Шатамхай мөс: Орос улсад хийн гидратаас метан олборлох технологи хэрхэн хөгжиж байна вэ . Газрын тос, байгалийн хийн агуу нэвтэрхий толь бичиг

Корякина В.В. 1, Семенов М.Е. 2, Шиц Е.Ю. 3, Портнягин А.С. 4

ОХУ-ын ШУА-ийн Сибирийн салбарын Нефть, хийн асуудлын хүрээлэнгийн бага эрдэм шинжилгээний ажилтан 1, бага эрдэм шинжилгээний ажилтан 2, техникийн шинжлэх ухааны доктор 3, 4 эрдэм шинжилгээний бага ажилтан.

ХААЛТЫН СУУРИЛУУЛАЛТАД ҮЙЛДВЭРЛЭГДСЭН МЕТАН, ЭТАНЫ НИЙГЛЭЛИЙН ГИДРАТЫН БҮРДЭЛИЙН СУДАЛГАА.

Тэмдэглэл

Уг нийтлэлд битүү өндөр даралтын камер-реакторт синтетик метан ба этан гидрат үйлдвэрлэх онцлогтой холбоотой судалгааны үр дүнг танилцуулсан болно. Изохорик нөхцөлд хийн гидрат үүсгэх үйл явц нь индукцийн хугацаа өөр өөр байдаг бөгөөд этан гидрат үүсэх явц нь метанаас үүссэн гидратаас бага байдаг. Реакторын камерын дотор нэмэлт металл ургах гадаргуу байгаа нь индукцийн хугацааг багасгаж, мөс-гидрат хольц дахь гидрат массын агууламжийг нэмэгдүүлэхэд хүргэдэг болохыг харуулсан. Тооцоолол үүнийг харуулж байнанийлэг аргаар гаргаж авсан метан гидратуудын найрлагыг 7.67CH 4 *46 Х 2 О, мөн этан гидрат найрлага нь бараг тохиромжтой байдаг - 5.95C 2 H 6 * 46H 2 O. Судалгааны үр дүнд хий хөрвүүлэх үйл явцын үр ашгийг нэмэгдүүлэх техникийн шинэ аргыг боловсруулахад ашиглаж болно хатуу баяжмал төлөв болон нүүрсустөрөгчийн түүхий эдийг тээвэрлэх, хадгалах бие даасан төрөл болох хийн гидрат технологийг бий болгох.

Түлхүүр үгс:метан, этан гидрат, изохорик нөхцөл, хаалттай хэлбэрийн суурилуулалт, хийн гидратын массын агууламж.

Корякина В.В. 1 ,Семенов М.Е. 2, Шиц Е.Ю. 3, Портнягин А.С. 4

ШУА-ийн Газрын тос, байгалийн хийн асуудлын хүрээлэнгийн бага эрдэм шинжилгээний ажилтан 1, бага эрдэм шинжилгээний ажилтан 2, инженерийн ухааны доктор 3, инженерийн ухааны доктор 4, бага эрдэм шинжилгээний ажилтан.

ХААЛТТАЙ СУУРИЛУУЛАЛТАД АВЧ АВАХ МЕТАН, ЭТАННЫ НИЙЛЭГ ГИДРАТЫН БҮТЭЦИЙН СУДАЛГАА.

Хийсвэр

Битүү хэлбэрийн өндөр даралтын реакторууд дахь метан ба этаны синтетик гидратыг олж авах онцлог шинж чанаруудын талаархи судалгааны үр дүнг нийтлэлд үзүүлэв. Изохорны нөхцөлд хийн гидратыг хүлээн авах үйл явц нь индукцийн хугацаатай, өөр өөр хугацаатай байдаг бөгөөд этан гидрат үүсэх хугацаа нь метан үүссэн гидратаас бага байдаг. Реакторын камер дахь нэмэлт металл гадаргуутай байх нь индукцийн хугацааг багасгаж, "мөсөн гидрат" хольц дахь гидрат массын хадгалалтыг нэмэгдүүлэхэд хүргэдэг. Тооцооллын дагуу синтетик хүлээн авсан метан гидратуудын бүтцийг 7.67CH 4 * 46H 2 O гэж тодорхойлсон бөгөөд этан гидрат нь бараг тохиромжтой байдаг - 5.95C 2 H 6 * 46H 2 O. Судалгааны үр дүнг хатуу төвлөрсөн байдалд хий дамжуулах үйл явцын үр ашгийг нэмэгдүүлэх шинэ арга техникийг боловсруулах, нүүрсустөрөгчийн түүхий эдийг тээвэрлэх, хадгалах бие даасан төрөл болох хийн гидрат технологийг бий болгоход ашиглаж болно.

Түлхүүр үг:метан, этан, изохорны нөхцөл, хаалттай хэлбэрийн суурилуулалт, хийн гидратын массын агууламж.

Танилцуулга.Массын тэнцвэрийн үүднээс авч үзвэл гидрат үүсэх лабораторийн нөхцлийг хоёр төрөлд хувааж болно: задгай - тэнцвэрийн нөхцөлд гидрат үүсэх үед гидрат үүсгэгч хийн урсгалын улмаас систем дэх тогтмол даралтыг хангадаг хаалттай - гидрат үүсгэгчийн нэмэлт урсгалгүйгээр бүхэл системийн термобарик нөхцлийн өөрчлөлтөөс болж гидрат үүсэх үед. Хийн гидратыг үйлдвэрлэх нээлттэй нөхцлийг изотерм ба изобар суурилуулалтанд, хаалттай нөхцөлд зөвхөн изохорик нөхцөлд гүйцэтгэдэг. Нээлттэй нөхцөлд гидрат үйлдвэрлэх процессыг голчлон гидрат үүсэх процессын термодинамик шинж чанарыг судлахад ашигладаг бөгөөд тэнцвэрт нөхцөлд явагддаг бөгөөд засвар үйлчилгээ нь эрчим хүч их шаарддаг. Үүний эсрэгээр изохорик нөхцөлд гидратын өсөлт нь гидрат үүсгэгч бүрэлдэхүүн хэсгийн нэмэлт урсгалгүйгээр явагддаг. Энэ процесс явагддаг суурилуулалт нь техник хангамж, техникийн дизайны хувьд илүү хялбар байдаг.

Тиймээс битүү төрлийн суурилуулалтанд энгийн метан ба этан гидратыг олж авах, энэ процессын үр ашгийн гол үзүүлэлт болох нийлэг аргаар олж авсан дээжин дэх хийн гидратын массын хэмжээг тодорхойлох нь ажлын зорилго байв.

Хийн гидратууд нь клатрат төрлийн хий ба усны стехиометрийн бус нэгдлүүд юм. Гидратуудын бүтэц нь хийн молекулуудаар дүүрсэн усны хөндийгөөс бүрдэнэ. Тэдний бүтцэд үндэслэн гидратыг олон төрөлд хуваадаг бөгөөд тэдгээрийн хамгийн түгээмэл нь куб хэлбэрийн KS-1 ба KS-2 юм.

Бие даасан хий ба тэдгээрийн хольц нь тодорхой бүтэцтэй гидрат үүсгэдэг дүрэм журам байдаг.

