水合物法天然气管道输送的实验研究

随着海洋油气开发向深海进军,海底油气混输管线受困于天然气水合物堵塞问题。天然气水合物浆液管道输送技术是保障深水油气田开发的新工艺,而研究天然气水合物浆液的流动特性则是实现上述管输新技术大规模工业应用的重要基础。为此,自行设计了一套模拟海底油气管道天然气水合物生成及其浆体流动的实验装置,分析了模拟海底管道工况下天然气水合物的生成特点,推断出海底管道中天然气水合物生成大致经历乳状物→粒状物→团状物→云状物4个过程;测定了不同工况下天然气水合物生成的诱导时间和生成时间,发现随着反应压力增大,天然气水合物的诱导、生成时间逐渐缩短;比较了温度对天然气水合物生成的影响,发现随着温度升高,天然气水合物的诱导、生成时间均变长;研究了不同工况下的耗气量;初步探讨了海底管道中流动体系下天然气水合物的生成机理。该成果为海底管道以水合物法输送天然气提供了技术依据。     

天然气水合物二次生成及渗透率变化对降压开采的影响

在 考虑天然气水合物二次生成及渗透率变化的基础上,建立了实验室尺度下的天然气水合物降压开采数学模型。利用该数学模型,对天然气水合物降压开采过程中的水合物二次生成进行了模拟,并分析评价了水合物二次生成及渗透率变化对水合物分解产气的影响。模拟结果表明:水合物二次生成主要局限于降压产气出口附近,二次水合物现象会引起局部水合物饱和度及温度、压力等发生明显变化;同时,水合物二次生成会导致产气速率大幅降低、产气持续时间延长和系统压力急剧增加,但累积产气量不受其影响。研究发现,不同于纯降压产气过程,在水合物二次生成的情形下,产气受出口压力的影响较大,而初始温度对产气的影 响较小。     

不同分解温度下记忆效应对CO2/CH4混合气体水合物合成的影响

在非常规天然气以及天然气水合物二氧化碳(CO₂)置换开采过程中，明确CO₂/CH₄混合气体水合物(以下简称“CO₂/CH₄水合物”)的合成和分解机理，对水合物法分离混合气体、CO₂封存与CH₄高效开采有重要意义。以多孔介质+去离子水体系中的CO₂/CH₄水合物为研究对象，进行了二次合成和分解实验，研究了分解时间为0.5 h、分解温度为5～25℃条件下的记忆效应对CH₄/CO₂水合物合成的影响，主要从二次合成诱导期、气体消耗量和消耗速率，以及各组分气体消耗情况3个方面进行了分析。结果表明，分解温度越低，二次合成诱导期越短；记忆效应降低了二次合成速率；当分解温度为10℃时二次合成速率最快，气体消耗速率峰值为8.10 mmol/min；在相同的合成温度和压力下，升温分解后的记忆效应使二次合成时CO₂水合物合成量提高至初次合成量的1....     

新型天然气水合物动力学抑制剂评价及应用

在天然气开采及储运过程中,天然气水合物会导致井筒堵塞、气井停产、管道停输等严重事故。为有效防止天然气水合物在设备和管道中生成,常需添加水合物抑制剂。通过筛选合成,研制了一种既经济又安全环保的新型动力学天然气水合物抑制剂。实验采用自制设备,探讨了系统压力、过冷度、抑制剂浓度、凝析油、甲醇等对水合物生成动力学的影响,以及不同浓度下新型抑制剂的抑制水合物生成效果。结果表明：新型抑制剂最佳抑制浓度为1.5%,在一定过冷度下,系统压力越高,抑制效果越差;一定压力下,过冷度越大,抑制效果越差;少量凝析油对抑制性能影响不大;甲醇使其过冷度大大提高;气体流动易使水合物的生成加快,降低了水合物生成过冷度。新型抑制剂在现场试验中,采用合理的加注工艺能有效控制水合物堵塞,为气井生产中防治水合物的产生提供了技术支持。     

天然气长输管道中水合物生成的预测

天然气管道运行过程中,随着管道内压力、温度和天然气组分的变化会生成水合物。水合物的生成会降低管道的输送能力,从而提高输送成本,严重时更会堵塞管道甚至发生管道爆裂,造成重大的生产事故和巨大的经济损失。通过天然气管道内水合物生成条件预测模型的建立,确立天然气水合物形成时的温压关系,再结合天然气输送管道中温度和压力分布的仿真模拟,就可以预测天然气输送管道中水合物生成的大体位置和水合物生成的类型。这可以为防止天然气输送管道中水合物生成和堵塞提供技术依据,也为管道的设计和运行提供指导性建议。     

天然气水合物稳定性试验

作为中国未来重要的替代能源，天然气水合物受到科学界的密切关注，研究不同温度、压力等条件下天然气水合物的稳定性，从而确定其合适的储存、运输条件具有重要意义。为此，用300 mg/L的十二烷基硫酸钠溶液生成天然气水合物，试验研究天然气水合物在不同温度（-5~-25 ℃）下的常压分解；设计制造了带压实功能的水合物反应釜，试验研究用10 MPa压力对水合物进行压实后在不同温度（-10 ℃、-15 ℃和-20 ℃）下的常压分解。研究发现：压实提高了水合物的自保性，使水合物的分解速率降低；天然气水合物在大气压力下，无论压实和不压实，在-20 ℃时分解速率最低，不压实时日分解率为2.69%，完全分解需要约23 d；压实后日分解率为2.23%，完全分解需要约26 d；一定的压力下水合物的分解速度减小。     

