Исследование миграции метановых пузырьков с учетом гидратообразования
Газовые гидраты как альтернативный источник энергии. Образование гидратной корки на метановых пузырьках. Миграция метановых пузырьков внутри устройства, предназначенного для транспортировки газогидратов. Интенсивность образования гидратного пузырька.
| Рубрика | Химия |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 21.06.2018 |
| Размер файла | 194,3 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Исследование миграции метановых пузырьков с учетом гидратообразования
Кильдибаева С.Р.
Аспирант, Стерлитамакский филиал Башкирского государственного университета
Аннотация
Газовые гидраты рассматриваются в качестве альтернативного источника энергии многими специалистами в области природопользования и энергетики. Компактность газогидратов, вмещающих большие объемы газа, особенно полезна при транспортировке и хранении газа. Учеными выявлено, что со дна всего Мирового океана в толще воды поднимаются газовые пузырьки. В работе рассматривается миграция метановых пузырьков внутри устройства, предназначенного для накопления и дальнейшей транспортировки газогидратов. При образовании гидратной корки на метановых пузырьках примем, что кинетика гидратообразования лимитируется теплоотводом.
Ключевые слова: газогидраты, гидратная частица, добыча газогидратов, накопление гидратов в куполе.
Abstract
Gas hydrates are considered as an alternative source of energy and a lot of specialists in the area of environment and energy. Compactness of gas hydrates contain more gas volumes, particularly useful during transportation and storage of gas. Scientists found that from the bottom of the ocean in the water column rising gas bubbles. In the paper the migration of methane bubbles inside the device intended for accumulation and further transportation of gas hydrates. In the formation of hydrated peel methane bubbles will accept that the kinetics of hydrate formation is limited by the heat sink.
Keywords: gas hydrates, hydrate particles, extraction of gas hydrates, hydrates accumulation in the dome
Исследования Мирового океана [5, 6], свидетельствуют о непрерывных выбросах пузырьков метана. Особый интерес для исследователей представляет процесс покрытия газовых пузырьков гидратной коркой, образование которой характерно для всплытия метановых пузырьков. Процесс гидратообразования связан с термобарическими условиями характерными для дна Мирового океана. Единичный объем газового гидрата, содержащий в 160 м3 раз больше газа, чем в свободном состоянии [1], позволяет рассматривать гидрат как один из наиболее перспективных источников углеводородного сырья.
Схема процесса накопления гидратных частиц внутри купола представлена на рис. 1. Согласно предлагаемой схеме на дне водоема имеется источник метановых пузырьков с известным массовым расходом Mg и купол цилиндрической формы, зафиксированный на некоторой высоте . Верхняя крышка купола закрыта, нижняя открыта. Таким образом, внутри купола могут проникать и накапливаться пузырьки метана.
Будем полагать, что нижнее основание купола зафиксировано на такой высоте h, что температура окружающей воды Tl ниже равновесной температуры гидратообразования Ts:
Предположим, что пока температура воды внутри купола не превышает температуру гидратообразования согласно (1), пузырьки газа покрываются газогидратной коркой. Пусть n - число пузырьков в единице объёма. Считаем, что пузырьки не слипаются и не деформируются. Пусть w - скорость миграции гидратной частицы, ?l - скорость воды, покидающей купол, ?gh = w -?l - скорость поднятия частиц внутри купола.
метановый пузырек газовый гидрат
Рис. 1 - Схема процесса всплытия метановых пузырьков в куполе-сепараторе. H и R - высота и радиус основания купола, белыми кругляшками обозначены пузырьки газа, серыми - частицы гидрата, белыми и серыми - пузырьки, покрывающиеся гидратной коркой
Уравнения сохранения числа пузырьков, сохранения масс для пузырьков газа и воды [4] запишутся в следующем виде:
здесь и далее индексы l, h, gh - относятся к воде, гидрату и гидратной частице, Jh и Jl - интенсивность i-й фазы, ?- объемное содержание пузырьков; ?0gh - средняя плотность газогидратного пузырька.
Приведенные уравнения необходимо дополнить следующими соотношениями:
где a - радиус газогидратного пузырька.
Уравнения импульсов для газогидратных пузырьков и для жидкости в безынерционном приближении соответственно могут быть записаны в виде [4]:
где f - сила трения между пузырьком и водой.