1. Зочны молекулын хэмжээ ба усны хөндийн хэмжээ хоорондын пропорциональ байдал нь хий нь талст гидрат үүсгэх боломжийг тодорхойлдог;
2. Тогтвортой гидрат бүтцийг бий болгохын тулд зочны молекулын хэмжээ болон эзэн усан хөндийн хэмжээтэй оновчтой харьцаа нь 0.86-0.98 хооронд байх ёстой. 0.8-аас доош утгын хувьд зочин молекул нь хөндий дэх усны молекулуудыг няцаах хангалттай ажил хийдэггүй бөгөөд үүний үр дүнд тогтворгүй эсвэл нурж унадаг. Жишээлбэл, метан молекул нь аль ч бүтцийн хөндийд нэвтэрч чаддаг боловч KS-1 бүтцийн том хөндийг KS-2 бүтэцтэй харьцуулахад илүү сайн дэмждэг (бүтэц дэх диаметрийн харьцаа тус тус 0.74 ба 0.66 байна). ). Тиймээс цэвэр метан нь KS-1 бүтцийн гидрат үүсгэдэг, учир нь энэ нь хамгийн тогтвортой байдаг. Этан гидратад мөн адил хамаарна, учир нь KS-2 бүтцийн хувьд 0.84 диаметрийн харьцаа хангалтгүй тул этан нь голчлон KS-1 бүтцэд гидрат үүсгэдэг бөгөөд зөвхөн том хөндийгүүд этанаар дүүрдэг. 3. Зочин молекулын хэмжээ болон эзэн усан хөндийн харьцаа нь гидрат үүсэх үйл явцын тэнцвэрт T, P - утгыг тодорхойлдог: температур бага байх тусам тэнцвэрийн даралт ихсэх болно. Тиймээс метан нь бусад бүх хийтэй харьцуулахад өндөр даралттай гидрат үүсгэдэг бөгөөд метан руу 1% пропан нэмбэл тэнцвэрийн даралтыг 42% бууруулдаг (Т = 280.4 К-д 5.35 МПа-аас 3.12 МПа хүртэл). Этан нь метантай харьцуулахад хамаагүй бага даралттай гидрат үүсгэдэг.

Тиймээс гидрат үүсгэгч хийн найрлага нь тодорхой бүтцийн гидрат хий үүсэх гол хүчин зүйл бөгөөд түүний үүсэх нөхцөлийг тодорхойлдог.

Туршилтын хэсэг.Битүү суурилуулалтанд метан ба этан гидрат үйлдвэрлэх.

Уг ажилд тодорхой хэмжээний ус, хийнээс метан ба этан гидрат үйлдвэрлэх ажлыг өндөр даралтын реакторын хаалттай камерт хийсэн (Хүснэгт 1). Гидратыг олж авахын тулд юуны түрүүнд гидрат үүсэх анхны нөхцлийг тооцоолох шаардлагатай. Синтезийн нөхцлийг Слоуны аргыг ашиглан Редлич-Квонгийн төлөв байдлын тэгшитгэлийг ашиглан бодит хийн тооцоолсон. Хүснэгт 2-т гидратуудын нийлэгжилтийн анхны нөхцлийг харуулав.

Хүснэгт 1 – Гидрат синтезийн нөхцөл

Гидрат синтезийн үйл явцын үе шатуудын дарааллыг 1-р зурагт үзүүлэв.

Зураг 1 – Тасалгаануудыг хийгээр дүүргэх (цэнхэр дөрвөлжин), инкубатор-хөргөгч дэх синтез ба задрал (ногоон дөрвөлжин): 1. гидрат үүсгэгч хийтэй цилиндр; 2. синтезийн камер: a – стандарт даралт хэмжигч, b – фланцын таг; 3. усны цорго; 4. нүүлгэн шилжүүлэх хөлөг онгоц; 5. хийн бюретка; 6. гидрат бүхий камер; 7. термостат

Шаардлагатай хэмжээний нэрмэл усыг камерт юүлж, тоос сорогчоор цэвэрлэв. 283 К-ийн температурт тохирох хий нь 280 К температурт гидрат үүсэх үеийн даралттай тэнцэх ачааллын даралт хүртэл усаар тасалгаанд нийлүүлсэн (Хүснэгт 1). Үүний дараа танхимуудыг хийгээр нэмэлт цэнэглэх ажил хийгдээгүй. Ус, гидрат үүсгэгч хий дүүргэсний дараа камерыг инкубаторын хөргөгчинд хийнэ. Гидрат үүсэх процессыг тооцоолсон тэнцвэрийн муруйн дагуу температурын хяналтын горимд явуулсан (Зураг 2). Тиймээс туршилтын температурын нөхцлийг хоёр үе шатанд хувааж, гидрат ургалт зогсох хүртэл тасралтгүй давтагдсан: 1˚C-ээр хурдан хөргөх (5-10 минутын дотор), изотерм гидрат үүсэх удаан хугацаа.

Зураг 2 – Гидрат үүсэх тэнцвэрийн муруй ба хөргөлтийн температурын горим, энд – температурын хяналт: даралтын өөрчлөлт (уналт):

Дүрмээр бол хаалттай камерт гидрат үүсэх нь голчлон явагддаг: капилляр хүчний нөлөөн дор ус нэмэгдэж, өсөн нэмэгдэж буй гидрат талсжих төв рүү шилжиж, ургаж буй гидратуудын чөлөөт гадаргуу дээр тархах замаар тасалгааны хана дагуу үүсдэг. ус (шингэн фаз нь манай тохиолдолд албадан конвекцид ордоггүй). Хий ба усны фазын харилцан үйлчлэлийн тодорхой гадаргуугийн талбайг нэмэгдүүлэхийн тулд танхимуудын дотор дараахь найрлагатай нийт 200 см 2 талбай бүхий ган хавтангаар хийсэн байгууламжуудыг байрлуулав.<0.005, Si>1.65, Mn – 0.09, Cr – 0.02, Ni – 0.08, Mo – 0.014, Cu – 0.06, Fe – бусад.

Синтетик гидратын найрлагын тооцоо.

Метан/этан гидратыг зохиомлоор үйлдвэрлэх үйл явцын үр ашгийг үнэлэхийн тулд үүссэн "гидрат-мөсний" хольц дахь нийлэгжүүлсэн гидратын массын хэмжээг тооцоолсон. Үүссэн хийн гидратыг задлах процессын судалгааны үр дүнд үндэслэн тооцооллыг хийсэн. Туршилтын процедур нь дараах байдалтай байсан: нийлэгжүүлсэн хольц бүхий камер дахь даралтыг атмосферийн даралт хүртэл бууруулж, дараа нь камерыг термостатад байрлуулсан (Зураг 1). Гидратаас ялгарах хийн эзэлхүүнийг 294 К-ийн температурт хэмжсэн. Уг процесс нь хольцыг бүрэн задрах хүртэл явагдсан бөгөөд энэ нь хийн ялгаралтыг зогсоох замаар шүүгдсэн. Ийнхүү мөс-гидрат хольц дахь гидратын агууламж, усыг гидрат болгон хувиргах зэргийг тодорхойлохдоо ялгарсан хийн эзэлхүүн дээр үндэслэн хийсэн.

Метан ба этан нь KS-I бүтцийн энгийн гидратуудыг (куб бүтэц) үүсгэдэг бөгөөд хэрэв молекул нь нэлээд жижиг метан нь жижиг, том хөндийг дүүргэдэг бол этан молекул нь зөвхөн том хөндийг дүүргэдэг. гидрат бүтэц. Лангмюрын изотермийн тэгшитгэл дээр үндэслэн тооцоолсон жижиг, том хөндийг дүүргэх түвшинг мэдэж, үүссэн гидратын найрлага, нягтыг олж болно.

"Ус-гидрат үүсгэгч" систем дэх фазын шилжилт нь зөвхөн усны гадаргуу дээрх хийн молекулуудыг шингээх замаар гидрат үүсэх тэнцвэрийн температур ба даралтад явагддаг бөгөөд үүнийг Лангмюрийн изотермээр тодорхойлсон байдаг.

(1)

Гидрат үүсгэгч хий нь зөвхөн нэг бүрэлдэхүүн хэсэг болох метан (этан) -аас бүрддэг тул түүний хэсэгчилсэн даралт нь систем дэх нийт даралттай тэнцүү байна.

P CH4 =5.0 *10 6 Па ба P C2H6 =1.035*10 6 Па.

(1) тэгшитгэлд В.Париш, Ж.Праустниц нарын санал болгосон эмпирик тэгшитгэлээс Лангмюрын тогтмолуудыг олно.

