Север и рынок. 2015, N 2.

Экспериментально было установлено, что основным структурным элементом газовых гидратов являются кристаллические ячейки - элементы, обладающие наноразмерностью, состоящие из молекул воды, внутри которых и размещены молекулы газа. При этом структура гидратов подобна структуре льда, но отличается от последней тем, что молекулы газа расположены внутри кристаллических решеток, а не между ними. Очевидно, что для разрушения подобной газогидратной ячейки более эффективным является использование различных наночастиц, соразмеримых с ячейкой. Необходимо отметить, что длины связей в кристаллических решетках газогидратов и углы между ними практически одинаковы и равны 2.76 А и 109.5°. В соответствии с этой идеологией (выработанной проф. А. Е. Воробьевым) первоначально предполагалось подавать и использовать для этого наночастицы практически любой формы, а главным фактором являлась их масштабная соразмерность с разрушаемыми ячейками клатратов - газовых гидратов [13]. В дальнейшем была установлена явно выраженная зависимость эффективности разрушения газогидратов от формы наночастиц [14], в частности, от наличия у сферических наночастиц различных шипов, размещенных равномерно по всей их поверхности (рис. 13а). При перемещении сферической частицы (обладающей шипами) вдоль поверхности ячейки (клатрата) газогидратов происходит периодическое поднятие и опускание острия шипа, что приводит к разрушению кристаллической ячейки и высвобождению молекулы метана. Для эффективного обеспечения процесса разрушения ячейки клатрата, с включенной в нее молекулой метана, важным также представляются оптимальные параметры (их длина, расстояние между ними и др.) и форма (прямолинейная, изогнутая, утолщенная и т. д.) шипов сферической наночастицы. Рис.13. Вариант шипа наночастицы (а) и наноеж (б) Такие наноструктуры, которые выглядят как природные биологические объекты (морские ежи), довольно легко формируются электрохимическим методом (рис.13б). В настоящее время основным материалом для их строительства является полистирол. Микросфера полистирола представляет собой основу, на которой оксид цинка образует трехмерную поверхность. В результате получаются полые, сферической формы наноструктуры, с торчащими во все стороны шипами. В настоящее время себестоимость производства 10 кг подобных наночастиц составляет 50 долл. США. При разработке обеспечивают постепенное разрушение верхнего слоя скоплений газовых гидратов гидродинамической струей морской воды, предварительно насыщенной сферическими наночастицами. При перемещении сферической частицы вдоль поверхности кристаллической ячейки (клатрата) газогидратов происходит ее разрушение и высвобождение молекулы метана и таким способом образуется раствор метана и его гомологов, извлечение которого на поверхность осуществляют вначале принудительно, затем за счет эффекта газлифта. Однако в процессе обработки аквальной газогидратной залежи такие частицы могут разлетаться в разные стороны и впоследствии теряться. Для их сбора им придают магнитные свойства (выполняют целиком из магнитных материалов, что существенно удорожает их себестоимость, или помещают в них магнитные материалы). Подачу воды (насыщенной магнитными наночастицами) в трубы осуществляют при помощи оборудования, снабженного измерительными приборами, установленного на плавучей платформе или судне. Подачу воды в трубы также осуществляют при помощи погружного оборудования. Сбор 121