Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
«Горящий лед». Метан, выделяющийся при нагревании, горит; капает вода.
Врезка: клатратная структура (Геттингенский университет, GZG. Abt. Kristallographie).
Источник: Геологическая служба США .

Клатрат метана (CH 4 · 5,75H 2 O) или (4CH 4 · 23H 2 O), также называемый гидратом метана , гидрометаном , метановым льдом , огненным льдом , гидратом природного газа или гидратом газа , представляет собой твердое клатратное соединение (более конкретно , гидрат клатрата ), в котором большое количество метана удерживается внутри кристаллической структуры воды, образуя твердое вещество, подобное льду . [1] [2] [3] [4]Первоначально думали , что происходит только во внешних областях солнечной системы , где температура низкая и вода лед общие, значительные залежи метана клатрат были обнаружены под отложениями на океанских этажах Земли . [5] Гидрат метана образуется, когда водородно-связанная вода и газообразный метан вступают в контакт при высоком давлении и низких температурах в океанах.

Клатраты метана - обычные составляющие мелководной морской геосферы, они встречаются в глубоких осадочных структурах и образуют обнажения на дне океана. Считается, что гидраты метана образуются в результате осаждения или кристаллизации метана, мигрирующего из глубины по геологическим разломам . Осадки происходят, когда метан вступает в контакт с водой на морском дне в зависимости от температуры и давления. В 2008 году исследования кернов льда Antarctic Vostok и EPICA Dome C показали, что клатраты метана также присутствовали в глубоких антарктических ледяных кернах и фиксируют историю атмосферного метана.концентрации, датируемые 800 000 лет назад. [6] Клатрат метана в ледяных кернах является основным источником данных для исследований глобального потепления , наряду с кислородом и углекислым газом.

Общие [ править ]

Гидраты метана были открыты в России в 1960-х годах, а исследования по извлечению из него газа появились в начале 21 века. [7]

Структура и состав [ править ]

изображение с микроскопа

Номинальный состав гидрата клатрата метана составляет (CH 4 ) 4 (H 2 O) 23 , или 1 моль метана на каждые 5,75 моль воды, что соответствует 13,4% метана по массе, хотя фактический состав зависит от количества молекул метана. вписываются в различные клеточные конструкции водяной решетки . Наблюдаемая плотность составляет около 0,9 г / см 3 , что означает, что гидрат метана будет всплывать на поверхность моря или озера, если он не закреплен на месте, образуясь в отложениях или прикрепленных к ним. [8]Таким образом, один литр полностью насыщенного твердого клатрата метана будет содержать около 120 граммов метана (или около 169 литров газообразного метана при 0 ° C и 1 атм), [nb 1] или один кубический метр клатрата метана высвобождает около 160 кубических метров метана. газ. [7]

Метан образует гидрат «структуры I» с двумя додекаэдрическими (12 вершин, таким образом, 12 молекул воды) и шестью тетрадекаэдрическими (14 молекул воды) водяными клетками на элементарную ячейку. (Из-за того, что молекулы воды разделены между клетками, на элементарную ячейку приходится всего 46 молекул воды.) Это сопоставимо с числом гидратации 20 для метана в водном растворе. [9] Спектр MAS ЯМР клатрата метана, записанный при 275 К и 3,1 МПа, показывает пик для каждого типа клетки и отдельный пик для газовой фазы метана. [ необходима цитата ]В 2003 г. был синтезирован интеркалат глина-гидрат метана, в котором комплекс гидрата метана был введен в прослойку богатой натрием монтмориллонитовой глины. Верхняя температурная стабильность этой фазы аналогична стабильности гидрата структуры I. [10]

Фазовая диаграмма гидрата метана. Горизонтальная ось показывает температуру от -15 до 33 градусов Цельсия, вертикальная ось показывает давление от 0 до 120 000 килопаскалей (от 0 до 1184 атмосфер). Гидрат образуется над линией. Например, при 4 градусах Цельсия гидрат образуется при давлении около 50 атм / 5000 кПа на глубине около 500 м.

Природные отложения [ править ]

См. Также: Зона устойчивости гидрата метана.
Мировое распространение подтвержденных или предполагаемых морских газогидратосодержащих отложений, 1996 г.
Источник: USGS
Осадки, содержащие газовые гидраты, из зоны субдукции у побережья Орегона.
Специфическая структура куска газового гидрата из зоны субдукции у побережья Орегона.

Клатраты метана ограничены мелкой литосферой (т. Е. Глубиной <2000 м). Более того, необходимые условия имеются только в континентальных осадочных породах в полярных регионах, где средняя температура поверхности ниже 0 ° C; или в океанических отложениях на глубине более 300 м, где температура придонной воды составляет около 2 ° C. Кроме того, в глубоких пресноводных озерах также могут находиться газовые гидраты, например, в пресноводном озере Байкал в Сибири. [11] Континентальные месторождения были обнаружены в Сибири и на Аляске в песчаниках и алевролитах.грядки на глубине менее 800 м. Океанические отложения, по-видимому, широко распространены на континентальном шельфе (см. Рис.) И могут встречаться в отложениях на глубине или близко к границе раздела отложений и воды . Они могут покрывать даже более крупные залежи газообразного метана. [12]

Oceanic [ править ]