(2)

Хаана АТэгээд IN- утгыг 2-р хүснэгтэд өгсөн тогтмолууд.

Хийн гидратын найрлагыг гидратын жижиг, том хөндийг хийгээр дүүргэх түвшингээс тооцсон бөгөөд энэ нь тоогоор тодорхойлогддог. n- гидрат үүсгэгч хийн молекул дахь усны молекулын тоо:

KS-I бүтцийн гидратуудын хувьд (3)

Хүснэгт 2 – Метан гидрат, этан бүтэц KS-1-ийн эмпирик тэгшитгэлийн (3) тогтмолууд

Нэмж дурдахад нэгж эсийн хэмжээсийг мэдсэнээр та гидратын нягтыг (г / мл) тооцоолж болно.

KS-I бүтцийн гидратуудын хувьд: (4),

усны молекул жин хаана байна, г / моль;

М– гидрат үүсгэгч хийн молекул жин, г/моль;

θ 1Тэгээд θ 2– жижиг, том хөндийг дүүргэх зэрэг;

а би– I бүтцийн гидратын куб болор торны параметр, нм;

Н А- Авогадрогийн дугаар.

Холимог дахь гидратын массын агууламжийг тооцоолох аргачлалд бид гидрат үүсэх явцад жижиг, том хөндий нь хийн молекулуудаар бүрэн дүүрч, улмаар өсөн нэмэгдэж буй гидрат нь тогтмол найрлагаар тодорхойлогддог гэсэн таамаглалыг нэвтрүүлсэн. ба гидрат найрлага нь хамгийн тохиромжтой - 8CH 4 * 46H 2 O ба 6C 2 H 6 * 46H 2 O. Гидратын массын агууламжийг мэдэгдэж буй (хэмжсэн) гидрат үүсгэгч хийн эзэлхүүнтэй элементийн эсийн тоогоор тооцоолсон:

Үүнд: Г – хольц дахь гидратын массын хувь, ρ - гидрат нягт, В- гидрат үүсгэгч хийн хэмжээ; а– гидрат болор торны параметр (KS-I гидратын хувьд 12 Å), n– гидратын нэгж үүрэн дэх гидрат үүсгэгч хийн молекулуудын тоо (метан гидрат 8, этан гидрат 6), мус- нийлэгжилтэнд авсан нэрмэл усны масс; М- гидрат үүсгэгч хийн молийн масс; В А- ялгарсан хийн эзэлхүүнийг хэмжих температур дахь хийн молийн эзэлхүүн; НА- Авогадрогийн дугаар.

Үр дүн, хэлэлцүүлэг.

Метан гидрат синтезийн камерт метал хийц (МК) байхгүй ба түүний дэргэд даралтын уналтын динамикийг Зураг 3-т үзүүлэв.

Хаалттай систем дэх гидрат үүсэх үйл явцын нэг онцлог нь индукцийн урт хугацаа бөгөөд энэ хугацаанд талст гидрат цөмүүдээс бүрдэх үе шат үүсдэг бөгөөд энэ нь нуранги гидрат үүсэх процесс эхлэх хүртэл метастабил төлөвт байдаг. Тиймээс, камерыг ус, метанаар хөргөх эхний үед даралт аажмаар буурч, түүний утга нь хэдэн өдөр байдаг - энэ нь индукцийн үе гэж нэрлэгддэг бөгөөд энэ хугацаанд гидрат үүсгэгч уусч, анхдагч гидрат бүтэц үүсдэг. усанд үүснэ.

Зураг 3 – Метан хийцгүй ба уснаас метан гидрат үүсэх динамик (MC)

Дараа нь 276 К-ийн температурт гидрат үүсэх процессын улмаас системд даралт бага зэрэг буурч, усны гадаргуу дээр үүссэн гидрат царцдас нь доторх гидрат үүсэхээс сэргийлдэг тул хэдхэн цагийн дараа зогсдог. усны хэмжээ.

Үгүй бол гидрат үүсэх нь металл бүтэцтэй камерт үүсдэг: 276 К температурт даралт огцом буурч, өдрийн турш үргэлжилж, шингэн ус мөс болж хувирах үед зогсдог. Тиймээс гидрат ургах гадаргуугийн талбайн өсөлт нь ус-метаны системд илүү эрчимтэй гидрат үүсэхийг дэмждэг.

Метан гидрат үүсэх индукцийн хугацааг тоон хувьд Гиббсийн энергийн өөрчлөлт (-Δ) хэлбэрээр метаны тогтвортой байдлын хэмжүүр болгон илэрхийлж болно. Г) тэгшитгэлийн дагуу гидратын моль үүсэх үед метастабил төлөвөөс тэнцвэрт төлөв рүү изотерм шилжих үед системийн:

Хаана P- T температурт систем дэх даралт, П 0 - ижил температурт гидрат үүсэх тэнцвэрт даралт. Метанаас гидрат үүсэх индукцийн үеийн Гиббсын урвуу энергийг тооцоолох үр дүнг Зураг 4-т үзүүлэв.

Зураг 4 – Индукцийн үеийн “ус-метан” системийн Гиббсийн энергийн өөрчлөлтийн динамик

Индукцийн үед систем нь чөлөөт энергийг аажмаар хуримтлуулж, улмаар гидрат талстуудын өсөлтөд зарцуулагддаг болохыг харж болно. Энэ шинж чанар нь бараг л шууд хамааралтай байдаг нь битүү нөхцөлд метан гидрат талст цөм үүсэх жигд хурдыг илтгэдэг нь онцгой сонирхолтой юм.

Метан гидратыг олж авахад ашигладаг ижил технологийн аргыг ашиглан этан гидратыг битүү өндөр даралтын камерт зохиомлоор гаргаж авсан.

Зураг 5 – Металл хийцгүй ба уснаас этан гидрат үүсэх динамик

Этаны хувьд гидрат үүсэх процесс нь эерэг температурт явагддаг боловч индукцийн хугацаа бараг байдаггүй (Зураг 5). Этан нь нэмэлт металл гадаргуу байхгүй байсан ч гидрат болж эрчимтэй хувирдаг боловч металл бүтэцтэй үед гидрат үүсэх үйл явц илүү хурдан явагддаг. Тиймээс изохорик нөхцөлд этан гидрат үүсэх процесс 120 цаг орчим үргэлжилдэг бөгөөд энэ нь метан гидрат үүсэхээс 2 дахин хурдан байдаг.

Синтетик метан ба этан гидратуудын бүтцийн параметрүүдийг тодорхойлсон үр дүнг 3-р хүснэгтэд үзүүлэв.

Хүснэгт 3 - Синтетик метан ба этан гидратуудын бүтцийн параметрүүдийн утгууд

Энэ нь нийлэгжүүлсэн метан гидрат найрлага нь 7.67CH 4 *46H 2 O гэж тодорхойлсон байна гэж тогтоосон байна, этан гидрат найрлага нь бараг тохиромжтой юм - 5.95C 2 H 6 * 46H 2 O. Том хөндий дүүргэх зэрэг. Метантай байх нь жижиг хэмжээтэй харьцуулахад их байдаг нь гидратын хүрээний тогтвортой байдлыг хангадаг. Этан гидрат ургах явцад зөвхөн том хөндийгөөр дүүрч, бараг бүрэн дүүрэн байдаг. Ийнхүү изохорик нөхцөлд гаргаж авсан нийлэг метан гидратуудын энгийн тор нь 7-8 хийн молекул, этан нь 5-6 молекул агуулдаг болохыг тогтоожээ. Хаалттай өндөр даралтын камерт гаргаж авсан нийлэг гидрат хоёрын нягт нь нэгдмэл хэмжээнээс бага байдаг нь этан гидратын нягт нь метан гидратаас арай өндөр байдаг (Хүснэгт 3).

