Рентгенографическими методами исследований установлены две структуры кристаллической решетки гидратов: структура I, в которой 46 молекул воды образуют 6 больших и 2 малых полости, причем большие полости имеют диаметр 0,59∙10-9 м, а малые полости – 0,52∙10-9 м=0,52 нанометр; структура II, в которой 136 молекул воды образуют 16 малых и 8 больших полостей, диаметры полостей соответственно равны 0,48 нм и 0,69 нм. Например, такие меньше 0,52 нм заполняют малые полости I структуры, точнее могут заполнять. Газы С2Н6, W2 размером чуть меньше 0,59 нм могут заполнять большие полости I структуры.
Для II структуры заполняются большие полости молекулами, размер которых в пределах 0,59÷0,69 нм. Из компонентов природного газа такими газами являются пропан, изобутан, двуокись углерода. Малые полости могут быть и не заполнены для гидратов II структуры.
Формула гидрата I структуры 8G∙46H2O, II структуры – 8G∙136H2O. G – молекула газа-гидратообразователя.
При разработки и эксплуатации месторождений природных газов в условиях гидратообразования газы-гидратообразователи могут неполностью заполнять полости кристаллических решеток структур. Поскольку месторождения в своем составе имеют смесь газов, то и гидраты образуются в виде смесей I и II структур. Формула таких смешанных гидратов при полном заполнении полостей I структуры и неполном II структуры (только большие полости) имеет вид G1∙G2∙47H2O.
Предельное отношение числа молекул воды к числу молекул газа-гидратообразователя для
I структуры равно
II структуры
В реальных условиях не все полости могут быть заполнены, поэтому n1 и n2 бывают заметно больше приведенных значений.
По внешнему виду гидраты похожи на снег, их плотность составляет меньше плотности воды. Например, для метана ρ=895 кг/м3 при 1 МПа, а при 10 МПа – 917 кг/м3, при 100 – 950 кг/м3. Теплота гидратообразования 53,5÷57,7 кДж/к.моль, теплоемкость – 45÷46 кДж/к∙моль∙к, ρг=873+6,3∙ρ, кг/м3.
Гидраты образуются при наличии газа-гидратообразователя, капельной влаги и соответствующих давлений и температуры. С увеличением давления возможность гидратообразования увеличивается, способствует гидратообразованию снижение температуры.
Отличительной особенностью гидратов является то, что они образуются при температурах положительных, значительно превышающих температуру образования льда.
Существует несколько методов определения давления и температуры начала гидратообразования. Наилучший способ – это провести лабораторные исследования на конкретном месторождении, известном составе газа (бомбы). В практике инженерных расчетов используются следующие методы.
– Графический.
В справочной литературе представлены графики зависимости равновесных условий
гидратообразования для различных относительных плотностей газа 
(см. рисунок 2.8.1).
Рисунок 2.8.1 – Зависимость равновесных параметров гидратообразования природных газов от плотности.
Выше и левее равновесных линий гидраты существуют, ниже и правее гидраты отсутствуют. С увеличением давления равновесная температура гидратообразования повышается.
С увеличением относительной плотности газа при одном и том же давлении гидраты образуются при более высокой температуре.
– Аналитический.
а) Формула Гаммершмидта
, 0С (2.8.1)
б) Формула Пономарева. Она
учитывает состав газа через ее плотность при t>0 
(2.8.2)
при t<0 
(2.8.3)
Коэффициенты В и В1 определяются в зависимости от плотности гидратообразующих компонентов газа (метан, этан, пропан, двуокись углерода, сероводород), которая определяется по формуле:
(2.8.4)
где ni – мол. доля i-компонента; ρi – относительная плотность i-компонента; i=1…К0, К0 – число гидратообразующих компонентов. Значения В и В1 даны в справочной литературе.
Методы предупреждения гидратов.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.