气体水合物的研究概述

气体水合物是能源开采以及化学工业生产过程中常见的物质。本文综述了水合物的形成机理和分子结构,对水合物的分析、合成与分解的研究,以及水合物的应用与防治等。在形成机理方面主要介绍了水合物的成核过程和生长过程的模型,在水合物的分析方面,主要介绍了对水合物组成和水合物结构的分析方法。     

川气东送天然气管道线路水合物形成预测

为了更好的预测、分析和处理水合物所造成的不良后果,特以川气东送管道为例讨论了天然气水合物的形成原因,提出了输气管线水合物预测模型,并建立了水合物形成预测的压力和温度计算模型,编制了“水合物预测软件”预测该管道线路和场站的水合物形成的条件和易形成水合物的区域.文中通过以上方法很好的预测了川气东送水合物的形成区域及情况,由此可知该预测方法可用于天然气管道线路水合物的形成预测.     

水合物形态学研究进展

水合物技术在气体分离、气体储存、海水淡化、蓄冷等领域有巨大的应用潜力。研究水合物的生长方式和形态特征在提高水合物储气量、降低水合物开采风险和防止水合物管道堵塞等方面有重要意义。本文从分子尺度的水合物晶格结构、毫米尺度的水合物晶体形态学和厘米尺度的水合物宏观生长形态学三个方面系统回顾了水合物形态学研究进展：总结了不同客体分子生成的不同类型水合物的不同晶格结构;从笼型水合物和半笼型水合物两个方面,阐述了过冷度、液相组成对水合物晶体形态学的影响;从金属表面传热、相界面传质、晶核加入以及促进剂的使用四个方面,介绍了水合物生长形态学的生长方式及其机理。本文总结了形态学研究对水合物技术工业化应用的积极作用并为水合物形态学研究的进一步发展提供参考。     

水合物阻聚剂在油水体系中阻聚性能实验研究

水合物阻聚剂是解决海上油气混输过程中水合物堵塞的一种有效方法。采用高压蓝宝石反应釜系统,系统研究了由乳化剂Span20和阿托伐他汀复合而成的水合物阻聚对油水体系中水合物颗粒的阻聚性能,测量并计算了对应的诱导时间和水合物生成耗气量。结果表明,同未加入水合物阻聚剂体系相比(除了70%),水合物阻聚剂的存在缩短了诱导时间,并显著提高了水合物的生成量;初始含水率和阻聚剂添加量对水合物阻聚剂性能具有重要影响,其适宜范围分别为<50%和1.0%～3.0%;另外,在满足水合物生成区域范围内,初始进气压力(过冷度)对含水合物阻聚剂油水体系水合物的耗气量和耗气速率的影响有限。最后,从油水乳化和颗粒间防聚角度对水合物阻聚剂在油水体系内的阻聚机理进行了阐释。     

高二氧化碳瓦斯水合物传热分解特性研究

为了探究煤体中高二氧化碳水合物的分解规律,根据Stefan热量传导方程和Clausius-Clapeyron方程,建立了开采煤层中水合物分解传热模型和高二氧化碳瓦斯水合物分解热计算模型;利用可视化水合物实验系统,测定了高二氧化碳瓦斯水合物相平衡参数;计算得出了高二氧化碳水合物的分解热并分析了影响水合物分解热的因素;通过设定条件,利用水合物分解传热模型得出了煤体中水合物分解规律,并分析了工作面温度、围岩温度对煤层中水合物分解速率的影响。计算结果表明,工作面温度对水合物分解影响较小,围岩温度对水合物的分解影响大。因此,通过对煤体中高二氧化碳瓦斯分区域水合固化,可以有效防止煤与瓦斯突出。     

