分子动力学模拟预测天然气密度和黏度的可行性研究

天然气作为相对清洁、低碳的能源,在我国的一次能源消费占比持续增长,其物性的精准预测对天然气集输利用过程分析至关重要。通过收集文献中天然气在不同温度和压力下的物性实测数据,对比分析了分子动力学模拟和常用经验模型计算天然气密度和黏度的预测精度,明确了不同组成天然气适用的最佳物性预测模型。结果表明,分子动力学模拟在预测天然气黏度方面具有较强的适用性,尤其是在高温高压条件下,当温度为444.4 K时,平均相对误差小于5%;天然气密度则采用现有相对成熟的经验模型更合适,而采用分子动力学模拟方法的几种力场模型预测其精度均不高;天然气密度和黏度预测模型的预测精度,不仅受温度和压力范围的影响,还与天然气组成有关。

碘量法测定天然气中硫化氢标准适应性研究

GB/T 11060.1—2010中碘量法是天然气气质中硫化氢限制指标的测定方法之一,是GB 17820—2018《天然气》中硫化氢含量的仲裁方法。现行GB/T 11060.1—2010被广泛应用,在应用中发现存在的主要技术问题:(1)硫代硫酸钠标准滴定溶液配制和标定与GB/T 601—2016规定不完全相同;(2)对于产品天然气中硫化氢含量低,按该标准要求分析一个样品需要4~9 h,方法使用受到限制;(3)按标准规定的试样参考用量,吸收硫化氢的溶液中硫化锌沉淀多、颗粒大,滴定终点的颜色不明显,影响测量结果准确度。通过开展GB/T 11060.1—2010标准适应性研究,考察了标准溶液的配制和标定方法,以及不同的取样量、取样流速和吸收器等对测量结果的影响。研究结果表明:按照GB/T 601—2016配制的0.1 mol/L硫代硫酸钠标准滴定溶液并标定,由于滴定管校准、滴定速度和分析天平精度原因,标定结果不能完全符合GB/T 601—2016要求;硫化氢含量<28.7 mg/m^(3)试样参考用量降低为50 L,其重复性和再现性完全满足标准要求。根据实验结果、标准适用性和操作性等因素,提出了GB/T11060.1—2010的修订内容并修订发布GB/T 11060.1—2023。针对GB/T1106.1—2023新标准进行解读,以便使用者能更好地理解和掌握新标准,确保新标准的有效实施。

东海某气田天然气黏度实验及计算模型评价研究

天然气黏度是采油工艺和地面集输工艺设计中重要的基础物性参数之一。在某气田的勘探发现中,探井气体的组分相差较大,其中重组分和非烃CO_(2)的存在使得气体的黏度普遍增大。为此,采用实验分析的方法探讨了影响黏度的主要因素,并以实验数据为基础,采用ASPEN HYSYS软件分析评价了PR和SRK等10种状态方程对黏度的预测精度。结果表明:压力、温度和气体组分是影响天然气样品黏度的重要影响因素,其中压力和气体组分中的重烃组分含量对黏度的影响较大。相同温度条件下,随着压力的增加,气体的黏度逐渐增加;相同压力条件下,随着温度的增加,气体的黏度逐渐减小;当压力小于20 MPa时,可以忽略温度对于气体黏度的影响。SRK状态方程的平均相对误差与最大相对误差均最小,是计算该气田天然气黏度的首选方法,可以满足地面工程设计的需要。

天然气物性参数计算与移动应用程序设计

参考相关文献,整理出依据LKP状态方程计算天然气物性参数的公式与方法,。对比了目前常见的移动端开发模式的优缺点,选择以Cordova为移动开发框架设计了一款以LKP状态方程为计算方法的天然气物性参数移动应用程序。通过计算实例,将软件计算与现场实测对比,结果表明,该软件的计算结果与现场实际值相差较小,计算结果准确。证明了LKP方程计算各项物性参数计算的精确度较高,同时移动应用程序能够满足现场作业人员使用。

