WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

 

ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИНСТИТУТ МАТЕМАТИКИ, ЕСТЕСТВЕННЫХ НАУК И ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

КАФЕДРА МЕХАНИКИ МНОГОФАЗНЫХ СИСТЕМ

На правах рукописи

Данько Михаил Юрьевич

Кинетика роста газогидратов в объемной и дисперсной фазах воды.

Специальность: 01.04.14 –Теплофизика и теоритическая теплотехника.

АВТОРЕФЕРАТ

Диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Тюмень – 2012

Диссертация выполнена на кафедре Механики Многофазных Систем
Тюменского Государственного Университета

Научный руководитель

доктор технических наук, профессор        А.Б. Шабаров

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, старший научный

сотрудник, зам директора по инновационной

работе  ИМИНИТ ТюмГУ        А.А. Вакулин

кандидат физико-математических наук,

доцент  филиала Уфимского государственного

авиационного технического университета,

филиал в г. Ишимбае        Р.Р. Уразов

Ведущая организация        Институт криосферы Земли  СО  РАН

Защита состоится «24» мая 2012 г. в 16-00 часов в ауд. 410 на заседании диссертационного совета Д 212.274.10 при Тюменском Государственном Университете, г. Тюмень, ул Перекопская 15а.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Тюменского Государственного Университета.

Автореферат разослан «21» апреля 2012 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

доктор физико-математических наук        С.Ю.Удовиченко

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Открытие природных и техногенных газогидратов, их высокая энергоемкость, глобальная экологическая значимость и другие важные свойства этих соединений стимулировали  огромный  интерес исследователей  всего мира к газогидратной тематике. Эти исследования  в свою очередь привели к разработке целого спектра газогидратных технологий,  что может быть основой для создания отдельной газогидратной отрасли ТЭК.

Однако, к настоящему времени, практическое использование газогидратных технологий в России и других странах мира незначительно. Одной из причин такого состояния является недостаточная  научная проработанность  многих технических решений. Так, например, перспективной является  технология  накопления, хранения  и транспортировки  газа  в твердом газогидратном состоянии,  позволяющая утилизировать низконапорный и попутный газ, диверсифицировать промышленные потоки товарного газа, обеспечить беструбную газификацию России. Развитие этого направления позволит вовлечь в эксплуатацию небольшие нефтяные месторождения, удаленные от газопроводов и станций по переработке попутного газа, и принесет значительную экономическую выгоду. Главная проблема, из-за которой технология перевода газа в газогидратное состояние  на данный момент является нерентабельной - низкая скорость образования газогидрата.

Большой  интерес представляют  теоретические и экспериментальные исследования термодинамики и кинетики роста-диссоциации газогидратов в дисперсных системах,  максимально приближенных к реальным средам. Большинство имеющихся  теоретических и экспериментальных исследований направлены на  разработку методик образования, накопления и изучения гидратосодержащих образцов различных твердых дисперсных пород. Работ, посвященных газогидратам, полученым в сложных жидких дисперсных системах,  например, в водонефтяных эмульсиях, недостаточно. Учитывая, что примерно  80% всей нефти в РФ добывается в обводненном состоянии,  это направление исследований чрезвычайно важно. Наличие воды в нефти  в присутствии нефтяного газа в условиях низких температур и высоких давлений приводит к гидратообразованию в водонефтяной эмульсии, что может нарушить технологию добычи, переработки и транспорта нефти. Вместе с тем, использование газогидратных технологий прямо на промыслах с использованием водонефтяной эмульсии одно из перспективных  технологических решений проблемы утилизации нефтяного газа.

Из сказанного выше следует, что тема настоящей диссертационной работы является актуальной и имеет важное научно – практическое значение.

Цель работы. Основной целью работы является экспериментальное исследование кинетики роста газогидратов, полученных в объемных и дисперсных фазах воды.

Основные задачи исследований:

  1. Создать экспериментальную установку для изучения термодинамики и кинетики роста-диссоциации газовых гидратов, позволяющую определять PVT параметры в зоне гидратообразования с высокой степенью точности.
  2. Разработать методику определения кинетических  параметров при росте газовых гидратов.
  3. Провести исследования  кинетики роста газовых гидратов в объемной фазе воды.
  4. Провести исследования  кинетики роста газовых гидратов в дисперсной фазе воды.

