بررسی آزمایشگاهی تشکیل هیدرات متان در حضور سیال دو فازی آب- هیدروکربن

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

پژوهشکده توسعه فناوری‌های شیمیایی پلیمری و پتروشیمیایی، پژوهشگاه صنعت نفت، تهران، ایران

10.22078/pr.2019.3845.2758

چکیده

حضور فاز هیدروکربنی در مطالعات موردی بررسی ریسک تشکیل هیدرات امری بسیار محتمل است. سینتیک تشکیل هیدرات می‌تواند متأثر از حضور فاز هیدروکربنی در نتیجه اعمال مقاومت‌های انتقال جرم و حرارت باشد. در این کار علمی بنیادی، اثر حضور سیال هیدروکربنی بر مراحل هسته‌زایی و رشد در تشکیل هیدرات گازی متان بررسی شد. بدین منظور، آزمون‌ها در دو نرخ سردسازی و نسبت حجمی فاز هیدروکربن به آب متفاوت انجام و پارامترهایی نظیر زمان و دمای القا، میزان درصد تبدیل آب به هیدرات و زمان متوقف شدن رشد بلورهای هیدرات اندازه‌گیری و یا محاسبه شد. مشاهده شد که حضور فاز هیدروکربنی بدون توجه به نرخ سردسازی سبب کاهش زمان و دمای القا و به‌عبارتی، کاهش زمان مرحله هسته‌زایی می‌شود. حضور فاز هیدروکربنی بر میزان درصد تبدیل آب به هیدرات و بر مدت زمان رشد بلورهای هیدرات نیز اثر معنادار داشت. به‌طور کلی در نتیجه پراکندگی قطرات آب در فاز هیدروکربنی و افزایش سطح مرزی فاز آب و تشکیل لایه هیدرات به دور قطرات، میزان درصد تبدیل آب به هیدرات و مدت زمان رشد بلورهای هیدرات کاهش یافت. از طرفی دیگر، با افزایش نسبت میزان فاز هیدروکربنی به آب، پیشرفت سینتیک تشکیل هیدرات و میزان تبدیل آب به هیدرات محدودتر شد.
 

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Experimental Investigation of Methane Hydrate Formation in the Presence of Two-Phase Aqueous-Hydrocarbon Fluid

نویسندگان [English]

  • Mahboobeh Mohammad-Taheri
  • Zahra Taheri Rizi
  • Mohammad Hosein Mollazeinali
Chemical Polymeric and Petrochemical Technology Development Research Division, Research Institute of Petroleum Industry (RIPI), Tehran, Iran
چکیده [English]

It is probable to take into account the presence of liquid hydrocarbon in case studies related to hydrate formation risk. Hydrate formation kinetic may be influenced by liquid hydrocarbon in result of mass and heat transfer resistance of phases. In this fundamental research, the effect of liquid hydrocarbon presence on nucleation and growth  steps of methane hydrate formation has been investigated. For this purpose, the experiments have been carried out considering two different cooling rates and volume ratios of liquid hrydrocarbon to water, and then parameters like induction time, induction temperature, percent conversion of water to hydrate and growth  time of hydrate completion have been measured and/or calculated. Regardless of different cooling rate, it is observed that the presence of liquid hydrocarbon has lowered induction time and induction temperature, that is moderating the nucleation step. Moreover, the presence of liquid hydrocarbon has shown a significant effect on the percent conversion of water to hydrate and the growth  time of hydrate completion. Generally, dispersion of water droplet through liquid hydrocarbon has increased water interface followed by a layered hydrate formation mechanism around the water droplets, this led to a decrease in percent conversion of water to hydrate and the growth  time of hydrate completion in comparison with blank experiments. Finally, hydrate formation kinetic and water to hydrate conversion have been more limited by increasing the volume ratios of liquid hydrocarbon to water.
 

کلیدواژه‌ها [English]

  • Methane Hydrate
  • Induction Time
  • hydrate formation kinetic
  • liquid hydrocarbon phase
  • cooling rate

[1]. Sloan E. D. and Koh C. A., “Clathrate hydrates of natural gases,” 3rd ed., CRC Press, pp. 1-703, 2007. ##

[2]. Sloan E. D., Koh C. A. and Sum A., “Natural gas hydrates in flow assurance, 1st  ed., Gulf Professional Publishing, pp. 1-193, 2010. ##

[3]. Yin Z., Khurana M., Tan HR. K. and Linga P., “A review of gas hydrate growth kinetic models, Chemical Engineering Journal, Vol. 342, pp. 9-29, 2018. ##

[4]. Nashed O., Partoon B., Lal B., Sabil K. M. and Shariff A. M., “Review the impact of nanoparticles on the thermodynamics and kinetics of gas hydrate formation, Journal of Natural Gas Science and Engineering, Journal of Natural Gas Science and Engineering, Vol. 55, pp. 452-465, 2018. ##

[5]. Seif M., Kamran-Pirzaman A. and Mohammadi A. H. R ., “Phase equilibria of clathrate hydrates in CO2/CHR 4+ (1-propanol/2-propanol)+ water systems: Experimental measurements and thr ermodynamic modeling”, The Journal of Chemical Thermodynamics, Vol. 118, pp. 58-66, 2018. ##

[6]. Chaturvedi E., Patidar K., Srungavarapu M., Laik S. and Mandal A., “Thermodynamics and kinetics of meth ane hydrate formation and dissociation in presence of calcium carbonate,” Advanced Powder Technology, Vol. 29, Issue 4, pp. 1025-1034, 2018. ##

[7]. Khan M. S., Lal B., Shariff A. M. and Mukhtar H. R., “Ammonium hydroxide ILs as dual-functional gas hydrate inhibitors for binary mixed gas (carbon dioxide and methane) hydrates,” Journal of Molecular Liquids, Vol. 274, pp. 33-44, 2019. ##

[8]. Yu Y., Xu C. and Li X., “Crystal morphology-based kinetic study of carbon dioxide-hydrogen-tetra-n-butyl ammonium bromide hydrates formation in a static system, Energy, Vol. 140, pp. 546-553, 2018. ##

[9]. Ke W. and Svartaas T. M., “The effect of molar liquid water-gas ratio on methane Hydrate formation, 7th International Conference on Gas Hydrates (ICGH 7), Edinburgh, Scotland, United Kingdom, July 12-21, 2011. ##

[10]. Ke W. and Svartaas T. M., “Effect of stirring and cooling on methane Hydrate formation in a highr-pressure isochoric cell, 7th International Conference on Gas Hydrates (ICGH 7), Edinburgh, Scotland, United Kingdom, July 12-21, 2011. ##

[11] Jiang G., Wu Q. and Zhan J., “Effect of cooling rate on methane hydrate formation in media,” Fluid Phase Equilibria, Vol. 298, No. 2, pp. 225-230, 2010. ##

[12]. “HWHYD software,” version 1.1, Heriot-Watt University, Edinburgh, Scotland, United Kingdom, 2006. ##