A Multiscale Approach for Gas Hydrates considering Structure, Growth Kinetics, Agglomeration and Transportability under Multiphase Flow Conditions

Autor: Lange Bassani, Carlos
Přispěvatelé: SPIN-ENSMSE - Centre Sciences des Processus Industriels et Naturels (SPIN-ENSMSE), Ecole Nationale Supérieure des Mines de St Etienne, Université de Lyon, Universidade Technologica Federal do Parana (Brésil), Ana Alexandra Dos Santos Nicolau Esteves Cameirão, STAR, ABES
Jazyk: angličtina
Rok vydání: 2020
Předmět:
Zdroj: Chemical and Process Engineering. Université de Lyon; Universidade Technologica Federal do Parana (Brésil), 2020. English. ⟨NNT : 2020LYSEM030⟩
Popis: A worldwide problem reported by oil companies is the plugging of flow lines because of gas hydrates, a crystal that forms and agglomerates causing partial of complete obstructions. The hydrate management strategy consists of letting hydrates to form, but assuring its stable flow. This strategy is not yet fully applicable due to a considerable lack of description in the non-equilibrium processes of hydrate formation under multiphase flow. This thesis quantitatively describes part of these processes considering several multiscale concepts overlooked in literature so far. Hydrates are porous, hydrophilic particles that act as sponges entrapping water, where crystallization occurs mainly in the capillary walls (1st new assumption). Permeation through the porous particles furnishes water to its outer surface, promoting liquid bridge formation after particles’ collision, which leads to agglomeration (2nd new assumption). Higher subcoolings are shown to promote faster sealing-up of the particles, decreasing permeation rates and causing the particles to be inert in the agglomeration-sense, called dry particles. Furthermore, additives with surfactant properties decrease the permeation rate, which explains their anti-agglomerant effects. Several mechanisms are discussed upon modeling growth kinetics and agglomeration using population balance and further coupling with a steady-state multiphase flow model. For engineering purposes, the model is simplified into a criterion that determines stable production in oil-dominant systems, giving rise to a new dimensionless number that relates the Damköhler and the Reynolds numbers.
Un problème signalé par les compagnies pétrolières est le colmatage des conduites d'écoulement à cause des hydrates de gaz, un cristal qui se forme et s'agglomère provoquant des obstructions. La stratégie de gestion des hydrates consiste à laisser les hydrates se former, tout en assurant leur écoulement stable. Cette thèse décrit quantitativement une partie des processus hors équilibre de la cristallisation en considérant plusieurs concepts multi-échelles omis jusqu'à présent à la littérature. Les hydrates sont des particules poreuses et hydrophiles qui agissent comme des éponges emprisonnant l'eau, dont la cristallisation se produit principalement dans les parois capillaires. La perméation à travers les particules poreuses fournit de l'eau à sa surface externe, favorisant la formation de ponts liquides après la collision des particules, ce qui conduit à l’agglomération. Des sous-refroidissements plus élevés favorisent un scellement rapide des particules, diminuent les taux de perméation et amènent les particules à être inertes au sens de l'agglomération. De plus, les additifs aux propriétés tensioactives diminuent la vitesse de perméation, ce qui explique leurs effets anti-agglomérants. Plusieurs mécanismes sont discutés lors de la modélisation de la cinétique de croissance et de l'agglomération en utilisant un bilan de population couplé avec un modèle d'écoulement polyphasique en régime permanent. À des fins d'ingénierie, le modèle est simplifié en un critère qui détermine la production stable des systèmes à l’huile continue, donnant lieu à un nouveau nombre adimensionnel qui relie les nombres de Damköhler et de Reynolds.
Databáze: OpenAIRE
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