On quasistationary solution of the equation of gas diffusion in hydrate layer | Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo universiteta. Matematika i mekhanika – Tomsk State University Journal of Mathematics and Mechanics. 2017. № 48. DOI: 10.17223/19988621/48/10

On quasistationary solution of the equation of gas diffusion in hydrate layer

In this paper, the problem of hydrate layer formation in a spherical particle whose core consists of the water (or ice) phase in a diffusion mode that involves the mobile gas diffusion in the bed of methane hydrate formed at the interface between gas and ice (or water) is solved. A quasistationary solution of the gas diffusion equation is obtained. The time of total water (or ice) transition in the hydrate state is determined. Distributions of diffusing gas concentration fields by coordinate passing through the hydrate layer, which arises on the gas-water (or ice) interface, are obtained. The growth dynamics of the hydrate layer in a spherical particle in relation to the saturation density of mobile gas is revealed. It is established that an increase in saturation density of the diffusing gas by four times leads to a decrease in dimensionless time of total water (or ice) transition in the hydrate state by three times. It is shown that in rather wide limits of the solubility of gas as a part of hydrate depending on the pressure, the numerical solution of the diffusion equation coincides well with its analytical solution.

Download file

Counter downloads: 202

Keywords

диффузия газа, плотность насыщения, безразмерные параметры, гидратный слой, метод ловли фронта, gas diffusion, saturation density, dimensionless parameters, hydrate layer, front-tracking method

Authors

Name	Organization	E-mail
Shagapov Vladislav Sh.	Birsk branch of Bashkir State University; Kazan Research Center of the Russian Academy of Sciences	shagapov@rambler.ru
Chiglintseva Angelina S.	Birsk branch of Bashkir State University	changelina@rambler.ru
Rafikova Guzal R.	Institute of Mechanics, Ufa Science Center, RAS	rafikova_guzal@mail.ru

Всего: 3

References

Бондарев Э.А., Рожин И.И., Попов В.В., Аргунова К.К. Оценка возможности подземного хранения гидратов природного газа в зоне многолетней мерзлоты // Криосфера Земли. 2015. Т. XIX. № 4. С. 64-74.

Дучков А.Д., Соколова Л.С., Аюнов Д.Е., Пермяков М.Е. Оценка возможности захоронения углекислого газа в криолитозоне Западной Сибири // Криосфера Земли. 2009. Т. XIII. № 4. С. 62-68.

Шагапов В.Ш., Мусакаев Н.Г. Динамика образования и разложения гидратов в системах добычи, транспортировки и хранения газа. М.: Наука, 2016. 240 с.

Шагапов В.Ш., Чиглинцева А.С., Русинов А.А. Задача о нагнетании холодного газа в пласт насыщенный снегом и газом, сопровождаемое гидратообразованием // Вестник Томского государственного университета. Математика и механика. 2016. № 3(41). С. 98-106. DOI 10.17223/19988621/41/10. URL: http://vital.lib.tsu.ru/vital/access/manager/Repository/vtls:000539331

Чувилин Е.М., Козлова Е.В. Исследования формирования мерзлых гидратосодержащих пород // Криосфера Земли. 2005. № 1. С. 73-80.

Chuvilin E.M., Kozlova E.V., Makhonina N.A., Yakushev V.S. Experimental investigation of gas hydrate and ice formation in methane saturated sediments // Proc. 8th International Conference on Permafrost. 2003. P. 145-150.

Чувилин Е.М., Гурьева О.М. Экспериментальное изучение образования гидратов СО2 в поровом пространстве промерзающих и мерзлых пород // Криосфера Земли. 2009. Т. 13. № 3. С. 70-79.

Staykova D.K., Hansen T, Salamatin A.N., Kuhs W.F. Kinetic diffraction experiments on the formation of porous gas hydrates // Proc. Fourth International Conference on Gas Hydrates. Yokohama, May 19-23, 2002. P. 537-542.

Kuhs W.F., Staykova D.K., Salamatin A.N. Formation of methane hydrate from polydisperse ice powders // J. Phys. Chem. B. 2006. V. 110. No. 26. P. 13283-13295. DOI: 10.1021/ jp061060f.

Falenty A., Salamatin A. N., Kuhs W. F. Kinetics of CO2-Hydrate Formation from Ice Powders: Data Summary and Modeling Extended to Low Temperatures // J. Phys. Chem. C. 2013. V. 117. P. 8443-8457. DOI: 10.1021/jp310972b.

Власов В.А. Диффузионно-феноменологическая теория образования газового гидрата из ледяного порошка // Теоретические основы химической технологии. 2012. Т. 46. № 6. С. 612-619. DOI: 10.1134/S0040579512060243.

Xiaoping Wang, Arthur J. Schultz, and Yuval Halpern Kinetics of methane hydrate formation from polycrystalline deuterated ice // J. Phys. Chem. A. 2002. V. 106. No. 32. P. 7304-7309. DOI: 10.1021/jp025550t.

Liu W., Li Q., Song Y., et al. Diffusion theory of formation of gas hydrate from ice powder without melting // Energy Procedia. 2014. V. 61. P. 513-522.

McGinnis D.F., Greinert J., Artemov Y., Beaubien S. Fate of rising methane bubbles in stratified waters: How much methane reaches the atmosphere? // J. Geophysical Research. 2006. V. 111. P. 382-386. DOI: 10.1029/2005JC003183.

Гумеров Н.А. Автомодельный рост слоя газового гидрата, разделяющего газ и жидкость // Изв. РАН. Механика жидкости и газа. 1992. № 5. С.78-85.

Шагапов В.Ш., Чиглинцева А.С., Кунсбаева Г.А. Теоретические основы процесса нагнетания газа и капель воды в трубчатый реактор в условиях гидратообразования// Вестник Казанского государственного технического университета им. А.Н. Туполева. 2015. № 5(81). С. 36-44.

Шагапов В.Ш., Чиглинцева А.С., Русинов А.А. О механизмах роста гидратной оболочки на поверхности всплывающих газовых пузырьков // Вестник Томского государственного университета. Математика и механика. 2015. № 3(35). С. 73-86. DOI: 10.17223/ 19988621/35/10. URL: http://vital.lib.tsu.ru/vital/access/manager/Repository/vtls:000508694

Шагапов В.Ш., Рафикова Г.Р., Хасанов М.К. К теории образования газогидрата в частично водонасыщенной пористой среде при нагнетании метана // Теплофизика высоких температур. 2016. Т. 54. № 6. С. 911-920. DOI: 10.7868/S004036441606017X.

Шагапов В.Ш., Хасанов М.К, Рафикова Г.Р. Вытеснение метана из газогидратного пласта при закачке диоксида углерода // Вестник Томского государственного университета. Математика и механика. 2016. № 6(44). С. 104-116. DOI: 10.17223/19988621/44/9. URL: http://vital.lib.tsu.ru/vital/access/manager/Repository/vtls:000553965

Рудобашта С.П., Карташов Э.М. Диффузия в химико-технологических процессах: учебное пособие. 2-е изд., перераб. и доп. М.: КолосС, 2009. 478 c.

Намиот А.Ю. Растворимость газов в воде. М.: Недра, 1981. 167 с

Нигматуллин Р.И. Динамика многофазных сред: в 2 ч. М.: Наука, 1987.

Кузнецов Г.В., Шеремет М.А. Разностные методы решения задач теплопроводности: учебное пособие. Томск: Изд-во ТПУ, 2007. 172 с.