硫化氢制氢工艺及其碳足迹评价

俄罗斯和中国拥有丰富的高含硫天然气探明储量,高含硫天然气安全高效开发过程中硫化氢气体的处理和利用也成为两国天然气行业迫切需要解决的难题。为此,在对多种具有前景的硫化氢制氢方法开展研究的基础上,对硫化氢热分解技术和硫化氢转化技术的碳足迹进行了系统的分析与评价。研究结果表明:①甲烷硫化氢催化转化制氢的碳足迹为每千克氢气产生4.65 kg的二氧化碳排放当量(CO_(2)-eq.),而在使用电网供电的条件下热平衡(电弧)等离子体裂解制氢的碳足迹为每千克氢气产生6.13 kg的二氧化碳排放当量(CO_(2)-eq.);②当使用低排放的可再生能源电力时,甲烷硫化氢转化制氢和硫化氢热分解制氢过程的温室气体排放总量分别为每千克氢产生2.05~2.33 kg和2.38~2.78 kg的二氧化碳;③当使用低碳电力来保障硫化氢制氢工艺流程的用电需求时,硫化氢制氢与电解水制氢的排放指标相近,个别情况下硫化氢制氢的温室气体排放甚至更低;④综合考虑俄罗斯制氢特点,并对氢认证领域的国际经验进行对比分析,提出了基于金砖国家的氢认证国际标准协调办法。结论认为:①硫化氢制氢工艺在高含硫气田的成功实施之后将会被复制到高含硫油田应用。中国提出的基于T/CAB 0078—2020标准的氢气认证建议是最平衡且合理的方法。②金砖国家能源气候研究平台可以作为具有前景的氢认证要求讨论平台,通过金砖五国在能源和气候研究领域的合作来确保能源的可持续发展,为推广相关工艺和技术创新发挥作用,以提高现代能源载体获取渠道的多样性。

高含硫气田集输系统硫沉积机理及非介入式检测技术

高含硫气田集输系统中的硫组分会因压力、温度和组分等的变化而析出,经成核、聚集过程后逐渐生长为硫颗粒并沉积到管道内壁。硫沉积可导致管道堵塞、设备污染、腐蚀加速、集输系统效率降低等问题,严重威胁集输系统安全。分析了高含硫气田集输系统的硫沉积机理,包括析硫与成核机理、硫沉积来源及影响硫沉积的因素。适用于高含硫气田集输系统硫沉积的非介入式检测技术很少,重点介绍了基于超声波原理的在线检测技术及其在高含硫气田中的应用现状,同时指出了其他检测技术应用于硫沉积检测时存在的不足。

液化气中硫化物形态分布的研究

采用气相色谱和硫化学发光检测器(GC-SCD)技术,通过对色谱条件进行优化,建立了液化气中硫化物形态分布的测定方法。用定性混合气体标样中20个标准物质的保留时间,并结合文献确定了液化气中14个硫化物物种。采用外标曲线法定量测定了分离的硫化物和总硫质量浓度。该方法的加标回收率在90.0%-120.3%;将脱臭后液化气中硫化物样品中硫的质量浓度重复测定5次,除了乙硫醇和二甲基二硫醚这两种不稳定硫化物的测定结果有较大的波动以外,其余组分中硫质量浓度测定结果的相对标准偏差小于等于7.2%,说明该方法对于液化气中硫化物组分测定的重复性能够满足要求,可用于实际测定液化气中硫化物的形态分布。

硫在高含H_2S天然气中溶解度的实验测定

硫的溶解度测定是高含H2S气田开采过程中首先要解决的基础问题之一。为此,利用静态法测定了元素硫在普光气田X井高含H2S天然气中的溶解度。实验结果表明:在温度336.2～396.6 K、压力10.0～55.2 MPa下,元素硫的溶解度介于0.008 3～2.067 2 g/cm3;随温度和压力的增加,硫的溶解度增大,而高压(大于30 MPa)下增加的幅度较之低压下更加明显。该研究结果为普光气田的开发提供了重要的基础数据和技术支持。

水合物浆液流动特性研究

采用水合物循环管路装置,添加比例为水量2%(质量比)的防聚剂Span80,在压力为1.6MPa、温度为280.2K的条件下,测定了(柴油+甲烷+四氢呋喃+水)体系在不同水油体积比时生成水合物浆液的流体力学行为。将(水合物+液体)的非均相体系当作拟流体处理,建立了水合物浆液的流动模型,计算了各实验体系的表观粘度,分析了不同水油比时气体消耗量、流量、表观粘度随时间的变化趋势。

