蔗糖和凹凸棒石体系下抑制CO2水合物生成动力学研究

油气生产、储运及CO_2管道输送的过程中容易生成CO_2水合物,添加抑制剂是预防CO_2水合物生成的有效手段。采用蔗糖、凹凸棒石和蔗糖+凹凸棒石作为水合物抑制剂,利用可视化高压反应釜实验装置,在初始条件3 MPa和2℃下,研究其对CO_2水合物生成的气体消耗量、气体消耗速率、诱导时间和水合物生成量的影响。用压力变化法测定了CO_2水合物生成诱导时间,用动力学模型计算了气体消耗量和水合物生成量;并分析了蔗糖和凹凸棒石协同抑制CO_2水合物生成的微观机理。实验结果表明蔗糖有减少气体消耗量和水合物生成量的作用,凹凸棒石有延长水合物生成诱导时间和降低生成速率的作用,体系中同时存在蔗糖和凹凸棒石能展现出协同效应,抑制效果最佳的实验体系为30 g蔗糖+1 g凹凸棒石,较纯水体系的气体消耗量减少了18.8%,气体消耗速率峰值降低了60.9%,诱导时间延长了122.2%,水合物生成量减少了26.1%。以蔗糖+凹凸棒石作为水合物抑制剂效果良好,且经济环保。     

水平管内气液两相螺旋流压降规律实验研究

在气液两相流实验装置上进行了流型和压降的实验。以空气和水为实验介质,对水平管内气液两相螺旋流的流型进行了研究。依次得到螺旋波状分层流、螺旋泡状流、螺旋弥散流三种典型的流型图像。并分析了流型、体积含气率、气液折算流速以及叶轮起旋参数等因素对气液两相螺旋流压降的影响。最后实验表明,流型是影响压降规律的主要因素,其他因素对压降的影响亦有影响。螺旋弥散流是压降梯度最小的流型。以上结果对今后相关的研究以及工程实际应用具有重要的指导意义。     

蔗糖对四氢呋喃水合物分解平衡温度影响的实验研究

随着油气资源的开采趋于深海,对促进水合物分解的研究在管道解堵和水合物开采方面都具有重要的意义。实验测试得到蔗糖的质量分数分别为0.05%、0.5%、2.4%、9.1%、20.0%、33.3%和39.4%。实验结果表明体系中蔗糖的存在对THF水合物的分解有促进作用,能降低THF水合物的分解平衡温度且分解平衡温度随着蔗糖含量的增加而降低;当蔗糖的质量分数大于27.7%时,THF水合物的分解平衡温度降至冰点以下。热力学模型以液-水合物-气三相逸度平衡为起始点,根据THF水合物的特点对传统的逸度计算模型进行了适当的简化,用基团贡献法计算得到了实验体系下水的活度系数,并利用实验数据拟合得到了模型中用于计算Langmuir常数的两个重要参数,最后选定适用于其他参数的经验公式。用该模型预测得到的水合物分解平衡温度与实验得到的数据相吻合,说明该模型可用于预测常压下的THF+水+蔗糖体系水合物分解平衡温度。本文建立的模型对不同客体水合物的热力学模型的建立也具有指导意义。     

利用氧化石墨烯促进CO2水合物的生成

气体水合物高效快速生成是实现水合物技术工业应用的关键问题。为解决水合物生成速率慢、储气能力低等难题,利用高压反应釜实验装置,研究了质量浓度为20、35、50、100、200、300 mg/L的氧化石墨烯对CO_2水合物生成过程温压变化规律、生成时间和诱导时间及气体消耗量的影响,并与纯水体系中水合物生成实验进行了对比和分析。结果表明,氧化石墨烯促进CO_2水合物生成的最佳浓度为50 mg/L,在该浓度下反应体系的终态压力最低,压力降低的幅度达1.731 MPa;且与纯水体系相比,水合物生成诱导时间缩短了77.14%,反应周期缩短了1/2,气体消耗量提高了15.89%。从微观角度分析了氧化石墨烯促进CO_2水合物生成的作用机理,其独特的单层分子结构及表面丰富的氧基功能团使其具有纳米颗粒级别的高比表面积、具有优良的传热传质及亲水特性;能够促进气体溶解、增加水合物成核点、提高成核速率;加快体系热量传递、平衡系统温度;能够加快传质速率、增加气体消耗,提高储气能力。     

水平管内螺旋流流动特性研究现状与进展

总结了螺旋流的流动特性的研究现状以及发展方向,指出目前在流速分布、压降特性以及衰减特性等方面需要进行进一步的研究。对于流速分布,需要采用先进的测速设备进行流速的测量,比如LDV和PIV。对于压降特性,在现有公式的基础上总结出应用于实际工程领域的压降模型。对于衰减特性,需要推导出精确度高的衰减公式。     

油气混输管道水合物防治动态控制技术研究

水合物防治动态控制技术在保证管道安全运行的同时可利用水合物储气密度高的特点来增大管道输送量。但是,管道内水合物生成位置难以预测性,及水合物颗粒运动规律的复杂性制约了该技术的发展。为解决该问题,利用气液两相螺旋管流强化天然气水合物生成技术,促使水合物在管道泵站出站处生成;并建立了描述水合物颗粒运动规律的流动体系水合物颗粒宏观运动模型。研究表明,气液两相螺旋管流特有流型螺旋弥散流会促使水合物在管线特定位置生成;而水合物颗粒运动距离小于管道相邻泵站间距。最后,给出管道内水合物生成量须控制在一定范围,并在水合物颗粒运动终点采取干预措施的建议。     

咪唑离子液体抑制甲烷水合物生成实验研究

为了保证油气输送管道正常运行,必须采取相应措施防止水合物大量生成而造成管道及设备的堵塞。为了规避热力学抑制剂用量大、成本高,并且污染环境的缺点,低剂量抑制剂的研究与开发受到研究人员的高度重视。在体系温度4℃,初始压力8.5 MPa的条件下实验研究了质量浓度均为0.1%的1-乙基-3甲基咪唑氯盐(EMIM-Cl)、1-丁基-3甲基咪唑氯盐(BMIM-Cl)、1-己基-3甲基咪唑氯盐(HMIM-Cl)溶液对甲烷水合物生成的抑制作用。结果表明,上述3种离子液体都能够延长甲烷水合物的生成时间,并降低甲烷气体消耗量及水合物的生成体积,即上述3种离子液体都可抑制甲烷水合物的生成。此外,上述3种离子液体抑制甲烷水合物生成效果强弱顺序为:EMIM-ClHMIM-ClBMIM-Cl。