天然氣水化物的形成及防止學(xué)習(xí)教案

1、天然氣水化物的形成天然氣水化物的形成(xngchng)及防止及防止第一頁，共100頁。的溫度而生成。在高壓下，這的溫度而生成。在高壓下，這些固體可以在高于些固體可以在高于00而生成。而生成。第1頁/共100頁第二頁，共100頁。第2頁/共100頁第三頁，共100頁。所示。第3頁/共100頁第四頁，共100頁。 組分名稱CH4C2H6C3H8iC4H10nC4H10CO2H2S臨界溫度，21.514.514.52.51.010.029.0第4頁/共100頁第五頁，共100頁。第5頁/共100頁第六頁，共100頁。第6頁/共100頁第七頁，共100頁。第7頁/共100頁第八頁，共100頁。 天然氣

2、在地層溫度和壓力條件下含有飽和水汽，天然氣的水汽含水量取決于天然氣的溫度、壓力和組成等條件。天然氣含水汽量，通常(tngchng)用絕對濕度、相對濕度和水露點(diǎn)來表示。第8頁/共100頁第九頁，共100頁。VGe 式中：式中： e天然氣的絕對濕度天然氣的絕對濕度(judu shd)，g/m3； G天然氣中的水汽含量，天然氣中的水汽含量，g； V天然氣的體積，天然氣的體積，m3。第9頁/共100頁第十頁，共100頁。第10頁/共100頁第十一頁，共100頁。see式中：式中： 天然氣相對濕度天然氣相對濕度(xingdu shd)； e天然氣的絕對濕度；天然氣的絕對濕度； es天然氣的飽和濕度。天然

3、氣的飽和濕度。第11頁/共100頁第十二頁，共100頁。輸氣管道埋深處的土壤溫度低輸氣管道埋深處的土壤溫度低5左右。左右。第12頁/共100頁第十三頁，共100頁。第13頁/共100頁第十四頁，共100頁。（1）氣體(qt)的含水量用ppm表示vxmg/m3v101.325kPa，20時(shí)氣體密度，時(shí)氣體密度，kg/m3。第14頁/共100頁第十五頁，共100頁。如果如果(rgu)是是x ppm(體體)，則含水量可表示，則含水量可表示為：為：vghMMxmg/m3v101.325kPa，20時(shí)氣體時(shí)氣體(qt)密度，密度，kg/m3； Mh水的分子量；水的分子量； Mg天然氣的分子量。天然氣的分

4、子量。第15頁/共100頁第十六頁，共100頁。含量(hnling)值乘以修正系數(shù)0.98485。第16頁/共100頁第十七頁，共100頁。第17頁/共100頁第十八頁，共100頁。圖圖2-12-1第18頁/共100頁第十九頁，共100頁。60./WWCRD第19頁/共100頁第二十頁，共100頁。WWCss/第20頁/共100頁第二十一頁，共100頁。含水量水中不含鹽時(shí)天然氣的水量水中含鹽時(shí)天然氣的含時(shí)天然氣含水量相對密度為的天然氣含水量相對密度為sRDCC60.sRDCCWW60.甲烷(ji wn)含量摩爾濃度大于70%和含少量重?zé)N的甜氣含水量。第21頁/共100頁第二十二頁，共100頁。

5、第22頁/共100頁第二十三頁，共100頁。SHSHCOCOHCHCWYWYWYW2222第23頁/共100頁第二十四頁，共100頁。圖圖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頁/共100頁第二十五頁，共100頁。圖圖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頁/共100頁第二十六頁，共100頁。第26頁/共100頁第二十七頁，共100頁。圖圖24 氣體氣體(qt)水化物的晶格水化物的晶格（a）I型結(jié)構(gòu)；（型結(jié)構(gòu)；（b）型結(jié)構(gòu)型結(jié)構(gòu)第27頁/共

6、100頁第二十八頁，共100頁。第28頁/共100頁第二十九頁，共100頁。、上烴類一般不形成水合物。第29頁/共100頁第三十頁，共100頁。第30頁/共100頁第三十一頁，共100頁。卡茨（D.L.Katz）等人提出，固態(tài)的氣體水合物其行為在一定程度上類似氣體溶于晶體而組成的溶液，因而可以借鑒處理氣液平衡體系的方法，以蒸氣固體平衡常法來預(yù)測(yc)水合物的形成條件。該法尤其適用于含有典型烷烴組成的無硫天然氣，而對非烴含量多的氣體及在壓力高于6.9 MPa的情況下，準(zhǔn)確性較差。第31頁/共100頁第三十二頁，共100頁。0 . 1iiiKyxxi天然氣中i組分在固相中的摩爾分?jǐn)?shù)(fnsh)（

