkrājumi, izņemot Antarktikas atradnes, nav ļoti dziļi zem Zemes virsmas. Vairumā gadījumu metāna hidrāts atrodas dažu simtu metru attālumā no nogulumu virsmas.

Metāna hidrāta atradņu modeļi: Metāna hidrātu atradņu noguldījumu modeļi kontinentālajās robežās un mūžīgā sasaluma apstākļos. 7

Šajās vidēs metāna hidrāts nogulumos rodas kā slāņi, mezgliņi un starpgranulāri cementi. Nosēdumi bieži ir tik blīvi un sānos noturīgi, ka tie rada necaurlaidīgu slāni, kas notver dabasgāzi, kas virzās augšup no apakšas.

Amerikas Savienoto Valstu ģeoloģijas dienests 2008. gadā novērtēja kopējo neatklāto gāzes hidrātu resursu Aļaskas ziemeļu nogāzes apgabalā. Viņi lēš, ka kopējais neatklātais dabasgāzes resurss gāzes hidrāta veidā svārstās no 25,2 līdz 157,8 triljoniem kubikpēdu. Tā kā gāzes hidrātu uzkrājumu rezultātā ir urbti ļoti maz aku, aprēķiniem ir ļoti augsts nenoteiktības līmenis. 5

USGS gāzes hidrātu laboratorija: Šis video dod jums vizīti USGS Gas Hydrates Lab, kur pētnieki veic eksperimentus ar gāzes hidrātu paraugiem, kas savākti no polāro un kontinentālo robežu apgabaliem. Viņi arī rada sintētiskos gāzes hidrātus un veic eksperimentus, lai noteiktu to ķīmiskās un fizikālās īpašības.

Gāzes hidrāta urbums: Ignik Sikumi # 1 gāzes hidrāts labi atrodas Aļaskas ziemeļu nogāzē. USGS gāzes hidrātu resursa novērtējumā tika noteikts, ka Ziemeļu nogāzē ir plašs gāzes hidrātu resurss, kas atrodas ieslodzījumā zem mūžīgā sasaluma. Enerģētikas departamenta foto.

Igniks Sikumi: Šis video dod jums vizīti Ignik Sikumi gāzes hidrāta lauka izmēģinājumos - akā Aļaskas ziemeļu nogāzē, kas no dabas hidratātiem, kas iegūti no mūžīgā sasaluma, ražoja dabasgāzi. Šeit paveiktais bija metāna atbrīvošana, aizstājot to ar oglekļa dioksīdu - neizkausējot gāzes hidrātu.

Kur šodien tiek ražots metāna hidrāts?

Līdz šim nav notikusi plaša mēroga komerciāla metāna ražošana no gāzes hidrātu atradnēm. Visa produkcija ir bijusi maza mēroga vai eksperimentāla.

2012. gada sākumā Amerikas Savienoto Valstu un Japānas kopīgais projekts nodrošināja vienmērīgu metāna plūsmu, ievadot oglekļa dioksīdu metāna hidrāta uzkrājumā. Oglekļa dioksīds aizstāja metānu hidrāta struktūrā un atbrīvoja metānu, lai tas plūst uz virsmas. Šis tests bija nozīmīgs, jo tas ļāva ražot metānu bez nestabilitātes, kas saistīta ar kūstošas ​​gāzes hidrātu. 6

Visiespējamākajām metāna hidrāta atradnēm, kuras tiks izvēlētas pirmajai izstrādei, būs šādas īpašības: 1) augstas hidrāta koncentrācijas; 2) rezervuāra ieži ar augstu caurlaidību; un 3) vietas, kur ir esoša infrastruktūra. 7 Noguldījumi, kas atbilst šīm pazīmēm, visticamāk, atradīsies Aļaskas ziemeļu nogāzē vai Krievijas ziemeļdaļā.

Igniks Sikumi: Šis video dod jums vizīti Ignik Sikumi gāzes hidrāta lauka izmēģinājumos - akā Aļaskas ziemeļu nogāzē, kas no dabas hidratātiem, kas iegūti no mūžīgā sasaluma, ražoja dabasgāzi. Šeit paveiktais bija metāna atbrīvošana, aizstājot to ar oglekļa dioksīdu - neizkausējot gāzes hidrātu.

Gāzes hidrāta kausēšana: Kad naftas urbumus urbj caur hidrātu saturošiem nogulumiem, siltā temperatūra eļļai, kas pārvietojas augšup caur sasalušo hidrātu zonu, var izraisīt kušanu. Tas var izraisīt akas neveiksmi. Bīstami ir arī silti cauruļvadi, kas iet pa aizsalušiem hidrātu atsegumiem. 8 USGS attēls.

