Turinys
- Kitas energijos „žaidimų keitiklis“?
- Kas yra metano hidratas?
- Kur yra metano hidrato nuosėdos?
- Kur šiandien gaminamas metano hidratas?
- Metano hidrato pavojai
- Milžiniškas potencialas
Metano hidratas: Kairėje pusėje yra rutulinis ir metano pavidalo metano hidrato modelis, kuriame pavaizduota centrinė metano molekulė, kurią supa vandens molekulių „narvas“. Kitos struktūros angliavandenilių molekulės, tokios kaip pentanas ir etanas, gali užimti centrinę vietą. (Jungtinių Valstijų energetikos departamento įvaizdis). Dešinėje yra deginamas metano hidrato ledo pavyzdys (Jungtinių Valstijų geologijos tarnybos vaizdas).
Metano hidrato „cementas“ konglomerate ?: Ši nuotrauka rodo pagrindinį metano hidrato zonos pavyzdį „Mallik Test Well“. Tai gerai įsiskverbia į amžinojo įšalo telkinius Canado Mackenzie upės deltos srityje. Šioje šerdies dalyje matyti žvyrai, sudedami į „konglomeratą“ iš metano hidrato ledo. Spustelėkite, kad padidintumėte vaizdą.
Kitas energijos „žaidimų keitiklis“?
Kadangi skalūnų gamtinės dujos tampa visuotiniu energijos žaidimo keitikliu, naftos ir dujų tyrėjai kuria naujas technologijas gamtinėms dujoms gaminti iš metano hidrato nuosėdų. Šis tyrimas yra svarbus, nes manoma, kad metano hidrato telkiniai yra didesni angliavandenilių ištekliai nei visi pasaulio naftos, gamtinių dujų ir anglies ištekliai. Jei šias nuosėdas būtų galima efektyviai ir ekonomiškai išplėtoti, metano hidratas galėtų tapti kitu energijos žaidimo keitikliu.
Visame pasaulyje po Arkties amžinojo įšalo, Antarktidos ledo ir nuosėdinėse nuosėdose žemyno pakraščiuose rasta milžiniškų metano hidratų. Kai kuriose pasaulio vietose jos yra daug arčiau rajonų, kuriuose gyvena daug gyventojų, nei bet kuris kitas gamtinių dujų laukas. Šie netoliese esantys telkiniai gali leisti šalims, kurios šiuo metu importuoja gamtines dujas, tapti savarankiškomis. Dabartinis iššūkis yra inventorizuoti šiuos išteklius ir rasti saugius, ekonomiškus būdus, kaip jį išplėtoti.
Metano hidrato stabilumo lentelė: Ši fazinė diagrama rodo vandens gylį (slėgį) vertikalioje ašyje ir temperatūrą horizontalioje ašyje. Punktyrinės linijos atskiria vandens, vandens ledo, dujų ir dujų hidrato stabilumo laukus. Eilutė, pažymėta kaip „hidrato ir dujų perėjimas“, yra reikšminga. Po šia linija susidaro sąlygos susidaryti metano hidratui.Virš šios linijos nesusidarys metano hidratas. Raudona linija seka geotermą (temperatūros pokytis gylyje tam tikroje vietoje). Atkreipkite dėmesį, kaip didėjant gyliui geoterma kerta hidrato iki dujų pereinamąją liniją. Tai reiškia, kad dujų hidratas nuosėdose paprastai viršija laisvas dujas. Diagrama pakeista po NOAA.
Kas yra metano hidratas?
Metano hidratas yra kristalinė kieta medžiaga, susidedanti iš metano molekulės, apsuptos viena su kita sujungtų vandens molekulių narve (žr. Paveikslėlį šio puslapio viršuje). Metano hidratas yra „ledas“, kuris natūraliai susidaro tik požeminiuose telkiniuose, kur jo susidarymui palankios temperatūros ir slėgio sąlygos. Šios sąlygos pavaizduotos šio puslapio fazių diagramoje.
Jei ledas pašalinamas iš šios temperatūros / slėgio aplinkos, jis tampa nestabilus. Dėl šios priežasties sunku ištirti metano hidrato nuosėdas. Jų negalima gręžti ir gręžti, kaip ir kitų požeminių medžiagų, nes, išnešus į paviršių, slėgis sumažėja ir temperatūra pakyla. Dėl to ledas tirpsta, o metanas išbėga.
