Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa chất
SVTH: Ngô Văn Hiếu Lớp: Lọc Hóa dầu B-K53
LỜI CẢM ƠN Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới ThS. Phạm Trung Kiên, người Thầy đã
tận tâm hướng dẫn tôi trong suốt thời gian thực hiện đề tài. Đồ án này sẽ không thể
hoàn thiện nếu không có sự cố vấn nhiệt tình về chuyên môn từ Thầy.
Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới toàn thể các Thầy/Cô trong Bộ môn
Lọc Hóa dầu Trường Đại học Mỏ - Địa chất đã góp công lớn trong việc đào tạo,
bồi dưỡng kiến thức chuyên môn và chính những điều này đã giúp tôi trưởng thành
hơn nhiều trong cuộc sống, chuẩn bị hành trang tốt hơn khi bước vào đời.
Những người bạn thân yêu của tôi, những người luôn bên cạnh tôi trong quá
trình học tập tại trường, giúp đỡ tôi vượt qua nhiều khó khăn và ngay cả trong quá
trình thực hiện đề tài, không ít trong số họ đã cố vấn giúp tôi hoàn thiện đề tài tốt
nhất. Tôi muốn dành những lời cảm ơn thân thiết cho họ.
Sau cùng, từ sâu thẳm nhất tôi muốn dành những lời biết ơn chân thành tới
cha mẹ, gia đình thân yêu của tôi. Những người đã dày công giúp tôi khôn lớn,
trưởng thành.
1.3. Thành phần của hydrat khí 18
CHƯƠNG 2. SỰ HÌNH THÀNH HYDRAT 22
2.1. Nơi tạo thành Hydrat 22
2.2. Điều kiện hình thành hydrat 25
2.2.1. Điều kiện áp suất-nhiệt độ trong quá trình vận hành giếng 29
2.2.2. Điều kiện áp suất, nhiệt độ trong ống dẫn 31
2.3. Cơ chế tạo thành hydrat 31
2.4. Động học sự tạo thành hydrat 33
2.5. Cơ chế sự tạo thành metan hydrat trong nước tinh khiết 37
CHƯƠNG 3. CÁC PHƯƠNG PHÁP NGĂN CHẶN VÀ LOẠI TRỪ HYDRAT 39
3.1. Dấu hiệu cảnh báo sự tạo thành hydrat 39
3.1.1. Trong giếng khoan 39
3.1.2. Trong đường ống dẫn dưới biển 39
3.1.3. Trên giàn khai thác 41
3.2. Ngăn chặn sự tạo thành hydrat 42
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa chất
SVTH: Ngô Văn Hiếu Lớp: Lọc Hóa dầu B-K53
3.2.1. Ngăn chặn sự tạo thành hydrat trong quá trình xây dựng và thử giếng 43
3.2.3. Ngăn chặn sự tạo thành hydrat trong đường ống dẫn sản phẩm 48
3.2.4. Ngăn chặn sự tạo thành hydrat trông qua bơm chất ức chế liên tục 49
3.2.5. Ngăn chặn sự tạo thành hydrat trong ống dẫn bằng bơm ép chất ức chế
theo chu kỳ. 52
3.3. Các chất ức chế quá trình tạo thành hydrat 54
3.4. Các phương pháp chung sử dụng loại bỏ hydrat 62
3.4.1. Giảm áp suất 62
3.4.1.1. Hình ảnh tổng quan về sự giảm áp 62
3.4.1.2. Giảm áp hydrat từ hai phía của nút 66
3.4.1.3. Giảm áp từ hai phía của nút với áp suất thủy tĩnh lớn 67
3.4.1.4. Giảm áp một phía của nút hydrat 71
2
Hình 1.2
Kích thước tương đối của phân tử khách và lỗ trống
hydrat.
9
3
Hình 1.3
Cân bằng ba pha (L
w
-H-V) của hỗn hợp metan +
propan.
