Способ получения, замещения или добычи гидрата газа

Способ получения, замещения или добычи гидрата газа

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники

Это изобретение относится к способам получения, замещения и добычи гидрата газа. Более конкретно, это изобретение относится к способу связывания диоксида углерода (СО₂) и способу, полезному для добычи гидрата метана (CH₄) посредством замещения, использующего связывание.

Уровень техники

Для того чтобы предотвратить глобальное потепление в связи с выделением огромного количества СО₂, было изучено связывание СО₂ в подводном слое, донном слое озер, вечной мерзлоте или тому подобном посредством гидратирования СО₂. Тем временем, огромные количества гидрата CH₄, лежащие под подводным слоем или тому подобным, привлекаются, как новый источник энергии, и, таким образом, добыча гидрата CH₄ изучается. Далее, также изучается добыча CH₄ во время связывания СО₂ посредством замещения молекул CH₄ в гидрате CH₄ на молекулы СО₂.

Например, в научно-исследовательской статье (непатентная литература 1) раскрывается замещение молекул CH₄ в гидрате CH₄ на молекулы СО₂. В этой научно-исследовательской статье обсуждается с точки зрения термодинамики, что метан в качестве молекул-гостя в решетке гидрата замещается на диоксид углерода без разложения решетки гидрата, в состоянии смеси газообразного CH₄, диоксида углерода, воды, гидрата CH₄ и гидрата диоксида углерода.

Далее, был предложен способ связывания диоксида углерода, в котором диоксид углерода вводят в подземный слой гидрата CH₄ для того, чтобы производить замещение метана на диоксид углерода и связывать диоксид углерода, как гидрат диоксида углерода в слое гидрата, и извлекать природный газ на поверхность земли (патентная литература 2). Поскольку условие, при котором гидрат CH₄ существует стабильно, также действует, как условие, при котором гидрат диоксида углерода существует стабильно, гидрат диоксида углерода может быть получен посредством ввода газообразного или жидкого диоксида углерода в слой гидрата CH₄ через проходящую нагнетательную трубу, в то время как посредством экзотермической реакции при этом получении гидрат CH₄ может быть разложен. Затем газообразный метан извлекается на поверхность земли через отдельную выпускную трубу.

Между прочим, в качестве способа добычи гидрата газа был предложен выпуск струйного потока с высокой скоростью в слой гидрата газа через трубу для добычи, которая была забита в слой, имеющий слой гидрата газа, для того, чтобы разрезать и разрушать гидрат газа и извлекать его как жидкую смесь, включающую газ, на землю, в то же время заполняя пустоты в слое, которые создаются посредством извлечения гидрата газа, составом струйного потока с высокой скоростью (патентная литература 1). В качестве состава для струйного потока с высокой скоростью используется мелкозернистый материал, который включает шлам, отвердитель типа цемента и/или промышленный побочный продукт, как, например, шлак доменной печи, в пульпе, которую получают посредством замешивания воды и ила, связный грунт или тому подобное.

Патентная литература 1 - не прошедшая экспертизу публикация патента Японии 2003-214082 (JP 2003-214082 A).

Патентная литература 2 - Не прошедшая экспертизу публикация патента Японии HEI 6-71161 (JP HEI 6-71161 A).

Непатентная литература 1: Kazunari Ohgaki, Kiyomitsu Takano, Masairi Moritoki, “Utilization of CH₄ hydrate and reservation of CO₂ in Nankai trough”, Collection of Chemical Engineering Essay, Japan, 20 (1), 1994.01, pp.121-123.

Описание изобретения

Задачи, которые должны быть решены посредством изобретения

Способ добычи гидрата газа, раскрытый в патентной литературе 1, однако, является бесполезным для связывания СО₂, потому что в способе гидрат газа просто извлекается посредством разрезания и разрушения слоя. Кроме того, большинство слоев в качестве целей для добычи гидрата газа представляет собой слой океанических отложений, где твердые фазы, как например, частицы песка, связываются друг с другом посредством присутствия гидрата CH₄. Поэтому хотя пустоты, которые были созданы после добычи, заполнятся составом струйного потока с высокой скоростью, имеется опасность вызвать обрушение или оползень слоя вокруг участка, который был разрезан и разрушен посредством струйного потока с высокой скоростью, или вызвать трещины, за которыми следует хрупкость или разрушение слоя вокруг участка, который был разрезан или разрушен струйным потоком с высокой скоростью прежде, чем установится текучесть состава струйного потока с высокой скоростью, и состав будет связан. Таким образом, гидрат СН₄ может выйти на поверхность и естественно раствориться, и затем может сложиться ситуация, в которой истечением газообразного СН₄ на землю нельзя будет управлять. Далее, замещение гидрата газа мелкозернистым материалом, который включает шлам, отвердитель типа цемента и/или промышленный побочный продукт типа шлака доменной печи в пульпе, которая приготовляется посредством замешивания воды и ила, связного грунта или тому подобного может привести к опасности дополнительного загрязнения окружающей среды.