Научная новизна.

  1. Разработан экспериментальный метод исследования термодинамики и кинетики роста-диссоциации газогидрата, основанный на циклическом изменении давления газа.
  2. Показано, что кинетические коэффициенты роста газогидрата на основе пропан-бутановой смеси в объемной фазе воды в  области положительных температур при больших пересыщениях более, чем в 4 раза превышают таковые при малых пересыщениях.
  3. Впервые на основе полученных экспериментальных результатов и известных данных о  кристаллической структуре газогидрата предложен метод  определения коэффициента диффузии газа в газогидрат. Установлено, что полученные значения коэффициента диффузии совпадают по порядку величины с теоретическими оценками.
  4. Впервые исследована кинетика роста газогидрата в водонефтяной эмульсии с различным объемным содержанием воды. Установлено: индукционный период образования газогидрата в  эмульсии составляет несколько часов, тогда как в объемной воде – несколько суток; кинетический коэффициент роста газогидрата в эмульсии пропорционален содержанию воды.
  5. Обнаружен ранее неизвестный эффект вытеснения газогидрата  из водонефтяной эмульсии при гидратообразовании.

Практическая значимость работы. Разработан и успешно применен экспериментальный метод изучения  термодинамики и кинетики роста- диссоциации газовых гидратов в объемной и дисперсной фазах воды. Полученные экспериментальные данные могут составить научно-техническую базу для нефтегазовых, технологических  и экологических приложений.

Обнаруженный  эффект вытеснения воды из водонефтяной эмульсии в газогидратной фазе можно рассматривать как элемент новой газогидратной технологии, позволяющей провести предварительную деэмульгацию нефти и одновременно утилизировать попутный нефтяной газ путем его газогидратации.

Достоверность полученных результатов обусловлена использованием высокоточной измерительной аппаратуры и хорошей воспроизводимостью экспериментальных данных. Экспериментальные результаты по изучению термодинамики газогидрата  98%-ого пропана  подтверждаются расчетами по программе CSMHYD, как для газообразной, так и жидкой фаз газа, и их соответствием имеющимся в литературе данным других авторов.

На защиту выносятся:

  1. Экспериментальная установка и метод исследования термодинамики и кинетики роста-диссоциации газовых гидратов.
  2. Экспериментальные результаты исследования кинетики роста газогидратов на основе пропана и пропан-бутановой смеси  в объемной фазе воды, в том числе зависимости скорости газогидратообразования от степени пересыщения, а также метод определения  коэффициента диффузии газа в газогидрат.
  3. Результаты экспериментального исследования кинетики роста газогидрата в водонефтяной эмульсии, в том числе: зависимости скорости роста от величины пересыщения, а также обнаруженный эффект вытеснения газогидрата из эмульсии при гидратообразовании.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на 4-ой Международной научно-практической конференции – “Проблемы рационального использования попутного нефтяного газа” г. Салехард, 2009г; Межотраслевых научно-методологических семинарах  «Теплофизика, гидродинамика, теплотехника» г. Тюмень. 2008 - 2010гг.;  Ежегодная научно-практическая конференция "Математическое моделирование и компьютерные технологии в разработке месторождений" 13-15 апреля 2010 г., г.Уфа; научном семинаре Института математики, естественных наук и информационных технологий под руководством академика РАН РФ Р.И. Нигматулина. ТюмГУ. г. Тюмень, 2011 г.

Публикации. По результатам исследования опубликовано 6 работ, в том числе 4 работы в изданиях, включенных в перечень ВАК РФ.

Личный вклад соискателя. Автор принимал участие в разработке и изготовлении экспериментальной установки, ее монтаже и техническом обслуживании. При непосредственном участии автора была разработана методика определения кинетических коэффициентов. Основной объем экспериментальных исследований выполнялся автором лично, либо совместно с научным руководителем.