11
4 Hình 1.4 Nhiệt tạo thành/phân hủy của hydrat 17
5 Hình 1.5 Công suất nhiệt của nước đá và hydrat 18
6 Hình 1.6 Tính dẫn nhiệt của hydrat, nước, nước đá 18
7
Hình 1.7
Sự phụ thuộc của thành phần hydrat vào thành phần
khí tự do, áp suất, và nhiệt độ.
21
8
Hình 2.1
Các điểm nút hydrat tạo thành trong hệ thống khai
thác ngoài khơi
22
9
Hình 2.2
Biểu đồ pha của các khí tự nhiên khác nhau từ hydrat
hàm mũ với lượng tiêu thụ lớn ban đầu
15
Hình 2.8
Năng lựong Gibbs tự do như một hàm của kích thước
nhóm tinh thể.
36
16
Hình 2.9
Sự phát triển của hydrat có chiều hướng xảy ra tại bề
mặt giữa khí và nước, nơi cả hai thành phần dễ dàng
tham gia. Đầu tiên một lớp mỏng và xốp tạo thành,
và phát triển vào pha nước. Kết quả là lớp màng
hydrat dày và đặc.
38
17 Hình 3.1
Độ giảm áp khi xảy ra tắc hydrat
42
18 Hình 3.2 Sử dụng mật độ kế bằng gamma trên giàn khai thác 43
19
Hình 3.3
Nhiệt độ dòng chảy xuống (1,3,5) và chảy lên (2,4,6)
trong tuần hoàn dung dịch khoan với độ sâu khác
nhau (t
g
là nhiệt độ tạo thành hydrat như là một hàm
của độ sâu; t
gr
là sự phân bố nhiệt độ địa nhiệt).
45
20
Hình 3.8
Tác dụng của nồng độ chất ức chế nên nhiệt độ tạo
hydrat và nhiệt độ đông của dung dịch.
61
25
Hình 3.9
Điều kiện hình thành metan hydrat trong quá trình ức
chế với dung dịch canxi clorua
61
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa chất
SVTH: Ngô Văn Hiếu Lớp: Lọc Hóa dầu B-K53
26
Hình 3.10
Sự phụ thuộc nhiệt độ tạo thành hydrat vào nồng độ
dung dịch CaCl
2
dưới áp suất khác nhau
62
27
Hình 3.11
Độ giảm nhiệt độ tạo thành metan hydrat với dung
dịch metanol
62
28
Hình 3.15
Độ giảm nhiệt độ hình thành hydrat với dung môi
etylen glycol.
64
29 Hình 3.16 Sự phân hủy nút theo đẳng enthapy và đẳng nhiệt 66
Số bảng Tên bảng Trang
1 Bảng 1.1
Thông số khung của ba loại cấu trúc tinh thể hydrat
5
2 Bảng 1.2
So sánh tính chất của nước đá và ba dạng cấu trúc
hydrat
6
3 Bảng 1.3
Các cấu tử có thể vào lỗ trống hydrat sI và sII
7
4 Bảng 1.4
Các cấu tử có thể vào các lỗ trống hydrat cấu trúc sH
8
5 Bảng 1.5
Đường kính tỷ lệ của phân tử khách: lỗ trống cho
hydrat khí tự nhiên
10
6 Bảng 1.6
Đặc tính của hydrat khí đơn
15
7 Bảng 1.7
Khối lượng riêng của hydrat (g/cm
3
) tại áp suất cân
bằng
15
8 Bảng 1.8
SVTH: Ngô Văn Hiếu Lớp: Lọc Hóa dầu B-K53
DANH MỤC CÁC KÝ HIÊU VÀ THUÂT NGỮ VIẾT TẮT
Kí hiêu/thuât ngữ Giải thích
∆G Thế năng Gibbs
∆H Entapy
BTU British Thermal Unit
HON Homogenous Nucleation
