A metán-hidrát (képlet CH 4 5,75H 2 O vagy 4CH 4 23H 2 O) vagy metán-hidrát metán és víz szupramolekuláris vegyülete , amely alacsony hőmérsékleten és magas nyomáson stabil. Ez a természetben a legelterjedtebb gázhidrát – készleteit 10 16 kg- ra becsülik , ami két nagyságrenddel magasabb a világ olajkészleténél [1] .
Az 1940 -es években szovjet tudósok ( Sztrizsov , Mokhnatkin, Cserszkij ) gázhidrát-lerakódások jelenlétét feltételezték a permafrost zónában . Az 1960-as években a Szovjetunió északi részén fedezték fel az első gázhidrát-lerakódásokat . Azóta a gázhidrátokat potenciális üzemanyagforrásnak tekintik . Fokozatosan világossá vált, hogy széles körben elterjedtek az óceánokban, és instabilitásuk a hőmérséklet emelkedésével jár.
Manapság a földgáz-hidrátok kiemelt figyelmet kapnak, mint lehetséges fosszilis tüzelőanyagok forrása, valamint hozzájárulnak az éghajlatváltozáshoz (lásd a metán-hidrát pisztoly hipotézist ).
A gázhidrátok úgy néznek ki, mint a sűrített hó , megéghetnek, a hőmérséklet emelkedésével könnyen vízzé és gázzá bomlanak. Egy 1 m³ térfogatú gázhidrát klatrát szerkezetének köszönhetően akár 160-180 Nm³ tiszta gázt is tartalmazhat. Ez a mutató összehasonlítható néhány ígéretes típusú térfogati robbanóanyaggal.
A legtöbb földgáz ( CH 4 , C 2 H 6 , C 3 H 8 , CO 2 , N 2 , H 2 S , izobután stb.) bizonyos termobár körülmények között létező hidrátokat képez. Létezési területük a tengerfenék üledékeire és a permafrost területeire korlátozódik . Az uralkodó földgáz-hidrátok a metán és a szén-dioxid -hidrátok .
A metán-hidrát fázisdiagramja és stabilitási mezője a tengerekben és a kontinenseken . A tengerben a metán-hidrát stabilitási tartományát az alsó réteg vízhőmérséklete és a geotermikus gradiens határozza meg . Az északi tengerekben a fenékvíz hőmérséklete +4 °C. Lent, üledékes kőzetekben a geotermikus gradiensnek megfelelően növekszik, bizonyos hőmérsékleten a metán-hidrát instabillá válik, vízzé és metánná bomlik. Hasonló kép figyelhető meg a kontinenseken is, de azokon a hidrátbomlás mélysége a permafroszt fejlődésének mélységétől függ .
A metán-hidrát fázisdiagramjából kiderül, hogy képződése alacsony hőmérsékletet és viszonylag nagy nyomást igényel, és minél nagyobb a nyomás, annál magasabb hőmérsékleten stabil a metán-hidrát. Tehát 0 °C-on 25 bar és afeletti nagyságrendű nyomáson stabil . Ilyen nyomás például az óceánban körülbelül 250 m mélységben érhető el, légköri nyomáson a metán-hidrát stabilitásához körülbelül -80 °C hőmérsékletre van szükség. A metánhidrátok azonban alacsony nyomáson és magasabb hőmérsékleten még meglehetősen sokáig létezhetnek, de szükségszerűen negatívak - ebben az esetben metastabil állapotban vannak , létezésük biztosítja az önmegőrzés hatását - bomlás során a metánhidrátok jégkéreg borítja, ami megakadályozza a további bomlást.
A tengerben a csapadék vastagságának növekedésével és a süllyedéssel vagy a permafrost vastagságának csökkenésével a metán-hidrát lebomlik, és kis mélységben gáztároló képződik, amelyből a gáz a felszínre törhet. Ilyen kibocsátás valóban megfigyelhető a tundrában és néha a tengerekben.
Úgy gondolják, hogy a metán-hidrát katasztrofális bomlása okozza a késő paleocén termikus maximumot , egy geológiai eseményt a paleocén - eocén határon , amely számos állatfaj kihalásához, éghajlatváltozáshoz és üledékképződéshez vezetett. .
A tengeri gázhidrát-lerakódásokból származó metán áttörésének folyamatát a Bermuda-háromszögben és néhány más helyen való hajók eltűnésének magyarázatára hivatkozták. A hipotézis az, hogy amikor a metán a felszínre emelkedik, a víz gázbuborékokkal telítődik, és a keverék sűrűsége meredeken csökken, ennek következtében a hajó elveszti felhajtóképességét és elsüllyed. Feltételezések szerint a metán a levegőbe emelkedve repülőgép-baleseteket is okozhat - például a levegő sűrűségének csökkenése miatt, ami az emelés csökkenéséhez és a magasságmérő leolvasásának torzulásához vezet . Ezenkívül a levegőben lévő metán a motorok leállását vagy felrobbanását okozhatja.
Kísérletileg valóban bebizonyosodott egy olyan edény meglehetősen gyors (tíz másodpercen belüli) elárasztásának lehetősége, amely a gázkibocsátás határán volt, ha a gáz egyetlen buborékban szabadul fel, amelynek mérete nagyobb vagy egyenlő, mint a a hajó hossza. Az ilyen gázkibocsátás kérdése azonban nyitott marad. Emellett a metán-hidrát a világ óceánjának más helyein is megtalálható, ahol tömeges eltűnt hajókat nem jegyeztek fel.
2006 augusztusában bejelentették, hogy a kínai üzletemberek 800 millió jüant (100 millió dollárt) fektetnek be a következő 10 évben, hogy feltárják a hidrátlelőhelyekből történő gázkitermelés lehetőségét [2] . A Bergeni Egyetem (Norvégia) kifejlesztett egy technikát a CO 2 beépítésére a hidrátlerakódásokba, majd a CH 4 visszanyerésére . 2013. március 12-én a ConocoPhillips a Japan Oil, Gas and Metals National Corporationnel (JOGMEC) közösen bejelentette ennek a módszernek a sikeres alkalmazását Japán közelében [3] [4] .
2017 májusában Japán és Kína áttörést jelentett be a hidrátlelőhelyekből történő gáztermelés kérdésében [5] . Az olaj- és gázipar konszenzusa azonban az, hogy évekbe telik a hidrátok kereskedelmi termelése [6] .
A gáz halmazállapotú földgáz kitermelése és szállítása során hidrátok képződhetnek kútfúrásokban, terepi kommunikációban és fő gázvezetékekben . A csövek falán lerakódva a hidrátok jelentősen csökkentik azok áteresztőképességét. A gázmezőkben a hidrátképződés leküzdésére különféle inhibitorokat vezetnek be a kutakba és csővezetékekbe ( metil-alkohol , glikolok , 30%-os CaCl2 - oldat ), és a gázáram hőmérsékletét a hidrátképződés hőmérséklete felett tartják fűtő-, termikus. a csővezetékek szigetelése és az üzemmód kiválasztása, a gázáram maximális hőmérsékletének biztosítása. A fő gázvezetékekben a hidrátképződés megakadályozására a gáz dehidratálása a leghatékonyabb - a gáz vízgőzből történő tisztítása.