Семенов М.Е.

Институт проблем нефти и газа СО РАН, г. Якутск

Особенности статического способа получения гидратов газов

В настоящее время разработано большое количество методов синтеза газовых гидратов. Большинство методик получения гидратов в лабораторных условиях основано на интенсивном перемешивании компонентов внутри камер высокого давления различных конфигураций. Это может быть интенсивное перемешивание жидкой фазы при поддержании постоянного давления газа-гидратообразователя над ней, барботирование газа через раствор или впрыскивание жидкой фазы в среду сжатого газа. Как правило, все эти методы требуют значительных затрат энергии и технически сложного аппаратурного оформления процесса получения гидратов [1, 2, 3].

Для получения искусственных гидратов с целью их дальнейшего исследования нами проводится поиск лабораторного способа наработки гидратов на простых автоклавах в статических условиях. Хорошо известно, что для ускорения гетерогенной реакции наработки газовых гидратов и достижения максимального газосодержания получаемых образцов необходимо увеличить площадь контакта реагирующих компонентов, т.е. площадь, на которой происходит реакция гидратообразования. В данной работе, по аналогии с работой [4], мы сделали попытку интенсифицировать процесс гидратообразования путем использования дополнительной металлической поверхности внутри реакционного объема.

Имеются данные, что после разложения гидратов высвободившаяся вода («вторичная» вода) сохраняет кластерную структуру, что способствует образованию гидрата при более высоких, по сравнению с равновесными, температурах. Образование «вторичных» кристаллов гидрата наблюдали авторы работы [5]. Особенность таких кристаллов - их образование в объеме воды, а не на свободной поверхности контакта газ – вода. При этом процесс накопления гидратов более интенсивен, чем при реакции с водой, не прошедшей через гидратообразование. Также ускорение «вторичного» гидратообразования при циклическом оттаивании-промерзании поровой воды наблюдал В.С. Якушев. Так, если вода в породе уже претерпевала фазовые переходы (лед, гидрат), то повторное гидратонакопление происходило значительно быстрее [6]. Основываясь на этих данных, мы попытались использовать для гидратообразования «вторичную» воду, с целью интенсифицировать процесс гидратообразования.

Таким образом, в данной статье представлены новые данные по получению искусственных гидратов метана в статических условиях из дистиллированной и «вторичной» воды, а также с применением внутри реакционной камеры дополнительной металлической поверхности (МК).

В результате проведенных исследований установлено, что морфология получаемых в статических условиях гидратов метана и уровень газонасыщенности получаемых образцов зависят как от типа воды, из которой гидрат синтезируется, так и от наличия/отсутствия внутри аппарата МК.

В результате проведенных исследований показано, что введение в реактор дополнительной поверхности, увеличивающей поверхность контакта «вода-метан» в статических условиях позволяет повысить газосодержание гидрата метана. Так, газонасыщенность гидрата метана, полученного из дистиллированной воды, но в присутствии МК составила 46%, что в 6 раз выше газонасыщенности гидрата метана из дистиллированной воды.

Гидрат метана, полученный из «вторичной» воды в присутствии МК с точки зрения морфологии сильно отличается от предыдущих образцов. Он занимает практически весь объем камеры, гидрат представлен в виде колонии радиально направленных перепутанных игольчатых кристаллов. Газосодержание отобранных в данном случае образцов составляла 93%. Можно отметить, что содержание гидрата метана в образце, полученном из «вторичной» воды в присутствии МК более чем в 13 раз выше, чем у гидрата метана, полученного из дистиллированной воды без использования МК.

Таким образом, для того, чтобы искусственно получить газовые гидраты метана в статических условиях с высокой газонасыщенностью предпочтительно использовать в качестве жидкой фазы «вторичную» воду в сочетании с дополнительной металлической поверхностью внутри камеры синтеза.

Литература

1. Ступин Д.Ю., Маширов Ю.Г., Ким Н.А., Плющев Д.В. Исследование ингибирующего действия продукта прямого окисления метана кислородом воздуха на образование гидрата // Природные и техногенные газовые гидраты: Науч.тр. ООО «ВНИИГАЗ» / -1990. – С. 74-84

2. Пат. РФ № 2415699/С2, 10.05.2010

3. Якушев В.С., Квон В.Г., Герасимов Ю.А., Истомин В.А. Современное состояние газогидратных технологий. М.: ООО «ИРЦ Газпром», 2008. 88 с.

4. Патент №2166348 РФ, Устройство для получения газогидратов/ Мельников В.П., Нестеров А.Н., Феклистов В.В. Бюл.№13 от 10.05.2001.

5. Макогон Ю.Ф., Холдич С., Макогон Т.Ю. Кинетика и морфология вторичных кристаллов газовых гидратов. // Газовая промышленность. Газовые гидраты (спецвыпуск). Изд-во «Газоил пресс», М., 2006. С. 51-54.

6. Якушев В.С. Диссертация на соискание ученой степени доктора геолого-минералогических наук, М.: ООО «Газпром ВНИИГАЗ», 2009г.