HEN Heterogenous Nucleation
NMR Nuclear Magnetic Resonance
EPR Electron Paramagnetic Resonance
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa chất
SVTH: Ngô Văn Hiếu 1 Lớp: Lọc Hóa dầu B-K53
LỜI MỞ ĐẦU
Trong quá trình khai thác và vận chuyển dầu khí khái niệm “bảo đảm dòng
chảy” được bắt đầu quan tâm nghiêm túc từ vài thập trước. Trong lĩnh vực này thứ
tự quan tâm được dành cho: tắc nghẽn hydrat; lắng đọng parafin, asphaltene; cáu;
nhũ tương; ăn mòn…Đây là một khái niệm rộng và mang tính kỹ thuật sâu, đang
được quan tâm rộng rãi. Có thể thấy hydrat đang là mối quan tâm hàng đầu trong
lĩnh vực này, do những tác động nghiêm trọng của nó có thể dẫn tới trong quá trình
khai thác và vận chuyển. Một giếng khai thác hay đường ống vận chuyển có thể
phải dừng hoạt động trong nhiều ngày do nguyên nhân này, gây những thiệt hại ước
tính lên tới hàng tỷ đô la. Ngoài ra, những nỗ lực nghiên cứu đề tài hydrat với mong
muốn tìm những cách ngăn chặn loại bỏ phù hợp cũng làm các nhà khoa học tốn
kém không ít công sức. Ở Việt Nam, đề tài này chưa được quan tâm thích đáng,
hiện vẫn chưa có nhiều nghiên cứu cụ thể về vấn đề này.
Dựa trên tầm quan trọng của việc giữ dòng sản phẩm ổn định để mang lại giá
trị kinh tế cao cho đơn vị khai thác và giảm thiểu tổn hại tới thiết bị (van, ống dẫn,
trong công nghiệp khai thác, vận chuyển dầu khí.
Nước có trong hỗn hợp khí luôn tạo thành hydrat với những cấu tử có trong
thành phần hỗn hợp khí ở điều kiện nhiệt độ và áp suất phù hợp như trong giếng
khai thác, ống dẫn, van và thiết bị khác. Chúng có thành phần 85% mol nước và
15% mol hydrocacbon. Các hydrocacbon này thâm nhập vào mạng, không di
chuyển nhưng phát triển rất nhanh và tích tụ lại thành những khối có kích cỡ lớn
hơn tạo thành tinh thể hydrat bền vững. Nhiệt độ thấp và áp suất cao của môi
trường nước sâu dễ dàng gây ra sự tạo thành hydrat. Trong đường ống lượng hydrat
tạo thành thường ở mặt phân cách giữa nước và khí, rồi tích tụ lại thành dòng hoặc
các khối gây cản trở cho quá trình vận chuyển khí. Việc ngăn chặn sự tạo thành
hydrat đòi hỏi lượng đầu tư lớn từ 10-15% tổng giá thành sản xuất [3]. Chi phí loại
bỏ các nút nghẽn hydrat trong một giếng ngoài khơi và đường ống dẫn khí có thể
lên tới hàng tỷ đô la. Trong hydrat khí một thể tích nước có thể chứa tới 207 thể tích
metan. Áp suất kết tinh lên tới 300-400 MPa. Áp suất của khí tự do sau khi phân ly