Металлын бүтэц ашиглахгүйгээр энгийн гидратыг нийлэгжүүлсний үр дүнд гидрат бага агууламжтай мөс-гидрат хольц үүсдэг нь тогтоогдсон: метан гидрат нь жингийн 10% хүртэл, жингийн хувьд 20 орчим байна. этан гидратын хувьд %. Нэмэлт өсөлтийн гадаргууг ашиглах нь холимог дахь гидратын агууламжийг нэмэгдүүлдэг болохыг харуулсан: метан гидрат - жингийн 60% хүртэл, этан гидрат - 80% хүртэл.

Тиймээс хаалттай камерт синтез хийх явцад гидрат ханалт нь голчлон талст нэгдлүүдийн өсөлт үүсдэг чөлөөт гадаргуугийн талбайтай пропорциональ байна.

Дүгнэлт.

Ийнхүү судалгааны үр дүнд изохорик нөхцөлд битүү реакторын камерт өндөр гидрат агуулсан синтетик метан ба этан гидратуудыг гаргаж авсан. Өндөр даралтын реакторын хаалттай камер дотор (MC) хэлбэрийн нэмэлт өсөлтийн гадаргуу нь мөсөн гидрат хольц дахь энгийн метан ба этан гидратуудын агууламжийг тус тус 6-4 дахин нэмэгдүүлэх боломжтой болохыг тогтоожээ.

Синтетик аргаар гаргаж авсан метан гидратуудын найрлагыг 7.67CH 4 *46H 2 O гэж тодорхойлсон бөгөөд этан гидратын найрлага нь бараг тохиромжтой - 5.95C 2 H 6 * 46H 2 O.

Уран зохиол

1. Макогон Ю.Ф. Байгалийн хийн гидратууд. – М.: Недра, 1974.-208 х.
2. Dendy Sloan, E. Clathrate байгалийн хийн гидратууд. Гурав дахь хэвлэл. – Нью Йорк: Марсель Деккер, 1998, -730 х.
3. Нестеров А.Н. Гадаргуугийн идэвхит бодис байгаа үед хийн гидрат үүсэх кинетик ба механизм: dis. ... Доктор Хими. Шинжлэх ухаан: – Тюмень, 2006. – 280 х.
4. Истомин В.А., Якушев В.С. Байгалийн нөхцөлд хийн гидратууд. -М.: Недра, 1992.-236 х.
5. Парриш В.Р., Праусниц Ж.М. Хийн хольцоос үүссэн хийн гидратуудын диссоциацийн даралт // Ind. Eng. Хими. Үндсэн ойлголтууд. 1972.-В. 11.-№1.-P. 26-35.
6. Бык С.Ш., Макогон Ю.Ф., Фомина В.И. Хийн гидратууд. – М.: Хими, 1980.-296 х.

Лавлагаа

1. Макогон Ю.Ф. Байгалийн хийн гидратууд. – М.: Газрын хэвлий, 1974.-208 х.
2. Dendy Sloan, E. Clathrate байгалийн хийн гидратууд. Гурав дахь хэвлэл. – Нью Йорк: Марсель Деккер, 1998, -730 х.
3. Нестеров А.Н. Гадаргуугийн идэвхтэй бодисууд байгаа үед хийн гидрат үүсэх кинетик ба механизм: yew. ... Химийн шинжлэх ухааны докторууд: – Тюмень, 2006. – 280 хуудас.
4. Истомин В.А., Якушев В.С. Байгаль дахь хийн гидратууд. – М.: Газрын хэвлий, 1992.-236 х.
5. Парриш В.Р., Праусниц Ж.М. Хийн хольцоос үүссэн хийн гидратуудын диссоциацийн даралт//Ind. Eng. Хими. Үндсэн ойлголтууд. 1972. – V. 11.-№1. – P. 26-35.
6. Byk S.Sh., Makogon Yu.F., Fomina V.I. Хийн гидратууд. – М.: Хими, 1980.-296 хуудас.

Далайн ёроолд метан гидрат

Метан гидрат- Сүүлийн хэдэн арван жилд л мэдэгдэж байсан дэлхийн хамгийн нууцлаг ашигт малтмал. Энэ ашигт малтмал нь зөвхөн тодорхой нөхцөлд байж болно. Жишээлбэл, дэлхийн атмосферийн даралт, температур нь хасах 80 градусаас ихгүй байна. Хэрэв агаарын температур Цельсийн 0 градус байвал энэ ашигт малтмал оршин тогтнохын тулд 25 бар өндөр даралтыг бий болгох шаардлагатай. Энэ нь шингэн эсвэл хийн төлөвт байж болохгүй, хайлах боломжгүй. Метан гидрат нь зөвхөн хатуу байж болно.

Энэ нууцлаг ашигт малтмал юу вэ?
Метан гидрат нь бөөгнөрөл хэлбэртэй тусгай бүтэцтэй мөс бөгөөд дотор нь метан болон бусад метаны нэгдлүүд (CH4, C2H6, C3H8, изобутан гэх мэт) молекулууд байрладаг. Ус ба метан нь сул молекулын холбоогоор холбогддог бөгөөд температур өсөхөд метан хий нь кластеруудыг орхиж, ууршдаг. Хэрэв халаалт хурдан явагддаг бол метаны ялгаралт хурдан, заримдаа тэсрэх аюултай байдаг.

Метан гидрат загвар

Гэссэн мөнх цэвдэг болон далайн тунамал давхаргаас метан ялгарах тохиолдол мэдэгдэж байна. Энэ нь усыг метан бөмбөлөгөөр хангаж, нягтрал буурахад хүргэдэг. Үүний үр дүнд хөлөг онгоц эсвэл шумбагч онгоц живж магадгүй юм. Алдарт Бермудын гурвалжинд усан онгоцнууд гэнэт живэх шалтгаан нь энэ үзэгдэл байсан гэсэн таамаг байдаг.

Хүчтэй газар хөдлөлт, литосферийн ялтсуудын хөдөлгөөний үед чулуулаг халааж, метан тэсрэх аюултай. Хэрэв та метан гидратыг доороос нь өргөж эсвэл мөнх цэвдгээс гаргаж авбал тэр даруй хий гарч эхэлнэ. Энэ хий галд шатаж болох бөгөөд та гайхалтай дүр зургийг харах болно - шатаж буй мөс!

Метан гидратууд хаана байдаг вэ?Энэ гайхалтай холболт яагаад зөвхөн 20-р зууны хоёрдугаар хагаст мэдэгдэв?
Энэ ашигт малтмал нь далайн ёроол, тавиур, далайн ёроолын хадны давхаргад байдаг. Гэхдээ зөвхөн тодорхой гүнд, газрын гүнээс дулаан нь тунамал чулуулаг халааж чадахгүй байна. Мөнх цэвдэгт, дахин тодорхой гүнд. Байгаль нуурын ёроолд. Энэ ашигт малтмалын байгалийн нөөц маш их.

Метан гидрат нь эрчим хүчний эх үүсвэр юм, учир нь түүний олборлолт нь байгалийн хий их хэмжээгээр үйлдвэрлэх боломжтой. Шинжээчдийн үзэж байгаагаар энэ нь 1 шоо метрээс 160 - 180 шоо см метан юм. см мөс. Тиймээс энэ ашигт малтмалын хуримтлалыг үйлдвэрлэлийн аргаар хөгжүүлэх нь маш их цэнхэр түлш авчрах болно. Метан гидратыг хийн нөөцийн эх үүсвэр болгон ашиглах хэтийн төлөв нь түүнийг 20-р зууны сүүлч, 21-р зууны эхэн үед өргөн хүрээтэй судлахад хүргэсэн.

