Methane hydrate film growth measurements by microscopy

• Main Author: Breton, Andre
• Other Authors: Phillip Servio (Internal/Supervisor)
• Format: Thesis
• Language: English
• Published: McGill University 2007
• Subjects: Engineering - Heat and Thermodynamics; Methane hydrate
• Online Access: http://digitool.Library.McGill.CA:80/R/?func=dbin-jump-full&object_id=18284

Gas Hydrates are a specific type of inclusion compound in which water molecules arrange themselves by hydrogen bonding to form cages accommodating a guest molecule of appropriate size. These compounds are thermodynamically stable at low temperatures (~ 0°C) and relatively high pressures. These conditions are typically found in deep oceans and make gas hydrates the most abundant hydrocarbon source on earth. Gas hydrates have also been investigated because they are known to plug oil pipelines. Experiments were carried out to determine how efficient VP/VC was at slowing down gas hydrate formation when compared to de-ionized water. Kinetics of formation of methane hydrate film was compared using two measurement methods: Microscopy and gas consumption. Experiments were conducted for each solution at temperatures and pressures ranging from 274-278 K and 5000-7000 kPa respectively. Gas consumption by the system and spatial movement of the hydrate film were monitored simultaneously. It was noticed that hydrate film growth measured by microscopy could be separated in two steps; initial and second growth stages. Initial growth rates measured were significantly higher than second growth rates (3 to 300 times higher). It is suspected that liquid saturation affects initial growth rates and initial film thicknesses. It was noticed that at 1 and 2°C, initial growth rates in presence of VP/VC were higher than with water. Initial growth rates with VP/VC were lower than those of water at 3°C. Results of initial film thicknesses show an inversely proportional trend with subcooling conditions. Second growth rates were shown to increase when hydrate formation driving force increased in presence of water. Results with VP/VC were significantly lower than with water and were not shown to depend noticeably on experimental conditions. Les hydrates gazeux font partis de la catégorie des complexes d’inclusion. Ce type de molécule se forme lorsque des molécules d’eau se structurent par liaisons hydrogène pour former une cage pouvant accepter une molécule «invité» d’une grandeur appropriée. Ces complexes sont thermodynamiquement stable à basse temperatures (~ 0°C) et pressions relativement élevées. Ces conditions sont reproduites dans les fonds marins. Ceux-ci abritent une énorme quantité d’hydrates gazeux, ce qui en fait la plus grande source d’hydrocarbures sur terre. Les hydrates gazeux sont également étudiés parce qu’ils se forment dans les conduits transportant du gaz ou du pétrole causant plusieurs problèmes. Une série d’expériences a été réalisée afin de déterminer l’efficacité de VP/VC à ralentir la croissance d’hydrates par rapport à une solution d’eau déionisée. La cinétique de formation d’une pellicule d’hydrate a été comparée en utilisant deux méthodes d’analyse: la microscopie et la consommation de gaz par le système. Les pressions and températures examinées pour chaque solution variaient respectivement entre 5000-7000kPa et 274-276K. La consommation de gaz et la hauteur du film étaient suivies tout au long de l’expérience. Il a été remarqué que la période de croissance du film d’hydrates mesurée par microscopie pouvait être séparée en deux phases distinctes: la croissance initiale et la deuxième croissance. La vitesse de croissance initiale mesurée était significativement supérieure à celle de la deuxième croissance (3 à 300 fois supérieure). La saturation de la phase liquide est suspectée d’influencer les valeurs de vitesse de croissance initiale ainsi que la hauteur initiale du film. La vitesse croissance initiale mesurée avec VP/VC était plus élevée qu’en présence d’eau déionisée à 1 et 2°C. Les résultats à 3°C montraient une tendance inverse. Les estimations d