Nafta in plin

Metan hidrat



Največji svetovni vir zemeljskega plina je ujet pod večno zmrzal in oceanske usedline.


Metan hidrat: Na levi strani je model metanskega hidrata s kroglico in palico, ki prikazuje osrednjo molekulo metana, obkroženo s "kletko" molekul vode. Druge molekule ogljikovodika, kot sta pentan in etan, lahko zavzemajo osrednji položaj v tej strukturi. (Slika ameriškega ministrstva za energijo). Na desni je goreč primerek lesa metanskega hidrata (slika Združenih držav Geological Survey).

Metan hidrat "cement" v konglomeratu ?: Ta fotografija prikazuje osrednji vzorec cone metan hidrata v preskusni vrtini Mallik. Ta dobro prodre v depozite permafrosta v kanadskem območju reke Mackenzie. Ta del jedra prikazuje prodišče, cementirano v "konglomerat" z metanskim hidratnim ledom. Kliknite za povečavo slike.

Naslednja energijska "Changer Changer"?

Ko zemeljski plin iz skrilavca postane globalni menjalnik iger na področju energije, raziskovalci nafte in plina delajo na razvoju novih tehnologij za proizvodnjo zemeljskega plina iz nahajališč metana hidrata. Ta raziskava je pomembna, ker se domneva, da so nahajališča metana hidrata večji ogljikovodični vir kot vsi svetovni viri nafte, zemeljskega plina in premoga. 1 Če je mogoče ta nahajališča učinkovito in ekonomično razviti, bi metan hidrat lahko postal naslednji menjalec energijske igre.

Ogromne količine metanskega hidrata so bile najdene pod arktično permafrostjo, pod antarktičnim ledom in v sedimentnih nahajališčih vzdolž celinskih robov po vsem svetu. V nekaterih delih sveta so veliko bližje območjem z visoko populacijo kot katero koli zemeljsko plinsko polje. Ta bližnja nahajališča bi lahko omogočila državam, ki trenutno uvažajo zemeljski plin, samozadostne. Trenutni izziv je popisati ta vir in najti varne, ekonomične načine za njegovo razvijanje.

Tabela stabilnosti metan hidrata: Ta fazni diagram prikazuje globino vode (pritisk) na navpični osi in temperaturo na vodoravni osi. Črtkane črte ločujejo stabilnostna polja vode, vodnega ledu, plina in plinskega hidrata. Linija z oznako "prehod hidrata v plin" je pomembna. Pogoji za nastanek metanskega hidrata so pod to črto. Nad to črto se ne bo tvoril metan hidrat. Rdeča črta sledi geotermi (sprememba temperature z globino na določeni lokaciji). Upoštevajte, kako geoterma s povečanjem globine prečka prehodno linijo hidrata do plina. To pomeni, da plin hidrat v usedlinah običajno prekriva prosti plin. Graf spremenjen po NOAA. 4

Kaj je metan hidrat?

Metan hidrat je kristalna trdna snov, ki jo sestavlja molekula metana, obdana s kletko vmesnih molekul vode (glej sliko na vrhu te strani). Metan hidrat je "led", ki se naravno pojavlja le v podzemnih nanosih, kjer so temperaturni in tlačni pogoji ugodni za njegovo tvorbo. Ti pogoji so prikazani v faznem diagramu na tej strani.

Če led odstranimo iz tega temperaturnega / tlačnega okolja, postane nestabilen. Zaradi tega je nahajališča metanskega hidrata težko preučiti. Tega ni mogoče vrtati in obdelati za preučevanje podobno kot druge podzemne materiale, saj se ob pritisku na površino pritisk zniža in temperatura narašča. Zaradi tega se led stopi, metan pa uhaja.

Za metanov hidrat se običajno uporablja več drugih imen. Sem spadajo: metan klatrat, hidrometan, metan led, požarni led, hidrat zemeljskega plina in plin hidrat. Večina nahajališč metana hidrata vsebuje tudi majhne količine drugih ogljikovodikovih hidratov. Sem spadajo propan hidrat in etanski hidrat.

Zemljevid metan hidrata: Ta zemljevid je posplošena različica lokacij v globalni zbirki podatkov o pojavih hidratov zemeljskega plina v ZDA. 2

Zemljevid plinskega hidrata: Eno najbolj obiskanih plinsko hidratnih nahajališč je Blake Ridge, obalna Severna in Južna Karolina. Izzivi pridobivanja metana iz tega nahajališča so velika vsebnost gline in nizka koncentracija metana. 3 Ta zemljevid je primer bližine depozitov kontinentalne marže do potencialnih trgov zemeljskega plina. Slika NOAA. 4

USGS laboratorij za plinske hidrate: Ta video vas popelje na obisk laboratorija za plinske hidrate USGS, kjer raziskovalci izvajajo poskuse na vzorcih plinskih hidratov, zbranih s polarnih in celinskih obrobnih območij. Ustvarjajo tudi hidrate sintetičnih plinov in izvajajo poskuse, da ugotovijo njihove kemijske in fizikalne lastnosti.

