Correction of Hydrate Dissociation in Shale Media via Correlation of Kim's Model
Dissociation des hydrates dans les schistes bitumineux: correction de la corrélation calculée par le modèle de Kim
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Lavan Island Oil Laboratory, Iranian Offshore Oil Co., Park Way, Tehran - Iran
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Chemical Engineering Department, Islamic Azad University, Shahreza - Iran
Corresponding authors: mokhtari.bahram@gmail.com pourabdollah64@gmail.com
Deep-sea gas hydrates are ice-like crystalline substances in which hydrocarbon and non-hydrocarbon gases of specific molecular diameters are held by hydrogen bonding within rigid cages of water molecules. Sudden release of 1100-2100 Gt of carbon from dissociation of up to 10% of the global hydrate reservoir has been suggested as the cause of both the C-isotope excursion and coeval global atmospheric warming through an enhanced greenhouse effect. Kim's model assumed that, at a constant temperature, a two-step process could describe gas hydrate decomposition, including destruction of the clathrate host lattice at the surface of a particle and desorption of the guest molecule from the surface. In this paper, first, the thermodynamics and the kinetics of gas hydrate decomposition via Kim's model in the seafloors was reviewed; then, by a stainless steel test cell reactor and Omega Data Acquisition software, their correlation to sandy environments was formulated via numerical fitting of experimental data. The correlation of the conventional Kim's model is that the configuration of gas hydrate formation as a type of surface coating around sand grains was assumed. In the first stage of new mechanism dissociation, when the rate-controlling factor is dissociation heat, the formulation of the correlated dissociation rate was expressed. In the second stage of the mechanism, when the rate-controlling factor is mass transfer, the modified rate constant factor instead of Kim's constant factor was determined. The coefficient of correlation between the results of the estimation and experiment was more than 0.98 for both 85 and 216-μm sands.
Résumé
Les hydrates de gaz des fonds océaniques sont des substances cristallines semblables à de la glace dans lesquelles des gaz hydrocarbonés et non hydrocarbonés ayant des diamètres moléculaires spécifiques sont maintenus par des liaisons hydrogène à l'intérieur de cages rigides faites de molécules d'eau. Il a été suggéré que la libération soudaine de 1100 à 2100 Gt de carbone causée par la dissociation de jusqu'à 10% du stock mondial d'hydrates est la cause à la fois d'une anomalie positive de l'isotope C et d'un réchauffement atmosphérique mondial contemporain par l'intermédiaire d'un accroissement de l'effet de serre. Le modèle de Kim suppose que, à température constante, la décomposition des hydrates de gaz peut être décrite par un processus en deux étapes : destruction du réseau hôte du clathrate à la surface d'une particule et désorption de la molécule incluse. Dans le présent article, la thermodynamique et la cinétique de la décomposition des hydrates de gaz des fonds océaniques d'après le modèle de Kim sont passées en revue, puis, à l'aide d'un réacteur d'essai en acier inoxydable et du logiciel d'acquisition de données Omega, leur corrélation avec des environnements sableux est formulée par un ajustement numérique tiré des données expérimentales. La corrélation du modèle de Kim classique suppose que la configuration de la formation des hydrates gazeux est un type d'enrobage superficiel autour d'un grain de sable. Selon le nouveau mécanisme de dissociation, une première étape utilise la chaleur de dissociation en tant que facteur contrôlant la vitesse pour exprimer la formulation du taux de dissociation corrélé. Dans la seconde étape du mécanisme, le transfert de masse est utilisé en tant que facteur contrôlant la vitesse pour déterminer un facteur de constante de vitesse modifié au lieu du facteur constant de Kim. Le coefficient de corrélation entre les résultats de l'estimation et ceux de l'expérience est supérieur à 0,98 pour des sables de tailles de grains de diamètres 85 et 216 μm.
© IFP, 2009