Автор выражает искреннюю признательность научному руководителю Шабарову Александру Борисовичу за постановку задачи исследования.

Особую благодарность автор выражает к.ф-м.н А.В. Ширшовой за помощь и поддержку на всех этапах исследований.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, вывода и списка цитируемой литературы 160 наименований. Содержание диссертации изложено на 141 страницах машинописного текста, включая 25 рисунков и 8 таблиц.

Содержание работы

Во введении изложены актуальность темы диссертации, цель работы, основные задачи исследований, научная новизна и защищаемые положения.

В первой главе диссертационной работы выполнен анализ изученности свойств газовых гидратов и условий их образования. Содержатся сведения о кристаллической структуре газогидратов, проведен обзор основных экспериментальных методов исследования кинетики роста газовых гидратов. Особое внимание уделено экспериментальным результатам по изучению кинетики газогидратообразования и обсуждению возможных механизмов образования газогидратов. Анализ литературы  по данному вопросу показывает, что гидратообразование слаборастворимых в воде газов может происходить во всем объеме воды, если достигнута определенная степень пересыщения, а сочетание общей теории кристаллизации с теорией массопереноса в жидких средах позволяет получить удовлетворительное описание кинетики гидратообразования в системах при Т > 273,2 К.

В главе также рассмотрен термодинамический  метод расчета кривых равновесия и приведены экспериментальные кривые равновесия газовых гидратов по данным других авторов. Выполнен анализ изученности вопросов образования газовых гидратов в дисперсных средах: ледяных порошках и водонефтяных эмульсиях. Анализ литературы, проведенный в первой главе диссертации, позволил сформулировать цель и поставить основные задачи работы.

Во второй главе дано описание созданной автором экспериментальной установки.  Приведены: схема и принцип действия экспериментальной установки; методика исследования кинетики роста и диссоциации газовых гидратов; показаны ее возможности  изучения кривых равновесия. Описаны объекты исследования, методика подготовки воды и водонефтяной эмульсии, даны результаты хромотографического анализа газа.

Для разработки метода получения и исследования газовых гидратов на базе Тюменского Государственного Университета  была спроектирована и собрана  экспериментальная установка, принцип работы которой основан на контроле изменения давления газа при гидратообразовании.

На рис.1. показана принципиальная схема экспериментальной установки, обеспечивающая получение гидратов и изучение кинетики их роста-диссоциации.

Установка рассчитана на давления порядка 16 атмосфер и температуры от +30 до -40 градусов Цельсия. Точность измерения  давления 10-4 МПа точность измерения температуры 0.1 0С. С её помощью можно получать не только гидраты пропана, бутана, но и гидраты некоторых других газов, например – фреона. Основным элементом установки является реактор высокого давления, где при контролируемых условиях образуются/диссоциируют гидраты.

Исследование скорости гидратообразования осуществлялось следующим образом. В реактор помещалось дозированное количество воды или водного раствора (100 мл). Далее реактор охлаждался до  температуры - 5 С, и вода превращалась в лед. Перед подачей газа система нагревалась до наступления положительной температуры в реакторе в диапазоне от 10С до 50С.

Рис 1. Принципиальная схема экспериментальной установки.

1 – Термостат KRIO-VT-01; 2 – Баллон с газом; 3 – Термостат для контрольного щупа термопары; 4 –  Крышка теплообменника; 5 –  Первый контур теплообменника; 6 – Реактор; 7 – Компаратор (прибор для измерения малых потенциалов); 8 – Источник тока для питания мешалки и датчика давления; 9 – Мультиметр;10–Насос для вакумирования; 11а,11б– Датчики давления;12– Система контроля давления “тройник”; 13а,13б,13в– Игольчатые вентили для контроля давления;14а,14б–редуктор.

Температура в реакторе стабилизировалась, а оттаявшая вода насыщалась газом при давлении, равном давлению образования гидрата при данной температуре. В таком состоянии система выдерживалась 50 – 60 минут. Затем давление повышалось, и начинался рост газогидрата, что фиксировалось по падению давления. Кроме того, процесс гидратообразования контролировался  визуально. Таким образом, стабильность протекания процесса гидратообразования обеспечивалась поддержанием в реакторе определенных термобарических условий. В частности, в наших экспериментах температура устанавливалась постоянной, а давление периодически повышалось до постоянного максимального значения за счет подачи газа в реактор.

