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。

天然气水合物抑制技术与方法研究进展

针对目前广泛使用的热力学抑制剂用量大、成本高,并且污染环境的缺点,详细总结了国内外动力学抑制剂、防聚剂及离子液体抑制剂的研究现状。此外,结合天然气水合物浆液管道输送技术的发展趋势,阐述了水合物防治动态控制技术,得出该技术在保证油气管道安全运行的同时利用水合物储气密度较高的特点可增大管道输送量,并且该技术最终将取代其他水合物抑制技术的结论。最后,说明了水合物抑制技术的发展方向,并就水合物抑制技术的研究给出了建议。

1-甲基咪唑离子液体促进CO_2水合物生成实验探究

为解决水合物法捕获封存CO2技术中水合物反应生成速率慢、储气密度低等难题,自主合成了一种含有表面活性基团的1-甲基咪唑类离子液体水合物促进剂,探究其对CO2水合物的生成促进作用。采用高压磁动力搅拌反应釜,在静态和搅拌体系下,研究了在合成的离子液体的水溶液中CO2水合物的反应速率、反应时间、气体消耗量及其对水合物生成过程的影响,并与SDBS进行对比分析,阐述了促进剂对水合物生成促进的动力学机理。实验结果表明,1-甲基咪唑离子液体可缩短诱导时间,提高水合物生成速率和储气量,其最佳反应浓度为0.1g/L,远低于SDBS对应的0.7g/L,且促进效果比SDBS好,6℃时,CO2水合物的反应生成速率提高了12.5%。

离子液体强化二氧化碳水合物生成实验研究

实验研究了搅拌体系下离子液体1-（3-磺酸基）丙基-3-甲基咪唑十二烷基磺酸盐（[MIMPS] DBSA）、1-（3-磺酸基）丙基哌啶十二烷基苯磺酸盐（[PIPS] DBSA）、1-（3-磺酸基）丙基吡咯烷十二烷基苯磺酸盐（[PYPS] DBSA）、鼠李糖脂（Rha-C10-C10）在2～10℃内对CO2水合物生成的影响.结果表明,上述试剂对CO2水合物生成相平衡压力的影响受到温度及浓度的双重影响.[MIMPS] DBSA、[PIPS] DBSA、[PYPS] DBSA、Rha-C10-C10降低CO2水合物相平衡压力最大幅度分别为16.4％、10.8％、17.0％、16.0％,促进CO2水合物生成最佳质量分别为100、500、500、500 mg/kg.最后,计算了各个最佳浓度化学试剂体系CO2耗气量,发现[MIMPS] DBSA、[PIPS] DBSA、[PYPS] DBSA、Rha-C10-C10增大CO2耗气量最大幅度分别为31.9％、32.5％、48.9％、33.1％.

电化学测量技术在不锈钢点蚀研究中的应用与进展

不锈钢在含有侵蚀性离子的介质中极易发生点蚀,点蚀的存在不仅降低了不锈钢件的整体强度,严重时甚至会导致设备穿孔,造成严重的经济损失。因此,关于不锈钢点蚀行为的研究技术在防腐蚀、建筑、以及石油化工等领域备受关注。以各种技术及相关化学原理为依据,着重综述了近十年国内外电化学测量技术(包括极化曲线测量技术、电化学阻抗谱技术以及扫描电化学显微镜技术等)的研究进展,评述了其在腐蚀研究领域中的应用现状、前景以及不足。

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-Cl>HMIM-Cl>BMIM-Cl。

油气/水蒸气在乙二胺改性MIL-101(Cr)-NDC材料上的吸附性能研究

以乙二胺（ED）为改性剂对MIL-101（Cr）-NDC进行表面改性,以改变材料的亲油疏水性能。经XRD、FT-IR、N2吸附和脱附等表征表明,ED分子成功连接入材料中。采用C5～C7正构烷烃模拟油气组份测定材料的油气吸附性能,并考察了相对湿度对改性前后材料油气吸附性能的影响。结果表明,25℃下,C5～C7正构烷烃和水蒸气在ED-MIL-101（Cr）-NDC上静态吸附量分别为0.558、0.695、0.613 g/g和0.254 g/g,与改性前材料相比,ED-MIL-101（Cr）-NDC的C5～C7正构烷烃静态吸附量较高,水蒸气静态吸附量较低;ED-MIL-101（Cr）-NDC在97%相对湿度下的C5～C7正构烷动态吸附量为0%相对湿度下C5～C7正构烷动态吸附量的65%左右。改性后材料的油气静态吸附性能提升明显,且水蒸气对ED-MIL-101（Cr）-NDC油气吸附影响较小。