В соответствии со способом связывания диоксида углерода по патентной литературе 2, поскольку жидкий СО₂ с концентрацией почти 100% вводится без того, чтобы смешиваться с водой, площадь поверхности раздела между жидким СО₂ и водой, где происходит реакция получения гидрата, ограничена и очень мала, и таким образом имеется проблема, что реакция является медленной. Кроме того, хотя отношение воды и СО₂ является важным для реакции получения гидрата СО₂, едва ли возможно поддерживать отношение воды и СО₂ равномерным в пустоте в слое при введении жидкой СО₂ при концентрации почти 100% в слой. Поэтому очень трудно связывать большое количество СО₂, как гидрат СО₂, и также трудно замещать его эффективно большим количеством метана. Таким образом, способ является непрактичным, когда сразу требуется связывание большого количества СО₂. Далее, поскольку слой океанических отложений, где гидрат CH₄ присутствует как незатвердевший, когда большое количество жидкого СО₂ вводится в него, жидкий СО₂ начнет подниматься посредством плавучести в случае, когда скорость реакции является медленной, так как плотность жидкого СО₂ является меньшей, чем плотность морской воды. Таким образом, имеется опасность утечки жидкого СО₂ на дно океана прежде, чем будет получен гидрат СО₂. Кроме того, поскольку трудно предсказать, где и как поверхность раздела между жидким СО₂ и водой перемещается в пустоту в слое, становится трудно предсказать распределение повышения температуры слоя в связи с выделением тепла при получении гидрата СО₂ и управлять температурой слоя так, чтобы создать эффективное разложение гидрата CH₄. Таким образом, имеется проблема, состоящая в том, что управление получения гидрата газа и управление разложением гидрата газа являются трудными.

Гидрат СО₂ получают при низкой температуре и высоком давлении окружающей среды, однако, гидрат СО₂ может быть получен на стороне более высокой температуры и более низкого давления по сравнению с CH₄, и, таким образом, именно окружающая среда, где гидрат СО₂ остается стабильным, также как и гидрат CH₄, может связывать гидрат СО₂. Поэтому для того, чтобы довести технологию связывания СО₂ посредством гидратации и технологию добычи гидрата CH₄ посредством замещения гидрата CH₄ на гидрат СО₂ до практического использования, желательно ускорить производительность по гидрату СО₂.

Задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы обеспечить способы получения, замещения и добычи гидрата газа, которые могут ускорить получение гидрата газа.

Средства решения задач

Способ получения гидрата газа в соответствии с настоящим изобретением для достижения такой задачи отличается тем, что молекулы-гостя вводят в пустоты в слое, в котором условия температуры и давления дают возможность молекулам-гостя вызывать гидратацию, в форме эмульсии, где жидкость из молекул-гостя диспергируется, как мелкие частицы, имеющие размер, меньший, чем размер пустот в воде.

Отношение жидких мелких частиц из молекул-гостя и воды, как диспергирующей среды, которая образует эмульсию, конкретно не ограничивается определенной величиной. Хотя предпочтительно, чтобы отношение было отрегулировано до величины, подходящей для получения гидрата, возможно в некоторых случаях, чтобы отношение жидкости из молекул-гостя и воды изменялось для того, чтобы управлять величиной теплоты на единицу объема эмульсии. Далее, также является возможным, чтобы размер жидких мелких частиц из молекул-гостя в эмульсии изменялся для того, чтобы управлять получением гидрата. Эти средства управления являются полезными для предотвращения повышения температуры слоя, связанного с получением гидрата газа, от достижения температуры, когда не производится гидрат, или температуры, при которой гидрат становится нестабильным.