В качестве варьируемого параметра в экспериментах выбрана степень пересыщения  , где - давление равновесия (насыщения), определяемое из эксперимента.

Поскольку процесс гидратообразования протекает при постоянной температуре с периодической подачей газа до первоначально принятой максимальной величины давления, исходная экспериментальная зависимость изменения давления от времени имеет пилообразный характер (рис.3a). Зависимость можно условно разделить  на два неравных временных  участка: 1) - начальная стадия процесса; 2) - время устойчивого  массового роста газогидрата. Для нахождения  дифференциальной скорости падения давления на экспериментальную кривую при наносились линии сетки, шаг которой по давлению выбирался по таблицам экспериментальных данных (рис.3a)

К выходным величинам эксперимента относится :

  1. Скорость  изменения  давления за время , [МПа/час].

               (1)

  1. Кинетический коэффициент p, определялся по формуле:

       (2)

3.        Массовая скорость роста газогидрата , которая вычисляется по известной формуле

,  [кг/(м2с)],                                       (3)

где [м2] - площадь поверхности контакта газ-вода,; [кг] - масса газа, вошедшего в гидрат,; [с]- время, за которое эта масса газа вошла в гидрат. Величину можно определить умножив  скорость изменения давления на определенную константу, которая определяется геометрическими размерами реактора и уравнением состояния газа . Так при использовании уравнения состояния Менделеева-Клапейрона коэффициент A можно определить по формуле:

               (4)

Где V - объем свободного газа в реакторе и газовой системе, связанной с ячейкаой

Аналогичным образом экспериментальная установка позволяет исследовать диссоциацию предварительно выращенного газогидрата. Для этого необходимо периодически снижать давление  ниже равновесного на величину Р=Рн-Р. При диссоциации газогидрата давление в реакторе  повышается. Типичный вид зависимости давления от времени при диссоциации газогидрата показан на рис. 2.

Рис 2. Зависимость давления газа в реакторе от времени при диссоциации газогидрата.

Оставляя реактор с газогидратом на продолжительный промежуток времени (не менее 10 часов) и поддерживая стабильную температуру, изменение давления со временем  практически прекращается и, следовательно, в системе газогидрат - газ установится термодинамическое равновесие. Таким образом, экспериментальная установка позволяет определить равновесное давление газогидрата с точностью порядка 10-4 МПа (погрешность датчика давления). Во второй главе представлены полученные автором экспериментальные данные о давлении равновесия газогидрата 98%-ого пропана в области положительных температур для газообразной фазы и в области отрицательных температур для жидкой фазы пропана, которые согласуются с результатами расчета по программе CSMHYD.

Как видно из рис. 3a, зависимости Р(t) соседних циклов хорошо воспроизводимы. Учитывая достаточно высокую точность измерения давления и температуры, можно утверждать о достоверности предлагаемого метода исследования термодинамики и кинетики роста-диссоциации газогидрата.

В третьей главе приведены результаты экспериментального исследования кинетики роста гидратообразования в объемной воде.

На рис. 3a представлена исходная кривая P(t) и зависимость (рисунок 3б) от  величины пересыщения , полученная при обработке, описанным выше методом результатов.

a

б

Рис 3. а - Исходная экспериментальная зависимость давления в реакторе Р от времени t. б - Зависимость скорости гидратообразования от степени пересыщения Р – Рн при разных периодах Т эксперимента:

Анализ данных , приведенных на рисунке 3б, позволяет сделать следующие основные выводы:

1. На всех кривых имеются две резко выраженные области, отличающиеся углом наклона, т.е. имеется точка излома, ниже которой скорость роста уменьшается значительно медленнее с уменьшением степени пересыщения.

2. После  начального этапа, связанного с неустойчивым ростом гидрата (т.е. при на рис. 3a),  кривые(на каждой из двух областей) аппроксимируются линейной зависимостью; т.е. при процесс роста газогидрата носит устойчивый массовый характер.