Есть два различных типа океанических отложений. Чаще всего преобладает (> 99%) метан, содержащийся в клатрате структуры I и обычно обнаруживаемый на глубине в отложениях. Здесь, метан изотопно света ( δ 13 C <-60 ‰), что свидетельствует о том , что она получена из микробного сокращения в СО 2 . Считается, что клатраты в этих глубоких отложениях образовались на месте из метана, произведенного микробами, поскольку значения δ 13 C клатрата и окружающего растворенного метана аналогичны. [12] Однако также считается, что пресная вода, используемая для создания давления в нефтяных и газовых скважинах в вечной мерзлоте и вдоль континентальных шельфов во всем мире, соединяется с природным метаном с образованием клатрата на глубине и под давлением, поскольку гидраты метана более стабильны в пресной воде, чем в соли. воды. Местные вариации могут быть очень обычными, поскольку процесс образования гидрата, который извлекает чистую воду из соленых пластовых вод, часто может приводить к локальному и потенциально значительному увеличению солености пластовой воды. Гидраты обычно исключают соли в поровом флюиде, из которого они образуются, поэтому они демонстрируют высокое электрическое сопротивление, как и лед, а осадки, содержащие гидраты, имеют более высокое удельное сопротивление по сравнению с отложениями без газовых гидратов (Judge [67]). [13] : 9

Эти отложения расположены в пределах средней глубины зоны около 300–500 м в отложениях ( зона стабильности газовых гидратов , или GHSZ), где они сосуществуют с метаном, растворенным в пресных, а не солевых поровых водах. Выше этой зоны метан присутствует только в растворенной форме в концентрациях, которые уменьшаются к поверхности осадка. Под ним метан находится в газообразном состоянии. В районе хребта Блейк на возвышенности Атлантического континента GHSZ начиналась на глубине 190 м и продолжалась до 450 м, где достигла равновесия с газовой фазой. Измерения показали, что метан занимает 0-9% по объему в GHSZ и ~ 12% в газовой зоне. [14] [15]

В менее распространенном втором типе, обнаруженном у поверхности осадка, некоторые образцы имеют более высокую долю углеводородов с более длинной цепью (<99% метана), содержащихся в клатрате структуры II. Углерод из этого типа клатрата изотопно тяжелее ( δ 13 C составляет от -29 до -57 ‰) и, как полагают, мигрировал вверх из глубоких отложений, где метан образовался в результате термического разложения органического вещества . Примеры месторождения этого типа были обнаружены в Мексиканском заливе и на Каспийском море . [12]

Некоторые отложения имеют промежуточные характеристики между микробными и термическими типами и считаются образованными из их смеси.

Метан в газовых гидратах преимущественно генерируется микробными консорциумами, разлагающими органическое вещество в условиях с низким содержанием кислорода, при этом сам метан производится метаногенными археями . Органическое вещество в самых верхних нескольких сантиметрах отложений сначала подвергается атаке аэробных бактерий, выделяющих CO 2 , который выходит из отложений в толщу воды . Ниже этой области аэробной активности вступают в действие анаэробные процессы, включая, последовательно с глубиной, микробное восстановление нитритов / нитратов, оксидов металлов, а затем сульфаты восстанавливаются до сульфидов . Наконец, когда сульфат израсходован, метаногенез становится доминирующим путем реминерализации органического углерода .

Если скорость осаждения низкая (около 1 см / год), содержание органического углерода низкое (около 1%) и много кислорода, аэробные бактерии могут использовать все органические вещества в отложениях быстрее, чем истощается кислород, поэтому акцепторы электронов с более низкой энергией не используются. Но там, где скорость осаждения и содержание органического углерода высоки, что обычно имеет место на континентальных шельфах и под западными граничными зонами апвеллинга, поровая вода в отложениях становится бескислородной на глубине всего несколько сантиметров или меньше. В таких богатых органическими веществами морских отложениях сульфат становится наиболее важным конечным акцептором электронов из-за его высокой концентрации в морской воде., хотя он тоже истощен на глубину от сантиметров до метров. Ниже этого уровня образуется метан. Производство метана - довольно сложный процесс, требующий сильно восстановительной среды (Eh от −350 до −450 мВ) и pH от 6 до 8, а также сложных синтрофных консорциумов различных разновидностей архей и бактерий, хотя это только археи, которые действительно выделяют метан.

В некоторых регионах (например, Мексиканский залив, бассейн Джоэцу) метан в клатратах может, по крайней мере, частично образовываться в результате термического разложения органических веществ (например, при образовании нефти), при этом нефть даже образует экзотический компонент в самом гидрате, который может быть извлечен, когда гидрат диссоциирован. [16] [17] [ необходима цитата ] Метан в клатратах обычно имеет биогенную изотопную сигнатуру и сильно варьирует δ 13 C (от -40 до -100) с приблизительным средним значением около -65 ‰. [18] [ необходима ссылка ] [19] [20] [21] Ниже зоны твердых клатратов большие объемы метана могут образовывать пузырьки свободного газа в отложениях.[14] [22] [23]

Присутствие клатратов на данном участке часто может быть определено путем наблюдения «отражателя, имитирующего дно» (BSR), который представляет собой сейсмическое отражение на границе раздела отложения и зоны стабильности клатратов, вызванное неодинаковой плотностью нормальных отложений и отложений с примесью клатраты.

