基于化学亲和力模型的水合物生成动力学

水合物生成促进及动力学模型是水合物利用技术的关键问题。本文回顾了水合物生成促进技术的发展,实验研究了氧化石墨烯（GO）与十二烷基硫酸钠（SDS）复配促进剂体系下CO₂水合物的生成动力学,揭示了不同浓度对水合物生成时间、耗气的影响规律。研究结果表明,在GO与SDS复配体系下,CO₂水合物生成速度加快,诱导时间和生成时间缩短,耗气量增大。得出最佳复配浓度为0.005%GO+0.2%SDS,与纯水和单一0.005%GO体系相比,水合物的生成时间分别缩短69.7%和12.2%,耗气量提高11.24%和3.2%。建立了该体系下CO₂水合物生成化学亲和力模型,并从模型角度研究了GO与SDS复配比例、温度和压力对化学亲和力模型参数的影响。利用Matlab对模型编程计算并与实验结果进行了对比分析,吻合很好。通过研究认为,化学亲和力模型可准确预测复配体系水合物的生成。     

氧化石墨烯作用下的CO_2水合物生成化学亲和力模型

纳米颗粒氧化石墨烯(GO)作为一种环保高效的水合物生成促进剂,少量即可大大加快气体水合物生成速率,缩短诱导时间,增大耗气量,但是目前缺少模型来研究含有GO体系中气体水合物的生成。因此利用高压反应釜,研究了279.15～281.15K和4～6MPa条件下,质量分数为(10～500)×10~(-6)的GO对二氧化碳水合物生成的影响。实验研究表明GO可大大促进气体水合物的生成,相较于纯水体系,生成时间缩短79.7%～85.0%。此外根据化学亲和力理论推导并建立了在GO作用下的气体水合物生成动力学模型,并通过MATLAB软件编程,将实验数据与模型相结合,计算化学亲和力模型参数(t_k、-Ar/RT)。将模型所得压力和耗气量与实验数据对比分析发现,模型所得数据与实验数据结果具有很高的一致性。     

天然气水合物抑制技术与方法研究进展

针对目前广泛使用的热力学抑制剂用量大、成本高,并且污染环境的缺点,详细总结了国内外动力学抑制剂、防聚剂及离子液体抑制剂的研究现状。此外,结合天然气水合物浆液管道输送技术的发展趋势,阐述了水合物防治动态控制技术,得出该技术在保证油气管道安全运行的同时利用水合物储气密度较高的特点可增大管道输送量,并且该技术最终将取代其他水合物抑制技术的结论。最后,说明了水合物抑制技术的发展方向,并就水合物抑制技术的研究给出了建议。     

水合物浆体流动规律研究进展

随着海洋天然气开发深度的增加,混输管线的天然气水合物堵塞问题越来越受到重视,水合物浆液流动技术是深水流动保障技术的新工艺,而研究水合物浆液的流动特性是实现海底管输技术大规模工业应用的重要基础。综述了水合物浆体流动规律的研究现状和进展,主要从水合物浆体的流变性和压降规律等方面对国内外水合物浆体流动规律的研究进展进行了归纳,指出了水合物浆体研究方向并给出了建议。     

凹凸棒石体系下CO2水合物生成动力学实验

油气生产、储运及CO₂管道输送的过程中易生成CO₂水合物,添加抑制剂是预防CO₂水合物生成的有效手段。为解决CO₂水合物堵塞问题,本文采用超声波处理后的凹凸棒石作为抑制剂,利用可视化高压反应釜实验装置,在初始条件3 MPa和2℃下,研究了添加浓度为0、0.05mg/mL、0.30mg/mL、0.50mg/mL、0.75mg/mL、1.00mg/mL和1.50 mg/mL的凹凸棒石对CO₂水合物生成动力学的影响。用压力变化法测定了水合物生成诱导时间,用动力学模型计算了水合物生成量,并分析了凹凸棒石影响CO₂水合物生成的微观机理。实验结果表明凹凸棒石能延长CO₂水合物生成诱导时间,浓度为0.75mg/mL时作用效果最佳,较纯水体系CO₂水合物生成诱导时间延长了200%;凹凸棒石能减少CO₂水合物的生成量,浓度为1.5mg/mL时作用效果最佳,与纯水体系相比减少了12.8%。凹凸棒石抑制水合物生成的微观机理主要是由于其独特的选择吸附性以及对传质传热的阻碍。研究表明以凹凸棒石作为CO₂水合物抑制剂效果良好,能有效延长其诱导时间,兼具经济性和环境友好的特点。     

涂层下金属管道缝隙腐蚀瞬态的数值模拟

建立了一个充分考虑缝隙内溶液传质过程、电位梯度变化和电中性原则等影响的二维数学模型,通过数值模拟方法,分析了瞬态条件下缝内溶液的氧含量、pH、离子浓度和电导率的变化规律.结果表明:溶液的氧含量随着时间的延长而迅速降低;溶液pH在距缝口 15 mm处达到峰值,并随着时间的延长逐渐趋于稳定;溶液电导率随着时间的延长而增加,...     

水平管内以叶轮起旋的螺旋流的数值模拟

采用RNG k-ε模型对水平管内以叶轮起旋的螺旋流的流动特性进行了数值模拟研究,通过试验验证了数学模型的准确性和可靠性。研究结果表明:叶片旋流器产生的旋流场,切向速度分布具有近似Rankine组合涡结构的特点,径向速度最大值达轴向速度的0.5倍。雷诺数对旋流强度影响较大,Re数越大,旋流强度越大,且旋流强度的衰减速率越小。强旋流使轴向逆压力梯度足够大而引发轴向回流,从而产生了中心回流区域;能够增加反应介质的滞留时间,提高气液两相的传质和传热效率,促进水合物浆体快速生成,保障管道安全输送。     

管道流动体系天然气水合物分解动力学模型研究进展

天然气水合物聚集堵塞管道事故频频发生,管道解堵耗时棘手,给石油化工行业造成了巨大的经济损失和能源浪费,研究管道流动体系下天然气水合物的分解特性为解决管道水合物冰堵问题提供理论基础。综述了国内外管道天然气水合物分解动力学的研究进展,重点阐述了管道水合物的分解机理及相应天然气水合物分解模型。发现目前关于管道流动体系下水合物分解规律的研究不多,管道水合物分解模型不够完善。基于水合物微观分解机理及环道流体宏观运动规律,对建立多因素影响、适用于管道流动体系的新型管道天然气水合物分解综合模型提出了构想。最后,对管道流动体系水合物分解特性的研究方向提出了建议与展望。     

输气管道低洼处积液携带特性实验研究

输气管道在一定的温度和压力条件下产生的凝析液以及本身自带的液态水会造成管道内积液,特别是在弯管低洼处,由于重力作用产生回流使积液问题更加严重。以自行设计的输气管道积液携带装置为实验平台,起旋装置为扭带,空气和自来水为实验工质,利用高速相机观察并分析在有无螺旋流条件下弯管低洼处积液的气液界面波动特点和携带规律,研究了流速、扭率、积液量等因素对弯管处积液携带效率的影响。研究结果表明:随着表观流速的增加,气液界面波动越来越大,当达到携带临界流速时积液被携带走,且流速越大携带效率越高;有旋流动时产生的湍动能较大,更易使气液界面失稳产生波动,且积液携带效率更高;相比无旋流动时,有旋流动各阶段的临界流速比较小;各阶段临界流速还和积液量有关,积液量越少,各阶段临界流速越大;有螺旋流情况下比无旋流情况下界面波动大,波峰间距更小。