《天然气水合物的形成与防治.ppt

第二章 天然气水化物的形成及防止 2．1 概 述 天然气水化物(hydrate)是轻的碳氢化合物和水所形成的疏松结晶化合物,是一种天然气中的小分子与水分子形成的类冰状固态化合物，是气体分子与水分子非化学计量的包藏络合物，即是水分子与气体分子以物理结合体所形成的一种固体。水化物通常是当气流温度低于水化物形成的温度而生成。在高压下，这些固体可以在高于0℃而生成。 水化物形成的主要条件是： 1．天然气的含水量处于饱和状态 天然气中的含水汽量处于饱和状态时，常有液相水的存在，或易于产生液相水。液相水的存在是产生水合物的必要条件。 2．压力和温度 当天然气处于足够高的压力和足够低的温度时，水合物才可能形成。 天然气中不同组分形成水合物的临界温度是该组分水合物存在的最高温度。此温度以上，不管压力多大，都不会形成水合物。不同组分形成水合物的临界温度如下表所示。 天然气生成水合物的临界温度表 过去曾认为该值为21.5，后经研究，在33.0～76.0MPa条件下，甲烷水合物在28.8℃时仍存在，而在390.0MPa条件下，甲烷水合物形成温度高达47℃。 3．流动条件突变 在具备上述条件时，水合物的形成，还要求有一些辅助条件，如天然气压力的波动，气体因流向的突变而产生的搅动，以及晶种的存在等。 防止水化物形成的方法有： 1、加热，保证气流温度总是高于形成水化物温度； 2、用化学抑制剂或给气体脱水。 在选择水化物抑制剂或脱水方法之前，整个操作系统应该是最优化的，以使必须的处理过程减至最少。人们认为有以下的一般方法可供考虑： 1、减少管线长度和阻力部件来减小压力降； 2、检验在寒冷地区应用绝热管道的经济性。 2．2 天然气中水汽的含量 一.几个概念 1．绝对湿度或绝对含水量e 标准状态下每立方米天然气所含水汽的质量数，称为天然气的绝对湿度或绝对含水量。 2．饱和湿度或饱和含水量 一定状态下天然气与液相水达到相平衡时，天然气中的含水量称为饱和含水量。用es表示在饱和状态时一立方米体积内的水汽含量。如果ees，天然气则是不饱和的。而e=es时，天然气则是饱和的。 3.相对湿度 : 在给定条件下，一立方米天然气中的水汽含量e与相同条件下成饱和状态时一立方米天然气中水汽含量es之比称为相对湿度。 4．天然气的露点(dew point)和露点降 天然气的露点是指在一定的压力条件下，天然气中开始出现第一滴水珠时的温度。天然气的露点降是在压力不变的情况下，天然气温度降至露点温度时产生的温降值。 通常，要求埋地输气管道所输送的天然气的露点温度比输气管道埋深处的土壤温度5℃左右。 二.天然气含水量的确定方法 1.天然气含水量测定方法 天然气的含水量测定方法有露点法、电解法、电导法、滴定法、重量法和红外线吸收法。其中红外线吸收法很少应用。 GB/T17283—1998《天然气水露点的测定 冷却镜面凝析湿度计法》。 SY/T 7507—1997《天然气中含水量的测定 电解法》。 2.天然气含水量的估算 当不同的压力和温度时，在饱和状态下，天然气中的水汽含量可用图2-1 来查得。 必须指出，图2-1是根据天然气相对密度为0.6，且不含氮气的实验数据绘制的。因此在求相对密度不为0.6的天然气的水汽含量时，必须引入相对密度的修正系数CRD(见图2-1左上角的小图)。 另外，如果水中溶解有盐类（NaCl、MgCl2等），则溶液上面水汽的分压将下降，这样，天然气中水汽含量也就降低。此时，就必须引入含盐度的修正系数Cs（见图2-1左上角的小图）。 当天然气中含有大量H2S和CO2等酸性气体时，天然气中饱和水蒸汽的含量，将大大地高于常用的净化气图表（如图2-1）所查得的水分含量，特别是当压力高于6895千帕（1000磅力/英寸2）时，尤为显著。但是当压力为4020.7～6668.5千帕或更低时，则酸性气体对平衡水含量的影响甚小，其误差可以忽略不计。顺便指出一点，对于压力低于2100千帕（绝）的所有气体，都可以应用图2-1快速估算出气体中水份的含量。当压力高于2100千帕（绝）时，可按下式计算出水分的约略含量W： 必须指出：用图2-1、2-2和2-3 查得的水汽含量，是在15℃和101.325千帕 条件（即GPA标准）下求得的，若换算为我国的标准即20℃和101.325千帕条件下，则需将为用图2-1、2-2和2-3所查得的水汽含量值乘以修正系数0.9848。 2．3 水化物的结构 天然气水合物是一种由许多空腔构成的结晶结构。大多数空腔里有天然气分子，所以比较稳定。这种空腔又称为“笼”。几个笼联成一体的形