Газогидратные пинго были обнаружены в Северном Ледовитом океане Баренцева моря. Метан пузырится из этих куполообразных структур, причем некоторые из этих газовых факелов простираются близко к поверхности моря. [24]

Размер резервуара [ править ]


Размер океанического резервуара клатрата метана известен плохо, и оценки его размера уменьшались примерно на порядок за десятилетие с тех пор, как впервые было признано, что клатраты могут существовать в океанах в 1960-х и 1970-х годах. [25] Самые высокие оценки (например, 3 × 10 18 м 3 ) [26] были основаны на предположении, что полностью плотные клатраты могут засорять все дно глубокого океана. Улучшения в нашем понимании химии клатратов и седиментологии показали, что гидраты образуются только в узком диапазоне глубин ( континентальные шельфы ), только в некоторых местах в диапазоне глубин, где они могут встречаться (10-30%Зона стабильности газовых гидратов ) и обычно обнаруживаются в низких концентрациях (0,9–1,5% по объему) на участках, где они действительно встречаются. Недавние оценки, ограниченные прямым отбором образцов, предполагают, что глобальная инвентаризация занимает от 1 × 10 15 до 5 × 10 15 кубических метров (от 0,24 до 1,2 миллиона кубических миль). [25] Эта оценка, соответствующая 500–2500 гигатонн углерода (Гт C), меньше, чем оценка 5000 Гт C для всех других геоорганических топливных запасов, но значительно больше, чем ~ 230 Гт C, оцененная для других источников природного газа. [25] [27] Резервуар вечной мерзлоты в Арктике оценивается примерно в 400 Гт C, [28] [цитата необходима ],но оценок возможных антарктических водоемов не проводилось. Это большие суммы. Для сравнения, общее количество углерода в атмосфере составляет около 800 гигатонн (см.Углерод: Происхождение).

Эти современные оценки заметно меньше, чем 10 000–11 000 Гт C (2 × 10 16 м 3 ), предложенные [29] предыдущими исследователями как причина считать клатраты геоорганическим топливным ресурсом (MacDonald 1990, Kvenvolden 1998). Низкое содержание клатратов не исключает их экономического потенциала, но более низкий общий объем и явно низкая концентрация на большинстве участков [25] действительно предполагает, что только ограниченный процент залежей клатратов может обеспечить экономически жизнеспособный ресурс.

Континентальный [ править ]

Клатраты метана в континентальных породах задерживаются в пластах песчаника или алевролита на глубине менее 800 м. Отбор проб показывает, что они образованы из смеси газа, полученного термическим и микробным путем, из которого позже были выборочно удалены более тяжелые углеводороды. Они встречаются на Аляске , в Сибири и Северной Канаде .

В 2008 году канадские и японские исследователи извлекли постоянный поток природного газа в ходе испытательного проекта на газогидратном участке Маллик в дельте реки Маккензи . Это было второе подобное бурение на Маллике: первое было проведено в 2002 году и использовало тепло для выделения метана. В эксперименте 2008 года исследователи смогли добыть газ, снизив давление, без нагрева, что потребовало значительно меньше энергии. [30] Месторождение газовых гидратов Маллик было впервые открыто компанией Imperial Oil в 1971–1972 годах. [31]

Коммерческое использование [ править ]

Экономические залежи гидрата называются гидратом природного газа (NGH) и содержат 164 м 3 метана, 0,8 м 3 воды в 1 м 3 гидрата. [32] Большая часть NGH находится под морским дном (95%), где он находится в термодинамическом равновесии. Осадочный резервуар гидрата метана, вероятно, содержит в 2–10 раз больше известных в настоящее время запасов обычного природного газа по состоянию на 2013 год . [33] Это потенциально важный источник углеводородного топлива в будущем . Однако считается, что на большинстве участков месторождения слишком рассредоточены для рентабельной добычи. [25] Другими проблемами, стоящими перед коммерческой эксплуатацией, являются обнаружение жизнеспособных запасов и разработка технологии добычи метанового газа из залежей гидратов.

В августе 2006 года Китай объявил о планах потратить 800 миллионов юаней (100 миллионов долларов США) в течение следующих 10 лет на изучение гидратов природного газа. [34] Потенциально экономические запасы в Мексиканском заливе могут содержать приблизительно 100 миллиардов кубометров (3,5 × 10 12  кубических футов) газа. [25] Бьёрн Квамме и Арне Грауэ из Физико-технологического института Бергенского университета разработали метод инъекции CO.^
2в гидраты и обращая процесс вспять; тем самым извлекая CH 4 прямым обменом. [35] Метод Университета Бергена проходит полевые испытания ConocoPhillips и государственной Японской национальной корпорацией нефти, газа и металлов (JOGMEC) и частично финансируется Министерством энергетики США. Проект уже достиг стадии закачки, и к 12 марта 2012 г. проводился анализ полученных данных. [36]

12 марта 2013 года исследователи JOGMEC объявили об успешной добыче природного газа из замороженного гидрата метана. [37] Для добычи газа использовалось специальное оборудование для бурения и сброса давления в залежах гидратов, в результате чего метан отделялся ото льда. Затем газ собирали и выводили по трубопроводу на поверхность, где он воспламенялся, чтобы доказать его присутствие. [38] По словам представителя отрасли, «это [был] первый в мире морской эксперимент по добыче газа из гидрата метана». [37] Раньше газ добывался из наземных месторождений, но никогда из морских месторождений, которые встречаются гораздо чаще. [38]Месторождение гидратов, из которого был добыт газ, расположено в 50 км (31 милях) от центральной Японии в Нанкайском желобе , на глубине 300 метров (980 футов) под водой. [37] [38] Представитель JOGMEC заметил, что «Япония, наконец, может иметь источник энергии, который она может называть своим собственным». [38] Морской геолог Микио Сато заметил: «Теперь мы знаем, что добыча возможна. Следующий шаг - посмотреть, насколько Япония может снизить затраты, чтобы сделать технологию экономически жизнеспособной». [38] По оценкам Японии, в Нанкайском желобе содержится не менее 1,1 триллиона кубометров метана, чего достаточно для удовлетворения потребностей страны более чем на десять лет. [38]

