Клатрат метана - Methane clathrate

«Горящий лед». Метан, выделяющийся при нагревании, горит; капает вода.
Врезка: клатратная структура (Геттингенский университет, GZG. Abt. Kristallographie).
Источник: Геологическая служба США.

Клатрат метана (CH4· 5,75H2O) или (4CH4· 23ч2O), также называемый гидрат метана, гидрометан, метановый лед, огненный лед, гидрат природного газа, или газовый гидрат, является твердым клатратное соединение (точнее, клатрат гидрат ), в котором большое количество метан попал в ловушку кристалл структура воды, образующая твердое тело, похожее на лед.[1][2][3][4] Первоначально считалось, что это происходит только во внешних регионах Солнечная система, где низкие температуры и водяной лед является обычным явлением, значительные отложения клатрата метана были обнаружены под отложения на океан этажи Земля.[5] Гидрат метана образуется, когда водородно-связанная вода и газообразный метан вступают в контакт при высоком давлении и низких температурах в океанах.

Клатраты метана - частые составляющие мелководных морских геосфера и они происходят в глубоких осадочный структуры и формы обнажения на дне океана. Считается, что гидраты метана образуются в результате осаждения или кристаллизации метана, мигрирующего из глубины геологические разломы. Осадки происходят, когда метан вступает в контакт с водой на морском дне в зависимости от температуры и давления. В 2008 г. исследования Антарктики Восток и EPICA Купол C ледяные керны показали, что клатраты метана также присутствовали в глубоких Антарктика ледяные керны и записывать историю атмосферный метан концентрации, датируемые 800000 лет назад.[6] Клатрат метана в ледяных кернах является основным источником данных для глобальное потепление исследования, наряду с кислородом и углекислым газом.

Общее

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

Структура и состав

Номинальный состав гидрата клатрата метана составляет (CH4)4(ЧАС2O)23, или 1 моль метана на каждые 5,75 моль воды, что соответствует 13,4% метана по массе, хотя фактический состав зависит от того, сколько молекул метана помещается в различные клеточные структуры воды решетка. Наблюдаемая плотность составляет около 0,9 г / см.3, что означает, что гидрат метана будет всплывать на поверхность моря или озера, если он не закрепится на месте, образовавшись в отложениях или закрепившись на них.[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 выделяет около 160 кубометров газа.[7]

Метан образует гидрат "структуры I" с двумя додекаэдр (12 вершин, то есть 12 молекул воды) и шесть четырехгранник (14 молекул воды) водяных клеток на элементарную ячейку. (Из-за того, что молекулы воды разделяются между клетками, на элементарную ячейку приходится всего 46 молекул воды.) Это сопоставимо с число гидратации 20 для метана в водном растворе.[9] Клатрат метана MAS ЯМР спектр записан при 275 K и 3.1 МПа показывает пик для каждого типа клетки и отдельный пик для газовая фаза метан.[нужна цитата ] В 2003 году был синтезирован интеркалат глина-гидрат метана, в котором комплекс гидрата метана был введен в промежуточный слой богатого натрием. монтмориллонит глина. 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 месторождения

Смотрите 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 Орегона.

Клатраты метана ограничены мелкими литосфера (т.е. глубина <2000 м). Кроме того, необходимые условия есть только в обоих континентальных регионах. осадочные породы в полярных регионах, где средняя температура поверхности ниже 0 ° C; или в океанических осадок на глубине воды более 300 м, где нижняя вода температура около 2 ° C. Кроме того, в глубоководных пресноводных озерах также могут находиться газовые гидраты, например пресная вода озеро Байкал, Сибирь.[11] Континентальные отложения были расположены в Сибирь и Аляска в песчаник и алевролит грядки на глубине менее 800 м. Океанические отложения, по-видимому, широко распространены в континентальный шельф (см. рис.) и могут встречаться в отложениях на глубине или близко к граница раздела отложений и воды. Они могут покрывать даже более крупные залежи газообразного метана.[12]

