天然气水化物的形成及防止学习教案

1、天然气水化物的形成天然气水化物的形成(xngchng)及防止及防止第一页，共100页。的温度而生成。在高压下，这的温度而生成。在高压下，这些固体可以在高于些固体可以在高于00而生成。而生成。第1页/共100页第二页，共100页。第2页/共100页第三页，共100页。所示。第3页/共100页第四页，共100页。 组分名称CH4C2H6C3H8iC4H10nC4H10CO2H2S临界温度，21.514.514.52.51.010.029.0第4页/共100页第五页，共100页。第5页/共100页第六页，共100页。第6页/共100页第七页，共100页。第7页/共100页第八页，共100页。 天然气

2、在地层温度和压力条件下含有饱和水汽，天然气的水汽含水量取决于天然气的温度、压力和组成等条件。天然气含水汽量，通常(tngchng)用绝对湿度、相对湿度和水露点来表示。第8页/共100页第九页，共100页。VGe 式中：式中： e天然气的绝对湿度天然气的绝对湿度(judu shd)，g/m3； G天然气中的水汽含量，天然气中的水汽含量，g； V天然气的体积，天然气的体积，m3。第9页/共100页第十页，共100页。第10页/共100页第十一页，共100页。see式中：式中： 天然气相对湿度天然气相对湿度(xingdu shd)； e天然气的绝对湿度；天然气的绝对湿度； es天然气的饱和湿度。天然

3、气的饱和湿度。第11页/共100页第十二页，共100页。输气管道埋深处的土壤温度低输气管道埋深处的土壤温度低5左右。左右。第12页/共100页第十三页，共100页。第13页/共100页第十四页，共100页。（1）气体(qt)的含水量用ppm表示vxmg/m3v101.325kPa，20时气体密度，时气体密度，kg/m3。第14页/共100页第十五页，共100页。如果如果(rgu)是是x ppm(体体)，则含水量可表示，则含水量可表示为：为：vghMMxmg/m3v101.325kPa，20时气体时气体(qt)密度，密度，kg/m3； Mh水的分子量；水的分子量； Mg天然气的分子量。天然气的分

4、子量。第15页/共100页第十六页，共100页。含量(hnling)值乘以修正系数0.98485。第16页/共100页第十七页，共100页。第17页/共100页第十八页，共100页。图图2-12-1第18页/共100页第十九页，共100页。60./WWCRD第19页/共100页第二十页，共100页。WWCss/第20页/共100页第二十一页，共100页。含水量水中不含盐时天然气的水量水中含盐时天然气的含时天然气含水量相对密度为的天然气含水量相对密度为sRDCC60.sRDCCWW60.甲烷(ji wn)含量摩尔浓度大于70%和含少量重烃的甜气含水量。第21页/共100页第二十二页，共100页。

5、第22页/共100页第二十三页，共100页。SHSHCOCOHCHCWYWYWYW2222第23页/共100页第二十四页，共100页。图图2-2 2-2 用于式用于式(2-3)CO2(2-3)CO2的水分的水分(shufn)(shufn)含量含量 第24页/共100页第二十五页，共100页。图图2-3 2-3 用于式用于式(2-3)H2S(2-3)H2S的水分的水分(shufn)(shufn)含量含量 第25页/共100页第二十六页，共100页。第26页/共100页第二十七页，共100页。图图24 气体气体(qt)水化物的晶格水化物的晶格（a）I型结构；（型结构；（b）型结构型结构第27页/共

6、100页第二十八页，共100页。第28页/共100页第二十九页，共100页。、上烃类一般不形成水合物。第29页/共100页第三十页，共100页。第30页/共100页第三十一页，共100页。卡茨（D.L.Katz）等人提出，固态的气体水合物其行为在一定程度上类似气体溶于晶体而组成的溶液，因而可以借鉴处理气液平衡体系的方法，以蒸气固体平衡常法来预测(yc)水合物的形成条件。该法尤其适用于含有典型烷烃组成的无硫天然气，而对非烃含量多的气体及在压力高于6.9 MPa的情况下，准确性较差。第31页/共100页第三十二页，共100页。0 . 1iiiKyxxi天然气中i组分在固相中的摩尔分数(fnsh)（

