Газовые гидраты

Газовые гидраты

Газовые гидраты, клатраты, в которых «гостями» являются молекулы газов или легкокипящих жидкостей (0₂, N₂, Аг, Хе, Вг₂, Cl₂, SF₆, H₂S, CH₄, C₃H₈, СНС1₃ и др.), а «хозяевами» - молекулы воды, образующие кристаллический каркас. По внешнему виду напоминают снег или рыхлый лед, но в отличие от них могут существовать при положительных, температурах.

Молекулы газа размещены в полостях кристаллической решетки из молекул воды и удерживаются в них ван-дер-ваальсовыми силами. Полости имеют вид многогранников (см. рис. 1.). Кристаллическая решетка из молекул воды, характерная для газовых гидратов, если она не заполнена строго определенным количеством молекул газа, термодинамически нестабильна. Газовые гидраты в основном кристаллизуются в одной из двух сингоний: объемно-центрированной кубической типа CsCl (структура I; a = 1,2 нм, z = 46, пространственная группа Рm3m) и гранецентрированной кубической типа алмаза (структура II; а = 1,73-1,74 нм, z = 136, пространств, группа Fd3m). В элементарных ячейках имеются полости: в структуре I - 6 больших (диаметром 0,59 нм) и 2 малых (0,52 нм), в структуре II - 8 больших (диаметром 0,69 нм) и 16 малых (0,48 нм).

Рис. 1. Общий вид больших и малых полостей в кристаллических решетках газовых гидратов: а - малая полость структур I и II, б, в - большие полости структур I и II со-ответственно.

Гидраты образуются газами, максимальный диаметр (d_макс) молекул которых менее 0,69 нм. Если d_макс больше 0,52 нм, но меньше 0,59 нм (Вг₂, CH₃SH, COS и др.), заполняются только большие полости кристаллической решетки I. При полном заполнении всех полостей число молекул воды (n), приходящееся на одну молекулу «гостя», составляет 7,66. Если dмакс меньше 0,52 (Ar, CH₄, H₂S и др.), наряду с большими будут заполняться и малые полости; при полном заполнении всех полостей n составляет 5,75. Гидраты с кристаллической, структурой II образуются газами, dмакс молекул которых меньше 0,69 нм, но больше 0,59 нм (С₃Н₈, изо-С₄Н₁₀, СНС1₃ и др.); при этом заполняются большие полости (n = 17). Если газовый гидрат образован двумя газами (двойной газовый гидрат), для одного из которых dмакс меньше 0,48 нм, а для другого d_макс больше 0,59 нм, заполняются и малые, и большие полости (n = 5,67).

Плотность газовых гидратов составляет 0,8-1,24 г/см³, например плотность С₃Н₈ 17Н₂O - 0,88 г/см³. Для газовых гидратов с n = 6 величина ΔН^о_обр лежит в пределах от — 58,6 до — 71,1 кДж/моль, с n ≈ 9 от - 79,5 до - 83,7 кДж/моль, с n ≈ 17 от - 121,3 до - 133,9 кДж/моль. Газовые гидраты структуры I не имеют критической температуры, структуры II имеют. Так, для гидрата С₃Н₈ t_крит 278,8 К при 552 кПа, ВгClF₂C 283,1 К при 169 кПа, СН₃С1 293,6 К при 496,0 кПа. С увеличением размера молекулы газа или жидкости, образующей гидрат, температура диссоциации газовых гидратов при одном и том же давлении повышается. Так, при давлении 101,3 кПа для гидрата СН₄ эта температура 194,4 К, С₂Н₆ 241,6 К, С₃Н₈ 261,5 К.

Многие технологические процессы в химической, газовой и нефтехимической, промышленности сопровождаются образованием газовых гидратов, что может приводить, например, к закупорке трубопроводов и аппаратов и в результате к авариям.

Для предотвращения образования газовых гидратов в газовый поток вводят ингибиторы (растворы солей, например NaCl, СаС1₂, спирты, гликоли и др.), которые частично связывают воду и увеличивают давление гидратообразования при данной температуре или снижают температуру гидратообразования при данном давлении. При добыче пример газа в качестве ингибиторов чаще всего используют метанол или раствор СаС1₂, на заводах синтетического спирта - метанол или изопропанол, которые вводят в дефлегматор ректификационной колонны. Для предотвращения гидратообразования применяют также осушку газов.

Фомина В.И.

⇐ Перейти на главную страницу сайта
⇐

⇑ Вернуться в начало страницы ⇑

Библиотека Ordo Deus ⇒
⇒

⇐ Гидраты

⇓ Каталог систематический ⇓

Способ криоконсервации органов и тканей in situ ⇒

Внимание! Вы находитесь в библиотеке «Ordo Deus». Все книги в электронном варианте, содержащиеся в библиотеке «Ordo Deus», принадлежат их законным владельцам (авторам, переводчикам, издательствам). Все книги и статьи взяты из открытых источников и размещаются здесь только для чтения.

Библиотека «Ordo Deus» не преследует никакой коммерческой выгоды.

Все авторские права сохраняются за правообладателями. Если Вы являетесь автором данного документа и хотите дополнить его или изменить, уточнить реквизиты автора, опубликовать другие документы или возможно вы не желаете, чтобы какой-то из ваших материалов находился в библиотеке, пожалуйста, свяжитесь с нами по e-mail:
info @ ordodeus. ru
Формы для прямой связи с нами находятся в нижней части страниц: контакты и устав «Ordo Deus», для перехода на эти страницы воспользуйтесь кнопкой контакты вверху страницы или ссылкой в оглавлении сайта.

© Ordo Deus, 2010. При копировании ссылка на сайт http://www.ordodeus.ru обязательна.