一种新型水合物法海水淡化系统能耗及经济性分析

提出一种新型水合物法海水淡化流程,并基于该流程对海水淡化系统进行了模拟计算,得到海水淡化的能耗.同时,在计算淡化方法的总资产投资、运行维修成本、摊销总资产投资和摊销运行维修成本等经济参数的基础上,获得其最终的淡化成本.结果表明,淡水产率对能耗和生产成本影响很大,随着产率比的提高,相应的总能耗和总生产成本降低,而增加淡水产率需要改进水合物生成的动力学和热力学条件以及选择适合的工质.采用本文的水合物海水淡化方案计算得到的淡化成本要比Javanmardi等人建立的水合物海水淡化流程图下计算的淡化成本低,但是相对薄膜反渗透法,总生产成本还是显得相对很高.     

纳米孔隙内甲烷水合物微观分解特性

采用拉曼光谱仪测定硅胶孔隙水的拉曼结构,发现纳米孔隙水分子间的吸引力增强,OH化学键削弱,孔隙水中部分DA结构转化为DDAA结构,使得硅胶孔隙水极易形成水合物。采用拉曼光谱仪测试了常压和不同温度下(263,253,243 K)的纳米硅胶孔隙内甲烷水合物的分解过程,考察了纳米尺度受限空间内甲烷水合物的微观分解特性。实验结果表明,纳米孔隙内甲烷水合物的分解过程为分解—二次形成—继续分解,直到晶体消失的过程,温度越低二次形成出现的次数越多;纳米孔隙水的结构本身十分有利于甲烷水合物的形成,是造成二次形成的内在结构条件。     

注入不同温度的乙二醇溶液分解丙烷水合物

在自行设计的装置上,进行了恒流量(25mL/min)条件下注入不同温度(24.2,40.3,59.5,80.1℃)质量分数为99.5%的乙二醇溶液(抑制剂)分解丙烷水合物的实验,研究了注入温度不同时丙烷水合物分解过程中温度和气相压力的变化规律。实验结果表明,随乙二醇溶液注入温度的升高,丙烷水合物分解时间缩短;通过计算得到丙烷水合物的平均分解速率介于60.63～140.70mmol/(min.L)之间,并随注入温度的升高而增大;提高注入温度有利于丙烷水合物的分解。与注入纯水分解丙烷水合物的实验结果相比,乙二醇溶液的注入可降低丙烷水合物的分解热,加快丙烷水合物的分解速率。     

天然气水合物储层水力压裂研究进展

天然气水合物是一种广泛分布于海底地层中重要的未来战略能源,但在开采过程中,由于水合物储层介质颗粒粒径较小,孔隙多被固态水合物占据,储层渗透率低,制约着天然气水合物开采的产业化进程。当今水力压裂技术已广泛应用于低渗透油气藏的增产作业中,本文总结了近年来国内外对天然气水合物储层应用水力压裂技术的研究现状,从压裂实验、数值模拟和压裂液等方面进行了讨论。结果表明,水力压裂可以创造人工裂缝,扩大水合物解离面积,提高储层渗透率和天然气产量,有利于商业开发。储层的脆性响应问题、开发新型压裂液以及压裂对水合物储层地质安全的影响,都是水合物储层水力压裂研究亟待解决的问题。     

烃类水合物导热特性的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟方法Green-Kubo理论计算了263.15 K、3 MPa,sⅠ乙烷水合物、乙烯水合物的导热,给出密度和热导率值。从主客体分子和晶体结构（致密性、规整程度）对导热的影响等角度研究了烃类水合物（甲烷水合物、乙烷水合物、乙烯水合物）导热的特性。结果显示化学性质相似、分子量相差不大的烃类形成的水合物,其导热具有相似的温度压力依赖关系和晶体结构相关关系。对于sⅠ型水合物,水分子对水合物导热的影响远远超过客体分子对导热的影响。水合物的分子量越大,水合物密度越大,热导率越大。水合物晶体越致密、晶格越规整,热导率越大。     

