Газогидрат,газогидраты,метаногидраты, биотопливо

Пока не изобретён еще вид топлива, способный стать достойной заменой традиционным, основным направлением этого поиска становится разработка новых способов добычи топлива традиционного. Их список пока сравнительно короток: водорастворенные газы подземной гидросферы, метан угленосных толщ и природные газовые гидраты. В этой статье мы расскажем об одном из наиболее перспективных для России на сегодняшний день источников энергии, так называемых «метаногидратах».

Вначале, немного о том, что же эти загадочные газогидраты из себя представляют и почему называть их «метаногидратами» не совсем корректно. Как вы уже, наверное, догадались, газогидраты представляют собой придонные скопления газа (чаще всего, но совершенно не обязательно, метана). Эти скопления образуются в условиях низкой температуры и высокого давления. Их агрегатное состояние проще всего можно представить в качестве скопления кристаллов (рыхлый лёд).

Вся прелесть газогидратов заключается в том, что один кубометр этих кристаллов может содержать 0.87 кубометра воды и 164 кубических метра метана в газообразном состоянии. Однако, наличествует и определенное содержание других веществ. К сожалению, на сегодняшний день до сих пор не выявлен полный потенциал таких запасов. В №6 журнала «Зарубежная информация» за 2000 год приводились данные, согласно которым по предварительным оценкам на суше содержится 14×10¹²-34×10¹⁵ кубометров, в акватории - 3.1×10¹⁵ - 7.6×10¹⁸ кубометров метана в газогидратах. Даже если лишь незначительную часть (10%) этих запасов считать извлекаемыми, они вдвое превысят сегодняшние мировые запасы традиционного природного газа.

Идея получения метана из газогидратов не так уж нова. Первоначально, человечество столкнулось с газогидратами в рамках организации подводных газопроводов. Когда попадавшая в трубы влага приводила к их образованию и закупорке трубопроводов. Тогда американским ученым пришлось разрабатывать специальные технологии для дополнительной герметизации и осушки труб. Однако же первыми рассматривать скопления газогидратов в качестве дополнительного источника топлива стали именно российские ученые. Точнее ещё советские.

Наибольших успехов на этой ниве пока добились японские геологи. В стране восходящего солнца уже не первый год ведется разработка новых высокоточных методов геофизического каротажа и новых технологий добычи газа из месторождений гидратов: с помощью нагрева формаций, уменьшения давления или химических инъекций. А вот Норвежские исследователи предложили использовать процесс образования гидратов газа, для упрощения его транспортировки и хранения. Кроме того, разрабатывается технология применения газогидратов в качестве химического сырья для опреснения морской воды и разделения газовых смесей.

Другими словами, изучение газогидратов открыло перед человечеством массу новых интересных возможностей, местами даже не связанных с работой нефтегазового комплекса. Но, как вы уже, наверное, догадались, наличествует и ряд серьезных препятствий такому благостному повороту событий. В первую очередь это, конечно, отсутствие технологий качественной добычи и переработки. Более того, разработка газогидратных месторождений неизбежно приведет к увеличению объемов выброса природного газа в атмосферу и, как следствие, к усилению парникового эффекта.

Вторым камнем преткновения для добытчиков становится весьма неприятное свойство газогидратов «детонировать» при самых незначительных сотрясениях. При этом кристаллы быстро проходят фазу трансформации в газообразное состояние, и обретают объем в несколько десятков раз превышающий исходный. Именно это привело в своё время привело в свое время к разрушению добывающих платформ в Каспийском море. Таким образом излишне высок риск аварийности, а следовательно и резкое снижение рентабельности разработки гидратных месторождений. Однако, пока всё идет к тому, что время и ситуация на мировом рынке заставят компании пойти на заведомый риск и приобщиться к новому источнику углеводородов.

