CSM模型与CPA状态方程预测高压水合物生成条件

传统的统计热力学模型假设天然气水合物为理想固体溶液,同时忽略了极性水分子之间的氢键缔合作用,在预测高压条件下的水合物生成条件时偏差较大。针对这一问题,提出了基于CSM模型与CPA状态方程计算高压天然气水合物生成条件的新方法。基于该方法计算的5种高压天然气水合物生成条件与实验数据的对比表明:当水合物生成压力低于20 MPa时,水合物生成压力计算值与实验值之间的平均相对偏差范围为0.59%—5.24%;当压力范围为20—69.84 MPa时,计算值的平均相对偏差范围为0.79%—6.76%,显著优于CSM模型结合SRK状态方程的计算结果。预测高压条件天然气水合物生成条件时,需要同时考虑水合物溶液的非理想性和水分子之间氢键缔合作用。     

含氢气体水合物生成条件的测定和计算

利用全透明蓝宝石水合物静力学实验装置测定了12组含氢气体混合物（包括5个二元系、4个三元系和3个四元系）在纯水中的水合物生成条件.将Chen-Guo水合物模型应用于含氢体系水合物生成条件的计算,计算中选用PR状态方程以及刘昆元和汪文川提出的混合规则计算含氢气体混合物的组分逸度系数,并对混合规则中的二元交互作用参数进行了重新回归.实验测定的12组含氢气体混合物水合物生成条件的计算结果和实验结果符合得很好.     

基于LS-SVM的天然气水合物生成条件预测模型建立

在天然气管线内生成的水合物会严重影响天然气的开采、运输,因而天然气水合物的预测方法和防治措施备受重视。针对天然气水合物生成条件,考虑天然气组分对水合物生成的影响,为简化计算、提高预测精度,引入一种能够很好解决复杂物理问题的最小二乘支持向量机(LS-SVM),并且通过Matlab语言编程,建立了一种包含CH4浓度、CO2浓度、H2S浓度以及水合物生成温度为输入,水合物生成压强为输出的天然气水合物生成条件预测模型,同时将实验数据作为最小二乘支持向量机训练数据并进行预测分析。结果表明,该预测模型不仅拥有较高的预测精度,而且方法简单、可行,为天然气水合物生成条件预测提供了一种新的解决方法。     

饱和溶液对天然气水合物影响的实验研究

水合物生成速度及储气量严重制约着天然气以水合物形式储运的发展。为提高其生成速度及储气量,采用饱和溶液提供晶种代替水合物晶核自发形成的方式,研究了不同饱和度CuSO_4溶液、MgSO_4溶液及去离子水在8.45MPa,温度分别为3,5,8℃条件下对天然气水合物生成速度及储气量的影响。由结果可知:饱和溶液可以促进天然气水合物生成。相同实验条件下,CuSO_4饱和溶液生成水合物的储气量是去离子水的7倍,MgSO_4饱和溶液生成水合物的储气量是去离子水的7.2倍,水合物在饱和溶液中的生成速度也明显提高。饱和溶液中天然气水合物生成的初始阶段主要受饱和溶液结晶作用影响,降低温度可以改变水合物的平衡压力,影响水合物的平均生成速度,但对水合物初期的生成速度影响不大。     

SDS溶液与APG溶液对天然气水合物生成的协同作用

天然气是一种潜力巨大的清洁能源,但是其工业化生成技术仍面临较大的困难。表面活性剂作为一种工业催化剂能对天然气水合物的生成有着明显的促进作用。为研究不同表面活性剂下天然气水合物生成特点,采用静态条件下天然气水合物的实验方法,对SDS表面活性剂溶液与APG表面活性剂溶液以及他们的混合溶液进行天然气水合物生成实验。结果表明:APG与SDS混合溶液中生成的天然气水合物稳定性介于纯SDS溶液中生成的天然气水合物和纯APG溶液中生成的天然气水合物之间;APG与SDS溶液的协同作用能够明显地改变溶液表面张力,并且3种溶液下水合物生成的动力学数据与3种溶液的表面张力数据有着类似的变化规律。     

南海天然气水合物沉积物样本重塑研究

天然气水合物是一种理想的替代能源.目前,对天然气水合物生成的研究,大多以玻璃砂、石英砂等为多孔介质,而很少应用实际的水合物储层沉积物进行实验,本文应用未保压的我国南海天然气水合物沉积物进行水合物生成实验,研究不同孔隙度、注入气体量及初始水饱和度对天然气水合物生成的影响,实验结果显示:注入气体量对生成天然气水合物饱和度影...     

