Особенности образования и разложения газогидратов в водных и газовых средах

• Автор: Тазетдинов, Булат Ильгизович
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Бирск
• Количество страниц: 113 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ОБОЗНАЧЕНИИ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ОБЗОР ТЕОРЕТИЧЕСКИХ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ РАБОТ ПО ИССЛЕДОВАНИЮ ПРОЦЕССОВ ОБРАЗОВАНИЯ И РАЗЛОЖЕНИЯ ГАЗОГИДРАТОВ
1.1. Некоторые сведения о газогидратах
1.2. Всплытие газовых пузырьков в воде, сопровождаемое образованием и разложением газогидратов
1.3. Разложение метастабильного гидрата
1.4. Постановка задачи исследования
Выводы по главе
ГЛАВА 2. ОБРАЗОВАНИЕ И РАЗЛОЖЕНИЕ ГАЗОГИДРАТНЫХ ЧАСТИЦ ПРИ ВСПЛЫТИИ В ВОДЕ
2.1. Образование газогидратной частицы при ее всплытии в воде
2.2. Разложение гидратной частицы в процессе ее всплытия в воде.
Выводы по главе
ГЛАВА 3. РАЗЛОЖЕНИЕ МЕТАСТАБИЛЬНОГО ГАЗОГИДРАТА
3.1. Низкотемпературное разложение
3.2. Эффект самоконсервации
3.3. Разложение метастабильного гидрата при положительной
температуре
Выводы по главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
а - радиус, м ;
Да - толщина корки льда, м ; с - теплоемкость, ДжДкгК);
О - коэффициент диффузии, м2/с;
Ва - коэффициент диффузии корки льда, м2/с;
- коэффициент диффузии гидратной корки, м2/с ;
Е -энергия активации, Дж/моль;
/ - сила, Н;
Є - массовая доля газа в составе гидрата;
g - ускорение свободного падения, м/с2; концентрация, кг/м3;
- концентрация газа на внутренней поверхности корки, кг/м3; к - толщина водяной пленки, м ; начальная глубина всплытия, м;
3 - интенсивность разложения, отнесенная на единицу объема, кгДм3с);
Д -интенсивность выхода газа, кгДм3с);
у — интенсивность фазового перехода, отнесенная на единицу площади, кг/(м2с);
К - коэффициент пропорциональности интенсивности разложения гидрата, отнесенный на единицу объема и ее температуры, кгДм3сК);
К0 - предэкспоненциальный коэффициент объемного разложения, кгДм3сК);
к - коэффициент пропорциональности интенсивности разложения гидрата, отнесенный на единицу площади и ее температуры, кгДм2сКД к0 - предэкспоненциальный коэффициент фронтального разложения, кгДм2сК);

Ь - длина, м ;
/ - удельная теплота фазового перехода, Дж/кг ;
1И - теплота разложения гидрата с учетом перегретости, Дж/кг; т, М , МД, м/ ' - масса газа, кг ; р - давление, Па ;
д(+),д(~) _ тепловые потоки на поверхности между водой и твердой фазой, Вт/м2.
Я - универсальная газовая постоянная, ДжДмольК); г - радиальная координата, м ; га - координата фронта, м ;
I, ^ - время, с;
Т - температура, К;
■м - среднеобъемная скорость стекания, м/с; г - осевая координата, м ;
N11 — число Нуссельта;
Де - число Рейнольдса;
Рг - число Прандтля;
а - объемная доля неразложившегося гидрата в системе газ-гидрат-лед; а - удельное содержание пор;
р - коэффициент диффузионного сопротивления, м/с ;
к - коэффициент теплопередачи, ВтДм2к);
к - среднее значение коэффициента теплопередачи, ВтДм2к);
X - коэффициент теплопроводности, Вт/(мК); р, - динамическая вязкость, м2/с; рА - присоединенная масса, кг;
у/ - кинематическая вязкость воды, м2/с;

Таким образом, теоретическое описание в каждом температурном диапазоне требует привлечения соответствующих гипотез, характерных для данного промежутка температур. В частности, анализ экспериментальных данных в низком температурном диапазоне (195К<7’ <240К) в соответствии с вышеотмеченным показывает, что для описания почти десятикратного роста скорости разложения, по-видимому, необходимо использовать для зависимости кинетики разложения гидрата от температуры закон Аррениуса. Кроме того, если бы процесс разложения лимитировался эффектом диффузии через твердую границу, для которой коэффициент диффузии составляет величину порядка £>» 10”" - 10"13 м2/с, время разложения образцов гидрата с линейными размерами порядка нескольких сантиметров составляло бы, как минимум, десятки суток. Поэтому чтобы диффузионное сопротивление льда было незначительным, лед, образованный при разложении гидрата, должен быть достаточно рыхлым. Для этого характерные размеры частичек (зерен) льда не должны превышать десятки микрон.
Что касается диапазона более высоких отрицательных температур (240К < Т < 273К), где наблюдается аномально низкий темп процесса разложения (эффект самоконсервации), то здесь, очевидно, определяющим лимитирующим фактором является процесс диффузии газа через твердую фазу. Образование более плотной упаковки льда в этом случае [35, 56, 96, 138, 139, 159] экспериментально объясняется наличием некоторого
промежуточного этапа процесса разложения с образованием метастабильной (переохлажденной) воды. Впоследствии эта переохлажденная вода переходит в твердое состояние с более плотной упаковкой. Здесь минимальная скорость разложения образцов наблюдалась при температуре 268 ±1 К. При этой температуре 80% всех образцов сохранялось в течение 20 ч. В некоторых экспериментах, после резкого снижения давления, 40% из общего числа газогидратов разлагалось за 160 ч, 50% за 410 ч.