Известно что, для газов плохо растворимых в воде, гидратообразование определяется в основном процессом диффузии. Согласно закону Фика, диффузионный поток молекул газа  из газовой фазы в газогидратную равен

       (5)

где D – коэффициент диффузии, - градиент концентрации в направлении  нормали  к поверхности адсорбционного слоя. Умножив это уравнение на массу молекулы газа и заменив , , получают приближенное уравнение:

         (6)

где - масса газа, перешедшая в гидрат за время , S - площадь адсорбционного слоя, - разность плотностей газа над адсорбционным слоем и в нем, - средняя длина диффузионного пробега.

Используя уравнение состояния газа и введя величину характерной скорости диффузии: , а также известную из теории кристаллизации формулу , получаем выражение для расчета коэффициента диффузии,  а – в нашем случае параметр клатратной кристаллической решетки газогидрата, -  энергия адсорбции, которую приближенно можно приравнять  экспериментально определенной энтальпии диссоциации гидрата на газ и воду, приходящейся на одну частицу, и с учетом числа связей  z.

, (7)

где М – молярная масса газа, - энтальпия диссоциации гидратов на воду и газ, равная -5.2*103 Дж/моль. Так как исследуемый нами газогидрат пропана имеет структуру вида  КС-II, то для него характерны полости в водных клатратных каркасах  вида: D[512] и H [51263]. Число ближайших соседей, окружающих молекулу газа в пентагондодекаэдрических полостях  в объеме газогидрата составляет =20 (число граней многогранника).

Результаты расчета для трех экспериментов, отличающихся температурой и различным состоянием воды, представлены в таблице №2. Учитывая, что все кривые   имеют две резко выраженные области, отличающиеся углом наклона,  нами  отдельно рассчитаны  кинетические параметры для двух диапазонов (). Индексы I и II в таблице относятся к областям с низкими и высокими давлениями, соответственно.

Из таблицы видно, что для всех трех экспериментов с учетом погрешности, значения кинетического коэффициента в первой области (при малых значениях пересыщения) совпадают, во второй области для двух экспериментов значениясовпадают и более чем в 4 раза превышают таковые в первой области, а для третьего эксперимента эта величина во второй области на порядок больше, чем на первой. Последний результат можно объяснить тем, что в третьем опыте была использована вода, ранее подвергнутая гидратообразованию. После процесса диссоциации гидрата вода была насыщена молекулами газа, служащими центрами нового гидратообразования. Таким образом, предыстория системы вода-газ-гидрат существенно влияет не только на время начала массового гидратообразования (т.е на на рис.3a ), но и на скорость роста при .

Таблица 1. Результаты расчета кинетических параметров гидратообразования пропана.

Кинетические параметры

Условия эксперимента

t=2.0 0C

вода, ранее неподвергнутая газогидратообразова-нию

t=3.10C

вода, ранее неподвергнутая  газогидратообразованию

t=4.10C

вода, ранее подвергнутая газогидратообразованию

0.65

0.703

0.62  0,06

3.11

3.10

6.520.07

18.8

19.6

17.6

85.2

85.2

184.8

,10-9м

5.2

1.2

1.3

1.1

5.7

5.6

11.9

Относительная погрешность в определении характерной скорости диффузии определяется погрешностью измерения экспериментальной величины и, как видно из таблицы, не превышает 10%. Полученное нами значение D коэффициента диффузии газа в газогидрат носит оценочный характер, т.к. величина - средняя длина диффузионного пробега в формуле (5) рассчитывалась  для идеальной  кристаллической структуры  газогидрата и только для адсорбционного слоя.

Сопоставляя полученный нами порядок величины D с известными в литературе теоретическими оценками для метана (D10-14 м2/c), можно утверждать об удовлетворительности предложенной нами методики расчета коэффициента диффузии газа в газогидрат и приемлимом качестве экспериментов.

В четвертой главе приведены результаты  исследования кинетики роста гидратообразования в дисперсной воде (каплях воды, ледяных частичках и в каплях воды водонефтяной эмульсии).