В настоящем изобретении эмульсия может быть введена в слой, как она есть, без получения конкретной операции. Также возможно, однако, облучать эмульсию ультразвуковыми волнами для того, чтобы активировать границы раздела молекул-гостя или чтобы облучать эмульсию ультразвуковыми волнами непрерывно для того, чтобы подавить получение гидрата. Эти средства управления используют в зависимости от обстоятельств и, таким образом, они не всегда являются необходимыми.

В качестве молекул-гостя в способе получения гидрата газа в соответствии с настоящим изобретением любые молекулы, приводящие к получению гидрата, могут быть использованы. Среди них СО₂ является особенно желательным.

Способ замещения гидрата газа в соответствии с настоящим изобретением отличается тем, что в пустоты в слое, где присутствует гидрат из первых молекул-гостя, вводится эмульсия, в которой жидкость из вторых молекул-гостя диспергирована в воде, в качестве частиц, имеющих размер, меньший, чем размер пустот, в которых вторые молекулы-гостя могут образовать гидрат в условиях более высокой температурой и более низкого давления по сравнению с условием температуры и давления, в которых первые молекулы-гостя образуют гидрат; и в результате этого гидрат из первых молекул-гостя разлагается под действием тепла, которое вырабатывается, когда получается гидрат из вторых молекул-гостя.

В этом способе замещения гидрата газа, как и в случае со способом получения гидрата газа, упомянутым выше, возможно, чтобы отношение концентрации компонентов смеси жидкости из вторых молекул-гостя и воды в эмульсии изменялось для того, чтобы управлять величиной теплоты на единицу объема эмульсии. Далее, также возможно, чтобы размер мелких частиц жидкости из вторых молекул-гостя в эмульсии изменялся для того, чтобы управлять получением гидрата.

Кроме того, когда облучают эмульсию ультразвуковыми волнами на ранней стадии замещения, границы раздела между мелкими частицами из вторых частиц-гостя и водой активируются. Когда облучают эмульсию ультразвуковыми волнами, получение гидрата из вторых молекул-гостя подавляется в течение облучения.

Далее, в способе замещения гидрата газа в соответствии с настоящим изобретением прогресс разложения гидрата из первых молекул-гостя и прогресс получения гидрата из вторых молекул-гостя оцениваются посредством по меньшей мере одного или более: изменения температуры слоя, изменения скорости прохода ультразвуковых волн через слой и изменения проницаемости эмульсии в пустоты.

Кроме того, в способе замещения гидрата газа в соответствии с настоящим изобретением предпочтительно использовать CH₄ в качестве первой молекулы-гостя и СО₂ в качестве второй молекулы-гостя, соответственно.

Способ добычи гидрата газа в соответствии с настоящим изобретением отличается тем, что в пустоты в слое, где присутствует гидрат CH₄, вводят эмульсию, в которой жидкий СО₂ диспергирован в воде, как частиц, имеющих размер, меньший, чем размер пустот, в котором эмульсия используется в качестве агента для нагрева для разложения гидрата CH₄, который находится в пустотах.

Далее, способ добычи гидрата газа в соответствии с настоящим изобретением отличается тем, что пустоты в слое, который покоится на слое гидрата CH₄ и находится в таких условиях температуры и давления, что СО₂ может образовать гидрат, эмульсия, в который жидкий СО₂ диспергируется в воде, как частицы, имеющие размер, меньший, чем размер пустот, вводится для того, чтобы образовать изолирующий слой гидрата СО₂; и затем эмульсия вводится в пустоты в слое гидрата CH₄ так, чтобы гидрат СО₂ производился во время разложения гидрата CH₄, который находится в пустотах, посредством тепла реакции получения гидрата СО₂, таким образом, гидрат CH₄ замещается гидратом СО₂ в то время, как извлекается газообразный CH₄.