Гэхдээ энэ ашигт малтмал нь дэлхий дээрх амьдралд асар их аюулын эх үүсвэр юм.Далайн усны температур гэнэт нэмэгдэж, далай, далайн ёроолд олон тооны галт уул дэлбэрч эхлэв гэж төсөөлөөд үз дээ. Метан нэн даруй ус, агаар мандалд цацагдана. Метан бол CO2 шиг хүлэмжийн хий юм. Метанаас үүссэн хүлэмжийн нөлөө нь нүүрстөрөгчийн давхар ислийнхээс хэд дахин их байдаг. Агаар мандал, далай дулаарна. Энэ нь дэлхий дээрх цаг уурын өөрчлөлтөд хүргэж, далай, хуурай газар дахь олон төрлийн амьтан, ургамлын үхэлд хүргэнэ. Магадгүй хүний ​​үхэл хүртэл.

Ойролцоогоор 252 сая жилийн өмнө (Пермийн геологийн үеийн төгсгөл) Сибирийн хойд хэсэгт томоохон астероид унаж, дэлхийн царцдасыг цоолох үед үүнтэй төстэй зүйл тохиолдсон гэж геологичид үзэж байна. Энэ нь өргөн уудам нутагт базальт лаав асгарах, галт уулын дэлбэрэлт, дэлхий даяар газар хөдлөлт болоход хүргэсэн. Үүний үр дүнд галт уулын үнс төдийгүй метан ч агаар мандалд ордог. Үүний үр дүнд хуурай газрын амьтдын 70 хувь, далай, далайн амьтдын 96 хувь нь үхжээ. Дэлхий өөрчлөгдсөн... Сансар огторгуй, геологийн энэхүү үйл явдлыг “Пермийн гамшиг” гэж нэрлэдэг. Геологийн газрын зураг дээр астероид унасны дараа дэлбэрч байгааг "Сибирийн хавх" гэж нэрлэдэг.

Галт уулын идэвхжил нэмэгдэж, агаар мандалд их хэмжээний метан ялгарах нь палеоцений сүүлчээр мөн тохиолдсон бөгөөд энэ нь мөн ургамал, амьтны аймагт өөрчлөлт орж, олон мянган төрлийн амьд организм үхэхэд хүргэсэн.

Энэ нь зөвхөн Дэлхий дээр байдаггүй. Метан гидратууд нь нарны аймгийн мөсөнд хучигдсан, метан уур амьсгалтай гаригуудад байдаг. Эдгээр нь Далай ван ба Тэнгэрийн ван юм. Магадгүй сүүлт одны мөс нь метан гидрат агуулдаг.

Хэдхэн жилийн өмнө "нүүрстөрөгчийн хомсдол"-ын онол эдийн засагчид, өөрөөр хэлбэл технологиос хол байгаа хүмүүсийн дунд түгээмэл байсан. Дэлхийн санхүүгийн элитүүдийн өнгө төрхийг бүрдүүлдэг олон хэвлэлүүд: Жишээлбэл, дэлхий удахгүй газрын тосгүй болвол дэлхий ямар байх вэ? "Ядарх" үйл явц идэвхтэй үе шатанд орвол түүний үнэ ямар байх вэ?

Гэтэл яг одоо бидний нүдэн дээр болж буй “занарын хувьсгал” энэ сэдвийг ядаж л ар тал руу нь авч хаясан. Өмнө нь цөөхөн хэдэн мэргэжилтнүүдийн хэлж байсан зүйл нь бүгдэд тодорхой болсон: манай гараг дээр нүүрсустөрөгчийн нөөц хангалттай хэвээр байна. Тэдний бие махбодийн ядаргааны талаар ярихад эрт байна.

Бодит асуудал бол өмнө нь хүртээмжгүй байсан эх үүсвэрээс нүүрсустөрөгчийг олборлох боломжтой үйлдвэрлэлийн шинэ технологийг хөгжүүлэх, түүнчлэн тэдгээрийн тусламжтайгаар олж авсан нөөцийн өртөг юм. Та бараг юу ч авч болно, энэ нь зүгээр л илүү үнэтэй байх болно.

Энэ бүхэн хүн төрөлхтнийг "уламжлалт түлшний уламжлалт бус эх үүсвэр" хайхад хүргэж байна. Үүний нэг нь дээр дурдсан занарын хий юм. GAZTechnology нь түүний үйлдвэрлэлтэй холбоотой янз бүрийн асуудлын талаар нэгээс олон удаа бичсэн.

Гэсэн хэдий ч бусад ийм эх сурвалжууд байдаг. Тэдний дунд манай өнөөгийн материалын "баатрууд" - хийн гидратууд байдаг.

Энэ юу вэ? Хамгийн ерөнхий утгаараа хийн гидратууд нь тодорхой температур (нэлээд бага), даралт (нэлээд өндөр) хий, уснаас үүссэн талст нэгдлүүд юм.

Анхаар: Тэдний үүсэхэд янз бүрийн химийн бодисууд оролцож болно. Бид нүүрсустөрөгчийн талаар тусгайлан ярих шаардлагагүй. Эрдэмтдийн ажигласан анхны хийн гидрат нь хлор, хүхрийн давхар ислээс бүрддэг. Энэ нь 18-р зууны төгсгөлд болсон.

Гэсэн хэдий ч бид байгалийн хийн үйлдвэрлэлтэй холбоотой практик талыг сонирхож байгаа тул бид энд голчлон нүүрсустөрөгчийн талаар ярих болно. Түүнээс гадна бодит нөхцөлд метан гидрат нь бүх гидратуудын дунд давамгайлдаг.

Онолын тооцоогоор ийм талстуудын нөөц үнэхээр гайхалтай юм. Хамгийн консерватив тооцоогоор бид 180 их наяд шоо метр тухай ярьж байна. Илүү өөдрөг тооцоогоор 40 мянга дахин их тоо гарч байна. Ийм үзүүлэлтүүдийг харгалзан үзвэл дэлхий дээрх нүүрсустөрөгчийн шавхалтын талаар ярих нь ямар нэгэн байдлаар тохиромжгүй гэдэгтэй та санал нийлэх болно.

Сибирийн мөнх цэвдэгт хийн гидратын асар их орд байгаа гэсэн таамаглалыг өнгөрсөн зууны аймшигт 40-өөд оны үед Зөвлөлтийн эрдэмтэд дэвшүүлсэн гэж хэлэх ёстой. Хэдэн арван жилийн дараа энэ нь баталгаагаа олсон. Мөн 60-аад оны сүүлээр нэг ордыг ашиглах ажил ч эхэлсэн.

Дараа нь эрдэмтэд тооцоолсон: метан гидрат тогтвортой төлөвт байх боломжтой бүс нь дэлхийн нийт далай, далайн ёроолын 90 хувь, хуурай газрын 20 хувийг эзэлдэг. Бид өргөн тархсан байж болзошгүй ашигт малтмалын нөөцийн тухай ярьж байгаа юм байна.

"Хатуу хий" гаргаж авах санаа үнэхээр сэтгэл татам харагдаж байна. Түүгээр ч барахгүй гидратын нэгж эзэлхүүн нь өөрөө 170 орчим боть хий агуулдаг. Өөрөөр хэлбэл, нүүрсустөрөгчийн их хэмжээний гарц авахын тулд хэдхэн талст авахад хангалттай юм шиг санагддаг. Физикийн үүднээс авч үзвэл тэдгээр нь хатуу төлөвт байгаа бөгөөд сул цас, мөс гэх мэт зүйлийг төлөөлдөг.

Гэсэн хэдий ч асуудал нь хийн гидратууд ихэвчлэн хүрэхэд маш хэцүү газруудад байрладаг. “Мөнх цэвдгийн ордууд нь байгалийн хийн гидраттай холбоотой байгалийн хийн нөөцийн багахан хэсгийг агуулдаг. Нөөцийн гол хэсэг нь гидрат үүсэх термодинамик нөхцөл бүрдэх гүний интервалд (ихэвчлэн эхний хэдэн зуун метр) хийн гидрат тогтвортой байдлын бүсэд хязгаарлагддаг. Баруун Сибирийн хойд хэсэгт энэ нь 250-800 м, далайд - ёроолын гадаргуугаас 300-400 м хүртэл, ялангуяа тавиурын гүний устай газар, эх газрын налууд 500-600 м хүртэл гүнтэй байдаг. доод. Эдгээр завсарлагааны үеэр байгалийн хийн гидратуудын дийлэнх хэсгийг илрүүлсэн" гэж Википедиа мэдээлэв. Тиймээс бид дүрмээр бол далайн эрс тэс нөхцөлд, өндөр даралтын дор ажиллах тухай ярьж байна.