Океанический

Есть два различных типа океанических отложений. Среди наиболее распространенных преобладают (> 99%) метан содержится в структуре I клатрат и обычно находится на глубине отложения. Здесь метан изотопно легкий (δ13C <−60 ‰), что указывает на то, что он получен из микробного сокращение из CO2. Считается, что клатраты в этих глубоких отложениях образовались на месте из метана, произведенного микробами, поскольку δ13Значения 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 местному и потенциально значительному увеличению солености пластовой воды. Гидраты обычно исключают соли в поровом флюиде, из которого они образуются, таким образом, они демонстрируют высокое электрическое сопротивление, как и лед, а осадки, содержащие гидраты, имеют более высокое сопротивление по сравнению с отложениями без газовых гидратов (Judge [67]).[13]:9

Эти отложения расположены в пределах средней зоны глубин около 300–500 м в отложениях (залежь зона устойчивости газовых гидратов, или GHSZ), где они сосуществуют с метаном, растворенным в пресных, а не соленых поровых водах. Выше этой зоны метан присутствует только в растворенной форме в концентрациях, которые уменьшаются по направлению к поверхности осадка. Под ним метан газообразный. В Блейк Ридж на Атлантике континентальный подъем, GHSZ начиналась с глубины 190 м и продолжалась до 450 м, где достигла равновесие 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 длинноцепочечных углеводороды (<99% метана) содержится в клатрате структуры II. Углерод из этого типа клатратов изотопно тяжелее (δ13C составляет от -29 до -57 ‰) и, как полагают, мигрировал вверх из глубоких отложений, где метан образовался в результате термического разложения органическая материя. Примеры этого типа депозита были найдены в Мексиканский залив и Каспийское море.[12]

Некоторые отложения имеют промежуточные характеристики между микробиологическим и термическим типами и считаются образованными из их смеси.

Метан в газовых гидратах в основном генерируется микробными консорциумами, разлагающими органическое вещество в среде с низким содержанием кислорода, при этом сам метан производится за счет метаногенный археи. Органическое вещество в самых верхних нескольких сантиметрах отложений сначала подвергается атаке аэробных бактерий, выделяющих CO.2, который выходит из отложений в столб воды. Ниже этой области аэробной активности берут верх анаэробные процессы, включая, последовательно с глубиной, микробное восстановление нитритов / нитратов, оксидов металлов, а затем сульфаты сводятся к сульфиды. Наконец, когда сульфат израсходован, метаногенез становится доминирующим путем для органического углерода. реминерализация.

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 низкоэнергетический акцепторы электронов не используются. Но там, где скорость седиментации и содержание органического углерода высоки, что обычно имеет место на континентальных шельфах и под западными граничными зонами апвеллинга, грунтовая вода в отложениях становится аноксический 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 морская вода, хотя он тоже истощен на глубину от сантиметров до метров. Ниже этого уровня производится 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 синтрофический консорции различных разновидностей архей и бактерий, хотя на самом деле только археи 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 внутри самого гидрата, который может быть извлечен при гидрат диссоциирован.[16][17][нужна цитата ] Метан в клатратах обычно имеет биогенную изотопную сигнатуру и сильно варьирует δ.13C (от -40 до -100), с приблизительным средним значением около -65.[18][нужна цитата ][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 можно определить по наблюдению «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.

Пинго с газовым гидратом были обнаружены в Северном Ледовитом океане Баренцева моря. Метан пузырится из этих куполообразных структур, при этом некоторые из этих газовых факелов простираются близко к поверхности моря.[24]

Размер резервуара

Газогидрат под карбонатной породой.jpg


Размер океанического резервуара клатрата метана неизвестен, и оценки его размера уменьшились примерно на порядок величины за десятилетие с тех пор, как было впервые признано, что клатраты могут существовать в океанах в 1960-х и 1970-х годах.[25] Наивысшие оценки (например, 3×1018 м3)[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 могли произойти (10-30% Зона устойчивости газовых гидратов ) и обычно обнаруживаются в низких концентрациях (0,9–1,5% по объему) на участках, где они действительно встречаются. Недавние оценки, ограниченные прямой выборкой, показывают, что глобальная инвентаризация занимает от 1×1015 и 5×1015 кубических метров (0,24 и 1,2 миллиона кубических миль).[25] Эта оценка, соответствующая 500–2500 гигатонн углерода (Гт C), меньше, чем оценка в 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][нужна цитата ] но никаких оценок возможных антарктических водоемов не проводилось. Это большие суммы. Для сравнения, общее количество углерода в атмосфере составляет около 800 гигатонн (см. Углерод: Возникновение ).

