Спосіб видобутку метану та інших енергетичних газів

1. Спосіб видобутку метану та інших енергетичних газів із морської води, насиченої газами, газогідратами та сполуками, що включає його донний забір і транспортування на поверхню аероліфтним способом за допомогою обладнання, змонтованого на поверхні для прийому та переробки газів та води, який відрізняється тим, що на поверхню морського дна з газогідратними покладами на місце забору, для збудження витоку газів, по 3 40530 гатолітні мерзлі породи, в яких переважують гідрати метану й диоксида вуглеводу. При існуючих на морському дні термобаричних умовах газовиділення з гідратів без зміни цих умов неможливо, необхідно зовнішнє (термічний, механічний, хімічний) вплив на газогідрати для виділення з газогідратів метану та інших газів. Такий спосіб вказанo у патенті України №33265, де для звільнення газів, під поверхнею води виконується буріння газогідратних покладів морського дна під поверхнею сферичного ковпака газогідратних донних слоїв. У момент розбурювання свердловини по колоні труб подається теплоносій (підігріта морська вода з температурою на 5°-7°С більшою, ніж температура водної маси в районі розбурювання) або стиснуте повітря. Вважається, що при розбурюванні вибою свердловини породоруйнівним інструментом за рахунок підвищення температури (абразивною дією долота об породу) відбувається розкладання газогідратів. При всій своїй відомості (видобуток природного газу з морських глибин) спосіб трудоємний та енергоємкий ускладнений необхідністю встановлювати громіздкі платформи з буровими установками у несприятних морських умовах. Завдання яке стоїть перед авторами це зниження енерговитрат, збільшення видобутку енергетичних газів з газогідратніх покладів та інших важкодоступних місць морського дна. Поставлене завдання вирішується тим, що спосіб видобутку метану та інших енергетичних газів, із морської води насиченої газами, газогідратами та сполуками, включаючий його донний забір і транспортування на поверхню аероліфтним способом за допомогою обладнання, змонтованого на поверхні для прийому та переробки газів та води, де на поверхню морського дна з газогідратними покладами на місце забору, для збудження витоку газів подають хімічні реагенти та призводять в дію фізичні чинники розташовані на морському дні. В якості хімічних реагентів застосовують хлористий натрій, хлористий кальцій, карбамід, технічний пантаеритрит, технічний гліцерин та їх суміші. В якості фізичних чинників застосовують дію генератора ультразвука з частотою коливань 50-300кгц, мікрохвильове випромінювання, інфразвук, та підвищену температуру розчину хімічних реагентів, на 8°-10°С вищої за температури води морського дна. Дії хімічних реагентів, та фізичних чинників виконують під куполоподібним уловлювачем, нижнього кінця зовнішньої аероліфтної труби розташованої на поверхні морського дна. 4 Більш детально спосіб видобутку метану та інших енергетичних газів морської води і морського дна, а також інших важкодоступних місць знаходження води, насиченою енергетичними газами, газогідратами, та сполуками, включає дію хімічних реагентів та (або) фізичних чинників на газові гідрати, розчини газів та сполуки, наприклад хімічних реагентів: технічного хлористого натрію, хлористого кальцію, карбаміду, технічного пантаеритриту, технічного гліцерину та їх сумішей; фізичних чинників: ультразвуку, підвищеної температури, мікрохвильового випромінювання, інфразвуку та інш. або їх комбінацій, внаслідок чого відбувається виділення вільних газів, які відводяться на поверхню з подальшою переробкою та транспортуванням. Причинно-наслідковий зв’язок в тому що усі вищевказані ознаки способу дозволяють одержати первинний технічний ефект звищення % видобутку енергетичних газів в важкодоступних місцях. Другорядний - це економічний ефект який дозволяє зменшити енерговитрати на добич енергетичних газів. При рішенні поставленої авторами задачі вони виходили з того, що при руйнуванні структури газових гідратів безпосередньо на місці їх глибокого знаходження відбувається виділення вільних