天然气水合物及其抑制剂的研究和应用_论文

发布于:2021-05-12 21:05:34

上 海 化 工  S a g a  e c l n u t   hnh i Ch mi a I d sr   y V 1 5 No4 o .   .  3 Ap . r 201   0 天然气水合物及其抑制剂 的研究和应用  吕 涯 。 杨 长城  203 ) 0 27  华东理工 大学石油加工研究所  ( 上海 _   的 研究现状、 作用机理≮ 应用范围以及 种类、 存在的 缺陷。   摘 要 在简述天然气水合物结构和性质的基础上, 介绍了天然气水合物热力学抑制剂、 动力学抑制剂、 防聚剂等  关 键词 天 水 物 热 学 制 动  抑 剂 防 - 然气 合 力 抑 剂 j 制   -   | 啐圈分类号 T 1. Q57  1 在石 油和 天然气 的开 采 、 工和运 输过 程 中 , 加 一  I 型天然气水合物为立方 晶体结构 ,水分子形  成 的 网络空 穴 中能 容纳 C  CH 、 C  HS0  H 、    、O 、 :、: N 等小气体分子。 水合物的每个单元 晶胞 由 9 个水分  6 子组 成 , 含 2个小 空腔 和 6个 大空 腔 。 包 小空 腔为正  定温度和压力下天然气 中某些小分子体 (   O、 N、   C   C   :  。  )与液态水形成冰雪状 的晶体 ,   H、H、 H等 C C 即 天然气水合物。严重时, 这些水合物能堵塞井筒 、 管  线、 阀门和设备 , 从而影响天然气的开采 、 集输 和加  工的正常运转 。水合物 的防治措施主要有 : 除水法 、   加热法、 降压控制法、 添加化学抑制剂法等。对于防  止气井井筒和集气支线 内水合物冻堵 ,最常用的方  法 还是 添加化 学抑 制剂 法口  1 。 添加 化学 抑制剂 法 就是在 操作条 件 下通过 向管  线 中注入 一定 量 的化 学 添加剂 ,改 变水合 物形 成 的  五边形十二面体(佗结构, 5) *似球形 。 大空腔为变形  ( 扁*) 的十四面体(1z 56) 2 结构, *似椭圆体。   I型天然气水合物为菱型晶体结构 ,其网络空 l   穴 不 仅 可 以 容 纳 C  CH 、 C  Hz、  小 气  H 、  N 、 O、 S 0 等 体分子 , 还可以容纳 cH 、ocH。 。  s—   等体积稍大的烃  i 类分子。每个单元 晶胞由 16 3 个水分子组成 ,包括  l 6个小 空腔 和 8 大空 腔 。 空腔 也为 正五边 形十  个 小 热力学条件、 结晶速率或聚集形态 , 来达到保持流体  流动的目的。抑制剂能够提高水合物生成压力或者  降低生成温度 , 以此来抑制水合物的生成。 已发现的  化学抑制剂类型主要有热力学抑制剂、动力学抑制   剂、 防聚剂 三类 。   二面体(  , I 5 )与 型相同。大空腔为十六面体结构 ,   *似 球形 , 4个 六边 形 和 1 有 2个五边 形组 成 了笼形  空 间构 架 (   。 5 6)  H型天然气水合物为六方晶体结构 ,其大空腔  可以容纳比 i —    s cH。 o 还要大的气体分子 。 H型天然  气水合物的单元晶胞有 3 个水分子组成。 4 每个单元  晶胞含有 6个 空腔 , 为 3 形式 : 分 种 小空 腔与 I 、I 型 I   1 天然气水合物 结构 和形成 的影 响因素    从晶体化学和结构化学观察 ,天然气水合物是  天然气和水结合形成的笼形结构物。 其中, 水分子依  靠氢键形成主体结晶网络 ,网络中的空穴 内充满着  天然 气小 分子 。 据 内部 晶穴 大小 和数 目的不 同 , 根 天  然气水合物的结构一般可分为 I 、 型和 H型三  型 I I 种1 见 图 1  2 1 , 。 型相同, 为正五边形十二面体(  。 5 )中空腔是由 3 个  正 四边 形 、 正 五 边形 和 3个 正 六边 形 构 成 的 多  6个 面 体 ( 6,。大 空腔 则 由 1 正 五边形 和 8 正  45 ) 6 2个 个 六 边形组 成 的 (   [ 1 52 )-   6 3。 4 天然气水合物形成 的必要条件是 :1 ( )气体处  于 水 汽 的饱 和 或过 饱 和状 态 并存 在 游 离水 ;2 ( )有  足够高的压力和足够低的温度 。但在上面两个条件  都具备后 , 有时尚不能形成水合物 , 还必须具备一些  辅助条件 , 如压力 的波动 、 气体 的高速流动 、 因流向   突变产生的搅动、 微小水合物晶核的诱导等。因此 ,   图 1 天 然 气 水 合 物 三种 结构    水合物经常出现在特定物理位置如弯头 、孔板 、 阀  门、 粗糙的管壁等。 天然气的水合物形成温度不仅和  博士  副教授  已发表论 文 4 0余篇  《 海》 辞 中石 油炼  第一作者 简介 :吕 涯 女 16 9 8年生  19 90年华 东理 工大学毕业 制 部 分 的 编 写人   第 4期  吕 涯: 天然气水合物及其抑制剂的研究 和应用  压力 有关 ,而且 不 同组分 的天 然气 在等 压下 形成 水  要 起抗 晶核生成 的作 用I l 入 的浓度 很低 ( 水相  】 。加 在 合物的温度也不 同。天然气各种组分形成水合物 的   先后顺 序是 :   >异丁烷 >丙烷 >乙烷 >二氧化  HS 碳 >甲烷 > 氮气  。Hs   对水合物形成的影 响尤其  大。理论 上纯 Hs的水合 物形 成 温度 为 2   9℃ , 但若  天 然气 中 HS含 量超 过 03摩 尔分 数 ) , 2 .( 时 其水 合物  形成 温度 大致 与纯 H2 同【  S相 7 l 。 中通常小于 3 , %)并可大大减少储存体积和注入容  量 以及 由此产生 的大量污水处理问题 ,使用和维护  都很 方便 ,呈 现

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