Альтернативно, способ добычи гидрата газа в соответствии с настоящим изобретением отличается тем, что пустоты в слое, который покоится на слое гидрата CH₄ и находится в таких условиях температуры и давления, что СО₂ может образовать гидрат, эмульсия, в которой жидкий СО₂ диспергируется в воде, как частицы, имеющие размер, меньший, чем размер пустот, вводится для того, чтобы образовать изолирующий слой гидрата СО₂; и эмульсия вводится в пустоты в слое, который покоится под слоем гидрата CH₄ для того, чтобы образовывать гидрат СО₂ и вызывать повышение температуры этого слоя посредством тепла реакции получения гидрата СО₂, посредством повышенной температуры гидрата CH₄, присутствующего в слое гидрата CH₄, который покоится на этом слое, разлагается с нижней стороны; и газообразный CH₄ собирается посредством изолирующего слоя для того, чтобы извлекать газообразный CH₄ на землю, в то время как прочность слоя после добычи гидрата CH₄ восстанавливается посредством введения эмульсии в слой так, чтобы образовать в нем гидрат CO₂.

Эффект изобретения

В соответствии со способом получения гидрата газа по настоящему изобретению, поскольку жидкость из молекул-гостя, которая вводится в слой, находится в состоянии эмульсии, где жидкость из молекул-гостя диспергируется в воде, как частицы, имеющие размер, меньший, чем размер пустот в слое, подобно воде, жидкость из молекул-гостя может входить в пустоту легко без нарушения во время вытеснения воды или морской воды, заполняющей пустоту, в слой из пустоты, или может диспергироваться в воде или морской воде, и таким образом она может быть распределена равномерно в слое, в то же время поддерживая состояния эмульсии, где мелкие частицы из молекул-гостя перемешиваются с морской водой. Кроме того, поскольку жидкость из молекул-гостя готовят в состоянии эмульсии перед ее введением в слой, возможно диспергировать воду и молекулы-гостя при отношении, подходящем для получения гидрата, и, таким образом, возможно производить гидрат равномерно и эффективно.

Далее, поскольку поверхность контакта между жидкостью из молекул-гостя и водой может быть значительно увеличена посредством приготовления мелких частиц, возможно ускорить скорость реакции, и таким образом возможно ускорить получение гидрата. Кроме того, поскольку гидрат может быть получен быстро, возможно связывать большое количество молекул-гостя в слое. Кроме того, поскольку время, требуемое для получения гидрата, может быть сокращено, и гидрат может быть получен быстро, возможно подавлять перемещение и диффузию жидкости из молекул-гостя, которая вызывается потоком грунтовых вод или плавучестью жидкости.

Далее, в соответствии со способом получения гидрата газа по настоящему изобретению, возможно управлять температурой слоя до температуры, при которой гидрат газа может быть получен, когда отношение концентраций компонентов смеси жидкости из молекул-гостя и воды изменяется так, чтобы управлять величиной теплоты способностью на единицу объема эмульсии, или когда температура воды как дисперсионной среды, изменяется так, чтобы изменять температуру эмульсии саму по себе. В этом случае нет опасения, что гидрат станет нестабильным в связи с повышением температуры слоя, связанным с получением гидрата газа, и нет необходимости в подготовке любых снижающих температуру механизмов.

Далее, в соответствии со способом получения гидрата газа по настоящему изобретению, возможно управлять производительностью по гидрату, когда площадь удельной поверхности мелких частиц жидкости из молекул-гостя в эмульсии изменяется посредством изменения размера мелких частиц. Поэтому только посредством регулирования размера мелких частиц жидкости из молекул-гостя, возможно управлять производительностью по гидрату.

Далее, в способе получения гидрата газа по настоящему изобретению, также возможно ускорить скорость реакции и ускорить получение гидрата, когда поверхности раздела между мелкими частицами жидкости из частиц-гостя и воды активируются посредством облучения их ультразвуковыми волнами.

Далее, в соответствии с настоящим изобретением, поскольку получение гидрата может быть подавлено посредством непрерывного облучения эмульсии ультразвуковыми волнами, и, таким образом, приводя мелкие частицы и воду в состояние вибрации, возможно управлять синхронизацией начала получения гидрата посредством регулирования времени облучения ультразвуковыми волнами.

Кроме того, в способе получения гидрата газа по настоящему изобретению также возможно связывать большое количество СО₂, которое является причиной глобального потепления, в слое, когда СО₂ используется как молекулы-гостя и ее гидрат производится в пустотах слоя.