Хийн гидратыг олборлох нь бусад хүндрэлийг үүсгэж болзошгүй. Ийм нэгдлүүд нь жишээлбэл, бага зэргийн цохилттой ч гэсэн тэсрэх чадвартай байдаг. Тэд маш хурдан хийн төлөвт хувирдаг бөгөөд энэ нь хязгаарлагдмал хэмжээгээр даралтын огцом өсөлтийг үүсгэдэг. Мэргэшсэн эх сурвалжийн мэдээлснээр хийн гидратын эдгээр шинж чанарууд нь Каспийн тэнгис дэх үйлдвэрлэлийн платформуудад ноцтой асуудлын эх үүсвэр болсон юм.

Үүнээс гадна метан нь хүлэмжийн үр нөлөөг бий болгодог хийн нэг юм. Хэрэв аж үйлдвэрийн үйлдвэрлэл агаар мандалд их хэмжээний хорт бодис ялгаруулдаг бол энэ нь дэлхийн дулаарлын асуудлыг улам хүндрүүлнэ. Гэвч практик дээр ийм зүйл тохиолдоогүй ч гэсэн "ногоонууд" ийм төслүүдэд ойр, найрсаг бус анхаарал хандуулах нь бараг баталгаатай юм. Өнөөдөр олон муж улсын улс төрийн хүрээн дэх тэдний байр суурь маш хүчтэй байна.

Энэ бүхэн нь төслүүдэд метан гидрат олборлох технологи боловсруулахад туйлын хүндрэл учруулж байна. Үнэн хэрэгтээ манай гараг дээр ийм нөөцийг боловсруулах жинхэнэ үйлдвэрлэлийн арга байдаггүй. Гэсэн хэдий ч холбогдох бүтээн байгуулалтууд явагдаж байна. Ийм аргыг зохион бүтээгчид хүртэл патент олгосон байдаг. Тэдний тайлбар заримдаа шинжлэх ухааны уран зөгнөлт номноос хуулбарласан мэт футурист шинж чанартай байдаг.

Жишээлбэл, "Усны сав газрын ёроолоос хийн гидрат нүүрсустөрөгчийг гаргаж авах арга, түүнийг хэрэгжүүлэх төхөөрөмж (RF патент No 2431042)" http://www.freepatent.ru/ вэб сайтад: "The шинэ бүтээл нь далайн ёроолд байрлах ашигт малтмалын олборлолтын салбарт хамаарна. Техникийн үр дүн нь хийн гидрат нүүрсустөрөгчийн үйлдвэрлэлийг нэмэгдүүлэх явдал юм. Энэ арга нь усан сангийн ёроолоор хөдөлж буй босоо туузан дамжуулагч дээр суурилуулсан хувингийн хурц ирмэг бүхий доод давхаргыг устгахад оршино. . Энэ тохиолдолд хийн гидратыг хөмөрсөн юүлүүрийн гадаргуугаас уснаас тусгаарлагдсан хэсэг рүү өргөж, халааж, ялгарсан хийг юүлүүрийн дээд хэсэгт бэхэлсэн хоолойг ашиглан гадаргуу руу зөөвөрлөж, юүлүүрт оруулдаг. нэмэлт халаалт руу. Энэ аргыг хэрэгжүүлэх төхөөрөмжийг бас санал болгож байна." Анхаар: энэ бүхэн далайн усанд хэдэн зуун метрийн гүнд тохиолдох ёстой. Инженерийн ажил ямар нарийн төвөгтэй, ийм аргаар үйлдвэрлэсэн метан хэр их өртөгтэй болохыг төсөөлөхөд бэрх юм.

Гэсэн хэдий ч өөр арга замууд байдаг. Өөр нэг аргын тайлбарыг энд дурдвал: “Далай ба далайн ёроолын хурдас дахь хатуу хийн гидратаас хий (метан, түүний гомолог г.м) гаргаж авах алдартай арга байдаг бөгөөд үүнд хоёр багана хоолойг худагт дүрдэг. тодорхойлогдсон хийн гидрат давхаргын ёроолд өрөмдсөн - тарилга ба шахуурга. Байгалийн температур эсвэл халсан ус нь шахах хоолойгоор орж, хийн гидратыг задалдаг "хий-ус" систем, энэ нь хийн гидрат формацийн ёроолд үүссэн бөмбөрцөгт урхинд хуримтлагддаг. Өөр хоолойн баганаар дамжуулан ялгарсан хийг энэ хавхнаас гаргаж авдаг... Мэдэгдэж байгаа аргын сул тал нь усан доорх өрөмдлөг хийх шаардлагатай байдаг нь техникийн хувьд ачаалал ихтэй, өртөг өндөртэй, заримдаа усан сангийн одоо байгаа усан доорх орчинд нөхөж баршгүй эвдрэл үүсгэдэг” (http://www.findpatent.ru).

Энэ төрлийн бусад тайлбарыг өгч болно. Гэхдээ аль хэдийн жагсаасан зүйлээс харахад хийн гидратаас метан үйлдвэрлэх нь ирээдүйн асуудал хэвээр байна. Энэ нь хамгийн нарийн төвөгтэй технологийн шийдлүүдийг шаардах болно. Мөн ийм төслүүдийн эдийн засаг хараахан тодорхой болоогүй байна.

Гэсэн хэдий ч энэ чиглэлээр ажил хийгдэж байгаа бөгөөд нэлээд идэвхтэй байна. Тэд дэлхийн хамгийн хурдацтай хөгжиж буй бүс нутагт оршдог улс орнуудыг сонирхож байгаа бөгөөд энэ нь хийн түлшний шинэ эрэлт хэрэгцээг бий болгож байна гэсэн үг юм. Мэдээжийн хэрэг, бид Зүүн Өмнөд Азийн тухай ярьж байна.

Японд байгаа байдал мэдээж Хятадаас тэс өөр. Гэсэн хэдий ч Нар мандах оронд түлш нийлүүлэх нь илүү тайван цагт ч гэсэн тийм ч энгийн ажил биш байв. Эцсийн эцэст Япон улс уламжлалт баялгаасаа ангид байна. 2011 оны 3-р сард Фүкүшимагийн атомын цахилгаан станцад болсон эмгэнэлт явдлын дараа тус улсын эрх баригчдыг олон нийтийн санаа бодлын шахалтаар цөмийн эрчим хүчний хөтөлбөрөө бууруулахыг албадсан тул энэ асуудал бараг хязгаар хүртэл хурцадсан.

Тийм ч учраас 2012 онд Японы нэг корпорац арлуудаас хэдхэн арван километрийн зайд далайн ёроолд туршилтын өрөмдлөг хийж эхэлжээ. Худагны гүн нь хэдэн зуун метр юм. Дээрээс нь далайн гүн, тэр газар нэг километр орчим байдаг.

Жилийн дараа Японы мэргэжилтнүүд энэ газраас анхны хийг авч чадсан гэдгийг хүлээн зөвшөөрөх ёстой. Гэсэн хэдий ч бүрэн амжилтын талаар ярих боломжгүй байна. Япончуудын өөрсдийнх нь үзэж байгаагаар энэ чиглэлийн аж үйлдвэрийн үйлдвэрлэл 2018 оноос өмнө эхэлж магадгүй юм. Хамгийн гол нь түлшний эцсийн өртөг ямар байхыг тооцоолоход хэцүү байдаг.

