ИССЛЕДОВАНИЕ ГАЗОГИДРАТОВ

Новосибирск, 2013

Всероссийский фестиваль творческих

открытий и инициатив «Леонардо»

Злобин Андрей Андреевич

МБОУ «Гимназия №3 в Академгородке»

Научные руководители:

Дубцова Юлия Юрьевна

Удалов Евгений Игоревич

2

Клатраты

• от лат. «закрытый решеткой»

• Концепция «гость-хозяин»

Определение терминов

Газовые гидраты – кристаллические

клатратные соединения,

образующиеся из воды и газов при

определенных условиях.

Цель работы – изучение структуры и свойств газовых гидратов,

определение приоритетных направлений их

использования.

В задачи исследования входило:

1) Получение газового гидрата из доступных веществ в среде с

установленными параметрами

2) Описание изменений состояния клатрата при перемене условий

3) Сравнение газовых гидратов с аналогами в виде простых

веществ.

3

Цели и задачи

Образуется при:

t = 0oC p = 25 бар = 24,673 атм

t = - 80oC p = 1,01325 бар = 1 атм

4

Гидрат метана

ЭффективностьГидрат метана Метан

Объем 1 см3 125 см3

Масса 0,9 г 0,0896 г

Формула СH4 . nH2O (n = 6, 7, 8) CH4

ν 0,0056 моль 0,0056 моль

Qразложения0,3024 кДж 0 кДж

Q 4,1888 кДж 4,4912 кДж

ρгидрата = 0,9 г/см3 ρметана = 7,2 х 10-4 г/см3

Qметана = 802 кДж/моль Qразл. гидр. = 54 кДж\моль

Данные приведены при н. у.!

5

Топливо будущего

При идеальном прохождении реакции сгорания:

CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O

Побочные продукты при протекании реакции:

CO, C(сажа), CH4

Катализаторы:

Наночастицы Pd, нанесенные на CeO2

6

• Известная технология

• Залежи гидрата метана – 5 663,38 трлн. м3

• Скорость накопления – 10 килотонн/год

• Выделение при сгорании парниковых газов

Тепло и электричество генерируются одновременно

Топливо будущего

7

Насколько огромны залежи?Хватит ли всего кислорода в атмосфере для сжигания всех залежей гидратов природного газа единовременно?

mатм ≈ 5,15 × 1018 кг;

ω(O2) = 23,15%;

ρ(CH4 . 6H2O) = 0,91 г/см3

CH4.nH2O + 2O2 → CO2 + (2+n)H2O

Соотношение количества вещества газогидрата и кислорода:

321,3 моль : моль

8

Залежи гидрата природного газа

9

Теоретические расположения залежей метангидрата на дне океана, 2000, США

Залежи гидрата природного газа

10

Зоны стабильности гидрата На условия образования влияет и смесь, в которой находится газ

Почему газогидраты нужно использовать?

Гипотеза о метангидратном ружье:

11

Рост температуры воды

Разложение газогидратов

Усиление парникового эффекта

Вымирания при воздействии парникового эффекта

12

Массовое пермское вымирание

Позднепалеоценовый

термический

максимум

Электролиз растворов солей, содержащих хлорид-ионы, используя

инертные (например, графитовые) электроды;

Получение хлора при реакции перманганата калия и соляной кислоты

2KMnO4 + 16HCl → 5Cl

2 + 2KCl + 2MnCl

2 + 8H

2O

Получение гидрата хлора

KMnO4 + HCl Гидрат хлора Хлорная вода

13

Газогидрат хлора

2AgNO3 (р-р) + Cl2 . 6H2O (тв.)→ AgCl +

+ AgClO + 2HNO3 + 5H2O

14

1) Газогидраты могут быть получены при специфических условиях ( t↓ и p↑ )

2) При изменении условий ( t↑ и/или p↓ ) газовые гидраты начинают разлагаться на воду и газ.

3) Газогидрат является компактной формой хранения газа в твердой фазе

4) Гидрат метана – будущий основной источник метана и энергии

5) Для предотвращения образования гидратов можно обезвоживать природный газ, добавлять в него смесь других газов, хуже образующих гидраты

Заключение

15

1. А. А. Щепалов. Тяжелые нефти, газовые гидраты и другие перспективные источники углеводородного сырья

2. Ю.Ф. Макогон. Газoгидраты. История изучения и перспективы освоения

3. Газовые гидраты. ХиМиК Сайт о химии.

4. Б.В. Некрасов. Основы общей химии

5. С.Н. Денисов, М.М. Аржанов, А.В. Елисеев, И.И. Мохов. Оценка стабильности метангидратов в системе озера Байкал. Доклады Академии Наук

6. Земля (планета). Большая Советская Энциклопедия.

Литература

16