Эти современные оценки заметно меньше, чем 10 000–11 000 Гт C (2×1016 м3) предложенный[29] предыдущими исследователями в качестве причины считать клатраты геоорганическим топливным ресурсом (MacDonald 1990, Kvenvolden 1998). Более низкие содержания клатратов не исключают 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

Клатраты метана в континентальных породах захвачены пластами песчаник или алевролит на глубинах 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. Это происходит в Аляска, Сибирь, и Северная Канада.

В 2008 году канадские и японские исследователи извлекли постоянный поток природного газа в ходе испытательного проекта на месторождении. Малликский газогидратный участок в Mackenzie River дельта. 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] Малликское месторождение газовых гидратов было впервые открыто Империал Ойл в 1971–1972 гг.[31]

Коммерческое использование

Экономические залежи гидрата называются гидратом природного газа (NGH) и хранят 164 м3.3 метана 0,8 м3 вода в 1 м3 гидрат.[32] Большая часть NGH находится под морским дном (95%), где он находится в термодинамическом равновесии. Коллектор осадочного гидрата метана, вероятно, содержит в 2–10 раз больше известных в настоящее время запасов обычных натуральный газ, по состоянию на 2013 год.[33] Это представляет собой потенциально важный будущий источник углеводород топливо. Однако на большинстве участков месторождения считаются слишком рассредоточенными для рентабельной добычи.[25] Другими проблемами, стоящими перед коммерческой эксплуатацией, являются обнаружение жизнеспособных запасов и разработка технологии извлечения 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 экономический запас в Мексиканском заливе может содержать примерно 100 миллиардов кубических метров (3,5×10^12 куб. футов) газа.[25] Бьёрн Квамме и Арне Грауэ в Физико-техническом институте на Бергенский университет разработали метод инъекций CO
2 в гидраты и обращением процесса; тем самым извлекая CH4 путем прямого обмена.[35] Метод Университета Бергена проходит полевые испытания ConocoPhillips и государственные Японская национальная корпорация 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 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 извлечен газ, расположено в 50 км (31 миле) от центральной Японии в Нанкайский желоб, 300 метров (980 футов) под водой.[37][38] Представитель JOGMEC отметил, что «Япония, наконец, может иметь источник энергии, который она может назвать своим собственным».[38] Морской геолог Микио Сато отметил: «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 г. о прорыве в добыча клатраты метана, когда они извлекали метан из гидратов в Южно-Китайское море.[7] Китай назвал результат прорывом; Правин Линга сотрудник факультета химической и биомолекулярной инженерии Национального университета Сингапура согласился: «По сравнению с результатами японских исследований, китайским ученым удалось добыть гораздо больше газа».[39] В отрасли считают, что до промышленного производства еще не все.[40]

Проблемы окружающей среды

Эксперты предупреждают, что воздействие на окружающую среду все еще изучается и что метан - парниковый газ, которого примерно в 25 раз больше. потенциал глобального потепления в течение 100-летнего периода (GWP100) в виде двуокиси углерода - 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

Обычные операции

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 молекулы углеводородов, такие как этан и пропан, также могут образовывать гидраты, хотя более длинные молекулы (бутаны, пентаны) не могут вписаться в структуру водной 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 этиленгликоль (MEG) или метанол (т.е. общие антифриз ), 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 гидратного фазового перехода при глубоководном бурении

При бурении в нефтегазоносных пластах, погруженных в глубокую воду, пластовый газ может поступать 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 кольцо 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. Возникающее в результате сильное вытеснение жидкости из кольцевого пространства является одной из потенциальных причин или участников "выброса".[45] (Удары ногами, которые могут вызвать выбросы, обычно не связаны с гидратами: см. Прорыв: пластовой удар ).

