В Тюмени разработали диффузную модель образования гидрата метана в «сухой воде»

Ученые Тюменского госуниверситета и Института криосферы Земли Тюменского научного центра Сибирского отделения РАН разработали новую теоретическую модель образования газовых гидратов в “сухой воде” и подтвердили ее экспериментально.

Газовые гидраты – это клатратные соединения газа с водой. В одном объеме гидрата содержится свыше 170 объемов природного газа, поэтому они считаются весьма перспективными для транспортировки газа. "Сухой водой" называют капли воды диаметром несколько микрометров, поверхности которых покрыты стабилизатором - слоем наночастиц диоксида кремния. Эти частицы препятствуют слиянию капель, и "сухая вода" ведет себя как сыпучая среда, хотя содержание воды в ней - более 90%. В данном случае "сухая вода" интересна тем, что в ней при определенных условиях образование газогидрата происходит особенно быстро. Выяснить эти условия и получить кинетические кривые образования гидратов метана в “сухой воде” помогла новая модель, получившая название "диффузионная".

"В настоящее время в разных странах ведутся  масштабные исследования в области разработки технологий хранения и транспортирования природного газа, основанных на использовании газогидратных технологий. Однако работы, посвященные образованию гидратов в “сухой воде”, в основном, направлены изучение влияния состава этих материалов на кинетику образования в них газовых гидратов. При этом механизм образования газовых гидратов в этих материалах оставался слабо изученным, - рассказал профессор кафедры прикладной и технической физики ТюмГУ Анатолий Кислицын. - Нам удалось сформулировать систему дифференциальных уравнений, описывающих процесс образования гидрата метана в "сухой воде", и получить аналитическое решение этой системы. Благодаря этому теперь мы лучше знаем кинетику этого процесса, и имеем возможность учесть полимодальный характер распределения по размеру частиц водной фазы в реальной "сухой воде" при расчетах времени образования газогидрата". 

Экспериментальная проверка диффузионной модели была выполнена на реакторе высокого давления, созданного в Институте криосферы  Тюменского научного центра СО РАН. Данные распределения по размеру частиц водной фазы “сухой воды” были получены там же с помощью метода ядерного магнитного резонанса на импульсном ЯМР-релаксометре Bruker Minispec mq. Как пояснили ученые, установлено хорошее согласие теоретических и экспериментальных значений параметров процесса образования гидратов метана в “сухой воде”, стабилизированной разными стабилизаторами с разными их концентрациями, подтверждающее адекватность диффузионной модели и найденного решения.