Диссоциация газовых гидратов различной формы при отрицательных температурах

Задачи по повышению эффективности транспортировки и хранения газовых гидратов имеют как научное, так и практическое значение. Применение эффекта «самоконсервации» позволяет существенно уменьшить себестоимость данной технологии. Самоконсервация – это аномально низкие скорости распада газовых гидратов в области температурного окна отжига. Проведены экспериментальные и теоретические исследования по диссоциации гидрата метана и гидрата CO₂ при отрицательных температурах. Экспериментальные исследования выполнены для слоя порошка газовых гидратов в широком диапазоне отрицательных температур, разных форм и размеров гранул газовых гидратов. Моделирование выполнено как для отдельных гранул, слоя порошка, так и для монолитных образцов относительно больших размеров. 

а	б	в
Различные формы газового гидрата: а) сферическая частица; б) сплошной (монолитный цилиндр); в) прессованный цилиндр из маленьких частиц.

Впервые получены кинетические константы для описания диссоциации гидрата метана и гидрата CO₂ при отрицательных температурах. Показано, что энергия активации СО₂ гидрата больше, чем у гидрата метана, а внутренняя константа скорости распада СО₂ гидрата почти в 15 раз меньше, чем у гидрата метана. Энергия активации практически не зависит от размера прессованных гранул, которые образованы путём прессования частиц с размером 0.2-0.5 мм. Однако, пред экспоненциальный множитель может изменяться в десятки раз и зависит от диаметра образца и от характерного размера слоя в пористой породе. Показано, что скорость диссоциации имеет квазилинейный характер для времени распада, когда потеря массы газа составляет 30–40 %. В заключительной стадии распада, зависимость имеет сильно нелинейный характер, что связанно со сферической формой частиц (гранул), т.е. с резким уменьшением площади реакции со временем. Скорость диссоциаций обобщается как для собственных экспериментов, так и для экспериментов, представленными другими исследователями. На сегодняшний день широко известная и применяемая модель диссоциации, реализуется только при положительных температурах H.C. Kim, P.R. Bishnoi, M. Clarke, когда распад происходит без образования корки льда.

Изменение массы гидрата метана со временем: 2, 3, 5, 6 – экспериментальные данные из различных работ; 1, 4, 6 – расчётные кривые.

Разработанная методика расчёта позволяет выполнить также обратную задачу, когда по измеренной скорости диссоциации можно определить характерный размер газового гидрата, который обычно неизвестен при диссоциации в пористой среде природного месторождения. Предложенный подход важен для дальнейшего совершенствования технологии хранения и транспортировки газовых гидратов при организации явления «самоконсервации», что важно для уменьшения себестоимости технологии.

ИТ СО РАН, с.н.с., к.т.н. Мисюра С.Я., с.н.с., к.т.н. Донской И.Г., тел.: +7 (383) 335-65-77.