Хранение и транспортировка газогидратов.

Технологические предложения по хранению и транспорту природного газа в гидратном состоянии появились ещё в 40-х годах 20-ого века. Свойство газовых гидратов при относительно небольших давлениях концентрировать значительные объёмы газа привлекает внимание специалистов длительное время. Предварительные экономические расчеты показали, что наиболее эффективным оказывается 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). В настоящее время рассматриваются концепции морского транспорта природного газа в гидратном состоянии при равновесных условиях, особенно при планировании разработки глубоководных газовых (в том числе и гидратных) месторождений, удаленных от потребителя.

Однако в последние годы все большее внимание уделяется транспорту гидратов в неравновесных условиях (при атмосферном давлении). Ещё одним аспектом применения газогидратных технологий является возможность организации газогидратных хранилищ газа в равновесных условиях (под давлением) вблизи крупных потребителей газа. Это связано со способностью гидратов концентрировать газ при относительно низком давлении. Так, например, при температуре +4°С и давлении 40 атм., концентрация метана в гидрате соответствует давлению в 15 — 16 МПа (150—160 атм.).

Сооружение подобного хранилища не является сложным: хранилище представляет собой батарею газгольдеров, размещенных в котловане или ангаре, и соединённую с газовой трубой. В весенне-летний период хранилище заполняется газом, формирующим гидраты, в осенне-зимний — отдает газ при разложении гидратов с использованием низкопотенциального источника теплоты. Строительство подобных хранилищ вблизи теплоэнергоцентралей может существенно сгладить сезонную неравномерность в производстве газа и представлять собой реальную альтернативу строительству ПХГ в ряде случаев.

В настоящее время активно разрабатываются газогидратные технологии, в частности, для получения гидратов с использованием современных методов интенсификации технологических процессов (добавки ПАВ, ускоряющие тепломасооперенос; использование гидрофобных нанопорошков; акустические воздействия различного диапазона, вплоть до получения гидратов в ударных волнах и др.).

Рис. 10 Гидратная технологическая схема (С.И. Долгаев, В.Г. Квон, В.С. Якушев, В.А. Истомин «Перспективы освоения газогидратных месторождений», 2009)

Способ добычи метана из месторождений газогидратов с помощью свч генератора.

Способ добычи метана из месторождений газогидратов с использованием электронагревателей для высвобождения метана из кристаллов газогидрата, или с использованием излучателя сверхвысокой частоты (СВЧ).

В настоящее время на шельфе Северного Ледовитого океана и на дне озера Байкал найдены огромные залежи газогидратов, которые по энергоемкости превышают энергоемкость нефти и угля вместе взятых. Однако, технология добычи метана на этих месторождениях еще только разрабатывается.

Известен способ совместной разработки газогидратов и нижележащего пласта высоковязкой нефти [1]. В нефтяной части залежи осуществляется горение, и за счет тепла, поступающего в кровлю пласта разлагаются газогидраты и выделяется метан.

Однако, есть опасность неуправляемого бурного выделения, что может привести к серьезной аварии. В Германии тоже ищут промышленный способ получения метана из месторождений газогидратов. В частности немецкий инженер Хайко Юрген Шульц предложил для этих целей проложить трубопровод с плавающей на поверхности моря платформы [2]. Трубопровод предполагается изготавливать из двух труб - одна в другой.

По внутренней трубе подается морская вода, нагретая до 30 – 40 °С непосредственно к залежам газогидратов. Они плавятся, выделяют метан, который по наружной трубе подается наверх - к платформе.

Отметим недостатки данного проекта:

1. Наличие двух труб;

2. Трубы должны быть хорошо теплоизолированы. Иначе будут огромные теплопотери, так как газогидраты образуются на глубине 400 – 600 м. при температуре менее 4 °С;

3. На конце трубы обязательно должна быть воронка, широкая часть которой направлена в сторону дна.

Этим методом предлагается другой способ: труба одна, гибкая, на одном конце -воронка. Внутри трубы проходит кабель, один конец которого подключен к ТЭНу (трубчатому электронагревателю), а другой — к источнику питания. ТЭН устанавливается в воронке на расстоянии 1/3 высоты этой воронки от дна. К воронке крепится канат, с помощью которого катер может перемещать установку по дну, после того, как в данном пласте на данной глубине газ добыт. Сама труба выполнена из гибкого, стойкого в морской воде материала. Набирается из отдельных секций, которые легко соединяются между собой. Таким образом, предусмотрена возможность наращивания длины трубы.

Добыча газа ведется следующим образом. На дно моря опускается приемная воронка, соединенная с трубой. Другой конец этой трубы подключается к газосборнику.

На ТЭН подается напряжение, он нагревается и под действием получаемого тепла происходит разложение газогидратов. Когда поступление газа прекращается или сильно ослабевает, можно нарастить трубу или переместить ее с помощью катера в другое место.

Рассмотрим достоинства данного метода по сравнению с методом Хайко Юргена

Шульца:

1. Отсутствие потерь метана, так как в нашем случае метан собирает воронка, обращенная широкой частью ко дну;

2. Более удобная и гибкая технология добычи метана;

3. Гораздо меньшие потери энергии при добыче, так как при «канализации»

электроэнергии потери меньше, чем при «канализации» горячей воды.

В данном случае гибкая труба более приспособлена к добыче метана, но она должна быть изготовлена из материалов, устойчивых к воздействию морской воды.

Однако, имеется возможность еще более снизить энергозатраты на добычу метана, использовав вместо ТЭНа излучатель СВЧ (сверхвысокой частоты), работающий на частоте собственных колебаний метана (наиболее предпочтительная частота излучения — 3,96 ·10^11Гц., которая является наименьшей частотой собственных колебаний метана), в результате чего молекулы такового вводятся в резонанс, рвут свою связь с молекулами воды, что в свою очередь вызывает выделение метана из газогидрата [3]. К сожалению, в настоящее время не разработаны СВЧ-генераторы нужной мощности, работающие на частоте собственных колебаний метана; так как пока они не были востребованы для промышленности.