khỏi hydrat trong một thể tích kín lên tới 80-100 MPa. Điện trở suất của hydrat rất
lớn. Một thể tích nước cụ thể trong quá trình chuyển đổi sang trạng thái hydrat tăng
từ 26-32%, trong khi đó trong quá trình lạnh đông lượng thể tích tăng 9% được xem
là mức cao không bình thường. Còn nhiều vấn đề lớn liên quan tới hydrat cần được
nghiên cứu và tìm hiểu để có được những kết quả đáng kể. Hydrat khí tự nhiên là
một khía cạnh khác liên quan tới nguồn năng lượng và làm nóng bầu khí quyển
không được đề cập tới ở đây. Loại hydrat này được hình thành trong tự nhiên phần
lớn do tích tụ trong các lớp trầm tích dưới đáy biển sâu, có nhiều hướng nghiên cứu
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa chất
SVTH: Ngô Văn Hiếu 3 Lớp: Lọc Hóa dầu B-K53
về loại hydrat khí thiên nhiên này và cho rằng đây là một trữ lượng vô cùng lớn đặc
biệt là hydrat khí metan. Hai vấn đề cần đặt ra cho các nhà nghiên cứu để tìm câu
trả lời cho: làm sao để ngăn chặn sự tạo thành hydrat và loại bỏ các nút hydrat trong
giếng khai thác, đường ống dẫn dầu khí và thiết bị; làm sao để sản xuất khí từ trầm
tích mỏ hydrat thiên nhiên. Ở đề tài này ta quan tâm tới vấn đề đầu tiên. Các
phương pháp nhiệt, vật lý, chất ức chế hóa học…được sử dụng khá phổ biến trong
đỉnh, một khối lập phương tâm là nguyên tử lỗ trống 5
12
được tạo thành, gọi là cấu
trúc hydrat sI tồn tại chủ yếu bên ngoài đường ống và trong tự nhiên. Tuy nhiên, vì
hốc mạng 5
12
tự nó không thể lấp đầy các khoảng trống nếu không tạo ra các sức
căng lên các liên kết hydro, sức căng này được giải phóng khi kết hợp thêm các mặt
6 cạnh để tạo thành lỗ trống kết hợp 5
12
6
2
, với 12 mặt 5 cạnh nguyên mẫu và 2 mặt
6 cạnh cộng thêm, các mặt giảm sức căng.
Đường kính tự do của lỗ trống 5
12
6
2
khoảng (5.86 Å) và chứa nhiều phân tử
có kích thước mức etan (5.5 Å), phần tử phổ biến thứ hai trong khí tự nhiên. Metan
cũng có thể khớp với lỗ trống 5
12
6
2
khi các hydrat được tạo thành từ phân tử metan
tinh khiết. Nhưng phân tử metan quá nhỏ để giữ lỗ trống này mở hiệu quả, do đó
hỗn hợp của metan và etan tạo cấu trúc sI, phân tử etan cư trú trong các lỗ trống
5
12
6
(đường kính 6.666 Å) được tạo thành bao quanh
các phân tử khí lớn, như propan và iso-butan (đường kính 6.5 Å). Lỗ trống 5
12
6
4
là
lỗ trống lớn với 12 mặt 5 cạnh và 4 mặt 6 cạnh giúp làm giảm sức căng giữa các
liên kết hydro khi các ô cơ bản 5
12
liên kết với nhau qua các mặt của chúng.