В начале главы приведены результаты исследования кинетики гидратообразования в ледяных частицах. Проведены расчеты степени преобразования ледяной частицы в гидрат по известной формуле:

       (8)

Где ,    ( толщина слоя льда, преобразующегося в процессе покрытия в гидратную пленку; - степень покрытия поверхности льда гидратом; - начальный радиус гранулы льда; - скорость протекания реакции; - мольная доля льда преобразовавшегося в гидрат). Результаты расчета представлены на рис. 4.

Рис 4. Зависимость доли образования газогидрата пропан-бутановой смеси от времени t.

Как один из результатов данной работы было сформулировано техническое предложение – опытно промышленная установка, позволяющая получить частицы льда микронных размеров. В основу принципа функционирования установки легли результаты анализа  теоретических и экспериментальных исследований кинетики роста газогидрата из ледяных частиц.

Расчет зависимости массовой доли преобразования льда в газогидрат от времени при различных начальных радиусах частиц льда, показал, что для существенного увеличения скорости роста газогидрата, необходимо использовать частицы льда микронного размера, что сопряжено с рядом практических трудностей. Замерзание капель микронных размеров происходит при температурах  порядка -500С.

Рис.5. Принципиальная схема установки на трубке Ранка-Хилша.

Условные обозначения: К1, К2, К3, - компрессоры; КХ - концевой холодильник; ОЖ - отделитель жидкости; ОУ - осушительное устройство; Т1, Т2, Т3 - рекуперативные теплообменники; ВТ - вихревая труба; БФ - блок форсунок; КГ - камера гидратации; БГ - расширительный болон с газом.

Принципиально важным новационным решением в этой схеме является применение трубки Ранка-Хилша, позволяющей создать отрицательные температуры до -600С в потоке газа, что необходимо для замерзания капель микронных размеров, и позволяет увеличить скорость гидратообразования за счет отклонения от равновесной температуры.

Далее в главе даны результаты исследования кинетики роста газогидрата в воднонефтяой эмульсии с различным содержанием воды.

На рис.6 представлены кривые скорости роста , полученные при обработке экспериментальных данных.

Рис 6. Зависимость скорости роста газогидрата от величины пересыщения для воды и эмульсии с различным содержанием нефти.

В таблице 2 представлены результаты расчета кинетического коэффициента роста , с различным содержанием воды, полученные при обработке экспериментальных данных. Для учета вклада в кинетический коэффициент  величины падения давления за счет растворимости газа в нефти нами были проведены специальные измерения зависимости давления газа в реакторе над нефтью от времени при тех же термобарических условиях.

В экспериментально полученном кинетическом коэффициенте вклад растворимости был учтен как аддитивная поправка:

(9)

где - кинетические коэффициенты, полученные в экспериментах с водонефтяной эмульсией и нефтью, соответственно, - кинетический коэффициент только за счет гидратообразования, - объемное содержание воды в эмульсии (в долях единицы).

Таблица 2. Значения кинетических коэффициентов роста газогидрата  для воды и  эмульсии с различным содержанием водосодержанием.

, %

100

75

50

25

0

1 /час

26,9

15,6

12,6

7,7

2,5

26,9

15,0

11,4

5,8

0,0

После нескольких циклов подкачки газа в реактор и повышения давления в области положительных температур, а затем при охлаждении газа до -100С был обнаружен эффект вытеснения газогидрата из эмульсии.

На фотографии 7б видна  белая «шапка» выделившегося  из эмульсии газогидрата. После отделения газогидрата и выдерживания оставшейся в кювете нефти при атмосферном давлении и комнатной температуре в течение часа до полной диссоциации оставшегося в эмульсии газогидрата и выделения газа из нефти, теплохимическим методом определялось объемное содержание оставшейся в нефти воды. При данном термобарическом режиме объемное содержание составляло менее  15% (при начальным содержанием воды - 75%).

а)

б)

Рис 7. Фотографии газогидрата с объемным содержанием воды 75%, иллюстрирующие эффект вытеснения воды в газогидратной форме.

