天然气水合物动力学抑制剂性能评价方法的现状与展望

添加动力学抑制剂(Kinetic hydrate inhibitors,KHIs)是一种经济、有效且非常具有前景的输气管道防天然气水合物(以下简称水合物)堵塞的解决方案,但目前KHIs在国内油气田中还没有得到大规模的应用,因而对其仍需加强开发和性能评价研究。为此,从水合物形成的原理出发,重新总结了KHIs的分类,并分析了过温压变化诱导时间法、晶体生长抑制法(Crystal Growth Inhibition,CGI法)、微观力法以及模拟循环管路法等13种水合物抑制剂性能评价方法的优缺点,形成了一套可以解决不同方法及设备之间评价效果可对比度差以及与实际应用效果差距大等问题的方法。研究结果表明:(1)水合物成核阶段的评价方法包括温压变化诱导时间法、可视观测诱导时间法、过冷度法;(2)水合物生长阶段的评价方法包括温压变化生长速率法、可视观测生长形态法、CGI法、微观力法;(3)成核和生成两个阶段共同的评价方法包括水含量法、组分变化法、微分扫描量热法、超声波法、激光法、电导率法等。并提出了KHIs评价方法的未来发展方向和建议:(1)把多种方法有机结合,多角度(声、光、电、热、力等性质)、多尺度(宏观、微观、介观、纳观等)、多指标(过冷度、诱导时间、生长速率等)及其组合评价将会成为未来更真实、更全面、更准确评价KHIs的发展方向;(2)应将更多的精力集中在KHIs的机理研究上,利用更多先进设备、设计相关实验,验证并发现其作用机理,以指导开发性能更优越的KHIs。     

高压管网天然气压力能回收利用技术

天然气高压管网蕴含了大量的能量,25℃的天然气由4.0MPa降为0.4MPa时,可回收压力能约为322kJ/kg,而实际过程却很少回收利用。文中阐述了目前高压管网天然气压力能用于发电和制冷的两种主要回收利用方式。在发电方面,结合发电厂的余热回收、燃气轮机进气冷却技术,主要有3种发电方式;在制冷方面,主要是膨胀制冷并用于燃气调峰、冷库、冷水空调、橡胶深冷粉碎以及轻烃回收等。针对目前所存在的问题,为了提高天然气压力能利用效率,扩展该系统操作弹性,文中提出了一种新型工艺,即在高压天然气膨胀制冷的同时,将膨胀机输出功用于压缩冷媒制冷系统,大幅提高制冷效果。     

HCFC-141b水合物浆流动特性实验

利用实验环道进行了水合物颗粒体积分数为0到70%的HCFC-141b水合物浆的流动实验,实验结果表明:在固相体积分数小于28.5%时,管道中水合物呈稀浆状,浆体为牛顿流体;当固相体积分数大于37.5%时,管道中水合物呈泥状,浆体为Bingham流体.回归了泥状水合物的屈服应力及表观粘度,并根据水合物浆的流动特性分段回归了水合物浆在管道中流动的压降计算公式,实验验证表明回归的计算公式可以比较准确的计算管道中水合物浆流动的压降,可以为制冷系统HCFC-141b水合物的流动及其它水合物浆的流动提供指导.     

天然气水合物形成过程3阶段分析

天然气水合物形成过程可以划分为溶解、诱导和成长3个连续过程,在物质平衡原理基础上建立各阶段的质量数学模型和速率反应模型。实验通过水合物形成过程的压力、消耗气体量来反映水合物形成过程3阶段特征:气体溶解阶段压力变化幅度不大,溶液中消耗气体为50.87 ml,直到饱和;诱导阶段持续时间长为65 min,压力基本保持在4.5 MPa,消耗气体量维持不变;成长阶段压力降低明显,并急剧消耗大量气体到119.5 ml。     

气体水合物超声结晶实验

实验中将15kHz超声波引入R141b和水体系,反应过程在恒温水浴中进行,对超声探头处于不同位置、不同过冷度情况下分别研究.结果表明在超声启动后5秒内就出现大量水合物浆,成核对过冷度的依赖程度降低,但结晶完成时间随过冷度的增加而减少.在同样条件下,探头位于两相界面处,消耗的能量较低.分析结果认为这可能与超声空化产生的一系列效应有关.     

