Hidrat de metan (formula CH 4 5,75 H 2 O sau 4CH 4 23 H 2 O) sau hidrat de metan este un compus supramolecular de metan cu apă , stabil la temperaturi scăzute și presiuni ridicate. Acesta este cel mai răspândit hidrat de gaz din natură - rezervele sale sunt estimate la 10 16 kg, ceea ce este cu două ordine de mărime mai mare decât rezervele de petrol ale lumii [1] .
În anii 1940 , oamenii de știință sovietici ( Strizhov , Mokhnatkin, Chersky ) au emis ipoteza prezenței depozitelor de hidrat de gaz în zona de permafrost . În anii 1960, primele zăcăminte de hidrați de gaz au fost descoperite în nordul URSS . De atunci, hidrații de gaz au fost considerați o sursă potențială de combustibil . Treptat, distribuția lor largă în oceane și instabilitatea odată cu creșterea temperaturilor au devenit clare.
Acum, hidrații de gaze naturale atrag o atenție specială ca o posibilă sursă de combustibili fosili, precum și un contributor la schimbările climatice (vezi ipoteza pistolului cu hidrat de metan ).
Hidrații de gaz arată ca zăpada comprimată , se pot arde, se pot descompune cu ușurință în apă și gaz atunci când temperatura crește. Datorită structurii sale în clatrat , un hidrat de gaz cu un volum de 1 m³ poate conține până la 160–180 Nm³ de gaz pur. Acest indicator este comparabil cu unele tipuri promițătoare de explozibili volumetrici cu detonare.
Majoritatea gazelor naturale ( CH 4 , C 2 H 6 , C 3 H 8 , CO 2 , N 2 , H 2 S , izobutan etc.) formează hidrați care există în anumite condiții termobarice. Zona de existență a acestora este limitată la sedimentele de pe fundul mării și zonele de permafrost . Hidrații de gaze naturale predominanți sunt hidrații de metan și dioxid de carbon .
Diagrama de fază și câmpul de stabilitate al hidratului de metan în mări și pe continente . În mare, intervalul de stabilitate a hidratului de metan este determinat de temperatura apei din stratul inferior și de gradientul geotermal . Temperatura apei de fund în mările nordice este de +4 °C. Mai jos, în rocile sedimentare, crește în conformitate cu gradientul geotermal; la o anumită temperatură, hidratul de metan devine instabil și se descompune în apă și metan. O imagine similară este observată pe continente, dar adâncimea descompunerii hidratului pe ele depinde de adâncimea dezvoltării permafrostului .
După cum reiese din diagrama de fază a hidratului de metan, formarea acestuia necesită temperaturi scăzute și presiune relativ ridicată, iar cu cât presiunea este mai mare, cu atât temperatura la care hidratul de metan este stabil este mai mare. Deci, la 0 °C este stabil la presiuni de ordinul a 25 bar și mai mult. O astfel de presiune este atinsă, de exemplu, în ocean la o adâncime de aproximativ 250 m. La presiunea atmosferică, stabilitatea hidratului de metan necesită o temperatură de aproximativ -80 °C. Cu toate acestea, hidrații de metan pot exista încă destul de mult timp la presiuni scăzute și la o temperatură mai mare, dar neapărat negativi - în acest caz sunt într-o stare metastabilă , existența lor asigură efectul de autoconservare - în timpul descompunerii, hidrații de metan sunt acoperite cu o crustă de gheață, care împiedică descompunerea ulterioară.
Odată cu creșterea grosimii precipitațiilor în mare și tasarea sau o scădere a grosimii permafrostului, hidratul de metan se va descompune și se va forma un rezervor de gaz la adâncime mică, din care gazul poate pătrunde la suprafață. Astfel de emisii sunt într-adevăr observate în tundra și uneori în mări.
Dezintegrarea catastrofală a hidratului de metan este considerată a fi cauza maximului termic al Paleocenului târziu , un eveniment geologic la granița dintre Paleocen și Eocen , care a dus la dispariția multor specii de animale, la schimbările climatice și la sedimentare . .
Procesul de descoperire a metanului din zăcămintele de hidrați de gaz offshore a fost invocat pentru a explica dispariția navelor în Triunghiul Bermudelor și în alte locuri. Ipoteza este că atunci când metanul iese la suprafață, apa este saturată cu bule de gaz și densitatea amestecului scade brusc, ca urmare, nava își pierde flotabilitatea și se scufundă. Există o presupunere că, ridicându-se în aer, metanul poate provoca, de asemenea, prăbușiri de aeronave - de exemplu, din cauza scăderii densității aerului, ceea ce duce la o scădere a portanței și la distorsiunea citirilor altimetrului . În plus, metanul din aer poate face ca motoarele să se blocheze sau să explodeze.
Experimental, posibilitatea unei inundații destul de rapide (în decurs de zeci de secunde) a unui vas care se afla la limita unei eliberări de gaz a fost într-adevăr confirmată dacă gazul este eliberat într-o singură bulă, a cărei dimensiune este mai mare sau egală cu lungimea vasului. Cu toate acestea, problema unor astfel de emisii de gaze rămâne deschisă. În plus, hidratul de metan se găsește și în alte locuri din oceanele lumii, unde nu au fost înregistrate cazuri în masă de nave dispărute.
În august 2006, a fost anunțat că oamenii de afaceri chinezi vor investi 800 de milioane de yuani (100 de milioane de dolari) în următorii 10 ani pentru a explora posibilitatea extragerii gazelor din zăcămintele de hidrați [2] . Universitatea din Bergen (Norvegia) a dezvoltat o tehnică de încorporare a CO 2 în depozitele de hidrați cu recuperarea ulterioară a CH 4 . Pe 12 martie 2013, ConocoPhillips , împreună cu Japan Oil, Gas and Metals National Corporation (JOGMEC), au anunțat aplicarea cu succes a acestei metode în apropierea Japoniei [3] [4] .
În mai 2017, Japonia și China au anunțat o descoperire în problema producției de gaze din zăcămintele de hidrați [5] . Cu toate acestea, consensul industriei de petrol și gaze este că vor trece ani înainte de producerea comercială a hidraților [6] .
În timpul extracției și transportului gazului natural sub formă gazoasă, hidrații se pot forma în puțuri de sondă, comunicații de câmp și conducte principale de gaze . Fiind depuși pe pereții țevilor, hidrații le reduc drastic debitul. Pentru a combate formarea hidraților în câmpurile de gaze, în puțuri și conducte sunt introduși diverși inhibitori ( alcool metilic , glicoli , soluție 30% CaCl 2 ), iar temperatura fluxului de gaz este menținută peste temperatura de formare a hidraților folosind încălzitoare, termice. izolarea conductelor și selectarea modului de funcționare, oferind temperatura maximă a fluxului de gaz. Pentru a preveni formarea hidraților în conductele principale de gaz, deshidratarea gazului este cea mai eficientă - purificarea gazului din vapori de apă.