高二氧化碳瓦斯水合物传热分解特性研究

为了探究煤体中高二氧化碳水合物的分解规律,根据Stefan热量传导方程和Clausius-Clapeyron方程,建立了开采煤层中水合物分解传热模型和高二氧化碳瓦斯水合物分解热计算模型;利用可视化水合物实验系统,测定了高二氧化碳瓦斯水合物相平衡参数;计算得出了高二氧化碳水合物的分解热并分析了影响水合物分解热的因素;通过设定条件,利用水合物分解传热模型得出了煤体中水合物分解规律,并分析了工作面温度、围岩温度对煤层中水合物分解速率的影响。计算结果表明,工作面温度对水合物分解影响较小,围岩温度对水合物的分解影响大。因此,通过对煤体中高二氧化碳瓦斯分区域水合固化,可以有效防止煤与瓦斯突出。     

全透明高压反应釜甲烷水合物动力学实验

水合物的生长和分解规律对开发海洋天然气水合物资源,实现深水天然气水合物气液固多相管道输送都具有重要意义。为了进一步揭示水合物的生长和分解特性,本文采用高压全透明反应釜装置,进行了温度0～30℃、压力3.35～8.16MPa和搅拌速率200～1000r/min范围内的16组甲烷水合物生长和分解动力学实验研究。结果表明：实验过程可分为水合物诱导期、快速生长期、缓慢生长期以及分解期这4个阶段。在水合物快速生长阶段,获得了温度、压力、搅拌电机扭矩和水合物生长速率随时间的变化规律,观察到了水合物颗粒的均相和非均相分布状态。通过加热促使水合物分解,揭示了分解阶段温度、压力和分解速率等关键参数的变化规律以及水合物块的分解形态。分析表明,水合物颗粒的分布状态与水合物浆液的流动性直接相关;水合物块的静态分解过程受到分解气传质控制。     

四氢呋喃和一氟二氯乙烷水合物颗粒聚结特性

实验研究了四氢呋喃（THF）水合物和一氟二氯乙烷（HCFC-141b）水合物颗粒聚结特性,将实验得到的水合物颗粒聚结粒度分布（PSD）与正态分布、对数正态分布、伽马分布、威布尔分布拟合曲线对比,探讨了初始四氢呋喃溶液和一氟二氯乙烷溶液浓度以及搅拌速度对水合物颗粒聚结的影响,并对四氢呋喃水合物和一氟二氯乙烷水合物颗粒特性进行了对比。结果表明,四氢呋喃水合物和一氟二氯乙烷水合物颗粒聚结粒径符合对数正态分布;初始溶液浓度越低、搅拌速度越大,水合物颗粒聚结粒径越小,可以起到防治水合物颗粒聚结的作用;四氢呋喃水合物颗粒粒径是一氟二氯乙烷水合物颗粒粒径的1.3倍左右,从成浆输送的角度来说,一氟二氯乙烷水合物颗粒更易于在管道中输送。     

四氢呋喃和一氟二氯乙烷水合物颗粒聚结特性

实验研究了四氢呋喃(THF)水合物和一氟二氯乙烷(HCFC-141b)水合物颗粒聚结特性,将实验得到的水合物颗粒聚结粒度分布(PSD)与正态分布、对数正态分布、伽马分布、威布尔分布拟合曲线对比,探讨了初始四氢呋喃溶液和一氟二氯乙烷溶液浓度以及搅拌速度对水合物颗粒聚结的影响,并对四氢呋喃水合物和一氟二氯乙烷水合物颗粒特性进行了对比。结果表明,四氢呋喃水合物和一氟二氯乙烷水合物颗粒聚结粒径符合对数正态分布;初始溶液浓度越低、搅拌速度越大,水合物颗粒聚结粒径越小,可以起到防治水合物颗粒聚结的作用;四氢呋喃水合物颗粒粒径是一氟二氯乙烷水合物颗粒粒径的1.3倍左右,从成浆输送的角度来说,一氟二氯乙烷水合物颗粒更易于在管道中输送。     

气体水合物的研究与应用

概述了气体水合物的结构与性能特点 ,从抑制和防止水合物的形成、安全有效地探测与开采应用天然气水合物资源和水合物技术与应用三个方面综述了气体水合物的研究与应用现状和未来。     

