Abstract: Газовые гидраты являются одним из нетрадиционных источников углеводородов. Огромные запасы природного газа находятся на Земле в виде газовых гидратов [1]. Несмотря на то, что изучением возможных способов извлечения горючего газа из залежей гидратов в настоящее время занимается множество ученых и технологов по всему миру, технологии позволяющих коммерчески успешную эксплуатацию месторождений газовых гидратов отсутствуют, что делает дальнейшее изучение процессов, связанных с газовыми гидратами актуальным. В то же время увеличение эмиссии углекислого газа в атмосферу и связанное с этим глобальное потепления являются одной из наиболее острых проблем современности. Одним из возможных способов извлечения горючего газа из природных газовых гидратов является замещение молекул углеводородов (преимущественно метана) на молекулы СО2 в кристаллической решетке газовых гидратов. При реализации такого подхода углекислота закачивается в подземный пласт, содержащий газовые гидраты, далее происходит процесс замещения метана на СО2 в гидрате, после чего горючий газ через скважину поступает на поверхность. Одним из препятствий для внедрения такого подхода является медленная кинетика процесса замещения. Предполагается, что процесс происходит в 2 стадии: на первой стадии происходит разложение гидрата с образованием жидкой воды, которая следом конвертируется в гидрат углекислого газа – этот процесс происходит быстро. Дальнейшее превращение гидрата природного газа в гидрат СО2 происходит посредством диффузии молекул метана внутрь кристаллической решетки гидрата и молекул метана из нее. Этот процесс происходит медленно. Согласно некоторым оценкам, полное замещение метана на углекислый газ в газовых гидратах может быть достигнуто только через года после закачивания СО2 в пласт. Таким образом, поиск методов и подходов для ускорения реакции замещения метана на углекислый газ в газовых является актуальной темой. В рамках представляемой работы было исследовано влияние добавления низших спиртов: метанола, этанола и изопропанола на кинетику процесса замещения метана на углекислый газ в газовых гидратах при температурах ниже точки плавления льда. Исследования проводились с использованием установки типа ”автоклав с перемешиванием”. Также были изучены некоторые аспекты данного процесса с помощью ячейки, позволяющей проводить визуальные наблюдения. Показано, что добавление спиртов существенно ускоряет исследуемый процесс. Также, по всей видимости, при обсуждении механизма данной твердофазной реакции следует учитывать, что, скорее всего также часть процесса происходит посредством постепенного разрушения кристаллической решетки гидрата метана с последующей рекристаллизацией освободившихся и каркаса молекул воды в гидрат углекислого газа.

Cite: Скиба С.С. , Струков Д.А. , Картопольцев С.А. , Адамова Т.П. , Булышев М.В. , Афанасьев М.А. , Манаков А.Ю.
Влияние спиртов на кинетику процесса замещения метана на углекислый газ в газовых гидратах при отрицательных температурах.
XV всероссийская научная конференция с международным участием «Химическая термодинамика и кинетика» 19-22 мая 2025