Sự kết hợp của 16 lỗ trống cơ bản 5
12
với 8 ô lớn 5
12
6
4
tạo thành cấu trúc tinh
thể sII, kết hợp với 136 phân tử nước. Hydrat loại sII được tìm thấy nhiều nhất
trong quá trình vận hành dầu và khí, đây cũng là vấn đề quan tâm chính trong đề tài
này. Vẫn có những phân tử lớn hơn như pentan (đường kính 9.3 Å), không thể khớp
với loại cấu trúc sI hoặc sII. Cấu trúc H được tìm thấy gần đây nhất có các lỗ trống
đủ lớn để chưa các phân tử có kích thước cỡ naphta và gasoline. Nó là sự kết hợp
của 3 hốc 5
12
, 2 hốc 4
3
5
6
6
3
6
8
4
3
5
6
6
3
Số lỗ trống/ô đơn vị 2 6 16 8
3 1 2
Bán kính lỗ trống trung
bình, Ǻ
3.95 4.33 3.91 4.73 3.91 5.71
4.06
Độ biến thiên theo bán
kính
1
, %
3.4 14.4 5.5 1.73 N/A
Số phối vị
2
20 24 20 28 20 36
20
Số phân tử nước/ô đơn
vị
46 146 34
Trong đó:
1. Độ biến thiên trong khoảng cách của các nguyên tử oxy từ tâm của khung,
2. Số các nguyên tử oxy ở vành ngoài mỗi khung,
2
O (KJ/m)
958.1 50 50
Tính chất cơ học
Modul đẳng nhiệt Young,
268K (10
9
Pa)
9.5 8.4 8.2
Tỉ lệ độc 0.33 ~0.33 ~0.33
Modul khối (272 K) 8.8 5.6 NA
Modul trượt (272 K) 3.9 2.4 NA
Tỷ lệ vận tốc (nén/trượt) 272
K
1.88 1.95 NA
Tính chất nhiệt động học
Giãn đẳng nhiệt 200 K 56.10
-6
77.10
-6
52.10
-6
Nén khối đoạn nhiệt 12 14 14
Vận chuyển
Độ dẫn nhiệt: 263 K (W/m-K)
2.23 0.49±.02 0.51±.02 Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa chất
nC
4
- - - +
iC
4
- - - +
CO
2
+ + + +
N
2
+ + + +
H
2
S + + + +
O
2
+ + + +
Ar + + + +
2,2 dimetylpropan - - - +
Cyclopropan - - - +
Cyclohexan - - - +
C
6
H
6
- - - +
Cí-1,2-
Dimetylcyclohexan
- +
Ethylcyclopentan - +
Cyclooctan - +
- Kích thước của các phân tử khách ổn định trong khoảng 3.5 Å – 7.5 Å.
Dưới 3.5 Å các phân tử không thể ổn định trong sI và trên 7.5 Å phân tử không thể
ổn định sII.
- Một số phân tử quá lớn để vừa vào các lỗ trống nhỏ hơn trong mỗi cấu trúc
(ví dụ C
2
H
6
vừa trong lỗ 5
12
6
2
của sI, hay i-C
4
H
10
vừa trong lỗ 5
12
6
4
của sII)
- Một số phân tử khác như CH
4
hay N
sII.
Bảng 1.5 chỉ ra tỷ lệ kích thước của một số phân tử khí thông dụng với một
trong bốn loại lỗ trống của sI và sII. Thấy rằng, tỷ lệ kích thước (phân tử khách: lỗ
trống) trong khoảng gần 0.9 là cần thiết cho sự ổn định của một hydrat đơn giản,
trong khi đó khi tỷ lệ này vượt quá 1, phân tử sẽ không vừa trong lỗ trống và cấu
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa chất
SVTH: Ngô Văn Hiếu 10 Lớp: Lọc Hóa dầu B-K53
trúc không thể hình thành, tương tự như vậy khi nhỏ hơn nhiều 0.9, cấu trúc tạo
thành sẽ không ổn định.
Bảng 1.5. Đường kính tỷ lệ của phân tử khách: lỗ trống cho hydrat khí tự nhiên[2]
(D phân tử/ D lỗ trống)
Cấu trúc sI Cấu trúc sII
Loại lỗ trống 5
12
5
12
6
2
5
12
5
12
6
4
Phân tử D phân tử khách
N
77.1 1.39 1.21 1.41 1.07
Có thể nhìn thấy trên Bảng 1.5, etan là phân tử khí đơn tạo trong lỗ trống
5
12
6
2
của sI, vì etan quá lớn cho các lỗ trống 5
12
trong cả hai cấu trúc và quá nhỏ để
ổn định trong lỗ 5
12
6
4
trong sII. Tương tự propan quá lớn để vừa bất cứ lỗ trống nào
ngoại trừ loại 5
12
6
4
trong sII, do đó những khí từ propan tinh khiết tạo cấu trúc
hydrat sII từ nước tự do. Trái lại, kích thước của metan đủ để tạo ổn định cho lỗ
trống 5
12
trong cấu trúc sI và sII, với sự ưu tiên cho sI, vì CH
4
thích ứng với sự ổn
định của 5
12
6
2
trong sI hơn 5
khí.