陕北某气田天然气水合物形成条件实验研究

利用可视化高压流体测试装置对陕北某气田天然气在-11～20℃的温度范围内水合物的形成条件进行了测定。实验结果表明压力的对数lgP与温度t呈线性关系，在-11～-1．8℃和1．8～20℃范围其斜率不同。另外还比较了气田试产井采出水和纯水2个体系的天然气水合物生成条件，结果显示含盐溶液水舍物生成的温度降可用冰点降来确定，同时给出了该气田天然气水合物形成条件的计算方法。     

多孔膜反应器中丙烷催化脱氢制丙烯的模拟研究

针对丙烷高效脱氢制丙烯的多孔膜反应器构建了无量纲数学模型并进行了模拟研究,考察了催化剂活性、透氢膜性能、操作条件对多孔膜反应器中丙烷脱氢的转化率、丙烯收率、氢气收率和纯度的影响。结果表明,移走产物氢气可以有效提升膜反应器的性能,其性能的提升程度由不同温压条件下催化剂和透氢膜性能共同决定。高活性催化剂是丙烷高效转化的基础,催化剂活性越高,膜反应器内的产氢速率越快;其次,膜的选择性和渗透通量越高,氢气的移除效率越高,可在最大程度上打破热力学平衡的限制,使反应向生成丙烯的方向移动。当多孔透氢膜的氢气渗透率在10^-7~10^-6 mol·m^-2·s^-1·Pa^-1,H₂/C₃H₈选择性达到100时,其丙烷转化率可以与Pd膜反应器内的转化率相当,但分离的氢气纯度低于Pd膜反应器。与传统的固定床反应器相比,膜反应器由于促进了化学平衡的移动,可以在较低的反应温度下获得相当高的丙烷转化率,且丙烷转化率随着反应压力的增加呈现出一个最大值。该模拟研究可为实际生产过程中膜反应器用于PDH反应的高效强化提供有益的技术指导。     

加快广西天然气开发利用的“一揽子”设想——“广西县县通天然气工程”系列思考之一

"缺煤少油无气"的能源困境长期制约着广西经济社会发展,随着西二线、中缅线、北海LNG接收站项目陆续给广西供应天然气后,"广西县县通天然气工程"有了极为充足的气源保障;但受制于管网建设及市场开发的严重滞后,广西过境天然气利用率极低。在研究分析广西管网建设及市场开发现状后,提出要加快资金投入,各部门和各单位要通力合作推进管网建设;政府要积极引导和采取激励,加快车船和工商业用气、天然气分布式能源利用,加大技术支持,加快培育壮大广西天然气产业。     

锦州黑油水化物生成条件及降凝剂抑制影响

利用本研究室具有国际先进水平的气体水化物实验测定装置对锦州凝析气田黑油在乙二醇抑制剂存在下水化物生成规律进行了初步实验研究,分析了在现场工况下已筛选出的降凝剂对二醇抑制水化物生成作用的影响规律。     

LNG汽车技术发展及其推广应用前景

对传统固定流化床反应器进行了必要的改进,将固定流化床反应器拓展应用到甲醇制烯烃反应研究中。通过调整预热温度及更换下行进料管材质,使甲醇在与催化剂接触前的分解几率降到最低。装置平行性及物料平衡考察结果表明,该反应器数据重复性良好,物料平衡可达到97%。采用SAPO-34分子筛催化剂,在固定流化床反应器中分别考察了反应温度和水醇比(质量比)对甲醇制烯烃主要反应产物分布的影响。温度实验结果表明:甲醇转化率接近于100%,反应温度的提高可大大提高乙烯的选择性,C2=～C4=选择性可达到90%以上;同时温度的升高使得催化剂上积炭速率增快;对于以乙烯为主要目的产物的甲醇制烯烃工艺,建议将反应温度选择为500℃,C2=/C3=摩尔比可稳定在1.5左右;若以丙烯为主要目的产物,建议将反应温度选择在450～470℃之间,C2=/C3=摩尔比可稳定在0.9～1.1之间。水醇比实验结果表明:水不但可以延缓催化剂的积炭速率,而且还可以大大增加乙烯的选择性,较大的水醇比可以将C2=/C3=摩尔比提高到2.0以上;无论是期望乙烯为主要目的产物还是丙烯为主要目的产物,太大的水醇比会增加能耗,增大反应器及产物分离器的负荷,所以,建议将水醇比都选择在0.25～0.5之间。