И Япония, и Китай объявили в мае 2017 года о прорыве в добыче клатратов метана, когда они извлекли метан из гидратов в Южно-Китайском море . [7] Китай назвал результат прорывом; Правин Линга из факультета химической и биомолекулярной инженерии Национального университета Сингапура согласился: «По сравнению с результатами японских исследований, китайским ученым удалось добыть гораздо больше газа». [39] Промышленность единодушно считает, что до промышленного производства еще предстоит много лет. [40]

Проблемы окружающей среды [ править ]

Эксперты предупреждают, что воздействие на окружающую среду все еще изучается и что метан - парниковый газ с примерно в 25 раз большим потенциалом глобального потепления за 100-летний период (GWP100), чем углекислый газ - потенциально может улетучиться в атмосферу, если что-то пойдет не так. [41] Кроме того, сжигание природного газа, хотя и чище, чем уголь, также приводит к выбросам углерода. [42] [43] [44]

Гидраты в переработке природного газа [ править ]

Обычные операции [ править ]

Клатраты (гидраты) метана также обычно образуются во время операций по добыче природного газа, когда жидкая вода конденсируется в присутствии метана при высоком давлении. Известно, что более крупные углеводородные молекулы, такие как этан и пропан, также могут образовывать гидраты, хотя более длинные молекулы (бутаны, пентаны) не могут вписаться в структуру водяной клетки и имеют тенденцию дестабилизировать образование гидратов.

После образования гидраты могут блокировать трубопровод и технологическое оборудование. Затем их обычно удаляют путем снижения давления, нагревания или растворения химическими средствами (обычно используется метанол). Необходимо следить за тем, чтобы удаление гидратов тщательно контролировалось из-за возможности для гидрата претерпевать фазовый переход из твердого гидрата с высвобождением воды и газообразного метана с высокой скоростью при понижении давления. Быстрое выделение газообразного метана в замкнутой системе может привести к быстрому увеличению давления. [8]

Обычно предпочтительно предотвращать образование гидратов или блокирование оборудования. Обычно это достигается удалением воды или добавлением этиленгликоля (МЭГ) или метанола , которые снижают температуру, при которой образуются гидраты. В последние годы были разработаны другие формы ингибиторов гидратов, такие как кинетические ингибиторы гидратов (которые значительно замедляют скорость образования гидратов) и антиагломераты, которые не предотвращают образование гидратов, но предотвращают их слипание и блокирование. оборудование.

Эффект фазового перехода гидрата при глубоководном бурении [ править ]

При бурении в нефтегазоносных пластах, погруженных в глубокую воду, пластовый газ может течь в ствол скважины и образовывать газовые гидраты из-за низких температур и высоких давлений, обнаруживаемых при глубоководном бурении. Затем газовые гидраты могут течь вверх вместе с буровым раствором или другими сбрасываемыми жидкостями. Когда гидраты поднимаются, давление в кольцевом пространстве уменьшается, и гидраты диссоциируют на газ и воду. Быстрое расширение газа выбрасывает жидкость из скважины, дополнительно снижая давление, что приводит к большей диссоциации гидратов и дальнейшему выбросу жидкости. Результирующее в результате сильное вытеснение жидкости из кольцевого пространства является одной из потенциальных причин или участников "толчка". [45] (Удары, которые могут вызвать выбросы, обычно не связаны с гидратами: см. Выброс: выброс пласта).

Меры, снижающие риск образования гидратов, включают:

  • Высокие скорости потока, которые ограничивают время образования гидратов в объеме жидкости, тем самым снижая потенциал выброса. [45]
  • Тщательное измерение расхода в трубопроводе для обнаружения зарождающейся закупорки гидратами. [45]
  • Дополнительная осторожность при измерении, когда дебиты газа низкие, а вероятность образования гидратов выше, чем при относительно высоких расходах газа. [45]
  • Мониторинг обсадной колонны после ее « закрытия » (изолирования) может указывать на образование гидратов. После «закрытия» давление повышается, а газ диффундирует через пласт в ствол скважины ; скорость повышения давления демонстрирует пониженную скорость увеличения при образовании гидратов. [45]
  • Добавление энергии (например, энергия, выделяемая при затвердевании цемента, используемого при заканчивании скважины) может повысить температуру и преобразовать гидраты в газ, создавая «толчок».

Восстановление после выброса [ править ]

Концептуальная схема нефтесборных куполов, образующих перевернутые воронки для перекачки нефти на надводные корабли. Рядом затонувшая нефтяная вышка.

На достаточных глубинах метан соединяется непосредственно с водой с образованием гидратов метана, как это наблюдалось во время разлива нефти Deepwater Horizon в 2010 году. Инженеры BP разработали и развернули подводную систему сбора нефти после разлива нефти из глубоководной нефтяной скважины 5000 футов (1500 м) ниже уровня моря для улавливания вытекающей нефти. Это включало в себя установку 125-тонного (276 000 фунтов) купола над самой крупной из утечек из скважины и его транспортировку по трубопроводу к резервуару для хранения на поверхности. [46] Этот вариант мог собрать около 85% протекающей нефти, но ранее не тестировался на таких глубинах. [46]BP развернула систему 7–8 мая, но она не удалось из-за накопления клатрата метана внутри купола; с его низкой плотностью около 0,9 г / см 3 гидраты метана накапливались в куполе, добавляя плавучести и препятствуя потоку. [47]

Клатраты метана и изменение климата [ править ]

Основная статья: Гипотеза клатратской пушки
См. Также: Вечная мерзлота

Метан - мощный парниковый газ . Несмотря на короткий период полураспада в атмосфере, составляющий 12 лет, потенциал глобального потепления метана составляет 86 за 20 лет и 34 за 100 лет (IPCC, 2013). Внезапный выброс большого количества природного газа из месторождений клатрата метана был выдвинут в качестве причины прошлых и, возможно, будущих изменений климата . Возможно, таким образом связаны события пермско-триасового вымирания и палеоцен-эоценовый термальный максимум .