ZIF-90膜的改性及在油气回收中的应用研究

利用NaBH_4将合成的ZIF-90晶种改性为ZIF-91,并用二次生长法在Al_2O_3支撑体上制备ZIF-90膜和ZIF-91膜。利用XRD、TGA、FT-IR,SEM、BET对合成的粉末及膜进行表征。以N2/n-C_5H_(12)模拟油气体系,将制备的ZIF-90/Al_2O_3膜和ZIF-91/Al_2O_3膜用于油气回收实验。考察了不同操作压力及温度下,2种膜在混合气中的分离性能,结果表明,当操作压力为0.06 MPa、温度为25℃时,ZIF-90膜和ZIF-91膜对N2/n-C_5H_(12)的分离因子分别为2.82、3.98,渗透性分别为5.02×10^(-8)、2.35×10^(-8)mol/m^2·s·Pa,说明改性在一定程度上提高了膜的分离性能。

甘氨酸及其与PVP K90复合抑制剂对二氧化碳水合物生成的影响

大规模碳捕集需要通过管道输送二氧化碳(CO_(2)),CO_(2)水合物的生成会影响管道输送安全。甘氨酸对水分子具有较强的扰动作用,可以抑制CO_(2)水合物的生成。以高压可视化反应釜为实验平台,在温度为275.15 K、压力为3.5 MPa和搅拌速率为700 r/min的条件下,开展了甘氨酸单一体系及其与聚乙烯吡咯烷酮(PVP K90)复配体系中的CO_(2)水合物生成实验。结果表明,单一体系中甘氨酸浓度(质量分数)为4.0%时抑制效果最佳,诱导时间比为纯水体系增加了439.02%。水合物生成的温度骤升最高点随着甘氨酸浓度的增加呈现先降后升的趋势。甘氨酸与PVP K90复配能显著延长水合物诱导时间,降低温度骤升最高点。其中,4.0%甘氨酸+0.7%PVP K90复配抑制效果最佳,相较于4.0%甘氨酸单一体系,诱导时间延长了105.43%,温度骤升最高点下降了0.15%。本研究可为水合物抑制剂的研发提供参考。

水合物浆体流动规律研究进展

随着海洋天然气开发深度的增加,混输管线的天然气水合物堵塞问题越来越受到重视,水合物浆液流动技术是深水流动保障技术的新工艺,而研究水合物浆液的流动特性是实现海底管输技术大规模工业应用的重要基础。综述了水合物浆体流动规律的研究现状和进展,主要从水合物浆体的流变性和压降规律等方面对国内外水合物浆体流动规律的研究进展进行了归纳,指出了水合物浆体研究方向并给出了建议。

表面活性剂用于促进气体水合物生成研究的进展

天然气水合物被誉为21世纪最具商业开发前景的战略资源,其特殊的笼形晶体结构具有巨大的储气能力,被认为是高效的气体储存器,为气体储运技术提供了一种新思路。本文汇总了通过添加表面活性剂促进气体水合物生成的研究报道,总结了不同表面活性剂如:十二烷基硫酸钠(SDS)、十二烷基苯磺酸钠(SDBS)和十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)等对水合物生成促进的具体影响,阐述了表面活性剂作用于水合物生成的机理,认为采用多种添加剂复合的方式可弥补现有的不足,建立含有表面活性剂参数的水合物动力学模型是今后研究的重点。

管道流动体系天然气水合物分解动力学模型研究进展

天然气水合物聚集堵塞管道事故频频发生,管道解堵耗时棘手,给石油化工行业造成了巨大的经济损失和能源浪费,研究管道流动体系下天然气水合物的分解特性为解决管道水合物冰堵问题提供理论基础。综述了国内外管道天然气水合物分解动力学的研究进展,重点阐述了管道水合物的分解机理及相应天然气水合物分解模型。发现目前关于管道流动体系下水合物分解规律的研究不多,管道水合物分解模型不够完善。基于水合物微观分解机理及环道流体宏观运动规律,对建立多因素影响、适用于管道流动体系的新型管道天然气水合物分解综合模型提出了构想。最后,对管道流动体系水合物分解特性的研究方向提出了建议与展望。

管道流动体系下天然气水合物生成模型的研究进展

管道流动体系下天然气水合物生成模型的建立对天然气水合物浆液的输送、管输天然气水合物防治以及天然气水合物技术的应用都具有重要意义。为此,查阅了大量的国内外相关文献并进行了总结与分析,认识到目前对该类模型的研究较少,现有的模型也是在静态釜式反应器天然气水合物生成理论基础上拓展而来的,主要包括驱动力、成核速率、诱导时间、水合物生长等方面的模型,上述模型被广大研究者用于计算管道单个截面处天然气水合物的生成速率预测,具有较好的计算精度。但现有模型用于管道流动体系下天然气水合物生成特性的预测还不成熟,需要进一步开展管道流动体系下天然气水合物的生成机理、管道沿线温度变化、添加剂及其流动界面对气液传质的影响等研究,建立动力学、传热、传质三者相结合的管道流动体系下天然气水合物生成模型,以此来解决管道流动体系下天然气水合物生成预测的技术难题。