X射线衍射分析聚乙烯吡咯烷酮对水合物分解过程的影响

深水油气资源的勘探开发以及开采过程中的环保要求,使得天然气水合物动力学抑制剂使用不可避免,含动力学抑制剂的分解研究对水合物生成后的解堵具有重要的指导意义。本文在高压反应釜内采用甲烷和丙烷混合气,合成天然气水合物,并用X射线粉晶衍射仪分析了含动力学抑制剂聚乙烯吡咯烷酮的水合物分解过程。结果显示甲烷和丙烷气体会形成SⅡ型水合物,但伴随有SⅠ型甲烷水合物的生成;添加动力学抑制剂后,水合物的分解速率变慢,在-60℃,添加0.5%的聚乙烯吡咯烷酮后,分解起始的20 min内,无抑制剂体系水合物分解可达69%,而在含抑制剂体系分解约18%;SⅡ型甲烷丙烷混合气水合物分解过程中晶胞各晶面分解速率相同,没有偏好性,水合物笼作为一个整体分解,添加抑制剂不改变这种分解方式,仍以整体分解。     

聚乙烯己内酰胺链端改性及其对甲烷水合物形成的抑制作用研究

注入动力学抑制剂是一种有效缓解天然气水合物管道堵塞的方法。本文以动力学抑制剂聚乙烯基己内酰胺(PVCap)结构为基础,将氧乙基和酯基引入PVCap的分子链端,合成了新抑制剂PVCap-XA1,在高压定容反应釜内评价了PVCap-XA1对甲烷水合物形成的抑制作用,并采用粉末X射线衍射、低温激光拉曼光谱和冷冻扫描电子显微镜研究了抑制剂对甲烷水合物结构和形态的影响。实验结果表明,相同实验条件下PVCap-XA1比PVCap具有更好的抑制作用;微观测试表明PVCap-XA1的加入没有改变甲烷水合物的晶体结构,但会使甲烷水合物晶面扭曲变形,可以降低水合物大小笼占有比(I_L/I_S),使得甲烷分子更难进入水合物大笼,同时PVCap-XA1的加入使甲烷水合物的微观形貌由多孔有序变得更致密而不利于气体通过。     

不同气体组成对低剂量抑制剂效果的影响

在4℃、8.5 MPa压力下,于1.072 L反应釜内,研究了实验室合成气、墨西哥湾绿峡谷气和国内某油田实际油田气在低剂量抑制剂Inhibex501和GHI1存在下水合物生成过程。实验结果表明,添加低剂量抑制剂Inhibex501和GHI1后,水合物的生成顺序和相平衡条件决定的顺序不同,添加Inhibex501后,水合物有明显的两次升温过程。分析认为水合物形成的先后顺序不仅受反应驱动力的影响,还受低剂量抑制剂的影响,低剂量抑制剂对不同气体的抑制能力不同。     

化学类添加剂抑制天然气水合物形成的实验研究

在高压搅拌式定容反应釜中对几种单组分化学添加剂及组合型化学添加剂抑制天然气水合物形成的影响进行了实验研究,同时与动力学抑制剂PVP（聚乙烯吡咯烷酮）及inhibex501（乙烯基己内酰胺与乙烯基吡咯烷酮的共聚物溶于2-丁氧基乙醇）的抑制性能进行了对比。结果表明。单组分化学添加剂对天然气水合物的生成具有一定的抑制作用,而组合型化学添加剂抑制天然气水合物生成的时间大大延长,与动力学抑制剂PVP和inhibex501相比,在抑制期内组合型化学添加剂体系中天然气水合物平均生成速率大大降低,抑制效果优于动力学抑制剂PVP和inhibex501。     

用电导性监测天然气水合物的形成和分解

实验研究了CH4水合物形成和分解过程中的电导性变化,并用温度和压力的同步变化来证明电导性作为这一过程监测指标的可靠性,结果表明,电阻随石英砂中CH4水合物的生成而增大,而当水合物生成速度很小时,电阻值变化很小;水合物分解时电阻急速减小;在未被水饱和的石英砂中,生成水合物多的截面电阻较小,而水合物少的截面因空隙中为CH4气体,电阻值成倍增大。认为电导性可望成为水合物形成的定量监测手段之一。