Metano hidratui paprastai naudojami keli kiti pavadinimai. Tai apima: metano klatratas, hidrometanas, metano ledas, ugnies ledas, gamtinių dujų hidratas ir dujų hidratas. Daugelyje metano hidrato nuosėdų yra nedidelis kiekis kitų angliavandenilių hidratų. Tai apima propano hidratą ir etano hidratą.
Metano hidrato žemėlapis: Šis žemėlapis yra apibendrinta USGS gamtinių dujų hidrato atsiradimo duomenų bazės vietų sąrašo vieta.
Dujų hidrato žemėlapis: Viena iš išsamiausiai ištirtų dujų hidrato telkinių yra Blake'as Ridžas, esantis Šiaurės Karolinos ir Pietų Karolinos jūrose. Iš šio telkinio gaunamas metanas yra didelis molio kiekis ir maža metano koncentracija. Šis žemėlapis yra žemyno maržos indėlių artumo potencialioms gamtinių dujų rinkoms pavyzdys. Vaizdas - NOAA.
USGS dujų hidratų laboratorija: Šis vaizdo įrašas jus nukeliavo į vizitą į USGS Gas Hydrates Lab, kur tyrėjai vykdo dujų hidratų, surinktų iš poliarinės ir žemyninės pakraščių, pavyzdžius. Jie taip pat sukuria sintetinius dujų hidratus ir vykdo eksperimentus, kad nustatytų jų chemines ir fizikines savybes.
Kur yra metano hidrato nuosėdos?
Keturių žemės aplinkų temperatūros ir slėgio sąlygos yra tinkamos metano hidrato susidarymui ir stabilumui. Tai yra: 1) nuosėdų ir nuosėdinių uolienų vienetai žemiau Arkties amžinojo įšalo; 2) nuosėdiniai telkiniai išilgai žemyno pakraščių; 3) vidaus ežerų ir jūrų giluminių nuosėdų; ir 4) po Antarktidos ledu. . Išskyrus Antarkties nuosėdas, metano hidrato sankaupos nėra labai giliai po Žemės paviršiumi. Daugeliu atvejų metano hidratas yra per kelis šimtus metrų nuo nuosėdų paviršiaus.
Metano hidrato indėlių modeliai: Metano hidrato indėlių modeliai žemyno pakraščiuose ir amžinojo įšalo indėlių modeliai.
Tokioje aplinkoje metano hidratas susidaro nuosėdose kaip sluoksniai, mazgeliai ir tarpląsteliniai cementai. Nuosėdos dažnai būna tokios tankios ir išilgai patvarios, kad sukuria nepralaidų sluoksnį, kuris sulaiko gamtines dujas, judančias aukštyn iš apačios.
2008 m. Jungtinių Valstijų geologijos tarnyba įvertino visus neaptiktus Aliaskos šiaurinio šlaito srities hidratų išteklius. Jie apskaičiavo, kad bendras neatrastų gamtinių dujų šaltinis dujų hidrato pavidalu yra 25,2–157,8 trilijonai kubinių pėdų. Kadangi susikaupus dujų hidratui buvo išgręžta labai nedaug šulinių, įvertinimai turi labai aukštą neapibrėžtumą.
USGS dujų hidratų laboratorija: Šis vaizdo įrašas jus nukeliavo į vizitą į USGS Gas Hydrates Lab, kur tyrėjai vykdo dujų hidratų, surinktų iš poliarinės ir žemyninės pakraščių, pavyzdžius. Jie taip pat sukuria sintetinius dujų hidratus ir vykdo eksperimentus, kad nustatytų jų chemines ir fizikines savybes.
Dujų hidrato šulinys: „Ignik Sikumi“ # 1 dujų hidratas šulinyje Šiaurės Aliaskos šlaite. USGS dujų hidrato išteklių vertinimas nustatė, kad Šiaurės šlaite yra gausu dujų hidrato išteklių, įstrigusių žemiau amžinojo įšalo. Energetikos departamento nuotrauka.