7、干基）；yi天然气中i组分在气相中的摩尔分数(fnsh)（干基）；Ki天然气中i组分的气固平衡常数。第32页/共100页第三十三页，共100页。iiiXyK 在不同压力和温度下的汽在不同压力和温度下的汽固平衡常数可固平衡常数可由图由图2-62-6至图至图2-112-11查得，对于氮气和比丁烷查得，对于氮气和比丁烷(dn wn)(dn wn)还重的组分，其平衡常数可取为无还重的组分，其平衡常数可取为无穷大。穷大。第33页/共100页第三十四页，共100页。图图2-6 甲烷甲烷(ji wn)的气的气固平衡常数图固平衡常数图第34页/共100页第三十五页，共100页。图图2-7 乙烷乙烷(y wn)

8、的气的气固平衡常数图固平衡常数图第35页/共100页第三十六页，共100页。假设假设(jish)T查组分查组分(zfn)的的Ki计算计算yi/ Ki yi/ Ki-1 结结 束束调整调整T=T否是第36页/共100页第三十七页，共100页。【例2-1】天然气的压力(yl)为27.5MPa，气体组成见表2-1，求天然气形成水合物的温度。解：假设天然气形成水合物的温度为21，查出各组分的平衡常数，求出yi/Ki=1.08。重新假设温度为26.7 ，求出yi/Ki=0.87。在27.5MPa下，用线性内插法求得yi/Ki=1.0的温度为23.3时。第37页/共100页第三十八页，共100页。第38页

9、/共100页第三十九页，共100页。(4) 如如，重新假定温度或压，重新假定温度或压力力(yl)，重复上面的步骤，重复上面的步骤13直直到到时为止。时为止。iiKyiiky01.iiKy01.iiKy第39页/共100页第四十页，共100页。第40页/共100页第四十一页，共100页。第41页/共100页第四十二页，共100页。该图适用于不含酸性气体组分,丙烷(bn wn)含量高达10%的天然气.该图的用法是:第42页/共100页第四十三页，共100页。第43页/共100页第四十四页，共100页。该气体混合物在给定压力(yl)下的水合物形成温度。第44页/共100页第四十五页，共100页。第4

10、5页/共100页第四十六页，共100页。第46页/共100页第四十七页，共100页。1%(mol%)若相对密度在两条曲线之间，可采用内插法进行近似计算。第47页/共100页第四十八页，共100页。 图图2-12预测形预测形成水合成水合物的压物的压力力-温度温度(wnd)曲线曲线第48页/共100页第四十九页，共100页。第49页/共100页第五十页，共100页。第50页/共100页第五十一页，共100页。图图2-14相对密度相对密度为为0.6的的天然气在天然气在不形成水不形成水合物的条合物的条件下允许件下允许达到达到(d do)的膨的膨胀程度胀程度第51页/共100页第五十二页，共100页。图

11、图2-14相对密度为相对密度为0.7的天然气在不形成的天然气在不形成(xngchng)水合物的条件下允许达到的膨胀水合物的条件下允许达到的膨胀程度程度第52页/共100页第五十三页，共100页。图图2-15 相对密度为相对密度为0.8的天然气在不形成的天然气在不形成(xngchng)水合物的条件下允许达到的膨水合物的条件下允许达到的膨胀程度胀程度第53页/共100页第五十四页，共100页。第54页/共100页第五十五页，共100页。第55页/共100页第五十六页，共100页。图2-16 给定(i dn)压力降所引起的温度降第56页/共100页第五十七页，共100页。，亦即气体的最终温度要更冷5

12、.6。第57页/共100页第五十八页，共100页。第58页/共100页第五十九页，共100页。【例【例2-1】天然气相对密度为】天然气相对密度为0.6，初始温度为，初始温度为28.5，初始压力为，初始压力为27000kPa，最终压力为，最终压力为12000kPa，试问气体节流后是否会形成水合，试问气体节流后是否会形成水合物？物？ 解：计算解：计算(j sun)节流后的温降节流后的温降 由图由图2-16，根据初始压力为，根据初始压力为27000kPa和压力和压力降降P为为15000kPa，求得节流后温度降，求得节流后温度降t=24.5，由于气体中不含液态烃，故最，由于气体中不含液态烃，故最后的温

13、度降应为后的温度降应为24.5-（-5.6）=30.1。 计算计算(j sun)节流后的温度：节流后的温度：28.5-30.1=-1.6第59页/共100页第六十页，共100页。 计算节流后形成水合物的温度 气体相对(xingdu)密度为0.6，压力为12000kPa时，由图2-2-2查得形成水合物的温度为19.5。 判断节流后是否形成水合物 节流后的温度-1.6小于形成水合物的温度19.5，故节流后要形成水合物。 第60页/共100页第六十一页，共100页。Pa； Pr，Tr对比压力，对比温对比压力，对比温度；度； C P 定 压 比 热 ，定 压 比 热 ，kJ/(kmolK)。PCrrC