冰点以下甲烷水合物分解实验对天然气储运的影响

天然气水合物储运技术涉及水合物的生产、运输和再气化等过程,其中水合物的生产过程、运输过程是要解决的关键问题。实验采用6种不同粒径的冰颗粒形成甲烷水合物,并且在不同的温度条件下开展甲烷水合物分解实验。通过分析认为,冰颗粒对甲烷水合物形成过程有一定的影响,冰颗粒粒径越小越容易形成水合物,形成时间也较短;而在分解过程中,大粒径的冰颗粒形成的甲烷水合物在2种温度条件下均表现出较强的自保护效应,能长时间保持亚稳定状态而不发生分解反应。根据实验中出现的这些特性,提出对天然气水合物储运技术的设想,在水合物形成过程中选取一个最佳的粒径冰颗粒合成水合物,并且在-4℃的温度条件下进行储运。      

蜡晶析出对天然气水合物生成动力学特性的影响

深海含蜡油气混输管道在低温、高压的输送环境下,容易引发蜡晶与天然气水合物(以下简称水合物)共存的现象并相互影响,加重管道堵塞。为了探明蜡晶析出对水合物生成动力学特性的影响情况,采用正庚烷(n-C_7)与正二十八烷(n-C_(28))混合液模拟含蜡输送体系,应用高压可视化反应釜观察水合物生成动力学实验,结合水合物生成过程中的可视化图像,研究不同蜡含量对水合物成核时间、耗气量和耗气速率的影响规律。实验结果表明:(1)在274.15 K、3.5 MPa的实验条件下,蜡晶析出加快了水合物的成核和生长过程,在蜡晶浓度(ω)为3.3%的体系中,水合物诱导时间最快缩短了56.9%;(2)同一温度、压力条件下,蜡晶析出增大了气体消耗量,并且蜡晶析出量越多累计耗气量就越大,在ω为3.3%的体系中,最大气体耗气率增加了2.15倍;(3)同一温度、压力条件下,含蜡体系中水合物的生长速率远远高于不含蜡体系。结论认为,蜡的存在会加速水合物的生成,增加水合物的沉积量,加大管道堵塞风险;为了确保深水油气混输管道的输送安全,应及时清理管道内析出的蜡晶。     

多孔介质中甲烷水合物形成与分解实验研究

基于实际海洋水合物资源的赋存状态及温度、压力条件,在人工多孔介质中物理模拟海底水合物稳定带的水合物藏进行了水合物的形成与分解的实验研究。分析甲烷水合物在多孔介质中的形成与降压开采过程,揭示了其温度、压力和产气速率的变化规律。采用逐步降压的方法测定了多孔介质中水合物在特定温度下最小分解推动力,比较了不同降压模式下的累计产气量。结果表明,水合物形成过程中通过不断注水保持系统压力,甲烷可完全生成水合物,最终水合物藏中仅有水和水合物两相;实验条件下水合物的分解主要受压差影响,压差越大,分解速率越大,累计产气量越高;在一定温度下水合物的分解需有一个最小推动力。比较不同降压模式发现,累计产气量只与压差有关,而与降压模式无关。     

油气混输管道中天然气水合物的形成和堵塞过程研究

为研究油气混输管道中天然气水合物的形成和堵塞过程,采用自行设计的高压环道装置,以去离子水、柴油、天然气为管输介质,在含水率70%、液相初始流量2 000kg/h等条件下进行水合物堵塞实验。研究结果表明:实验时水合物在管道中各处同时生成,但初始生成量并不相同;在实验含水率70%的条件下,水合物主要在管道气相空间壁面和液相主体中生成;水合物的生成会导致管内流量降低,在未添加乳化剂的情况下,油水混合液会因流量的降低而产生分层,此时水合物颗粒集中分布在混合液下层,造成流体黏度和管段压降的急剧升高,进而引发管道堵塞。     

甲烷氧化及非氧芳构化研究新进展

综述金属催化剂催化上甲烷氧化和非氧芳构化反应进展,讨论了主要的甲烷芳构化反应的机理。     

煤层气及煤层气系统的概念和特征

进一步的煤层气地质研究需要精确的煤层气概念和系统的研究方法和思路。通过总结近年来的煤层气研究新资料和文献，结合实际勘探开发经验，认识到煤层气生成是多成因多来源的，并以多种形式赋存于煤层中。煤层气是赋存于煤层中的天然气，而煤层气系统是由煤层和其中的煤层气及煤层气藏形成所必需的一切地质要素和作用所组成的天然系统，煤层是煤层气系统的焦点。     

Modeling and analysis of hydrogen production in steam methane reforming (SMR) process

Hydrogen is one a gas that demands continue to grow across many industries. Due to the growth for this gas the means of producing it and the ability to supply this demand is of great importance. As a result of this, steam methane reforming is a process of high significance as it is one of the most economically and popular means of producing hydrogen. The value of this process is tremendous as it is able to provide up to 48% of global demands, with this only predicted to increase. Therefore, the understanding of what occurs during this process and the steps that it experiences must be understood to ensure that an efficient system is created.