降低“固封”对甲烷水合物生成的影响

随着天然气的大量使用,其储存、运输及调峰越来越重要。天然气水合物在常压状态下具有高储存比,适合应用于天然气的储存、运输及调峰过程中。因此,对天然气水合物的生成研究具有重要意义。本文研究了如何大量生成水合物并保证水合物具有较高储气率的方法。在含聚乙烯吡络烷酮[PVP(K90)]的溶液中,改变PVP(K90)的质量分数、搅拌器的转速与搅拌器的类型,研究甲烷水合物生成量与水合物储气率的变化。结果表明,添加一定低质量分数的PVP(K90)和增加搅拌速度,均可以延迟水合物层的"固封"作用,增加水合物的生成量。在PVP(K90)质量分数高于2%时,生成水合物的密封性降低,水合物"固封"作用被破坏,但是水合物储气率较低。采用不同形式的搅拌杆,在旋转过程中形成空心圆柱,破坏水合物层的"固封"作用,搅拌杆附近的甲烷与水合物晶核被输送到溶液底部,增加了水合物的生成量,而且水合物的储气率较高。在水合物生成过程中,存在水合物微粒多次聚结的现象,使甲烷的消耗量迅速增加。     

木里冻土区天然气水合物形成条件及特征

祁连山木里冻土区是第一个发现天然气水合物的中纬度高山冻土区,与国外发现的冻土区天然气水合物相比,祁连山木里冻土区天然气水合物具有埋深浅、冻土层薄、重烃气体组分高等特征。气体碳氢同位素分析显示,区域内气体来源主要以油型气为主,并在局部伴有煤型气。分析了木里冻土区天然气水合物形成的主要影响因素,冻土层特征和气体组分对冻土区天然气水合物形成的影响较大,富含重烃等气体组分更有利于该地区天然气水合物的成藏,而纯甲烷气体在该地区不易形成天然气水合物。天然气水合物储集层段主要以粉砂岩、油页岩、泥岩和细砂岩为主,并且泥岩和油页岩占90%以上,岩石裂缝较发育,以裂隙型天然气水合物为主要赋存类型。初步认为木里冻土区天然气水合物为下部热解气在断层等构造通道作用下运移而形成的一种重烃气体组分热解气-低温冷冻-地层型为主的动态成藏。     

天然气水合物浆体流变性与安全流动边界研究进展

水合物安全流动技术作为一种新型的天然气运输管理方法具有广阔的发展前景,本文在综述国内外天然气水合物安全流动研究的基础上,分析了管道流动天然气水合物生成机理、特点和对油气管道的不利影响以及现有水合物安全流动研究存在的问题,包括实验管道长度较短、着重流动规律的研究而缺乏对流动边界的拓展等。进而对国内外天然气水合物低剂量抑制剂(low dosage hydrate inhibitor,LDHI)在保障天然气水合物安全流动、拓展天然气水合物安全流动边界以及螺旋流携带研究进行了总结评述;随后提出了利用螺旋流悬浮输送技术保障天然气水合物安全流动、拓展流动边界的新型方法。结合实验结果分析表明:螺旋流动从宏观上改变水合物浆体流动特点、有效提高水合物浆液的输送浓度并可拓展水合物安全流动边界。     

Modelling and economic analysis of gas production from hydrates by depressurization method

Gas production from a hydrate reservoir involves decomposition of the solid hydrate. An analytical model is developed to predict reservoir performance for gas production by the depressurization method from a hydrate reservoir containing associated free gas. The model is developed by combining the intrinsic kinetics of hydrate decomposition, which is of interest to chemical engineers, with gas inflow performance relationship and material balance equations. An economic analysis model is also developed and incorporated with the reservoir performance model. These models are used in a case study of gas production from a hydrate reservoir in the Alaskan North Slope. The results show that gas transportation cost is the main factor controlling feasibility of commercial gas production. The hydrate zone contributes significantly to overall reservoir performance by arresting pressure decline and maintaining gas production rate.     