含(CH4+CO2+H2S)酸性天然气水合物形成条件实验与计算

采用高压全透明蓝宝石水合物相平衡装置,测定了(CH₄+CO₂+H₂S)三元酸性天然气在纯水条件下的水合物生成条件数据.实验温度范围为274.2～299.7 K,压力范围为0.58～8.68 MPa.混合物气体中H₂S和CO₂的浓度分别为 4.95%（mol）～26.62％（mol）和6.81%（mol）～10.77%（mol）.采用Chen-Guo水合物模型对实验数据进行了计算,结果表明,在不同的H₂S浓度下,Chen-Guo水合物模型的预测精度优于CSMHYD 模型.随着H₂S浓度的增加,计算的绝对偏差增大.针对H₂S浓度较高［＞10％（mol）］的体系,该两种水合物模型均有待改进.     

多孔介质下水合物形成实验研究

为了研究在石英砂和粉末状碳酸钙体系下天然气水合物的形成情况,利用KDSD-Ⅲ型水合物生成实验装置在初始压力6 MPa、温度275.15 K条件下,研究了2种体系下天然气水合物的形成问题.结果 表明:对于石英砂体系,石英砂粒径越大,水合物储气密度越高;对于粉末状碳酸钙体系,相比于纯水溶液,水合物形成速率较快,但是水合物储...     

甲烷+氨水体系水合物生成条件实验测定及计算

甲烷在氨水体系中生成水合物的实验数据对于开发水合法回收合成氨驰放气工艺以及操作条件的确定具有重要意义。本文测定了氨摩尔分数为1.018、3.171、5.278氨水溶液中甲烷气体水合物的生成条件。结果表明：氨的加入对甲烷水合物的生成起着明显抑制作用,而且随着氨浓度的增加,生成压力越高。采用Chen-Guo模型对甲烷在氨水中生成水合物的数据进行了计算,得到了较为满意的计算结果,平均误差为2.71%,说明Chen-Guo模型能够较好地预测该类体系的水合物的生成条件。     

基于PR状态方程的天然气水合物生成温度计算

天然气水合物生成温度的计算在天然气流程工艺设计和生产中经常遇到。然而天然气在开采及管道运输过程中,随着沿程压力、温度的降低,天然气的相态可能发生变化,如果忽略流体相态的变化,在温度计算时就会产生较大的偏差。本文采用PR状态方程来计算相平衡,然后根据DU-GUO88天然气水合物生成条件预测模型计算了天然气水合物生成温度值。结果表明,预测值与实测值相对误差在1%以内,同时对计算方法进行了Visual Basic软件的编程,方便现场推广。     

Thermodynamic consistency test for experimental data of water content of methane

Accurate knowledge of the water content of natural gases is an important factor to estimate the gas hydrate, ice, and condensed water formation conditions. However, the experimental data regarding the water content of gases in equilibrium with the gas hydrate, ice, or liquid water (near gas hydrate or ice formation region) are limited. This is partly because of the fact that concentration of water in the gaseous phase in equilibrium with gas hydrate, ice or liquid water (near gas hydrate or ice formation region) is very low considering that reaching the equilibrium conditions near and inside gas hydrate or ice formation region is time consuming process. The measurement difficulties may consequently result in generating unreliable experimental data. This work aims at performing a thermodynamic consistency test based on area approach to study the reliability of some experimental data reported in the literature on the water content of methane (the main component of natural gases) in equilibrium with the gas hydrate, ice, or liquid water (near gas hydrate or ice formation region). A discussion is made on the studied experimental data according to the performed consistency test. © 2010 American Institute of Chemical Engineers AIChE J, 2011     

不同季铵盐作用下的CO2水合物相平衡

CO₂气体水合物形成热力学性质是实施海水淡化、沼气纯化、碳捕集和封存、能源利用、天然气储存等技术的关键。采用恒容温度搜索法,在温度272.75~294.35 K,压力0.35~4.50 MPa的范围内,探究了四种季铵盐促进剂对CO₂气体水合物相平衡的影响。结果表明,相同条件下,季铵盐作用下CO₂水合物的相平衡温度由高到低分别为：四丁基氟化铵（TBAF）>四丁基溴化铵（TBAB）>四丁基氯化铵（TBAC）>苄基三乙基氯化铵（TEBAC）。基于Clausius-Clapeyron方程,计算了不同体系的相变潜热,探讨了其对水合物稳定性的影响。可以看出,水合物的相平衡压力对数与温度倒数呈线性关系,其中,TBAF、TBAB作用下的CO₂水合物相变潜热相接近且明显高于其他季铵盐,说明其促进效果最好,所对应的水合物生成条件也最为温和。利用Chen-Guo模型,结合PR状态方程和改进Joshi经验活度模型,分别计算了TBAF、TBAB、TBAC和TEBAC作用下CO₂水合物热力学相平衡数据,计算结果与实验数据吻合良好,最大平均相对误差为7.50%。     