В соответствии со способом замещения гидрата газа по настоящему изобретению возможно осуществлять замещение гидрата газа без того, чтобы вызвать ослабление или разрушение слоя. Потому что только посредством введения эмульсии, где мелкие частицы вторых молекул-гостя смешиваются с морской водой, в слой, где существует гидрат первых молекул-гостя, разложение гидрата газа, в который были включены первые молекулы-гостя, может прогрессировать при быстрой скорости реакции, в то время как производится гидрат газа, в который включены вторые молекулы-гостя. Поэтому даже если подводный оползень в большом масштабе случится в связи с землетрясением или тому подобным в течение операции замещения гидрата газа, нет очень больших рисков относительно утечки газа из вторых молекул-гостя, который вводится в слой, и относительно утечки газа из первых молекул-гостя, который производится посредством разложения, в атмосферу, так же как и относительно выделения гидрата газа в атмосферу в результате поднятия гидрата газа в связи с плавучестью и затем давая ему возможность превращения в газ. Кроме того, поскольку реакционная поверхность, необходимая для ускорения химической реакции, увеличивается в результате получения вторых молекул-гостя в виде мелких частиц, и, таким образом, тепло, необходимое для разложения гидрата газа, может быть эффективно достигнутую благодаря теплу получения другого гидрата газа, возможно подавлять выработку СО₂ для получения тепла.

Далее, в соответствии со способом замещения гидрата газа по настоящему изобретению, возможно управлять повышением температуры в слое для того, чтобы регулировать скорость разложения гидрата газа, который должен быть замещен, когда отношение концентрации компонентов смеси жидкости из молекул-гостя и воды в эмульсии изменяется так, чтобы управлять величиной теплоты на единицу объема эмульсии, или когда температура воды в качестве дисперсионной среды изменяется, так чтобы изменить температуру самой эмульсии.

Далее, в соответствии со способом замещения гидрата газа по настоящему изобретению возможно управлять выходом по гидрату из вторых молекул-гостя, когда площадь удельной поверхности мелких частиц жидкости из молекул-гостя в эмульсии изменяется в результате изменения размера мелких частиц.

Далее, в способе замещения гидрата газа по настоящему изобретению, также возможно ускорить скорость реакции и ускорить получение гидрата из вторых молекул-гостя, когда поверхности раздела между мелкими частицами жидкости из вторых частиц-гостя и водой активируются в результате облучения их ультразвуковыми волнами на ранней стадии замещения. Далее, поскольку получение гидрата может быть подавлено облучением эмульсии ультразвуковыми волнами непрерывно, и таким образом приводя мелкие частицы и воду в состояние вибрации, возможно управлять синхронизацией начала получения гидрата путем регулирования времени облучения ультразвуковыми волнами. В результате этих средств управления получением гидрата возможно управлять повышением температуры слоя и управлять скоростью разложения гидрата газа.

Кроме того, в способе замещения гидрата газа по настоящему изобретению, поскольку прогресс в разложении гидрата из первых молекул-гостя и прогресс в получении гидрата из вторых молекул-гостя может быть оценен на основе по меньшей мере одного или более: изменения температуры слоя, изменения в скорости прохода ультразвуковых волн через слой и изменения в проницаемости эмульсии в пустоты, возможно регулировать производительность или скорость разложения гидрата газа в соответствии с этой оценкой.

Далее, в способе замещения гидрата газа по настоящему изобретению возможно связывать на земле большие количества СО₂, который является причиной глобального потепления, в форме стабильного гидрата в слое, в то же время собирая CH₄ в морских отложениях, путем использования тепла реакции для получения гидрата, когда первые молекулы-гостя представляют собой CH₄ и вторые молекулы-гостя представляют собой СО₂.

В соответствии со способом добычи гидрата газа по настоящему изобретению возможно связывать на земле большие количества СО₂, который является причиной глобального потепления, в форме стабильного гидрата в слое при высокой скорости реакции, в то же время собирая CH₄ в морских отложениях, путем использования тепла реакции для получения гидрата, когда первые молекулы-гостя представляют собой CH₄ и вторые молекулы-гостя представляют собой СО₂. Далее, поскольку добыча гидрата CH₄ прогрессирует, во время замещения гидрата CH₄ на гидрат CO₂, нет опасности вызывать ослабление или разрушение слоя. Кроме того, поскольку энергия для разложения гидрата CH₄, причем разложение гидрата CH₄ является необходимым для добычи гидрата CH₄, достигается посредством использования CO₂, который связывают, как отход, в слое, как вещество для нагревания, возможно придать дополнительную ценность отходу CO₂ и эффективно использовать энергию.

