Транспортування природного газу в газогідратному стані

На сьогодні у світі на різних стадіях розробки або впровадження існує кілька технологій та технологічних рішень, пов’язаних із газогідратним транспортом природного газу. Провівши всебічний аналіз цих розробок, ми прийшли до висновку, що не всі з них придатні до впровадження в наших умовах.

Для екологічних умов України досить цікавим може бути технологія норвезьких учених. Вони розробили технологію перетворення природного газу в газогідрат, що дозволяє транспортувати його без використання трубопроводів та зберігати в наземних сховищах при нормальному тиску. Практична цінність даної технології в тому, що вона забезпечує можливість розробки віддалених газових родовищ та утилізації попутного газу одиночних родовищ нафти, зокрема на шельфі, для яких прокладення газопроводу нерентабельна. Суть технології в тому, що газ перетворюється в заморожений гідрат, змішується із охолодженою нафтою до консистенції рідкої глини, і в такому стані перевозиться, наприклад, танкером на берег. Порівняний із результатами попередніх досліджень у цьому напрямку, винахід розцінюється як технологічний прорив. Його перевага в тому, що отримана газонафтова суміш, охолоджена до температури мінус 10 – мінус 20 ºС, зберігає стабільність при нормальному атмосферному тиску[62].

Але, на нашу думку, проблеми виникнуть на стадії розділення трьохкомпонентної суміші («вода – нафта – газ» у формі стійкої емульсії). Вони потягнуть за собою збільшення кількості технологічного обладнання, ускладнення технологічного процесу і, як наслідок, подорожчання проекту.

Запропонований Л. Ф. Смірновим спосіб транспортування природного газу трубопроводами у вигляді газогідратних поршнів [63], на нашу думку, має мало шансів бути втіленим у життя. Він, по-перше, потребує великої кількості додаткового високотехнологічного обладнання, по-друге, в процесі експлуатації виникатимуть масштабні закупорки й аварії внаслідок неодмінного руйнування або перекошування хоча би найменшої частки цих поршнів і, по – третє, якщо в проекті передбачений трубопровід, то вигідніше використовувати його за традиційною технологією – транспортувати газ. Але сам принцип утворення поршнів (чи льодогазогідратних блоків), тобто монолітних утворень, які можуть надійно і на довгий час консервувати утворений газогідрат, є надзвичайно вдалим.

В Японії побудовані дві напівпромислові установки з отримання льодогазогідратних «пігулок», які можна зберігати і перевозити при низьких температурах. У Великобританії створена дослідно-промислова установка для відпрацювання технології отримання газових гідратів на морських платформах з подальшим транспортуванням. Проте ефективної (комерційно привабливої) промислової технології виробництва газових гідратів поки що не існує [64].

Лідером в області досліджень і створення установок по виробництву газогідратів є Японія. Компанія Mitsui Engineering & Shipbuilding Со разом з JOGMEC створили першу технологічну (напівпромислову) установку. На першій стадії утворюється пульпа гідрата методом барботажа. На другій – газогідрати очищаються, після цього їм надається сферична форма (діаметром 5-70 мм). (Рис.10) Подальше зберігання газогідратів здійснюєтьс| при атмосферному тиску і температурі близько мінус 20 °С, тобто при термобаричних умовах, коли виявляється ефект самоконсервації. Продуктивність установки - 600-800 кг/доб, але при необхідності може бути збільшена до 5-6 т (перспектива на 2015 р.).

Рисунок 10. Газогідрати сферичної форми|

Рисунок 11. Реактор для синтезу газових гідратів шляхом вводу води в газове середовище

Але на даний час існуючі реактори для напівпромислового виробництва гідратів ще дуже недосконалі з точки зору оптимізації енерговитрат і промислових операцій (Рис. 11).

Японією розпочато опрацьовування можливостей морського транспорту природного газу в газогідратному стані або NGH (natural gas hydrate). Оскільки потрібна для зберігання і транспортування газових гідратів температура набагато ближче до природної, а тиск при мінусових значеннях температури гідрату можна знизити до атмосферного, то й устаткування для їх отримання та спеціальні транспортні засоби для його перевезення дешевші, наприклад, за транспортування зрідженого метану [64].

