Wykorzystanie zjawiska hydratacji gazów

• Autorzy: Warowny W. , Lorenc M.

Warianty tytułu

PL

Utilization of gas hydrate formation

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Gas hydrates (clathrate hydrates) forms non-stoichiometry solid solutions compose with condensed hydrate substances closed into water crystalline lattice. Clathrates are not chemical compounds, because lattice of water crystal is stabilized by hydrogen bonds, while van der Waals forces answer for water molecules and hydrate substances influences. Their specific physical properties are utilize in various industrial fields, mainly in natural gas industry, because methane hydrate have the greatest importance. Fundamental task are now is preventing of hydrates formation in production chain (production, storage, transportation) of natural gas and crude oil, that is why to research of new prevention methods, mainly various inhibitors (kinetic, thermodynamic, dispersive, mixed) and modifiers. Many countries intensively research of storage and transport of natural gas in the hydrate form, with regard to stability in room temperature, quite low pressure and the possibility of high pressure generation without compressor application. Many researches are about surfactants which accelerate hydrates growth. Next technologies concern of purification and/or separating sour gases (carbon dioxide, hydrogen sulfide) from natural gas and synthetic gas (hydrogen + carbon oxide). Hydrate formation method allows to selectively separation one component from the mixture and distribution of boilingnear substances as well. Hydrate formation phenomenon is make use of desalinate sea water, paper production, food production, heat storage, and sequestration of carbon dioxide on the sea bed. Water vapor pressure over hydrates is lower than over pure water, which enable to gas drying. More often is thinking of methane production from huge deposits of methane hydrates. Production from deposit rest on destabilization methane through well known conditionings from pipelines unpluging 1) adding strong hydrogen bonds chemical substances (inhibitor), 2) increasing temperature of deposit using water vapor or hot water and gas production through another well, 3) pressure decrease in the well below stability point of hydrate formation and bottom plant to hydrates gathering from the sea bed and transport equipment onto the ship. However, above- mentioned proposals will be hard to carry out on to large scale in case of technical, economical and environmental reasons.

PL

Hydraty gazów (gazo-hydraty, klatraty, hydraty klatkowe) tworzą niestechiometryczne stałe roztwory składające się ze skondensowanych substancji "hydratotwórczych" zamkniętych w sieci krystalicznej wody. Klatraty nie są związkami chemicznymi, ponieważ sieć kryształu wody stabilizują wiązania wodorowe, natomiast za oddziaływania molekuł wody i substancji hydratotwórczej odpowiadają siły van der Waalsa. Ich specyficzne fizyczne właściwości wykorzystuje się w różnych dziedzinach przemysłu, głównie w przemyśle gazowniczym, ponieważ największe znaczenie ma powszechnie występujący hydrat metanu. Obecnie podstawowym zadaniem jest zapobieganie wytracaniu się hydratów w łańcuchu eksploatacyjnym (wydobycie, magazynowanie i transport) gazu ziemnego i ropy naftowej, dlatego bada się nowe metody prewencyjne, głównie różne inhibitory (kinetyczne, termodynamiczne, dyspersyjne, mieszane) i modyfikatory. Intensywnie bada się w wielu krajach magazynowanie i transport gazu ziemnego w formie hydratów, ze względu na temperatury pokojowe, w miarę niskie ciśnienia oraz możliwość wytworzenia wysokiego ciśnienia bez stosowania sprężarek. Wiele badań poświęcone jest surfaktantom przyspieszającym wzrost hydratów. Kolejne technologie dotyczą oczyszczania lub/i separacji gazów kwaśnych (dwutlenek węgla, siarkowodór) z gazu ziemnego i gazu syntezowego (wodór + tlenek węgla). Również metoda hydratacji pozwala na selektywną separację składnika mieszaniny oraz rozdział blisko wrzących substancji. Zjawisko hydratacji wykorzystuje się do odsalania wody morskiej, w produkcji papieru, w technologii żywności, jako magazyny ciepła, czy sekwestracji hydratu dwutlenku węgla na dnie oceanu. Prężność pary wodnej nad hydratami jest niższa niż nad czystą wodą, co pozwala na osuszania gazu. Coraz częściej myśli się o pozyskaniu metanu z ogromnych złóż hydratu metanu. Wydobycie metanu ze złoża polega na jego destabilizacji poprzez znane już uwarunkowania z prewencji w gazociągach 1) dodanie substancji chemicznych o silnych wiązaniach wodorowych (inhibitory), 2) podwyższenie temperatury złoża za pomocą pary wodnej lub gorącej wody i odpompowanie gazu na powierzchnię morza przez inny odwiert, 3) obniżenie ciśnienia w odwiercie poniżej punktu stabilności hydratu oraz urządzenia denne do zbierania hydratów z dna morskiego wraz z przewodowym transportem na statek. Powyższe propozycje będą jednakże trudne do zrealizowania na dużą skalę ze względów technicznych, ekonomicznych i środowiskowych.

Słowa kluczowe

EN

gas; gas hydrates

PL

gaz ziemny; klatraty

• Wydawca: Wydawnictwa AGH
• Czasopismo: Wiertnictwo, Nafta, Gaz
• Rocznik: 2009
• Tom: T. 26, z. 1--2
• Strony: 399--409
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Warowny W.

• Politechnika Warszawska

autor

Lorenc M.

• PGNiG S.A.

Bibliografia

• [1] Warowny W., Lorenc M.: Hydraty w transporcie i magazynowaniu gazu ziemnego. Gaz, Woda i Technika Sanitarna, 10, 24-31, 2006
• [2] Warowny W., Lorenc M.: Zastosowanie hydratów w transporcie gazu ziemnego. IX Krajowa Konferencja GAZTERM, Międzyzdroje, maj 2006
• [3] Lorenc M.: Separacja kwaśnych składników mieszanin gazowych z wykorzystaniem hydratów Artykuł wysłany do druku w Gaz, Woda i Technika Sanitarna
• [4] Hefner III R.A.; The age of energy gases. International Journal of Hydrogen Energy, 27, 1-9, 2002
• [5] Sloan Jr, E.D.: Clathrate Hydrates of Natural Gases. Marcel Dekker, Inc., 1998
• [6] Lorenc M.: Hydraty w transporcie gazu. Rurociągi, 1(47), 3-11, 2007
• [7] Lubaś J.: Doświadczalno-teoretyczne studium zjawisk powstawania i dysocjacji hydratów gazu ziemnego. Praca Instytutu Nafty i Gazu, nr 117, Kraków, 2002
• [8] Makogon Y.F., Holditch S.A.: Gas Hydrates as a Resource and a Mechanism for Transmission. SPE 77334 2002
• [9] Carroll J.J.: Natural gas hydrates, a guide for engineers. Gulf Professional Publishing, 2003
• [10] Lorenc M., Warowny W.: Odsiarczanie gazu ziemnego metodą hydratacji. Nafta Gaz, 2, 158-167, 2009
• [11] Robson R.: New clathrate structure shows promise for H2 storage. Fuel Cell Today, (www.fuelcelltoday.com), 2004
• [12] Warzinski R.P., Lynn R.J., Holder G.D.: The impact of CO2 clathrate hydrate on deep ocean sequestration of CO2 — Experimental observations and modeling results. ([e-mail])