Ignikas Sikumi: Šis vaizdo įrašas pateiks jums vizitą į Ignik Sikumi dujų hidrato lauko bandymą - Aliaskos šiaurinio šlaito šulinį, kuriame gamtinės dujos buvo gaminamos iš dujų hidratų, kurių amžinas įšalas yra mažesnis. Čia buvo atliktas metano išlaisvinimas, pakeičiant jį anglies dioksidu - neišlydant dujų hidrato.
Kur šiandien gaminamas metano hidratas?
Iki šiol nebuvo vykdoma didelio masto komercinė metano gamyba iš dujų hidrato nuosėdų. Visa produkcija buvo arba nedidelio masto, arba eksperimentinė.
2012 m. Pradžioje vykdant bendrą JAV ir Japonijos projektą buvo pasiektas pastovus metano srautas, įpurškiant anglies dioksidą į metano hidrato kaupimąsi. Anglies dioksidas pakeitė metaną hidrato struktūroje ir išlaisvino metaną tekėti į paviršių. Šis bandymas buvo reikšmingas, nes leido gaminti metaną be nestabilumo, susijusio su lydymosi dujų hidratu.
Pirmajam vystymuisi pasirinktos labiausiai tikėtinos metano hidrato nuosėdos turės šias charakteristikas: 1) didelės hidrato koncentracijos; 2) rezervuaro uolienos, turinčios aukštą pralaidumą; ir 3) vietos, kuriose yra esama infrastruktūra. Šias charakteristikas atitinkantys indėliai greičiausiai bus Šiaurės Aliaskos šlaite arba šiaurinėje Rusijos dalyje.
Ignikas Sikumi: Šis vaizdo įrašas pateiks jums vizitą į Ignik Sikumi dujų hidrato lauko bandymą - Aliaskos šiaurinio šlaito šulinį, kuriame gamtinės dujos buvo gaminamos iš dujų hidratų, kurių amžinas įšalas yra mažesnis. Čia buvo atliktas metano išlaisvinimas, pakeičiant jį anglies dioksidu - neišlydant dujų hidrato.
Dujų hidrato lydymas: Kai naftos gręžiniai gręžiami per hidratus turinčias nuosėdas, šilta aliejaus, pakilusio per užšalusią hidrato zoną, temperatūra gali ištirpti. Tai gali sukelti gręžinį. Šilti vamzdynai, einantys per užšalusius hidrato atodangas, taip pat yra pavojus. USGS vaizdas.
Metano hidrato pavojai
Metano hidratai yra jautrios nuosėdos. Jie gali greitai išsiskirti padidėjus temperatūrai ar sumažėjus slėgiui. Dėl šios disociacijos susidaro laisvas metanas ir vanduo. Kietas nuosėdas pavertus skysčiais ir dujomis, sumažės atrama ir šlyties stipris. Tai gali sukelti povandeninių laivų nuosmukį, nuošliaužas ar panemunę, kuri gali sugadinti gamybos įrangą ir vamzdynus.
Metanas yra galingos šiltnamio efektą sukeliančios dujos. Šiltesnė Arkties temperatūra gali laipsniškai ištirpti dujų hidratams žemiau amžinojo įšalo. Šiltinantys vandenynai gali laipsniškai tirpinti dujų hidratus šalia nuosėdų ir vandens sąsajos. Nors daugelyje naujienų ataskaitų tai buvo aprašyta kaip potenciali katastrofa, USGS tyrimais nustatyta, kad dujų hidratai šiuo metu prisideda prie bendro atmosferos metano susidarymo ir kad mažai tikėtina, kad katastrofiškai tirpstant nestabiliems hidrato telkiniams į atmosferą nepatektų dideli metano kiekiai.
Milžiniškas potencialas
Nors metano hidrato kaupimasis vyksta sudėtingoje aplinkoje ir kelia daugybę techninių iššūkių, jis yra plačiai paplitęs ir yra didžiausias angliavandenilių šaltinis Žemėje. Joms gaminti gali būti sukurta daugybė įvairių technologijų, naudojant slėgio mažinimą, jonų mainus ir kitus procesus, kuriuose naudojamos jų unikalios cheminės ir fizinės savybės. JAV, Kanada, Japonija ir Indija vykdo energingas tyrimų programas, siekdamos atrasti tinkamas technologijas dujų hidratų gamybai. Metano hidratas greičiausiai vaidins svarbų vaidmenį ateityje kuriant energiją.