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 обсадная труба после того, как это "закрыть в «(изолированный) может указывать на образование гидратов. После« закрытия »давление повышается, а газ диффундирует через пласт в скважина; скорость повышения давления демонстрирует пониженную скорость увеличения при образовании гидратов.[45]
  • Добавление энергии (например, энергия, выделяемая схватывание цемента используется при заканчивании скважин) может повышать температуру и превращать гидраты в газ, создавая «выброс».

Восстановление после выброса

Принципиальная схема нефтесодержащих куполов, образующих перевернутые воронки для транспортировки нефти на надводные корабли. Рядом затонувшая нефтяная вышка.

На достаточных глубинах метан напрямую связывается с водой с образованием гидратов метана, как это наблюдалось во время Разлив нефти Deepwater Horizon в 2010 году. Инженеры BP разработали и развернули подводную систему сбора нефти при разливе нефти с глубоководных нефтяная скважина 5000 футов (1500 м) ниже уровень моря улавливать вытекающее масло. Это включало в себя установку 125-тонного (276 000 фунтов) купола над самой крупной из утечек в скважине и его транспортировку 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 не удалось из-за накопления клатрата метана внутри купола; с низкой плотностью примерно 0,9 г / см3 гидраты метана накапливались в куполе, добавляя плавучести и препятствуя потоку.[47]

Клатраты метана и изменение климата

Основная статья: Гипотеза клатратской пушки
Смотрите также: Вечная мерзлота

Метан - мощный парниковый газ. Несмотря на короткую атмосферность период полураспада 12 лет метан имеет потенциал глобального потепления 86 за 20 лет и 34 за 100 лет (IPCC, 2013). Внезапный выброс большого количества природного газа из залежей клатрата метана был выдвинут в качестве причины прошлого и, возможно, будущего климат изменения. События, возможно связанные таким образом, являются Пермско-триасовое вымирание и Палеоцен-эоценовый термальный максимум.

Климатологам нравится Джеймс Э. Хансен предсказывают, что клатраты метана в вечная мерзлота регионы будут освобождены из-за глобального потепления, высвободив мощные силы обратной связи, которые могут вызвать безудержное изменение климата.[48]

Исследования, проведенные в 2008 году в сибирской Арктике, выявили выбросы миллионов тонн метана.[49][50][51][52][53] с концентрацией в некоторых регионах до 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 г. на основе исследований морской континентальной окраины северной части Атлантического океана США от Мыс Хаттерас к Georges Bank Группа ученых из Геологической службы США, Департамента наук о Земле, Государственного университета Миссисипи, Департамента геологических наук, Университета Брауна и Технологии природных ресурсов заявила, что имела место обширная утечка метана.[56][57]

Ученые из Центра арктических газовых гидратов (CAGE), окружающей среды и климата Арктический университет Норвегии, опубликовал исследование в июне 2017 года, описывающее более сотни кратеров в океанических отложениях, шириной около 300 метров и глубиной до 30 метров, образовавшихся в результате взрывных извержений, приписываемых дестабилизации гидратов метана после отступления ледникового покрова во время последний ледниковый период, около 15000 лет назад, через несколько столетий после Бёллинг-Аллерёд согревание. Эти области вокруг Баренцево море, все еще просачиваются метан и все еще резервуары метана может в конечном итоге постигнет та же участь.[58]

Гидраты природного газа для хранения и транспортировки газа

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 морские суда. Существенным преимуществом будет то, что производство гидрат природного газа (NGH) от 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 больше кораблей, это вряд ли окажется экономически целесообразным.[нужна цитата ]. В последнее время гидрат метана вызвал значительный интерес для крупномасштабных стационарных хранилищ из-за очень мягких условий хранения с включением тетрагидрофуран (THF) в качестве второго гостя.[59][60] С включением тетрагидрофуран Несмотря на небольшое снижение емкости для хранения газа, в недавнем исследовании было продемонстрировано, что гидраты стабильны в течение нескольких месяцев 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]

