Application of gas hydrate technologies for coal mine methane transportation

Abstract

Purpose. Improving the efficiency of application of gas hydrate technologies for converting coal mine methane into a solid crystalline state with its subsequent transportation to consumers by intensifying the hydrate formation process. Methods. Experimental studies were carried out in the laboratory of innovative technologies of the Dnipro University of Technology (Dnipro, Ukraine). The thermobaric parameters of the hydrate formation process varied to produce of gas hydrate samples from mine methane by artificial means. Physical modeling and field experiments were carried out in an ILKA KTK-3000 climate chamber, as well as on an NPO-5 unit, which made it possible to simulate specified thermobaric parameters (temperature, pressure). The least squares method was used to determine the linear regression parameters. Findings. Gas hydrates and their thermobaric conditions were experimentally obtained under three variants: free mixing of gas and water in a reactor, forced mixing of a water-gas mixture and mixing of a water-gas mixture in a magnetic field. The functional relationship between the initial parameters of the hydrate formation process is determined for the three variants considered. The adequacy of the constructed models was verified by calculating the determination coefficient for each model using the square of the linear correlation coefficient. It is reasonable to transportation of gas in a solid gas hydrate state due to the effect of self-preservation, which is safer and economically feasible. Originality. By mathematical modeling found that the determination indices for all the considered variants of the hydrate formation process are larger than the determination coefficients, which confirms the fact that the parabolic model is more adequate. Practical implications. The optimal method for intensification of the hydrate formation process for substantiating artificially created gas hydrates from coal mine methane as an alternative energy source is justified.

Мета. Підвищення ефективності застосування газогідратних технологій для переведення шахтного метану у твердий кристалічний стан з наступним його транспортуванням до кінцевих споживачів шляхом інтенсифікації процесу гідратоутворення. Методи. Експериментальні дослідження виконувались у лабораторії інноваційних технологій НТУ «Дніпровська політехніка» (м. Дніпро). Варіювались термобаричні параметри процесу гідратоутворення з отриманням зразків газових гідратів з шахтного метану штучним шляхом. Проведено фізичне моделювання та натурні експериментах у кліматермокамері ILKA КТК-3000, а також на установці НПО-5, що дозволяє моделювати задані термобаричні параметри (температура, тиск). Для визначення параметрів лінійної регресії було використано метод найменших квадратів. Результати. Експериментально отримані газогідрати та їх термобаричні умови при трьох варіантах – вільному перемішуванні у реакторі газу та води, примусовому перемішування водогазової суміші й перемішуванні водогазової суміші у магнітному полі. Визначено функціональну залежність між вихідними параметрами процесу гідратоутворення для трьох розглянутих варіантів. Виконано перевірку адекватності побудованих моделей за допомогою розрахунку коефіцієнта детермінації за кожною моделлю за допомогою квадрата лінійного коефіцієнта кореляції. Обґрунтовано перевезення газу у твердому газогідратному стані за рахунок ефекту самоконсервації, який є більш безпечним та економічно доцільним. Наукова новизна. Математичним моделюванням встановлено, що індекси детермінації для всіх розглянутих варіантів процесу гідратоутворення є більшими, ніж коефіцієнти детермінації, що підтверджує той факт, що параболічна модель є більш адекватною. Практична значимість. Обґрунтовано оптимальний спосіб інтенсифікації процесу гідратоутворення для отримання штучно створених газових гідратів з метану вугільних шахт як альтернативного енергоносія.

Цель. Повышение эффективности применения газогидратных технологий для перевода шахтного метана в твердое кристаллическое состояние с последующим его транспортированием к конечным потребителям путем интенсификации процесса гидратообразования. Методы. Экспериментальные исследования выполнялись в лаборатории инновационных технологий НТУ «Днепровская политехника» (г. Днепр). Варьировались термобарические параметры процесса гидратообразования с получением образцов газовых гидратов из шахтного метана искусственным путем. Проведено физическое моделирование и натурные экспериментах в климатермокамере ILKA КТК-3000, а также на установке НПО-5, позволяющей моделировать заданные термобарические параметры (температура, давление). Для определения параметров линейной регрессии был использован метод наименьших квадратов. Результаты. Экспериментально получены газогидраты и их термобарические условиях при трех вариантах – свободном перемешивании в реакторе газа и воды, принудительном перемешивания водогазовой смеси и перемешивании водогазовой смеси в магнитном поле. Определена функциональная зависимость между исходными параметрами процесса гидратообразования для трех рассмотренных вариантов. Выполнена проверка адекватности построенных моделей с помощью расчета коэффициента детерминации по каждой модели с помощью квадрата линейного коэффициента корреляции. Обоснованно транспортирование газа в твердом газогидратном состоянии за счет эффекта самоконсервации, который является более безопасным и экономически целесообразным. Научная новизна. Математическим моделированием установлено, что индексы детерминации для всех рассмотренных вариантов процесса гидратообразования являются большими, чем коэффициенты детерминации, что подтверждает тот факт, что параболическая модель является более адекватной. Практическая значимость. Обоснованно оптимальный способ интенсификации процесса гидратообразования для получения искусственно созданных газовых гидратов из метана угольных шахт в качестве альтернативного энергоносителя.