Аналіз літературних джерел стосовно розробок, пов’язаних із транспортом газу в газогідратній формі, показав, що найбільш досконалим і обґрунтованим, на нашу думку, є метод виробництва газових гідратів для транспортування і зберігання, захищений патентом US 5536893 1996 [65]. Даний метод включає підготовку газу і води, утворення газогідрату, сепарацію (відділення від газогідрату газу і води, що не увійшли до складу гідрату), охолодження і/чи заморожування газогідрату, формування гідратних частинок (наприклад, гранул, діаметром 2 – 20 мм), охолодження і/чи заморожування утворених гранул, їх оббризкування водою і заморожування потоком охолодженого газу. Згідно з відомим винаходом даний спосіб здійснюється за допомогою установки, яка складається з реактора гідратоутворення, що має пристрої для введення газу і води та виведення водогазогідратної суміші, внутрішній теплообмінник та охолоджувальний кожух; системи підготовки і подачі газу (сепаратора, компресора, теплообмінника); насоса подачі води (підпитки і рециркуляції); системи подачі рециркульованого газу (компресора і теплообмінника); трифазного сепаратора; теплообмінника охолодження гідратної маси; пристрою для формування гідратних капсул; пристрою для нанесення на гідратні капсули води; теплообмінника для заморожування газогідратних капсул.

Розробка способів ефективного транспортування газу є однією з актуальних задач як нафтогазової галуззі, так і енергетичного комплексу в цілому.

В останній час з’являються технології, що дозволяють забезпечити можливість розробки віддалених газових родовищ і утилізації попутного газу одиночних родовищ нафти, в т.ч. і на шельфі, для яких прокладка газопроводу нерентабельна. В основі цих технологій лежить спосіб створення замороженого гідрату газу, змішаного з льодом. При цьому отримана «газо-буферна» суміш, охолоджується до температури близької до нуля градусів, і зберігає стабільність при нормальному атмосферному тиску. Очевидно, що дана технологія дозволить, перш за все, вирішити задачі транспортування газу без використання трубопроводу і безпечного зберігання газогідратної суміші при нормальному тискові і температурі [66].

Тому значний інтерес представляє перевід газу в газогідратний стан і торгівля ним в такому вигляді. При цьому розширюється можливість експортного потенціалу вітчизняного газу, можливо реалізувати безтрубну газифікацію України.

Норвезькі дослідники, наприклад, розробили технологію перетворення природного газу в газогідрат, що дозволяє транспортувати його без використання трубопроводів і зберігати в наземних сховищах при нормальному тискові [67].

Насамперед нова розробка застосовуватиметься в транспортуванні природного газу, більшу частину якого становить саме CH₄. Професор Денді Слоан із гірничотехнічного училища Колорадо (США) говорить, що задум має сенс, бо 70% природних родовищ газу невеликі за розмірами й до них економічно невигідно прокладати труби. Японська корпорація Mitsui Engineering and Shipbuilding створила дослідний проект корабля, що вироб­ляє «сухий метан», перевозить його, а заразом і споживає частину для своїх потреб. Інший варіант практичного застосування — сухе пальне для автомобілів [68].

Трубопровідний транспорт вважається найдешевшим видом транспорту природного газу, але із збільшенням відстані його ефективність зменшується. При цьому вартість транспортування 1-го тонно-кілометра становить 0,8 цента (0,064 грн.). Технологія зрідження природного газу зменшує його початковий об’єм у 600 разів і є доцільним для транспортування газу на відстань, не менше 1800 км з річним об’ємом, не нижче 4 млрд м3. При цьому вартість одного танкера-газовоза, об’ємом 125 тис. м3, становить до 150 млн дол. Газогідрати доцільно транспортувати на середні відстані (рис. 12) [62].