基于核主成分分析和支持向量回归机的红外光谱多组分混合气体定量分析

提出了一种核主成分分析(KPCA)特征提取结合支持向量回归机(SVR)的红外光谱混合气体组分定量分析新方法。首先将特征吸收谱线严重重叠的混合气体光谱通过非线性变换映射到高维特征空间,然后在特征空间中再利用主成分分析法提取主成分,提取出的主成分作为SVR的输入建立校正模型,实现了甲烷、乙烷、丙烷、异丁烷、正丁烷、异戊烷以及正戊烷七种组组分特征吸收光谱严重重叠的混合气体的定量分析。用KPCA-SVR所建模型对未知浓度混合气体的七种组分预测的RMSE(φ×10-6)较仅用SVR模型预测的RMSE(φ×10-6)降低了一个数量级。结果表明,核主成分分析法具有很强的非线性特征提取能力,可以充分利用全光谱数据并有效地消除光谱数据噪声,降低数据维数,与支持向量回归机结合可以提高红外光谱分析的精度,缩短模型计算时间,是一种有效的红外光谱分析新方法。

重组分对天然气相态特征的影响

组分分析是进行相平衡计算,分析天然气相态特征的基础。以相平衡计算为基础,采用PR方程计算了不同组分含量天然气的相态曲线。为了说明重组分含量的多少是否能反映天然气的相态特征,特别假设了第三组气样,它们的重组分总含量基本一致,但具体组分不同。分析表明,少量重组分的存在,会明显地提高天然气的临界冷凝压力和临界冷凝温度,少量的重组分对天然气的相态特征有很大的影响;不同重组分的具体影响有所不同。应避免将C6或C7以上组分合并为一项处理,仅根据重组分的总含量并不能准确反映出天然气的相态特征,对重组分的分析应尽可能精确。

气体水合物平衡生成条件的测定及预测

建立了一套气体水合物实验测定装置，采用该装置在温度２６２．６～２８５．２Ｋ范围内分别测定了甲烷、二氧化碳和一种合成天然气在纯水、电解质水溶液以及甲醇水溶液中水合物的平衡生成压力，共计９个体系，７８个数据点。其中甲烷在５％（质量）碳酸氢钠水溶液和合成天然气水合物的生成条件在文献中未见有数据报导。简化了Ｚｕｏ等提出的水合物理论预测模型并对所测数据进行了计算，结果表明：简化了的该模型可以较好地预测含电解质、甲醇体系的水合物平衡生成条件。

天然气水合物生成条件预测模型的比较

天然气水合物理论预测模型是在Van der Waals-Platteeuw模型的基础上发展起来的。目前,预测天然气水合物形成条件的模型有8种,即两种经验或半经验模型(KK和回归公式)和6种热力学相态平衡理论模型,采用这8种模型对给定压力下水合物的形成温度进行了计算,与实测值相比,计算值都偏小。在低压下(压力小于5MPa)时计算值相差不大,误差较小;但当压力大于5 MPa后,计算值相差较大。其中采用两种经验或半经验模型(KK和回归公式)计算给定压力下水合物的形成温度时,计算值偏低。而6种热力学相态平衡理论模型计算误差较小,误差大小顺序为VDW>PP>HJ>NR>Du＆Guo88>Chen＆Guo96。其中Du＆Guo88和Chen＆Guo96两种模型计算最精确。

红外气体检测技术在天然气安全生产中的应用

红外气体检测技术具有极高的准确性和灵敏度,同时具有动态测量范围大、响应时间快、不易受其他气体干扰等优点。因此使用高精度、高灵敏度、稳定耐用的在线或远程红外气体检测仪,对保证天然气安全生产具有重要意义。为此,针对现行检测方法存在精度不足等问题,采用红外气体传感技术结合可调谐激光光谱与波长调制技术,对天然气管道传输中的甲烷气体泄漏进行远距离检测,提高了测量精度;采用谱线分析法实时监测含硫天然气井喷或泄漏,在空气中水蒸气和甲烷气体的干扰下,根据谱线交叠情况建立起二元一次方程组,能够在不同浓度甲烷气体干扰下同时计算出甲烷和硫化氢的浓度,在71.4 mg/m3的甲烷干扰气体存在时,可以获得的最低可探测硫化氢浓度为15.2 mg/m3,达到了安全生产的要求。研究结果证明,红外气体检测技术在天然气安全生产中有着广泛的应用前景。

