天然气水合物是烃类气体和非烃类分子与水在合适的温压条件下形成的冰状物质,主要赋存于水深超过300 m、底层水温度约2℃的陆架沉积物中,还有赋存于永久冻土带中。在标准状况下,1单位体积的天然气水合物分解最多可产生164单位体积的甲烷气体,因而其是一种重要的潜在未来资源。
现阶段对于从天然气水合物中提取天然气的方法目前主要分有四类,分别为:热激发法、化学试剂法、降压法和二氧化碳替换法。模型展示的为天然气水合物开采模型中的二氧化碳替换法。利用二氧化碳在水合物相中置换开采CH4,由于置换过程发生在水合物相中,不改变水合物相结构,因此可以降低地质灾害风险。主要是通过二氧化碳气体注入到含甲烷的气-液-水合物三相体系中,并达到二氧化碳、甲烷及水合物的三相平衡,由于二氧化碳水合物具有更高的生成焓和相平衡温度,二氧化碳在水合物中更加稳定,因此在三相平衡后,形成了CH4-CO2混合水合物,并且水合物中二氧化碳浓度大于甲烷浓度,而气相中则相反。实验证明二氧化碳同理可置换出乙烷天然气水合物。置换出的气体通过分离塔提出分离并进行有效收集,即可达到开采天然气的目的。当然,置换开采的方法在现实开采中亟待深入探索,这种方法的制约因素有两个方面,一是置换天然气水合物过程中的反应速率很慢,且随着反应的进行,反应速率迅速降低;二一定压力条件下甲烷水合物的分解温度较二氧化碳水合物形成温度高,一旦二氧化碳不能及时转化为水合物,而是以气体或液体形式存在,将对海底结构稳定性造成影响。
模型参照图
模型实物图