Рисунок 12. Ефективність транспортування природного газу до споживачів за різними технологіями в залежності від об’ємів поставок та відстані (млрд. м³ за рік на 1 км перевезень)

Виходячи із суті технологій, газогідратний транспорт газу доцільно порівнювати із технологією транспорту зрідженого газу. Порівняння ефективності вказаних технології показало, що загальні витрати транспортування природного газу у твердому стані виявилися на 12 – 24% нижчими [62]. До переваг газогідратних технологій також слід віднести простіші умови транспортування та зберігання. Зріджений природний газ необхідно транспортувати при температурі мінус 162 ºС та високому тискові, що несе у собі значну небезпеку для навколишнього середовища. У той же час, природний газ у газогідратній формі може знаходитися під час зберігання чи переміщення за температур мінус 15º - мінус 5 ºС та атмосферному тиску, що підвищує екологічну безпеку та знижує вартість транспортних засобів і транспортування в цілому.

В Україні переважна частина газових та газоконденсатних родовищ знаходяться на завершальній стадії розробки, багато родовищ мають незначні записи газу і розташовані на значній відстані від наявних комунікацій. При цьому діяльність споживачів газу часто буває обмеженою наявністю газопроводів та витратами на їх прокладання. Враховуючи вищезазначене, буде доцільним, на нашу думку, розглянути як перспективний, адаптований до економічних умов України технологічний ланцюг, що включає видобування, транспортування, зберігання і споживання природного газу за газогідратною технологією разом з іншими інноваційними рішеннями.

Для України основним транспортним засобом для перевезення газогідратів будуть, на нашу думку, в основному автомобільний і частково залізничний транспорт. Для порівняння, тонно-кілометр перевезень залізничним транспортом коштує 1,8 цента (0,144 грн), автомобільного транспорту - 22,4 центів (1,79 грн). При цьому найбільш ефективно, як показують наші розрахунки, транспорт газогідрату здійснювати на відстань від 25 до 220 км. Отже, транспортування газогідрату до місця зберігання здійснюється в замороженому вигляді автомобільним транспортом (із теплоізольованими бункерами для гранульованого газогідрату і тентовані та теплоізольовані для льодогазогідратних блоків). Причому необхідно обов’язково передбачити можливість утилізації газу при частковій його дисоціації шляхом використання його як компонента пального для двигуна автомобіля чи автономного холодильного агрегату (в літній період).

Зберігання газогідрату здійснюється на незначній відстані від споживача, що дозволить здійснювати дисоціацію гідрату при мінімальному тискові (наприклад, 0,3 - 0,5 МПа) і подавати виділений газ безпосередньо у мережі низького тиску без необхідності додаткового стиснення.

Як видно із літературних джерел, одним із основних процесів газогідратних технологій, що розробляються в світі, є утворення газогідратних капсул, гранул чи блоків, придатних до транспортування і довгострокового зберігання. Для запобігання втрат при транспортуванні і зберіганні утворених газогідратних структур на їх поверхні доцільно утворити льодяну кірку з метою їх примусової консервації. Для ефективного заповнення об’єму гідратосховищ запропоновано виробляти блоки у формі кубів [64]. Вигідним варіантом вважається монолітний блок великих розмірів. Але прийнятну технологію для промислового виробництва таких газогідратних блоків до цього часу ще не розроблено.

Висновки

На сьогодні існують проблеми накопичення, транспортування та зберігання природного газу. При цьому традиційні технології його транспортування трубопроводами чи у вигляді скрапленого або стисненого газу часто виявляються неефективними. Це стосується наприклад проблеми забезпечення споживачів природним газом при відсутності трубопроводів та видобування газу необлаштованих родовищ. Тому актуальними стають технології транспорту і зберігання газу в гідратному стані, а також розробки низькорентабельних родовищ і дорозробки вже виснажених родовищ за допомогою конверсії газу, що видобувається з гідратів. З цього випливає, що стають важливими питання створення установок з виробництва газових гідратів.

Розробка способів ефективного транспортування газу є однією з актуальних задач як нафтогазової галуззі, так і енергетичного комплексу в цілому. В останній час з’являються технології, що дозволяють забезпечити можливість розробки віддалених газових родовищ і утилізації попутного газу одиночних родовищ нафти, в т.ч. і на шельфі, для яких прокладка газопроводу нерентабельна. В основі цих технологій лежить спосіб створення замороженого гідрату газу, змішаного з льодом. При цьому отримана «газо-буферна» суміш, охолоджується до температури близької до нуля градусів, і зберігає стабільність при нормальному атмосферному тиску. Очевидно, що дана технологія дозволить, перш за все, вирішити задачі транспортування газу без використання трубопроводу і безпечного зберігання газогідратної суміші при нормальному тискові і температурі.