天然气发热量测定的溯源性

发热量是商品天然气最重要的技术指标之一,其量值的准确与否关系到天然气全产业链,影响重大。为此,详细介绍了天然气发热量的测定方法及其溯源性。测定天然气发热量有直接测定法与间接测定法,前者属物理化学测量范畴,以谱系学方式溯源;后者属分析化学测量范畴,以标准气混合物(RGM)方式溯源。化学成分量测量溯源链的建立,包括溯源对象与目标、测量方法与比较方法、化学成分测量基(标)准和化学成分测量溯源链的技术模型。热量计测量溯源链的建立,包括参比级(0级)热量计、甲烷纯组分发热量的测定及以参比热量计验证标准气体混合物(RGM)。同时,对相关的国际标准做了较为详尽的追踪报道:ISO 14111是第一个就化学成分测量中的溯源性作出规定的标准化文件,其实质是将分析结果的溯源还原为RGM溯源。为使ISO14111规定的溯源准则更好地应用于能量计量系统的测量不确定度评估,ISO又相继发布了ISO 10723:2012、ISO 14912和ISO15976等一系列国际标准以阐明溯源过程中偏差的检测与处理,为B类不确定度评估奠定了基础。

天然气含水量的公式化计算方法

天然气含水量的计算是天然气工业有关工艺设计、生产装置考核、水合物抑制剂的使用等过程中经常用到的主要计算。公式化计算又分成两类 :一类是基于已知气体干基组成 ,通过使用状态方程进行水烃体系平衡计算获得 ;另一类则基于已知温度、压力条件 ,采用经验或半经验的对已有实验数据或图表的回归分析而获得。公式化计算避免了图算法的人为误差 ,同时又方便计算机处理 ,在天然气处理和加工计算中得到普遍认同。文章对目前国内外已有的主要公式化的计算方法进行了归纳分析 ,考查了计算结果并推荐了可信的计算方法。

中国天然气产品及分析测试技术标准体系的建设和展望

在广泛调研、分析的基础上,针对中国天然气产品和分析测试技术标准体系的现状及其与国际标准之间的差距,提出了中国将在未来的5～10年间以自主创新、采用国际标准(国外先进标准)和信息化为手段,完善管输天然气分析测试技术及其标准,推进天然气能量计量技术标准的应用和实施,展开天然气上游领域取样和分析测试技术标准的研究,开展煤层气、页岩气等非常规天然气和煤制天然气代用品产品和分析测试技术的标准化工作,同时将通过广泛的国际合作,实质性参与国际标准的制定与修订,进一步构建和完善中国天然气产品和分析测试技术标准体系,推进中国天然气行业的标准化工作,为中国和世界天然气工业的发展提供技术支持和标准化保障。

Ⅰ型和Ⅱ型结构气体水合物的记忆效应

利用水合物二次生成实验装置,采用"定容法"对Ⅰ型(甲烷、二氧化碳)和Ⅱ型(丙烷)结构气体水合物的二次生成进行了实验,研究了不同结构水合物(Ⅰ型、Ⅱ型)彼此间的记忆效应,发现水合物生成过程存在明显的诱导期,Ⅰ型结构水合物间在二次生成过程中存在着记忆效应.Ⅰ型与Ⅱ型结构水合物之间在相互二次生成过程中存在着显著的记忆效应.

水合物技术应用与展望

综述了国内外水合物技术的研究应用现状,分析了水合物技术在天然气长距离储存与运输、气体储存与分离、汽车燃料、海水淡化、有机水溶液提浓、二氧化碳水合物灭火、制冷与蓄冷、生物工程与新材料、直接燃烧、蓄电池、处置有毒害物质等领域的工业价值,展望了水合物技术的研究发展方向。

CO_2水合物在砂中生成和分解的核磁共振弛豫响应（英文）

水合物在沉积物中生成和分解的定量和表征对于含水合物沉积物的物理性质的研究有重要意义。基于核磁共振(NMR)技术研究了水合物在砂中的形成和分解行为,以一种简便的方式计量了孔隙空间中各组分的含量,包括气体、液态水和水合物,并确定了水合数。在水合物形成和分解过程中试样的弛豫行为并没有发生突变,此外,对于含或不含水合物的试样,平均对数T_2时间都与含水量成比例关系,直接的解释是液态水始终保持与颗粒表面的接触,弛豫主要发生在颗粒表面,表明水合物以孔隙填充或胶结的形式而不是颗粒涂层的方式存在。