Гэсэн хэдий ч хүн төрөлхтөн хийн гидрат ордод аажмаар ойртож байна гэж хэлж болно. Мөн тэднээс метаныг жинхэнэ үйлдвэрийн хэмжээнд гаргаж авах өдөр ирж магадгүй юм.

/. Оросын математикчид манай гараг дээрх байгалийн хийн хамгийн баялаг эх үүсвэр болох хийн гидратуудын ордыг ашиглах загварыг бүтээж, түүний агууламж нь Хойд туйлын бүсэд өндөр байдаг бөгөөд Сколтехийн эрдэмтэд гидратаас метан гаргаж авах технологийг санал болгов. Мэргэжилтнүүд ТАСС агентлагт ийм метан үйлдвэрлэх нь хүлэмжийн үр нөлөөг бууруулахад хэрхэн туслах, шинэ судалгааны давуу талууд юу вэ, мөн ОХУ-д хийн гидратыг аж үйлдвэрийн аргаар хөгжүүлэх хэтийн төлөв байгаа эсэхийг хэлжээ.

Хүлэмжийн нөлөөллийн эсрэг

Хийн гидратууд нь мөс ба хийн хатуу талст нэгдлүүд бөгөөд тэдгээрийг "шатамхай мөс" гэж нэрлэдэг. Байгальд тэд далайн ёроолын зузаан, мөнх цэвдэг чулуулагт байдаг тул тэдгээрийг олборлох нь маш хэцүү байдаг - худгийг хэдэн зуун метрийн гүнд өрөмдөж, дараа нь байгалийн хийг мөсөн ордуудаас салгаж, тээвэрлэж болно. гадаргуу руу. Хятадын газрын тосны ажилчид 2017 онд Өмнөд Хятадын тэнгист үүнийг хийж чадсан ч үүний тулд үйлдвэрлэлийн талбайн гүн 1.2 км-ээс хэтэрсэн ч далайн ёроолд 200 гаруй метр гүн орох шаардлагатай болжээ.

Судлаачид хийн гидратыг эрчим хүчний ирээдүйтэй эх үүсвэр гэж үздэг бөгөөд энэ нь эрчим хүчний бусад нөөц хязгаарлагдмал орнууд, тухайлбал Япон, Өмнөд Солонгост эрэлт хэрэгцээтэй байдаг. Дэлхийн хэмжээнд хийн гидрат дахь шаталт нь эрчим хүч өгдөг метаны агууламжийн тооцоолол харилцан адилгүй байдаг: ОХУ-ын Эрчим хүчний яамны мэдээлснээр 2.8 квадриллион тонноос Дэлхийн эрчим хүчний агентлагийн (IEA) мэдээлснээр 5 квадриллион тонн хүртэл байна. Хамгийн бага тооцоо ч гэсэн асар их нөөцийг тусгадаг: Харьцуулбал, BP корпораци (British Petroleum) 2015 онд дэлхийн газрын тосны нөөцийг 240 тэрбум тонн гэж тооцоолжээ.

"Зарим байгууллагууд, ялангуяа Газпром ВНИИГАЗ-ын тооцоогоор ОХУ-ын нутаг дэвсгэрт хийн гидрат дахь метан хийн нөөц 100-1000 их наяд шоо метр, Арктикийн бүсэд, түүний дотор далайд 600-700 их наяд шоо метр байдаг. , гэхдээ энэ нь маш ойролцоо байна" гэж Сколковогийн Шинжлэх ухаан, технологийн хүрээлэнгийн (Сколтех) нүүрсустөрөгчийн үйлдвэрлэлийн төвийн тэргүүлэх судлаач Евгений Чувилин ТАСС-т ярьжээ.

Бодит эрчим хүчний эх үүсвэрээс гадна хийн гидрат нь хүлэмжийн хийнээс аврал болж, дэлхийн дулаарлыг зогсооход тусална. Метанаас хоосорсон хоосон зайг нүүрстөрөгчийн давхар ислээр дүүргэх боломжтой.

"Судлаачдын үзэж байгаагаар метан гидрат нь дэлхийн нүүрсустөрөгчийн нийт нөөцийн 50 гаруй хувийг агуулдаг. Энэ нь манай гараг дээрх нүүрсустөрөгчийн хийн хамгийн баялаг эх үүсвэр төдийгүй нүүрстөрөгчийн давхар ислийн нөөц болох боломжтой нөөц юм. Та нэг чулуугаар хоёр шувууг алж болно - метан гаргаж аваад эрчим хүч гаргаж, оронд нь шаталтын явцад үүссэн нүүрстөрөгчийн давхар ислийг шахаж, гидрат дахь метаныг орлох болно." Оросын ШУА-ийн Сибирийн салбарын онолын болон хэрэглээний механикийн хүрээлэнгийн Тюмень дахь салбарын ажил гэж ТАСС агентлагт мэдээлэв.

Мөнх цэвдэгтэй нөхцөлд

Өнөөдөр судлаачид хийн гидратыг олборлох ирээдүйтэй гурван үндсэн аргыг тодорхойлж байна.

"Гидратаас хий гаргаж авахын өмнө тэдгээрийг хий, ус эсвэл хий ба мөс болгон задлах шаардлагатай. Хийн үйлдвэрлэлийн үндсэн аргуудыг ялгаж салгаж болно - худгийн ёроолд даралтыг бууруулах, формацыг халуун усаар халаах эсвэл халаах. Уур, хийн гидратыг задлах формацыг дарангуйлагч (бодис) нийлүүлдэг - ТАСС-ын тэмдэглэл" гэж Мусакаев тайлбарлав.

Тюмень болон Стерлитамакийн эрдэмтэд мөнх цэвдэгт метан үйлдвэрлэх математик загварыг бүтээжээ. Талбайг хөгжүүлэх явцад мөс үүсэх үйл явцыг харгалзан үзсэнээрээ онцлог юм.

"Мөс үүсэх нь давуу болон сул талуудтай: энэ нь тоног төхөөрөмжийг бөглөрдөг, гэхдээ нөгөө талаас хийн гидратыг хий, мөс болгон задлах нь хий, ус болон задрахаас гурав дахин бага эрчим хүч шаарддаг" гэж Мусакаев хэлэв.

Математик загварчлалын давуу тал нь хийн гидрат ордуудын хөгжлийн хувилбарыг урьдчилан таамаглах, түүний дотор эдгээр ордуудаас хий олборлох аргын эдийн засгийн үр ашгийг үнэлэх чадвар юм. Үр дүн нь хийн гидратын талбайн төлөвлөлт, хайгуулын ажилд оролцдог дизайны байгууллагуудад сонирхолтой байж магадгүй гэж эрдэмтэн тэмдэглэв.

Skoltech мөн гидратаас метан ялгах технологи боловсруулж байна. Эдинбургийн Хериот-Ватт их сургуулийн хамт олонтой хамтран Сколтекийн мэргэжилтнүүд чулуулгийн давхарга руу агаар шахах замаар хийн гидратаас метан гаргаж авахыг санал болгов. "Энэ арга нь одоо байгаа аргаас илүү хэмнэлттэй бөгөөд байгаль орчинд үзүүлэх нөлөө багатай" гэж Чувилин тайлбарлав.

Энэ арга нь нүүрстөрөгчийн давхар исэл эсвэл азотыг давхаргад шахаж, хийн гидратууд даралтын зөрүүгээс болж бүрэлдэхүүн хэсгүүдэд задардаг гэж үздэг. “Одоогоор энэ арга, үр нөлөөг турших арга зүйн судалгаа хийж байна. Технологийн физик, химийн үндсийг бий болгож байхад технологи бүтээх ажил хол байна” гэж эрдэмтэн онцлон тэмдэглэв.