Смотрите также

Заметки

  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] Для одного моля метана, имеющего молярную массу около 16,043 г (см. Метан ), мы имеем 5,75 моль воды с молярной массой около 18,015 г (см. Свойства воды ), поэтому вместе на каждый моль метана клатратный комплекс имеет массу 16,043 г + 5,75 × 18,015 г ≈ 119,631 г. Дельный вклад метана в массу тогда равен 16,043 г / 119,631 г ≈ 0,1341. Плотность около 0,9 г / см.3, поэтому 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 / м3 (при 0 ° C; см. информационное окно на Метан ), получается объем 0,1207 / 0,716 м3 = 0,1686 м3 = 168,6 л.

использованная литература

  1. ^ Газовый гидрат: что это такое?, Геологическая служба США, 31 августа 2009 г., архивировано из оригинал 14 июня 2012 г., получено 28 декабря 2014
  2. ^ Sánchez, M .; Сантамарина, С .; Теймури, М .; Гай, X. (2018). «Совместное численное моделирование газовых гидратсодержащих отложений: от лабораторных до полевых анализов» (PDF). Журнал геофизических исследований: твердая Земля. 123 (12): 10, 326–10, 348. Bibcode:2018JGRB..12310326S. Дои:10.1029 / 2018JB015966. HDL:10754/630330.
  3. ^ Теймури, М .; Sánchez, M .; Сантамарина, К. (2020). «Псевдокинетическая модель для моделирования фазовых переходов в отложениях, содержащих газовые гидраты». Морская и нефтяная геология. 120: 104519. Дои:10.1016 / j.marpetgeo.2020.104519.
  4. ^ Chong, Z. R .; Yang, S.H.B .; Babu, P .; Linga, P .; Ли, Х.-С. (2016). «Обзор гидратов природного газа как энергоресурса: перспективы и проблемы». Прикладная энергия. 162: 1633–1652. Дои:10.1016 / j.apenergy.2014.12.061.
  5. ^ Роальд Хоффманн (2006). «Старый газ, новый газ». Американский ученый. 94 (1): 16–18. Дои: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 за 650 000–800 000 лет назад» (PDF). Природа. 453 (7193): 379–382. Bibcode:2008Натура.453..379л. Дои:10.1038 / природа06949. PMID  18480821. S2CID  1382081.
  7. ^ а б c "Китай заявляет о прорыве в добыче легковоспламеняющегося льда'". BBC. 19 мая 2017 года.
  8. ^ а б 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. ^ Dec, Стивен Ф .; Bowler, Кристин Э .; Stadterman, Laura L .; Ко, Кэролайн А .; Слоан, Э. Денди (2006). «Прямое измерение числа гидратации водного метана». Варенье. Chem. Soc. 128 (2): 414–415. Дои:10.1021 / ja055283f. PMID  16402820. Примечание: число 20 называется магическое число равное числу, найденному для количества молекул воды, окружающих ион гидроксония.
  10. ^ Гуггенхайм, S; Костер ван Гроос А.Ф. (2003). «Новая газогидратная фаза: Синтез и стабильность интеркалата глинисто-метанового гидрата». Геология. 31 (7): 653–656. Bibcode:2003Geo .... 31..653G. Дои:10.1130 / 0091-7613 (2003) 031 <0653: NGPSAS> 2.0.CO; 2.
  11. ^ Vanneste, M .; 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:2001Мгеол.172 .... 1В. Дои:10.1016 / S0025-3227 (00) 00117-1.
  12. ^ а б c Квенволден, К. (1995). «Обзор геохимии метана в гидрате природного газа» (PDF). Органическая геохимия. 23 (11–12): 997–1008. Дои:10.1016/0146-6380(96)00002-2. Архивировано из оригинал (PDF) 28 декабря 2014 г.. Получено 28 декабря 2014.
  13. ^ Руппел, Кэролайн, Гидраты метана и будущее природного газа (PDF), Проект газовых гидратов, Вудс-Хоул, Массачусетс: Геологическая служба США, архив из оригинал (PDF) 6 ноября 2015 г., получено 28 декабря 2014
  14. ^ а б 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:1997Натура.385..426D. Дои:10.1038 / 385426a0. HDL: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). Получено 3 января 2015.