Kje so depoziti hidrata metana?

Štiri zemeljska okolja imajo temperaturne in tlačne pogoje, ki so primerni za tvorbo in stabilnost metanskega hidrata. To so: 1) sedimentne in sedimentne kamnite enote pod arktično permafrostjo; 2) sedimentni nanosi vzdolž celinskih robov; 3) globokomorski sedimenti celinskih jezer in morij; in 4) pod antarktičnim ledom. 10. Z izjemo antarktičnih nahajališč kopičenja metan hidrata niso zelo globoko pod zemeljsko površino. V večini primerov je metan hidrat v nekaj sto metrih površine usedline.

Modeli nanosa metanskega hidrata: Modeli nanosov za nanose metana hidrata na kontinentalnih obrobjih in pod večno zmrzaljo. 7

V teh okoljih se metan hidrat pojavlja v usedlini kot plasti, vozliči in medgranularni cementi. Depoziti so pogosto tako gosti in stransko obstojni, da ustvarjajo neprepustno plast, ki lovi zemeljski plin, ki se premika navzdol.

Leta 2008 je ameriški geološki zavod ocenil skupni neodkrit plinski hidrat za območje severne Aljaske. Ocenjujejo, da se skupni neodkriti vir naravnega plina v obliki plinskega hidrata giblje med 25,2 in 157,8 trilijona kubičnih metrov. Ker je bilo skozi akumulacije plinskega hidrata izvrtanih zelo malo vrtin, imajo ocene zelo visoko stopnjo negotovosti. 5

USGS laboratorij za plinske hidrate: Ta video vas popelje na obisk laboratorija za plinske hidrate USGS, kjer raziskovalci izvajajo poskuse na vzorcih plinskih hidratov, zbranih s polarnih in celinskih obrobnih območij. Ustvarjajo tudi hidrate sintetičnih plinov in izvajajo poskuse, da ugotovijo njihove kemijske in fizikalne lastnosti.

Plinski hidrat dobro: Ignik Sikumi # 1 plinski hidrat dobro na severnem pobočju Aljaske. Ocena virov virov plinskega hidrata USGS je določila, da ima severna pobočje obsežen vir plinskega hidrata, ujet pod večno zmrzal. Ministrstvo za energijo fotografija.

Ignik Sikumi: Ta video vas bo popeljal na ogled preskusa polja plinske hidrate Ignik Sikumi, vodnjaka na severnem pobočju Aljaske, ki je proizvajal zemeljski plin iz plinskih hidratov pod večjo zmrzaljo. Tukaj je bilo doseženo sproščanje metana z nadomeščanjem z ogljikovim dioksidom - brez taljenja plinskega hidrata.

Kje se danes proizvaja metan hidrat?

Do danes ni bilo obsežne komercialne proizvodnje metana iz nahajališč plina hidrata. Vsa proizvodnja je bila majhna ali eksperimentalna.

V začetku leta 2012 je skupni projekt med ZDA in Japonsko povzročil stalen pretok metana z vbrizgavanjem ogljikovega dioksida v akumulacijo metan hidrata. Ogljikov dioksid je nadomestil metan v hidratni strukturi in sprostil metan, da je pritekel na površino. Ta preizkus je bil pomemben, ker je omogočil proizvodnjo metana brez nestabilnosti, povezane s talilnim plinskim hidratom. 6

Najverjetnejša depozita metanskega hidrata, ki jih bomo izbrali za prvi razvoj, imajo naslednje značilnosti: 1) visoke koncentracije hidrata; 2) akumulacijske kamnine z visoko prepustnostjo; in 3) lokacije, kjer obstaja obstoječa infrastruktura. 7 Depoziti, ki izpolnjujejo te značilnosti, bodo verjetno na severnem pobočju Aljaske ali na severu Rusije.

Ignik Sikumi: Ta video vas bo popeljal na ogled preskusa polja plinske hidrate Ignik Sikumi, vodnjaka na severnem pobočju Aljaske, ki je proizvajal zemeljski plin iz plinskih hidratov pod večjo zmrzaljo. Tukaj je bilo doseženo sproščanje metana z nadomeščanjem z ogljikovim dioksidom - brez taljenja plinskega hidrata.

