測定多孔介質(zhì)中氣體水合物相平衡條件的方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)提供了一種測定多孔介質(zhì)中氣體水合物相平衡條件的方法，該方法包括：設(shè)置填充有含水多孔介質(zhì)的管狀反應(yīng)器，并將反應(yīng)器內(nèi)溫度設(shè)為待測實(shí)驗(yàn)溫度；通入實(shí)驗(yàn)氣體使反應(yīng)器內(nèi)體系壓力達(dá)到第一實(shí)驗(yàn)壓力；在保持反應(yīng)器內(nèi)體系壓力基本恒定的條件下，使實(shí)驗(yàn)氣體持續(xù)從管狀反應(yīng)器一端的氣體進(jìn)口進(jìn)入反應(yīng)器內(nèi)，流經(jīng)含水多孔介質(zhì)后，從反應(yīng)器另一端的氣體出口流出；并判斷該實(shí)驗(yàn)過程中是否有水合物生成；然后改變體系壓力重復(fù)流動(dòng)實(shí)驗(yàn)，直到能確定所設(shè)實(shí)驗(yàn)溫度下有水合物生成的最低壓力，該最低壓力即為所設(shè)溫度下水合物生成平衡壓力。本發(fā)明專利技術(shù)能準(zhǔn)確測定多孔介質(zhì)體系中的單一氣體或混合氣體水合物相平衡條件。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及一種測定多孔介質(zhì)中氣體水合物相平衡條件的實(shí)驗(yàn)方法。
技術(shù)介紹
氣體水合物是輕烴、C02及H2S等小分子氣體與水形成的一種非化學(xué)計(jì)量性的籠狀晶體物質(zhì)。隨著氣體水合物技術(shù)在天然氣的勘探與開發(fā)、油氣管線運(yùn)輸、以及生物工程和環(huán)境保護(hù)等方面的應(yīng)用，對水合物的研究日益受到關(guān)注，其中，對水合物相平衡數(shù)據(jù)進(jìn)行測量是水合物研究應(yīng)用的一個(gè)重要方面和基礎(chǔ)工作，比如，對天然氣水合物的資源勘探與評價(jià)必須建立在對水合物的生成溫度、壓力條件的準(zhǔn)確測定的基礎(chǔ)上。對于氣體水合物相平衡體系，可能出現(xiàn)的共存平衡相包括氣相、冰相、富水液相、富烴液相以及三種結(jié)構(gòu)的氣體水合物相。某一溫度下達(dá)到三相平衡時(shí)的體系壓力值是唯一的。天然氣水合物的生成條件與氣相組成、液相組成、多孔介質(zhì)類型及尺寸分布等均相關(guān)。一些學(xué)者在積累了大量的氣體水合物相平衡方面的研究和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，建立了多個(gè)水合物相平衡計(jì)算模型，這類的計(jì)算模型例如文獻(xiàn)Sloan E D. Clathrate Hydrates of Natural Gases. 2 ed. NY: Marcel Dekker. Inc,1998; Parrish W R, Prausnitz J M. Dissociation Pressures of Gas HydratesFormed by Gas Mixtures. Ind. Eng. Chem. Process Des. Dev.， 1972; 11: 26-35; Chen G J, Guo T M. A New Approach to Gas Hydrate Modeling. Chem. Eng.J" 1998; 71: 145-151; Van der Waals J H， Platteeuw J C. Clathrate Solutions.Adv. Chem. Phys.， 1959; 2: 1-57等中的報(bào)道。然而，通過這些模型所計(jì)算得到的水合物相平衡條件僅是建立在一定理論基礎(chǔ)上的預(yù)測值，而且只適用于自由水體系或特定的某種體系，在實(shí)際應(yīng)用中仍需要對各種條件下的水合物相平衡數(shù)據(jù)進(jìn)行直接的實(shí)際測定。目前用于直接測定水合物相平衡條件的方法主要有三種恒溫壓力搜索法、恒壓溫度搜索法和恒容曲線法。恒溫壓力搜索法是指在高壓低溫下生成水合物，然后將水合物溫度維持在要測定的溫度，降低體系壓力使水合物分解，肉眼觀察當(dāng)最后一粒水合物晶體消失時(shí)的壓力即為實(shí)驗(yàn)溫度對應(yīng)的平衡壓力。