Проект 30.

Нанотехнологичечкие основы создания газогидратной отрасли ТЭК.

Хавкин А.Я.

Поиск и разработка углеводородных залежей, также как и транспорт углеводородов, являются важнейшими современными направлениями развития российской экономики. По оценке [1], суммарные ресурсы гидратов метана в двадцать раз больше, чем ресурсная база природного газа, и в три раза больше, чем ресурсная база всех горючих ископаемых. Поэтому одним из важнейших направлений развития мировой газовой промышленности является поиск рентабельной технологии разработки залежей газогидратов.

Российские запасы газа по международным оценкам составляют 48 триллионов кубометров, а российские ресурсы газогидратов в количестве более 100 трлн. м3 сосредоточены в Западной Сибири и на шельфе. Добыча, транспортировка и переработка газогидратов достаточно сложна [2], но при годовой добыче газа как в 2008г. (665 млрд. м3), запасов газа хватит на 70 лет, а разработка газогидратных залежей обеспечит Россию природным газом еще на сотню лет.

Гидраты природных газов устойчивы при низких температурах и повышенных давлениях и представляют собой неустойчивое физико-химическое соединение воды с легкими углеводородами. Внешне газогидраты напоминают спрессованный снег, могут гореть, при повышении температуры легко распадаются на воду и газ. Плотность газогидратов составляет 0,8-1,24 г/см3. Например, плотность С3Н8-17Н2О – 0,88 г/см3. Гидрат метана при 0°C стабилен при давлении порядка 2,5 МПа и выше, при атмосферном давлении разлагается при температуре минус 29оС. Газовый гидрат объёмом 1 м³ содержит примерно 160 м³ чистого газа и 0,85 м³ воды (в 1 м³ сжиженного газа содержится до 600 м³ газа, но при значительно более высоком давлении). При определенных условиях гидрат метана может довольно долго существовать в условиях низких давлений и при более высокой температуре, но обязательно отрицательной – в этом случае он находятся в метастабильном состоянии. Гидрат метана – это пример чистого и потенциально огромного энергетического ресурса. Для высвобождения метана из газогидратов требуется примерно в 15 раз меньше энергии, чем содержащаяся в самом метане тепловая энергия [2].

Устойчивость гидрата метана при низких температурах позволила предложить технологии хранения метана в гидратной форме. Норвежские исследователи, например, разработали технологию преобразования природного газа в газогидрат, позволяющую транспортировать его без использования трубопроводов и хранить в наземных хранилищах при нормальном давлении [3].

Анализ структуры молекул газогидрата на наноуровне позволяет предложить протонный механизм его образования и разрушения [4]. Эксперименты подтвердили предложенный механизм. Эти технологии регулирования условий образования и распада молекул газогидрата по своему механизму являются нанотехнологиями [5-7]. Исследование особенностей разложения газогидратов позволило предложить снижающую энергозатраты «обратную» нанотехнологию перевода газа в газогидратную форму для его последующей транспортировки в газогидратном состоянии [7-9].

На российском севере, где добывают природный газ, холодно и влажно, а применение нанотехнологий [5-9] снижает энергозатраты на перевод газа в газогидратную форму. Поэтому кроме разработки месторождений газогидратов значительный интерес представляет перевод газа в газогидратное состояние и торговли им в таком виде. При этом расширятся возможности экспортного потенциала российского газа. Фактически стоит вопрос о создание новой отрасли ТЭК – газогидратной промышленности, – для превращения природных газов в газогидратное состояние как для перевозки танкерами (что, по оценке японских специалистов, дешевле, чем перевозить сжиженный газ [8]), так и железнодорожным и автомобильным транспортом (что может стать рентабельным с использованием предложенного направления [5-9]).

В этом случае вопрос с газификацией отдаленных населенных пунктов может быть решен без трудоемкой и небезопасной прокладки трубопроводов высокого давления. Более того, вода становится товаром, и поэтому в конечном пункте разложение газа на газ и воду даст уже два вида товара, особенно в жарких странах. А уменьшение перевозок на север метанола для осушки газа даст большое экологический и экономический эффект. Кроме того, перевод газа в газогидратную форму позволит утилизировать попутный газ, которого в России каждый год сжигается более 20 млрд. м3 попутного газа. Зачастую, низконапорный газ также сжигают на факеле, теряя высокоценный химический и энергетический продукт и загрязняя окружающую среду продуктами сгорания. Также перевод газа в газогидратную форму позволит утилизировать газ из угольных пластов, снижая аварийность при шахтной добыче угля [9].

Для перевода газа в газогидратную форму, перевозки газогидратов, использования газогидратов в бытовых условиях, потребуются новые технические средства. Все это говорит о необходимости создания газогидратной промышленности ТЭК.

Литература

1. Миловидов К.Н., Коржубаев А.Г., Эдер Л.В. Нефтегазообеспечение глобальной экономики: Учебное пособие // М., ЦентрЛитНефтеГаз, 2006, 400с.

2. Газогидраты // Наука и техника в газовой промышленности, 2004, № 1-2, с.2-95.

3. Пузанова М.Ю. Нетрадиционный источник газа: природные газовые гидраты //Интернет, http://www.ist _gaz.ru.

4. Сорокин А.В., Хавкин А.Я. О механизме гидратообразования / РГУ нефти и газа им. И.М.Губкина, Научный Совет РАН по проблемам геологии и разработки месторождений нефти и газа, Международная научно-техническая конференция «Нефть, газ Арктики», М., 2006 // М., РГУ нефти и газа им. И.М.Губкина, 2007, с.227-236.

5. Хавкин А.Я. Пора откупорить поры // Поиск, Еженедельная газета научного сообщества, 22 августа 2008г., № 33-34, с.9.

6. Хавкин А.Я. Нанотехнологии нефтедобычи // Международный форум по нанотехнологиям 3-5.12.2008г., Сборник тезисов докладов научно-технологических секций, т. 2, М., РОСНАНО, 2008, с. 508-510.

7. Хавкин А.Я. Пути развития экспортного потенциала российского газа // Эфирная дискуссия на радио «Русская служба ВВС» 15.01.2009г., 09.40-09.55.

8. Хавкин А.Я. Перспективы создания газогидратной промышленности // Вестник РАЕН, 2010, т. 10, № 1, с.42-45.

9. Хавкин А.Я. Наноявления и нанотехнологии в добыче нефти и газа / под ред. член–корр. РАН Г.К.Сафаралиева // М.-Ижевск, ИИКИ, 2010, 692с.


 

"Фонд Байбакова". Все права защищены. Разработка и продвижение сайта - Kadis tech.