Состав и структура гидратов.
Природный газ,
насыщенный парами воды, при высоком давлении и при определенной положительной
температуре способен образовывать твердые соединения с водой – гидраты.
Особое значение гидратообразование
приобретает при добычи газа из месторождений Сибири и Крайнего Севера. Низкие
пластовые температуры и суровые климатические условия этих районов создают
благоприятные условия для образования гидратов.
Гидраты природных газов представляют собой
неустойчивое физико-химическое соединение воды с углеводородами, которое с
повышением температуры или при понижении давления разлагается на газ и воду. По
внешнему виду — это белая кристаллическая масса, похожая на лед или снег.
Гидраты относятся к веществам, в которых
молекулы одних компонентов размещены в полостях решетки между узлами
ассоциированных молекул другого компонента. Такие соединения обычно называют
твердыми растворами внедрения, а иногда соединениями включения.
По современным представлениям молекулы гидратообразователей в полостях между узлами ассоциированных молекул воды гидратной решетки удерживаются с помощью Ван-дер-Ваальсовых сил притяжения.
Влияние неуглеводородных компонент и свойств природного газа на гидратообразование.
Увеличение процентного содержания сероводорода
углекислого газа приводит к повышению равновесной температуры
гидратообразования и понижению равновесного давления. Например, при давлении 50
ата для чистого метана температура образования гидратов составляет 6 оС,
а при 25-ом содержании H2S она
достигает 10 оС. Природные газы,
содержащие азот, имеют более низкую температуру образования гидратов, т.е. в
этом случае гидраты становятся менее устойчивыми. Например, если в природном
газе с относительной плотностью 0.6 отсутствует азот, гидраты его при
температуре 10 °С остаются устойчивыми до давления 34 ата, если же в газе
содержится 18 % азота, равновесное давление гидратообразования снижается до
30ата.
Для образования гидратов в жидких углеводородных
газах требуются более высокое давление и более низкие температуры. В отличие от
природных газов выделение гидратов в жидких углеводородных газах сопровождается
увеличением давления системы (в замкнутом объеме). Кроме того, как и в
природных газах, в этом случае выделяется теплота, в результате чего повышается
температура системы. Поскольку объем остается постоянным, с увеличением
температуры в системе растет и давление.
Разложение гидратов жидких углеводородных
газов сопровождается уменьшением объема и, следовательно, понижением давления.
Образование гидратов в жидких углеводородах идет несравнимо труднее, чем в
газообразных. Чтобы начался этот процесс, требуется выдержать систему при
соответствующих условиях в течение некоторого времени и в основном в условиях
равновесия. Однако при отрицательных температурах после появления мелких
кристалликов льда гидраты начинают образовываться быстро. Гидраты жидких
углеводородных газов легче воды.
