Metanhydrat (formel CH 4 5.75H 2 O eller 4CH 4 23H 2 O), eller metanhydrat är en supramolekylär förening av metan med vatten , stabil vid låga temperaturer och förhöjda tryck. Detta är det mest utbredda gashydratet i naturen - dess reserver uppskattas till 10 16 kg, vilket är två storleksordningar högre än världens oljereserver [1] .
På 1940 -talet antog sovjetiska forskare ( Strizhov , Mokhnatkin, Chersky ) närvaron av gashydratavlagringar i permafrostzonen . På 1960 -talet upptäcktes de första avlagringarna av gashydrater i norra Sovjetunionen . Sedan dess har gashydrater betraktats som en potentiell bränslekälla . Gradvis blev deras breda utbredning i haven och instabilitet med ökande temperaturer tydlig.
Nu väcker naturgashydrater särskild uppmärksamhet som en möjlig källa till fossila bränslen, såväl som en bidragande orsak till klimatförändringen (se hypotesen om metanhydratpistol ).
Gashydrater ser ut som komprimerad snö , de kan brinna, lätt sönderfalla till vatten och gas när temperaturen stiger. På grund av sin klatratstruktur kan ett gashydrat med en volym på 1 m³ innehålla upp till 160–180 Nm³ ren gas. Denna indikator är jämförbar med några lovande typer av volymetriska detonerande sprängämnen.
De flesta naturgaser ( CH 4 , C 2 H 6 , C 3 H 8 , CO 2 , N 2 , H 2 S , isobutan , etc.) bildar hydrater som existerar under vissa termobariska förhållanden. Området för deras existens är begränsat till havsbottensediment och områden med permafrost . De dominerande naturgashydraterna är metan och koldioxidhydrater .
Fasdiagram och stabilitetsfält för metanhydrat i haven och på kontinenterna . I havet bestäms stabilitetsintervallet för metanhydrat av vattentemperaturen i bottenskiktet och den geotermiska gradienten . Bottenvattentemperaturen i de norra haven är +4 °C. Nedanför, i sedimentära bergarter, växer den i enlighet med den geotermiska gradienten, vid en viss temperatur blir metanhydrat instabilt och sönderfaller till vatten och metan. En liknande bild observeras på kontinenterna, men djupet av hydratsönderfall på dem beror på djupet av permafrostutvecklingen .
Som följer av fasdiagrammet för metanhydrat kräver dess bildning låga temperaturer och relativt högt tryck, och ju högre tryck desto högre temperatur vid vilken metanhydrat är stabilt. Så vid 0 °C är det stabilt vid tryck i storleksordningen 25 bar och däröver. Ett sådant tryck uppnås till exempel i havet på ett djup av cirka 250 m. Vid atmosfärstryck kräver metanhydratets stabilitet en temperatur på cirka −80 °C. Men metanhydrater kan fortfarande existera ganska länge vid låga tryck och vid högre temperatur, men nödvändigtvis negativa - i detta fall är de i ett metastabilt tillstånd , deras existens ger effekten av självbevarande - under nedbrytning, metanhydrater är täckta med en isskorpa, vilket förhindrar ytterligare nedbrytning.
Med en ökning av tjockleken av nederbörd i havet och sättningar eller en minskning av tjockleken av permafrost kommer metanhydrat att sönderdelas och en gasreservoar bildas på ett grunt djup, varifrån gas kan bryta igenom till ytan. Sådana utsläpp observeras verkligen på tundran och ibland i haven.
Det katastrofala sönderfallet av metanhydrat tros vara orsaken till Sen Paleocen Thermal Maximum , en geologisk händelse vid gränsen mellan Paleocen och Eocen som ledde till utrotningen av många djurarter, klimatförändringar och sedimentering .
Processen för metan genombrott från offshore gashydratfyndigheter har åberopats för att förklara försvinnandet av fartyg i Bermudatriangeln och på några andra platser. Hypotesen är att när metan stiger upp till ytan är vattnet mättat med gasbubblor och blandningens densitet sjunker kraftigt, vilket gör att fartyget förlorar sin flytkraft och sjunker. Det finns ett antagande om att metan stiger upp i luften också kan orsaka flygplanskrascher - till exempel på grund av en minskning av luftdensiteten, vilket leder till en minskning av lyftkraften och förvrängning av höjdmätaravläsningar . Dessutom kan metan i luften få motorer att stanna eller explodera.
Experimentellt bekräftades möjligheten av en ganska snabb (inom tiotals sekunder) översvämning av ett kärl som var vid gränsen för ett gasutsläpp om gasen släpps ut i en bubbla, vars storlek är större än eller lika med fartygets längd. Frågan om sådana gasutsläpp är dock fortfarande öppen. Dessutom finns metanhydrat även på andra platser i världshaven, där massfall av saknade fartyg inte har registrerats.
I augusti 2006 tillkännagavs att kinesiska affärsmän skulle investera 800 miljoner yuan (100 miljoner dollar) under de kommande 10 åren för att undersöka möjligheten att utvinna gas från hydratfyndigheter [2] . Universitetet i Bergen (Norge) har utvecklat en teknik för att införliva CO 2 i hydratavlagringar med efterföljande återvinning av CH 4 . Den 12 mars 2013 tillkännagav ConocoPhillips , tillsammans med Japan Oil, Gas and Metals National Corporation (JOGMEC), den framgångsrika tillämpningen av denna metod nära Japan [3] [4] .
I maj 2017 tillkännagav Japan och Kina ett genombrott i frågan om gasproduktion från hydratfyndigheter [5] . Olje- och gasindustrins konsensus är dock att det kommer att dröja år innan kommersiell produktion av hydrater [6] .
Under utvinning och transport av naturgas i gasform kan hydrater bildas i borrhål, fältkommunikation och huvudgasledningar . Genom att deponeras på väggarna i rören minskar hydrater kraftigt deras genomströmning. För att bekämpa bildningen av hydrater i gasfält införs olika inhibitorer i brunnar och rörledningar ( metylalkohol , glykoler , 30% CaCl 2 -lösning ), och temperaturen på gasflödet hålls över temperaturen för hydratbildning med hjälp av värmare, termisk isolering av rörledningar och val av driftläge, vilket ger den maximala temperaturen för gasströmmen. För att förhindra hydratbildning i huvudgasledningar är gasuttorkning den mest effektiva - gasrening från vattenånga.