石英砂粒径大小对甲烷水合物形成及分布的影响

为了研究不同粒径多孔介质体系中甲烷水合物的形成,本文采用粒径分别为0.075~0.5mm、0.5~1mm、1~2mm和2~3mm的石英砂作为多孔介质,在初始压力7.0MPa、温度0.5℃条件下进行水合物形成实验并进行取样观察、分层分解,得出不同粒径大小石英砂中甲烷水合物形成及分布的特征。结果表明：随着石英砂粒径的增大,石英砂砂体中的水合物形成量和初始水合物形成速率在逐渐减小;在粒径为0.075~0.5mm、1~2mm和2~3mm石英砂中,充气过程中水合物便开始形成,且并未出现明显的水合物大量形成阶段,而在粒径为0.5~1mm石英砂体系中出现了水合物大量形成的阶段;通过计算发现,0.5~1mm石英砂体系的气体消耗量最大,为0.47mol,2~3mm石英砂体系的气体消耗量最小,仅为0.05mol;在这4种粒径的石英砂体表面的甲烷水合物主要以分散状均匀分布于颗粒之间或胶结成块,但这一观察结果与通过分解的方法所得到的石英砂上部水合物形成量大于下部的结果存在差异;重复实验也发现,仅在粒径为0.5~1mm石英砂顶部出现了水合物大量富集的现象,因此推断认为在一定粒径的介质体系同时上部存在较大空隙时,水合物有可能会在空隙中大量富集存在。这一实验结果对自然环境中水合物的赋存区域及形态的预测具有一定的参考价值。     

STUDY FOR NATURAL GAS HYDRATE CONVERSED FROM ICE

Natural gas hydrates are crystalline clathrate compounds composed of water and gases of small molecular diameters that can be used for storage and transport of natural gas as a novel method. In the paper a series of experiments of aspects and kinetics for hydrate formed from natural gas and ice were carried out on the industrial small scale production apparatus. The experimental results show that formation conditions of hydrate conversed from ice are independent of induction time, and bigger degrees of supersaturation and supercooling improved the driving force and advanced the hydrate formation. Superpressure is also favorable for ice particle conversion to hydrate. In addition, it was found there have an optimal reaction time during hydrate formation.     

超声波与表面活性剂协同影响水合物诱导期

引言 天然气水合物较长的诱导期[1]是限制天然气水合物储运技术发展的主要原因之一.加入表面活性剂促进水合物生成是其中一种方法[2-4].Zhong等[2]研究十二烷基硫酸钠(SDS)对诱导期的影响发现,当SDS浓度等于或大于临界胶束浓度(critical micelle concentration)时,诱导期最短.指出在加入SDS的系统中超声波对水合物的成核结晶没有明显的影响,但没有给出具体实验、解释和数据.而在HCFC-141b制冷剂水合物体系中引入超声波后诱导期明显缩短[5,6].本文通过设计建立一套超声波作用下天然气水合物生成实验装置,研究了超声波与表面活性剂SDS协同作用对天然气水合物反应诱导期等参数的影响.     

番禺35-2气田投产过程井口水合物防治方案研究

番禺35-2气田是我国南海深水天然气田,在投产过程中,当天然气经过水下井口油嘴进行节流时,会产生较大的温降,存在水合物生成风险。针对如何防治投产过程中井口水合物的问题,以A1H井为对象,采用统计热力学模型计算了水合物生成温度、压力条件;以OLGA7.1软件为基础,建立了投产过程仿真模型;分析了投产过程中井口油嘴出口处的压力、温度变化规律,以及在投产的不同阶段水合物的生成风险。针对投产初期存在的水合生成问题,提出了综合采用甲醇、乙二醇作为抑制剂进行水合物防控的方案,并确定了水合物抑制剂的注入浓度和注入速率。     

Kinetic and Phase Behaviors of Catalytic Cracking Dry Gas Hydrate in Water-in-Oil Emulsion

The systematic experimental studies were performed on the hydrate formation kinetics and gas-hydrate equilibrium for a simulated catalytic cracking gas in the water-in-oil emulsion. The effect of temperature, pressure and initial gas-liquid ratio on the hydrate formation was studied, respectively. The data were obtained at pressures ranging from 3.5 to 5 MPa and temperatures from 274.15 to 277.15 K. The results showed that hydrogen and methane can be separated from the C₂₊ fraction by forming hydrate at around 273.15 K which is much higher temperature than that of the cryogenic separation method, and the hydrate formation rate can be enhanced in the water-in-oil emulsion compared to pure water. The experiments provided the basic data for designing the industrial process, and setting the suitable operational conditions. The measured data of gas-hydrate equilibria were compared with the predictions by using the Chen-Guo hydrate thermodynamic model.     

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。     

高压低温下H2O-H2O2-CO2三元体系CO2气体水合物的分解动力学

研究了非纯水体系H2O-H2O2-CO2中CO2气体水合物分解的动力学,测定了高压低温条件下CO2气体水合物分解过程的液相组成. 依据实验数据建立了CO2气体水合物分解动力学模型,模型计算值与实验值吻合良好. 确定了3个温度下气体水合物分解的速率常数,计算得出CO2气体水合物分解的活化能为97.17 kJ/mol.