天然气水合物储运工艺技术 (2).ppt
《天然气水合物储运工艺技术 (2).ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《天然气水合物储运工艺技术 (2).ppt(56页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、2019/6/20,天然气水合物储运技术讲座,中国石油大学(华东)储运工程系 李玉星,目录,水合物简介 水合物形成机理 水合物平衡生成条件 水合物计算软件简介 水合物用途 水合物储运技术 水合物储运技术路线,一、水合物简介,是某些气体或有机物液体与水在某一确定的低温,高压条件下产生的 一种固态结晶物 外观象雪或松散的冰 比水轻,而重于烃类液体,密度一般在0.81.0 g/cm3之间,除热膨胀和热传导性质外,光谱性质、力学性质等同冰相似 遇火燃烧,故又称“可燃冰”,一、水合物简介天然气水合物,主要是一些分子量较小的烃类,如:甲烷、乙烯、乙烷、丙烷、环丙烷、正丁烷、异丁烷、二氧化碳和硫化氢。 天然
2、气输送 部分甚至完全堵塞输送管道,导致管线事故 输气管,液化气管及油气混输管道遇到的特殊问题 天然气储存运输 1 m3的 天然气水合物可储存150-180 m3的天然气,一、水合物简介水合物结构,笼形化合物家族中的成员 客体分子和主体分子组成 水分子(主体)形成亚稳态的框架,框架中有空腔 某些小分子量的气体分子(客体)占据相当一部分空腔后,晶格框架变得较为稳定 形成气体水合物 结晶晶格由若干个多面体空腔组成。多面体的各顶点为一个水分子,之间由氢键键合,一、水合物简介水合物结构,天然气水合物晶体结构 型 型 H型 外来分子尺寸是决定其是否能够形成水合物、形成何种结构水合物以及水合物的组分和稳定性
3、的最重要因素 型、型水合物结构是50年代经X射线衍射测定的 H型水合物结构是1987年经核磁共振及粉末衍射实验发现的,一、水合物简介水合物结构,水合物孔隙的结构,若干个多面体空腔,型水合物结构,体心立方体晶体结构 大、小两种共8个笼子 2个小笼 512 半径为3.91 6个大笼 51262 半径4.33 每个晶胞含有8个气体分子和46个水分子 晶胞分子式为S2L646H2O 主要C1、C2小分子烃以及CO2、H2S等非烃分子形成,II型水合物结构,金刚石晶体立方结构 24个笼子堆叠而成 16个小笼(512) 比型结构稍小 约3.90 8个大笼(51264) 51264 半径为4.683 每个晶
4、胞共含24个气体分子和136个水分子 晶胞分子式为 S16L8138H2O C3及异丁烷氢烃分子和比较小的氮气等非氢烃分子形成,H型水合物结构,仅出现在正丁烷(nCH4)以上的大分子氢烃组分形成的水合物中 由1个大笼(51268)、2个中笼(435663)、3个小笼(512)三种共6个笼子组成的一般六面体结构。大笼半径比、型结构的大笼半径大1 ,晶胞分子式为S3S2L134H2O 研究指出:只有当氙、硫化氢、甲烷等小分子帮助气体与大分子氢烃组分(包括2-甲基丁烷、甲基环戍烷、甲基环己烷、环辛烷等)共存时才能形成H结构的水合物。大气体分子形成大笼,小气体分子则形成小笼和中笼。,三种水合物的结构数
5、据,三种水合物晶体结构如图1-1所示。,三种水合物晶体结构,客体分子与水合物结构的匹配关系 3.57.5,结论,直径小于3.5 的气体分子(H2,He,Ne等)起不到支撑笼子的稳定作用,不能形成水合物;而直径大于7.5 的气体分子,受笼子本身大小的限制,不能填充到任何笼子内,也不能形成水合物。 乙烷等气体分子只能填充型结构中的大笼子(51262),而丙烷、异丁烷等只能填充型结构中的大笼(51264)。 甲烷、硫化氢、二氧化碳等组分,既能形成稳定的型结构中的小笼512,也可以进入型结构中的大笼51262,因此由这些气体形成的水合物结构命名为( 512 + 51262 )。,结论,较小的氩、氪、氮
6、和氧等单、双原子气体,可充填型结构中的小笼512形成稳定结构,同时能进入型结构的大笼51264 ,形成结构为( 512 + 51264 )的水合物。 交界处的气体分子填充到哪种笼子是不确定的,结论,天然气通常是由多种气体组成,同时含有形成各种结构的组分,但一般只形成一种结构(较为稳定的结构)的水合物,具体结构取决于混合物的组成 气体混合物中最大的分子通常决定所形成水合物的结构类型,二、水合物形成机理,气体水合物形成的机理,可以看作是包括形成水合物的气体分子与水单体和形成水合物晶格的母体簇团相互作用的三体聚集过程,气体分子在水中的溶解、成核和生长三个基本过程,气体分子在水中溶解,形成稳定的水合物
7、晶核,晶体增长过程,二、水合物形成机理,气体分子在水中的溶解、成核和生长三个基本过程,二、水合物形成机理溶解,1at、298K下各天然气组分在水中的溶解度,二、水合物形成机理溶解,甲烷分子在水中溶解的情形,二、水合物形成机理晶核形成,二、水合物形成机理晶体生长,根据扩散理论,晶体的生长分为两步: 扩散过程(传质),气体分子从溶液的主体传递到固体表面 “反应”过程,气体分子与水分子在固体表面上结合形成稳定的晶格结构。这两个步骤都是浓度差的推动下发生的,甲烷水合物生成与分解CT扫描图像,三、水合物平衡生成条件,液态水的存在是必要条件 较小的气体分子(H2等)、较大的气体分子(正丁烷以上组分)和溶解
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 天然气水合物储运工艺技术 2 天然气 水合物 储运 工艺技术
链接地址:https://www.31doc.com/p-2987622.html