Experimental investigations methods of gas hydrates

Poznanie natury hydratów gazowych opiera się głównie na badaniach doświadczalnych w skali laboratoryjnej i ćwierć-technicznej oraz na teorii popartej obliczeniami i symulacjami komputerowymi. W pracy przedstawiono metody pomiarowe dotyczące tworzenia lub/i zapobiegania tworzenia się hydratów gazowych, badania ich właściwości oraz wykorzystanie w nowych technologiach. Generalnie badania doświadczalne hydratów gazowych i hydratacji można podzielić na kilka grup tematycznych: doświadczalne i obliczeniowe wyznaczanie równowag fazowych, badania parametrów fizykochemicznych i strukturalnych, pomiary kinetyczne, w tym nukleacji i aglomeracji cząsteczek, badania wpływu na hydratację inhibitorów i surfaktantów, możliwość zastosowań technologicznych, w szczególności hydratu metanu, w tym wydobycia, przesyłu, magazynowania i oczyszczania, plus badania geologiczne i geofizyczne w celu oszacowania zasobów hydratu metanu.Knowledge of the nature gas hydrates is connected mainly with experimental studies in laboratory and pilot plant and theory supported by calculations and computer simulations. In work have been given methods of measurement dealing with: formation and/or prevention of formation gas hydrates, studies their properties, and utilization in new technologies. Generally, studies of the gas hydrates and hydratation can be divided on several thematic groups: experimental and calculated determination of phase equilibrium, studies of the physicochemical and structural parameters, kinetic measurements, including nucleation, and agglomeration of particles, studies influence of inhibitors and surfactants on the hydratation process, possibility of technological applications, especially hydrate of methane, including getting out, transport, storage and purification, plus geological and geophysical studies carried out in order to estimation methane hydrate deposits

Chemical and electrochemical processes in some new technologies of natural gas

W pracy przedstawiono podstawowe informacje dotyczące chemicznej konwersji gazu ziemnego, w tym reakcje konwersji metanu i rysunek z produktami konwersji gazu ziemnego. Opisano skrótowo kilka technologii dla gazu ziemnego, wśród nich: przetwórstwo gazu ziemnego na paliwa ciekłe (GTL), jego suchy reforming oraz (poprzez gaz syntezowy) produkcję wodoru, metanolu, eteru dwumetylowego (DME) i dodatków motoryzacyjnych. Dodatkowo podano elektrochemiczne procesy zachodzące w ogniwach paliwowych.This paper contains basic information for chemical conversion of the natural gas, including reforming reactions of methane and picture with gathered reforming products of natural gas. Few new selected natural gas technologies have been shortly described, among them: gas to liquid (GTL), dry reforming, production (via synthesis gas) of the hydrogen, methanol, and dimethyl ether (DME) and some motor additions. Additionally, electrochemical processes for fuel cells have been given

Apparatus to study volumetric properties of the gas hydrates

A new pVT apparatus was built on Department of Drilling, Oil and Gas at AGH University of Science and Technology, which was sponsored by the Polish Oil and Gas Company. The apparatus was adjusted to measurement of the proprieties of the gas hydrates. On the schematic diagram of this apparatus, methodological solutions of the equipment were compared to different of this kind literature apparatuses. Among others innovatory elements of the present apparatus some of them should be counted: method of the changes of volume or automatic system (arrangement) to taking the sample with supported nafion drying. The first step of the experimental study is desulfurization of the natural, by using process of the hydrates formation in gas mixture

Utilization of gas hydrate formation

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.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

Some new technologies of natural gas for transport and energy applications

Istnieje zapotrzebowanie na technologie pozwalające transportować gaz ziemny poza systemem sieci gazociągowej, przede wszystkim dla złóż mało opłacalnych i na krótszą odległość. Dla tego celu wykorzystano następujące technologie: hydratację gazu ziemnego (NGH), sprężony gaz ziemny (CNG) i jego termoakustyczne skraplanie. Powyższe technologie są stosunkowo nowe i są na etapie dalszego ich rozwoju. W drugim przypadku dotyczącym zastosowań energetycznych rozważano ogniwa paliwowe, sprężony gaz ziemny (CNG) do pojazdów i nową metodę pomiaru energii. Zastosowania ogniw paliwowych są bardzo szerokie, na przykład w: urządzeniach elektronicznych, gospodarstwach domowych, motoryzacji, wojsku czy instalacjach energetycznych i przemysłowych. Ogniwa paliwowe są ciągle na etapie rozwoju technologicznego i obecnie są jeszcze bardzo kosztowne. Gaz ziemny do napędu pojazdów jest najczystszym i obiecującym alternatywnym paliwem przyszłości, ponieważ redukuje emisję gazów trujących, gazów cieplarnianych i poziom hałasu. Te walory są szczególnie ważne w miastach, gdzie liczba ludności i ilość samochodów jest największa. W przypadku pomiaru energii, zamiast obliczenia energii z objętości i ze składu gazu, proponuje się metodę korelacyjną. Nowa koncepcja metody opiera się na pomiarach właściwości fizycznych.There is a need for non-pipeline technologies that can capture and transport natural gas to markets, especially for stranded gas reserves and for shorter distance transport of the gas. For this purpose following technologies are developed: natural gas hydrate (NGH), compressed natural gas (CNG) and thermoacoustic liquefaction. All of these technologies are relatively new and not finally mature. In the second case, for energy applications have been considered fuel cells, CNG for vehicles and new energy measurement method. Applications of the fuel cells are very extensive, e.g. in: electronic devices, home, transportation, military, power and industrial installation. Fuel cells are still heavily under technological development and their present state are very expensive. The natural gas has a promising future as the cleanest an alternative fuel for vehicles, because reduces the emission toxic exhaust gases, greenhouse gases and noise level. It is especially important in the cities, where is the greatest concentration of people and vehicles. For energy measurement, instead conversion of volume for known composition, a correlation method is proposed. A new concept of the method is based on measurement of physical properties