Тому значний інтерес представляє перевід газу в газогідратний стан і торгівля ним в такому вигляді. При цьому розширюється можливість експортного потенціалу вітчизняного газу, можливо реалізувати безтрубну газифікацію України.

До переваг газогідратних технологій також слід віднести простіші умови транспортування та зберігання. Природний газ у газогідратній формі може знаходитися під час зберігання чи переміщення за температур мінус 15º - мінус 5 ºС та атмосферному тиску, що підвищує екологічну безпеку та знижує вартість транспортних засобів і транспортування в цілому.

Для України основним транспортним засобом для перевезення газогідратів будуть, на нашу думку, в основному автомобільний і частково залізничний транспорт. При цьому найбільш ефективно, як показують наші розрахунки, транспорт газогідрату здійснювати на відстань від 25 до 220 км. Отже, транспортування газогідрату до місця зберігання здійснюється в замороженому вигляді автомобільним транспортом (із теплоізольованими бункерами для гранульованого газогідрату і тентовані та теплоізольовані для льодогазогідратних блоків). Причому необхідно обов’язково передбачити можливість утилізації газу при частковій його дисоціації шляхом використання його як компонента пального для двигуна автомобіля чи автономного холодильного агрегату (в літній період).

Порівняння загальної вартості енерговитрат традиційних і газогідратних технологій транспортування і зберігання природного газу показує, що вони на даний момент знаходяться приблизно на одному рівні. Але використовуючи переваги технологій на основі газових гідратів, останні можуть стати серйозною альтернативою традиційним джерелам.

Використана література

1. Гордієнко П. Л. Аналіз конкурентного середовища в міжнародному маркетингу / П. Л. Гордієнко, Л. Г. Дідковська, В. Ю. Худолей // Стратегія маркетингу. – 2006. – №2. - С. 46-47

2. Худолей В. Ю. Існуюча система менеджменту в нафтогазових управліннях України (переваги та недоліки): наукове видання. / В. Ю. Худолей.– К.: МНТУ, 2003. – 36 с.

3. http://www.experts.in.ua/baza/analitic/index.php?ELEMENT_ID=10951

4. Сергій Єрмілов. Енергетична стратегія України на період до 2030 року: проблемні питання змісту та реалізації// "Дзеркало тижня", - № 20 (599) 27 травня — 2 червня 2006

5. http://uk.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D1%80%D0%B8%D1%80%D0%BE%D0%B4%D0%BD%D0%B8%D0%B9_%D0%B3%D0%B0%D0%B7

6. http://www.ukrinform.ua/ukr/order/?id=1057371

7. http://korabley.net/news/perevozka_szhizhennogo_prirodnogo_gaza_morskim_transportom_gazovozy/2010-10-01-653

8. http://chorna-rada.org.ua/showthread.php?t=327

9. http://inozmi.glavred.info/articles/5272.html

10. http://www.gazovik.kiev.ua/node/40

11. http://agzs.info/info/articles/kak-perevozjat-szhizhennyjj-gaz-31012010/]

12. Киселев И. США нужен «горючий снег».-20 ноября 2007// www.vz.ru/economy/2007/11/20/126116.html - 40k/

13. http://old.niss.gov.ua/Monitor/oktober08/19.htmb

14. Рос. хим. ж. (Ж. Рос. хим. об-ва им. Д. И. Менделеева), 2003, т. XL VII, М 3.

15. Гидрат метана, источник электроэнергии будущего, скрыт глубоко под океанским дном// web-japan.org/nipponia/nipponia28/ru/feature/feature10.html - 15k

16. Бадов А. Сто лет без бед.- «Обзоры стран» // www.expert.ru/printissues/expert/2003/27/27ex-japshlf/ - 56k

17. Япония: найдены запасы топлива, которого хватит на столетия Источник: MIGnews anomalia.kulichki.ru/news5/204.htm - 6k.].