Ученые-климатологи, такие как Джеймс Э. Хансен, предсказывают, что клатраты метана в регионах вечной мерзлоты будут высвобождаться из-за глобального потепления, высвобождая мощные силы обратной связи, которые могут вызвать внезапное изменение климата . [48]

Исследования, проведенные в 2008 году в сибирской Арктике, показали, что выделяются миллионы тонн метана [49] [50] [51] [52] [53], причем концентрации в некоторых регионах достигают 100 раз выше нормы. [54]

Изучая Восточно-Сибирский Северный Ледовитый океан летом, исследователи были удивлены высокой концентрацией метана и предположили, что он выделяется из карманов клатратов метана, покрытых льдом на морском дне, которое было дестабилизировано более теплой водой. [55]

В 2014 году группа ученых из Геологической службы США, Департамента геолого-геофизических исследований, Государственного университета Миссисипи, Департамента геологических наук, Университета Брауна и Земли, основанная на исследованиях морской континентальной окраины северной части Атлантического океана от мыса Хаттерас до Джорджес-Бэнк , проведенных в 2014 году. Компания Resources Technology заявила, что имела место обширная утечка метана. [56] [57]

Ученые из Центра арктических газовых гидратов (CAGE), окружающей среды и климата Университета Тромсё в июне 2017 года опубликовали исследование, в котором описывается более сотни кратеров из океанических отложений шириной около 300 метров и глубиной до 30 метров, образовавшихся в результате взрывные извержения, приписываемые дестабилизации гидратов метана после отступления ледникового покрова во время последнего ледникового периода , около 15 000 лет назад, через несколько столетий после потепления Бёллинга-Аллерёда . Эти районы вокруг Баренцева моря , которые до сих пор продолжают просачивать метан, и все еще существующие выступы с резервуарами метана, в конечном итоге могут постичь ту же судьбу. [58]

Гидраты природного газа для хранения и транспортировки газа [ править ]

Поскольку клатраты метана стабильны при более высоких температурах, чем сжиженный природный газ (СПГ) (−20 против −162 ° C), существует определенный интерес к преобразованию природного газа в клатраты (отвержденный природный газ или SNG), а не к его сжижению при транспортировке. на морские суда . Существенным преимуществом будет то, что для производства гидрата природного газа (NGH) из природного газа на терминале потребуется меньшая холодильная установка и меньше энергии, чем для СПГ. В противовес этому, для транспортировки 100 тонн метана потребуется транспортировка 750 тонн гидрата метана; поскольку для этого потребуется корабль с водоизмещением в 7,5 раз больше или потребуется больше кораблей, это вряд ли окажется экономически целесообразным. [ необходима цитата ]. В последнее время гидрат метана вызвал значительный интерес для применения в крупномасштабных стационарных хранилищах из-за очень мягких условий хранения с включением тетрагидрофурана (ТГФ) в качестве второго гостя. [59] [60] С включением тетрагидрофурана , хотя есть небольшое снижение емкости для хранения газа, гидраты продемонстрировали стабильность в течение нескольких месяцев в недавнем исследовании при -2 ° C и атмосферном давлении. [61] Недавнее исследование показало, что SNG может быть образован непосредственно из морской воды, а не из чистой воды в сочетании с THF. [62]

См. Также [ править ]

  • Будущее развитие энергетики
  • Долгосрочные последствия глобального потепления
  • Рой (роман Шетцинга)

Заметки [ править ]

  1. ^ Средний состав гидрата клатрата метана составляет 1 моль метана на каждые 5,75 моль воды. Наблюдаемая плотность составляет около 0,9 г / см 3 . [8] На один моль метана, молярная масса которого составляет около 16,043 г (см. Метан ), у нас есть 5,75 моль воды с молярной массой около 18,015 г (см. Свойства воды ), поэтому вместе для каждого моля метана клатратный комплекс имеет массу 16,043 г + 5,75 × 18,015 г ≈ 119,631 г. Долевой вклад метана в массу тогда равен 16,043 г / 119,631 г ≈ 0,1341. Плотность около 0,9 г / см 3.Таким образом, один литр клатрата метана имеет массу около 0,9 кг, а масса содержащегося в нем метана составляет около 0,1341 × 0,9 кг ≈ 0,1207 кг. При плотности газа 0,716 кг / м 3 (при 0 ° C; см. Информационное окно в разделе « Метан» ) получается объем 0,1207 / 0,716 м 3 = 0,1686 м 3 = 168,6 л.

