Experimental verification of CH4-CO2 swap in methane-propane-carbon dioxide mixture hydrates

Abstract

Son yıllarda geleneksel olmayan hidrokarbon kaynaklarına yüksek önem verilmektedir. Geleneksel olmayan hidrokarbon kaynaklarının en önemlilerinden biri de doğal gaz hidratlarıdır. Ancak, hidrat rezervuarlarından enerji elde edilmesi oldukça zordur ve ilgili araştırmalar hala sürdürülmektedir. Son zamanlarda, doğal hidrat oluşumlarındaki metan (CH4) gazının, karbondioksit (CO2) enjeksiyonu yöntemiyle üretilmesi önerilmiştir. Bu yöntem aynı zamanda geleneksel olmayan bir fosil yakıt rezervine erişmek ve atmosferdeki CO2 artışını azaltmak için bir çözüm olarak kabul edilmektedir.Bu çalışmada, gözenekli ortamda doğal gaz hidratının oluşumu, laboratuvar koşullarında metan (CH4), propan (C3H8) ve karbondioksit (CO2) gaz karışımları kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Gaz karışım kompozisyonu, İzmir Dokuz Eylül Üniversitesi 'Deniz Bilimleri ve Teknolojisi Enstitüsü' tarafından Karadeniz'de hidrat kaynaklarını araştırmak amacıyla yürütülen çalışmaların sonuçlarına göre belirlenmiştir. Buna göre gaz karışımı CH4 (95 %), C3H8 (3 %) ve CO2 (2 %) olarak hazırlanmıştır ve tüm karışım hidrat deneylerinde belirtilen mol yüzdeleri kullanılmıştır.CH4-CO2 yer değişiminin metan hidratında olduğu gibi CH4-C3H8-CO2 karışım hidratında mümkün olduğu gösterilmiştir. Ayrıca, bu çalışmanın sonuçları hidrat ortamının içerisine CO2 enjeksiyonunun sII tip hidrat yapısına sahip olan propanın açığa çıkmasına neden olduğunu göstermiştir.Anahtar Kelimeler: Doğal gaz hidratları, CH4-CO2 yer değişimi, geleneksel olmayan hidrokarbon kaynakları, CO2 depolama.

Significant interest has been given to unconventional hydrocarbon resources in recent years. Natural gas hydrates are one of the key components of unconventional hydrocarbon resources to be addressed. However, energy utilization from hydrate reservoirs is challenging and related researches are still being carried out. Recently, a method in which methane gas (CH4) is recovered from natural gas hydrate formations by injection of carbon dioxide (CO2) has been proposed. This method is considered to be a promising solution to simultaneously access an unconventional fossil fuel reserve and reduce atmospheric CO2 increase. In this study, formation of natural gas hydrate in porous media at laboratory conditions was carried out by using a mixture of gases: methane (CH4), propane (C3H8) and carbon dioxide (CO2). Composition of the gas mixture was obtained from the results of the investigations of the Black Sea hydrate depositions, carried out by `The Institute of Marine Sciences and Technology` of Dokuz Eylul University in Izmir, Turkey. The following mole percent of the gases was used throughout experiments in order to simulate hydrate reservoir conditions of the Black Sea: CH4 (95%), C3H8 (3%) and CO2 (2%).It was shown that CH4-CO2 swap process takes place in CH4-C3H8-CO2 mixture hydrates as in the case of pure methane hydrates. Based on the results of this study, it was also observed that injection of CO2 into hydrate media caused release of propane which exhibits sII type hydrate structure.Keywords: Natural gas hydrates, CH4-CO2 swap, unconventional hydrocarbon resources, CO2 sequestration.