Далее, в соответствии со способом добычи гидрата газа по настоящему изобретению, поскольку изолирующий слой гидрата CO₂ образуется в слое, который покоится на слое гидрата CH₄, как цели добычи способом получения гидрата газа по настоящему изобретению, твердые фазы в слое примыкают друг к другу благодаря тому факту, что пустоты в слое заполняются гидратом CO₂ и становятся стабильными. Поэтому даже если подводный оползень в большом масштабе случится в связи с землетрясением или тому подобным, здесь нет очень больших рисков относительно утечки газообразного CH₄, который производится посредством разложения гидрата CH₄, в атмосферу, и относительно выделения гидрата CH₄ в атмосферу в результате повышения плавучести гидрата CH₄, причем плотность гидрата CH₄ является меньшей, чем плотность морской воды, и затем давая ему возможность превращения в газ. Этот пункт является особенно полезным, поскольку слой океанических отложений, где отлагается гидрат CH₄, накапливается в слое песка. Кроме того, возможно связывать CO₂ как стабильный гидрат как в слое гидрата CH₄, так и в изолирующем слое.

Далее, в соответствии со способом добычи гидрата газа по настоящему изобретению, поскольку изолирующий слой гидрата CO₂ образуется в слое, который покоится на слое гидрата CH₄, как цель добычи, и нагревающий слой гидрата CO₂ образуется в слое, который покоится под слоем гидрата CH₄, посредством использования способа получения гидрата газа по настоящему изобретению, возможно добывать и извлекать гидрат CH₄ безопасно, не вызывая утечки газообразного метана, и также возможно связывать большое количество CO₂ в виде стабильного гидрата, в трех слоях, то есть изолирующем слое, слое, который действует как источник тепла и в слое, из которого добывается гидрат CH₄.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 представляет собой схематическое изображение, которое иллюстрирует вариант осуществления способа замещения гидрата газа в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.2 представляет собой схему, которая иллюстрирует состояние получения гидрата CO₂ и разложения гидрата CH₄, когда жидкий CO₂ 4 вводится в пустоты при условии, что жидкий CO₂ 4 был разделен на мелкие частицы.

Фиг.3 представляет собой схематическое изображение, которое иллюстрирует состояние замещения гидрата CH₄ на гидрат CO₂.

Фиг.4 представляет собой схематическое изображение, которое иллюстрирует верхние части нагнетательной скважины.

Фиг.5 представляет собой схематическое изображение, которое иллюстрирует нижние части нагнетательной скважины.

Фиг.6 представляет собой секционное изображение подводного грунта, которое иллюстрирует состояние замещения гидрата CH₄ на гидрат CO₂.

Фиг.7 представляет собой карту, показывающую равновесие фаз гидрата CH₄ и гидрата CO₂.

Фиг.8 показывает изменения замещения гидрата CH₄ на гидрат CO₂ в течение времени, где (A) представляет собой карту, показывающую изменения составляющих слоя гидрата CH₄, и (B) представляет собой карту, показывающую изменение температуры пустот в слое гидрата CH₄, изменение в скорости ультразвуковых волн и изменение в проницаемости эмульсии.

Фиг.9 представляет собой схематическое изображение, которое иллюстрирует вариант осуществления способа получения гидрата газа в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.10 представляет собой схему, которая иллюстрирует состояние получения гидрата CO₂ и разложения гидрата CH₄, когда жидкий CO₂ 4 вводится в пустоты при условии, что жидкий CO₂ 4 не был разделен на мелкие частицы.

Фиг.11 представляет собой схематическое изображение, которое иллюстрирует вариант осуществления способа добычи гидрата газа с показом примера добычи гидрата CH₄.

Фиг.12 представляет собой график, который показывает распределение по размерам частиц в слое отложений во впадине Nankai.

Фиг.13 представляет собой схематическое изображение экспериментального устройства.

Фиг.14 представляет собой микрофотографию тонко разделенного жидкого CO₂ в воде.

Фиг.15 представляет собой микрофотографию для сравнения тонко разделенного жидкого CO₂ в воде с песком Toyoura.

Фиг.16 представляет собой график, который показывает отношения между размером частиц и процентным содержанием прохода по весу по отношению к тонко разделенному жидкому CO₂ в воде и песке Toyoura.

Фиг.17 представляет собой схематическое изображение, которое показывает позиции для измерения температуры в сосуде, работающем под давлением, для получения гидрата CO₂.