Вот почему исследование и выработка газогидратов считается на сегодняшний день наиболее перспективным технологическим направлением нефтегазовой промышленности. Наблюдая развитие ситуации с поиском новых источников топлива, невольно вспоминается сказка о колобке, слепленном хозяевами из того, что нашлось по сусекам. Насколько высоки кулинарные способности «Газпрома» и не «уйдет» ли от него метановый колобок мы узнаем уже не в самом далёком будущем.

Биото́пливо — топливо из биологического сырья, получаемое, как правило, в результате переработки биологических отходов. Существуют также проекты разной степени проработанности, направленные на получение биотоплива из целлюлозы и различного типа органических отходов, но эти технологии находятся в ранней стадии разработки или коммерциализации. Различается жидкое биотопливо (для двигателей внутреннего сгорания, например, этанол, метанол, биодизель), твёрдое биотопливо (дрова, брикеты, топливные гранулы, щепа, солома, лузга) и газообразное (биогаз, водород).

Биогаз — газ, получаемый водородным или метановым брожением биомассы. Метановое разложение биомассы происходит под воздействием трёх видов бактерий. В цепочке питания последующие бактерии питаются продуктами жизнедеятельности предыдущих. Первый вид — бактерии гидролизные, второй — кислотообразующие, третий — метанообразующие. В производстве биогаза участвуют не только бактерии класса метаногенов, а все три вида. Одной из разновидностей биогаза является биоводород, где конечным продуктом жизнедеятельности бактерий является не метан, а водород.

Биоводород

Биоводород — водород, полученный из биомассы термохимическим, биохимическим или другим способом, например водорослями

Газогенератор — устройство для преобразования твёрдого или жидкого топлива в газообразную форму.

Газогенератор газотурбинного двигателя — турбокомпрессор в совокупности с камерой сгорания, расположенной между турбиной и компрессором.

 

Относительно новая разовидность котлов на твердом топливе - газогенератор ные котлы. Если в обычных твердотопливных котлах править процессом горения на практике нереально, то в газогенератор ах производительность регулируется от 30 до 100%. В качестве топлива используются сухие деревянные чурки (влажность не больше 20%).

В различие от традиционного твердотопливного котла газогенератор нуждается в электроэнергии. Зато он свободен от многих недостатков традиционных твердотопливных котлов: у него большой КПД, он экологичен (угарный газ не поступает в дымоход, как при обычном сгорании дров, а служит сырьем для образования горючего газа). Дрова в газогенератор е неспешно тлеют, а тот самый ход, как и ход горения инертного газа, несложно регулируется за счет количества подаваемого воздуха.

Рассмотрим подробнее ход горения дерева с образованием горючего газа, то есть то, что происходит в газогенератор е.

Бункер для топлива устроен так, что к находящимся в нем дровам подается недостаточно кислорода. Поэтому вместо обыкновенного горения в этом месте происходит тление в большом объеме. Из-за недостатка кислорода в результате горения древесина разлагается на углерод, водяной пар, смолы и масла. Далее углерод соединяется с кислородом, но образуется не СО2 у а СО — первостепенной важности компонент горючего газа; смолы и масла, содержащиеся в древесине, разлагаются, выделяя водород и метан. Все это образует генераторный газ с высокой теплотворной способностью.

Этот газ проходит сквозь огнеупорную керамическую форсунку в камеру сгорания, где обеспечивается вероятность его горения благодаря наддуву дополнительного воздуха. Смесь воздуха с газом воспламеняется в присутствии катализатора, причем помимо горения самого газа происходит дожигание тяжелых соединений и сажи.

Таким образом:

при обычном сжигании дров имеет место поверхностное горение, при котором в дымоход улетает непочатый край тяжелых соединений и угарного газа — то есть веществ, с одной стороны, токсичных, с другой — способных пламенеть и уносящих в трубу неиспользованные калории;

при объемном тлении в условиях нехватки кислорода практически все способное полыхать в виде генераторного газа и увлекаемых им частиц поступает в верхнюю камеру, где отдает на практике все калории, так что в трубу уходит нетоксичный и негорючий дым.