7、干基）；yi天然氣中i組分在氣相中的摩爾分?jǐn)?shù)(fnsh)（干基）；Ki天然氣中i組分的氣固平衡常數(shù)。第32頁/共100頁第三十三頁，共100頁。iiiXyK 在不同壓力和溫度下的汽在不同壓力和溫度下的汽固平衡常數(shù)可固平衡常數(shù)可由圖由圖2-62-6至圖至圖2-112-11查得，對于氮?dú)夂捅榷⊥椴榈?，對于氮?dú)夂捅榷⊥?dn wn)(dn wn)還重的組分，其平衡常數(shù)可取為無還重的組分，其平衡常數(shù)可取為無窮大。窮大。第33頁/共100頁第三十四頁，共100頁。圖圖2-6 甲烷甲烷(ji wn)的氣的氣固平衡常數(shù)圖固平衡常數(shù)圖第34頁/共100頁第三十五頁，共100頁。圖圖2-7 乙烷乙烷(y wn)

8、的氣的氣固平衡常數(shù)圖固平衡常數(shù)圖第35頁/共100頁第三十六頁，共100頁。假設(shè)假設(shè)(jish)T查組分查組分(zfn)的的Ki計(jì)算計(jì)算yi/ Ki yi/ Ki-1 結(jié)結(jié) 束束調(diào)整調(diào)整T=T否是第36頁/共100頁第三十七頁，共100頁?！纠?-1】天然氣的壓力(yl)為27.5MPa，氣體組成見表2-1，求天然氣形成水合物的溫度。解：假設(shè)天然氣形成水合物的溫度為21，查出各組分的平衡常數(shù)，求出yi/Ki=1.08。重新假設(shè)溫度為26.7 ，求出yi/Ki=0.87。在27.5MPa下，用線性內(nèi)插法求得yi/Ki=1.0的溫度為23.3時(shí)。第37頁/共100頁第三十八頁，共100頁。第38頁

9、/共100頁第三十九頁，共100頁。(4) 如如，重新假定溫度或壓，重新假定溫度或壓力力(yl)，重復(fù)上面的步驟，重復(fù)上面的步驟13直直到到時(shí)為止。時(shí)為止。iiKyiiky01.iiKy01.iiKy第39頁/共100頁第四十頁，共100頁。第40頁/共100頁第四十一頁，共100頁。第41頁/共100頁第四十二頁，共100頁。該圖適用于不含酸性氣體組分,丙烷(bn wn)含量高達(dá)10%的天然氣.該圖的用法是:第42頁/共100頁第四十三頁，共100頁。第43頁/共100頁第四十四頁，共100頁。該氣體混合物在給定壓力(yl)下的水合物形成溫度。第44頁/共100頁第四十五頁，共100頁。第4

10、5頁/共100頁第四十六頁，共100頁。第46頁/共100頁第四十七頁，共100頁。1%(mol%)若相對密度在兩條曲線之間，可采用內(nèi)插法進(jìn)行近似計(jì)算。第47頁/共100頁第四十八頁，共100頁。 圖圖2-12預(yù)測形預(yù)測形成水合成水合物的壓物的壓力力-溫度溫度(wnd)曲線曲線第48頁/共100頁第四十九頁，共100頁。第49頁/共100頁第五十頁，共100頁。第50頁/共100頁第五十一頁，共100頁。圖圖2-14相對密度相對密度為為0.6的的天然氣在天然氣在不形成水不形成水合物的條合物的條件下允許件下允許達(dá)到達(dá)到(d do)的膨的膨脹程度脹程度第51頁/共100頁第五十二頁，共100頁。圖

11、圖2-14相對密度為相對密度為0.7的天然氣在不形成的天然氣在不形成(xngchng)水合物的條件下允許達(dá)到的膨脹水合物的條件下允許達(dá)到的膨脹程度程度第52頁/共100頁第五十三頁，共100頁。圖圖2-15 相對密度為相對密度為0.8的天然氣在不形成的天然氣在不形成(xngchng)水合物的條件下允許達(dá)到的膨水合物的條件下允許達(dá)到的膨脹程度脹程度第53頁/共100頁第五十四頁，共100頁。第54頁/共100頁第五十五頁，共100頁。第55頁/共100頁第五十六頁，共100頁。圖2-16 給定(i dn)壓力降所引起的溫度降第56頁/共100頁第五十七頁，共100頁。，亦即氣體的最終溫度要更冷5

12、.6。第57頁/共100頁第五十八頁，共100頁。第58頁/共100頁第五十九頁，共100頁?！纠纠?-1】天然氣相對密度為】天然氣相對密度為0.6，初始溫度為，初始溫度為28.5，初始壓力為，初始壓力為27000kPa，最終壓力為，最終壓力為12000kPa，試問氣體節(jié)流后是否會形成水合，試問氣體節(jié)流后是否會形成水合物？物？ 解：計(jì)算解：計(jì)算(j sun)節(jié)流后的溫降節(jié)流后的溫降 由圖由圖2-16，根據(jù)初始壓力為，根據(jù)初始壓力為27000kPa和壓力和壓力降降P為為15000kPa，求得節(jié)流后溫度降，求得節(jié)流后溫度降t=24.5，由于氣體中不含液態(tài)烴，故最，由于氣體中不含液態(tài)烴，故最后的溫