Фиг.18 представляет собой график, который показывает результат эксперимента получения гидрата CO₂, в котором (A) показывает изменение температуры от времени начала до времени конца эксперимента, и (B) показывает изменение температуры перед и после получения гидрата CO₂ в увеличенном масштабе.

Фиг.19 представляет собой график, который показывает результат эксперимента получения гидрата CO₂, как управление 1, в котором гидрат газа производится из жидкого CO₂.

Описание позиций

1. Гидрат CH₄ (гидрат из первых молекул-гостя).

2. Слой, где образуется гидрат CH₄.

3. Пустота.

4. Жидкий CO₂ (жидкость из вторых молекул-гостя).

5. Эмульсия вода - CO₂.

6. Гидрат CO₂ (гидрат из вторых молекул-гостя).

23 Мелкие частицы жидкого CO₂ (мелкие частицы жидкости из вторых молекул-гостя).

Лучший способ выполнения изобретения

В дальнейшем, строение по настоящему изобретению будет описано подробно со ссылкой на лучшие способы, иллюстрированные на чертежах.

На фиг.1-6 иллюстрирован вариант осуществления способа замещения гидрата в слое, который использует способ получения гидрата газа в соответствии с настоящим изобретением. В описании этого варианта осуществления способ получения гидрата газа также будет объяснен. Способ замещения гидрата газа в соответствии с настоящим изобретением представляет собой способ, в котором получение гидрата газа искусственно стимулируется в слое, что приводит слой в состояние повышенной температуры, и посредством этого гидрат природного газа, который был получен в слое, разлагается, таким образом молекулы-гостя замещаются; и в котором в пустотах 3 в слое 2, где существует гидрат 1 из первых молекул-гостя, жидкость 4 из вторых молекул-гостя вводится в форме эмульсии 5, в которой жидкость 4 из вторых молекул-гостя диспергируется, как частицы, имеющие размер, меньший, чем размер пустот 3, в дисперсионной среде 24, в котором вторые молекулы-гостя могут образовать гидрат в условиях более высокой температуры и более низкого давления по сравнению с условием температуры и давления, при котором первые молекулы-гостя образуют гидрат, в результате чего гидрат 1 из первых молекул-гостя разлагается под действием тепла реакции, которое вырабатывается, когда производится гидрат 6 из вторых молекул-гостя. Позиция 25 на фиг.2 обозначает частицы песка в слое 2. Слой 2 может быть, например, подводным слоем, и в качестве дисперсионной среды 24 эмульсии используется вода или морская вода, которая может образовать кристалл для захвата молекулы-гостя. Здесь, пустоты в слое представляют собой пространства между твердыми фазами (частицы песка, гидрат CO₂, гидрат CH₄), и по существу обозначают участки, которые заняты жидкой фазой (жидкий CO₂, вода, морская вода) и газовой фазой (газообразный метан). То есть жидкость из молекул-гостя бьет струей, как эмульсия, там где жидкость из молекул-гостя диспергируется, как частицы, имеющие размер менее, чем размер пространств между твердыми фазами в слое, где образуется гидрат газа.

Первые молекулы-гостя в способе замещения гидрата газа в соответствии с этим вариантом осуществления могут быть, например, CH₄, и гидрат 1 из первых молекул-гостя может быть гидратом CH₄. Далее, вторые молекулы-гостя могут быть, например, CO₂, гидрат 6 из вторых молекул-гостя может быть гидратом CO₂, и жидкость 4 из вторых молекул-гостя может быть жидким CO₂.

Фиг.7 представляет собой карту, показывающую фазовое равновесие гидрата CH₄ и гидрата CO₂. Участок под кривой А представляет собой участок стабильного гидрата CO₂ 6, участок под кривой B представляет собой участок стабильного гидрата CH₄ 1, участок налево от кривой C представляет собой участок, где H₂O становится твердой, и участок направо от кривой C представляет собой участок, где Н₂О становится жидкостью. Как ясно из фиг.7, принимая, что давления являются теми же самыми, температура, при которой гидрат CO₂ 6 является стабильным, является более высокой, чем температура, при которой гидрат CH₄ 1 является стабильным. Далее, принимая, что температуры являются теми же самыми, давление, при котором гидрат CO₂ 6 является стабильным, является более низким, чем давление, при котором гидрат CH₄ 1 является стабильным. То есть температура и давление, при которых гидрат CO₂ 6 является стабильным, представляют собой более высокую температуру и более низкое давление по сравнению с температурой и давлением, при которых гидрат CH₄ 1 является стабильным. Участок, окруженный кривыми A, B и C, представляет собой участок, в котором условия температуры и давления дают возможность вызывать как получение гидрата CO₂ 6, так и разложение гидрата CH₄ 1 одновременно. Таким образом, в результате использования этого участка осуществляется замещение гидратом CO₂ 6 гидрата CH₄ 1. В результате замещения гидратом CO₂ 6 гидрата CH₄ 1 становится возможной добыча CH₄, в то же время связывая CO₂.