几类新型添加剂对气体水合物生成促进的研究

以往研究的几类添加剂对水合物生成促进效果不理想。通过具体实验,以二氧化碳气体为介质,在可视化高压搅拌反应釜中研究了几类新型添加剂对气体水合物生成特性的影响,并同纯水和SDBS进行了比较。最终确定自行合成的离子液体[HMIPS]OTs为最优良的添加剂并确定500mg/kg左右为最佳的反应浓度范围。根据成本、能耗、生成特性和机械可靠性确定了最优的生成温度和过压度范围分别为4℃～5℃和1.5MPa左右。本次实验的研究结果对实现气体水合物应用技术的开发、利用和水合物面向工业化生产具有重要价值。

利用氧化石墨烯促进CO_2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。

表面活性离子液体的合成及其在促进CO_2水合物生成中的应用

合成出3种表面活性离子液体1-(3-磺酸基)丙基六亚甲基亚胺十二烷基苯磺酸、1-(3-磺酸基)丙基哌啶十二烷基苯磺酸和1-(3-磺酸基)丙基-3-甲基咪唑十二烷基苯磺酸,用1H NMR、FTIR、TG和元素分析方法对其进行了表征,并测定了这3种表面活性离子液体的表面张力。实验结果表明,合成的3种表面活性离子液体具有离子液体和表面活性剂的双功能特性,其水溶液的表面张力与十二烷基苯磺酸钠水溶液的表面张力相近,将其应用于CO2水合物生成的实验中,三者均能明显促进CO2水合物的生成,其中1-(3-磺酸基)丙基哌啶十二烷基苯磺酸促进CO2水合物生成的效果最佳,在4℃时其300 mg/L的水溶液与纯水和700 mg/L的十二烷基苯磺酸钠水溶液相比,CO2水合物相平衡压力分别下降20.1%,13.6%。

管道流动体系天然气水合物生成模型研究进展

天然气水合物浆液管道输送技术可实现水合物防治的动态控制及天然气水合物的管道输送,而流动体系天然气水合物生成模型研究为水合物浆液管道输送技术的发展提供理论支持。总结了国内外流动体系天然气水合物生成模型的研究进展,重点分析了水合物生成动力学模型。发现目前适用于流动体系的天然气水合物生成模型还很少,并且多为由静态体系水合物生成模型拓展而来。基于气液两相螺旋管流流动特性及天然气水合物微观结构,建立了螺旋管流体系天然气水合物生成模型。最后,指出了流动体系天然气水合物生成模型研究的发展方向。

低温下水合物促进剂SDS及SDBS溶液表面张力研究

由于阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠(SDS)和十二烷基苯磺酸钠(SDBS)能够降低气液界面张力,增大气体溶解度,从而起到促进水合物生成的作用。通过实验室考察SDS和SDBS的表面张力在低温条件下的变化规律,并测定最低表面张力时对应浓度。

1-(3-磺酸基)丙基哌啶十二烷基苯磺酸在CO_2捕集中的应用

合成了一种具有表面活性功能的离子液体1-(3-磺酸基)丙基哌啶十二烷基苯磺酸([PIPS]DBSA),采用FT-IR,1H NMR和元素分析等方法对产物进行表征,并将其用于促进CO2水合物的生成,考察[PIPS]DBSA对CO2水合物生成过程中温度和压力的影响.实验表明在温度4℃—6℃时,300 mg·L-1[PIPS]DBSA溶液中CO2的相平衡压力比700 mg·L-1的十二烷基苯磺酸钠(SDBS)溶液的相平衡压力下降了13.6%—14.96%.在4℃时,300 mg·L-1[PIPS]DBSA溶液中CO2压力稳定所用的时间与700 mg·L-1SDBS溶液相比减少了50 min,表明[PIPS]DBSA对CO2水合物的形成具有良好的促进作用.

基于非开挖检测管的半渗透膜研究

针对燃气管道泄漏事故频繁发生的现象,研究一种用于烃类气体泄漏检测的具有半渗透功能的非开挖检测管。检测管是由内层支撑架和外层的半渗透膜组成。半渗透膜对烃类气体分子具有高的渗透性,能够阻止水蒸气及其他非烃类气体分子通过。实验测试表明,半渗透膜不能透水,检测管的半渗透膜内外层压差增大,烃类气体渗透量增多,膜越厚气体渗透量越少。利用安装半渗透膜检测管的检测实验装置对甲烷气体测试表明,半渗透膜的检测管对甲烷气体渗透性好,检测管检测效果优良。本套实验装置的实验研究为基于非开挖检测管的检测系统的后期市场化推广奠定基础。