Получение определенных форм газогидратов для хранения и транспорта природного газа

В настоящее время газ транспортируется от места добычи до отдаленных пунктов потребления трубопроводом или по системе сжиженного природного газа (СПГ). Однако, чтобы справиться с возрастающей потребностью в природном газе и обеспечить стабильные поставки газа, необходимо разработать экономичные и практичные системы транспорта газа от малых и средних месторождений, для чего системы трубопровода и СПГ не подходят.

В России основные запасы природного газа приурочены к территории распространения криолитозоны – интервала земной коры с температурой ниже 0ºС. Так в небольших и средних месторождениях можно создать подземные хранилища в естественных условиях многолетнемерзлых пород, как природного или попутного газов в гидратной форме с целью их дальнейшей транспортировки. Так как известно, что газовые гидраты – кристаллические соединения, образующиеся при определенных термобарических условиях из воды и газа, характеризующиеся свойством содержать газ в концентрированном состоянии (теоретически до 160 м3/м3). А принцип хранения природного газа основан на том, что газовые гидраты при температуре ниже -20С имеют свойство самоконсервации при атмосферном давлении, что упрощает дальнейшую технологию хранения и транспортировки газа в гидратной форме. Для чего необходимо решить целый комплекс вопросов, связанных с ускорением процесса образования, получением твердой фазы с высоким газосодержани-ем, проблем их стабильности в «мягких» условиях хранения и транспортировки, а также вопросы регулируемого и безопасного разложения гидратов. Сокращение времени получения гидратов и при этом увеличение газонасыщенности, а также знание характера разложения гидратов упростят разработку современных технологий транспортировки и хранения природного газа и его компонентов в гидратном состоянии. Потребителями гидратов природного газа могут быть удалённые от магистральных газопроводов населённые пункты и объекты инфраструктуры, где не рентабельно строительство газопровода.

В настоящее время для получения гидратов в лабораторных и в полупромышленных установках используется принцип движения потоков той или иной фазы. Как правило, для повышения скорости этого процесса используются различные технологические приемы, позволяющие интенсифицировать процесс гидратообразования за счет увеличения поверхности контакта фаз: тонкодисперсное распыление воды или растворов, содержащих добавки-промоторы типа ПАВ в объем газа, интенсивное перемешивание таких систем, барботирование и т.д., где осуществляется вынужденная конвекция и увеличение контакта раствор-газ. Гидрат природного газа (ГПГ), образованный из природного газа и воды в выше указанных реакторах находится в порошковом состоянии от нескольких десятков микрон до нескольких миллиметров. В таком виде его трудно транспортировать, хранить и проводить погрузочно-разгрузочные работы в связи с такой низкой насыпной плотностью и легкой дегазации в результате высокой чувствительности к температурным колебаниям. Кроме того, порошок ГПГ легко слипается.

Если упростить способ получения гидратов газов и получить гидраты определенных форм с высоким содержанием газа в условиях свободной конвекции без внешних механических воздействий, то удастся снизить энергетические затраты в технологическом цикле получения гидратов. Нами предпринята попытка в изолированной системе получить гидраты определенных форм с высоким газосодержанием и в качестве движущей силы процесса использовать температурный фактор.

Так как основными гидратообразующими компонентами природного газа являются метан и этан, то в дальнейших экспериментах представлены результаты гидратообразования именно этих газов. Из расчетных равновесных условий гидратообразования метана и этана был выделен температурный диапазон от 279 К до 268 К при давлениях 1 МПа и 5 МПа для этана и метана, соответственно. Так, по мере самопроизвольного снижения давления, в результате образования гидрата, проводилась корректировка температурного режима охлаждения. При получении гидратов изо льда обратный режим нагревания / охлаждения с 3-мя циклами с переходами через 273 К.

Вискеры и гранулы.

Гидраты в присутствии дополнительной металлической конструкции из вторичной воды растут преимущественно по всему объему камеры и имеют более богатую рыхлую структуру в виде вискерных наростов. Так полученные гидраты имеют газонасыщен-ность отобранных образцов более 90%. Но вискерная форма гидратов не подходит для хранения и транспорта по причине высокой чувствительности к изменению температуры и рыхлой структуре. Гидраты из 0,1% раствора сульфонола имеют гранулированную форму размерами меньше 10мм c газонасыщенностью образцов до 80%, которые можно легко высыпать. С технологической точки зрения гранулы наиболее подходят для транспортировки гидрата. Однако следует учитывать сильное вспенивание гидрата при его разложении.

Кусковые и формованные гидраты изо льда.

Из вторичной воды получаются кусковые гидраты, которые плотные и более стабильные, чем вискеры и гранулы. Газонасыщенность таких образцов колеблется от 75 до 83%. Половина массы гидрата растет по стенке камеры, которую трудно соскоблить со стенок, что усложняет процесс извлечения полученных образцов.

Поэтому мы предполагаем, что проще будет получать гидраты из уже формованных кусков льда. Так путем циклического нагревания/охлаждения из сферически формованных кусков льда из дистиллированной воды диаметром 4 см были получены гидраты, частично сохранившие формы полусфер с газонасыщенно-стью от 50 до 75%.

Для каждой формы гидрата необходим свой температурный режим охлаждения/нагревания и тип раствора. Так экспериментальным путем удалось подобрать температурный режим охлаждения для получения различных форм гидратов из метана и этана.

Таким образом, показана возможность получения форменных гидратов для хранения и транспортировки природного газа в виде гидрата.