Запишем уравнение для изменения температуры жидкости, за счет температурного следа пузырьков, возникающего вследствие гидратообразования:
где Tl и cl - температура и теплоемкость воды; Q и q - интенсивности источника тепла из-за гидратообразования, отнесенные на единицу объема и однородного пузырькового включения. Здесь и далее нижние индексы g, l, h относятся к параметрам газа, воды и гидрата.
Жидкость будем считать несжимаемой, а газ калорически совершенным:
Полагаем, что газогидратные пузырьки состоят из газового ядра радиусом ag и гидратной «скорлупы». Тогда для средней плотности ?0gh:
Выражение (11) разрешим относительно плотности газогидратного пузырька, которое будет иметь вид:
Следовательно, средняя плотность ?0gh газогидратного пузырька определяется значениями радиусов газового ядра ag и всего пузырька a, а также текущей плотностью газа ?0g.
В газогидратном пузырьке газ содержится как в свободном состоянии, так и в составе гидрата с массовым содержанием G. Запишем условие постоянства общей массы газа в пузырьке как:
где ag0, ?0g0 -искомые значения радиуса и плотности газа в пузырьке.
Интенсивность образования гидратного пузырька лимитируется интенсивностью отвода тепла от его поверхности жидкостью:
где l - удельная теплота образования гидрата.
В работе рассмотрен теоретические основы процесса всплытия пузырьков метана внутри купола и их превращение в гидратные частицы. При рассмотрении модели было принято, что интенсивность образования гидратного пузырька лимитируется интенсивностью отвода тепла.
Литература
1. Макогон Ю. Ф. Гидраты природных газов. - М.: Недра, 1974. - 285с
2. Математическое моделирование процесса отбора газа из пористой среды, частично насыщенной газовым гидратом // Кильдибаева С.Р.// Фундаментальные исследования. № 11 (часть 6) 2013, стр. 1163-1166.
3. Моделирование купола-сепаратора при разливе нефти в шельфе // Кильдибаева С.Р. // Фундаментальные исследования. 2013. № 10 (часть 5).с. 1045-1050.
4. Нигматулин Р. И. Динамика многофазных сред. Т. 1. - М.: Наука, 1987.- 464 с.
5. Gumerov N.A., Chahine G.L. Dynamics of bubbles in conditions of gas hydrate formation // Fluid Dynamics. 1992. № 5. pp. 664-669.
6. Sautera E.J. et al. Methane discharge from a deep-sea submarine mud volcano into the upper water column by gas hydrate-coated methane bubbles // Earth and Planetary Science Letters. № 243(3-4). pp. 354-365.
Размещено на Allbest.ur
...Подобные документы
Модель динамики ансамбля паровых пузырьков, истечения вскипающих потоков. Расчет сопел с парогенерирующими решетками работающих на перегретой воде. Скачок вскипания. Рост вторичных пузырьков пара на стенке первичного пузыря в перегретой жидкости.
реферат [1,7 M], добавлен 14.11.2008Особенности производства и способы хранения водорода, методы его доставки водорода. Электролизные генераторы водорода для производства, преимущества их использования. Состав электролизного блока HySTAT-A. Водород как безопасная альтернатива бензину.
презентация [2,9 M], добавлен 29.09.2012Геохимическая классификация химических элементов по Гольдшмидту: сидерофильные, халькофильные, литофильные и атмофильные. Внешние и внутренние факторы миграции химических элементов. Природные и техногенные геохимические барьеры и их разновидности.
контрольная работа [379,7 K], добавлен 28.01.2011Закономерности образования и роста покрытий, формируемых из газовой фазы, закономерности роста вакуумных покрытий. Адсорбция и образование зародышей конденсированной фазы. Взаимодействие частиц конденсированной фазы, их срастание (коалесценция).
реферат [96,4 K], добавлен 21.01.2011Обобщение данных по образованию NO, NO2 в тепловых агрегатах. Особенности образования азота в процессах производства стали, извести, огнеупорных материалов и стекла. Разработка лабораторных установок для исследования закономерности образования NO, NO2.
дипломная работа [1,5 M], добавлен 18.10.2011Углеводы - гидраты углерода. Простейшие углеводы называют моносахаридами, а при гидролизе которых образуются две молекулы моносахаридов, называют дисахаридами. Распространенным моносахаридом является D-глюкоза. Превращение углеводов - эпимеризацией.