Ссылки [ править ]

  1. ^ Гидрат газа: что это такое? , Геологическая служба США, 31 августа 2009, в архиве с оригинала на 14 июня 2012 года , получена 28 декабря +2014
  2. ^ Санчес, М .; Santamarina, C .; Теймури, М .; Гай, X. (2018). «Совместное численное моделирование газовых гидратосодержащих отложений: от лабораторных до полевых анализов» (PDF) . Журнал геофизических исследований: Твердая Земля . 123 (12): 10, 326–10, 348. Bibcode : 2018JGRB..12310326S . DOI : 10.1029 / 2018JB015966 . hdl : 10754/630330 .
  3. ^ Теймури, М .; Sánchez, M .; Сантамарина, К. (2020). «Псевдокинетическая модель для моделирования фазовых изменений в отложениях, содержащих газовые гидраты» . Морская и нефтяная геология . 120 : 104519. дои : 10.1016 / j.marpetgeo.2020.104519 .
  4. ^ Чонг, ZR; Ян, ШБ; Babu, P .; Linga, P .; Ли, Х.-С. (2016). «Обзор гидратов природного газа как энергоресурса: перспективы и проблемы». Прикладная энергия . 162 : 1633–1652. DOI : 10.1016 / j.apenergy.2014.12.061 .
  5. ^ Роальд Хоффманн (2006). «Старый газ, новый газ» . Американский ученый . 94 (1): 16–18. DOI : 10.1511 / 2006.57.3476 .
  6. ^ Lüthi, D; Le Floch, M; Берейтер, Б; Blunier, T; Barnola, JM; Siegenthaler, U; Raynaud, D; Jouzel, J; и другие. (2008). «Рекорд концентрации углекислого газа с высоким разрешением 650 000–800 000 лет назад» (PDF) . Природа . 453 (7193): 379–382. Bibcode : 2008Natur.453..379L . DOI : 10,1038 / природа06949 . PMID 18480821 . S2CID 1382081 .   
  7. ^ a b c «Китай заявляет о прорыве в добыче« горючего льда » » . BBC. 19 мая 2017 года.
  8. ^ a b c Макс, Майкл Д. (2003). Гидрат природного газа в океанической среде и среде вечной мерзлоты . Kluwer Academic Publishers. п. 62. ISBN 978-0-7923-6606-5.
  9. ^ Декабрь, Стивен Ф .; Bowler, Kristin E .; Stadterman, Laura L .; Ко, Кэролайн А .; Слоан, Э. Денди (2006). «Прямое измерение числа гидратации водного метана». Варенье. Chem. Soc. 128 (2): 414–415. DOI : 10.1021 / ja055283f . PMID 16402820 .  Примечание: число 20 называется магическим числом, равным числу молекул воды, окружающих ион гидроксония .
  10. ^ Гуггенхайм, S; Костер ван Гроос А.Ф. (2003). «Новая газогидратная фаза: Синтез и устойчивость интеркалата глинисто-метанового гидрата». Геология . 31 (7): 653–656. Bibcode : 2003Geo .... 31..653G . DOI : 10.1130 / 0091-7613 (2003) 031 <0653: NGPSAS> 2.0.CO; 2 .
  11. ^ Ваннест, М .; Де Батист, М; Голмшток, А; Кремлев, А; Верстег, Вт; и другие. (2001). «Многочастотное сейсмическое исследование газогидратосодержащих отложений озера Байкал, Сибирь» . Морская геология . 172 (1-2): 1-21. Bibcode : 2001MGeol.172 .... 1V . DOI : 10.1016 / S0025-3227 (00) 00117-1 .
  12. ^ a b c Квенволден, К. (1995). «Обзор геохимии метана в гидрате природного газа» (PDF) . Органическая геохимия . 23 (11–12): 997–1008. DOI : 10.1016 / 0146-6380 (96) 00002-2 . Архивировано из оригинального (PDF) 28 декабря 2014 года . Проверено 28 декабря 2014 .
  13. ^ Руппел, Кэролайн, Гидраты метана и будущее природного газа (PDF) , Проект газовых гидратов, Вудс-Хоул, Массачусетс: Геологическая служба США, архивировано из оригинала (PDF) 6 ноября 2015 г. , извлечено 28 декабря 2014 г.
  14. ^ a b Диккенс, Г. Р.; Paull CK; Уоллес П. (1997). «Прямое измерение количества метана на месте в большом газогидратном резервуаре» (PDF) . Природа . 385 (6615): 426–428. Bibcode : 1997Natur.385..426D . DOI : 10.1038 / 385426a0 . ЛВП : 2027,42 / 62828 . S2CID 4237868 .  
  15. ^ Лесли Р. Сауттер. "Профиль континентальной окраины юго-востока США" . NOAA Ocean Explorer . Национальное управление океанических и атмосферных исследований (NOAA) . Проверено 3 января 2015 года .
  16. ^ Kvenvolden, 1998 (неполная ссылка)
  17. ^ Снайдер, Глен Т .; Мацумото, Ре; Сузуки, Йохей; Кудука, Марико; Какизаки, Ёсихиро; Чжан, Найчжун; Томару, Хитоши; Сано, Юджи; Такахата, Наото; Танака, Кентаро; Боуден, Стивен А. (05.02.2020). «Свидетельства о минерализации микродоломита в микробиомах газовых гидратов в Японском море» . Научные отчеты . 10 (1): 1876. DOI : 10.1038 / s41598-020-58723-у . ISSN 2045-2322 . PMC 7002378 . PMID 32024862 .   
  18. ^ Kvenvolden, 1993 (неполная ссылка)
  19. ^ Диккенс 1995 (неполная ссылка)
  20. ^ Снайдер, Глен Т .; Сано, Юджи; Такахата, Наото; Мацумото, Ре; Какизаки, Ёсихиро; Томару, Хитоши (05.03.2020). «Магматические флюиды играют роль в развитии активных газовых труб и массивных газовых гидратов в Японском море» . Химическая геология . 535 : 119462. дои : 10.1016 / j.chemgeo.2020.119462 . ISSN 0009-2541 . 