恒壓溫度搜索法是指在測量過程中保持體系的壓力恒定，降低體系的溫度，待水合物生成后緩慢升高體系溫度，肉眼觀察當(dāng)最后一粒水合物晶體消失時(shí)的溫度即為實(shí)驗(yàn)壓力對應(yīng)的平衡溫度。恒溫壓力搜索法和恒壓溫度搜索法的缺點(diǎn)在于肉眼觀察偏差容易引起實(shí)驗(yàn)誤差。而且，對于多孔介質(zhì)體系，由于生成的水合物難以直接觀測，因此，這兩種方法不能直接用于含多孔介質(zhì)的水合物生成條件測定。恒容曲線法是指維持體系的體積不變，降低氣-水體系的溫度，開始階段體系壓力緩慢下降，當(dāng)水合物開始生成時(shí)體系壓力急劇下降，待壓力不再降低時(shí)則升高體系溫度，水合物分解使得體系壓力快速升高，待水合物完全分解后體系壓力隨溫度升高而上升的速度明顯減慢，壓力上升速度明顯減慢時(shí)的溫度、壓力即為一組平衡條件。恒容曲線法測定水合物相平衡條件的缺點(diǎn)在于測量周期長，平衡溫度不確定且對水合物的生成量比較敏感，溫度或壓力測量的滯后也將影響測量的精度。另外，對于氣體混合物體系，由于水合物生成過程的分餾效應(yīng)，混合氣體的組成隨著水合物生成量的變化而相應(yīng)變化，該方法不易用于確定明確組分的水合物相平衡條件的測量。因此，有必要對測定水合物相平衡條件的技術(shù)進(jìn)一步研究，提供一種測定精確度高、并適于測定多孔介質(zhì)中的氣體水合物相平衡條件的方法，以促進(jìn)水合物技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)展。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的主要目的是提供一種新的，可以準(zhǔn)確測定多孔介質(zhì)體系中的氣體水合物的溫-壓平衡條件。本專利技術(shù)提供了一種，該方法主要包括以下步驟Cl)設(shè)置填充有含水多孔介質(zhì)的管狀反應(yīng)器，并將反應(yīng)器內(nèi)溫度設(shè)為待測平衡條件的實(shí)驗(yàn)溫度；(2) 通入實(shí)驗(yàn)氣體使反應(yīng)器內(nèi)體系壓力達(dá)到第一實(shí)驗(yàn)壓力；(3) 在保持反應(yīng)器內(nèi)體系壓力基本恒定的條件下，使實(shí)驗(yàn)氣體持續(xù)從管狀反應(yīng)器一端的氣體進(jìn)口進(jìn)入反應(yīng)器內(nèi)，流經(jīng)含水多孔介質(zhì)后，從反應(yīng)器另一端的氣體出口流出；并判斷該實(shí)驗(yàn)過程中是否有水合物生成；(4) 改變反應(yīng)器內(nèi)體系壓力為下一實(shí)驗(yàn)壓力，重復(fù)步驟(3);直到能確定所設(shè)實(shí)驗(yàn)溫度下有水合物生成的最低壓力，該最低壓力即為所設(shè)實(shí)驗(yàn)溫度下的水合物生成平衡壓力。采用本專利技術(shù)的方法，可測量多孔介質(zhì)中的氣體水合物平衡條件，且不必用肉眼直接觀察水合物的生成分解狀況來判斷是否達(dá)到平衡條件，測定精確度高。根據(jù)本專利技術(shù)的具體實(shí)施方案，本專利技術(shù)的，在所述步驟(3)中，應(yīng)使反應(yīng)器進(jìn)出口之間有一定壓差而使實(shí)驗(yàn)氣體在反應(yīng)器內(nèi)流動(dòng)；優(yōu)選維持反應(yīng)器氣體進(jìn)口與出口之間壓差恒定，具體可利用減壓閥和背壓閥控制反應(yīng)器氣體進(jìn)出口壓差。在本專利技術(shù)的一優(yōu)選實(shí)施方案中，本專利技術(shù)的，是在所述步驟(3)中測定實(shí)驗(yàn)氣體進(jìn)出反應(yīng)器的流量隨時(shí)間變化，根據(jù)實(shí)驗(yàn)氣體流量變化情況來判斷是否有水合物生成。氣體流量的變化可以通過在反應(yīng)器進(jìn)出口處連接氣體流量計(jì)來測定。根據(jù)本專利技術(shù)的具體實(shí)施方案，當(dāng)觀察到實(shí)驗(yàn)氣體持續(xù)流出反應(yīng)器的流量隨時(shí)間基本不變，可以判定在現(xiàn)有條件下無水合物形成，當(dāng)前體系壓力低于水合物生成平衡壓力；當(dāng)實(shí)驗(yàn)氣體持續(xù)流出反應(yīng)器的流量出現(xiàn)突降，可以判定在現(xiàn)有條件下有水合物形成，當(dāng)前體系壓力大于或等于水合物生成平衡壓力。