реферат [90,0 K], добавлен 03.02.2009Основные состояния природного газа, залегающего в земных недрах и в виде газогидратов в океанах и зонах вечной мерзлоты материков. Химический состав и физические свойства природного газа, его месторождения и добыча. Утилизация попутного нефтяного газа.
презентация [109,0 K], добавлен 08.03.2011Химическое производство как химико-технологическая система, систематизация его частей. Классификация элементов данной системы по различным признакам, их типы и направления. Формы связей внутри системы и закономерности преобразования потоков энергии.
реферат [858,7 K], добавлен 09.03.2011Классификация и представители АИЭ. Использование биомассы в качестве биотоплива. Биодизель. Биогаз. Биоэтанол, как топливо и добавка к нему. Использование LPG, учитывая огромные запасы газа в нашей стране, крайне актуально.
курсовая работа [36,9 K], добавлен 12.05.2007Основные источники энергии в современном мире. Характеристика исходного сырья, вспомогательных материалов и готовой продукции. Техническая характеристика основного технологического оборудования. Висбрекинг как особая разновидность термического крекинга.
курсовая работа [142,2 K], добавлен 26.07.2009Исследование формальной кинетики процесса пиролиза углеводородов. Метод полуревращения как интегральный метод определения частного порядка реакции. Определение энергии активации. Уравнение Аррениуса. Определение порядка реакции интегральным методом.
лабораторная работа [1,5 M], добавлен 09.05.2014Общая формула углеводов, их первостепенное биохимическое значение, распространенность в природе и роль в жизни человека. Виды углеводов по химической структуре: простые и сложные (моно- и полисахариды). Произведение синтеза углеводов из формальдегида.
контрольная работа [602,6 K], добавлен 24.01.2011Описание принципа действия гальванического элемента как устройства превращения энергии химической реакции в электрическую энергию. Электродный потенциал растворов и электрохимический ряд напряжения металлов. Электролиз растворов, аккумуляторы и батареи.
презентация [1,1 M], добавлен 16.01.2015Влияние избытка поверхностной энергии на адгезионное взаимодействие наночастиц. Адсорбционный монослой ПАВ. Локальная концентрация и образование островковой наноразмерной структуры. Влияние ПАВ на поверхностные силы и устойчивость лиофобных наносистем.
контрольная работа [284,0 K], добавлен 17.02.2011Характеристика способов регенерации угля. Сферы и задачи использования углеродных сорбентов при очистке воздуха и газов. Теоретические аспекты кинетики адсорбции. Современное состояние и перспективы использования СВЧ-энергии в технологических процессах.
курсовая работа [381,8 K], добавлен 24.05.2015Полный гидролиз белков. Синтез сложных органических молекул. Определение пути синтеза 2,2-диэтоксииндандиона-1,3 с помощью ретросинтетического анализа. Комбинация синтонов с учетом соответствующих им реагентов. Реакция образования пятичленного цикла.
курсовая работа [654,7 K], добавлен 14.12.2010Понятие термохимии как области химической науки, изучающей тепловые эффекты реакций. Формы существования энергии. Параметры состояния системы, ее функции и внутренняя энергия. Измерение теплоты реакции. Стандартная энтальпия образования вещества.
презентация [198,1 K], добавлен 22.04.2013Нитратокомплексы рутения, выделенные в виде кристаллических фаз. Синтез исходных рутенийсодержащих соединений и исследование их превращений. Поведение [RuNO(NO2)4OH]2- в азотнокислых растворах. Исследование нитратсодержащих комплексов нитрозорутения.
дипломная работа [780,5 K], добавлен 06.09.2012Изучение понятия, видов и способов образования кристаллов - твердых тел, в которых атомы расположены закономерно, образуя трехмерно-периодическую пространственную укладку - кристаллическую решетку. Образование кристаллов из расплава, раствора, пара.
презентация [6,3 M], добавлен 08.04.2012Энтальпия - термодинамическая функция состояния и сумма внутренней энергии и работы против внешних сил. Энтальпия образования сложного вещества. Определение энтальпии реакции нейтрализации. Описание эксперимента, вычисление относительной ошибки измерения.
лабораторная работа [73,7 K], добавлен 18.05.2012
