fond

Проект 31.

Наноструктуры для хранения и транспортировки газогидратов.

Квачева Л.Д., Червонобродов С.П., Хавкин А.Я., Калиниченко В.Н.

Разработка способов эффективного хранения и транспортировки газов является одной из актуальных задач как нефтегазовой отрасли, так и энергетического комплекса в целом [1, 2]. 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 объѐмом 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 [3, 4].

В последнее время появляются технологии, позволяющие обеспечить возможность разработки отдаленных газовых месторождений и утилизации попутного газа одиночных месторождений нефти, в т.ч. и на шельфе, для которых прокладка специального газопровода нерентабельна. В основе этих технологий лежит способ создания замороженного гидрата газа, смешанного с некоторой буферной средой. При этом полученная «газо-буферная» смесь, охлаждается до температур близких к нулю градусов, и сохраняет стабильность при нормальном атмосферном давлении. Очевидно, что оптимизация буфера и технологии смешения, позволит прежде всего, решить задачи транспортировки газа без использования трубопровода и безопасного хранения газогидратной смеси при нормальном давлении и температуре.

На российском севере, где добывают природный газ, холодно и влажно, а применение нанотехнологий снижает энергозатраты на перевод газа в газогидратную форму. Поэтому значительный интерес представляет перевод газа в газогидратное состояние и торговли им в таком виде. При этом расширятся возможности экспортного потенциала российского газа, можно реализовать безтрубную газификацию России [1, 2].

Норвежские исследователи, например, разработали технологию преобразования природного газа в газогидрат, позволяющую транспортировать его без использования трубопроводов и хранить в наземных хранилищах при нормальном давлении [5]. Однако энергетика транспорта метана в газогидратной форме упирается в плотность упаковки метана, поскольку, как отмечено выше, плотность упаковки метана в газогидратной форме в 3,5 раза меньше, чем в сжиженном состоянии.

Для более плотной упаковки газа в газогидратной форме предлагается использовать наноструктуры [6]. Как показали расчеты, при этом имеется возможностьбезопасно хранить и транспортировать примерно в 3 раза большее количество газа по сравнению с традиционным газогидратом. Структура предложенного гибридного наноматериала позволит хранить и транспортировать газ (например, метан) в газогидратной форме при температурах близких к 0°C, практически без затрат дополнительной энергии. Важно отметить, что этот материал можно производить в многотоннажном количестве, при этом его цена будет умеренной.

Таким образом, существует практическая возможность обеспечить плотность упаковки метана в газогидратной форме не в 4 раза менее плотную (как в обычном газогидрате), а более сравнимую с плотностью упаковки в форме сжиженного газа. При этом газогидратная форма при температурах близких к 0°C практически не требует затрат энергии. Поэтому транспортировка и хранение метана в газогидратной форме с использованием наноструктур является весьма перспективным направлением в нефтегазовой отрасли и в ТЭК в целом.

Литература

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

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

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

4. Макогон Ю.Ф. Гидраты природных газов // М.: Недра, 1974, 206с.

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

6. Квачева Л.Д., Червонобродов С.П., Хавкин А.Я. Графеновые наноструктуры для хранения и транспортировки газогидратов // II Международная Конференция «Наноявления при разработке месторождений углеводородного сырья: от наноминералогии и нанохимии к нанотехнологиям» / НОР, EAGE, ПЦ ФС РФ «НТИС», Фонд Байбакова, ЦМТ, под ред. Сафаралиева Г.К., Хавкина А.Я., Изотова В.Г. // Материалы II Международной Конференции в г. Москва 21-22 октября 2010г., М., Нефть и газ, 2010, с.380-383.