Áp suất, kPa
Nhiệt độ, K
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa chất
SVTH: Ngô Văn Hiếu 12 Lớp: Lọc Hóa dầu B-K53
1.2.4. Nhiệt phân hủy
Nhiệt phân hủy (∆H
d
) được xem là nhiệt cần thiết để phân hủy hydrat thành
hơi và lỏng, với những giá trị cho trước tại nhiệt độ trên độ hóa băng. Với cấu trúc
sI và sII tính toán gần đúng (±10%) ∆H
d
phụ thuộc chủ yếu vào liên kết hydro tinh
thể, nhưng cũng phụ thuộc vào các kích thước phân tử khí khác nhau chèn vào lỗ
trống.
Entapy của quá trình phân hủy có thể xác định thông qua độ dốc của các
đường cân bằng pha (Ln P/d(1/T) ở phía trên, sử dụng quan hệ Clausius-Clapeyron
[∆H
d
= -zRd(lnP)/d(1/T)]. Ví dụ minh họa, những hydrat đơn giản của C
3
H
8
hoặc i-
C
4
H
10
có ∆H
d
4
H
10
tới n-C
4
H
10
. Khi mà những khí tự nhiên hầu hết đều chứa những cấu tử này,
∆H
d
=34.000 BTU/(lbmol khí) là đúng cho hầu hết các hydrat khí tự nhiên.
1.2. Đặc trưng và thành phần hydrat khí
1.2.1. Đặc trưng
Trải qua hơn hai trăm năm trong lịch sử nghiên cứu hydrat khí, các đặc tính
của chúng được nghiên cứu không nhiều do tính phức tạp của quá trình nghiên cứu.
Đặc tính của hydrat khí được xác định thông qua thành phần và cấu trúc tinh thể của
chúng. Hiện tại, có tới hơn một trăm loại phân tử được biết có thể hình thành hydrat
với nhiều cấu trúc khác nhau. Tất cả các phân tử này, cũng như những phân tử có
kích thước lớn không cho phép chúng tạo thành phần hydrat đơn và bền vững có thể
tạo các hydrat phức hợp. Nghiên cứu sâu về đặc tính của hydrat và tính chất của sự
hình thành và phân hủy hỗ trợ cho sự phát triển của các công nghệ mới. Hiên nay,
các công nghệ hiện đại áp dụng để nghiên cứu đặc tính, tính chất của hydrat bao
gồm: nhiễu xạ tia X, NMR (Nuclear Magnetic Resonance), EPR (Electron
Paramagnetic Resonance)… [3]Dưới đây là một số đặc tính nổi trội cần quan tâm
của hydrat được tìm ra bởi các phương pháp trên.
1.2.2. Khối lượng riêng của hydrat khí
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa chất
SVTH: Ngô Văn Hiếu 13 Lớp: Lọc Hóa dầu B-K53
Một trong những tính chất đặc trưng của hydrat là khối lượng riêng. Yêu cầu
đo đạc trực tiếp thể tích và khối lượng ở áp suất cao là một thách thức lớn để có
Trong đó:
M - là khối lượng nguyên tử của hydrat ban đầu
α
1
, α
2
- lần lượt là các tỷ lệ chèn của lỗ trống hydrat của cấu trúc I và II
N - là số Avogadro
a - là hằng số đơn vị mạng hydrat
Phương pháp này cho kết quả khả quan ở áp suất trung bình và nhiệt độ tiêu
chuẩn T=273 K. Tại áp suất và nhiệt độ cao hơn khối lượng riêng của một hydrat
được xác định với độ chính xác tương đối bởi công thức 2.3 phía dưới.
