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Prediction of hydrate formation conditions based on the vdWP-type models at high pressures

Authors


Abstract

Prediction of phase boundaries of gas hydrates has been done for several decades based on the vdWP (van der Waals and Platteeuw) hydrate equation and the classical thermodynamic equations for describing the water fugacities in water or ice phase. This procedure gives a reasonable prediction at low pressures, but when the pressure increases, above 105 kPa, it shows a significant error. In the conventional vdWP-type models it has been assumed that the volume difference between the empty hydrate lattice and pure liquid water is independent of the system pressure and temperature. In this work, different approaches for describing the volume dependency of pure liquid water and the empty hydrate lattice on the system pressure have been used to predict the hydrate equilibria based on the vdWP-type model. Also, an expression is introduced to estimate the volume of methane hydrate lattice as a function of pressure and temperature. Finally, this method is extended to other hydrate formers, that is, ethane, carbon dioxide, xenon, and nitrogen. The predicted values are in good agreement with the experimental data both for LwHV and LwHLhf phase boundaries.

Abstract

On a procédé à la prédiction des limites de phases des hydrates de gaz pour plusieurs décennies selon l'équation d'hydrate de vdWP (van der Waals et Platteeuw) et les équations thermodynamiques traditionnelles pour décrire les fugacités de l'eau en phase eau ou glace. Cette procédure fournit une prédiction raisonnable à basses pressions, mais lorsque la pression augmente, au-dessus de 105 kPa, elle indique une erreur importante. Dans les modèles de type vdWP conventionnels, on a présumé que la différence de volume entre le réseau d'hydrates vide et l'eau liquide pure est indépendante de la pression et de la température du système. Dans ce travail, différentes approches pour décrire la dépendance volumique de l'eau liquide pure et du réseau d'hydrates vide sur la pression du système ont été utilisées pour prédire l'équilibre des hydrates selon le modèle de type vdWP. De plus, une expression est introduite pour estimer le volume du réseau d'hydrate de méthane comme fonction de pression et de température. Enfin, cette méthode se prête à d'autres générateurs d'hydrates, p. ex., l'éthane, le dioxyde de carbone, le xénon et l'azote. Les valeurs prédites correspondent bien aux données expérimentales à la fois pour les limites de phases LwHV et LwHLhf.

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