газів, які створюють аероліфтний ефект, що у відповідності з законом Генрі надає можливість легкого транспортування газів та води значно вище рівня поверхні моря без додаткових витрат. Відомо, що вода Чорного моря нижче рівня 200 метрів містить сірководень як у вигляді сполук, так і вільний. При руйнуванні гідратів метану, що знаходяться на дні Чорного моря метан піднімає воду, насичену сірководнем на поверхню. Надалі, використовуючи різні хімічні властивості метану та сірководню останній, наприклад, хімічно зв'язується гідроксидом натрію до сульфіду натрію з подальшим використанням як дефіцитна хімічна сировина або виділяється іншим способом. Спосіб видобутку енергетичних газів, по пропонованій корисній моделі, здійснюється у декількох варіантах. Приклад 1 З морської платформи по трубопроводу типу "труба в трубі", що закінчується лійкоподібним або куполоподібним уловлювачем, на дно Чорного моря, на місце знаходження газових гідратів метану подається водний розчин суміші реагентів 20% технічного хлористого кальцію та 0,8% технічного гліцерину. Розчин має температуру 25°-30°С. Глибина понад 450м. o t C; CaCl ) ¾¾ ¾ CH2OH¾ ( CH4 ) × H2 O m ¾¾ ¾¾ 2 ; CHOH(¾ ¾¾2 ® nCH4 ­ +mH 2 O Під час взаємодії хімічних реагентів та фізичних чинників підвищеної температури і тиску струменю розчину хімічних реагентів на газові гідрати останні розкладаються з виділенням метану, який по трубопроводу відводиться на платформу. При цьому, завдяки аероліфтному ефекту в зовнішній трубі за рахунок різниці гідростатичного тиску води в морі на рівні нижнього зрізу (на глибині водоза бору) та тиску газоводяної суміші всередині труби на платформу під тиском подається вода насичена сірководнем. Гази відділяються від води, яка надалі подається на турбіну електрогенератора. Суміш газів метану та сірководню розділюється хімічно, при взаємодії з розчином гідроксиду натрію. Внаслідок реакції утворюється сульфід натрію 5 40530 дефіцитна сировина, що використовується за призначенням. H2S+2NaOH → Na2S+2H2O Метан сушиться методом охолодження, стискається компресором, закачується в балони, та використовується за призначенням. Приклад 2 З морської платформи по трубопроводу типу "труба в трубі", що закінчується куполоподібним уловлювачем, на дно Чорного моря, на місце знаходження газових гідратів метану по внутрішній трубі подається водний розчин реагенту 15% хлористого натрію та 8% хлористого кальцію. Розчин має температуру 15-20°С. Глибина понад 400м. t o C;NaCl ; CaCl ¾ ( CH 4 )n × H 2 O m ¾¾¾¾¾ ¾ 2 ® nCH 4 ­ + mH 2 O Під час взаємодії хімічного реагенту та фізичних чинників, підвищеної температури і тиску струменю розчину хімічних реагентів та ультразвуку на газові гідрати, останні розкладаються з виділенням метану, який по трубопроводу відводиться на платформу. Завдяки аероліфтному ефекту на 6 платформу також подається вода насичена сірководнем. Гази відділяються від води, яка подається на турбіну електрогенератора. Суміш газів метану та сірководню розділюється хімічно, при взаємодії з розчином карбонату натрію. Внаслідок реакції утворюється гідро сульфід натрію - дефицитна сировина, що використовується за призначенням. H2S+2NaOH → Na2S+2H2O Метан накопичується в газгольдерах з подальшим транспортуванням на берег для використання. Приклад 3 З морської платформи по трубопроводу типу "труба в трубі", що закінчується куполоподібним уловлювачем, на дно Чорного моря, на місце знаходження газових гідратів метану по внутрішній трубі подається водний розчин реагенту 5% хлористого натрію та ультразвук завдяки дії пристрою, розміщеного під куполоподібним уловлювачем. Розчин має температуру 15-20°С. Глибина понад 500м. t o C;NaCl; ультрозвук ( CH4 )n × H2O m ¾¾¾¾¾¾¾ ¾ ® nCH4 ­ +mH2O ¾ Під час взаємодії хімічного реагенту та фізичних чинників підвищеної температури і тиску струменю розчину хімічних реагентів та ультразвуку на газові гідрати останні розкладаються з виділенням метану, який по трубопроводу відводиться на платформу. Завдяки аероліфтному ефекту на платформу також подається вода насичена сірководнем. Гази