Taljenje plinskega hidrata: Kadar se vrtine za nafto izvrtajo skozi usedline, ki vsebujejo hidrate, lahko topla temperatura olja, ki se giblje navzgor po zmrznjenem hidratnem območju, povzroči taljenje. Zaradi tega lahko pride do okvare vrtine. Topli cevovodi, ki tečejo čez zamrznjene hidrate, so tudi nevarnost. 8 USGS slika.

Nevarnosti metana hidrata

Metan hidrati so občutljive usedline. Hitro se lahko disociirajo s povišanjem temperature ali padcem tlaka. Ta disociacija proizvaja prosti metan in vodo. Pretvor trdne usedline v tekočine in pline bo povzročil izgubo podpore in strižne trdnosti. To lahko povzroči potop podmornice, plazove ali zdrs, ki lahko poškodujejo proizvodno opremo in cevovode. 7

Metan je močan toplogredni plin. Toplejše arktične temperature lahko povzročijo postopno taljenje plinskih hidratov pod večjo zmrzaljo. Segrevanje oceanov lahko povzroči postopno taljenje plinskih hidratov v bližini vmesnika usedlina-voda. Čeprav številna poročila predstavljajo to kot potencialno katastrofo, raziskave USGS ugotavljajo, da plinski hidrati trenutno prispevajo k skupnemu atmosferskemu metanu in da katastrofalno taljenje nestabilnih hidratnih nahajališč verjetno ne bo poslalo velike količine metana v ozračje. 9

Ali si vedel? Metan hidrat ima zelo visoko koncentracijo metana. Če boste stopili en kubični meter bloka metanskega hidrata, se bo sprostilo približno 160 kubičnih metrov plinastega metana.
Reference metana hidrata
1 USGS laboratorij za plinske hidrate: Stephen Wessells, Laura Stern, Steve Kirby; Multimedijska galerija Video Geodezije Združenih držav Amerike, 2012.
2 Globalni popis pojava hidrata zemeljskega plina: Keith A. Kvenvolden in Thomas D. Lorenson, Pacific Coast & Marine Science Center, ameriški geološki zavod.
3 Hidrati zemeljskega plina: pregled: Timothy S. Collett, Arthur H. Johnson, Camelia C. Knapp, Ray Boswell; Hidrati zemeljskega plina - Potencial energetskih virov in z njimi povezane geološke nevarnosti: AAPG Memoir 89, str. 146–219, 2009.
4 Plinski hidrati na morju Jugovzhodne ZDA: Carolyn Ruppel, Georgia Institute of Technology, spletna stran NOAA Ocean Explorer, zadnji dostop do novembra 2016.
5 Ocena virov hidrata plina na severnem pobočju, Aljaska, 2008: Združeni državni geološki zavod, list s podatki 2008–3073, oktober 2008.
6 ZDA in Japonska zaključujeta uspešno preskusno tehnologijo za proizvodnjo metanskih hidratov: Sporočilo za javnost ministrstva Združenih držav Amerike, 2. maj 2012.
7 Potencial metan hidrata v energijskih virih: Uvod v znanstveni in energetski potencial edinstvenega vira; publikacija Nacionalnega laboratorija za energetsko tehnologijo, Ministrstvo za energijo ZDA, februar 2011.
8 Rezultati toplotne lastnosti v čisti fazi: sI Metan hidrat: Znanstveni center Woods Hole, ameriški geološki zavod, 2007.
9 Plinski hidrati in segrevanje podnebja - Zakaj metanska katastrofa malo verjetna: Carolyn Ruppel in Diane Noserale, ameriški geološki pregled, glasilo Sound Waves, maj / junij 2012.
10 Študija kaže na velika rezervoarja metana pod ledino Antarktike: Tim Stephens, sporočilo za javnost, kalifornijska univerza Santa Cruz, 29. avgusta 2012.

Ogromen potencial

Čeprav se akumulacije metana hidrata nahajajo v težkih okoljih in predstavljajo številne tehnične izzive, so široko razširjeni in največji vir ogljikovodikov na Zemlji. Različne tehnologije bi lahko razvile za njihovo proizvodnjo z zmanjšanjem tlaka, ionsko izmenjavo in drugimi postopki, ki izkoristijo svoje edinstvene kemijske in fizikalne lastnosti. Vse Združene države, Kanada, Japonska in Indija imajo intenzivne raziskovalne programe, ki delujejo pri odkrivanju izvedljivih tehnologij za proizvodnjo plinskih hidratov. Metan hidrat bo verjetno igral pomembno vlogo v naši prihodnji mešanici energije.

Poglej si posnetek: Fun with burning methane on a lake First experiment (Avgust 2020).