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天然气水合物一种储量巨大的优质、洁净替代能源,正日益受到各国的重视。注化学试剂法是天然气水合物开采方法之一,同时在油气工业中一般也采用添加化学试剂方法防治水合物生成。本文围绕着注化学试剂分解气体水合物展开研究。首先研究了水合物分解热的测量,根据能量守恒定律提出了一种简单可行确定水合物分解热的混合量热法。在热激法(注热水和间壁换热)分解丙烷水合物实验的基础上,重点研究了注不同化学试剂(甲醇、乙二醇、丙三醇、高锰酸钾)丙烷水合物的分解特性;考察了不同流量、不同温度化学试剂存在下对丙烷水合物分解过程的影响,结果表明:
丙烷水合物生成一般分为四个阶段,分别为进气后诱导段、快速生成段、慢速生成段及生成结束段;间壁换热作用下丙烷水合物分解过程可分为释放气体和分解尾声两个阶段;丙烷水合物总分解过程平均分解速率介于0.16~0.46mol·min-1·m2之间、能量效率介于1.33~3.74。在丙烷水合物分解的能量效率方面,间壁换热方式较注热水方式有明显提高,且存在一个最优开采温度使得能量效率最高。
注甲醇、乙二醇、丙三醇、高锰酸钾等化学剂溶液不但可以缩短丙烷水合物分解时间、提高水合物分解速率,而且可以降低水合物分解所需要的热量,同时提高注入醇类溶液的温度、流量、浓度将提高丙烷水合物的分解速率;注入30wt%醇类分解丙烷水合物实验中,注乙二醇分解丙烷水合物平均分解速率最大、甲醇次之、丙三醇最小。浓度范围在0~60 wt%区间内,随着注入醇类的浓度的增长,注入乙二醇的平均分解速率与注入甲醇的平均分解速率差值几乎不变。在浓度60wt%存在拐点。浓度范围在60~99.5 wt%区间内,随着浓度的增长注入乙二醇的平均分解速率与注入甲醇的平均分解速率差值逐渐增大;注相同浓度的甲醇要比乙二醇分解丙烷水合物的效果更好。注高锰酸钾实验中,随高锰酸钾的浓度增高,平均分解速率并非一直增大。在本实验浓度0.1-2wt%范围内,存在一个最优的浓度点1wt%,使得平均分解速率最大。
在实验模拟的基础上,进行了气体水合物注化学试剂分解过程数值模拟。建立两个分解模型:分解动力学和传热模型。利用模型计算了注化学试剂分解丙烷水合物过程中分解界面随时间变化和分解界面温度随时间变化曲线,计算与实验结果吻合良好。
本研究围绕着注化学试剂分解气体水合物特性进行比较系统的实验,得到水合物分解的重要参数和分解规律,对于天然气水合物的开采及其在油气工业中天然气水合物防治都有重要的意义。