відділяються від води, яка подається на турбіну електрогенератора. Суміш газів метану та сірководню хімічно, при взаємодії з розчином карбонату натрію. Внаслідок реакції утворюється гідро сульфід натрію - сировина що використовується в подальшому для регенерації чистого сірководню, з якого виробляється стратегічно важливий продукт - сірчата кислота. H2S+Na2CO3 → NaHS+NaHCO3 Метан накопичується в газгольдерах з подальшим транспортуванням на берег для використання. Запропонований авторами спосіб видобутку енергетичних газів з морської води, насиченою енергетичними газами, і морського дна з покладами газогідратів, що включає дію хімічних реагентів та фізичних чинників на газові гідрати вирішується з принциповою схемою, зображеною на Фіг.1. Вона складається з: - обладания на поверхні - поверхні моря, узбережжі, віддаленій ділянці землі, що включає морську рухому або стаціонарну платформу, або судно, або стаціонарні будівлі на поверхні землі 1, на якій змонтовано обладания, призначене для прийому та переробки газів та води, що завдяки аероліфтному ефекту піднімаються з глибини моря або інших важкодоступних місць знаходження. Наприклад, обладнання включає колектор 2 що відділяє рідку воду від газів, колону 3 розділення суміші метану та сірководню поглинанням останнього розчином гідроокису натрію, що подається з баку 4 насосом 5, сушильний пристрій для метану 6 компресор 7 для його стиснення та наповнення газгольдера 8 для подальшого транспортування. Вода подається з колектора 2 на відбійник 9 і турбіну електрогенератора 10. Обладнання на поверхні включає баки 11 з реагентами та, пристрій для створення фізичних чинників 12; - обладнання, що знаходиться в морській воді, на морському дні, а також іншому важкодоступному місці знаходження води, насиченої енергетичними газами, газогідратами та сполуками. Наприклад, воно включає трубопровід 13 типу "труба в трубі", що опущений на дно моря над покладами газових гідратів метану, що має на кінці куполоподібній уловлювач 14 (або лійкоподібний) з насадкою 15. По внутрішній трубі 18 на дно моря подаються хімічні реагенти з бака 11. Фізичні чинники подаються з пристрою 12 на їх виконавчий орган 16. при їх взаємодії з газовим гідратом 17 останній розкладається, вивільнюючи метан, який у вигляді бульбашок піднімається на поверхню. При підйомі гази захвачують морську воду, насичену сірководнем (аероліфтний ефект) яка використовується для видобутку розчинених у воді газів, наприклад, сірководню та енергії. Насадка 15 призначена для розподілу хімічних реагентів на площу уловлювача, та закріплення виконавчих органів 16 для генерації ультразвуку з частотою коливань 50-300кгц, та інших фізичних чинників. Обладнання може включати батарею труб з насадками для збільшення загальної потужності видобутку, а також інші вузли переробки добутих газів в залежності від складу газової суміші та її кількості. Корисна модель дозволяє без значних витрат у випадку Чорного моря видобувати стратегічно важливу сировину - метан та комплексно переробляти гази, що знаходяться у морі, в тому числі сірководень, який є поновлюваним джерелом енергії. 7 40530 Нова корисна модель по способу авторів з його принциповою схемою дозволяє здійснити видобуток газу з морських газогідратних покладів без заподіяння шкоди біосфері моря. Гідрати можуть утримувати всередині себе тільки невеликі молекули газу, наприклад, метан і етан. При нормальних умовах (при атмосферному тиску і звичайній температурі), на один об'єм гідрату, насиненного метаном, буде припадати 161189 об’ємів метану в газоподібному стані. Комп’ютерна верстка О. Рябко 8 Така унікальна можливість утримувати значні об'єми газу свідчить о схованому у гідратах метану великому енергетичному потенціалі і економічній доцільності його здобичі. Як свідчить, професор кафедри природоохоронних технологій Дортмунского университета Хайко Юрген Шульц, кількість здобутої енергії у 40 разів перевищує кількість, яку треба затратити на здобич енергетичних газів з газогідратів. Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601