  16. ^ Квенволден, 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. Дои:10.1038 / с41598-020-58723-у. ISSN  2045-2322. ЧВК  7002378. PMID  32024862.
  18. ^ Квенволден, 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. ^ Мацумото, Р. (1995). "Причины δ13C аномалии карбонатов и новая парадигма Гипотеза газовых гидратов'". J. Geol. Soc. Япония. 101 (11): 902–924. Дои: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. «Распространение и залегание морских газовых гидратов - предварительные результаты этапа 164 ODP: бурение на Блейк-Ридж». J. Geol. Soc. Япония. 102 (11): 932–944. Дои:10.5575 / geosoc.102.932.
  23. ^ «Клатраты - малоизвестные компоненты глобального углеродного цикла». Ethomas.web.wesleyan.edu. 2000-04-13. Получено 2013-03-14.
  24. ^ «Купола замороженного метана могут быть предупреждением о новых выбросах». Phys.org. 2017 г.
  25. ^ а б c d е ж 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. Дои:10.1016 / j.earscirev.2003.11.002.
  26. ^ Трофимук, А. А .; Н. В. Черский; Царев В.П. (1973). «[Накопление природного газа в зонах гидратообразования в гидросфере]». Доклады Академии Наук СССР (по-русски). 212: 931–934.
  27. ^ Группа по оценке мировой энергетики USGS, 2000. Мировая оценка нефтяных запасов Геологической службы США, 2000 г. - описание и результаты. Серия цифровых данных USGS DDS-60.
  28. ^ Макдональд, Дж. Дж. (1990). «Роль клатратов метана в климате прошлого и будущего». Изменение климата. 16 (3): 247–281. Bibcode:1990ClCh ... 16..247M. Дои: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 по науке о Земле и планетах. 227 (3–4): 185–199. Bibcode:2004E и PSL.227..185B. Дои:10.1016 / j.epsl.2004.09.005. Предпочтительно ... общая оценка 318 g ... Оценки глобального запаса клатрата метана могут превышать 1019 г углерода
  30. ^ Томас, Броди (31 марта 2008 г.). «Исследователи извлекают метан из-под вечной мерзлоты». Северные службы новостей. Архивировано из оригинал на 2008-06-08. Получено 2008-06-16.
  31. ^ "Геологическая служба Канады, Маллик 2002". Природные ресурсы Канады. 2007-12-20. Архивировано из оригинал 29 июня 2011 г.. Получено 2013-03-21.
  32. ^ Макс, Майкл Д .; Джонсон, Артур Х. (01.01.2016). Разведка и добыча гидрата природного газа в океане. Издательство Springer International. С. 39–73. Дои: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. Получено 23 мая 2013.
  34. ^ «Соглашения об укреплении двусторонних связей». Chinadaily.com.cn. 2006-08-25. Получено 2013-03-14.
  35. ^ "Norske forskere bak energirevolusjon, VB nett, на норвежском языке". Vg.no. Май 2007 г.. Получено 2013-03-14.
  36. ^ «Национальная программа НИОКР по метановым гидратам, DOE / NETL, проекты по метановым гидратам». Netl.doe.gov. 2013-02-19. Архивировано из оригинал на 2013-08-17. Получено 2013-03-14.
  37. ^ а б c «Япония первая в мире добывает газ из гидрата метана». BBC. 12 марта 2013 г.. Получено 13 марта, 2013.
  38. ^ а б c d е ж Хироко Табучи (12 марта 2013 г.). «Энергетический переворот для Японии:« Горючий лед »'". Газета "Нью-Йорк Таймс. Получено 14 марта, 2013.
  39. ^ "Китай заявляет о прорыве в горючем льду'". Новости BBC. 2017-05-19.
  40. ^ «Китай и Япония находят способ добыть« горючий лед »со дна моря, 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. Получено 2019-09-14.