Чувилиний хэлснээр Орос улсад гидратаас метаныг үр дүнтэй гаргаж авах бүрэн бэлэн технологи хараахан байхгүй байгаа тул шинжлэх ухааны энэ чиглэлийг дэмжих зорилтот хөтөлбөр байхгүй байна. Гэхдээ бүтээн байгуулалт үргэлжилж байна. "Хийн гидратууд нь ирээдүйн эрчим хүчний гол нөөц болж чадахгүй ч тэдгээрийг ашиглах нь шинэ мэдлэгийг бий болгох шаардлагатай болно" гэж Мусакаев нэмж хэлэв.

Эдийн засгийн үндэслэл

ОХУ-ын түлш, эрчим хүчний цогцолборыг 2035 он хүртэл хөгжүүлэх урьдчилсан таамаглал нь хийн олборлолтын урт хугацааны хэтийн төлөвийн дунд хийн гидратын талбайн хайгуул, ашиглалтыг харгалзан үздэг. Уг баримт бичигт хийн гидрат нь "30-40 жилийн дараа л дэлхийн эрчим хүчний хүчин зүйл" болж чадна гэж тэмдэглэсэн боловч нээлтийн хувилбарыг үгүйсгэх аргагүй юм. Ямар ч тохиолдолд гидратыг хөгжүүлэх нь дэлхийн зах зээл дээр түлшний нөөцийг дахин хуваарилахад хүргэнэ - хийн үнэ буурч, уул уурхайн корпорацууд зөвхөн шинэ зах зээлийг олж, борлуулалтын хэмжээг нэмэгдүүлэх замаар орлогоо хадгалах боломжтой болно. Ийм орд газруудыг их хэмжээгээр ашиглахын тулд шинэ технологи бий болгож, одоо байгаа ордуудыг сайжруулж, өртгийг нь бууруулах шаардлагатай гэж стратегид тэмдэглэжээ.

Гидратуудын хүртээмжгүй байдал, тэдгээрийг олборлох нарийн төвөгтэй байдлыг харгалзан мэргэжилтнүүд тэдгээрийг эрчим хүчний ирээдүйтэй эх үүсвэр гэж нэрлэж байгаа боловч энэ нь ойрын жилүүдэд чиг хандлага биш гэдгийг анхаарна уу - гидратууд нь одоо ч боловсруулагдаж байгаа шинэ технологиудыг шаарддаг. Байгалийн хийн үйлдвэрлэл тогтсон нөхцөлд гидратаас метан нь хамгийн сайн байрлалд байдаггүй. Цаашид бүх зүйл эрчим хүчний зах зээлийн нөхцөл байдлаас шалтгаална.

"Аж үйлдвэрийн үйлдвэрлэлийн хугацаа нь хий хайх, нутагшуулах, үйлдвэрлэх эдийн засгийн боломжит технологи, зах зээлийн хүчин зүйлээс шалтгаална, хийн үйлдвэрлэгч компаниуд уламжлалт хийн хангалттай нөөцтэй тул хийн гидратаас хий үйлдвэрлэх технологийг үндэс болгон авч үздэг. Миний бодлоор ОХУ-д аж үйлдвэрийн үйлдвэрлэл 10 жилийн дараа эхлэх болно" гэж шинжээч хэлэв.

Чувилиний хэлснээр, Орост ойрын 10 жилийн дотор хийн гидратаас метан олборлож эхлэх талбайнууд байгаа бөгөөд энэ нь нэлээд ирээдүйтэй байх болно. “Баруун Сибирийн хойд хэсгийн зарим хийн ордуудад уламжлалт хийн нөөц шавхагдах үед гидрат хэлбэрээр хий олдох боломжтой давхрагын давхрага үүсэх боломжтой. Энэ нь ойрын арван жилд боломжтой, бүх зүйл эрчим хүчний өртөгөөс хамаарна" гэж агентлагийн ярилцагч дүгнэв.

Үүнтэй ижил ExxonMobil-ийн мэргэжилтнүүд нөхцөл байдлыг хурцатгах сонирхолгүй байна. Нэгдүгээрт,Газрын тос, байгалийн хийн үйлдвэрлэлийн технологи хөгжиж байна. Өнөөдөр Мексикийн буланд, тухайлбал, усны гадаргаас доош 2.5-3 км-ийн гүнээс газрын тос олборлодог, 15 жилийн өмнө ийм гүнийг төсөөлөхийн аргагүй байсан. Хоёрдугаарт, нийлмэл төрлийн нүүрсустөрөгч (хүнд ба хүхрийн агууламж өндөртэй тос), нефтийн орлуулагч бодис (битум, газрын тосны элс) боловсруулах технологийг боловсруулж байна. Энэ нь уламжлалт уул уурхайн бүс нутагт эргэн ирж, ажлаа үргэлжлүүлэх, мөн шинэ газар олборлолт эхлүүлэх боломжтой болж байна. Жишээлбэл, Татарстанд Shell-ийн дэмжлэгтэйгээр "хүнд тос" гэж нэрлэгддэг бүтээгдэхүүн үйлдвэрлэж эхэлжээ. Кузбасст нүүрсний давхаргуудаас метан хийг олборлох төслүүдийг боловсруулж байна.

Гуравдугаартнүүрсустөрөгчийн үйлдвэрлэлийн түвшинг хадгалах чиглэл нь уламжлалт бус төрлийг ашиглах арга замыг хайхтай холбоотой юм. Эрдэмтэд нүүрсустөрөгчийн түүхий эдийн шинэ төрлүүдийн дотроос метан гидратыг онцлон тэмдэглэж байгаа бөгөөд түүний нөөц нь ойролцоогоор 250 триллион шоо метр (эрчим хүчний үнэ цэнийн хувьд энэ нь 2 дахин их) юм. Дэлхий дээрх газрын тос, нүүрс, байгалийн хийн бүх нөөцийн үнэ цэнэ) .

Метан гидратнь метан ба усны молекулын дээд нэгдэл юм. Доор байна загвар метан гидратмолекулын түвшинд. Метан молекулын эргэн тойронд усны (мөсний) молекулуудын тор үүсдэг. Нэгдэл нь бага температур, өндөр даралтанд тогтвортой байдаг. Жишээлбэл, метан гидрат нь 0 ° C температурт, ойролцоогоор 25 бар ба түүнээс дээш даралтанд тогтвортой байдаг. Энэ даралт нь далайн 250 м-ийн гүнд үүсдэг бөгөөд атмосферийн даралтад метан гидрат нь -80 ° C-ийн температурт тогтвортой хэвээр байна.

Хэрэв метан гидратхалах эсвэл даралт ихсэх үед нэгдэл нь ус, байгалийн хий (метан) болж задардаг. Агаар мандлын хэвийн даралтад нэг шоо метр метан гидрат нь 164 шоо метр байгалийн хий гаргаж авах боломжтой.

АНУ-ын Эрчим хүчний яамны мэдээлснээр, хувьцаа метан гидратДэлхий дээр асар том. Гэсэн хэдий ч өнөөг хүртэл энэ нэгдлийг эрчим хүчний нөөц болгон бараг ашиглаагүй байна. Тус хэлтэс нь метан гидрат олборлолтын эрэл хайгуул, үнэлгээ, арилжааны чиглэлээр бүхэл бүтэн хөтөлбөр (R&D хөтөлбөр) боловсруулж, хэрэгжүүлж байна.

Технологийн хөгжилд ихээхэн хэмжээний хөрөнгө хуваарилахад АНУ бэлэн байгаа нь тохиолдлын хэрэг биш юм үйлдвэрлэл метан гидрат. Тус улсын түлшний балансын бараг 23 хувийг байгалийн хий бүрдүүлдэг. АНУ-ын байгалийн хийн ихэнх хэсгийг Канадаас дамжуулах хоолойгоор дамжуулан авдаг. 2007 онд тус улсын байгалийн хийн хэрэглээ 623 тэрбум шоо метр байжээ. 2030 он гэхэд 18-20 хувиар өсөх боломжтой. АНУ, Канад болон тавиур дээр байгаа байгалийн хийн ордуудыг ашиглах нь ийм хэмжээний үйлдвэрлэлийг хангах боломжгүй юм.