]/[
3
18
)18(
18
1
cmg
ii
igii
i
ki
VK
nMK
nV
M
,,,
1
3
23
'
(1.4)
Với cấu trúc hydrat II
KCBAKCBA
n
,,,
2
,,,
1
2
17
''
(1.5)
Trong đó:
θ
1
- là tỉ lệ chèn của những lỗ trống nhỏ trong mạng lưới hydrat
θ
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa chất
SVTH: Ngô Văn Hiếu 15 Lớp: Lọc Hóa dầu B-K53
Bảng 1.6. Đặc tính của hydrat khí đơn [3]
Khí
Khối lượng
nguyên tử
g/mol
Áp suất
phân li tại
T=273 K,
MPa
Hằng số
mạnga,
nm
Thể tích riêng
của nước ở
trạng thái
hydrat T=273
K, cm
3
/g
Khối lượng
riêng hydrat
ở T=273 K,
g/cm
3
CH
4
16.04 2.56 1.202 1.26 0.910
) tại áp suất cân bằng [3]
Hydrat khí Áp suất, Mpa
0.1 1 10 100 1000
CH
4
0.895 0.917 0.95 1.053
H
2
S 1.004 1.044 1.053 1.087
1.2.3. Tính chất vật lý nhiệt
Tính chất vật lý nhiệt của quá trình thành hệ hydrat cũng như phân hủy là rất
quan trọng trong mọi vấn đề liên quan tới hydrat khí tự nhiên và kĩ thuật. Đáng tiếc,
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa chất
SVTH: Ngô Văn Hiếu 16 Lớp: Lọc Hóa dầu B-K53
các tính chất này cho tới hiện tại không được sự quan tâm nghiên cứu và thường
quan tâm từng điểm cụ thể thay vì những đặc tính chung, phổ biến. Những kết quả
đáng tin cậy nhất thu được thông qua những phương pháp phân tích dụng cụ.
Những thực nghiệm chính xác của đặc tính vật lý nhiệt cho phép ta xác minh các
phương pháp phân tích trong việc tính toán nhiệt của quá trình thành hệ hydrat,
công suất nhiệt, và độ dẫn nhiệt.
Quá trình thành hệ hydrat là sự cố định đồng thời của các phân tử di chuyển
của khí tạo hydrat và nước. Trong quá trình này, thể tích riêng của nước tăng từ 26-
32% và năng lượng được tiêu thụ để làm lỏng mạng phân tử nước. Thể tích riêng
của khí giảm mạnh, và khí bị nén đồng thời từ áp suất bao quanh hydrat P
0
tới áp
suất của khí trong trạng thái hydrat P kéo theo sự thay đổi đáng kể của năng lượng
bên trong của khí. Thông thường, công thức hydrat được viết dưới dạng, M xnH
2
Hình 1.4. Nhiệt tạo thành/phân hủy của hydrat [3]
Nghiên cứu tính dẫn nhiệt của hydrat trở nên rất quan trọng trong việc phát
triển các phương pháp nhiệt trong xử lý lắng đọng hydrat trong sản xuất khí; trong
quá trình loại bỏ hydrat với các hệ thống kỹ thuật sản xuất khí, vận chuyển, và chế
biến; và trong sự tính toán cho thay đổi khí hậu (hydrat tự nhiên).
Hình 1.5 và Hình 1.6 lần lượt thể hiện kết quả nghiên cứu thực nghiệm trên
khả năng chịu nhiệt và tính dẫn nhiệt của hydrat của metan và nhiều khí khác, cũng
như trên nước đá tại nhiệt độ khác nhau và áp suất cân bằng.
Hình 1.5. Khả năng chịu nhiệt của nước đá và hydrat [3]
Nhiệt độ, K
Nhiệt độ,
o
C
Copyright: Tài liệu đại học ©