Образование гидратов
КУРСОВАЯ РАБОТА
О миграции одиночного пузырька метана и аргона
Выполнил: студент 4 курса
1 группы Иштыганов А.Б
Научный руководитель:
доцент, к.ф. -м.н
Чиглинцева А.С
Бирск – 2015
| СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ..............................................................................................................3 §1. Газовые гидраты.............................................................................................5 1.1. Основные понятия и определения........................................................5 1.2. Условия образования гидратов.............................................................7 1.3. Термобарические условия существования газов-гидратов..............11 1.4. Миграция одиночного пузырька метана в условиях гидратообразования.............................................................................12 1.5. Миграция одиночного пузырька аргона............................................19 §2. Численное решение задачи о миграции одиночного пузырька метана в условиях гидратообразования.......................................................19 2.1. Численные расчеты.................................................................................20 ЗАКЛЮЧЕНИЕ……………………………………………………………….....23 ЛИТЕРАТУРА…………………………………………………………….…......24 ПРИЛОЖЕНИЕ…………………………………………………………….…....26 |
Введение
Ограниченность запасов традиционного топлива вынуждает к поиску и добыче нового вида энергии. Одним из таких являются природные газовые гидраты. Связи с этим на сегодняшний день актуально изучение, добыча и использование газогидратов, особенно метана. Это связано не только с тем, что природные гидраты метана представляют собой практически неисчерпаемый источник энергии и пресной воды, но также являются причиной аварийных ситуаций и экологических катастроф при добыче углеводородного сырья на шельфе и транспорте газа по трубопроводам. Появление газовых пузырьков в воде может быть следствием как природного характера (подводные грязевые вулканы, разломы осадочных пород), так и техногенного (аварии на подводных трубопроводах, буровых установках). Имеющиеся экспериментальные данные показывают возможность образования гидратной корки на поверхности всплывающих пузырьков газа на больших глубинах в области высокого гидростатического давления, которое может приводить к значительному росту времени растворения газа в морской воде при их всплытии. В данной курсовой работе смоделирован процесс образования газогидрата в случае диффузионного переноса газа через гидратную корку.
|
|
|
Цельюданной курсовой работы является моделирование процесса миграции одиночного пузырька метана условиях гидратообразования и смоделировать на языке программирования PackalABC.
На основе цели сформулированы и выполнены следующие задачи:вывести уравнения для изменения радиуса газа в газогидратной частице и радиуса газогидратной частицы, а также скорости всплытия данной частицы; сделать численные расчеты на основе этой модели, установить динамику гидратообразования от зависимости глубины источника газа;
|
|
|
Предметом курсовой работы является математическая модель, определяющая динамику изменения начального количества газа, образования гидратной корки, высоту всплытия газогидратной частицы и ее скорость.
В данной работе для интенсивности гидратообразования примем две предельные схемы. Согласно первой будем полагать, что газогидратная корка является достаточно рыхлой и которая не оказывает диффузионного сопротивления на процесс переноса гидратообразующих компонент (воды или газа через нее). Следовательно, интенсивность образования гидрата определяется лишь способностью окружающей частицу воды отводить тепло, выделившееся за счет гидратообразования. Согласно второй схеме будем считать, что интенсивность гидратообразования лимитируется диффузией воды или метана через гидратную корку.
Образование гидратов
Основные понятия и определения
|
|
|
Определение1. Газовые гидраты (также гидраты природных газов или клатраты) — кристаллические соединения, образующиеся при определённых термобарических условиях из воды и газа [1].
Определение2. Гидрат метана — супрамолекулярное соединение метана с водой, устойчив при низких температурах и повышенных давлениях, наиболее широко распространённый в природе газовый гидрат[2].
Синонимами термина гидраты являются газовые гидраты, метановые гидраты или клатраты (от греческого «каркас»). Основным структурным элементом гидратов является кристаллическая ячейка из молекул воды, внутри которой размещена молекула газа. Ячейки образуют плотную кристаллическую решетку. Структура гидратов подобна структуре льда, но отличается от последней тем, что молекулы газа расположены внутри кристаллических ячеек, а не между ними. Внешне гидраты похожи на лед, хотя увидеть их можно не часто. Однако они ведут себя совсем не так, как лед. Если поднести к ним спичку, они загораются.
Гидраты классифицируются в зависимости от расположения молекул воды в кристаллической решетке и, соответственно, строения решетки. В нефтегазовой промышленности широко встречаются два типа гидратов. Их называют гидратами I и II типа, а иногда структурами I и II. Существует также третий тип гидратов, который называется тип Н (структура Н), однако он встречается намного реже[1,3].
|
|
|
Газовые гидраты относят к группе нетрадиционных источников углеводородов, в которую входят метан из угольных пластов, углеводороды, содержащиеся в битуминозных песчаниках, и черные сланцы.Углеводороды представляют собой особые соединения широко распространенных элементов — водорода и углерода. Эти природные соединения добывают и используют уже тысячи лет: при строительстве дорог и зданий в качестве связующего материала, при строительстве и изготовлении водонепроницаемых корабельных корпусов и корзин, в живописи, для создания мозаичных полотен, для приготовления пищи и освещения. Сначала их добывали из редких выходов на поверхность, а затем из скважин [2-4].
Когда-нибудь, возможно уже в 21 веке, традиционные запасы углеводородов не смогут обеспечивать энергией растущую экономику и население. Тогда их место смогут занять так называемые нетрадиционные запасы углеводородов в виде газовых гидратов.
В нефтегазовой промышленности «гидратами» называют вещества, которые при комнатной температуре обычно находятся в газообразном состоянии. В число таких веществ входят метан, этан, двуокись углерода, сероводород и др. Отсюда возник термин «газовые гидраты», а также одно из широко распространенных заблуждений, связанных с этим видом соединений. Многие ошибочно полагают, что неводные жидкости неспособны к гидратообразованию, однако на самом деле гидраты могут образовываться и другими жидкостями. В качестве примера вещества, которое при комнатных условиях находится в жидком состоянии, но все же образует гидрат, можно назвать дихлордифторметан (фреон-12).
Вода часто сопутствует природному газу. В газоносных пластах всегда присутствует вода. Поэтому добываемый природный газ всегда насыщен водой. Кроме того, в некоторых случаях из скважин вместе с газом добывается пластовая вода. Вода часто используется также в технологических процессах подготовки природного газа. В процессе очистки природного газа от сероводорода двуокиси углерода (так называемых кислых газов) часто используют водные растворы. Наиболее широко применяется метод очистки газа водными растворами алканоламинов (алканоламины (аминоспирты, оксиамины) можно рассматривать как производные аммиака, в котором один или несколько атомов водорода замещены на спиртовой радикал или спиртовой и углеводородный). В результате такой обработки получают очищенный газ, насыщенный водой. Вследствие таких тесных связей между водой и природным газом гидраты могут встречаться на всех стадиях добычи и подготовки природного газа [2-4].
Дата добавления: 2016-01-04; просмотров: 24; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!