18. http://ru.wikipedia.org/wiki/%C3%E0%E7%EE%E2%FB%E5_%E3%E8%E4%F0%E0%F2%FB

19. Кудряшов В. И. Направления использования гидратного процесса в промышленности / В. И. Кудряшов, Э. Б. Бухгалтер. – М.: ВНИИЭГазпром, 1976. – 48с.

20. Кузуб И. Ф. Разработка и эксплуатация газо­вых и газоконденсатных месторождений / И. Ф. Кузуб, Ю. Ф. Макогон. – ВНИИЭГазпром, 1976. – № 11. – С. 25—30.

21. Кутергин О. Б. Влияние ПАВ на механизм и кинетику гидратообразования газов // Доклады Ака­демии наук / О. Б. Кутергин, В. П. Мельников, А. Н. Нестеров. – 1992. – Т. 323.

22. Ні, Огляд Якушева Макогон Ю. Ф. — А. с. № 237770, Бюлл. изобр., 1969, № 9. − с. 21.

23. Павлов Ю. В. Опреснение воды / Ю. В. Павлов. – М.: Просвещение, 1972. – 78 с.

24. Макогон Ю. Ф. Гидраты природных газов / Ю. Ф. Макогон. – М.: Недра, 1974. – с. 197 – 203.

25. Мельников В. П. Химия в интересах устойчивого развития / В. П. Мельников, А. Н. Нестеров, В. В. Феклистов. – М.: Недра, 1998. – Т. 6, № 1. – С. 97 – 102.

26. Павлов Ю. В. Опреснение воды / Ю. В. Павлов. – М.: Просвещение, 1972. – 78 с.

27. Проблемы гидратообразования в криолитозоне. Геокриологические исследования / [Е. Д. Ершов, Ю. П. Лебеденко, В. А. Истомин, В. С. Якушев, Е. М. Чувилин]. – М.: изд-во МГУ, 1989. – С. 50 – 63.

28. Handa Y. Р.(1988). A calorimetric study of naturally occuring gas hydrates. Ind. Eng. Chem. Res. 27 (5), pp.872 – 874.

29. Yakushev V. Gas-hydrates selfpreservation effect / V.Yakushev, V.Istomin // In Proc. IPC-91 Symp. Sapporo. – Sapporo, 1991, September. – pp. 136 – 140.

30. Пат. США № 2633529, кл. 260 − 676, 1964.

31. Булатов Г. Г. Хранение и транспорт водорода в газогидратной форме // Альтернативная энергетика и экология / Г. Г. Булатов, М. П. Хайдина. – 2006. – №10 (42). – С. 11 – 13.

32. Sloan E. D., Jr. Clathrate Hydrates of Natural Gases. Second Edition, Revised and Expanded. N.-Y., Basel, Hong Kong: Marcel Dekker, Inc., 1997. − 705 p.

33. Бык С. Ш., Фомина В. И. – А. с. № 206561, Бюлл. изобр., 1968. − № 1. − с. 34.

34. Галанин И. А. Газовое дело / Галанин И. А. – 1972. – № 6. – С. 9—15.

35. Frost Е. М., Deaton M. N. Gas Hydrates and their Relation to the Operation of Natural Gas Pipelines. N.-Y.: Bur. Mines, 1946. − 219 p.

36. Галузевий стандарт України. Дослідно-промислова розробка нафтових, газових і газоконденсатних родовищ. Київ, Міністерство екології та природних ресурсів України. − 2000.

37. Галузевий стандарт України. Охорона дозвілля. Спорудження розвідувальних і експлуатаційних свердловин на нафту та газ на суші. Правила проведення робіт. − 1998.

38. Голдырев Г. С. Осадкообразование и четвертичная история котловины озера Байкал / Г. С. Голдырев. – Новосибирск: Наука, 1982. − 182 с.

39. Гройсман А. Г. Теплофизические свойства газовых гидратов / А. Г. Гройсман. – Новосибирск: Наука, 1985. – 94 с.

