Разработка способов получения и тестирования систем, позволяющих осуществлять синтез гидратов с максимальной скоростью и степенью превращения воды в гидрат для реализации газогидратных технологий транспорта и хранения природных газов,а также утилизации и захоронения парниковых газов.

Объектом исследований проекта являются гидраты природных газов, полученных в лабораторных условиях в реакторах высокого давления из объемных и дисперсных систем. Экспериментальные системы, из которых формировались гидраты природного газа, включали в себя воду и/или водные растворы лецитина растительного происхождения с наличием и без солей, а также порошковые гидрогелевые системы и дисперсные системы по типу «сухая вода», приготовленные с помощью промотирующих добавок. В работе осуществлялось исследование кинетики процессов образования, диссоциации и консервации гидратов природных газов в рассматриваемых системах, как основных процессов, понимание которых важно для разработки газогидратных технологий хранения, транспортировки и утилизации газа в твердом гидратном состоянии. Так же одной из частей работы является теоретическая работа, направленная на разработку диффузионно-кинетической модели растворения газа в неподвижном слое жидкости, которая учитывает внутреннюю кинетику процесса растворения газа в жидкости. Цель исследований – поиск и тестирование новых систем и веществ, оказывающих влияние на увеличение скорости роста гидрата природного газа и оценка скорости диссоциации гидратов природных газов, полученных в исследуемых системах, для оценки возможности реализации само консервации гидрата. 1. Использование минерализованной воды может приводить с одной стороны к снижению промотирующего действия растворов с концентрацией соевого лецитина 0,5 мас.% так и с другой стороны к увеличению начальной скорости роста гидрата метана в соленых растворах соевого лецитина с концентрацией 0,5 мас.%. Увеличение начальной скорости гидратообразования метана может объясняться влиянием растворенных ионов солей в растворе соевого лецитина, что приводит к увеличению центров нуклеации на начальном этапе гидратообразования. 2. Изучен эффект самоконсервации гидрата метана, образованного из раствора соевого лецитина с концентрацией 0,5 мас.%. Установлено, что с понижением температуры, снижается как скорость, так и степень диссоциации гидрата метана, следовательно, повышается эффективность самоконсервации. За 22 ч диссоциации гидрата метана при температурах от 263 до 265,5 К степень диссоциации не превышала 26 %, в тоже время при 268 К за 22 часа гидрат метана диссоциировал практически полностью. 3. Установлено, что применение водных растворов ПАВ, таких как соевый лецитин (0,25 мас.%) и додецилсульфат натрия (0,1 мас.%), в качестве компонентов насыщения гидрогелевых частиц позволяют достигнуть максимальные степени конверсии воды в гидрат за 15 ч в 78-82 % в порошковых гидрогелевых системах, стабилизированных гидрофобизированным кремнеземом. Обнаружено, что в системе с добавкой соевого лецитина 0,25 мас.% степень конверсии в 50 % достигалась за 59 минут, что было наилучшим результатом среди рассматриваемых систем. При этом порошковые гидрогелевые системы, стабилизированные кремнеземом, остаются стабильными (сохраняют степень конверсии воды в гидрат) после проведения 4-х циклов образования/диссоциации гидрата метана. Также, в ходе проведения серии экспериментов было установлено, что для порошковых гидрогелевых систем характерно наличие индукционного времени гидратообразования в диапазоне от 60 до 300 минут. 4. Использование «сухой воды» в качестве гидратообразующей системы позволило увеличить конечное значение степени конверсии воды в гидрат углекислого газа примерно в 7 раз по сравнению с объемной водой, при этом «сухая вода» не оказывает влияние на кривую фазового равновесия гидрата углекислого газа. Подтверждено, что гидрат углекислого газа, полученный в «сухой воде», способен к самоконсервации при температуре 268,15 К при использовании гидрофобных наночастиц AEROSIL R812S. Кроме того, выявлено, что добавка соевого лецитина, не смотря на высокую эффективность в качестве промотора гидратообразования метана, при использовании в качестве добавки гидратообразования углекислого газа в «сухой воде» не оказывала дополнительного эффекта. 5. Разработана диффузионно-кинетическая модель растворения газа в неподвижном слое жидкости. В данной модели впервые учтена внутренняя кинетика процесса растворения газа в жидкости. Проведены эксперименты, в которых изучалась кинетика растворения метана в неподвижном слое воды при различных температурах. Из сравнения расчетных и экспериментальных данных определены значения коэффициента диффузии метана в воде. На основе наших и известных экспериментальных данных получено новое эмпирическое уравнение для коэффициента диффузии метана в воде в диапазоне температур от 273 до 323,15 К. 6. Разработана принципиальная модель экспериментальной установки по исследованию кинетики образования и диссоциации газовых гидратов объемом 20 л, позволяющей произвести отработку режимов получения гидратов природного газа в присутствии провоцирующих добавок с использованием дополнительных методов интенсификации гидратообразования, таких как барботирование и использование устройств подачи воды в дисперсном состоянии. Также, разработана методика отработки тестирования режимов получения гидрата метана в присутствии промотирующих добавок. Поставленные задачи полностью решены. Результаты, полученные в рамках текущей работы, могут применяться при разработке газогидратных технологий транспортировки и хранения газа на этапе разработки принципиальной технологической схемы, оценки экономической рентабельности этапов получения газогидратов, хранения природного газ в твердом гидратном состоянии в том числе в консервированном состоянии, транспортировки, а также моделирования процесса получения гидрата природного газа.