  42. ^ Макфарлейн, Алек (19 мая 2017 г.). «Китай совершает прорыв« горючего льда »в Южно-Китайском море». CNNMoney. Получено 11 июн 2017.
  43. ^ Андерсон, Ричард (17 апреля 2014 г.). «Гидрат метана: грязное топливо или спаситель энергии?». Новости BBC. Получено 11 июн 2017.
  44. ^ Дин, Сигне. «Китай только что добыл газ из« горючего льда », и это может привести к совершенно новому источнику энергии». ScienceAlert. Получено 11 июн 2017.
  45. ^ а б c d е Ван, Чжиюань; Сунь Баоцзян (2009). «Поведение кольцевого многофазного потока при глубоководном бурении и эффект фазового перехода гидрата». Нефтегазовая наука. 6: 57–63. Дои:10.1007 / s12182-009-0010-3.
  46. ^ а б Победа, Дэвид (2010-05-03). «Группа реагирования на разливы нефти США: план развертывания купола в течение 6–8 дней». Wall Street Journal. Доу Джонс и компания. Архивировано из оригинал 6 мая 2010 г.. Получено 2013-03-21.
  47. ^ Кресси, Дэниел (10 мая 2010 г.). «Гигантский купол не может исправить нефтяную катастрофу Deepwater Horizon». Nature.com. Получено 10 мая 2010.
  48. ^ Ахмед, Нафиз (10.07.2013). "Джеймс Хансен: зависимость от ископаемого топлива может спровоцировать безудержное глобальное потепление". Хранитель. Получено 2018-10-26.
  49. ^ Сравните: Пузырьки метана на морском дне создают подводные холмы В архиве 2008-10-11 на Wayback Machine, Научно-исследовательский институт аквариума Монтерей-Бэй, 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). Рефераты по геофизическим исследованиям. 9: 01071.
  52. ^ Н. Шахова, И. Семилетов, А. Салюк, Д. Космач (2008), Аномалии метана в атмосфере над шельфом Восточной Сибири: есть ли признаки утечки метана из гидратов неглубокого шельфа?, В архиве 2012-12-22 в Wayback Machine EGU Генеральная Ассамблея 2008, Рефераты по геофизическим исследованиям, 10, EGU2008-A-01526
  53. ^ Фолькер Мрасек, В Сибири открывается склад парниковых газов, Spiegel International Online, 17 апреля 2008 г.
  54. ^ Коннор, Стив (23 сентября 2008 г.). «Эксклюзив: метановая бомба замедленного действия». Независимый. Получено 2008-10-03.
  55. ^ Кимантас, Джанет (декабрь 2014 г.), «Еще больше метановых сюрпризов: высокие концентрации метановых шлейфов обнаружены, поднимаясь со дна Восточно-Сибирского Северного Ледовитого океана и вдоль Атлантического побережья США», Журнал альтернатив, Ватерлоо, Онтарио, получено 28 декабря 2014
  56. ^ Skarke, A .; Ruppel, C .; Kodis, M .; Братья, Д .; Лобекер, Э. (21 июля 2014 г.). «Широко распространенная утечка метана с морского дна на окраине Атлантического океана в северной части США». Природа Геонауки. 7 (9): 657–661. Bibcode:2014НатГе ... 7..657S. Дои:10.1038 / ngeo2232.
  57. ^ МакГрат, Мэтт (24 августа 2014 г.). «Широко распространенная утечка метана со дна океана у побережья США». BBC. Получено 24 августа 2014.
  58. ^ «Как« открывающиеся бутылки с шампанским »: ученые зафиксировали взрыв метана в древнем Арктике». Вашингтон Пост. 1 июня 2017 г.
  59. ^ Велусвами, 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. Дои:10.1016 / j.cej.2016.01.026.
  60. ^ Велусвами, Хари Пракаш; Кумар, Ашиш; Со, Ютэк; Ли, Джу Донг; Линга, Правин (2018). «Обзор технологии отвержденного природного газа (SNG) для хранения газа через клатратные гидраты». Прикладная энергия. 216: 262–285. Дои: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. Дои: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. Дои:10.1016 / j.apenergy.2018.10.085.

внешние ссылки

Исследование

видео