40. Истомин В.А. Газовые гидраты в природных условиях / В. А. Истомин, В. С. Якушев. – М.: Недра, 1992. – 236 с.

41. Журнал структурной химии / [А. Ю. Прохоров, Б. Я. Сухаревский, В. Н. Васюков, А. В. Леонтье­ва]. – 1998. – Т. 39, № 1. – С. 93 – 104.

42. Ефремова А. Т. К вопросу о роли газогидратов в формировании газопроизводящих отложений. Методы оценки нефте- и газоматеринского потенциала седиментитов / А. Т. Ефремова, Н. Д. Гритчина. − М.: МГУ, 1979. – 72 с.

43. Иссле­дование ингибирующего действия продукта прямого окисления метана кислородом воздуха на образование гидрата // Природные и техногенные газовые гидраты / [Д. Ю. Ступин, Ю. Г. Маширов, Н. А. Ким, Д. В. Плющев]. − Науч. тр. ООО «ВНИИГАЗ» / Под ред. А.И. Гриценко и В.А. Истомина. − 1990. − С. 74 − 84.

44. Гухман Л. М. — А. с. № 342655, Бюлл. изобр., 1972, № 20. − с. 24.

45. Истомин В. А. Предупреждение и ликвидация газовых гидратов в системах сбора и промысловой обработки газа и нефти / В. А. Истомин. – М.: ВНИИ-Газ, 1990. − 214 с.

46. http://feht.donntu.edu.ua/u_chem/uh_neo/00_o_hem/gaz_gidrat.htm

47. Газогидраты // Наука и техника в газовой промышленности, 2004, № 1-2, с.2-95., Макогон Ю.Ф. Гидраты природных газов // М.: Недра, 1974, 206с.

48. Макогон Ю. Ф. Природные газовые гидраты: распространение, модели образования, ресурсы. // Российский химический журнал, т. 48, №3, 2003, с.70-79.

49. Инербаев Т. М. и др. Динамические, термодинамические и механические свойства газовых гидратов структуры I и II. // Российский химический журнал, т. 48, №3, 2003, с. 19-27.

50. Истомин В. А. Химия в интересах устойчивого развития т. 6, №1 / Истомин В. А. – Новосибирск, 1998. – с. 83-92.

51. Закиров С. Н. Влияние процесса разложения гидратов на разработку Мессояхского месторождения / Закиров С. Н., Дубровский Т. А., Толкач В. М. – М.: ВНИИЭгазпром, 1989. – 23 с.

52. Stakelberg M., Müller H. R. Z. Elektrochem., 1954, Bd. 58, s. 25-39.

53. Davidson D. W., Handa Y. P., Ratchiffe C. I., Tse J. S., Powell B.M. Nature, v. 311, p. 142-143.

54. Davidson D. W., Handa Y. P., Ratchiffe C.I. e. a. Mol. Cryst. Liq. Cryst., 1986, v. 141, p. 141-149.

55. Tse J. S., McKinnon K, Marchi M. J. Phys. Chem., 1987, v. 91, p. 4188-4193.

56. Ikeda T., Mae S., Yamamuro O. e. a. J. Phys. Chem. A, 2000, v. 104, p. 10623-10630.

57. Udachin K. A., Ratchiffe C. I., Ripmeester J. A. J. Phys. Chem., 2001, v. 105, p. 4200-4204.

58. Shpakov V. P., Tse J. S., Tulk C. A., Kvamme K. B., Belosludov V. R, Chem. Phys. Lett., 1998, v. 282, p. 107-114.

59. Mishima O. Nature, 1996, v. 384, p. 546-549.

60. Honda Y. P., Tse J. S., Klug D. D., Walley E. J. Chem. Phys., 1991, v. 94, p. 623-627.

61. Tse J. S. Ann. New York Acad. Sci., 1994, v. 715, p. 187-206.

62. Gudmundsson J.S. Gas-in-ice: Concept evaluation / J.S. Gudmundsson, M. Parlaktuna // Technical report, Department of Petroleum Engineering and Applied Geophysics, Norwegian University of Science and Technology. - Trondheim, 1991.

Поиск по сайту: