НОВЫЙ СПОСОБ ТРАНСПОРТИРОВКИ ПРИРОДНОГО ГАЗА ИЗ ГАЗОГИДРАТОВ

Природный газ применяется и используется как топливо и сырье в химической промышленности для получения различных органических веществ, например, пластмасс. Но транспортировка природного газа является большой проблемой. Существует несколько способов транспортировки природного газа: трубопроводный и перевозка на танкерах-газовозах и автоцистернах и вагонах-цистернах.

Перспективный метод хранения и транспортировки природного газа — это превращение его в газовые гидраты. Гидратная технология (ГПГ) транспортировки природного газа является относительно новой, в России данный проект начал разрабатываться с декабря 2021 года.

Газогидраты (клатраты) представляют собой твердые кристаллические соединения низкомолекулярных газов, таких как метан, этан, пропан, бутан и вода [1]. На поверхности они выглядят как снег или рыхлый лед. Они стабильны при низкой температуре и высоком давлении. Содержание метана в гидратах очень велико. Из 1 (при стандартных условиях) можно получить более 160   метана.

Газогидраты образуются путем включения молекул газа в сетчатые полости, состоящие из молекул воды. При нарушении условия гидратного равновесия молекулы гидрата будут распадаться на газ и воду и поглощать большое количество тепла.

Гидраты классифицируются на два типа гидратов. Их называют гидратами I и II типа, а иногда структурами I и II. К наиболее распространенным веществам, образующим гидраты I типаотносятся метан,этан, двуокись углерода и сероводород. В гидратах метана и сероводорода молекулы — гости могут занимать как малые, так и большие полости. Молекулы этана, в отличие от них, занимают только большие полости. Среди наиболее распространенных веществ, образующих гидраты II типа, в природном газе присутствуют азот, пропан и изобутан. Любопытно, что молекулы азота в гидратах II типа могут занимать как большие, так и малые полости. Молекулы же пропана и изобутана, напротив, занимают только большие полости.

Различают природные и искусственные газогидраты. Искусственные гидраты могут образовываться в системах добычи природного газа (призабойные зоны, скважины) и при транспортировке. Природные гидраты образуются там, где сочетаются низкие температуры и высокое давление, например, в глубоких водах (озера, океаны и морские глубины) и в вечной мерзлоте (арктические регионы). Россия имеет собственные месторождения газогидратов. Его присутствие подтверждено на дне Байкала, Черного, Каспийского и Охотского морей, а также на Ямбургском, Бованенковском, Уренгойском, Мессояхском месторождениях.

Исследователями из Тюменского института криосферы Земли в результате проведенных экспериментов были предложены гидратные технологии хране­ния и транспорта природного газа, осно­ванные на самоконсервации газовых гид­ратов при атмосферном давлении и тем­пературах от 259 Кдо264 К [2].

Первый способ — газ во льду — заключается в следующем: впрыскивание углеводородного газа в реактор, который постоянно смешивается с водой. Условия работы в реакторе: 5 МПа и 286 К. В реактор также поступает водно-ледяная смесь для охлаждения системы до температуры, необходимой для гидратообразования. Газоводяная смесь может проходить через два реактора для повышения концентрации гидрата. После третьего реактора гидрато-водная смесь разделяется. Поскольку плотности воды и гидратов близки друг к другу и их разделение представляет собой серьезную проблему, была рассмотрена возможность использования конденсата. После выделения и сушки гидрат замораживают при 259 К. Затем гидраты прессуются (гранулируются) в зависимости от выбранного метода хранения и загружаются на моркие суда.

Еще один способ предложен учеными из Норвежского университета науки и технологии, который заключается в транспортировке попутного газа в виде смеси газогидрата и сырой нефти в цистернах. Смесь гидратов попутного газа и сырой нефти перерабатывается на морской платформе, перекачивается в челночный танкер при минусовых температурах и транспортируется в хранилище, откуда направляется на перерабатывающий завод.

Транспортировка газогидратов будет осуществляться на рефрижераторах с последующей регазификацией по принципу регазификации сжиженного природного газа.

Для обоснования целесообразности внедрения газогидратной технологии транспорта, должна быть оценена экономическая эффективность технологии в сравнении с известными способами при конкретных условиях транспорта. Возможность сохранения больших объемов газа в гидратной форме существенно сокращает расходы транспортировку газа.

На основе экспертных оценок норвежские исследователи отнесли к области эффективности ГПГ диапазоны объемов газа до 1 млрд  и дальности транспортировки до шести тысяч километров [3]. Следует отметить выраженную область эффективности транспортировки ГПГ в диапазоне небольших объемов и расстояний транспортировки.

Таким образом, гидратная транспортировка экономически выгодна на небольшие объемы и расстояния поставляемого газа. ГПГ-транспортировка перспективна для разработки малых и средних по запасам газовых месторождений, а также для поставок газа этих месторождений малым потребителям, в особенности расположенным в северной зоне. Остро эта тема касается проблемы газификации территории Севера России, где использовать трубопроводы проблемно, а технология сжиженного газа иностранная. В условиях нынешний ограничений импортозаместить все ее составляющие быстро не получиться и именно эта технология может стать способом решения данной проблемы.