  21. Перейти ↑ Matsumoto, R. (1995). «Причины аномалий δ 13 C карбонатов и новая парадигма« Гипотеза газовых гидратов » » . J. Geol. Soc. Япония . 101 (11): 902–924. DOI : 10,5575 / geosoc.101.902 .
  22. ^ Matsumoto, R .; Watanabe, Y .; Satoh, M .; Окада, H .; Hiroki, Y .; Кавасаки, М. (1996). ODP Leg 164 Судовая научная группа. «Распределение и залегание морских газовых гидратов - предварительные результаты ODP Leg 164: Blake Ridge Drilling» . J. Geol. Soc. Япония . 102 (11): 932–944. DOI : 10,5575 / geosoc.102.932 .
  23. ^ «Клатраты - малоизвестные компоненты глобального углеродного цикла» . Ethomas.web.wesleyan.edu. 2000-04-13 . Проверено 14 марта 2013 .
  24. ^ «Купола замороженного метана могут быть предупреждающими знаками для новых выбросов» . Phys.org. 2017 г.
  25. ^ Б с д е е Мильков, А. В. (2004). «Глобальные оценки газа, связанного с гидратами, в морских отложениях: сколько на самом деле там?». Обзоры наук о Земле . 66 (3–4): 183–197. Bibcode : 2004ESRv ... 66..183M . DOI : 10.1016 / j.earscirev.2003.11.002 .
  26. ^ Трофимук, А.А.; Н. В. Черский; В.П. Царев (1973). «[Накопление природного газа в зонах гидратообразования в гидросфере]». Доклады Академии Наук СССР . 212 : 931–934.
  27. ^ USGS World Team Energyоценке 2000 года Геологическая служба США оценка мирового нефтяного 2000 - описание и результаты. Серия цифровых данных USGS DDS-60.
  28. Перейти ↑ MacDonald, GJ (1990). «Роль клатратов метана в климате прошлого и будущего». Изменение климата . 16 (3): 247–281. Bibcode : 1990ClCh ... 16..247M . DOI : 10.1007 / bf00144504 . S2CID 153361540 . 
  29. ^ Баффет, Брюс; Дэвид Арчер (15 ноября 2004 г.). «Глобальная инвентаризация клатрата метана: чувствительность к изменениям в глубинах океана» (PDF) . Письма о Земле и планетах . 227 (3–4): 185–199. Bibcode : 2004E & PSL.227..185B . DOI : 10.1016 / j.epsl.2004.09.005 . Предпочтительная ... глобальная оценка 3 18 г ... Оценки глобального кадастра клатрата метана могут превышать 10 19 г углерода
  30. ↑ Томас, Броди (31 марта 2008 г.). «Исследователи добывают метан из-под вечной мерзлоты» . Северные службы новостей . Архивировано из оригинала на 2008-06-08 . Проверено 16 июня 2008 .
  31. ^ "Геологическая служба Канады, Маллик 2002" . Природные ресурсы Канады . 2007-12-20. Архивировано из оригинального 29 июня 2011 года . Проверено 21 марта 2013 .
  32. ^ Макс, Майкл Д .; Джонсон, Артур Х. (01.01.2016). Разведка и добыча гидратов природного газа в океане . Издательство Springer International. С. 39–73. DOI : 10.1007 / 978-3-319-43385-1_2 . ISBN 9783319433844.
  33. ^ Манн, Чарльз С. (апрель 2013 г.). «Что, если у нас никогда не закончится нефть?» . The Atlantic Monthly . Проверено 23 мая 2013 года .
  34. ^ «Соглашения об усилении двусторонних связей» . Chinadaily.com.cn. 2006-08-25 . Проверено 14 марта 2013 .
  35. ^ "Norske forskere bak energirevolusjon, VB nett, на норвежском языке" . Vg.no. Май 2007 . Проверено 14 марта 2013 .
  36. ^ "Национальная программа исследований и разработок метановых гидратов, проекты DOE / NETL по метановым гидратам" . Netl.doe.gov. 2013-02-19. Архивировано из оригинала на 2013-08-17 . Проверено 14 марта 2013 .
  37. ^ a b c «Япония впервые в мире добывает газ из гидрата метана» . BBC. 12 марта 2013 . Проверено 13 марта 2013 года .
  38. ^ Б с д е е Хироко Tabuchi (12 марта 2013 г. ). «Энергетический переворот для Японии:« Горючий лед » » . Нью-Йорк Таймс . Проверено 14 марта 2013 года .
  39. ^ «Китай заявляет о прорыве в« горючем льду » » . BBC News . 2017-05-19.
  40. ^ «Китай и Япония находят способ извлечь« горючий лед »с морского дна, используя легендарное замороженное ископаемое топливо» . 19 мая 2017.
  41. ^ Хаусман, Сэнди (31.05.2018). «Огонь и лед: неиспользованное ископаемое топливо, которое может спасти или испортить наш климат» . DW.COM . Проверено 14 сентября 2019 .
  42. ^ Макфарлейн, Alec (19 мая 2017). «Китай совершает прорыв« горючего льда »в Южно-Китайском море» . CNNMoney . Проверено 11 июня +2017 .
  43. ↑ Андерсон, Ричард (17 апреля 2014 г.). «Гидрат метана: грязное топливо или спаситель энергии?» . BBC News . Проверено 11 июня +2017 .
  44. ^ Дин, Сигне. «Китай только что добыл газ из« легковоспламеняющегося льда », и это может привести к совершенно новому источнику энергии» . ScienceAlert . Проверено 11 июня +2017 .
  45. ^ a b c d e Ван, Чжиюань; Сунь Баоцзян (2009). «Поведение кольцевого многофазного потока при глубоководном бурении и эффект фазового перехода гидрата» . Нефтяная наука . 6 : 57–63. DOI : 10.1007 / s12182-009-0010-3 .
