Условия образования гидратов. Общие представления об условиях образования гидратов можно получить из фазовой диаграммы гетерогенного равновесия

Общие представления об условиях образования гидратов можно получить из фазовой диаграммы гетерогенного равновесия, построенной для системы М – Н₂0 и представленной на рисунке 3.

Рисунок 3. Диаграмма фазового состояния гидратов при избытке гидратообразователя:

1 – упругость паров гидратообразователя, насыщенного парами воды; 2 – равновесные условия образования гидратов в системе газообразный гидратообразователь - Н₂0; 3 – то же, в системе газообразный гидратообразователь - лёд или газообразный гидратообразователь – переохлаждённая вода;

4 – понижение температуры замерзания воды в результате растворения в ней гидратообразователя; 5 – зависимость критической температуры разложения гидратов от давления. Области, ограниченные линиями состояния системы:

I - M_г + Н₂О; II – M_ж + Н₂О; III - М_ж - гидрат;

IV - М_г - гидрат; V М_г - лед

В точке С одновременно существуют четыре фазы (I, II,III,IV): газообразный гидратообразователь, жидкий раствор гидратообразователя в воде, раствор воды в гидратообразователе и гидрат. В точке пересечения кривых 1 и 2, соответствующей инвариантной системе, невозможно изменить температуру, давление или состав системы без того, чтобы не исчезла одна из фаз. При температурах свыше соответствующего значения в точке С существование гидрата не возможно, как бы не велико было значение давления. В этой связи точка С рассматривается как критическая точка образования гидратов. В точке пересечения кривых 2 и 3 (точка В) существует вторая инвариантная точка, в которой существуют газообразный гидратообразователь, жидкий раствор гидратообразователя в воде, гидрат и лёд

Из диаграммы фазового состояния гидратов следует, что в системе М - Н₂О возможно образование гидратов по следующей схеме:

М_г + m·(Н₂О)_ж ↔ М·m·(H₂O)_тв

М_р + m·(Н₂О)_тв ↔ М·m·(H₂O)_ТВ

М_ж + m·(Н₂О)_ж ↔ М·m·(H₂O)_ТВ

М_тв + m·(Н₂О)_тв ↔ М·m·(H₂O)_ТВ

Здесь М_г, М_ж, М_т – условное обозначение гидратообразователя соответственно газообразного, жидкого и твердого;

·(Н₂О)_ж,·(Н₂О)_тв – молекулы соответственно жидкой и твердой (лёд) воды;

m – число молекул воды в составе гидрата.

При переохлаждении воды, упругость диссоциации гидрата меньше, чем при наличии льда. Поэтому, для возникновения гидратов, необходимо, чтобы парциальное давление было выше упругости этих паров в составе гидрата. На изменение температуры образования гидратов оказывают влияние: состав гидратообразователя; чистота воды; турбулентность; наличие центров кристаллизации; скорость охлаждения системы гидратообразователь – вода и т.д.

Установлено, что с увеличением плотности природного газа возможно и увеличение температуры гидратообразования. Но природный газ и небольшой плотностью может образовывать гидраты при значительно высоких температурах, чем природный газ с повышенной плотностью при более меньших температурах. Если негидратообразующие компоненты сказываются на росте плотности газа, то температура его гидратообразования понижается.