Intensification of hydrate formation by microbubbles

Abstract

Іndustrial synthesis of gas hydrates is a promising area for storage, transportation and utilisation of natural gas. The aim of this work is to evaluate the factors that affect the efficiency of gas hydrate synthesis, in particular, the influence of gas microbubble generation. To achieve the goal, the following tasks were solved: the experimental unit was developed and assembled; the experimental research methodology was proposed; experimental data were obtained and their statistical analysis was performed; a mathematical model of hydrodynamic and heat and mass-exchange processes in the nozzle was developed; оn the basis of the mathematical model, a calculation program was created which allows analyzing the nozzle operation in different thermobaric conditions under different hydrodynamic regimes. The most important are the results of experiments, which allowed us to determine the factors that have the greatest influence on the intensification of propane hydrate synthesis: the presence of gas microbubbles, liquid temperature, gas temperature, gas pressure in the reactor and others. The influence of individual factors and the presence of gas mixture microbubbles on the intensity of mass transfer processes of hydrate formation in the reactor was determined. The influence of nozzle design features on the efficiency of hydrate formation was analyzed. The significance of the obtained results is to expand knowledge about the influence of various factors on the intensification of gas hydrate synthesis. The research results can be used for designing industrial plants for gas hydrate synthesis.

Sinteza industrială a hidraților de gaz este un domeniu promițător pentru stocarea, transportul și utilizarea gazelor naturale. Scopul acestei lucrări este de a evalua factorii care afectează eficiența sintezei hidratului de gaz, în special influența generării de microbule de gaz. Pentru atingerea scopului, au fost rezolvate următoarele sarcini: a fost elaborată și asamblată unitatea experimentală; a fost propusă metodologia cercetării experimentale; s-au obţinut date experimentale şi s-a efectuat analiza statistică a acestora; a fost elaborat un model matematic al proceselor hidrodinamice, de schimb de căldură și masă în duză. Pe baza modelului matematic a fost creat un program de calcul care permite analiza funcționării duzei în diferite condiții termobarice în diferite regimuri hidrodinamice. Cele mai importante sunt rezultatele experimentelor, care ne-au permis să determinăm factorii care au cea mai mare influență asupra intensificării sintezei hidratului de propan: prezența microbulelor de gaz, temperatura lichidului, temperatura gazului, presiunea gazului în reactor și altele. S-a determinat influența factorilor individuali și prezența microbulelor de amestec de gaze asupra intensității proceselor de transfer de masă de formare a hidraților în reactor. A fost analizată influența caracteristicilor de proiectare a duzei asupra eficienței formării hidraților. Semnificația rezultatelor obținute este extinderea cunoștințelor despre influența diferiților factori asupra intensificării sintezei hidratului de gaz. Rezultatele cercetării pot fi utilizate pentru proiectarea instalațiilor industriale pentru sinteza hidraților de gaz.

Промышленный синтез газовых гидратов является перспективным направлением для хранения, транспортирования и использования природного газа. Целью работы является оценка факторов, которые влияют на эффективность синтеза газовых гидратов, в частности, влияния генерации микропузырьков газа. Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи: разработана и собрана опытная установка; предложена методика экспериментальных исследований; получены экспериментальные данные и выполнен их статистический анализ; разработана математическая модель гидродинамических и тепломасообменных процесов в насадке; на основании математической модели составлена расчетная программа, позволяющая анализировать работу насадки в разных термобарических условиях при различных гидродинамических режимах. Наиболее важными являются результаты экспериментов, что позволило определить факторы, имеющие наибольшее влияние на интенсификацию синтеза гидрата пропана: наличие микропузырьков газа, температура жидкости, температура газа, давление газа в реакторе и другие. Выявлен характер влияния отдельных факторов и наличия микропузырьков газовой смеси на интенсивность массобменных процессов гидратообразования в реакторе. Проанализировано влияние конструктивных особенностей форсунки на эффективность гидратообразования. Значимость полученных результатов состоит в расширении знаний о влиянии различных факторов на интенсификацию синтеза газовых гидратов. Результаты исследований могут использоваться для проектирования промышленных установок синтеза газовых гидратов. Ключевые слова: газовые гидраты, экспериментальная установка, микропузырьки, тепломассообменные процессы, математическая модель, насадка.