Steam methane reforming operates by converting the hydrocarbons located in methane into hydrogen and CO_x. This process will generally occur over two different stages, a reformer stage, before going into a water-gas shift reactor. After these main processes occur the product produced may undergo purification to remove any containments and ensuring that the hydrogen is at the industry standard. To help investigate this process and how various stages affect others it can be modeled through software such as Unisim which allows modifications to be made and analyzed the effect this had on the system, allowing a potential more efficient system to be designed which will help meet the growing demand.     

甲烷氧化偶联制乙烯的工艺评价

甲烷氧化偶联的各种工艺都通过计算机进行了模拟计算,结合甲烷化过程的甲烷氧化偶联工艺可以提高碳利用率,采用深冷分离的甲烷氧化偶关工艺,甲烷单程转化率在２０％左右时能实现最低成本,而甲烷／乙烷共进料方式的甲烷氧化偶联工艺,其最低成本的甲烷单程转化率在１０％左右,与乙烯反应分离技术或乙烯吸收分离技术相绫珠甲烷氧经偶联工艺经济上更具吸收。     

煤层气井井底流压计算方法

煤层气井的井底流压对于煤层气井的排采方案设计与管理具有重要的意义。借鉴常规气井井底流压的计算方法,结合煤层气井的排采方式和生产特点,采用不同的方法组合计算了煤层气井的井底流压,编制了煤层气井井底流压计算软件,并将计算结果与现场实测结果进行对比。利用现场煤层气排采数据分析了煤层气排采不同阶段井底流压与煤层气产量的关系。结果表明:对于纯气段压力的计算,平均温度 -平均偏差系数法的计算值比 Cullender-Smith法高;对于气液混合段压力的计算,Podio修正“ S”曲线法计算出的结果比陈家琅 -岳湘安法和 Hasan-Kabir解析方法略高;在煤层供气充足的条件下,井底流压与产气量呈负相关关系,产气量随井底流压的降低而增加;在煤层气井排采的不同阶段,井底流压随产气量呈现不同的变化规律。     

甲烷/氮气变压吸附分离的实验与模拟

以活性炭为吸附剂,利用单塔做出V(CH4)/V(N2)=30/70的甲烷/氮气混合气中甲烷的穿透曲线,并且利用三塔VPSA工艺对混合气进行分离,可使产品气中φ(CH4)由30%提高至60%～62%。运用Aspen Adsim采用有限差分方法对单塔穿透与三塔VPSA分离进行了模拟。模拟发现:单塔模拟结果与实验结果基本吻合,三塔VPSA的实验结果与模拟结果也基本一致,为甲烷富集的工业装置建立提供基本设计参数。     

甲烷氧化合成甲醛反应研究

自制了３．５％的ＭｏＯ３／ＳｉＯ２催化剂，用常压固定床催化反应器进行了工艺研究。得出最佳反应温度为６５０℃，最佳反应时间为０．５～０．７ｓ，最佳ＣＨ４／Ｏ２比为１０～１４，最佳甲烷转化率为１７％，最佳甲醛收率为１２．１％，并提出了生成甲醛的反应途径。在高转化率下，甲醛的选择性降低，在高空时（即停留时间）下，甲烷的转化率增加，随ＣＨ４／Ｏ２比的增加，甲醛收率出现最佳值。     

煤系地层陷落柱特征与煤层气分布浅析

研究煤系地层陷落柱特征，有助于提高煤层气的勘探效益，陷落柱与区域地层产状，岩性特征不一致。岩性杂乱，角砾岩发育，岩石破碎，易垮塌，井径大，地震标准反应波中断或消失，出现异常波，根据地层，构造特征和地震反射特征可以识别陷落柱，并根据地震资料可以预测陷落柱，陷落柱影响煤系层气的分布，陷落柱发育区煤层气含量低。     

等离子体催化转化甲烷的研究进展

随着石油资源的日益短缺 ,天然气逐步替代部分石油资源作为制取液体燃料和化学品的重要原料成为必然。实现甲烷偶联与转化的关键是甲烷中Ｃ—Ｈ键的选择性活化与控制自由基反应。活化甲烷中Ｃ—Ｈ键的方法较多 ,如催化活化、电化学活化、光催化活化和等离子体活化等。近期开展工作较多的是催化活化法 ,应用前景看好的是等离子体活化法。甲烷催化氧化偶联制乙烯、乙烷的工作始于 2 0世纪 80年代。 1982年 ,Ｋｅｌｌｅｒ等[1] 进行了先驱性工作 ,随后的近 2 0年里 ,人们对甲烷催化氧化偶联进行了大量的研究[2 ] 。许多催化剂[3～ 5] 虽不同程…