Bīstamība metāna hidrātā

Metāna hidrāti ir jutīgi nogulumi. Tās var ātri izdalīties, paaugstinoties temperatūrai vai pazeminoties spiedienam. Šī disociācija rada brīvu metānu un ūdeni. Cietu nogulumu pārvēršana šķidrumos un gāzēs radīs atbalsta un bīdes stiprības zudumu. Tas var izraisīt zemūdens slīpumu, zemes nogruvumus vai pazeminājumu, kas var sabojāt ražošanas iekārtas un cauruļvadus. 7

Metāns ir spēcīga siltumnīcefekta gāze. Siltāka Arktikas temperatūra var izraisīt pakāpenisku gāzes hidrātu kušanu zem mūžīgā sasaluma. Okeānu sasilšana varētu izraisīt pakāpenisku gāzes hidrātu kušanu netālu no nogulumu un ūdens robežas. Lai arī daudzos ziņu ziņojumos tas ir pasludināts par iespējamu katastrofu, USGS pētījumos ir noskaidrots, ka gāzes hidrāti šobrīd veicina atmosfēras kopējo metānu un ka nestabilu hidrātu atradņu katastrofiska kausēšana, visticamāk, nenosūtīs atmosfērā lielu daudzumu metāna. 9

Vai tu zināji? Metāna hidrātā ir ļoti augsta metāna koncentrācija. Izkausējot viena kubikmetra metāna hidrāta bloku, tiks atbrīvots apmēram 160 kubikmetru gāzveida metāna.
Atsauces uz metāna hidrātu
1 USGS gāzes hidrātu laboratorija: Stefans Vesels, Laura Šterna, Stīvs Kirbijs; Amerikas Savienoto Valstu ģeoloģijas dienesta multivides galerijas video, 2012. gads.
2 Dabasgāzes hidrātu rašanās globālais saraksts: Keita A. Kvenvoldena un Tomass D. Lorensons, Klusā okeāna piekrastes un jūras zinātnes centrs, Amerikas Savienoto Valstu ģeoloģiskais dienests.
3 Dabasgāzes hidrāti: pārskats: Timothy S. Collett, Arthur H. Johnson, Camelia C. Knapp, Ray Boswell; Dabasgāzes hidrāti - enerģijas avotu potenciāls un ar to saistītie ģeoloģiskie draudi: AAPG memoārs 89, p. 146–219, 2009. gads.
4 Gāzes hidrāti ASV dienvidaustrumu piekrastē: Carolyn Ruppel, Džordžijas Tehnoloģiju institūts, NOAA Ocean Explorer vietne, pēdējoreiz apmeklēja 2016. gada novembri.
5 Gāzes hidrātu resursu novērtējums ziemeļu nogāzē, Aļaska, 2008. gads: Amerikas Savienoto Valstu ģeoloģiskais dienests, faktu lapa 2008-3073, 2008. gada oktobris.
6 ASV un Japāna veic pilnīgu veiksmīgu metāna hidrāta ražošanas tehnoloģiju izmēģinājumus: Amerikas Savienoto Valstu enerģētikas departamenta paziņojums presei, 2012. gada 2. maijs.
7 Metāna hidrāta enerģijas avota potenciāls: Ievads unikāla resursa zinātnes un enerģijas potenciālam; Amerikas Savienoto Valstu Enerģētikas departamenta Nacionālās enerģijas tehnoloģiju laboratorijas publikācija, 2011. gada februāris.
8 Tīrās fāzes termisko īpašību rezultāti: sI metāna hidrāts: Woods Hole zinātnes centrs, Amerikas Savienoto Valstu ģeoloģiskais dienests, 2007.
9 Gāzes hidrāti un klimata sasilšana - Kāpēc metāna katastrofa ir maz ticama: Carolyn Ruppel un Diane Noserale, Amerikas Savienoto Valstu ģeoloģiskais dienests, Sound Waves biļetens, 2012. gada maijs / jūnijs.
10 Pētījums liecina par lieliem metāna rezervuāriem zem Antarktikas ledus slāņa: Tims Stefens, preses relīze, Kalifornijas Universitāte, Santakrusa, 2012. gada 29. augusts.

Milzīgs potenciāls

Lai arī metāna hidrātu uzkrājumi atrodas sarežģītā vidē un rada daudz tehnisku izaicinājumu, tie ir plaši izplatīti un ir lielākais ogļūdeņražu avots uz Zemes. To ražošanai varētu tikt izstrādātas dažādas tehnoloģijas, izmantojot spiediena samazināšanu, jonu apmaiņu un citus procesus, kas izmanto to unikālās ķīmiskās un fizikālās īpašības. Amerikas Savienotajās Valstīs, Kanādā, Japānā un Indijā ir aktīvas pētniecības programmas, kas strādā, lai atklātu dzīvotspējīgas gāzes hidrātu ražošanas tehnoloģijas. Metāna hidrātam, visticamāk, būs liela nozīme mūsu nākotnes enerģijas struktūrā.


Skatīties video: Metaná - seznamte se s pravidly (Oktobris 2021).