Обнаруженный нами эффект вытеснения воды объясняется,  по-видимому, тем, что при  быстром снижении температуры, газ в реакторе при давлении 4 атм. достигает температуры кипения пропана. Происходит  выделение газа из эмульсии. Газ захватывает молекулы воды, перенося их к поверхности, при этом, происходит интенсивный рост газогидрата на поверхности эмульсии и стенках реактора.

Обнаруженный нами эффект можно использовать как элемент новой газогидратной технологии, позволяющей провести предварительную деэмульгацию нефти и одновременно утилизировать попутный нефтяной газ, путем его газогидратации. Учитывая также малый индукционный период образования газогидрата в эмульсии, применение такой «двойной» технологии увеличит экономическую рентабельность данного способа утилизации нефтяного газа.

Основные РЕЗУЛЬТАТЫ И выводы

  1. Создан экспериментальный стенд и система измерений параметров кинетики роста/диссоциации газовых гидратов. Разработан метод исследования, основанный на расчете кинетических коэффициентов по экспериментально измеренному циклическому падению давления в ячейке реактора гидратообразования.
  2. Установлена зависимость кинетических коэфициентов от степени пересыщения, описывающиеся кусочно-линейными функциями от степени пересыщения. Показано, что кинетические коэффициенты роста газогидрата на основе пропан-бутановой смеси в объемной фазе воды в области положительных температур при больших пересыщениях более, чем в 4 раза превышают таковые при малых пересыщениях.
  3. Впервые на основе полученных  экспериментальных результатов и известных данных о  кристаллической структуре газогидрата предложен метод определения коэффициента диффузии газа в газогидрат. Установлено, что полученные значения коэффициента диффузии совпадает по порядку величины с теоретическими оценками.
  4. На основе экспериментально полученных закономерностей и теоретического анализа предложена опытно-промышленная установка для ускоренного роста газогидратов ил ледяных частиц.
  5. Впервые исследована кинетика роста газогидрата в водонефтяной эмульсии с различным объемным содержанием воды. Установлено: индукционный период образования газогидрата в эмульсии составляет несколько часов, тогда как в объемной воде – несколько суток; кинетический коэффициент роста газогидрата в эмульсии увеличивается с увеличением содержания воды.
  6. Обнаружен ранее неизвестный эффект вытеснения газогидрата из водонефтяной эмульсии, который может составить основу технологии превращения попутного нефтяного газа в газогидрат и провести предварительную деэмульгацию нефти.

Список опубликованных работ по теме диссертации

научные статьи в журналах, входящих в перечень, рекомендованных вак

  1. Шабаров А.Б., Ширшова А.В., Данько М.Ю. Экспериментальное исследование газогидратообразования пропан-бутановой смеси. // Вестник ТюмГУ. 2009. №6. С 73-82.
  2. Власов В.А., Заводовский А.Г.и др. Гидратообразование при термоциклировании образцов дисперсного льда по данным метода ядерного магнитного резонанса// Вестник ТюмГУ 2011  №7.  С 73-81.
  3. Шабаров А.Б., Данько М.Ю., Ширшова А.В. Проектирование установки ускоренного роста газогидрата из ледяных частиц микронного размера в потоке газа// Вестник ТюмГУ. 2011. № 7. С 46-51.
  4. Данько М.Ю. Ширшова А.В.  Рост и диссоциация газогидратов в водонефтяных эмульсиях Известия вузов. Сер. Нефть и газ. 2011. №5.
    С 95-101.

Другие публикации

  1. Шабаров А.Б., Ширшова А.В., Данько М.Ю. Ермолаев А.С. Экспериментальная установка для получения и исследования газогидратов // Межотраслевой научно-методологический семинар  «Теплофизика, гидродинамика, теплотехника». Сб. статей. Вып.5.Тюмень. ТюмГУ. 2009. С 181-190.
  2. Данько М.Ю. Разделение водонефтяной эмульсии методом гидратирования для последующей транспортировки попутного нефтяного газа. // Сборник трудов Международной научно-практической конференции «Рациональное использование попутного нефтяного газа. Энергоэффективность в топливно-энергетическом комплексе». Г.Салехард. 2011. С 54.
 





© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.