冰点以下多孔介质中气体水合物的生成动力学研究进展

青藏高原冻土区储存着大量的天然气水合物资源,CO₂置换开采冻土区的天然气水合物可实现天然气水合物的安全开采和温室气体CO₂的地层封存。冰点以下多孔介质中气体水合物的生成动力学,是冻土区天然气水合物置换开采研究领域的难点和热点问题。本文全面综述了冰点以下多孔介质中气体水合物的生成动力学研究进展,讨论了不同体系冰点以下多孔介质中气体水合物的形成机理及其生成特性;详述了冰生成水合物机理及其冰粉/多孔介质体系中气体水合物的生成特性,分析了冰点以下多孔介质中气体水合物生成动力学研究尚待完善和改进的地方。最后本文指出冰点以下多孔介质中水合物的生成过程是由传热、传质等多种因素所控制,揭示不同过程的主导因素及其影响规律是今后研究的重点方向。目前对冰点以下多孔介质中水合物的生成特性及机理的认识尚未成熟,仍需深入研究。     

气体水合物研究进展

It is of great significance to study gas hydrate because of following reasons. (1) Most organic carbon in the earth reserves in the form of natural gas hydrate, which is considered as a potential energy resource for the survival of human being in the future. (2) A series of novel technologies are based on gas hydrate. (3) Gas hydrate may lead to many hazards including plugging of oil/gas pipelines, accelerating global warming up, etc. In this paper, the latest progresses in exploration and exploitation of natural gas hydrate, the development of hydrate-based technologies including gas separation, gas storage, CO2 sequestration via forming hydrate, as well as the prevention of hydrate hazards are reviewed. Additionally, the progresses in the fundamental study of gas hydrate, including the thermodynamics and kinetics are also reviewed. A prospect to the future of gas hydrate research and application is given.     

气体水合物快速生成强化技术与方法研究进展

水合物技术可应用于天然气储运、污水处理、海水淡化、混合气体分离、水溶液浓缩以及水合物蓄冷等领域,而该技术成功应用的关键在于如何强化水合物快速生成.本文介绍了水合物的生成机理,综述了气体水合物快速生成强化技术与方法研究进展,分析了各自的优缺点,并对气体水合物快速生成技术进行了展望.     

促进天然气水合物形成的影响因素分析

天然气水合物(NGH)工业化生产中面临的主要问题是天然气水合物的合成速率较低。天然气水合物的生成反应为相间界面反应,任何影响气液相之间传质或传热的操作均可以增加天然气水合物的生成速率。结合影响天然气水合物形成的特点,从改善相平衡条件、增加气水接触面积和增加天然气的溶解度三方面介绍了促进天然气水合物形成的办法,并分析了各自的优缺点。     

机械扰动强化气体水合物快速生成研究进展

气体水合物技术在天然气固态储运、CO₂捕获与封存等领域具有广阔的应用前景。高效快速制备水合物是水合物应用技术产业化的关键技术之一。从成核机理、相平衡、传热和传质等角度简述了气体水合物快速生成机理,回顾了常见的搅拌、喷淋和鼓泡等机械扰动强化气体水合物快速生成方法的基本原理和特性。依据强化传质传热领域内的新进展,进一步阐述了新型机械扰动强化气体水合物快速生成方法的基本原理和特性,重点综述了流化床、超声波、超重力、撞击流等技术的研究进展。从耗气率、水合物生成速率、总能耗、气体转化率等角度分析评价了各种机械扰动强化气体水合物快速生成方法的优缺点。总体来说,目前各种机械扰动强化气体水合物生成技术仍处于实验室阶段,传统的搅拌、喷淋和鼓泡强化技术生成速率较低;新型的流化床、超声波、超重力和撞击流等技术也存在各种不同的缺点,有待进一步优化改进。同时指出探究微观成核机理、开发新型易固液分离的气体水合物生成系统以及构建水合物反应器评价体系等是未来气体水合物快速生成相关研究中需要进一步解决的问题。