天然氣水合物的形成與防治.ppt

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1、第二章天然氣水化物的形成及防止12．1概述天然氣水化物(hydrate)是輕的碳氫化合物和水所形成的疏松結(jié)晶化合物,是一種天然氣中的小分子與水分子形成的類冰狀固態(tài)化合物，是氣體分子與水分子非化學計量的包藏絡合物，即是水分子與氣體分子以物理結(jié)合體所形成的一種固體。水化物通常是當氣流溫度低于水化物形成的溫度而生成。在高壓下，這些固體可以在高于0℃而生成。2水化物形成的主要條件是：1．天然氣的含水量處于飽和狀態(tài)天然氣中的含水汽量處于飽和狀態(tài)時，常有液相水的存在，或易于產(chǎn)生液相水。液相水的存在是產(chǎn)生水合物的必要條件

2、。32．壓力和溫度當天然氣處于足夠高的壓力和足夠低的溫度時，水合物才可能形成。天然氣中不同組分形成水合物的臨界溫度是該組分水合物存在的最高溫度。此溫度以上，不管壓力多大，都不會形成水合物。不同組分形成水合物的臨界溫度如下表所示。4天然氣生成水合物的臨界溫度表過去曾認為該值為21.5，后經(jīng)研究，在33.0～76.0MPa條件下，甲烷水合物在28.8℃時仍存在，而在390.0MPa條件下，甲烷水合物形成溫度高達47℃。53．流動條件突變在具備上述條件時，水合物的形成，還要求有一些輔助條件，如天然氣壓力的波動，氣

3、體因流向的突變而產(chǎn)生的攪動，以及晶種的存在等。6防止水化物形成的方法有：1、加熱，保證氣流溫度總是高于形成水化物溫度；2、用化學抑制劑或給氣體脫水。7在選擇水化物抑制劑或脫水方法之前，整個操作系統(tǒng)應該是最優(yōu)化的，以使必須的處理過程減至最少。人們認為有以下的一般方法可供考慮：1、減少管線長度和阻力部件來減小壓力降；2、檢驗在寒冷地區(qū)應用絕熱管道的經(jīng)濟性。82．2天然氣中水汽的含量一.幾個概念1．絕對濕度或絕對含水量e標準狀態(tài)下每立方米天然氣所含水汽的質(zhì)量數(shù)，稱為天然氣的絕對濕度或絕對含水量。式中：e——天然氣

4、的絕對濕度，g/m3；G——天然氣中的水汽含量，g；V——天然氣的體積，m3。92．飽和濕度或飽和含水量一定狀態(tài)下天然氣與液相水達到相平衡時，天然氣中的含水量稱為飽和含水量。用es表示在飽和狀態(tài)時一立方米體積內(nèi)的水汽含量。如果e

5、露點(dewpoint)和露點降天然氣的露點是指在一定的壓力條件下，天然氣中開始出現(xiàn)第一滴水珠時的溫度。天然氣的露點降是在壓力不變的情況下，天然氣溫度降至露點溫度時產(chǎn)生的溫降值。通常，要求埋地輸氣管道所輸送的天然氣的露點溫度比輸氣管道埋深處的土壤溫度5℃左右。12二.天然氣含水量的確定方法1.天然氣含水量測定方法天然氣的含水量測定方法有露點法、電解法、電導法、滴定法、重量法和紅外線吸收法。其中紅外線吸收法很少應用。GB/T17283—1998《天然氣水露點的測定冷卻鏡面凝析濕度計法》。SY/T7507—19

6、97《天然氣中含水量的測定電解法》。132.天然氣含水量的估算當不同的壓力和溫度時，在飽和狀態(tài)下，天然氣中的水汽含量可用圖2-1來查得。1415必須指出，圖2-1是根據(jù)天然氣相對密度為0.6，且不含氮氣的實驗數(shù)據(jù)繪制的。因此在求相對密度不為0.6的天然氣的水汽含量時，必須引入相對密度的修正系數(shù)CRD(見圖2-1左上角的小圖)。16另外，如果水中溶解有鹽類（NaCl、MgCl2等），則溶液上面水汽的分壓將下降，這樣，天然氣中水汽含量也就降低。此時，就必須引入含鹽度的修正系數(shù)Cs（見圖2-1左上角的小圖）。17

7、18當天然氣中含有大量H2S和CO2等酸性氣體時，天然氣中飽和水蒸汽的含量，將大大地高于常用的凈化氣圖表（如圖2-1）所查得的水分含量，特別是當壓力高于6895千帕（1000磅力/英寸2）時，尤為顯著。但是當壓力為4020.7～6668.5千帕或更低時，則酸性氣體對平衡水含量的影響甚小，其誤差可以忽略不計。順便指出一點，對于壓力低于2100千帕（絕）的所有氣體，都可以應用圖2-1快速估算出氣體中水份的含量。當壓力高于2100千帕（絕）時，可按下式計算出水分的約略含量W：19必須指出：用圖2-1、2-2和2-

8、3查得的水汽含量，是在15℃和101.325千帕條件（即GPA標準）下求得的，若換算為我國的標準即20℃和101.325千帕條件下，則需將為用圖2-1、2-2和2-3所查得的水汽含量值乘以修正系數(shù)0.9848。20圖2-2用于式(2-3)CO2的水分含量21圖2-3用于式(2-3)H2S的水分含量222．3水化物的結(jié)構(gòu)天然氣水合物是一種由許多空腔構(gòu)成的結(jié)晶結(jié)構(gòu)。大多數(shù)空腔里有天然氣分子，所以比較穩(wěn)定。這種空腔又稱