2.2.4 Protocol of Converting an Experimentally Measured
Survival Curve to a Nucleation Curve . . . . . . . . . . . . . . . . 48
2.2.5 The Impact of Experimental Cooling Rate . . . . . . . . . . . . . 50
2.3 Tea Time Break: The Fourier Transform and the Laplace
Transform . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
2.3.1 Orthogonality . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
2.3.2 The Fourier Transform . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
2.3.3 The Laplace Transform . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
3 Gas Hydrates . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
3.1 Physical Properties of Gas Hydrates . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
3.1.1 Crystal Structures of Clathrate Hydrates . . . . . . . . . . . . . . 61
3.1.2 Hydration Numbers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
3.1.3 Thermal Properties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
3.1.4 Mechanical Properties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
3.1.5 Electromagnetic Properties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
3.2 Thermodynamic Aspects of Gas Hydrates . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
3.2.1 Phase Diagrams of Clathrate Hydrates at Relatively
Low Pressures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
3.2.2 Phase Diagrams of Clathrate Hydrates at Higher
Pressures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
3.2.3 Phase Equilibrium Computation of Clathrate
Hydrates . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
3.3 Gas Hydrate Inhibitors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
3.3.1 Thermodynamic Hydrate Inhibitors (THI) . . . . . . . . . . . . . 73
3.3.2 Kinetic Hydrate Inhibitors (KHI) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
3.3.3 Anti-Agglomerates (AA) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
3.3.4 Anti-freeze Proteins . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
3.4 Tea Time Break: Similarities of Biological Systems to the
Flow Assurance Challenges of Oil and Natural Gas
Pipelines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
4 Interfacial Gaseous States . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
4.1 Disjoining Pressure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
4.1.1 The Definition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
4.1.2 Phenomenological Descriptions of Disjoining Pressure
in a Single-Component System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
4.1.3 The Origin of the Disjoining Pressure . . . . . . . . . . . . . . . . 87
4.1.4 Van der Waals Forces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
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Contents
Survival Curve to a Nucleation Curve . . . . . . . . . . . . . . . . 48
2.2.5 The Impact of Experimental Cooling Rate . . . . . . . . . . . . . 50
2.3 Tea Time Break: The Fourier Transform and the Laplace
Transform . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
2.3.1 Orthogonality . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
2.3.2 The Fourier Transform . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
2.3.3 The Laplace Transform . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
3 Gas Hydrates . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
3.1 Physical Properties of Gas Hydrates . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
3.1.1 Crystal Structures of Clathrate Hydrates . . . . . . . . . . . . . . 61
3.1.2 Hydration Numbers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
3.1.3 Thermal Properties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
3.1.4 Mechanical Properties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
3.1.5 Electromagnetic Properties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
3.2 Thermodynamic Aspects of Gas Hydrates . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
3.2.1 Phase Diagrams of Clathrate Hydrates at Relatively
Low Pressures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
3.2.2 Phase Diagrams of Clathrate Hydrates at Higher
Pressures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
3.2.3 Phase Equilibrium Computation of Clathrate
Hydrates . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
3.3 Gas Hydrate Inhibitors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
3.3.1 Thermodynamic Hydrate Inhibitors (THI) . . . . . . . . . . . . . 73
3.3.2 Kinetic Hydrate Inhibitors (KHI) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
3.3.3 Anti-Agglomerates (AA) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
3.3.4 Anti-freeze Proteins . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
3.4 Tea Time Break: Similarities of Biological Systems to the
Flow Assurance Challenges of Oil and Natural Gas
Pipelines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
4 Interfacial Gaseous States . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
4.1 Disjoining Pressure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
4.1.1 The Definition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
4.1.2 Phenomenological Descriptions of Disjoining Pressure
in a Single-Component System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
4.1.3 The Origin of the Disjoining Pressure . . . . . . . . . . . . . . . . 87
4.1.4 Van der Waals Forces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
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