  46. ^ a b Победа, Дэвид (2010-05-03). «Группа реагирования на разливы нефти в США: план развертывания купола в течение 6–8 дней» . Wall Street Journal . Доу Джонс и компания. Архивировано из оригинала на 6 мая 2010 года . Проверено 21 марта 2013 .
  47. ^ Кресся, Daniel (10 мая 2010). «Гигантский купол не может исправить нефтяную катастрофу Deepwater Horizon» . Nature.com . Проверено 10 мая 2010 года .
  48. ^ Ахмед, Нафиз (2013-07-10). «Джеймс Хансен: зависимость от ископаемого топлива может спровоцировать безудержное глобальное потепление» . Хранитель . Проверено 26 октября 2018 .
  49. ^ Сравните: метан, пузырящийся через морское дно, создает подводные холмы. Архивировано 11 октября 2008 г.в Wayback Machine , Исследовательский институт аквариума Монтерей-Бей , 5 февраля 2007 г.
  50. ↑ Перевод записи в блоге Орьяна Густафссона, руководителя исследовательской экспедиции , 2 сентября 2008 г.
  51. ^ Шахова, Н .; Семилетов, И .; Салюк, А .; Космач, Д .; Бельчева, Н. (2007). «Выбросы метана на арктическом шельфе Восточной Сибири» (PDF) . Аннотации геофизических исследований . 9 : 01071.
  52. ^ Н. Шахова, И. Семилетов, А. Салюк, Д. Космач (2008), Аномалии метана в атмосфере над шельфом Восточной Сибири: есть ли какие-либо признаки утечки метана из гидратов неглубокого шельфа? , Архивации 2012-12-22 в Вайбак машины EGU Генеральной Ассамблеи 2008, Geophysical Research Abstracts , 10 , EGU2008-A-01526
  53. ^ Volker Mrasek, кладезь парниковых газов Открытие в Сибири , Spiegel Online International , 17 апреля 2008
  54. ↑ Коннор, Стив (23 сентября 2008 г.). «Эксклюзив: метановая бомба замедленного действия» . Независимый . Проверено 3 октября 2008 .
  55. ^ Кимантас, Джанет (декабрь 2014 г.), «Еще больше метановых сюрпризов: высокие концентрации метановых шлейфов, обнаруженные поднимающиеся со дна Восточно-Сибирского Северного Ледовитого океана и вдоль Атлантического побережья США» , Журнал Альтернатив , Ватерлоо, Онтарио , получено 28 декабря 2014 г.
  56. ^ Skarke, A .; Ruppel, C .; Kodis, M .; Братья, Д .; Лобекер, Э. (21 июля 2014 г.). «Широко распространенная утечка метана с морского дна на северной окраине Атлантического океана в США». Природа Геонауки . 7 (9): 657–661. Bibcode : 2014NatGe ... 7..657S . DOI : 10.1038 / ngeo2232 .
  57. Рианна МакГрат, Мэтт (24 августа 2014 г.). «Широко распространенная утечка метана со дна океана у побережья США» . BBC . Проверено 24 августа 2014 года .
  58. ^ «Как« открывающиеся бутылки с шампанским »: учёные задокументировали древний арктический взрыв метана» . Вашингтон Пост . 1 июня 2017 г.
  59. ^ Veluswamy, Хари Пракаш; Вонг, Элисон Цзя Хуэй; Бабу, Поннивалаван; Кумар, Раджниш; Кулпратхипанджа, Санти; Рангсунвигит, Прамох; Линга, Правин (2016). «Быстрое образование гидрата метана для разработки рентабельной крупномасштабной системы хранения энергии». Журнал химической инженерии . 290 : 161–173. DOI : 10.1016 / j.cej.2016.01.026 .
  60. ^ Veluswamy, Хари Пракаш; Кумар, Ашиш; Со, Ютэк; Ли, Джу Донг; Линга, Правин (2018). «Обзор технологии отвержденного природного газа (SNG) для хранения газа с помощью клатратных гидратов». Прикладная энергия . 216 : 262–285. DOI : 10.1016 / j.apenergy.2018.02.059 .
  61. ^ Кумар, Ашиш; Велусвами, Хари Пракаш; Линга, Правин; Кумар, Раджниш (2019). "Исследования на молекулярном уровне и анализ стабильности смешанных гидратов метана-тетрагидрофурана: последствия для хранения энергии". Топливо . 236 : 1505–1511. DOI : 10.1016 / j.fuel.2018.09.126 .
  62. ^ Кумар, Ашиш; Велусвами, Хари Пракаш; Кумар, Раджниш; Линга, Правин (2019). «Прямое использование морской воды для быстрого хранения метана через клатратные (SII) гидраты». Прикладная энергия . 235 : 21–30. DOI : 10.1016 / j.apenergy.2018.10.085 .

Внешние ссылки [ править ]

  • Есть ли под морем залежи метана? Выбросит ли в атмосферу метан в результате глобального потепления? (2007)
  • Утечки метана со дна арктических морей (BBC)
  • Пузыри тепла подо льдом (LA Times 2009)

Исследование [ править ]

  • Центр арктических газовых гидратов, окружающей среды и климата (CAGE)
  • Центр исследования гидратов
  • Геологические исследования Геологической службы США совместно со Службой управления полезными ископаемыми США - газовые гидраты метана
  • Производство энергии углеродно-нейтрального метана из залежей гидратов (Колумбийский университет)

Видео [ править ]

  • Лаборатория газовых гидратов USGS (2012 г.)
  • Взрывы древнего метана создали кратеры в океане (2017)