13、度降應(yīng)為后的溫度降應(yīng)為24.5-（-5.6）=30.1。 計(jì)算計(jì)算(j sun)節(jié)流后的溫度：節(jié)流后的溫度：28.5-30.1=-1.6第59頁/共100頁第六十頁，共100頁。 計(jì)算節(jié)流后形成水合物的溫度 氣體相對(xingdu)密度為0.6，壓力為12000kPa時(shí)，由圖2-2-2查得形成水合物的溫度為19.5。 判斷節(jié)流后是否形成水合物 節(jié)流后的溫度-1.6小于形成水合物的溫度19.5，故節(jié)流后要形成水合物。 第60頁/共100頁第六十一頁，共100頁。Pa； Pr，Tr對比壓力，對比溫對比壓力，對比溫度；度； C P 定 壓 比 熱 ，定 壓 比 熱 ，kJ/(kmolK)。PCrrC

14、iCPTPfTD18684106.,補(bǔ)充補(bǔ)充(bchng)：第61頁/共100頁第六十二頁，共100頁。(qinhu)壓力平均值，壓力平均值，Pa。).(.),(.8007103432042rrrrPTTPf0851241524100109965010623800922401913.)/()(.TPMTTCP第62頁/共100頁第六十三頁，共100頁。 P 水 合 物 形 成水 合 物 形 成(xngchng)壓力，壓力，MPa。系數(shù)系數(shù)B，B1可根據(jù)氣體相對密度從可根據(jù)氣體相對密度從表查得。表查得。)(.log2730541000551TBP第63頁/共100頁第六十四頁，共100頁。 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頁/共100頁第六十五頁，共100頁。2t-3.72242710-4t2+3.78178610-6t3=0.8 P*=2.704426+0.0582964t-6.63978910-4t2+4.00

16、805610-5t3第65頁/共100頁第六十六頁，共100頁。 t溫度，溫度，。第66頁/共100頁第六十七頁，共100頁。第67頁/共100頁第六十八頁，共100頁。第68頁/共100頁第六十九頁，共100頁。第69頁/共100頁第七十頁，共100頁。可以用于防止天然氣水合物生成可以用于防止天然氣水合物生成(shn chn)的抑制劑分為有機(jī)抑制劑和無機(jī)抑制的抑制劑分為有機(jī)抑制劑和無機(jī)抑制劑兩類。劑兩類。有機(jī)抑制劑有甲醇和甘醇類化合物；有機(jī)抑制劑有甲醇和甘醇類化合物；無機(jī)抑制劑有氯化鈉、氯化鈣及氯化鎂無機(jī)抑制劑有氯化鈉、氯化鈣及氯化鎂等。等。第70頁/共100頁第七十一頁，共100頁。天然氣

17、集輸?shù)V場主要采用有機(jī)抑制劑，這類抑制劑中又以甲醇、乙二醇和二甘醇最常使用。抑制劑的加入會使氣流(qli)中的水分溶于抑制劑中，改變水分子之間的相互作用，從而降低表面上水蒸氣分壓，達(dá)到抑制水合物形成的目的。廣泛采用的醇類天然氣水合物抑制劑的物理化學(xué)性質(zhì)如表2-1所列。第71頁/共100頁第七十二頁，共100頁。項(xiàng) 目甲醇乙二醇二甘醇相對分子量32.0462.1106.1密度，g/cm3(25)0.7928 (20)1.1101.113冰點(diǎn)(沸點(diǎn))， -97.8(64.7) -13(197.3)-8(244.8)粘度，mPas(25)0.5945 (20)16.528.2毒性與狀態(tài)無色易燃有中等毒

18、性無色無毒有甜味液體無色無毒甜味、粘稠液體第72頁/共100頁第七十三頁，共100頁。甘醇類抑制劑粘度較大甘醇類抑制劑粘度較大(jio d)，注入，注入后將使系統(tǒng)壓降增大，特別在有液烴存在時(shí)，后將使系統(tǒng)壓降增大，特別在有液烴存在時(shí)，操作溫度過低將使造成分離困難，增加在液烴操作溫度過低將使造成分離困難，增加在液烴中的溶解損失和攜帶損失。溶解損失一般為中的溶解損失和攜帶損失。溶解損失一般為 0.120.72L/m3液烴，多數(shù)為液烴，多數(shù)為0.25L/m3液烴。液烴。對酸性氣體，損失量約為非酸性氣體的對酸性氣體，損失量約為非酸性氣體的3倍。倍。第73頁/共100頁第七十四頁，共100頁。甲醇甲醇(ji chn)適用于氣流溫度不低于適用于氣流溫度不低于-85，且壓力較高的場合；，且壓力較高的場合；當(dāng)氣流溫度不低于當(dāng)氣流溫度不低于-25，宜用二甘醇；當(dāng)，宜用二甘醇；當(dāng)氣流溫度不低于氣流溫度不低于-40，宜用乙二醇。，宜用乙二醇。第74頁/共100頁第七十五頁，共100頁。第75頁/共100頁第七十六頁，共100頁。第76頁/共100頁第七十七頁，共100頁。第77頁/共100頁第七十八頁，共100頁。第78頁/共100頁第七十九頁，共100頁。天然氣水合物形成溫度降主要天然氣水合物形成溫度降主要決定于防凍劑的液相用量。決定于防凍劑的液相用量。gtW