Theoretical Foundations of Gas Hydrate Synthesis Intensification = Теоретичні основи інтенсифікації газогідратного синтезу / Bogdan Kutnyi, Anatoliy Pavlenko, Oleksandra Cherednikova

Abstract

The methods of industrial production of gas hydrates are considered, their problems are identified, and a list of factors that are decisive for the intensification of mass exchange processes is outlined. The prospective use of mass transfer devices with a dynamic interfacial surface for the synthesis of gas hydrates is substantiated. A mathematical model of hydrate formation on the surface of a water droplet moving in a gas flow is proposed. Digital solutions for various droplet sizes, velocities, gas pressures, water temperature, gas permeability of gas hydrate, and dynamics of hydrate formation over time were obtained. It was established that the main ways of intensification of the synthesis of gas hydrates are: obtaining smaller water droplets, maintaining the gas temperature at the level of 0 °С, increasing the gas pressure, and increasing the residence time of the droplet in the gas medium. Approximation formulas for calculating quantitative indicators of the influence of various factors on the formation of methane gas hydrate have been obtained. The analysis of the obtained results made it possible to establish promising directions for the optimization of equipment for the synthesis of gas hydrates.

Розглянуто способи промислового одержання газогідратів, визначено їх проблеми та окреслено перелік факторів, що є визначальними для інтенсифікації масообмінних процесів. Обґрунтовано перспективність використання масообмінних пристроїв з динамічною міжфазною поверхнею для синтезу газогідратів. Запропоновано математичну модель гідратоутворення на поверхні краплі води, що рухається в потоці газу. Отримано цифрові рішення для різних розмірів крапель, швидкостей, тиску газу, температури води, газопроникності газогідрату та динаміки гідратоутворення в часі. Встановлено, що основними шляхами інтенсифікації синтезу газогідратів є: отримання менших крапель води, підтримання температури газу на рівні 0 °С, підвищення тиску газу та збільшення часу перебування краплі в газовому середовищі. Апроксимаційні формули для розрахунку кількісних показників впливу отримано різні чинники утворення газогідрату метану. Аналіз отриманих результатів дав змогу встановити перспективні напрямки оптимізації обладнання для синтезу газогідратів