В подводном грунте места, где накапливается гидрат CH₄, представляют собой слой песка, и таким образом, цель для добычи гидрата CH₄ устанавливается в таких местах накопления. В недавних исследованиях было обнаружено, что гидрат CH₄ находится в пространствах, которые образуют трехмерную сетевую структуру, занимающую приблизительно 50% слоя песка, и гидрат CH₄ составляет максимально 60% пространства. Таким образом, следующее будет объяснено относительно случая, когда подводный слой 2 представляет собой целевой слой для добычи гидрата CH₄ и для связывания гидрата CO₂. Нижний конец нагнетательной скважины 7 и нижний конец эксплуатационной скважины 8 достигает слоя 2, где производится гидрат CH₄. В море создается платформа 9 и нагнетательная скважина 7 и эксплуатационная скважина 8 продлеваются вниз от платформы 9 до дна моря. Верхний конец эксплуатационной скважины 8 соединяется с насосом, который не показан на этой фигуре, и, таким образом, он может нагнетать газообразный CH₄ вместе с морской водой 24, которая наполняет пространства в слое 2. Газообразный CH₄, нагнетаемый посредством эксплуатационной скважины 8, может быть использован, например, для выработки электрической энергии на тепловой электростанции 26 после отделения его от морской воды 24.

Как показано на фиг.4, нагнетательная скважина 7 составлена, как труба в трубе, где внутренняя труба 11 помещена внутрь наружной трубы 10. Верхний конец внутренней трубы 11 соединяется с резервуаром 12 жидкого СО₂, и проход, через который течет жидкий СО₂ 4, образован во внутренней трубе 11. Жидкий СО₂ 4, запасаемый в резервуаре 12 жидкий СО₂, получают путем сбора СО₂, выделяемого на тепловой электростанции 26, сталелитейном заводе или цементном заводе, или тому подобном и сжижения собранного СО₂. Далее, как показано на фиг.5, на конце внутренней трубы 11 предусматриваются распылительные сопла 13, через которые жидкий СО₂ распыляется в виде мелких частиц 23, которые меньше, чем пустоты 3 в слое 2 в проходе, который окружается наружной трубой 10. В результате получения потоков с высокой скоростью в соплах 13, и таким образом, создания эффектов сдвига и соударения, жидкий СО₂ может быть разделен на мелкие частицы. Хотя способ распыления жидкости за счет использования сопла, по существу, является вообще известной технологией, которая также применяется в распылителях, однако, когда перепад давления между передней и задней частью сопла 13 устанавливается в 1 МПа - несколько десятков МПа так, чтобы расход жидкого СО₂ 4 в сопле 13 достигал приблизительно скорости звука, возможно приготовить мелкие частицы 23 жидкого СО₂ 4, распыляемого из сопла 13, с размерами порядка менее мкм. Здесь, поскольку необходимо, чтобы средний размер мелких частиц 23 жидкого СО₂ при распылении должен быть меньше, чем пустоты в слое, где производится гидрат газа, то есть предпочтительно, чтобы пустоты между твердыми фазами, например, были от приблизительно нескольких мкм до приблизительно 30 мкм. При удовлетворении этого условия считается, что мелкие частицы становятся меньшими, чем пустоты в слое, где производится гидрат газа. Кстати, в положении вблизи резервуара 12 жидкого СО₂, внутренняя труба 11 снабжается манометром 15 для измерения давления жидкого СО₂ 4.

Верхний конец наружной трубы 10 соединяется с выходом насоса 14, который нагнетает морскую воду 24 из океана 31 и выпускает ее, и проходом, через который потоки морской в