В Институте теплофизики им. С. С. Кутателадзе СО РАН разработали новую технологию искусственного получения газовых гидратов. Она позволяет создавать большие объемы вещества за короткий промежуток времени из морской воды. В первую очередь такие вещества полезны для опреснения и очистки воды и транспортировки природного газа.
Сегодня основные технологии для опреснения воды используют шоковую дистилляцию и обратный осмос. Шоковая дистилляция основана на процессе испарения: морскую воду доводят до кипения, в результате образуется водяной пар, который затем конденсируется, превращаясь в дистиллированную воду. Но этот метод недостаточно глубоко очищает воду и требует большого количества энергии, что невыгодно для крупных промышленных установок. Обратный осмос - более современный метод опреснения. Там используются специальные мембраны, которые пропускают только чистую воду, задерживая соли и другие примеси. Однако, мембраны могут быть дорогостоящими и нуждаются в регулярном обслуживании. Кроме того, для работы системы необходимо поддерживать высокое давление, что также увеличивает энергозатраты. И здесь могут пригодиться газовые гидраты.
«Для этого в замораживаемую соленую воду вводят гидратообразующий газ, отделяют кристаллы газогидрата от рассола, отмывают их, плавят и получают пресную воду», — рассказал старший научный сотрудник Института теплофизики им. С. С. Кутателадзе СО РАН Антон Мелешкин.
Сутью нового метода, придуманного учеными ИТ СО РАН, является получение газового гидрата напрямую из морской воды. И, что важно, без химических и кинетических промоутеров, которые ускоряют процесс получения гидрата, но не подходят для очистки воды. Кроме того, новый метод оказался высоко энергоэффективным, поскольку никаких дополнительных воздействий на газожидкостную систему не требуется. В ней поддерживается одно давление при разной температуре по высоте установки.
«Ключевой особенностью метода является использование процесса кипения газа, который сжижается на стенках экспериментальной установки и кипит на подогреваемом дне. Это решение позволяет справляться с несколькими задачами. Во-первых, поверхность пузырьков постоянно обновляется благодаря кипению и последующей конденсации газа. Во-вторых, в установку вводится большое количество газа, поскольку он находится в сжиженном состоянии. Наконец, при высвобождении газа температура в пузырьке оказывается наименьшей, почти равной температуре насыщения. Наложение этих факторов приводит к тому, что на всплывающих пузырьках и формируются гидраты. Если условия были правильно подобраны, на поверхности воды начнет активно расти газогидратная шапка, после извлечения и отжима которой получается чистая вода. При этом остается очень концентрированный раствор, откуда также можно отобрать полезные элементы», — рассказал Антон Мелешкин.
Еще одна способность газовых гидратов – хранить большое количество газа. В одном объеме газогидрата метана может содержаться до 170 объемов газообразного метана. А значит, газовые гидраты можно использовать для транспортировки природного газа, считают ученые. К тому же, если сжиженный природный газ транспортируют в танкерах при температуре −162 °С, то использование его газогидратной формы позволит снизить требования к температуре хранения до −20 °С. Такой подход был бы особенно выгоден для северных регионов.
Фото: lkpro / ru.123rf.com