本專利技術(shù)的中，可以采用逐次逼近法等方法來搜索壓力，可較快地找到平衡壓力點(diǎn)，確定所設(shè)實(shí)驗(yàn)溫度下有水合物生成的最低壓力。根據(jù)本專利技術(shù)的一具體實(shí)施方案，當(dāng)所述步驟(3)中所設(shè)實(shí)驗(yàn)壓力下無水合物生成時(shí)，可認(rèn)為該所設(shè)實(shí)驗(yàn)壓力低于水合物生成平衡壓力，在步驟(4)中是提高反應(yīng)器內(nèi)體系壓力至下一實(shí)驗(yàn)壓力；當(dāng)所述步驟(3)中所設(shè)實(shí)驗(yàn)壓力下有水合物生成時(shí)，可認(rèn)為該所設(shè)實(shí)驗(yàn)壓力高于或等于水合物生成平衡壓力，在步驟(4)中是降低反應(yīng)器內(nèi)體系壓力至下一實(shí)驗(yàn)壓力，搜索所設(shè)實(shí)驗(yàn)溫度下有水合物生成的最低壓力。具體實(shí)施時(shí)，當(dāng)所述步驟(3)中有水合物生成，應(yīng)將所生成的水合物分解后再進(jìn)行下一實(shí)驗(yàn)壓力下的實(shí)驗(yàn)，例如可以在生成水合物后將體系壓力降低以使所生成的水合物徹底分解，之后再進(jìn)行步驟(4),觀察下一實(shí)驗(yàn)壓力下是否有水合物生成。根據(jù)本專利技術(shù)的優(yōu)選實(shí)施方案，本專利技術(shù)的方法在所述步驟(l)之后、步驟(2)之前，即在準(zhǔn)備工作完成后、測定所設(shè)第一實(shí)驗(yàn)壓力下是否有水合物生成前，還可包括以下步驟通入實(shí)驗(yàn)氣體至反應(yīng)器內(nèi)使其中生成水合物，優(yōu)選通入實(shí)驗(yàn)氣體至反應(yīng)器內(nèi)體系壓力高于所設(shè)實(shí)驗(yàn)溫度下對應(yīng)的純水體系水合物的平衡壓力0.5MPa以上，使反應(yīng)器內(nèi)生成水合物，然后降低體系壓力使所述水合物徹底分解。所述純水體系平衡壓力的數(shù)值對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言可根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的計(jì)算模型估算。上述使水合物形成、分解的主要目的為降低水合物第一次生成所需的誘導(dǎo)期，當(dāng)經(jīng)歷了水合物形成、分解操作之后，反應(yīng)器中多孔介質(zhì)所含的用于生成水合物的水活化，水合物再次形成時(shí)一般不需要很長的成核誘導(dǎo)期，可利于水合物快速生成，大大縮短實(shí)驗(yàn)周期。本專利技術(shù)的方法，可以用于多孔介質(zhì)中氣體水合物相平衡本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種測定多孔介質(zhì)中氣體水合物相平衡條件的方法，該方法包括步驟：　（１）設(shè)置填充有含水多孔介質(zhì)的管狀反應(yīng)器，并將反應(yīng)器內(nèi)溫度設(shè)為待測平衡條件的實(shí)驗(yàn)溫度；　（２）通入實(shí)驗(yàn)氣體使反應(yīng)器內(nèi)體系壓力達(dá)到第一實(shí)驗(yàn)壓力；　（３）在保持反 應(yīng)器內(nèi)體系壓力基本恒定的條件下，使實(shí)驗(yàn)氣體持續(xù)從管狀反應(yīng)器一端的氣體進(jìn)口進(jìn)入反應(yīng)器內(nèi)，流經(jīng)含水多孔介質(zhì)后，從反應(yīng)器另一端的氣體出口流出；并判斷該實(shí)驗(yàn)過程中是否有水合物生成；　（４）改變反應(yīng)器內(nèi)體系壓力為下一實(shí)驗(yàn)壓力，重復(fù)步驟（３）；直 到能確定所設(shè)實(shí)驗(yàn)溫度下有水合物生成的最低壓力，該最低壓力即為所設(shè)實(shí)驗(yàn)溫度下的水合物生成平衡壓力。

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：孫長宇，陳光進(jìn)，孫吉?jiǎng)?/a>，王復(fù)興，楊蘭英，
申請(專利權(quán))人：中國石油大學(xué)北京，
類型：發(fā)明
國別省市：11[中國|北京]