Экспериментальное и теоретическое исследование фазовых равновесий и превращений в гидратообразующих системах. Этап 2 промежуточный

Проект направлен на разработку новых перспективных способов промышленного синтеза газогидратов с целью создания новых технологий транспортировки и хранения природного газа, а также технологий утилизации углекислого газа. В проекте проводилось молекулярно-динамическое моделирование устойчивости нанокластера гидрата метана в атмосфере N2 для изучения динамических характеристик процесса разрушения гидрата и установления структуры поверхностного слоя наноразмерных частиц гидрата.Также было проведено моделирование эффекта самоконсервации в системе лёд Ih - гидрат азота (N2) КС II методами молекулярной и решёточной динамики с целью исследовать физико-химические свойства слоя на границе лёд Ih - гидрат азота (N2) КС II вблизи области термодинамической стабильности льда Ih, но за пределами стабильности гидрата азота (N2) КС II. В ходе выполнения проекта проводилось исследование влияния молекулы газа (диазота) на решетку гидрата КС II. Проведен расчёт свойств гидрата (диазота) таких как тепловое расширение, плотность фононных состояний.Методами МД получена зависимость углового распределения O-O-O-углов от среднего угла в системе фаза льда Ih—фаза гидрата N2 КС-II. Распределение рассчитано для трёх фаз:1. В фазе переходного слоя лёд Ih—гидрат N2 КС-II; 2. в фазе гидрата N2 КС-II; 3. В фазе льда Ih.Построены профили локального и среднего давлений в системе фаза льда Ih-фаза гидрата N2 КС-II для радиальной и тангенциальной части в отдельности. Профили получены для трёх фаз.Получена зависимость объема ячейки гидрата N2 КС-II от температуры, проведено сравнение теплового расширения гидрата N2 КС-II (его расчетного значения) и льда Ih.Расчетными методами получены кривые радиального распределения плотностей фаз воды и газов (CH4, N2) в модельной системе, состоящей из нанокластеров гидрата метана двух модификаций (КС-I и КС-II) в окружении газовой фазы, состоящей из молекул диазота.Построены кривые распределения состава CH4, N2 в фазе гидрата от состава газовой фазы и термобарических условий в модельной системе, состоящей из нанокластеров гидрата метана двух модификаций (КС-I и КС-II), в окружении газовой фазы, состоящей из молекул диазота. Показано, что в диапазоне температуры 250-270 K и давлении до 15.9 МПа существует эффект самоконсервации гидрата диазота.Были проведены экспериментальные исследования по определению оптимальных параметров процесса на основе изучения кинетики гидратообразования в самоорганизующемся методе кипения-конденсации гидратообразующего газа в объеме воды. Определены области в объеме рабочего участка, в которых происходит сжижение газа, кипение газа и гидратообразование на поверхности пузырька. Показано влияние температуры воды на рабочем участке на процесс гидратообразования. Выявлена оптимальная температура воды, которая составила 3 оС.Предложена математическая модель синтеза газогидрата, рассмотрен случай синтеза газогидрата фреона 134а. Рассмотрено одномерное уравнение теплопроводности на поверхности пузырька газа с условием Стефана, описывающим процесс гидратообразования на поверхности пузырька. Проведены численные расчеты для разных начальных условий. Показано, что эффективность гидратообразования на пузырьке регулируется сочетанием факторов: разностью температур газа внутри пузырька и окружающей воды, а также толщиной гидратной корки. Чем больше градиент температуры, тем быстрее идет процесс гидратообразования, который всё равно замедляется с утолщением гидратной корки. Результаты, полученные в ходе выполнения работ по проекту представлены на Российских и Международных конференциях и опубликованы в международных журналах.