14、iCPTPfTD18684106.,补充补充(bchng)：第61页/共100页第六十二页，共100页。(qinhu)压力平均值，压力平均值，Pa。).(.),(.8007103432042rrrrPTTPf0851241524100109965010623800922401913.)/()(.TPMTTCP第62页/共100页第六十三页，共100页。 P 水 合 物 形 成水 合 物 形 成(xngchng)压力，压力，MPa。系数系数B，B1可根据气体相对密度从可根据气体相对密度从表查得。表查得。)(.log2730541000551TBP第63页/共100页第六十四页，共100页。 BB

15、1 BB10.560.580.600.620.640.660.680.7024.2520.0017.6716.4515.4714.7614.3414.0077.464.256.151.648.646.945.644.40.720.750.80.850.900.951.0013.7213.3212.7412.1811.6611.1710.7743.442.039.937.936.234.533.1第64页/共100页第六十五页，共100页。2t-3.72242710-4t2+3.78178610-6t3=0.8 P*=2.704426+0.0582964t-6.63978910-4t2+4.00

16、805610-5t3第65页/共100页第六十六页，共100页。 t温度，温度，。第66页/共100页第六十七页，共100页。第67页/共100页第六十八页，共100页。第68页/共100页第六十九页，共100页。第69页/共100页第七十页，共100页。可以用于防止天然气水合物生成可以用于防止天然气水合物生成(shn chn)的抑制剂分为有机抑制剂和无机抑制的抑制剂分为有机抑制剂和无机抑制剂两类。剂两类。有机抑制剂有甲醇和甘醇类化合物；有机抑制剂有甲醇和甘醇类化合物；无机抑制剂有氯化钠、氯化钙及氯化镁无机抑制剂有氯化钠、氯化钙及氯化镁等。等。第70页/共100页第七十一页，共100页。天然气

17、集输矿场主要采用有机抑制剂，这类抑制剂中又以甲醇、乙二醇和二甘醇最常使用。抑制剂的加入会使气流(qli)中的水分溶于抑制剂中，改变水分子之间的相互作用，从而降低表面上水蒸气分压，达到抑制水合物形成的目的。广泛采用的醇类天然气水合物抑制剂的物理化学性质如表2-1所列。第71页/共100页第七十二页，共100页。项 目甲醇乙二醇二甘醇相对分子量32.0462.1106.1密度，g/cm3(25)0.7928 (20)1.1101.113冰点(沸点)， -97.8(64.7) -13(197.3)-8(244.8)粘度，mPas(25)0.5945 (20)16.528.2毒性与状态无色易燃有中等毒

18、性无色无毒有甜味液体无色无毒甜味、粘稠液体第72页/共100页第七十三页，共100页。甘醇类抑制剂粘度较大甘醇类抑制剂粘度较大(jio d)，注入，注入后将使系统压降增大，特别在有液烃存在时，后将使系统压降增大，特别在有液烃存在时，操作温度过低将使造成分离困难，增加在液烃操作温度过低将使造成分离困难，增加在液烃中的溶解损失和携带损失。溶解损失一般为中的溶解损失和携带损失。溶解损失一般为 0.120.72L/m3液烃，多数为液烃，多数为0.25L/m3液烃。液烃。对酸性气体，损失量约为非酸性气体的对酸性气体，损失量约为非酸性气体的3倍。倍。第73页/共100页第七十四页，共100页。甲醇甲醇(ji chn)适用于气流温度不低于适用于气流温度不低于-85，且压力较高的场合；，且压力较高的场合；当气流温度不低于当气流温度不低于-25，宜用二甘醇；当，宜用二甘醇；当气流温度不低于气流温度不低于-40，宜用乙二醇。，宜用乙二醇。第74页/共100页第七十五页，共100页。第75页/共100页第七十六页，共100页。第76页/共100页第七十七页，共100页。第77页/共100页第七十八页，共100页。第78页/共100页第七十九页，共100页。天然气水合物形成温度降主要天然气水合物形成温度降主要决定于防冻剂的液相用量。决定于防冻剂的液相用量。gtW